Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường Đại học Công nghiệp Việt

®¹i häc th¸I nguyªn

Trêng ®¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp

TẠ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG

HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG TẠI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT- HUNG

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt

Chuyªn ngµnh: kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa

Th¸i Nguyªn - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

®¹i häc th¸I nguyªn

Trêng ®¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp

TẠ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG

HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG TẠI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT- HUNG

Chuyªn ngµnh: kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa

M· sè: 60520216

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt

Khoa chuyªn m«n Trëng khoa

ngêi híng dÉn khoa häc PGS.TS NGUYỄN THANH HÀ

Phßng qu¶n lý ®t sau ®¹i häc

Th¸i Nguyªn - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Tạ Thị Dung

Sinh ngày: 10 tháng 11 năm 1966

Học viên lớp cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại học Kỹ thuật Công

nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung.

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng của

giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác.

Các phần trích lục tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn.

Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Tác giả luận văn Tạ Thị Dung

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo phòng

Quản lý đào tạo sau đại học, khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái

Nguyên đóng góp nhiều ý kiến quan trọng để tác giả có thể hoàn thành bản luận văn

của mình.

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các

thầy giáo, cô giáo trong khoa Điện của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái

Nguyên thuộc Đại học Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dưới sự

hướng dẫn và góp ý của thầy PGS-TS. Nguyễn Thanh Hà đã giúp cho đề tài hoàn

thành mang tính khoa học cao. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các

thầy giáo, cô giáo.

Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên đề

tài khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các

thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn

nữa trong quá trình công tác sau này.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Tác giả luận văn Tạ Thị Dung

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................... ii

MỤC LỤC................................................................................................................. iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ..............................................................viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..............................................................................vii

LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

PLC .............................................................................................................................2

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC ............................2

1.1.1. Khái niệm về PLC.......................................................................................2

1.1.2. Lịch sử phát triển của PLC..........................................................................2

1.1.3. Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá. ..............................................3

1.2. Cấu trúc chung của PLC ....................................................................................3

1.2.1. Bộ xử lý tín hiệu .........................................................................................4

1.2.2. Bộ nhớ ........................................................................................................5

1.2.3. Bộ nguồn ....................................................................................................6

1.2.4. Module vào - ra..........................................................................................6

1.2.5. Thiết bị lập trình .........................................................................................7

1.3. Nguyên lý hoạt động của PLC ...........................................................................9

1.3.1. Đọc tín hiệu đầu vào ...................................................................................9

1.3.2. Thực hiện chương trình...............................................................................9

1.3.3. Cập nhật đầu ra .........................................................................................10

1.4. Trình tự các bước thiết kế bài toán điều khiển PLC .........................................11

1.5. Phân tích lựa chọn chủng loại PLC.................................................................12

1.6. kết luận chương 1 ............................................................................................13

CHƯƠNG 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ZEN CỦA OMRON ..........................14

2.1. Tổng quan về ZEN của OMRON. ...................................................................14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2.1.1. Các đặc điểm cơ bản của Zen....................................................................14

2.1.2. Giới thiệu các loại Zen..............................................................................15

2.1.3. Đặc tính kỹ thuật của ZEN -20C3AR-A-V2..............................................16

2.2. Các vùng nhớ của Zen .....................................................................................18

2.2.1. Các bit vào/ ra, các bit làm việc và các bit có lưu ......................................18

2.2.2. Timer ........................................................................................................19

2.2.3. Counter .....................................................................................................22

2.3. Lập trình và cài đặt thông số trên ZEN ............................................................22

2.3.1. Lựa chọn ngôn ngữ hiển thị ......................................................................22

2.3.2. Nối dây đầu vào/ra và hoạt động bên trong ...............................................23

2.3.3. Viết chương trình bậc thang ......................................................................24

2.3.4. Sửa chương trình bậc thang.......................................................................24

2.4. Các chức năng đặc biệt của ZEN .....................................................................31

2.4.1. Bảo vệ chương trình.................................................................................31

2.4.2. Xoá password đã đăng ký .........................................................................33

2.5. Xử lý lỗi ..........................................................................................................33

2.5.1. Xử lý lỗi....................................................................................................33

2.5.2.Các thông báo lỗi ......................................................................................33

2.5.3. Xoá các thông báo lỗi ...............................................................................35

2.6. Kết luận chương 2 ...........................................................................................36

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG ỨNG DỤNG

PLC ZEN...................................................................................................................37

3.1. Thiết kế bố trí module chứa bộ điều khiển ZEN ..............................................37

3.2. Mô hình thực hành khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác .........................39

3.2.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ sao tam giác

...........................................................................................................................39

3.2.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt module.................................................40

3.2.3. Xây dựng mô hình thực hành ....................................................................41

3.2.4. Chương trình điều khiển ...........................................................................41

3.3. Mô hình thực hành lập trình cửa tự động .........................................................42

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.3.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển cửa tự động .........................................42

3.3.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt modul ..................................................43

3.3.3. Xây dựng mô hình thực hành ....................................................................44

3.3.4. Chương trình điều khiển ...........................................................................44

3.4. Mô hình trò chơi đường lên đỉnh Olympia.......................................................45

3.4.1. Tổng quan về trò chơi đường lên đỉnh Olympia ........................................45

3.4.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt modul ..................................................46

3.4.3. Xây dựng mô hình thực hành ....................................................................46

3.4.4. Chương trình.............................................................................................47

3.5. Mô hình thực hành lập trình điều khiển bãi đỗ xe tự động ...............................48

3.5.1. Tổng quan về hệ thống đóng điều khiển bãi đỗ xe tự động........................48

3.5.2. Bố trí thiết bị trên bề mặt modul ...............................................................51

3.5.3. Xây dựng mô hình thực hành ....................................................................52

3.5.4. Chương trình.............................................................................................53

3.6. Mô hình thực hành điều khiển đèn giao thông tại ngã tư..................................53

3.6.1. Tổng quan về hệ thống đèn giao thông......................................................53

3.6.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm...................................................................57

3.6.3. Chương trình điều khiển ...........................................................................59

3.7. Kết luận chương 3 ...........................................................................................62

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH ZEN ................................63

4.1. Cơ sở lý thuyết chung của phương pháp dạy học thực hành.............................63

4.1.1. Khái niệm về thực hành và dạy học thực hành kỹ thuật.............................63

4.1.2. Nhiệm vụ của dạy học thực hành ..............................................................63

4.1.3. Phương pháp dạy học thực hành kĩ thuật...................................................64

4.2. Xây dựng bài thực hành lập trình điều khiển Zen ............................................64

4.2.1. Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra. ...........................................65

4.2.2. Thực hành với Timer và Counter ..............................................................76

4.2.3. Bài thực hành tổng hợp và nâng cao về Zen ..............................................83

4.3. Kết luận chương 4 ...........................................................................................88

KẾT LUẬN ...............................................................................................................89

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................91

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TT KÝ HIỆU DIỄN GIẢI NỘI DUNG ĐẦY ĐỦ

PLC Programmable Logic Controller 1

CPU Bộ xử lý trung tâm 2

RAM Random access Memory - Bộ nhớ cho phép đọc và ghi 3

ROM Read Only Memory - Loại bộ nhớ chỉ đọc 4

PROM Programmable Read Only Memory - Loại bộ nhớ cải tiến từ ROM 5

EPROM Erasable Programmable Read Only Memory - Bộ nhớ cải tiến lên 6

từ PROM

7 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory - là loại

kết hợp ưu điểu của cả RAM và EPROM

Nguồn điện xoay chiều AC 8

Nguồn điện một chiều DC 9

Nút mở máy quay động cơ theo chiều thuận MT 10

Nút mở máy quay động cơ theo chiều ngược MN 11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Nút dừng động cơ D 12

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Bảng các loại Zen phiên bản V2.................................................................16

Bảng 2.2. Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu........................................18

Bảng 2.3. Phương pháp đặt thông số trong trang thiết lập thông số ............................27

Bảng 2.4. Thông báo lỗi bật điện nhưng không chạy..................................................34

Bảng 2.5. Thông báo lỗi khi bật điện hay khi đang chạy ............................................35

Bảng 2.6. Lỗi khi truyền chương trình từ card nhớ.....................................................35

Bảng 4.1. Yêu cầu cấu hình máy tính.........................................................................65

Bảng 4.2. Gán địa chỉ vào/ra......................................................................................76

Bảng 4.3. Bảng tùy chọn Timer .................................................................................77

Bảng 4.4: Sai số của Timer ........................................................................................78

Bảng 4.5 Các thông số đặt cho Weekly Timer ...........................................................79

Bảng 4.6 Các thông số cho Calendar timer.................................................................80

Bảng 4.7 Các thông số đạt cho Counter .....................................................................82

Bảng 4.8 Gán địa chỉ vào/ra.......................................................................................83

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bảng 4.9 Gán địa chỉ vào/ra.......................................................................................88

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Cấu trúc chung của PLC...............................................................................4

Hình 1.2. Đầu vào - ra của bộ PLC ..............................................................................7

Hình 1.3. Lập trình PLC bằng máy tính .......................................................................8

Hình 1.4. Thiết bị lập trình xách tay.............................................................................8

Hình 1.5. Đọc tín hiệu đầu vào....................................................................................9

Hình 1.6. Giai đoạn thực hiện chương trình ...............................................................10

Hình 1.7. Giai đoạn cập nhật đầu ra ...........................................................................10

Hình 1.8. Chu trình làm việc của PLC .......................................................................11

Hình 1.9. Trình tự các bước thiết kế bài toán điều khiển PLC ....................................12

Hình 2.1. Đồ thị thời gian của Timer on delay ...........................................................19

Hình 2.2. Đồ thị thời gian của OFF delay...................................................................20

Hình 2.3. Đồ thị thời gian của One-shot pulse timer...................................................20

Hình 2.4. Đồ thị thời gian của Flashing pulse timer ...................................................20

Hình 2.5. Đồ thị thời gian của Twin timer..................................................................21

Hình 2.6. Đồ thị thời gian của Holding timer .............................................................21

Hình 2.7. Đồ thị mô tả hoạt động của count ...............................................................22

Hình 2.8. Lập trình và cài đặt thông số trên ZEN .......................................................23

Hình 2.9. Nối dây đầu vào/ra và hoạt động bên trong của ZEN..................................23

Hình 2.10. Viết chương trình bậc thang .....................................................................24

Hình 2.11. Đầu vào tương tự và bộ so sánh tương tự..................................................26

Hình 2.12. Khi đầu vào analog I4 ≥ 5.2V...................................................................26

Hình 2.13. Khi đầu vào analog I5 ≥ I4 .......................................................................26

Hình 2.14. Đặt thông số trong trang thiết lập thông số ...............................................27

Hình 2.15. Thiết lập khi hiển thị chữ2.3.5. Dùng các bit nút bấm (B).........................29

Hình 2.16. Dùng các bit nút bấm...............................................................................30

Hình 2.17. Thiết lập bảo vệ chương trình ...................................................................32

Hình 2.18. Xóa password đã đăng ký .........................................................................33

Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thiết bị modul chứa bộ điều khiển ZEN ...................................38

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.2. Mô hình hoàn thiện Modul chứa bộ điều khiển Zen....................................38

Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý đổi nối sao - tam giác .......................................................39

Hình 3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị modul đổi nối sao - tam giác .......................................40

Hình 3.5. Mô hình hoàn thiện Modul đổi nối sao - tam giác.......................................41

Hình 3.6. Chương trình điều khiển.............................................................................42

Hình 3.7. Sơ đồ bố trí thiết bị modul đóng mở cửa tự động.......................................43

Hình 3.8. Mô hình hoàn thiện modul đóng mở cửa tự động ......................................44

Hình 3.9: Chương trình điều khiển.............................................................................45

Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thiết bị trò chơi đường lên đỉnh Olympia...............................46

Hình 3.11: Mô hình hoàn thiện trò chơi đường lên đỉnh Olympia ..............................46

Hình 3.12. Chương trình điều khiển...........................................................................48

Hình 3.13: Sơ đồ mặt bằng bãi đỗ xe tự động ............................................................49

Hình 3.14: Hình ảnh một bãi đỗ xe trong thực tế........................................................50

Hình 3.15: Sơ đồ bố trí thiết bị modul bãi đỗ xe tự động............................................52

Hình 3.16. Mô hình hoàn thiện modul bãi đỗ xe tự động............................................52

Hình 3.17. Chương trình điều khiển...........................................................................53

Hình 3.18. Hình ảnh một hệ thống đèn giao ở ngã tư .................................................54

Hình 3.19. Sơ đồ thời gian chế độ giờ cao điểm.........................................................56

Hình 3.20. Sơ đồ thời gian chế độ bình thường ..........................................................57

Hình 3.21. Hình ảnh bố trí đèn giao thông ở ngã tư....................................................58

Hình 3.22. Sơ đồ bố thiết bị modul đèn giao thông ....................................................58

Hình 3.23. Mô hình hoàn thiện modul đèn giao thông................................................59

Hình 3.24. Chương trình điều khiển...........................................................................61

Hình 3.25. Toàn bộ các mô hình sau khi hoàn thiện ...................................................62

Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc chương trình theo ngôn ngữ LAD .......................................66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 4.2: Hình giản đồ thời gian của Counter ............................................................81

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây với sự phát triển của khoa học công nghệ, thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đã được ứng dụng rộng rãi trong tự động hoá xí nghiệp công nghiệp và rất nhiều lĩnh vực khác. PLC có thể coi như trái tim của hệ thống điều khiển nhằm tăng năng suất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm. PLC là một môn học thực sự cần thiết đối với một kỹ sư điều khiển tự động. Với mục đích bổ sung cơ cở vật chất tại trường ĐHCN Việt - Hung nhằm đào tạo đội ngũ kỹ sư Điện có tay nghề cao, lập trình PLC thành thạo.

Với ý nghĩa đó, đề tài luận văn: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường Đại học công nghiệp Việt - Hung” là một đề tài thiết thực, có tính ứng dụng cao. Mục tiêu của luận văn:

- Thiết kế chế tạo được mô hình bài tập thực hành PLC - Nghiên cứu hệ lệnh của PLC ZEN và khả năng ứng dụng của ZEN trong thực tế - Xây dựng được hệ thống bài tập thực hành PLC - Xây dựng được đề cương hướng dẫn thực hành PLC

Nội dung thực hiện:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về bộ điều khiển PLC - Nghiên cứu hệ lệnh của bộ PLC ZEN của hãng Omron - Xây dựng hệ thống bài tập thực hành PLC cơ bản và các yêu cầu công nghệ điều

khiển trong thực tế.

