intTypePromotion=1
ADSENSE

Giáo trình PLC cơ bản

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:157

16
lượt xem
3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Giáo trình PLC cơ bản gồm có những nội dung chính sau: Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình; Bài 2: Cấu trúc và phương thức hoạt động của PLC; Bài 3: Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi; Bài 4: Các phép toán nhị phân của PLC; Bài 5: Phép toán số của PLC; Bài 6: Xử lý tín hiệu analog; Bài 7: Các bài tập ứng dụng trong điều khiển động cơ. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình PLC cơ bản

  1. LỜI NÓI ĐẦU Trong công nghiệp yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu đó. Để giải quyết được nhiệm vụ điều khiển có thể thực hiện bằng phương pháp điều khiển Rơle, khởi động từ ... hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ. Hệ điều khiển bằng Rơle và hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ khác nhau ở phần xử lý: thay vì dùng Rơle, tiếp điểm và dây nối trong phương pháp lập trình có nhớ chúng được thay bằng các mạch điện tử. Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu xử lý số liệu. Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng Rơle điện. Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ đây là một ưu việt của hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Giáo trình PLC cơ bản được viết cho học sinh học nghề, hệ Cao Đẳng nghề ngành Điện tử công nghiệp, đây là tài liệu quan trọng giúp học sinh trong quá trình học nghề. Giáo trình được viết tích hợp từng bài theo chương trình khung hệ Cao đẳng nghề Điện tử công nghiệp của BLĐTB&XH. Trong quá trình biên soạn tài liệu được lựa chọn từ nhiều nguồn khác nhau, nhiều bạn đọc do đó không thể tránh khỏi thiếu sót. Chỳng tụi rất mong nhận được sự tham gia đóng góp từ người học , chuyên gia, các thầy cô giáo để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn đáp ứng nhu cầu người học và bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn! 4
  2. Bài 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 1. Tổng quan về điều khiển. 1.1. Điều khiển, hệ thống điều khiển. Trên thực tế ở mọi ngành sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng năng suất lao động số lượng và chất lượng sản phẩm được giải quyết bằng con đường gia tăng mức độ tự động hoá các quá trình và thiết bị sản suất. Việc tự động hoá có thể nhằm mục đích tăng sản lượng hoặc hoặc cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản xuất. Những hệ thống có khả năng khởi động, kiểm soát, và dừng một quá trình sản xuất theo yêu cầu giám sát hoặc đo đếm giá trị các biến đã được xác định của quá trình nhằm đạt được kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy hoặc thiết bị thì được gọi là hệ thống điều khiển. Quá trình tự động hoá sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy móc, hoặc thiết bị thông qua hệ thống điều khiển. Những hệ thống điều khiển đã được tự động hoá có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin câỵ cao, ổn định mà không cần hoặc cần rất ít sự can thiệp của con người. 1.2. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển Một hệ thống điều khiển bất kỳ được mô tả theo sơ đồ khối sau: Khối vào Khối xử lý Khối ra Xử lý Bộ chuyển đổi Cơ cấu Điều khiển tín hiệu ngõ vào tác động Tín hiệu vào Kết quả xử lý Hình 1-1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Khối vào: Các tín hiệu vào thường qua bộ chuyển đổi để chuyển đổi các tín hiệu vật lý thành các tín hiệu điện (đã được chuyển đổi chuẩn hoá). Các bộ chuyển đổi có thể là bộ nút nhấn (Button), công tắc (Switch), cảm biến (sensor) như cảm biến nhiệt hay điện trở đo sức căng … tuỳ theo loại chuyển đổi mà các tín hiệu ra khỏi bộ chuyển đổi có thể là dạng số (tiếp điểm) hoặc dạng liên tục (Analog). 5