- Lựa chọn chủng loại và cấu hình của bộ PLC - Thiết kế phần cơ khí các modul bài tập thực hành PLC - Viết chương trình điều khiển đáp ứng hệ thống bài tập thực hành PLC - Download chương trình, kết nối với các modul và chạy kiểm tra - Xây dựng đề cương hướng dẫn thực hiện các bài tập thực hành

Bố cục của luận văn :

Luận văn được chia thành 4 chương Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC Chương 2: Bộ điều khiển lập trình ZEN của Omron Chương 3: Xây dựng hệ thống bài tập thực hành ứng dụng PLC ZEN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Chương 4: Xây dựng bài giảng thực hành ZEN

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC

1.1.1. Khái niệm về PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt

thành PLC là loại thiết bị được ứng dụng rất rộng rãi trong tự động hoá xí nghiệp công

nghiệp và rất nhiều lĩnh vực khác. Thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán

điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, các thuật toán này có thể sửa đổi và thay

thế một cách nhanh chóng và dễ dàng cho phù hợp với từng yêu cầu công nghệ. PLC

được thiết kế có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra và có thể lập trình với ngôn ngữ

lập trình đơn giản và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch,

cho phép các kĩ sư không yêu cầu cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính cũng có thể

sử dụng được. PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và dễ trao

đổi thông tin với các PLC khác hoặc với máy tính

1.1.2. Lịch sử phát triển của PLC

Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuật đầu

tiên cho thiết bị điều khiển logic khả lập trình. Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ

điều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thế các rơ le

do hỏng cuộn hút hay gãy các thanh lò xo tiếp điểm. Mục đích thứ hai là tạo ra một

thiết bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển.

Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đem lại

sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị này được lập

trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có độ tin

cậy cao hơn các hệ thống rơ le. Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở ra tất

cả các ngành công nghiệp sản xuất khác. Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công

của PLC đó chính là độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC

được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công

nghiệp. Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm,

chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao. Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đã trở nên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử. Các PLC có thể

điều khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét. Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho

nhau và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn.

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Về nguyên lý hoạt

động các PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì

chúng hoàn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất. PLC khác với

các máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành. Khi

được bật lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó, chứ

không thể chạy được hoạt động nào khác. Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi

như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley,Rocwel,Fanuc là các hãng

chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới. Các PLC của các hãng này được ứng dụng

rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá.

1.1.3. Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá.

Tất cả mọi hoạt động của hệ thống từ đơn giản đến phức tạp đều được PLC điều

khiển vì vậy PLC đóng vai trò rất quan trọng trong một hệ thống điều khiển, PLC có

thể được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chương

trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC. Thông qua các tín hiệu đầu vào (các

tín hiệu ở dạng logic ON/OFF) mà PLC sẽ cho các tín hiệu đầu ra để điều khiển hoạt

động các thiết bị của hệ thống.

1.2. Cấu trúc chung của PLC

Nếu không nhìn về khía cạnh giá thành, kích thước, mức độ phức tạp, tất cả các

PLC đều có những thành phần cơ bản và đặc điểm chức năng giống nhau. Một PLC

bao giờ cũng gồm có 5 thành phần cơ bản:

- Module xử lý tín hiệu

-Module nhớ

- Module nguồn

- Mô đun vào/ra

- Thiết bị lập trình

Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn trên hình 1.1

Ngoài các module chính này, các PLC còn có các module phụ trợ như module kết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

nối mạng, các module đặc biệt để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt,

module điều khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào

vv.

Mođun Vào / Ra

Mođun nguồn

CPU

Mođun nhớ

Thiết bị lập trình

Hình 1.1. Cấu trúc chung của PLC

1.2.1. Bộ xử lý tín hiệu

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là bộ phận chứa bộ vi xử lý. Bộ

xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương

trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt

động đến các thiết bị ra.

Bộ xử lý tín hiệu có thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các

bộ vi xử lý hỗ trợ cùng với các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính logíc,

điều khiển và ghi nhớ các chức năng của PLC. Bộ xử lý thu thập các tín hiệu vào, thực

hiện các phép tính logíc theo chương trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu

ra số hay tương ứng. Phần lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ

sở bộ vi xử lý và các mạch tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU.

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ,

thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Bộ vi xử lý nâng cao khả năng logic

và khả năng điều khiển của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép

tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độxử lý cao hơn và có trang bị

giao diện với máy tính, với mạng nội bộ. Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của

chương trình. Chu kỳ này được gọi là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian

thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển.

1.2.2. Bộ nhớ

Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó được sử dụng để chứa toàn

bộ chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ. Thông thường các

bộ nhớ được bố trí trong cùng một khối với CPU. Thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác

định việc các đầu vào, đầu ra được xử lý như thế nào. Bộ nhớ bao gồm các tế bào nhớ

được gọi là bit. Mỗi bit có hai trạng thái 0 hoặc 1. Đơn vị thông dụng của bộ nhớ là K,

1K = 1024 từ(word), 1 từ(word) có thể là 8 bit. Các PLC thường có bộ nhớ từ 1K đến

64K, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của chương trình điều khiển. Trong các PLC

hiện đại có sử dụng một số kiểu bộ nhớ khác nhau. Các kiểu bộ nhớ này có thể xếp

vào hai nhóm: bộ nhớ có thể thay đổi và bộ nhớ cố định. Bộ nhớ thay đổi là các bộ nhớ

có thể mất các thông tin ghi trên đó khi mất điện. Nếu chương trình điều khiển chứa

trong bộ nhớ mà bị mất điện đột xuất do tuột dây, mất điện nguồn thì chương trình

phải được nạp lại và lưu vào bộ nhớ. Bộ nhớ cố định ngược lại với bộ nhớ thay đổi là

có khả năng lưu giữ thông tin ngay cả khi mất điện.

Bộ nhớ có thể chia làm các loại sau:

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM (Random access Memory): đó là bộ nhớ

cho phép đọc và ghi. Dữ liệu trong RAM dễ dàng sửa được nhưng sẽ bị mất đi khi

PLC mất điện. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường dùng pin để lưu trữ dữ

liệu và chương trình trong RAM.

- ROM (Read Only Memory): là loại bộ nhớ chỉ đọc, không thể thay đổi được

dữ liệu trong ROM, ROM do nhà chế tạo chế sẵn chỉ nạp dữ liệu được một lần.

- PROM (Programmable Read Only Memory): là loại bộ nhớ cải tiến từ ROM,

là bộ nhớ trắng được ghi do nhà thiết kế. Tuy nhiên chương trình và dữ liệu được ghi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

trong PROM không thể xoá được.

- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): là bộ nhớ cải tiến lên

từ PROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng pin. Nội dung dữ liệu và chương

trình chứa trong EPROM có thể xoá được bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ

nhỏ trên EPROM và sau đó ghi dữ liệu mới vào máy bằng máy nạp.

- EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): là loại

kết hợp ưu điểu của cả RAM và EPROM, dữ liệu trong EEPROM có thể xoá và nạp

băng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn.

1.2.3. Bộ nguồn

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử

lý (thường là 5V) và cho các mạch điện đầu ra hoặc các module còn lại (thường là

24V).

1.2.4. Module vào - ra

Module vào - ra là phương thức liên lạc vật lý giữa hệ thống PLC với thế giới

bên ngoài. Cho phép thực hiện các kết nối, thông qua các kênh vào - ra đến module

vào và module ra. Cũng thông qua module vào - ra chương trình được nạp vào bộ nhớ.

Module vào - ra có thể là số hoặc tương tự.

* Các dạng đầu vào: Các tín hiệu vào từ các thiết bị hay từ các cảm biến cung

cấp các dữ liệu và thông tin cần thiết để bộ xử lý tín hiệu thực hiện các phép tính logic

yêu cầu quyết định đến việc điều khiển máy hoặc quá trình. Các tín hiệu vào có thể lấy

từ các thiết bị khác nhau như nút ấn, công tắc, can nhiệt, ten zô mét, vv.

Tín hiệu vào được nối vào các module vào để lọc tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu về

mức năng lượng thấp để bộ xử lý có thể sử dụng được. Đầu vào có hai dạng là đầu vào

dạng số và đầu vào dạng tương tự.

Đầu vào dạng số được kết nối với các cầu nối kênh trên module vào số, các

kênh này chỉ có các tín hiệu hai trạng thái 0 hay1.

Đầu vào tương tự có thể là tín hiệu điện áp, dòng điện từ các cảm biến tương tự.

* Các dạng đầu ra

Đầu ra của PLC là các tín hiệu cấp hay ngắt năng lượng để điều khiển máy hay

quá trình. Các tín hiệu này là các tín hiệu điện áp từ các mạch ra và nói chung là chúng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

có mức năng lượng thấp. Các tín hiệu này thông thường không truyền trực tiếp đến cơ

cấu chấp hành, mà truyền đến các bộ khuyếch đại công suất, hoặc các bộ chuyển mạch

từ công suất thấp sang công suất cao hơn. Ví dụ tín hiệu điều khiển đóng mở van, tín

hiệu này truyền đến cuộn hút của khởi động từ của động cơ, kích hoạt khởi động từ

và mạch điện cấp vào động cơ được đóng, động cơ chạy và bắt đầu đóng hay mở van

tuỳ theo chiều quay của động cơ. Đầu ra cũng có hai dạng tín hiệu là dạng tín hiệu số

hoặc tín hiệu tương tự.

Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic.... Mỗi

điểm vào/ ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng.

Hình 1.2. Đầu vào - ra của bộ PLC

1.2.5. Thiết bị lập trình

Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau

đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, có

thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính

cá nhân.

- Lập trình nhờ các phần mềm lập trình trên máy tính và nạp chương trình lên

PLC qua cổng RS232 hay qua cổng kết nối với mạng LAN hay mạng Internet. Máy

tính cá nhân là phương tiện lập trình tốt nhất cho PLC, bởi vì chúng ta có thể quan sát

được nhiều dòng lệnh trên màn hình, soạn thảo và truy cập vào chương trình dễ dàng.

Điều bất tiện là máy tính cá nhân không thích hợp lắm với môi trường công nghiệp và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

khả năng di chuyển kém.

Hình 1.3. Lập trình PLC bằng máy tính

Lập trình bằng thiết bị lập trình xách tay: lập trình trực tiếp vào bộ nhớ của

PLC. Thiết bị này không dễ sử dụng như máy tính, nhưng lại tiện cho việc mang đi

theo người. Lập trình được thực hiện từng dòng lệnh tương ứng với từng bậc của sơ đồ

thang.

Hình 1.4. Thiết bị lập trình xách tay

- Lập trình trên máy tính, nạp lên thẻ nhớ và sau đó nạp từ thẻ nhớ vào PLC qua

cổng tiêu chuẩn. Các thẻ nhớ EEPROM là các bộ nhớ ROM có thể xoá và lập trình lại

được bằng điện. Ưu điểm của EEPROM là nó có thể thay đổi chương trình của PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

bằng cách cắm vào cổng của PLC.

1.3. Nguyên lý hoạt động của PLC

Khi chạy, một chương trình PLC chia làm 3 giai đoạn chính:

 Đọc tín hiệu đầu vào

 Thực hiện chương trình

 Xuất kết quả ra

1.3.1. Đọc tín hiệu đầu vào

Giai đoạn này bộ vi xử lý “chụp lại” trạng thái logic của các đầu vào rồi truyền

hình ảnh nhận được vào bộ nhớ dữ liệu.

Hình 1.5. Đọc tín hiệu đầu vào

1.3.2. Thực hiện chương trình

Thực hiện các phép toán logic chứa trong bộ nhớ chương trình lần lượt từ đầu

đến cuối bằng cách sử dụng “hình ảnh” của trạng thái đầu vào chứa trong bộ nhớ dữ

liệu. Kết quả của mỗi phép toán logic ( hình ảnh đầu ra ) lại được lưu trong bộ nhớ dữ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

liệu.

Hình 1.6. Giai đoạn thực hiện chương trình

1.3.3. Cập nhật đầu ra

Sao chép lại toàn bộ các trạng thái logic hình ảnh của đầu ra (lưu trong bộ nhớ

dữ liệu) ra các module đầu ra để điều khiển các thiết bị bên ngoài.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 1.7. Giai đoạn cập nhật đầu ra

Thu thập dữ liệu đầu vào

Chạy chương trình

Cập nhật đầu ra

Như vậy, ta có thể khái quát một chu trình làm việc của PLC như sau:

Hình 1.8. Chu trình làm việc của PLC

1.4. Trình tự các bước thiết kế bài toán điều khiển PLC

Đối với một bài toán thiết kế điều khiển PLC ta cần theo các bước sau:

- Tìm hiểu, phân tích yêu cầu công nghệ

- Xác định đối tượng điều khiển của hệ thống

- Xác định loại và số lượng tín hiệu đầu vào và ra, lập bảng phân công địa chỉ

vào/ra

- Vẽ giản đồ thời gian hoặc lưu đồ thuật toán cho các tín hiệu vào/ ra

- Lựa chọn ngôn ngữ lập trình và loại PLC tương ứng

- Viết chương trình điều khiển

- Chạy mô phỏng và kiểm tra lỗi

- Nạp chương trình vào PLC

- Kết nối PLC với thiết bị ngoại vi

- Chạy thử và kiểm tra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Nếu tốt ta tiến hành nạp chương trình vào EPROM và tạo tài liệu chương trình

Xác định yêu cầu của hệ thống

Kết nối các thiết bị I/O vào PLC

Vẽ lưu đồ điều khiển

Kiểm tra dây nối

Chạy thử chương trình

Liệt kê các thiết bị I/O tương ứng với các đầu I/O của PLC

Soạn thảo chương trình

Kiểm tra

Nạp chương trình cho PLC

Chạy tốt

N O

Sửa chữa chương trình

Nạp vào EPROM

Chạy mô phỏng và tìm lỗi

Tạo tài liệu chương trình

Chấm dứt

Chạy lỗi

Hình 1.9. Trình tự các bước thiết kế bài toán điều khiển PLC

1.5. Phân tích lựa chọn chủng loại PLC

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemen, Omron,

ABB, Mitshubishi, LG.... mỗi hãng đều có những tính năng và ưu điểm riêng. Hiện tại,

phòng thực hành PLC của trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung đã có PLC của các

hãng Siemen, LG, Mitsubitshi. Với mục đích đa dạng về chủng loại để các em được

làm quen với các hãng PLC khác nhau, vì vậy đề tài lựa chọn bộ PLC Zen của hãng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Omron để nghiên cứu. Bộ PLC Zen là bộ PLC đơn giản của hãng Omron, bộ Zen phù

hợp với các yêu cầu điều khiển tự động đơn giản và phù hợp với hệ thống bài tập thực

hành dành cho sinh viên tại trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung

Căn cứ vào yêu cầu bài tập và số lượng đầu vào, ra của từng bài tập tác giả lựa

chọn bộ PLC ZEN-20C3AR-A-V2.

1.6. kết luận chương 1

Nội dung chương 1 đã nghiên cứu được về những vấn đề sau :

Tổng quan về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC

Tìm hiểu về vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của PLC

Đưa ra được trình tự các bước thiết kế bài toán điều khiển PLC từ đó chọn được

chủng loại PLC sử dụng trong luận văn

Trên cơ sở những nghiên cứu bước đầu về PLC trong chương 1, chương 2 sẽ đi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

sâu nghiên cứu về bộ điều khiển lập trình Zen của OmRon.

CHƯƠNG 2

BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ZEN CỦA OMRON

2.1. Tổng quan về ZEN của OMRON.

2.1.1. Các đặc điểm cơ bản của Zen

Zen là một loại PLC cỡ nhỏ được cung cấp bởi hãng OMRON (Nhật). Zen còn

được gọi là hệ rơle lập trình được (Programable relays) với nhiều ưu điểm nổi bật:

• Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ.

Một bộ xử lý trung tâm cung cấp 12 đầu vào và 8 đầu ra (đối với khối CPU 20

cổng vào ra). Thích hợp sử dụng cho các điều khiển cỡ nhỏ như hệ thống cung cấp

nước cho nhà cao tầng hay điều khiển ánh sáng cho các văn phòng công sở…

• Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ.

Lập trình ladder trực tiếp từ bộ xử lý trung tâm. Chương trình ladder có thể dễ

dàng được copy.

• Zen có kích thước rất nhỏ thuận lợi cho việc lắp đặt.

• Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây.

Việc gá đặt dễ dàng với một rãnh nhỏ phía mặt sau. Sẵn có các Timer và

Counter vì vậy chỉ cần nối dây cho nguồn cấp và các cổng vào ra. Thao tác kết nối đơn

giản chỉ cần dùng một tuốc nơ vít.

• Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra. Số

lượng đầu vào ra của Zen có thể lên tới 24 đầu vào và 20 đầu ra nhờ kết hợp thêm 3

module mở rộng.

• Biện pháp khắc phục khi mất điện.

EEPROM vẫn lưu trữ chương trình và dữ liệu cài đặt hệ thống khi không cấp

điện tới ZEN. Các dữ liệu về thời gian, counter, holding timer và các bit làm việc vẫn

được lưu nhờ sử dụng một nguồn nuôi.

• Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình.

Sử dụng một băng từ nhớ có thể dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

• Có thể lập trình và kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính. Phần mềm Zen

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Support cung cấp một cách hoàn chỉnh cho quá trình mô phỏng trên máy vi tính.

• Dung lượng đóng cắt lớn: Công tắc đầu ra có thể chịu dòng 8A (250 VAC).

Các công tắc đều độc lập với nhau.

• Đầu vào xoay chiều: Đối với CPU có nguồn cấp đầu vào xoay chiều, có thể

kết nối trực tiếp với điện áp từ 100V đến 240V.

• Lập trình dễ dàng: Có thể đặt cho bit đầu ra 3 sự hoạt động khác nhau.

• Các Timer phong phú: Mỗi Timer đều hỗ trợ 5 kiểu hoạt động và 3 kiểu thang

chia thời gian. Cùng với 8 holding Timers có thể giữ trạng thái Timer khi nguồn cấp bị

ngắt.

• Counter có thể đếm tăng và đếm giảm: Có sẵn 16 Counter có thể điều khiển

đếm tăng hoặc đếm giảm. Sử dụng bộ so sánh có thể lập trình cho nhiều đầu ra từ 1

Counter.

• Hỗ trợ Timer hoạt động theo ngày hoặc theo mùa: Khối CPU với sẵn có chức

năng đồng hồ và lịch hỗ trợ 16 Weekly Timer và Calendar Timer. Calendar Timer hỗ

trợ điều khiển theo mùa, còn Weekly Timer hỗ trợ điều khiển theo ngày giờ.

• Đầu vào tương tự trực tiếp: Khối CPU với đầu vào nguồn cấp 1 chiều có 2 đầu

vào tương tự (từ 0V đến 10V) và 4 bộ so sánh tương tự.

• Bảo dưỡng dễ dàng hơn: Sử dụng chức năng hiển thị của khối CPU để hiển thị

tin nhắn do người sử dụng cài đặt về ngày, thời gian và các dữ liệu khác.

• Đèn màn hình sáng lâu hơn trong điều kiện làm việc tối: Có thể đặt cho đèn

màn hình tắt sau 2, 10 hay 30 phút, cũng có thể đặt chế độ đèn luôn sáng. Với chức

năng hiển thị, đèn màn hình cũng có thể bật sáng khi một tin nhắn hiển thị.

• Lọc nhiễu đầu vào: Mạch lọc nhiễu đầu vào ngăn chặn nhiễu đầu vào.

• Sử dụng rộng rãi trên thế giới: Có thể hiển thị 6 ngôn ngữ. Hỗ trợ chức năng

phân biệt giờ theo mùa.

• Bảo mật chương trình: Chương trình có thể được bảo vệ nhờ cài đặt password.

2.1.2. Giới thiệu các loại Zen.

Nói chung Zen được phân biệt dựa vào các yếu tố sau:

- Sử dụng nguồn nuôi AC hay DC:

+ Zen xoay chiều (nếu dùng nguồn AC)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

+ Zen một chiều (nếu dùng nguồn DC)

- Có màn hình tinh thể lỏng LCD (đi kèm phím ấn hay không có).

- Có đồng hồ thời gian theo tuần và năm hay không.

- Có đầu vào Analog hay không.

Dưới đây là bảng các loại Zen phiên bản V2

Bảng 2.1. Bảng các loại Zen phiên bản V2

2.1.3. Đặc tính kỹ thuật của ZEN -20C3AR-A-V2

2.1.3.1. Đặc tính đầu vào

- Điện thế đầu vào: 100V đến 240VAC (-15% /+10%, cho phép 85 ÷ 246 VAC)

50/60Hz,

- Số đầu vào 12 AC

- Tổng trở đầu vào: 680kΩ

- Dòng điện đầu vào: 0,15mA ở 100VAC và 0,35mA ở 240 VAC

- Điện thế đóng (mức 1): 80 VAC min

- Điện thế ngắt (mức 0): 25VAC max

- Thời gian đáp ứng cần thiết cho trạng thái đóng hay ngắt:

• Ở 100 VAC là 50ms hay 70ms (dùng chức năng lọc nhiễu ngõ vào)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

• Ở 240 VAC là 100ms hay 120ms (dùng chức năng lọc nhiễu ngõ vào)

2.1.3.2. Đặc tính đầu ra

- Dòng điện cực đại của tiếp điểm 8A ở 250VAC, 5A ở 24 VDC

- Tuổi thọ của Rơle:

• Về điện: 50.000 lần vận hành

• Về cơ: 10 triệu lần vận hành

- Thời gian đáp ứng cần thiết khi đóng: 15ms

- Thời gian đáp ứng cần thiết khi ngắt: 5ms

2.1.3.3. Công suất tiêu thụ

- Loại AC: 30VA max

- Điện trở cách nhiệt giữa nguồn AC cung cấp và đầu nối đầu vào, đầu nối đầu

ra 20MΩ min ở 500VDC

- Nhiệt độ môi trường cho phép: 00 C đến 550 C

- Độ ẩm môi trường cho phép: 10% đến 90%

2.1.3.4. Các thông số khác

Có 16 bit lưu (holding bit) trạng thái kể cả khi mất điện

16 timer với nhiều loại: ON-delay/OFF-delay timer, One-shot timer, Flashing-

pulse timer

8 Holding timer với trạng thái được lưu kể cả khi mất điện

16 counter có thể đếm lên hoặc xuống thay đổi bằng chương trình

16 display bit dùng để hiển thị các message lên màn hiển thị của ZEN tuỳ theo

trạng thái chương trình

8 bit báo trạng thái các nút bấm

Lưu chương trình bằng EEPROM hoặc bằng card nhớ

16 weekly/16 calendar timer

Lập trình từ trái sang phải dễ dàng trực tiếp trên ZEN hay bằng phần mềm ZEN

Support Software

Dung lượng chương trình 96 dòng (gồm 3 đầu vào và 1 đầu ra mỗi dòng)

Các tính năng mới bổ sung của model -V2: twin timer, weekly timer multiple-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

day operation, pulse output operation, 8-digit counter (150 Hz), 8-digit comparators

2.2. Các vùng nhớ của Zen

2.2.1. Các bit vào/ ra, các bit làm việc và các bit có lưu

Bảng 2.2. Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu

Địa Số Tên Kiểu chỉ Chức năng bít bít

0 đến CPU có 10 cổng 6 Phản ánh trạng thái đóng/mở Bít đầu vào 5 vào/ra của thiết bị đầu vào nối tới đầu bộ xử lý I 0 đến CPU có 20 cổng vào của Zen trung tâm 12 b vào/ra

Bít đầu vào

0 đến Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết bị đầu vào khối 12 X b vào nối tới đầu vào của khối module mở rộng mudule mở

rộng

Bít đầu vào 0 đến Bật ON khi các nút hoạt động được ấn trong chế độ 8 B 7 RUN nút ấn

Bít so sánh 0 đến Đầu ra là kết quả so sánh của đầu vào tương tự. Có 4 A 3 thể chỉ được cho kiểu có điện áp nguồn cấp 24VDC tương tự

0 đến So sánh giá trị hiện tại của các Timer. Holding Bít so sánh P 16 f Timer và Counter. Đầu ra là kết quả so sánh

Bít so sánh 0 đến So sánh kết quả hiện tại của bộ đếm 8 số (F) với 4 G 3 8 số một hằng số. Đầu ra là kết quả so sánh

0 đến CPU có 10 Bít đầu ra 4 Đưa ra trạng thái đóng/mở cho 3 cổng vào/ra Q bộ xử lý thiết bị đầu ra nối tới đầu ra của 0 đến CPU có 10 trung tâm Zen 8 7 cổng vào/ra

Bít đầu ra

0 đến Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị đầu ra nối tới khối Y 12 module mở b đầu ra của khối module mở rộng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

rộng

Các bít làm 0 đến Chỉ được sử dụng bên trong chương trình. Không M 16 việc f thể đưa ra thiết bị bên ngoài

0 đến Làm việc giống như các bít làm việc tuy nhiên các Bít có lưu H 16 f bít này lưu được trạng thái đóng/mở khi mất điện

• Các bit đầu vào có 2 trạng thái: Thường mở và thường đóng

• Các bit đầu ra có 4 trạng thái:

- ‘[‘ Đầu ra hoạt động bình thường: Khi được nối điện thì đầu ra có điện, khi

mất nối điện thì đầu ra mất điện.

- ‘S’ Set bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được set lên 1

mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đầu ra nữa hay không.

- ‘R’ Reset bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được reset về

0 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đẩu ra nữa hay không.

- ‘A’ Thay đổi trạng thái đầu ra: Mỗi khi được nối điện trạng thái của đầu ra sẽ

chuyển sang trạng thái ngược lại với trạng thái đang có.

2.2.2. Timer

Trên Zen có 4 loại timer:

- Timer thường (T): Từ T0 đến T7

- ON delay timer : Bật sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào

trigger lên ON

Hình 2.1. Đồ thị thời gian của Timer on delay

- OFF delay timer : Vẫn ở ON trong khi đầu vào trigger ON và tắt sau một

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger về OFF

Hình 2.2. Đồ thị thời gian của OFF delay

- One-shot pulse timer (O): Vẫn ON ở trong một khoảng thời gian đặt trước khi

đầu vào trigger bật lên ON

Hình 2.3. Đồ thị thời gian của One-shot pulse timer

- Flashing pulse timer (F): Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu kì đặt trước

trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 2.4. Đồ thị thời gian của Flashing pulse timer

- Twin timer ( W ): Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger ở trạng thái ON.

Thời gian ON và thời gian OFF có thể tách riêng.

Hình 2.5. Đồ thị thời gian của Twin timer

- Holding Timer (#): Từ #0 đến #3

Bật sau một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên ON. Giá trị hiện

hành vẫn được lưu khi timer chuyển từ RUN sang STOP hoặc khi bị ngắt điện. Timer

lại tiếp tục khi đầu vào kích lên ON. Bít đầu ra của Timer cũng được giữ nguyên trạng

thái khi Timer đếm xong.

Hình 2.6. Đồ thị thời gian của Holding timer

- Weekly Timer (@): Từ @0 đến @7

Cho phép đặt các ngày hoạt động trong tuần và thời gian hoạt động trong các

ngày đó.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Calender Timer(*): Từ *0 đến *7

Cho phép đặt thời gian hoạt động trong 1 năm từ ngày bắt đầu đến ngày kết thúc.

2.2.3. Counter

Có đến 16 bộ đếm và một bộ đếm 8 số có thể đếm tăng hoặc đếm giảm. Giá trị

hiện hành của bộ đếm và trạng thái đầu ra của counter được lưu giữ ngay cả khi thay

đổi chế độ hoạt động hoặc khi mất điện. Đầu ra của bộ đếm bật lên on khi giá trị đếm

được bằng hay lớn hơn giá trị cài đặt. Giá trị đếm được trở về 0 và đầu ra của bộ đếm

(Counter bit) trở về OFF khi đầu vào Reset bật lên ON. Đầu vào của bộ đếm không có

tác dụng đếm khi đầu vào Reset lên ON.

Có 3 đầu vào của bộ đếm:

• Đầu vào đếm: CC (Count) đếm lên/đếm xuống khi đầu vào đếm lên ‘1’

• Đầu chọn hướng đếm: DC (Direction) nếu = ‘0’ là đếm lên, nếu = ‘1’ là đếm

xuống.

• Đầu vào xoá số: RC ( Reset ) khi đầu vào xoá số = ‘1’ thì giá trị đếm trở về

‘0’, đầu ra của bộ đếm trở về ‘0’.

Hình 2.7. Đồ thị mô tả hoạt động của count

2.3. Lập trình và cài đặt thông số trên ZEN

2.3.1. Lựa chọn ngôn ngữ hiển thị

Có thể lựa chọn tới 6 ngôn ngữ để hiển thị trên mặt hiển thị LCD của ZEN là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Anh, Pháp, Italia, Đức, Tây Ban Nha và Nhật. Mặc định là tiếng Anh.