  3. Khối xử lý: Thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động có sự điều khiển, nó nhận thông tin các tín hiệu từ khối vào xử lý tín hiệu vào này theo một luật nào đó được đặt ra theo yêu càu công nghệ và xuất ra các tín hiệu đến khối ra để thực hiện các tác động đến thiết bị. Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này được sử dụng để tạo ra những hoạt động đáp ứng cụ thể cho các máy hoặc thiết bị ở ngõ ra như động cơ, các van, xy lanh khí nén hay dầu ép, bơm, rơ le… Chẳng hạn động cơ biến đổi các tín hiệu điện thành chuyển động quay ( các thiết bị ngõ ra cũng có dạng bộ chuyển đổi vào nhưng theo chiều ngược lại) . Các thiết bị ngõ ra có thể làm việc với tín hiệu dạng on/off hoặc các tín hiệu liên tục. Từ thông tin của tín hiệu đầu vào hệ thống điều khiển tự động phải tạo ra được những tín hiệu ra cần thiết đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định trong bộ phận xử lý. Yêu cầu điều khiển có thể thực hiện theo hai cách: dùng mạch điện kết nối cứng, hoặc dùng chương trình điều khiển. Mạch điện kết nối cứng được dùng trong trường hợp yêu cầu điều khiển không thay đổi, trong đó các phần tử trong hệ thống được kết nối với nhau theo mạch cố định. Trong đó, hệ thống dùng chương trình điều khiển hoạt động theo chương trình lập sẵn lưu trong bộ nhớ, và chương trình có thể được điều chỉnh hoặc khi cần thiết thay bằng chương trình khác. 1.3. Các phương pháp điều khiển 1.3.1. Hệ thống điều khiển hở (Open loop control system): Đối với hệ thống hở khâu đo lường không được dùng đến. Sự thay đổi của tín hiệu đầu ra không được phản ánh về thiết bị điều khiển. Sơ đồ hình (1-2) là hệ thống điều khiển hở. Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu hệ thống hở là lý thuyết về rơ le ( Relay) và lý thuyết aptomat hữu hạn. Dạng điều khiển đơn giản nhất là điều khiển vòng hở ý tưởng cơ bản của điều khiển này là thiết lập một hệ thống hoạt động đạt đến mức độ chính xác cần thiết bằng cách điều chỉnh trực tiếp hoạt động ngõ ra của hệ thống. Không có tín hiệu phản hồi đến bộ điều khiển để xác định hoặc điều chỉnh tín hiệu ra, vì vậy hệ thống dùng điều khiển dạng này có thể cho tín hiệu ra với sai số lớn. Tín hiệu vào Tín hiệu ra Controller Object 6
  4. Hình 1-2 Hệ thống điều khiển vòng hở Ví dụ: Hình 1- 3: sơ đồ điều khiển động cơ DC. Trong sơ đồ này tốc độ động cơ phụ thuộc vào tín hiệu đặt và nó còn chịu ảnh hưởng của tải.Tải nặng quay chậm và ngược lại. Đặt Driving output control Tải tín torque speed signal DCmotor (load) hiệu điều khiển Hình 1-3 Điều khiển động cơ kiểu vòng hở 1.3.2. Hệ thống điều khiển kín (Closed loop control system) Hệ thống điều khiển kín là hệ thống điều khiển phải có tín hiệu phản hồi (Feed back) có nghĩa là tín hiệu ra được đo lường và đưa về thiết bị điều khiển. Tín hiệu phản hồi kết hợp với tín hiệu vào để tạo ra tín hiệu điều khiển để khống chế đầu ra theo mong muốn. Sơ dồ khối của hệ điều khiển kín được mô tả như hình 1-4. Cơ sở lý thuyết để nghiên cứu hệ thống kín chính là lý thuyết điều khiển tự động . Hệ thống ĐKTĐ là hệ thống được xây dựng từ ba bộ phận chủ yếu: - Thiết bị điều khiển C (Controller) Thiết bị điều khiển chỉ tất cả các hệ thống điều khiển có thể thể là hệ rơ le contactor ..hay PLC - Đối tượng điều khiển O (Object) - Thiết bị đo lường M (Measuring device) Noise R e X Y Controller Object Z Measuring device 7
  5. Hình 1- 4: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển kín Các tín hiệu tác động trong hệ thống: R - (Refrence) tín hiệu đặt hay tín hiệu chủ đạo Y - tín hiệu ra OUTPUT X - Tín hiệu điều khiển tác động lên đối tượng (Object) thường gọi tín hiệu vào của một khâu. e - Sai lệch điều khiển (error). Z- Tín hiệu phản hồi. Đôi khi kí hiệu là F ( Feed back) N- Tín hiệu nhiễu (Noise) tác động từ ngoài vào hệ thống Hệ điều khiển kín chính là hệ điều khiển tự động tức là để đạt được vấn đề điều khiển tự động thì hệ thống nhất định phải có khâu phản hồi. Trong các hệ truyền động thì tín hiệu phản hồi thường lấy tín hiệu từ đầu ra sau đối tượng điều khiển ví dụ cảm biến nhiệt trong hệ điều khiển nhiệt độ, phản hồi tốc độ để ổn định tốc độ động cơ… 1.4. Thiết bị điều khiển lập trình (PLC) 1.4.1. Lich ̣ sử phá t triể n: Thiế t bi ̣ điề u khiể n lâ ̣p trı̀ nh đầ u tiên (programmable controller) đã đươ ̣c nhữ ng nhà thiế t kế cho ra đờ i năm 1968 (Công ty General Motor - Mỹ). Tuy nhiên, hê ̣ thố ng nà y cò n khá đơn giả n và cồ ng kề nh, ngườ i sử du ̣ng gă ̣p nhiề u khó khăn trong viê ̣c vâ ̣n hà nh hê ̣ thố ng. Vı̀ vâ ̣y cá c nhà thiế t kế từ ng bướ c cả i tiế n hê ̣ thố ng đơn giả n, go ̣n nhe ̣, dễ vâ ̣n hà nh, nhưng viê ̣c lâ ̣p trı̀ nh cho hê ̣ thố ng cò n khó khăn, do lú c nà y không có cá c thiế t bi ̣lâ ̣p trı̀ nh ngoa ̣i vi hổ trơ ̣ cho công viê ̣c lâ ̣p trı̀ nh. Để đơn giả n hó a viê ̣c lâ ̣p trı̀ nh, hê ̣ thố ng điề u khiể n lâ ̣p trı̀ nh cầ m tay (Programmable Controller Handle) đầ u tiên đươ ̣c ra đờ i và o năm 1969. Điề u nà y đã ta ̣o ra mô ̣t sự phá t triể n thâ ̣t sự cho kỹ thuâ ̣t điề u khiể n lâ ̣p trı̀ nh. Trong giai đoa ̣n nà y cá c hê thố ̣ ng điề u khiể n lâ ̣p trı̀ nh (PLC) chı̉ đơn giả n nhằ m thay thế hê ̣ thố ng Relay và dây nố i trong hê ̣ thố ng điề u khiể n cổ điể n. Qua quá trı̀ nh vâ ̣n hà nh, cá c nhà thiế t kế đã từ ng bướ c ta ̣o ra đươ ̣c mô ̣t tiêu chuẩ n mớ i cho hê ̣ thố ng, tiêu chuẩ n đó là lập trı̀ nh dù ng giả n đồ hı̀ nh thang,ký hiê ̣u là LAD. 8
  6. Trong nhữ ng năm đầ u thâ ̣p niên 1970, nhữ ng hê ̣ thố ng PLC cò n có thêm khả năng khác, đó là sự hỗ trơ ̣ bở i nhữ ng thuâ ̣t toá n, vâ ̣n hà nh vớ i cá c dữ liê ̣u câ ̣p nhâ ̣t. Mă ̣t khá c, do sự phá t triể n củ a mà n hı̀ nh dù ng cho má y tı́ nh nên viê ̣c giao tiế p giữ a ngườ i điề u khiể n để lâ ̣p trı̀ nh cho hê ̣ thố ng cà ng trở nên thuâ ̣n tiê ̣n hơn. Sự phá t triể n củ a hê ̣ thố ng phầ n cứ ng và phầ n mề m từ năm 1975 cho đế n nay đã là m cho hê ̣ thố ng PLC phá t triể n ma ̣nh mẽ hơn vớ i cá c chứ c năng mở rô ̣ng: hê ̣ thố ng ngõ và o/ra có thể tăng lên đế n 8.000 cổ ng và o/ra, dung lươṇ g bô ̣ nhớ chương trı̀ nh tăng lên hơn 128.000 từ bô ̣ nhớ (word of memory). Ngoà i ra cá c nhà thiế t kế cò n ta ̣o ra kỹ thuâ ̣t kế t nố i vớ i cá c hê ̣ thố ng PLC riêng lẻ thà nh mô ̣t hê ̣ thố ng PLC chung, tăng khả năng củ a từ ng hê ̣ thố ng riêng lẻ . Tố c đô ̣ xử lý củ a hê ̣ thố ng đươ ̣c cả i thiê ̣n, chu kỳ qué t (scan)nhanh hơn là m cho hê ̣ thố ng PLC xử lý tố t vớ i nhữ ng chứ c năng phứ c ta ̣p số lươṇ g cổ ng ra/và o lớ n. Trong tương lai hê ̣ thố ng PLC không chı̉ giao tiế p vớ i cá c hê ̣ thố ng khá c thông qua CIM (Computer Intergrated Manufacturing) để điề u khiể n cá c hê ̣ thố ng: Robot, Cad/Cam… mà cá c nhà thiế t kế cò n xây dựng cá c loa ̣i PLC vớ i cá c chứ c năng điề u khiể n thông minh go ̣i là cá c siêu PLC (super PLC). 1.4.2. Đặc điểm của PLC: PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị điều khiển lập trình, cho phép thực hiện linh họat các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình. PLC được sử dụng trong nhiều lập trình ứng dụng khác nhau và có những lợi ích như: - PLC dễ dàng thay thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêu cầu mới mà vẫn có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây… - PLC có thể điều khiển nhiều chức năng khác nhau từ những thao tác đơn giản, lặp lại, liên tục đến những thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp. - PLC dễ dàng hiệu chỉnh chính xác công việc điều khiển và xử lý nhanh chóng các lệnh, từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm (Counter), định thời (time), chương trình con (SBS) v.v… - Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụ trợ như màn hình hiển thị. - Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp. - Ngôn ngữ lập trình cho PLC đơn giản, dễ hiểu. Với những ưu điểm trên thiết bị PLC đã trở thành thiết bị chính trong việc điều khiển các thiết bị công nghiệp. 9