Bấm OK để chuyển sang trang Menu

Bấm ↓ 4 lần để chuyển con trỏ tới

"LANGUAGE"

Bấm OK để hiển thị ngôn ngữ hiện tại,

Chữ cuối của ngôn ngữ sẽ nhấp nháy

(chữ "H" trong hình)

Bấm OK để làm cho cả từ nhấp nháy.

Bây giờ ta có thể lựa chọn ngôn ngữ khác

dùng phím ↑/↓.

Hình 2.8. Lập trình và cài đặt thông số trên ZEN

2.3.2. Nối dây đầu vào/ra và hoạt động bên trong

Hình 2.9. Nối dây đầu vào/ra và hoạt động bên trong của ZEN

Nối các công tắc SW1 và SW2 vào các đầu nối input I0 và I1 (số (1) trên

chương trình bậc thang) cũng bật hoặc tắt. Tương tự với công tắc SW2 và bit I1 Khi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

chương trình chạy ở chế độ RUN và công tắc SW1 bật, Bit I0 bật lên và cũng làm bit

đầu ra Q0 bật. Khi đó tiếp điểm đầu ra (output contact) cũng bật theo (chỉ thị bởi số (3)

chương trình).

Khi đó tiếp điểm đầu ra (output contact) bật lên (chỉ thị bởi số 3 trong chương

trình), tải nối với đầu nối đầu ra Q0 cũng được bật.

2.3.3. Viết chương trình bậc thang

Cần phải chuyển ZEN về chế độ STOP mới viết hay thay đổi được chương

trình.

Bấm OK để chuyển về màn hình Menu và

chọn PROGRAM

Chọn EDIT PROGRAM

Hình 2.10. Viết chương trình bậc thang

Sau đó màn hình hiển thị như sau:

Bấm OK để chuyển sang trang sửa chương trình bậc thang

Các hoạt động khi ở trang sửa đổi chương trình bậc thang:

Tại 1 thời điểm chỉ có thể hiển thị được 2 dòng trong mạch của chương trình

bậc thang trong màn hình Edit Screen.

Mỗi bộ ZEN có thể chứa tới 96 dòng, mỗi dòng có thể gồm 3 input condition là

các tiếp điểm đầu vào và 1 output.

2.3.4. Sửa chương trình bậc thang

- Thay đổi đầu vào.

Di chuyển con trỏ về vị trí cần thay đổi đầu vào

Bấm OK để đổi con trỏ sang dạng nhấp nháy và chuyển con trỏ sang vị trí nhập

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

loại bit.

Bấm phím ↑/↓ để lựa chọn M.

Bấm  để chuyển sang vị trí nhập loại bit. Dùng phím ↑/↓ để thay đổi đại chỉ

bit từ 0 lên 1.

Bấm OK để hoàn tất.

- Sửa đổi các chức năng phụ khác cho đầu ra bit.

Bây giờ ta sẽ thay đổi chức năng đầu ra bit sang S (tức SET).

Di chuyển con trỏ về vị trí cần thay đổi đầu ra.

Bấm OK để đổi con trỏ sang dạng nhấp nháy.

Bấm  chuyển con trỏ sang vị trí thay đổi chức năng đầu ra.

Bấm phím ↑ hai lần để chuyển chức năng đầu ra từ [ thành S Bấm OK để hoàn tất.

- Xoá các đầu vào, đầu ra và các đường nối.

Di chuyển con trỏ tới vị trí của đầu vào, đầu ra hay đường nối cần xoá và bấm

DEL.

Di chuyển con trỏ tới vị trí của đầu vào bên phải của đường nối này. Bấm ALT

để chuyển sang chế độ vẽ đường nối. Con trỏ chuyển sang hình mũi tên 

Bấm DEL để xoá

- Chèn các dòng.

• Để chèn 1 dòng trắng, chuyển con trỏ về đầu dòng cần chèn thêm 1 dòng trắng

và ấn ALT

• Để chèn mạch song song (mạch OR), các đầu vào có thể được thêm vào giữa

các đầu vào song song.

Chuyển con trỏ về đầu dòng cần chèn thêm 1 dòng trắng và ấn ALT - Xoá các dòng trắng

Để xoá 1 dòng trắng, chuyển con trỏ về vị trí đầu của dòng cần xoá và ấn DEL.

* Đầu vào tương tự (analog input) và bộ so sánh tương tự (analog comparator)

Có thể nối 2 đầu vào tương tự 0-10V vào module CPU của ZEN (với model

dùng nguồn DC). Hai đầu vào này là I4 và I5 như hình dưới.

Tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành dạng số BCD từ 00.0 đến 10.0. Kết

quả có thể được dùng với 1 trong 4 bộ so sánh tương tự (analog comparator) ký hiệu

A0 đến A3. Kết quả của việc so sánh này có thể được dùng làm đầu vào trong chương

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

trình.

Hình 2.11. Đầu vào tương tự và bộ so sánh tương tự

- Ví dụ 1

Khi đầu vào analog I4 ≥ 5.2V

Hình 2.12. Khi đầu vào analog I4 ≥ 5.2V

Đầu ra của bộ comparator sẽ bật lên ON khi điện áp đầu vào 1 đạt đến 5,2V

hoặc cao hơn

- Ví dụ 2

Khi đầu vào analog I5 ≥ I4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 2.13. Khi đầu vào analog I5 ≥ I4

Đầu ra của bộ comparator sẽ bật lên ON khi điện áp đầu vào 2 cao hơn đầu vào 1

* Các bit hiển thị thông báo (Display bit)

Chương trình trong ZEN có thể hiển thị lên trên màn hình LCD các thông báo

tự đặt, thời gian, giá trị hiện hành của timer/counter hay giá trị của bộ so sánh analog.

Có thể hiển thị nhiều dữ liệu trên cùng màn hình.

- Thiết lập trong màn hình sửa chương trình bậc thang.

Các đầu vào của bit hiển thị đựơc vẽ ở màn hình theo dõi thông số (Parameter

settings).

Display address: D0 đến D7 (8 bit)

- Đặt thông số trong trang thiết lập thông số (Parameter Settings).

Hình 2.14. Đặt thông số trong trang thiết lập thông số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bảng 2.3. Phương pháp đặt thông số trong trang thiết lập thông số

Chú ý:

(1) Khi L0 hay L1 được chọn để tắt chức năng hiển thị trang thông báo, trang

hiển thị thông báo sẽ không đựơc hiển thị tự động. Dùng các phím để chuyển tới trang

hiển thị hoạt động.

(2) Khi L2 hay L3 được chọn để bật chức năng hiển thị trang thông báo, trang

hiển thị thông báo sẽ được hiển thị tự động để hiển thị dữ liệu đã đặt. Màn hình chính

sẽ không được hiển thị. Để hiển thị màn hình chính, phải chuyển CPU về chế độ

STOP.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Thiết lập khi hiển thị chữ (khi chọn CHR).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 2.15. Thiết lập khi hiển thị chữ

2.3.5. Dùng các bit nút bấm (B)

Với ZEN-20C3ARA-V2 là loại có màn hình LCD, mỗi khi bấm 1 nút trên

ZEN, bit nút bấm tương ứng (Button switch) sẽ thay đổi trạng thái. Có 8 bit nút bấm,

ký hiệu và địa chỉ từ B0 đến B7.

Hình 2.16. Dùng các bit nút bấm

Sử dụng bit nút bấm.

Các nút bấm có thể được dùng như các phím ẩn để xoá giá trị hiện hành của

counter hay holding bit.

Ví dụ:

Bấm DEL+ALT đồng thời trong khi đang chạy để reset counter C2 về 0 và bit

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

H5 về OFF ở chương trình bên.

Chú ý:

+ Các nút bấm có thể được dùng như là nút hoạt động cho mỗi màn hình.

Khi dùng các nút như là các bit nút bấm, hãy thực hiện các lựa chọn tuỳ theo

tình trạng của màn hình.

+ Các nút có thể được dùng cho các hoạt động hệ thống của ZEN như lựa chọn

menu, bất kể bit nút bấm có đang được sử dụng không. Khi 1 nút bấm được nhấn cho

các hoạt động hệ thống của ZEN, bit tương ứng cũng bật. Hãy đảm bảo là hệ thống

không bị ảnh hưởng trước khi bấm các nút này.

2.4. Các chức năng đặc biệt của ZEN

2.4.1. Bảo vệ chương trình.

Chức năng bảo vệ bằng mật mã (password) sẽ bảo vệ chương trình và các thông

số thiết lập khỏi bị thay đổi không mong muốn bởi người vận hành.

Chú ý:

- Luôn ghi lại password đã đặt để sử dụng về sau. Nếu quên, sẽ không thể thao

tác với ZEN được nữa.

- Password là các giá trị từ 0000 đến 9999 (4 chữ số).

- Các hoạt động sau sẽ không thực hiện được nếu password không được nhập

đúng:

Sửa đổi chương trình.

Theo dõi chương trình chạy.

Thay đổi hay xoá password.

Đặt thời gian lọc đầu vào.

Đặt địa chỉ thiết bị.

- Khi chọn 1 trong số các chức năng trên trên menu, màn hình Hỏi password sẽ

được hiển thị. Nếu password được nhập vào đúng, màn hình sẽ chuyển sang màn hình

tiếp theo cho chức năng được lựa chọn. Tuy nhiên, nếu password không được nhập

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đúng, màn hình tiếp theo sẽ không được hiển thị.

Bấm OK để chuyển con trỏ thành dạng

nhấp nháy để cho phép đặt password.

Đặt password

Bấm  và  để chuyển tới ký tự cần

thay

Dùng các phím ↑ và ↓ để nhập các chữ số

từ 0 đến 9.

Bấm OK. Một màn hình xác nhận sẽ

được hiển thị.

Dấu (hình chìa khoá) sẽ xuất hiện ở dưới

bên phải của màn hình khi password đã

được đăng ký.

Hình 2.17. Thiết lập bảo vệ chương trình

Chú ý:

Màn hình sẽ tự động chuyển sang màn hình chờ nhập password khi thực hiện

các thiết lập có yêu cầu nhập password. Dùng cùng phương pháp như vậy để nhập

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

password đã đăng ký.

2.4.2. Xoá password đã đăng ký

Bấm OK để chuyển con trỏ thành dạng

nhấp nháy để cho phép đặt password.

Nhập vào password

Bấm  và  để chuyển tới ký tự cần

thay đổi. Dùng các phím ↑ và ↓ để nhập

các chữ số từ 0 đến 9.

Bấm OK. Một màn hình sẽ được hiển thị

để xác nhận có xoá password không.

Nếu password được nhập không trùng

với password đã đăng ký, màn hình sẽ

chuyển về trang màn hình ban đầu.

Nếu password được nhập đúng với

password đã đăng ký, bấm OK để xoá

password.

Dấu ³ sẽ không còn hiển thị ở dưới bên

phải của màn hình khi password đã

được xoá.

Nếu password được nhập không trùng

với password đã đăng ký, màn hình sẽ

hiển thị CHECK ERR. Hãy nhập lại

password cho đúng.

Hình 2.18. Xóa password đã đăng ký

2.5. Xử lý lỗi

2.5.1. Xử lý lỗi

Hãy xác định nguyên nhân gây lỗi và thực hiện các biện pháp xử lý ngay nếu có

xuất hiện chữ ERR hoặc thông báo lỗi trên màn hình LCD

2.5.2.Các thông báo lỗi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Bật điện nhưng không chạy.

Bảng 2.4. Thông báo lỗi bật điện nhưng không chạy

Thông báo lỗi Nguyên nhân Giải pháp có thể

Chương trình bậc thang và

các thông số thiết lập đã bị MEMORY ERR Lỗi chương trình xóa. Hãy ghi một chương

trình vào ZEN

Tăt điện nguồn và kiểm tra

I/O BUS ERR Lỗi nối dây của module mở rộng xem module mở rộng đã được

nối đúng chưa

Tắt điện nguồn và giảm số Có nhiều hơn 3 module mở rộng UNIT OVER module mở rộng xuống 3 đã được nối hoặc ít hơn

Chương trình đang dùng loại bít

Loại bỏ loại bít không hợp lệ không thể được dùng với câu hình I/O VRFY ERR này trong chương trình hệ thống hiện tại (xem ghi chú

dưới đây)

Ghi chú: I/O VERIFICATION ERR

• Các bit vào ra của module mở rộng (X/Y): Do bit không được cấp phát trong

cấu hình hệ thống đã được sử dụng.

• Bộ so sánh analog (A): Do dùng với loại ZEN dùng nguồn AC

• Weekly timer (@)/Calendar timer (*): Do dùng với loại ZEN không có chức

năng lịch/đồng hồ

• Chức năng hiển thị: Do các nguyên nhân sau:

• Với loại dùng nguồn AC, các giá trị analog được chuyển đổi (I4/I5) được chỉ

định làm mục hiển thị.

• Với các loại không có lịch/đồng hồ, ngày, tháng (DAT) và thời gian (CLK)

được chỉ định làm mục hiển thị.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Lỗi khi bật điện hay khi đang chạy

Bảng 2.5. Thông báo lỗi khi bật điện hay khi đang chạy

Thông báo lỗi Nguyên nhân Giải pháp có thể

Thực hiện chức năng xóa toàn

MEMORY ERR Lỗi chương trình bộ (ALL CLEAR) rồi viết lại

chương trình

Tăt nguồn điện và kiểm tra Lỗi nối dây của module mở I/O BUS ERR xem module mở rộng đã được rộng nối đúng chưa

Bấm bất kỳ nút nào để xóa lỗi. Lỗi truyền tin giữa bộ nhớ và I2C ERR Thay CPU nếu lỗi xảy ra đồng hồ thời gian thực thường xuyên

Bảng 2.6. Lỗi khi truyền chương trình từ card nhớ

Thông báo lỗi Nguyên nhân Giải pháp có thể

Lỗi chương trình trên thẻ Ghi một chương trình M/C ERR nhớ không có lỗi vào thẻ nhớ

Chú ý: Dùng phần mềm ZEN để đọc các thông báo lỗi cho loại ZEN không có

màn hình

2.5.3. Xoá các thông báo lỗi

Các thông báo lỗi sẽ được hiển thị nhấp nháy khi lỗi xảy ra. Tắt điện nguồn và

loai bỏ nguyên nhân gây lỗi.

Bấm bất kỳ nút chức năng nào để xoá thông báo lỗi. Một khi các lỗi đã được

loai trừ, màn hình sẽ trở về bình thường.

Bấm 1 trong các nút ESC, OK, DEL, ALT, hay ↑/↓ để xoá thông báo lỗi.

Bấm nút bất kỳ để trở về màn hình bình thường.

Chú ý:

Màn hình hiển thị lỗi sẽ giữ nguyên cho các lỗi bên trong không thể sửa được

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

như lỗi I/O bus và I/O Unit Over.

2.6. Kết luận chương 2

Nội dung chương 2 đã giải quyết được những vấn đề sau

Nghiên cứu tổng quan về Zen của OmRon, các đặc điểm cơ bản, phân loại, đặc

tính kỹ thuật, đặc tính đầu vào ra, công suất tiêu thụ. Tìm hiểu về các vùng nhớ của

Zen

Tổng quan về phương pháp lập trình và cách cài đặt thông số trên Zen. Lựa

chọn ngôn ngữ hiển thị, cách viết chương trình bậc thang.

Nghiên cứu về các chức năng đặc biệt của Zen, bao gồm bảo vệ chương trình,

xử lý lỗi, thông báo lỗi.

Trên cơ sở những nội dung đã nghiên cứu về Zen của OmRon chương 3 sẽ xây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

dựng 1 số bài tập thực hành ứng dụng Zen.

CHƯƠNG 3

XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG ỨNG DỤNG PLC ZEN

Với mục đích thiết kế chế tạo mô hình thực hành PLC đa năng giúp sinh viên

thực hành các bài tập: Khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác, Điều khiển bãi đỗ xe

tự động, Mở cử tự động, Trò chơi đường lên đỉnh Olympia, Điều khiển đèn giao

thông, tác giả dự định thiết kế mô hình thành từng modul bài tập nhỏ. Các Modul này

có thể tháo lắp dễ dàng trên các thanh ray thuận tiện cho sinh viên thực hành. Khi cần

thực hành tất cả các bài tập cùng một lúc thì sẽ lắp tất cả các modul này trên cùng một

bề mặt Panel. Bề mặt các modul này được chế tạo bằng phíp dày 5mm, trên bề mặt có

gá lắp các thiết bị ngoại vi và đấu sẵn dây từ các thiết bị ngoại vi về các chân đế giắc

cắm. Khi thực hành lập trình, sinh viên có thể tiến hành lập trình trực tiếp trên bộ ZEN

hoặc lập trình trên máy tính thông qua phần mềm rồi đổ chương trình vào bộ ZEN, sau

đó chỉ việc đấu dây từ bộ ZEN tới các thiết bị ngoại vi thông qua các dây nối giắc cắm.

3.1. Thiết kế bố trí module chứa bộ điều khiển ZEN

Bộ PLC ZEN-20C3ARA-V2 là bộ PLC gồm có 12 đầu vào và 8 đầu ra, nguồn

điện đầu vào là 220V, tín hiệu đầu vào của ZEN là tín hiệu xoay chiều, tín hiệu đầu ra

của ZEN có thể là tín hiệu một chiều và xoay chiều. Để tiện cho việc thực hành tất cả

các tín hiệu nối tới đầu vào và đầu ra của ZEN được đấu dây sẵn tới các chân đế giắc

cắm. Để đảm bào an toàn trên modul này ta bố trí thêm một ATM một pha để đóng

cắt, bảo vệ mạch, phía sau ATM ta nối dây tới các chân đế giắc cắm. Trên modul này

ta bố trí thêm 4 cọc chân đế giắc cắm để lấy nguồn điện một chiều. Tất cả các chân đế

giắc cắm và thiết bị PLC ZEN được bố trí hợp lý trên một bảng phíp có kích thước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

50x60cm

Sơ đồ bố trí thiết bị:

ATM

ZEN

Rơ le

Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thiết bị modul chứa bộ điều khiển ZEN

Mô hình hoàn thiện sau khi thiết kế

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.2. Mô hình hoàn thiện Modul chứa bộ điều khiển Zen

3.2. Mô hình thực hành khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác

3.2.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ sao tam giác

Trong quá trình sản xuất thực tế, có một số yêu cầu truyền động cần động cơ

công suất lớn đấu dây ở chế độ sao tam giác. Nếu khi khởi động ta đấu trực tiếp động

cơ này vào lưới điện thì dòng điện sẽ rất lớn có thể gây cháy dây quấn động cơ, hơn

nữa dòng điện lớn gây sụt điện áp ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác. Vì

vậy khi khởi động người ta thường áp dụng các biện pháp nhằm làm giảm dòng điện

dây và điện áp đặt lên động cơ. Phương pháp đơn giản nhất là thực hiện đổi nối sao-

tam giác: Khi khởi động thì đấu cuộn dây ở chế độ sao, sau khi khởi động xong thì

chuyển về đấu ở chế độ tam giác. Để thực hiện phương pháp này thì động cơ phải đưa

sáu đầu dây ra của động cơ và thực hiện đổi nối cách đấu cuộn dây thông qua khởi

động từ. Để điều khiển sự làm việc của khởi động từ ta có thể thực hiện bằng cầu dao,

hệ thống nút bấm hoặc thông qua bộ điều khiển PLC. Sơ đồ điều khiển khởi động sao-

động cơ

CD1

nguồn ba pha



nối sao(1)

nối tam giác (2) CD

cầu dao đảo

tam giác đơn giản bằng cầu dao có dạng như hình vẽ

Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý đổi nối sao - tam giác

Với yêu cầu điều khiển này khi thực hiện bằng bộ PLC thì sẽ giảm đáng kể số

lượng dây nối. Đây là bài tập cơ bản giúp sinh viên làm quen và thực hành các lệnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đơn giản về Timer

Yêu cầu bài toán điều khiển:

Ấn nút FOR khởi động từ KT và K làm việc động cơ quay theo chiều thuận,

sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút REV thì khởi động từ KN và K làm

việc động cơ quay theo chiều ngược, sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút

Stop động cơ dừng làm việc.

3.2.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt module

Với modul thực hành này gồm có 2 nút bấm và 3 khởi động từ. Các thiết bị này

được bố trí cân đối trên bề mặt modul có kích thước 50x60cm. Trên bề mặt modul có

lắp 40 chân đế giắc cắm để tiện việc đấu dây khi thực hành.

Bản vẽ thiết kế modul có dạng như hình vẽ

FOR

KT

KN

REV

STOP

KY

K

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị modul đổi nối sao - tam giác

3.2.3. Xây dựng mô hình thực hành

Mô hình thực hành có dạng như hình vẽ

Hình 3.5. Mô hình hoàn thiện Modul đổi nối sao - tam giác

3.2.4. Chương trình điều khiển

Bảng phân công tín hiệu vào ra:

Stop : I0; FOR : I1; REV : I2

Khởi động từ KT : Q1

Khởi động từ KN : Q2

Khởi động từ KY : Q3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Khởi động từ K : Q4

Hình 3.6. Chương trình điều khiển

3.3. Mô hình thực hành lập trình cửa tự động

3.3.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển cửa tự động

Việc điều khiển đóng mở cửa tự động ngày nay được ứng dụng rất nhiều trong

thực tế, ví dụ như điều khiển đóng mở cửa tự động ở nhà hàng, khách sạn, nhà kho, bãi

đỗ xe …Việc điều khiển tự động này có thể thực hiện dễ dàng nhờ bộ điều khiển lập

trình PLC.

Các hệ thống điều khiển cửa tự động có thể dùng mắt thần cảm biến, điều khiển

từ xa hoặc các thiết bị kiểm soát ra vào như đầu đọc thẻ,.. để mở hệ thống cửa này.Cửa

tự động thường được sử dụng trong công trình, nơi mà sự giao thông bận rộn, kiến trúc

hiện đại và yêu cầu vệ sinh cao. Hầu hết đa số các công trình hiện đại ngày nay đều sử

dụng cửa trượt tự động cho việc ngăn các không gian công cộng. Sử dụng cửa tự động

là sự văn minh của kiến trúc công trình. Khi được lắp đặt, cửa tự động tạo nên sự sang

trọng hơn hẳn những công trình khác không có cửa tự động.

Công năng của cửa tự động bao gồm:

- Tạo một bước đệm để ngăn không khí không lưu thông hoặc giảm lưu thông

giữa bên trong và bên ngoài khu vực lắp cửa. Điều này giảm bụi và tiết kiệm không

khi lạnh cho điều hòa.

- Khi có nhiều người qua lại cửa, nếu mở bằng tay thường không đảm bảo vệ

sinh và là tác nhân truyền bệnh từ người này sang người khác

Phân loại cửa tự động: Gồm các loại cửa như cửa trượt tự động, Cửa xoay quay

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

tự động 3-4 cánh, Cửa cong tự động, Cửa Lùa Cộng Mở, Cửa Mở Xếp 4 Cánh….

Trong khuôn khổ luận văn tác giả lựa chọn loại cửa lùa tự động để điều khiển

Yêu cầu bài toán điều khiển:

Ấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động. Khi sen sơ S1 phát hiện có người đi

vào hoặc sen sơ S2 phát hiện có người đi ra thì cửa được mở ra, chạm công tắc giới

hạn mở cửa thì dừng lại. Sau 30s nếu các sen sơ phát hiện không có người thì cửa

được tự động đóng lại, chạm công tắc giới hạn đóng cửa thì dừng lại. Quá trình cứ tiếp

diễn như vậy. Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc.

3.3.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt modul

Với modul thực hành này gồm có 2 nút bấm, 4 rơle trung gian, một mô hình

đóng mở cửa, hai sen sơ, 2 công tắc giới hạn hành trình. Các thiết bị này được bố trí

cân đối trên bề mặt modul có kích thước 50x60cm. Trên bề mặt modul có lắp 42 chân

đế giắc cắm để tiện việc đấu dây khi thực hành.

S1 S2

OFF

Sơ đồ bố trí thiết bị modul có dạng như hình vẽ

Sơ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.7. Sơ đồ bố trí thiết bị modul đóng mở cửa tự động

3.3.3. Xây dựng mô hình thực hành

Mô hình thực hành có dạng như hình vẽ

Hình 3.8. Mô hình hoàn thiện modul đóng mở cửa tự động

3.3.4. Chương trình điều khiển

Bảng phân công tín hiệu vào ra:

Start : I1

Stop : I0

Sen sơ S1: I2

Sen sơ S2 : I3

Công tắc giới hạn mở cửa: I4

Công tắc giới hạn đóng cửa: I5

Rơ le mở cửa: Q1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Rơ le đóng cửa: Q2

Hình 3.9: Chương trình điều khiển

3.4. Mô hình trò chơi đường lên đỉnh Olympia

3.4.1. Tổng quan về trò chơi đường lên đỉnh Olympia

Hiện nay trên các sân chơi văn hóa văn nghệ của Việt Nam có rất nhiều

Gameshow trực tuyến như trò chơi đường lên đỉnh Olympia, 7 sắc cầu vồng, ai là triệu

phú, trò chơi âm nhạc… Nhiệm vụ của người lập trình là lập chương trình điều khiển

theo yêu cầu của luật chơi và chọn ra người trả lời nhanh nhất

Đường lên đỉnh Olympia là một cuộc thi kiến thức trên truyền hình dành cho

học sinh trung học phổ thông do VTV3 - Đài Truyền hình Việt Nam tổ chức. Cuộc thi

này là chương trình có tuổi đời dài nhất trong các chương trình trò chơi truyền hình

của VTV3. Qua nhiều năm phát sóng, cứ mỗi năm lại có thêm những cải tiến và những

luật chơi mới. Nhìn chung yêu cầu điều khiển cho trò chơi này không đổi và gồm

những yêu cầu sau:

Yêu cầu điều khiển

Trò chơi gồm 3 đấu thủ, mỗi đấu thủ có một nút bấm và một đèn. Ấn nút

Start hệ thống bắt đầu hoạt động, khi người dẫn chương trình đọc câu hỏi xong nếu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đấu thủ nào bấm nút trước thì đèn của đấu thủ đó sẽ sáng, nút bấm của các đấu thủ còn

lại không có tác dụng, đồng thời chuông sẽ kêu lên, sau 5 giây thì chuông và đèn sẽ

tắt. Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc.

3.4.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt modul

Mô hình trò chơi gồm 1 nút Start, 1 nút Stop, 3 nút bấm của 3 đấu thủ,3 đèn của

3 đấu thủ, một chuông. Tất cả các thiết bị này được bố trí cân đối trên bề mặt của

Mudul có kích thước 60x50cm. Căn cứ vào số thiết bị trên, ta bố trí 22 chân đế giắc

cắm có nối dây sẵn từ chân đế giắc cắm đến các thiết bị ngoại vi

Chuông

Bản vẽ thiết kế:

ON

OFF

Nút ấn 1

Nút ấn 2

Nút ấn 3

Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thiết bị trò chơi đường lên đỉnh Olympia

3.4.3. Xây dựng mô hình thực hành

Mô hình sau khi hoàn chỉnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.11: Mô hình hoàn thiện trò chơi đường lên đỉnh Olympia

3.4.4. Chương trình

Bảng phân công tín hiệu vào ra

Nút Start : I0

Nút Stop: I4

Nút bấm đấu thủ 1: I1

Nút bấm đấu thủ 2: I2

Nút bấm đấu thủ 3: I3

Đèn đấu thủ 1: Q1

Đèn đấu thủ 2: Q2

Đèn đấu thủ 3: Q3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Chuông: Q0

Hình 3.12. Chương trình điều khiển

3.5. Mô hình thực hành lập trình điều khiển bãi đỗ xe tự động

3.5.1. Tổng quan về hệ thống đóng điều khiển bãi đỗ xe tự động

Tại Việt Nam nói riêng, việc đưa “công nghệ hiện đại hóa” vào cuộc sống đời

thường cũng đang ngày càng được áp dụng rộng rãi. Đặc biệt là ở những trung tâm

giao dịch, thương mại, hoạt động quốc tế, hoạt động xã hội,…v.v hay cả những khu

sinh sống đông dân cư thì ngay cả việc đảm bảo trong công tác quản lý cũng như an

ninh cho những phương tiện đi lại cũng ngày càng được chú trọng. Đáp ứng những

yêu cầu cần thiết của người dân, hệ thống Quản lý Bãi đỗ xe đã ra đời. Hệ thống Quản

lý Bãi đỗ xe (Parking Control System - PCS) là đối tượng quan tâm của mọi nhà quản

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

lý/chủ đầu tư nhằm đáp ứng/phục vụ cho những mục tiêu thiết yếu thực tế.