  7. 2. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình. Trong c«ng nghiÖp yªu cÇu tù ®éng ho¸ ngµy cµng t¨ng, ®ßi hái kü thuËt ®iÒu khiÓn ph¶i ®¸p øng ®­îc nh÷ng yªu cÇu ®ã. §Ó gi¶i quyÕt ®­îc nhiÖm vô ®iÒu khiÓn ng­êi ta cã thÓ thùc hiÖn b»ng hai c¸ch: thùc hiÖn nèi cøng: b»ng R¬le, khëi ®éng tõ ... hoÆc thùc hiÖn b»ng ch­¬ng tr×nh nhí, ®iÒu khiÓn lËp tr×nh. HÖ ®iÒu khiÓn b»ng R¬le vµ hÖ ®iÒu khiÓn b»ng lËp tr×nh cã nhí kh¸c nhau ë phÇn xö lý: thay v× dïng R¬le, tiÕp ®iÓm vµ d©y nèi trong ph­¬ng ph¸p lËp tr×nh cã nhí chóng ®­îc thay b»ng c¸ch m¹ch ®iÖn tö. Nh­ vËy thiÕt bÞ PLC lµm nhiÖm vô thay thÕ phÇn m¹ch ®iÖn ®iÒu khiÓn trong kh©u xö lý sè liÖu. NhiÖm vô cña s¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn sÏ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng mét sè h÷u h¹n c¸c b­íc thùc hiÖn x¸c ®Þnh gäi lµ "ch­¬ng tr×nh". Ch­¬ng tr×nh nµy m« t¶ c¸c b­íc thùc hiÖn gäi lµ tiÕn tr×nh ®iÒu khiÓn, tiÕn tr×nh nµy ®­îc l­u vµo bé nhí nªn ®­îc gäi lµ "®iÒu khiÓn lËp tr×nh cã nhí". Trªn c¬ së kh¸c nhau cña kh©u xö lý sè liÖu ta cã thÓ biÓu diÔn hai hÖ ®iÒu khiÓn nh­ sau: 2.1. Phương pháp điều khiển nối cứng. C¸c b­íc thiÕt lËp s¬ ®å ®iÒu khiÓn nèi cøng ( §iÒu khiÓn r¬ le): X¸c ®Þnh nhiÖm vô ®iÒu khiÓn S¬ ®å m¹ch ®iÖn Chän phÇn tö m¹ch ®iÖn D©y nèi liªn kÕt c¸c phÇn tö KiÓm tra chøc n¨ng H×nh 1-5: L­u ®å ®iÒu khiÓn dïng R¬le Khi thay ®æi nhiÖm vô ®iÒu khiÓn ng­êi ta cÇn thay ®æi m¹ch ®iÒu khiÓn b»ng c¸ch l¾p l¹i m¹ch, thay ®æi phÇn tö míi ®èi víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng R¬le ®iÖn. Trong khi ®ã khi thay ®æi nhiÖm vô ®iÒu khiÓn ta chØ cÇn thay ®æi ch­¬ng tr×nh so¹n th¶o ®èi víi hÖ ®iÒu khiÓn b»ng lËp tr×nh cã nhí. 10
  8. Sù kh¸c nhau gi÷a hÖ ®iÒu khiÓn b»ng R¬le ®iÖn vµ lËp tr×nh cã nhí cã thÓ minh ho¹ b»ng mét vÝ dô sau: §iÒu khiÓn hÖ thèng 3 m¸y b¬m n­íc qua 3 khëi ®éng tõ K1, K2, K3. Tr×nh tù ®iÒu khiÓn nh­ sau: C¸c m¸y b¬m ho¹t ®éng tuÇn tù nghÜa lµ K1 ®ãng tr­íc tiÕp ®Õn lµ K2 råi cuèi cïng lµ K3 ®ãng. §Ó thùc hiÖn nhiÖm vô theo yªu cÇu trªn m¹ch ®iÒu khiÓn ta thiÕt kÕ nh­ sau: Trong ®ã c¸c nót Ên S1, S2, S3, S4 lµ c¸c phÇn tö nhËp tÝn hiÖu. C¸c tiÕp ®iÓm K1, K2, K3 vµ c¸c mèi liªn kÕt lµ c¸c phÇn xö lý. C¸c khëi ®éng tõ K1, K2, K3 lµ kÕt qu¶ xö lý. S1 S2 K1 S3 K2 S4 K3 K1 K2 K1 K2 K3 H×nh 1-6: S¬ ®å ®iÒu khiÓn 2.2. Phương pháp điều khiển lập trình. Để thiế t kế 1 chuơng trı̀ nh điề u khiể n lập trình cho mô ̣t hoa ̣t đô ̣ng bao gồ m nhữ ng bướ c sau: B1: Xá c đinh ̣ qui trı̀nh công nghê:̣ Trướ c tiên, ta phả i xá c đinh ̣ thiế t bi ̣hay hê ̣ thố ng nà o muố n điề u khiển. Mu ̣c đı́ch cuố i cù ng củ a bô ̣ điề u khiể n là điề u khiể n mô ̣t hê ̣ thố ng hoa ̣t đô ̣ng. Sự vâ ̣n hà nh củ a hê ̣ thố ng đươ ̣c kiể m tra bở i cá c thiế t bi ̣ đầ u và o. Nó nhâ ̣n tı́ n hiê ̣u và gở i tı́ n hiê ̣u đế n CPU, CPU xử lý tı́ n hiê ̣u và gở i nó đế n thiế t bi ̣ xuấ t để điề u khiể n sự hoa ̣t đô ̣ng củ a hê ̣ thố ng như lâ ̣p trı̀ nh sẵ n trong chương trı̀ nh. B2: Xá c đinh ̣ ngõ và o, ngõ ra: Tấ t cả cá c thiế t bi ̣ xuấ t, nhâ ̣p bên ngoà i đề u đươ ̣c kế t nố i vớ i bô ̣ điề u khiể n lâ ̣p trı̀nh. Thiế t bi ̣ nhâ ̣p là nhữ ng contact, cả m biế n ... Thiế t bi ̣ xuấ t là nhữ ng cuô ̣n dây, van điê ̣n từ , motor, bô ̣ hiể n thi.̣ 11
  9. Sau khi xá c đinh ̣ tấ t cả cá c thiế t bi ̣xuấ t nhâ ̣p cầ n thiế t, ta đinh ̣ vi cá ̣ c thiế t bi va ̣ ̀o ra tương ứ ng cho từ ng ngõ và o, ra trên PLC trướ c khi viế t chương trı̀ nh. B3: Viế t chương trı̀nh, và sửa lỗi: Khi viế t chương trı̀ nh theo sơ đồ hı̀ nh bâ ̣c thang (ladder ) phả i theo sự hoa ̣t đô ̣ng tuầ n tự từ ng bướ c củ a hê ̣ thố ng, hoặc theo da ̣ng STL. Sau đó tiến hành sửa lỗi nếu có. B4: Na ̣p chương trı̀nh và o bô ̣ nhớ : Chú ng ta có thể cung cấ p nguồ n cho bô ̣ điề u khiể n có lâ ̣p trı̀ nh thông qua cổ ng I/O. Sau đó na ̣p chương trı̀ nh và o bô ̣ nhớ thông qua má y tı́ nh có chứ a phầ n mề m lâ ̣p trı̀ nh hı̀ nh thang. Sau khi na ̣p xong, kiể m tra la ̣i bằ ng hà m chuẩ n đoá n. Nế u đươ ̣c mô phỏ ng toà n bô ̣ hoa ̣t đô ̣ng củ a hê ̣ thố ng để chắ c chắ n rằ ng chuơng trı̀ nh đã hoa ̣t đô ̣ng tố t. B5: Cha ̣y chương trı̀nh: Trướ c khi nhấ n nú t Start, phả i chắ cchắ n rằ ng cá c dây dẫn nố i cá c ngõ và o, ra đế n cá c thiế t bi nhâ ̣ ̣p, xuấ t đã đươ ̣c nố i đú ng theo chı̉ đinh. ̣ Lú c đó PLC mớ i bắ t đầ u hoa ̣t đô ̣ng thực sự. Trong khi cha ̣y chương trı̀ nh, nế u bi lỗ ̣ i thı̀ má y tı́ nh sẽ bá o lỗ i , taphả i sữ a la ̣i cho đế n khi nó hoa ̣t đô ̣ng an toà n Sau đây là lưu đồ phương phá p thiế t kế bô ̣ điề u khiể n: 12
  10. Xá c đinḥ yêu cầ u củ a hê ̣ thố ng điề u khiể n Vẽ lưu đồ chung củ a hê ̣ thố ng điề u khiể n Liê ̣t kê tấ t cả cá c ngõ ra, ngõ và o nố i tương đố i đế n cá c cổ ng I/O củ a PLC Chuyể n lưu đồ sang sơ đồ hı̀ nh thang Na ̣p lâ ̣p trı̀ nh sơ đồ hı̀ nh thang thiế t kế cho PLC Mô phỏ ng chương trı̀ nh và sử a lỗi phầ n mề m Hiê ̣u chı̉ nh chương trı̀ nh cho phù hơp̣ Chương trı̀ nh OK Kế t nố i toà n bô ̣ thiế t bi ̣ và o, ra vớ i PLC Kiể m tra tấ t cả cá c tiế p điể m và o, ra 13
  11. Cha ̣y thử chương trı̀ nh Hiê ̣u đı́ nh la ̣i phầ n mề m Chương Trình OK Na ̣p chương trı̀ nh và o EPROM Lâ ̣p hồ sơ hê ̣ thố ng cho tấ t cả cá c bả n vẽ END Hình 1-7: Lưu đồ phương phá p thiế t kế bô ̣ điề u khiể n Sử thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC cho mạch điện điều khiển 3 m¸y b¬m ë vÝ dô trªn ta thực hiện nh­ sau: -TÝn hiÖu vµo: S1, S2, S3, S4 vÉn gi÷ nguyªn. -TÝn hiÖu ra: K1, K2, K3 lµ c¸c khëi ®éng tõ vÉn gi÷ nguyªn. -PhÇn tö xö lý: §­îc thay thÕ b»ng PLC. S1 NhËp sè liÖu S2 S3 S4 Xö lý K1 K2 K3 K1 K2 KÕt qu¶ K1 K2 K3 14
  12. Khi thùc hiÖn b»ng ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cã nhí PLC ta chØ cÇn thùc hiÖn nèi m¹ch theo s¬ ®å sau: NhËp sè liÖu S1 S2 S3 S4 24V Xö lý PLC N KÕt qu¶ K1 K2 K3 H×nh 1-8: S¬ ®å nèi d©y thùc hiÖn b»ng PLC NÕu b©y giê nhiÖm vô ®iÒu khiÓn thay ®æi vÝ dô nh­ c¸c b¬m 1,2,3 ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c lµ chØ mét trong sè c¸c b¬m ®­îc ho¹t ®éng ®éc lËp. Nh­ vËy ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn dïng R¬le ta ph¶i tiÕn hµnh l¾p gi¸p l¹i toµn bé m¹ch ®iÒu khiÓn, trong khi ®ã ®èi víi m¹ch ®iÒu khiÓn dïng PLC th× ta l¹i chØ cÇn so¹n th¶o l¹i ch­¬ng tr×nh råi n¹p l¹i vµo CPU th× ta sÏ cã ngay mét s¬ ®å ®iÒu khiÓn theo yªu cÇu nhiÖm vô míi mµ kh«ng cÇn ph¶i nèi l¹i d©y trªn m¹ch ®iÒu khiÓn. Nh­ vËy mét c¸ch tæng qu¸t cã thÓ nãi hÖ thèng ®iÒu khiÓn PLC lµ tËp hîp c¸c thiÕt bÞ vµ linh kiÖn ®iÖn tö. §Ó ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh, chÝnh x¸c vµ an toµn.. trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, c¸c thiÕt bÞ nµy bao gåm nhiÒu chñng lo¹i, h×nh d¹ng kh¸c nhau víi c«ng suÊt tõ rÊt nhá ®Õn rÊt lín. Do tèc ®é ph¸t triÓn qu¸ nhanh cña c«ng nghÖ vµ ®Ó ®¸p øng ®­îc c¸c yªu cÇu ®iÒu khiÓn phøc t¹p nªn hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph¶i cã hÖ thèng tù ®éng ho¸ cao. Yªu cÇu nµy cã thÓ thùc hiÖn ®­îc b»ng hÖ lËp tr×nh cã nhí PLC kÕt hîp víi m¸y tÝnh, ngoµi ra cßn cÇn cã c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi kh¸c nh­: B¶ng ®iÒu khiÓn, ®éng c¬, c¶m biÕn, tiÕp ®iÓm, c«ng t¾c t¬,... Kh¶ n¨ng truyÒn d÷ liÖu trong hÖ thèng rÊt réng thÝch hîp cho hÖ thèng xö lý vµ còng rÊt linh ®éng trong c¸c hÖ thèng ph©n phèi . Mçi mét thµnh phÇn trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã mét vai trß quan träng nh­ ®­îc tr×nh bµy trong h×nh vÏ sau. 15