Hình 3.13: Sơ đồ mặt bằng bãi đỗ xe tự động

PCS là một Hệ thống gồm 4 gói nhỏ:

Hệ thống hướng dẫn đỗ xe (Parking Guidance System - PGS)

Hệ thống kiểm soát vào/ra (Parking Access Control - PAC)

Hệ thống đếm xe (Parking Counting System - PCS)

* Hệ thống hướng dẫn đỗ xe (Parking Guidance System - PGS)

Không gian bãi đỗ xe được chia thành từng tầng, từng vùng để quản lý một

cách triệt để. Khi người lái xe đi vào bãi đỗ xe sẽ quan sát thấy bảng điện tử hiển thị

thông tin về số chỗ còn trống và hướng đi tới những vị trí còn trống của từng tầng,

từng khu vực.

Các đèn LED được lắp đặt tại từng vị trí đỗ xe giúp lái xe phát hiện vị trí còn

trống từ khoảng cách xa bằng hai màu xanh (còn trống) và đỏ (đã có xe).

PGS tối ưu hóa việc quản lý vị trí xe còn trống và giảm thiểu thời gian cho

người lái xe tìm kiếm chỗ đỗ xe trong bãi. Nhà quản lý dễ dàng giám sát được tình

trạng của bãi đỗ xe, tăng hiệu quả quản lý, tăng doanh thu đồng thời giảm được chi phí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

điều hành, tối ưu hóa nguồn nhân lực.

* Hệ thống kiểm soát vào/ra (Parking Access Control - PAC)

Hình 3.14: Hình ảnh một bãi đỗ xe trong thực tế

Với PAC hệ thống bãi đỗ xe sẽ trở nên hoàn toàn tự động. Điểm nổi trội của Hệ

thống PAC thể hiện ở chức năng kiểm soát vé bằng thẻ thông minh sử dụng công nghệ

RFID kết hợp công nghệ xử lý ảnh nhận dạng biển số nhằm đảm bảo tính an ninh đồng

thời giúp cho người quản lý có thể kiểm soát được thông tin chính xác và đầy đủ của

từng xe ra vào bãi đỗ. Phần mềm quản lý được thiết kế chuyên nghiệp, linh hoạt và

trực quan.

* Hệ thống đếm xe (Parking Counting System - PCS)

Hệ thống đếm xe VPARK.PCS được sử dụng nhằm thống kê số lượng xe vào

và ra,kiểm soát tới từng tầng, từng khu vực của bãi đỗ giúp người quản lý có những

thông tin chính xác về số chỗ còn trống của bãi đỗ.

Hệ thống sử dụng bảng điện tử hiển thị số chỗ còn trống đặt ở lối vào bãi đỗ xe

và ở từng khu vực giúp lái xe dễ dàng tìm được chỗ còn trống .

* Phần mềm quản lý bãi đỗ xe (Parking Management Software - PMS)

PMS Là phần mềm quản lý bãi đỗ xe đa tính năng,giúp bạn quản lý mọi bãi đỗ

xe quy mô vừa và lớn. Phần mềm được thiết kế linh hoạt để phù hợp với nhiều mô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

hình quản lý khác nhau.

PMS được xây dựng với giao diện rất trực quan, dễ thao tác. Điểm mạnh của

phần mềm đó là có thể được sử dụng kết hợp với phần cứng tạo ra một hệ thống linh

hoạt mà nhà đầu tư có thể lựa chọn tùy theo yêu cầu và theo quy mô của từng bãi đỗ xe.

PMS tự động thành lập những báo cáo thống kê, phân tích tổng hợp chi tiết, cụ

thể, giúp cho nhà quản lý có cái nhìn tổng thể chính xác nhất về toàn bộ hệ thống bãi

đỗ xe. Giúp cho nhà quản lý hoạch định những chiến lược kinh doanh hiệu quả hơn.

Sự ra đời của Hệ thống Quản lý Bãi đỗ xe đã hoàn toàn đáp ứng được mọi nhu

cầu mà trước đó được cho là khó khăn đối với các nhà quản lý. Không chỉ dừng lại ở

đó, các nhà nghiên cứu hiện nay đã và đang phát triển và tích hợp Hệ thống quản lý

bãi đỗ xe với các hệ thống thông minh trong tòa nhà (BMS) nhằm hỗ trợ/phục vụ/đáp

ứng mọi nhu cầu của con người.

Từ các yêu cầu thực tế trên, nhằm giúp sinh viên có thể hình dung rõ các yêu

cầu cụ thể của một bãi đỗ xe tự động, đề tài lựa chọn phương pháp điều khiển bãi đỗ

xe tự động đơn gian như sau:

Yêu cầu điều khiển

Ấn nút Start đèn xanh sáng. Cửa được mở ra, chạm giới hạn mở cửa LS1 thì

dừng lại. Sen sơ S1 đếm số xe vào bãi, sen sơ S2 đếm số xe ra khỏi bãi. Khi trong bãi

đã đủ 20 xe thì cửa được đóng lại không cho xe vào, khi chạm giới hạn đóng cửa LS2

thì dừng, đồng thời đèn đỏ được bật lên để báo hiệu đã hết chỗ đỗ xe. Khi có xe đi ra

khỏi bãi, nếu số xe trong bãi nhỏ hơn 20 thì cửa lại được mở ra, đồng thời đèn đỏ sẽ

tắt. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy. Ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc

3.5.2. Bố trí thiết bị trên bề mặt modul

Mô hình điều khiển bãi đỗ xe tự động gồm các thiết bị ngoại vi: 1 nút Start, 1

nút Stop, 2 công tắc giới hạn đóng cửa và mở, 2 sen sơ để đếm số xe vào bãi và ra khỏi

bãi, 1 đèn báo hiệu xanh và đỏ, 1 cửa có thể đóng mở.

Với số lượng thiết bị ngoại vi như trên ta bố trí 40 chân đế giắc cắm có đấu dây

sẵn với các thiết bị ngoại vi. Tất cả các chân đế giắc cắm và thiết bị ngoại vi được bố

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

trí cân đối trên bề mặt modul có kích thước 50x60cm

sen sơ 2

Bản vẽ thiết kế sơ bộ

ON

OFF

sen sơ 1

Hình 3.15: Sơ đồ bố trí thiết bị modul bãi đỗ xe tự động

3.5.3. Xây dựng mô hình thực hành

Modul sau khi hoàn chỉnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.16. Mô hình hoàn thiện modul bãi đỗ xe tự động

3.5.4. Chương trình

Bảng phân công địa chỉ vào-ra

Nút Stop: I0

Nút Start: I1

Sen so S1: I2

Sen so S2: I3

Giới hạn mở cửa: I4

Giới hạn đóng cửa: I5

Đèn xanh: Q1

Mở cửa: Q2

Đóng cửa: Q3

Đèn đỏ: Q4

Hình 3.17. Chương trình điều khiển

3.6. Mô hình thực hành điều khiển đèn giao thông tại ngã tư

3.6.1. Tổng quan về hệ thống đèn giao thông

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là tốc độ ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

tăng không ngừng về các loại phương tiện giao thông. Sự phát triển nhanh chóng của

các phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất

thường xuyên .Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt và sử

dụng hiệu quả đèn điều khiển giao thông ở những ngã tư, những nơi giao nhau của các

làn đường.

Đèn giao thông (còn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thông, đèn điều

khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) là một thiết bị được dùng để điều khiển giao

thông ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư

đông xe qua lại). Đây là một thiết bị quan trọng không những an toàn cho các phương

tiện mà còn giúp giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm. Nó được lắp ở tâm giao lộ

hoặc trên vỉa hè.

Quy định điều khiển đèn tín hiệu

Đèn tín hiệu phải bật từng màu riêng biệt, đèn này tắt mới được bật đèn kia lên,

không được bật nhiều màu cùng một lúc. Giữa 2 chiều đường, khi chiều A bật đèn đỏ

thì lập tức chiều B phải bật ngay đèn xanh và ngược lại. Khi chuyển từ xanh-đỏ và đỏ-

xanh bắt buộc phải bật qua màu vàng, vì màu vàng đệm giữa 2 màu xanh đỏ. Khi bật

đèn vàng thì phải bật sáng ở cả 2 chiều đường A và B.

Hình 3.18. Hình ảnh một hệ thống đèn giao ở ngã tư

Để điều khiển hệ thống đèn giao thông ta có thể dùng các hệ điều khiển khác

nhau, nhưng phổ biến và thông dụng nhất là điều khiển bằng bộ PLC

Để viết chương trình điều khiển đèn giao thông ta có thể lựa chọn nhiều dòng

PLC của các hãng khác nhau. Nhưng với những ưu điểm vượt trội của PLC Zen như:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

giá thành hạ, dễ thi công , sửa chữa , chất lượng làm việc ổn định linh hoạt ….và đặc

biệt là có điều khiển theo thời gian thực nên tác giả đã chọn hệ thống điều khiển có thể

lập trình được PLC Zen của hãng Omron

Hệ thống đèn giao thông phổ biến gồm 4 cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu

của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn gồm 5 đèn trong đó gồm có 3

đèn chính: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn

đường dành cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ.

Ngoài ra, mỗi một hệ thống đèn có một hộp điều khiển từ đó sẽ phát ra tín hiệu

điều khiển đèn. Tín hiệu điều khiển của đèn từ CPU thông qua các cổng ra rồi đến các

rơle, rồi qua hệ thống dây nối đến các đèn.

Phương thức điều khiển các đèn ở đây là hai cột đèn đối diện nhau sẽ cùng sáng

và cùng tắt, các cột đèn này sẽ được đấu song song. Như vậy thực tế khi điều khiển ta

chỉ cần điều khiển sự sáng tắt của 2 cột đèn vuông góc với nhau. Vậy tổng số đèn cần

điều khiển là 10 đèn

Do bộ Zen có 8 đầu ra trong khi đó cần điều khiển 10 đèn, vì vậy ta lắp thêm 4

rơle để điều khiển thêm 2 đèn đỏ đi bộ

Yêu cầu điều khiển

Hệ thống điều khiển đèn giao thông được khởi động bằng nút ấn Start, dừng

bằng nút Stop và hoạt động với 3 chế độ:

 Chế độ giờ cao điểm: Từ 6h30 đến 8h30 và từ 16h30 đến 18h30, ở chế độ

này

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

 hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ sau:

30s

60s

Đ1

30s

Xanh đi bộ 2

65s

Đỏ đi bộ 2

35s

Đ2

55s

15s

Xanh đi bộ 1

80s

Đỏ đi bộ 1

Hình 3.19. Sơ đồ thời gian chế độ giờ cao điểm

Chế độ bình thường: Từ 8h30 đến 16h30 và từ 18h30 đến 22h30, ở chế độ này

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ thời gian sau:

30s

Đ1

20s

Xanh đi bộ 2

45s

Đỏ đi bộ 2

35s

Đ2

30s

20s

Xanh đi bộ 1

50s

Đỏ đi bộ 1

Hình 3.20. Sơ đồ thời gian chế độ bình thường

 Chế độ nghỉ: Từ 22h30 đến 6h30 ngày hôm sau, ở chế độ này tất cả đèn đỏ và

đèn xanh đều tắt, tất cả đèn vàng nhấp nháy với chu kì 1s.

3.6.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm

Bố trí thiết bị

Với mô hình điều khiển đèn giao thông gồm 4 cột đèn đặt ở 4 góc của ngã tư,

mỗi cột đèn gồm 5 đèn: 3 đèn báo hiệu cho xe và 2 đèn báo hiệu cho người đi bộ.

Ngoài ra trên mô hình còn lắp thêm 4 rơ le để điều khiển đèn đỏ đi bộ. Với số thiết bị

ngoại vi như trên ta bố trí 28 chân đế giắc cắm trên bề mặt modul, các chân đế giắc

cắm này đều được nối dây sẵn tới các thiết bị ngoại vi để tiện cho việc đấu dây khi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

thực hành

Hình 3.21. Hình ảnh bố trí đèn giao thông ở ngã tư

Bản vẽ bố trí thiết bị

1

4 OFF

2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.22. Sơ đồ bố thiết bị modul đèn giao thông

Mô hình sau khi hoàn chỉnh

Hình 3.23. Mô hình hoàn thiện modul đèn giao thông

3.6.3. Chương trình điều khiển

Phân công địa chỉ vào ra

Stop: I0

Start: I1

Đèn xanh 1: Q0

Đèn vàng 1: Q1

Đèn đỏ 1: Q2

Đèn xanh đi bộ 2: Q3

Đèn xanh 2: Q4

Đèn vàng 2: Q5

Đèn đỏ 2: Q6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Đèn xanh đi bộ 1: Q7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.24. Chương trình điều khiển

Toàn bộ hệ thống mô hình sau khi hoàn chỉnh:

Hình 3.25. Toàn bộ các mô hình sau khi hoàn thiện

3.7. Kết luận chương 3

Nội dung chương 3 đã xây dựng được 5 bài thực hành ứng dụng PLC Zen - Hệ

thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ sao/tam giác, mô hình cửa tự động, mô

hình trò chơi đường lên đỉnh Olympia, mô hình bãi đỗ xe tự động, mô hình đèn giao

thông.

Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển cho mỗi bài thực hành

Thiết kế bố trí thiết bị cho các bài thực hành

Chế tạo các mô hình thực hành hoàn chỉnh

Viết chương trình điều khiển cho các bài thực hành.

Từ mô hình thực hành đã chế tạo được ở chương 3, chương 4 sẽ xây dựng bài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

giảng thực hành PLC Zen.

CHƯƠNG IV

XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH ZEN

4.1. Cơ sở lý thuyết chung của phương pháp dạy học thực hành

4.1.1. Khái niệm về thực hành và dạy học thực hành kỹ thuật

Trong dạy học, thực hành là hoạt động của sinh viên nhằm vận dụng những

kiến thức, hiểu biết về kỹ thuật, rèn luyện kĩ năng kĩ xảo cần thiết. Hoạt động thực

hành có hai dạng cụ thể trong mối quan hệ tương hỗ:

- Hoạt động thực hành vật chất: là hoạt động thực hành nhằm hình thành, rèn

luyện kĩ năng, kĩ xảo lao động, luyện tập các thao tác thực hành trực tiếp trên vật thật,

trên các linh kiện, vật dụng cụ thể.

- Hoạt động thực hành trí tuệ: là dạng thực hành thông qua giải các bài tập kĩ

thuật, thiết kế, tạo lập mô hình, là hoạt động tự học, tự thân vận động khi không có sự

hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo.

Dạy học thực hành là một quá trình sư phạm do giáo viên tổ chức với mục đích

dạy sinh viên vận dụng kiến thức, kiểm tra lại lý thuyết, hình thành, rèn luyện kĩ năng

kĩ xảo lao động, tính cẩn thận chăm chỉ… cách bố trí thiết bị,dụng cụ thực hành một

cách khoa học. Với đặc thù của trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung là đào tạo kỹ

sư thực hành theo hướng công nghệ nên việc nâng cao tay nghề và kỹ năng thực hành

cho sinh viên là thực sự cần thiết. Thông qua việc thực hành các bài tập từ đơn giản

đến phức tạp, sinh viên sẽ nắm bắt bài học một cách nhanh chóng, rút ngắn khoảng

cách giữa lý thuyết và thực hành làm quen với các công nghệ mới. Việc nâng cao chất

lượng đào tạo thực hành tại các cơ sở đào tạo sẽ giúp sinh viên khi ra trường có thể

làm việc ngay mà không cần các công ty, doanh nghiệp đào tạo lại. Đây chính là điểm

yếu của sinh viên khi ra trường.

4.1.2. Nhiệm vụ của dạy học thực hành

Dạy học bằng thực hành có nhiệm vụ:

- Hoàn thiện và vận dụng những hiểu biết kĩ thuật ở mức độ khác nhau (đơn lẻ

hoặc tổng hợp) vào các thao tác thực hành.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Hình thành và rèn luyện kĩ năng kĩ xảo lao động

- Hình thành và phát triển tư duy về kĩ thuật, bồi dưỡng năng lực nghiệp vụ

thực hành, thao tác kĩ thuật.

- Thực hiện các chức năng giáo dục (tác phong làm việc nhanh nhẹn, tạo hứng

thú và bộc lộ năng khiếu nghề nghiệp, tính cẩn thận, cần cù chăm chỉ trong lao động,

an toàn lao động và vệ sinh môi trường), củng cố kiến thức lý thuyết.

- Tạo bước chuyển giao không thể thiếu giữa học lý thuyết và thực tế,giữa

chương trình đào tạo và thực tế công việc sau khi tốt nghiệp khoá đào tạo ở các trường

kĩ thuật.

4.1.3. Phương pháp dạy học thực hành kĩ thuật

Trong dạy học thực hành kĩ thuật cần sử dụng linh hoạt, phối hợp nhiều phương

pháp, phương tiện dạy học khác nhau, tuỳ theo mục đích và nội dung của bài học. Với

đặc thù thực hành môn lập trình PLC tại trường, căn cứ vào cơ sở vật chất và trang

thiết bị, giáo viên sẽ áp dụng các biện pháp khác nhau sao cho đạt mục đích giáo dục

cao nhất. Giáo viên có thể thao tác thị phạm, gợi ý hướng dẫn phân tích bài toán, trên

cơ sở lý thuyết đã được học, sinh viên sẽ vận dụng vào để lập trình điều khiển bài toán.

Hiện tại phòng thực hành PLC của trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung

gồm có các bộ thực hành của các hãng khác nhau như S7-300, LOGO, CPM1A,

CPM2A, ZEN. Trong quá trình thực hành, sinh viên sẽ được làm quen và thực hành

lập trình trên các bộ PLC này, thông qua đó sinh viên có thể nhận thấy rằng sự khác

nhau giữa bộ lập trình PLC của các hãng là không nhiều. Điểm khác biệt cơ bản giữa

các hãng và giữa các bộ điều khiển của cùng một hãng là cách khai báo địa chỉ, câu

lệnh và chức năng điều khiển của từng bộ. Khi đã lập trình thành thạo trên một bộ PLC

của hãng này thì việc chuyển sang lập trình trên bộ PLC của hãng khác sẽ không gặp

nhiều khó khăn. Việc thực hành lập trình thành thạo trên các bộ PLC này sẽ giúp sinh

viên có thể nhanh chóng tiếp cận và sử dụng được các bộ điều khiển lập trình PLC

khác khi ra trường.

4.2. Xây dựng bài thực hành lập trình điều khiển Zen

Với thời lượng chương trình, phần thực hành PLC ZEN sẽ được bố trí sau khi

thực hành trên bộ CPM1A và CPM2A của hãng Omron. Mục đích của phần thực hành

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ZEN là giúp sinh viên làm quen với phần mềm lập trình Zen Support Software và lập

trình các bài tập cơ bản trên bộ điều khiển ZEN. Phần lập trình ZEN có thời lượng 3

buổi

Buổi 1: Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra.

Buổi 2: Thực hành với Timer và Counter.

Buổi 3: Bài thực hành tổng hợp và nâng cao

4.2.1. Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra.

 Mục đích

Giúp sinh viên làm quen với phần mềm ZEN Support Software, các lệnh cơ bản

,cách lập trình và cách mô phỏng bằng phần mềm ZEN Support Software

 Yêu cầu:

- Sinh viên ôn lại kiến thức lý thuyết trước khi lên thực hành

- Tìm hiểu ý nghĩa các đèn báo, sơ đồ đấu dây của bộ ZEN 20C3AR-A-V2

 Nội dung các bước thực hiện

4.2.1.1. Phần mềm ZEN Support Software

a. Yêu cầu cài đặt phần mềm

Để cài đặt được phần mềm này yêu cầu cấu hình máy tính

Bảng 4.1. Yêu cầu cấu hình máy tính

Hệ điều hành Windows 95, 98; ME, 2000, NT4.0 Service Pack 3

CPU Pentium 133Mhz hay cao hơn

Bộ nhớ Tối thiểu 64MB

Dung lượng đĩa cứng Tối thiểu 40MB trống

CD ROM Cần có ổ CD ROM

Truyền tin 1 cổng COM RS-232C

Chuột và bàn phím Cần có

Màn hình SVGA, 256 màu

b. Các chức năng chính của phần mềm

- Lập trình chương trình dưới dạng ngôn ngữ LAD

- Chạy mô phỏng và kiểm tra lỗi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Download và upload chương trình từ máy tính sang Zen và ngược lại

c. Giới thiệu về ZEN 20C3AR-A-V2

 Các thông số cơ bản

• Loại Zen kiểu kinh tế( không kết nối được với các module mở rộng )

• Có phím bấm và màn hình LCD

• Có 20 đầu vào ra ( 12 đầu vào và 8 đầu ra )

• Kiểu đầu vào xoay chiều

• Kiểu đầu ra Rơle

• Nguồn cấp xoay chiều 220V

 Ngôn ngữ lập trình

Với PLC Zen của OMRON sử dụng ngôn ngữ LAD để lập trình. Ngôn ngữ này

rất thuận tiện và dễ hiểu, vì vậy khoảng 95% người lập trình đều sử dụng ngôn ngữ

này. Để thuận tiện cho việc lập trình chúng ta cần nắm rõ các định nghĩa cơ bản của

ngôn ngữ LAD và các biểu tượng mà ngôn ngữ LAD sử dụng.

Định nghĩa về LAD:LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ, rất phù hợp

với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic. Ngôn ngữ có cấu trúc chuỗi bậc

thang, mỗi bậc thang là sự kết nối giữa các tiếp điểm và cuộn dây. Đầu ra là kết quả

của sự kết nối logic đó. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các

thành phần của bảng điều khiển bằng rơle.

Mạng LAD: là đường nối các phần tử mạng điện thành một mạch hoàn chỉnh đi

từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây

nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp.

Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các hộp các cuộn dây rồi trở về bên

phải nguồn.

Sơ đồ cấu trúc chương trình theo ngôn ngữ LAD

Ví dụ ngôn ngữ LAD

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc chương trình theo ngôn ngữ LAD

Trong ngôn ngữ LAD thứ tự ưu tiên xử lý logic của chương trình được thực

hiện từ trái qua phải và từ trên xuống dưới.

 Phương pháp lập trình

Tuỳ vào từng loại Zen mà chúng ta có thể lựa chọn phương pháp lập trình cho

thích hợp. Có hai phương pháp được sử dụng để lập trình cho Zen:

Có thể lập trình trực tiếp bằng phím bấm đối với Zen có màn hình hiển thị LCD

(đi kèm phím bấm ).

Có thể lập trình bằng máy tính thông qua phần mềm Zen Support Software,

máy tính được kết nối với Zen qua một Cable truyền.

Trong 2 cách lập trình trên thì cách lập trình trực tiếp trên bộ PLC ZEN mất

nhiều thao tác và mất nhiều thời gian nên không thể áp dụng cho sinh viên thực hành

lập trình các bài tập được. Để tiết kiệm thời gian, tác giả lựa chọn phương pháp lập

trình trên máy tính có cài đặt phần mềm Zen Support Software, sau khi lập trình xong

thì sinh viên có thể mô phỏng trên máy tính, nếu chạy tốt thì kết nối với bộ ZEN và đổ

chương trình vào ZEN để chạy

d. Các bước lập trình.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bước 1: Khởi động phần mềm lập trình ZEN Support Software

Bước 2: Lựa chọn tạo mới, mở một chương trình có sẵn hay đọc dữ liệu từ PlC

ZEN

Trong bước này ta phải khai báo đúng cấu hình của bộ ZEN thì máy tính mới

kết nối được với bộ ZEN, nếu bộ ZEN kết nối với các modul mở rộng khác thì ta cũng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

phải khai báo đúng cấu hình của các modul mở rộng

Sau đó màn hình lập trình hiện ra

Trong màn hình này ta có thể lựa chọn các kiểu hiển thị của chương trình PLC

Zen.

- Hiển thị kiểu bậc thang.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Chọn View/Circuit display method/Ladder rung diagram

- Hiển thị theo mạch điện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Chọn View/Circuit display method/Electrical Circuit diagram

- Ý nghĩa các thư mục trên thanh công cụ.

* Thanh công cụ dùng để cài đặt cho chương trình Zen:

Bước 3: Viết chương trình theo yêu cầu bài toán

Từ màn hình lập trình ta viết chương trình dưới dạng ngôn ngữ Ladder hoặc

Circuit. Trong màn hình lập trình của Zen gồm có 95 dòng, mỗi dòng có thể mắc tối đa

3 tiếp điểm và một đầu ra. Để lập trình ta đặt con trỏ vào vị trí dành cho các tiếp điểm,

kích vào biểu tượng tiếp điểm trên thanh công cụ, sau đó lựa chọn dạng tiếp điểm là

thường đóng hoặc thường mở, tên của tiếp điểm và có thể đánh chú thích để giúp cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đoạn mạch trở nên rõ ràng

Khi muốn lấy đầu ra, ta đặt con trỏ vào cột ngoài cùng có màu xanh lá cây ở

bên phải, sau đó kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra trên thanh công cụ và khai báo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

chủng loại đầu ra, tên của đầu ra, đánh chú thích nếu cần

Giả sử chương trình điều khiển khởi động động cơ sau khi hoàn chỉnh có dạng

như hình vẽ

Bây giờ muốn mô phỏng kiểm tra chương trình đã lập trình, ta vào phần

Zen/Start simulation trên thành công cụ hoặc ấn phím ctrl+L

Sau đó ấn vào nút Run trên thanh công cụ và tác động vào các đầu vào theo dõi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

sự thay đổi của đầu ra

e. Kết nối ZEN với phần mềm lập trình ZEN Support Software

Khi kết nối bộ ZEN với phần mềm lập trình trên máy tính, ta phải khai báo

đúng cấu hình của bộ ZEN

Trong bộ ZEN khi muốn kiểm tra mạch làm việc có đúng yêu cầu hay không ta

có thể bấm trực tiếp vào các nút bấm trên bộ ZEN mà không cần kết nối với các thiết

bị đầu vào

f. Kết nối ZEN với các đầu vào và đầu ra

I3

Q0

K1

I2

I1

Q1

K2

24VDC 0V

PLC ZEN

I0

220VAC

L

Q2

220VAC

N

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bộ PLC ZEN 20C3AR-A-V2 là bộ PLC có nguồn nuôi là điện áp 220VAC,

điện áp cấp cho các đầu vào là 220VAC, đầu ra là loại rơ le nên có thể dùng nguồn

một chiều hoặc xoay chiều. Khi kết nối với thiết bị ngoại vi, ta đấu nối các đầu vào và

ra như hình vẽ

g. Thực hành với đầu vào - ra

* Mục đích:

Giúp cho sinh viên lập trình thông thạo các đầu vào/ra. Sử dụng hợp lý các đầu

vào/ra của Zen.

* Yêu cầu:

- Nắm vững kiến thức về hoạt động của các đầu vào/ra

- Sinh viên đọc trước bản hướng dẫn lập trình ZEN

* Ý nghĩa của các đầu vào và ra

• Các bit đầu vào có 2 trạng thái: Thường mở và thường đóng

• Các bit đầu ra có 4 trạng thái:

- ‘[‘ Đầu ra hoạt động bình thường: Khi được nối điện thì đầu ra có điện, khi

mất nối điện thì đầu ra mất điện.

- ‘S’ Set bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được set lên 1

mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đầu ra nữa hay không.

- ‘R’ Reset bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được reset về

0 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đầu ra nữa hay không.

- ‘A’ Thay đổi trạng thái đầu ra: Mỗi khi được nối điện trạng thái của đầu ra sẽ

chuyển sang trạng thái ngược lại với trạng thái đang có.

* Phần thực hành

Bài toán: Viết chương trình điều khiển đảo chiều quay trực tiếp động cơ

Yêu cầu điều khiển

Ấn nút MT động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ, ấn nút MN động cơ quay

ngược chiều kim đồng hồ. Ấn nút D động cơ dừng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Các bước thực hiện:

 Thực hiện bảng gán địa chỉ vào/ra

Bảng 4.2. Gán địa chỉ vào/ra

Đầu vào Đầu ra

Kí hiệu đầu vào Địa chỉ Kí hiệu đầu ra Địa chỉ

 Vẽ sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi

 Viết chương trình điều khiển

- Cách 1: Sử dụng dạng đầu ra ‘[’

- Cách 2: Sử dụng dạng đầu ra S và R

 Mô phỏng và kiểm tra lỗi

 Kết nối với thiết bi ngoại vi

4.2.2. Thực hành với Timer và Counter

 Mục đích:

Giúp cho sinh viên hiểu được bản chất, ý nghĩa của các loại Timer và Counter

 Yêu cầu:

- Nắm vững kiến thức về Timer và Counter

- Đọc trước bản hướng dẫn lập trình ZEN

- Lập trình thông thạo các bài toán dùng Timer và Counter.