  13. Nguån nu«i Tõ tiÕp Giao tiÕp Khèi xö lý Giao ®Õn ®iÓm ngâ vµo trung t©m tiÕp cuén c¶m d©y, m« biÕn ngâ Bé nhí t¬,.... ra H×nh 1-9: M« h×nh hÖ thèng ®iÒu khiÓn PLC HÖ thèng PLC sÏ kh«ng c¶m nhËn ®­îc thÕ giíi bªn ngoµi nÕu kh«ng cã c¸c c¶m biÕn, vµ còng kh«ng thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc hÖ thèng s¶n xuÊt nÕu kh«ng cã c¸c ®éng c¬, xy lanh hay c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi kh¸c nÕu cÇn thiÕt cã thÓ sö dông c¸c m¸y tÝnh chñ t¹i c¸c vÞ trÝ ®Æc biÖt cña d©y chuyÒn s¶n xuÊt. 1.4.3. Giới thiệu một số nhóm PLC phổ biến hiện nay trên thế giới: a. Siemens: có ba nhóm • CPU S7-200: CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216. CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM. • CPU S7-300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP; 314; 314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP; 318-2 • CPU S7-400: Liên hệ cataloge Siemens. b. Mitsubishi: Họ FX c. Omron: Họ CMQ d. Controll technique: Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP; TWD LCAA 24DRP... e. ABB: Ba nhóm: • AC 100M • AC 400M • AC 800M, đây là loại có 2 module CPU làm việc song song theo chế độ dự phòng nóng. 16
  14. 3. So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác. 3.1 PLC vớ i hê ̣ thố ng điề u khiể n bằ ng rơle: Viê ̣c phá t triể n hê ̣ thố ng điề u khiể n lâ ̣p trı̀ nhđã dầ n thay thế từ ng bướ c hê ̣ thố ng điề u khiể n bằ ng rơle trong cá c quá trı̀ nh sả n xuấ t khi thiế t kế mô ̣t hê ̣ thố ng điề u khiể n hiê ̣n đa ̣i, ngườ i kỹ sư phả i cân nhắ c, lựa cho ̣n giữ a cá c hê ̣ thố ng điề u khiể n lâ ̣p trı̀ nh thườ ng đươc̣ sử du ̣ng thay cho hê ̣ thố ng điề u khiể n bằ ng rơ le do cá c nguyên nhân sau: - Thay đổ i chương trı̀ nh điề u khiể n mô ̣t cá ch linh đô ̣ng. - Có đô ̣ tin câ ̣y cao. - Không gian lắ p đă ̣t thiế t bi nhỏ ̣ , không chiế m nhiề u diê ̣n tı́ch. - Có khả năng đưa tı́n hiê ̣u điề u khiể n ở ngõ ra phù hơ ̣p: dò ng, á p. - Dễ dà ng thay đổ i đố i vớ i cấ u hı̀ nh (hê ̣ thố ng má y mó c sả n xuấ t) trong tương lai khi có nhu cầ u mở rô ̣ng sả n xuấ t. Đă ̣c trưng cho hê ̣ thố ng điề u khiể n chương trı̀ nh là phù hợp với nhữ ng nhu cầ u đã nêu trên, đồ ng thờ i về mă ̣t kinh tế và thờ i gian thı̀ hê ̣ thố ng điề u khiể n lâ ̣p trı̀ nh cũ ng vượt trô ̣i hơn hê ̣ thố ng điề u khiể n cũ (rơle, contactor…). Hê ̣ thố ng điề u khiể n nà y cũ ng phù hợp vớ i sự mở rô ̣ng hêthố ̣ ng trong tương lai do không phả i thay đổ i, loại bỏ hê ̣ thố ng dây nố i giữ a hê ̣ thố ng điề u khiể n và cá c thiế t bi,̣ mà chı̉ đơn giả n là thay đổ i chương trı̀ nh sao cho phù hợp vớ i điề u kiê ̣n sả n xuấ t mớ. i 3.2. PLC vớ i má y tı́ nh cá nhân: Đố i vớ i mô ̣t má y tı́ nh cá nhân, ngườ i lâ ̣p trı̀ nh dễ nhâ ̣n thấ y đươ ̣c sự khá c biê ̣t giữ a PC vớ i PLC, sự khá c biê ̣t có thể biế t đươ ̣c như sau: Má y tı́ nh không có cá c cổ ng giao tiế p tiế p vớ i cá c thiế t bi ̣ điề u khiể n, đồ ng thờ i má y tı́ nh cũ ng hoa ̣t đô ̣ng không tố t trong môi trườ ng công nghiê ̣p. Ngôn ngữ lâ ̣p trı̀ nh trên má y tı́ nh không phả i da ̣ng hı̀ nh thang, má y tı́ nh ngoà i viê ̣c sử dụng cá c phầ n mề m chuyên biê ̣t cho PLC, cò n phả i thông qua viê ̣c sử dụ ng cá c phầ n mề m khá c là m“châ ̣m” đi quá trı̀ nh giao tiế p vớ i cá c thiế t bi đượ ̣ c điề u khiể n. Tuy nhiên qua má y tı́ nh, PLC có thể dể dà ng kế t nố i vớ i cá c hê ̣ thố ng khá c, cũ ng như PLC có thể sử du ̣ng bô ̣ nhớ (có dung lươṇ g rấ tlớ n) củ a má y tı́ nh là m bô ̣ nhớ củ a PLC. 4. Phạm vi ứng dụng của PLC. Hiê ̣n nay PLC đã được ứ ng du ̣ng thà nh công trong nhiề u lı ̃nh vực sả n xuấ t cả trong công nghiê ̣p và dân du ̣ng. Từ nhữ ng ứ ng du ̣ng để điề u khiể n cá c hê ̣ thố ng đơn giả n, chı̉ có chứ c năng đó ng mở (ON/OFF) thông thườ ng đế n cá c ứ ng du ̣ng 17
  15. cho cá c lı ̃nh vực phứ c ta ̣p, đò i hỏ i tı́ nh chı́ nh xá c cao, ứ ng du ̣ng cá c thuâ ̣t toá n trong quá trı̀ nh sả n xuấ t. Cá c lı ̃nh vực tiêu biể u ứ ng du ̣ng PLC hiê ̣n naybao gồ m: - Hó a ho ̣c và dầ u khı́ : Đinh ̣ á p suấ t (dầ u), bơm dầ u, điề u khiể n hê ̣ thố ng ố ng dẫn, cân đông trong ngà nh hó a … - Chế ta ̣o má y và sả n xuấ t: Tự đô ̣ng hoá trong chế ta ̣o má y, cân đông, quá trı̀ nh lắ p đă ̣t má y, điề u khiể n nhiêt ̣ đô ̣ lò kim loa ̣i… - Bô ̣t giấ y, giấ y, xử lý giấ y. Điề u khiể n má y băm, quá trı̀ nh ủ bô ̣t, cá n, gia nhiê ̣t.. - Thủ y tinh và phim ả nh: quá trı̀ nh đó ng gó i, thử nghiê ̣m vâ ̣t liê ̣u, cân đong, cá c khâu hoà n tấ t sả n phẩ m, đo cắ t giấ y . - Thực phẩ m, rươụ bia, thuố c lá : đế m, kiể m tra sả n phẩ m, kiể m soá t quá trı̀ nh sả n xuấ t, bơm (bia, nướ c trá i cây…), cân đong, đó ng gó i, hò a trô ̣n… - Kim loa ̣i: Điề u khiể n quá trı̀ nh cá n, cuố n (thé p), qui trı̀ nh sả n xuấ t, kiể m tra chấ t lươṇ g sản phẩm. - Năng lươṇ g: Điề u khiể n nguyên liê ̣u (cho quá trı̀ nh đố t, xử lý trong cá c turbin …), cá c tra ̣m cầ n hoa ̣t đô ̣ng tuầ n tự khai thá c vâ ̣t liê ̣u mô ̣t cá ch tự đô ̣ng (than, gỗ, dầ u mỏ ). Ví dụ: - Hệ thống nâng vận chuyển. - Dây chuyền đóng gói. - Các ROBOT lắp giáp sản phẩm . - Điều khiển bơm. - Dây chuyền xử lý hoá học. - Công nghệ sản xuất giấy . - Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh. - Sản xuất xi măng. - Công nghệ chế biến thực phẩm. - Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn. - Dây chuyền lắp giáp Tivi. - Điều khiển hệ thống đèn giao thông. - Quản lý tự động bãi đậu xe. - Hệ thống báo động. - Dây chuyền may công nghiệp. - Điều khiển thang máy. - Dây chuyền sản xuất xe Ôtô. - Sản xuất vi mạch. - Kiểm tra quá trình sản xuất . 18
  16. Bài 2: CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 1. Cấu trúc và hoạt động của một PLC. 1.1. Cấu trúc phần cứng PLC Quá trình được điều khiển PLC Mạch giao Pa-len Bộ nhớ Khối tiếp và cảm lâp chương Bộ xử ngõ vào biến trình trình lý trung tâm Bộ nhớ Khối Mạch công dữ liệu ngõ ra suất và cơ cấu tác động Nguồn cấp điều khiển Hình 2-1 Cấu trúc phần cứng PLC + Bộ xử lý trung tâm : (CPU – Central Processing Unit ) Khối xử lý trung tâm (CPU) gồm ba phần : Bộ xử lý, Hệ thống bộ nhớ và Hệ thống nguồn cung cấp. Hình 2-2 : Sơ đồ khối tổng quát của CPU CPU điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông tin giữa PLC, bộ nhớ và khối vào /ra được thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường là 1 hay 8 Mhz tuỳ thuộc vào bộ xử lý sử dụng. Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả phần tử trong hệ thống. 19
  17. + Bộ nhớ : Tất cả PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau : - ROM (Read Only Memory ) - RAM ( Random Acess Memory ) - EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read Only Memory) Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ, nên hầu như các PLC đều dùng bộ nhớ EEPROM. Trường hợp ứng dụng cần bộ nhớ lớn có thể chọn lựa giữa bộ nhớ RAM có nguồn Pin nuôi và bộ nhớ EEPROM. Ngoài ra, PLC cần bộ nhớ RAM cho các chức năng khác như : Bộ đệm để lưu trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra . Bộ nhớ tạm cho tác vụ định thì, tác vụ đế, truy xuất cờ Dung lượng bộ nhớ : Đối với PLC loại nhỏ thường bộ nhớ có dụng lượng cố định, thường là 2k. Dung lượng này là đủ đáp ứng cho khoảng 80% điều khiển hoạt động trong công nghiệp. Do giá thành bộ nhớ giảm liên tục, các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn cho các sản phẩm của họ. + Khối vào / ra : Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5 vol DC và 15 vol DC (điện áp cho TTL và CMOS), trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều, thường 24 vol DC đến 240 vol DC với dòng lớn. Khối vào / ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động, nó thực hiện chuyển đổi các mức điện tín hiệu và cách ly, tuy nhiên, khối vào / ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, cỡ 2A trở xuống không cần các mạch công suất trung gian hay rơle trung gian. Có thể lựa chọn cho các thông số cho các ngõ vào / ra thích hợp với các yêu cầu điều khiển cụ thể : Ngõ vào : 24 vol DC , 110 vol AC, hay 220 vol AC. Ngõ ra : Dạng rơle, transistor hay triac. Các modul vào/ra được thiết kế nhằm đơn giản việc kết nối các cơ cấu chấp hành và cảm biến vào PLC. Tất cả các cổng vào/ra được thiết kế sao cho nhanh chóng lắp ráp và thay thế khi bị hỏng. Tại các cổng vào/ra đều được đánh số địa chỉ để dễ khi lập trình hay thực hiện chức năng giám sát (monitor) trạng thái của chúng. Trạng thái của các cổng vào/rađược báo hiệu bằng đèn LED chỉ báo ngay 20
  18. trên PLC có tác dụng kiểm tra tính hoạt động của các cảm biến và cơ cấu tác động kết nối với PLC tiện hơn. Có thể lựa chọn thông số cho các ngõ vào/ra thích hợp các yêu cầu điều khiển cụ thể: Các kiểu đầu ra: a) Loại ngõ ra dùng zơle Đặc điểm: - Đóng cắt cho cả nguồn một chiều và nguồn xoay chiều. - Chịu được tần số đóng cắt thấp. - Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào dòng tải đi qua zơle và tần số đóng tiếp điểm. - Imax= 2A. Đèn LED Q0.0 Mạch vi 24V xử lý Cuộn hút COM Hình 2-3: Kiểu đầu ra dùng zơle. b) Loại ngõ ra dùng Transistor Đặc điểm: - Đóng cắt cho nguồn một chiều; - Chịu được tần số đóng cắt cao - Tuổi thọ cao; Imax= 50 mA Đèn Q0.0 24V Mạch vi xử lý COM Bộ thu phát quang (opto – coupler) Hình 2-4: Kiểu đầu ra dùng Tranzitor. 21
  19. Các kiểu đầu vào a) Kiểu đầu vào một chiều Tranzitor quang R1 Mạch CT vi xử R2 D lý 24V Diot phát quang Hình 2-5: Kiểu đầu vào một chiều b) Kiểu đầu vào xoay chiều Tranzitor quang R R1 CT Mạc h vi C R2 xử lý D Diot phát quang Hình 2-6: Kiểu đầu vào xoay chiều. + Pa-len lập trình: Trên các PLC loại lớn thường lập trình bằng cách dùng VDU (Visual Display Unit) với đầy đủ các bàn phím và màn hình, được nối với PLC thông qua cổng nối tiếp, thường là RS – 442. Các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập trình dạng ngôn ngữ Ladder kể cả các chú thích trong môi trường soạn thảo chương trình làm cho chương trình dễ đọc hơn. Hiện nay máy vi tính được xử dụng rất phổ biến để lập trình cho PLC, với CPU xử lý nhanh, màn hình đồ hoạ chất lượng cao, bộ nhớ lớn và giá thành ngày càng hạ, máy vi tính rất lý tưởng cho việc lập trình bằng ngôn ngữ Ladder, ngoài ra bộ lập trình cầm tay (Console) thường được sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa và bảo trì. 22
  20. 1.2 Hoạt động của PLC : 1.Ñoïc döõ lieäu töø ngoaøi vaøo 4. Chuyeån döõ lieäu töø boä nhôù aûo (Read input ) ñieàu khieån thieát bò ngoaïi vi 3. Truyeàn thoâng vaø 2.Thöïc hieän chöông trình töï kieåm tra loåi (Program excution ) Hình 2-7 :Một vòng quét của PLC. PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét. Mỗi vòng quét bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các ngõ vào (contact, sensor, relay...) vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh MEND. Sau giai đọan thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các ngõ ra. Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, lệnh này không trực tiếp làm việc với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với thiết bị ngoại vi trong giai đọan 1 và 4 là do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào/ra. Thườ ng viê ̣c thực thi mô ̣t vò ng qué t xả y ra vớ i mô ̣t thờ i gian rấ t ngắ n, mô ̣t vò ng quét đơn (single scan) có thờ i gian thực hiê ̣n từ 1ms tớ i 100ms. Viê ̣c thực hiê ̣n mô ̣t chu kỳ qué t dà i hay ngắ n cò n phu ̣ thuô ̣c và o đô ̣ dà i củ a chương trı̀ nh và cả mứ c đô ̣ giao tiế p giữ a PLC vớ i cá c thiế t bi ̣ ngoa ̣i vi (mà n hı̀ nh hiể n thi…).Vi ̣ xử lý có thể đo ̣c đươ ̣c tı́ n hiê ̣u ở ngõ và o chı̉ khi nà o tı́ n hiê ̣u nà y tá c đô ̣ng vớ i khoả ng thờ i gian lớ n hơn mô ̣t chu kỳ qué t thı̀ vi xử lý coi như không có tı́ n hiê ̣u nà y. Tuy nhiên trong thực tế sả n xuấ t, thườ ng các hê ̣ thố ng chấ p hà nh là cá c hê ̣ thố ng cơ khı́ nên tố c đô ̣ qué t như trên có thể đá p ứ ng đươ ̣c cá c chứ c năng củ a dây chuyề n sả n xuấ t. Để khắ c phu ̣c thờ i gian qué t dà i, ả nh hưở ng đế n chu trı̀ nh sả n xuấ t cá c nhà thiế t kế cò nhiế t t kế hê ̣ thố ng PLC câ ̣p nhâ ̣t tứ c thờ i, cá c hê ̣ thố ng nà y thườ ng đươ ̣c á p du ̣ng cho cá c PLC lớ n có số lươ ̣ng I/O nhiề u, truy câ ̣p và xử lý lươṇ g thông tin lớ n. 23
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2