 Nội dung các bước thực hiện

4.2.2. 1. Thiết lập thông số cho các Timer thông thường

Đặt con trỏ vào vị trí đầu ra và kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra, sau đó

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

chọn đầu ra là T

Chọn loại đầu vào Timer và đặt tên Timer

Bảng 4.3. Bảng tùy chọn Timer

Địa chỉ Timer T0 dến Tf hoặc #0 đến #3

Đầu vào Trigger T(TRG) Điều khiển đầu vào Trigger của Timer. Sẽ kích

hoạt Timer khi đầu vào Trigger bật ON

Đầu vào Reset R(RES) Điều khiển đầu vào Reset của Timer. Khi đầu

vào Reset bật ON giá trị hiện tại của timer

(PV) bị xóa về 0. Trạng thái đầu vào Trigger sẽ

bị bỏ qua khi đầu vào Reset ở ON

Timer bit Sẽ bật tùy theo loại Timer

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

sau đó khi sử dụng tiếp điểm của Timer thì khai báo giá trị đặt, dạng Timer

• ON delay timer (X) : Bật sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào

trigger lên ON

• OFF delay timer ((cid:0)) : Vẫn ở ON trong khi đầu vào trigger ON và tắt sau một

khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger về OFF

• One-shot pulse timer (O): Vẫn ON ở trong một khoảng thời gian đặt trước khi

đầu vào trigger bật lên ON

• Flashing pulse timer (F): Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu kì đặt trước

trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON.

Bảng 4.4: Sai số của Timer

S 00,00 đến 99,99 s (theo đơn vị 0,01 Sai số: 0 đến 10ms

M:S 00 phút 01s đến 99 phút 59s (theo đơn vị phút giây) Sai số: 0 đến 1s

H:M 00 giờ 01 phút đến 99 giwof 59 phút (theo đơn vị giờ Sai số: 0 đến 1

phút) phút

4.2.2.2. Thiết lập thông số cho Holding Timer (trễ có nhớ)

Đặt con trỏ vào vị trí đầu ra, kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra và lựa chọn

loại Timer.

Khi sử dụng tiếp điểm của Holding Timer thì khai báo giá trị đặt, dạng Timer

Tên của Holding Timer (#): Từ #0 đến #3

Ý nghĩa của Holding Timer

Bật sau một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên ON. Giá trị hiện

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

hành vẫn được lưu khi timer chuyển từ RUN sang STOP hoặc khi bị ngắt điện. Timer

lại tiếp tục khi đầu vào kích lên ON. Bít đầu ra của Timer cũng được giữ nguyên trạng

thái khi Timer đếm xong.

4.2.2.3. Thiết lập thông số cho Timer @ (Weekly timer)

Loại Timer này cho phép cài đặt và lập trình cho thời gian hoạt động của các

ngày trong tuần

Khi sử dụng loại timer này thì ta chỉ việc chọn tiếp điểm và khai báo tiếp điểm

là loạiTimer @, tên của Timer đặt từ 0 đến 7

Bảng 4.5 Các thông số đặt cho Weekly Timer

Thông số đặt Ví dụ Hoạt động

MO-FR Khi Start day trước Stop day Hoạt động từ thứ 2 đến thứ 6 hàng tuần

FR-MO Khi Start day sau Stop day Hoạt động từ thứ 6 đến thứ 2 hàng tuần

Start-Stop day MO-MO Khi Start day trùng Stop day Hoạt động bất kể ngày trong tuần

Khi Stop day không được Chỉ hoạt động vào thứ FR 6 đặt

Khi Start time trước Stop ON 08:00 Hoạt động từ 08:00 đến

OFF 17:00 17:00 hàng ngày time

Time (thời Khi Start time sau Stop ON 18:00 Hoạt động từ 18:00 đến

gian) time OFF 7:00 07:00 ngày hôm sau

Khi Start time trùng Stop ON 18:00 Hoạt động bất kể thời

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

time OFF 18:00 gian

4.2.2.4. Thiết lập thông số cho Timer * (Calendar timer)

Loại Timer này cho phép cài đặt và lập trình cho hoạt động của các ngày trong

năm

Khi sử dụng loại timer này thì ta chỉ việc chọn tiếp điểm và khai báo tiếp điểm

là loại Timer *, tên của Timer đặt từ 0 đến 7

Bảng 4.6 Các thông số cho Calendar timer

Thông số đặt Ví dụ Hoạt động

Khi Start date trước ON 04/01 Hoạt động từ 01/04 đến

Stop date OFF 09/01 01/09

Khi Start date sau Stop ON 04/01 Hoạt động từ 01/04 đến Start - Stop day date OFF 02/01 01/02 năm sau

Khi Start date trùng ON 02/01 Hoạt động vào mọi ngày Stop date OFF 02/01

4.2.2.5. Thiết lập thông số cho Counter

Có đến 16 bộ đếm có thể đếm tăng hoặc đếm giảm. Giá trị hiện hành của bộ

đếm và trạng thái đầu ra của counter được lưu giữ ngay cả khi thay đổi chế độ hoạt

động hoặc khi mất điện.

Đầu ra của bộ đếm bật lên on khi giá trị đếm được bằng hay lớn hơn giá trị cài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đặt. Giá trị đếm được trở về 0 và đầu ra của bộ đếm (Counter bit) trở về OFF khi đầu

vào Reset bật lên ON. Đầu vào của bộ đếm không có tác dụng đếm khi đầu vào Reset

lên ON.

Có 3 đầu vào của bộ đếm:

• Đầu vào đếm: CC (Count) đếm lên/đếm xuống khi đầu vào đếm lên ‘1’

• Đầu chọn hướng đếm: DC (Direction) nếu = ‘0’ là đếm lên, nếu = ‘1’ là đếm

xuống.

• Đầu vào xoá số: RC (Reset) khi đầu vào xoá số = ‘1’ thì giá trị đếm trở về‘0’,

đầu ra của bộ đếm trở về‘0’.

Hình 4.2: Hình giản đồ thời gian của Counter

Đặt con trỏ vào vị trí đầu ra, kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra và lựa chọn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

tên của Counter (từ C0 đến Cf), tín hiệu đầu vào-ra của Counter

Bảng 4.7 Các thông số đạt cho Counter

C0 đến Cf Counter Address

(địa chỉ Couner)

C Sẽ tăng hay giảm giá trị đếm PV mỗi khi đầu Counter Input

vào này bật lên ON (đầu vào đếm)

Counter direction Input D Chuyển giữa chế độ đếm tăng hay đếm giảm:

OFF: Đếm tăng (Xác định chiều đếm)

ON: Đếm giảm

R Điều khiển đầu vào Reset của Counter. Khi đầu Reset input

vào Reset bật lên ON, giá trị hiện tại của (Reset)

Counter (PV) sẽ bị xóa về 0 và bít đầu ra

Counter sẽ về OFF. Trạng thái đàu vào đếm sẽ bị

bỏ qua khi đầu vào Reset bật ON

Sẽ bật khi đầu vào đếm đếm đến giá trị đặt Timer bit

Khi sử dụng tiếp điểm của Counter thì khai báo giá trị đặt, loại tiếp điểm và tên của

tiếp điểm Counter

4.2.2.6. Phần thực hành

Bài 1: Khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác

Yêu cầu bài toán điều khiển:

Ấn nút FOR khởi động từ KT và K làm việc động cơ quay theo chiều thuận,

sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút REV thì khởi động từ KN và K làm

việc động cơ quay theo chiều ngược, sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút

Stop động cơ dừng làm việc.

Bài 2: Điều khiển đóng mở cửa tự động

Yêu cầu bài toán điều khiển:

Ấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động. Khi sen sơ S1 phát hiện có người đi

vào hoặc sen sơ S2 phát hiện có người đi ra thì cửa được mở ra, chạm công tắc giới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

hạn mở cửa thì dừng lại. Sau 30s nếu các sen sơ phát hiện không có người thì cửa

được tự động đóng lại, chạm công tắc giới hạn đóng cửa thì dừng lại. Quá trình cứ tiếp

diễn như vậy. Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc.

Các bước thực hiện:

 Thực hiện bảng gán địa chỉ vào/ra

Bảng 4.8 Gán địa chỉ vào/ra

Đầu vào Đầu ra

Kí hiệu đầu vào Địa chỉ Kí hiệu đầu ra Địa chỉ

 Vẽ sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi

 Viết chương trình điều khiển

 Mô phỏng và kiểm tra lỗi

 Kết nối với thiết bi ngoại vi

4.2.3. Bài thực hành tổng hợp và nâng cao về Zen

4.2.3.1. Mục đích

Giúp sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học về lập trình Zen. Nâng cao khả

năng giải quyết các bài toán thực tế giúp đạt kết quả tốt nhất trong quá trình tham gia

công việc sau này.

4.2.3.2. Yêu cầu

- Nắm vững kiến thức lập trình Zen

- Lập trình được các bài toán theo yêu cầu

- Kết nối thành thạo Zen với các thiết bị ngoại vi

4.2.3.3. Phần thực hành

Bài 1: Điều khiển trò chơi đường lên đỉnh Olympia

Yêu cầu điều khiển

Trò chơi gồm 3 đấu thủ, mỗi đấu thủ có một nút bấm và một đèn. Ấn nút Start

hệ thống bắt đầu hoạt động, khi người dẫn chương trình đọc câu hỏi xong nếu đấu thủ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

nào bấm nút trước thì đèn của đấu thủ đó sẽ sáng, nút bấm của các đấu thủ còn lại

không có tác dụng, đồng thời chuông sẽ kêu lên, sau 5 giây thì chuông và đèn sẽ tắt.

Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc.

Bài 2: Điều khiển bãi đỗ xe tự động

Yêu cầu điều khiển

Ấn nút Start đèn xanh sáng. Cửa được mở ra, chạm giới hạn mở cửa LS1 thì

dừng lại. Sen sơ S1 đếm số xe vào bãi, sen sơ S2 đếm số xe ra khỏi bãi. Khi trong bãi

đã đủ 20 xe thì cửa được đóng lại không cho xe vào, khi chạm giới hạn đóng cửa LS2

thì dừng, đồng thời đèn đỏ được bật lên để báo hiệu đã hết chỗ đỗ xe. Khi có xe đi ra

khỏi bãi, nếu số xe trong bãi nhỏ hơn 20 thì cửa lại được mở ra, đồng thời đèn đỏ sẽ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

tắt. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy. Ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc

Bài 3: Điều khiển hệ thống đèn giao thông

Hệ thống đèn giao thông phổ biến gồm 4 cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu

của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn gồm 5 đèn trong đó gồm có 3

đèn chính: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đường dành cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ.

Yêu cầu điều khiển

Hệ thống điều khiển đèn giao thông được khởi động bằng nút ấn Start ,dừng

bằng nút Stop và hoạt động với 3 chế độ:

 Chế độ giờ cao điểm: Từ 6h30 đến 8h30 và từ 16h30 đến 18h30, ở chế

30s

60s

Đ1

30s

Xanh đi bộ 2

65s

Đỏ đi bộ 2

35s

Đ2

55s

15s

Xanh đi bộ 1

80s

Đỏ đi bộ 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

độ này hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ sau:

 Chế độ bình thường: Từ 8h30 đến 16h30 và từ 18h30 đến 22h30, ở chế độ này

30s

Đ1

20s

Xanh đi bộ 2

45s

Đỏ đi bộ 2

35s

Đ2

30s

20s

Xanh đi bộ 1

50s

Đỏ đi bộ 1

hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ thời gian sau:

 Chế độ nghỉ: Từ 22h30 đến 6h30 ngày hôm sau, ở chế độ này tất cả đèn đỏ và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

đèn xanh đều tắt, tất cả đèn vàng nhấp nháy với chu kì 1s.

4.2.3.4. Các bước thực hiện

 Thực hiện bảng gán địa chỉ vào/ra

Bảng 4.9 Gán địa chỉ vào/ra

Đầu vào Đầu ra

Kí hiệu đầu vào Địa chỉ Kí hiệu đầu ra Địa chỉ

 Vẽ sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi

 Viết chương trình điều khiển

 Mô phỏng và kiểm tra lỗi

 Kết nối với thiết bi ngoại vi

4.3. Kết luận chương 4

Nội dung chương 4 đã xây dựng được hệ thống bài giảng thực hành với PLC

Zen

Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết chung của phương pháp dạy học thực hành.

Xây dựng bài thực hành lập trình điều khiển Zen gồm các bước: tiếp cận thiết bị

và thực hành với đầu vào/ra, thực hành với timer và counter, xây dựng bài thực hành

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

tổng hợp và nâng cao về zen.

KẾT LUẬN

Sau 5 tháng tìm hiểu và nghiên cứu, được sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của các

thầy cô trong phòng Quản lý đào tạo sau đại học, khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật

Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là thầy PGS-TS. Nguyễn Thanh Hà, đến nay luận

văn “Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại

trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung” đã hoàn thành và đạt được các kết quả

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC.

- Nghiên cứu về bộ điều khiển lập trình ZEN của Omron

+ Tìm hiểu về cấu trúc, câu lệnh, nguyên lý làm việc, cách lập trình của bộ PLC

ZEN 20C3AR-A-V2.

+ Tìm hiểu về cách lập trình, mô phỏng của phần mềm ZEN Support software.

+ Tìm hiểu cách kết nối bộ Zen với các thiết bị ngoại vi.

- Xây dựng được hệ thống thực hành đa năng ứng dụng PLC ZEN

- Xây dựng bài giảng thực hành ZEN, bao gồm viết chương trình điều khiển

PLC và xây dựng được các bài thực hành: Khởi động động cơ ở chế độ sao - tam giác,

đóng mở cửa tự động, điều khiển bãi đỗ xe tự động, trò chơi đường lên đỉnh Olympia,

điều khiển đèn giao thông.

Kết quả của luận văn đã đạt được là: thiết kế, chế tạo được hệ thống mô hình

thực hành đa năng dùng PLC Zen, xây dựng được hệ thống các bài giảng, bài tập thực

hành lập trình PLC Zen.

Sau khi trực tiếp thực hành trên bộ thiết bị đã chế tạo, có thể nhận thấy hệ thống

đã hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Hệ thống hoạt động chính xác, tin cậy,

an toàn. Hệ thống bài giảng đã được thử nghiệm tại trường và cho kết quả tốt, sinh

viên dễ dàng tiếp cận và nắm bắt được công nghệ.

Hướng phát triển của đề tài

Với thời gian nghiên cứu chưa nhiều, kiến thức và kinh nghiệm thực tế có hạn

cho nên nội dung luận văn còn một số hạn chế. Tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu hoàn

thiện hơn để có thể áp dụng tốt kết quả nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

nhất là áp dụng hệ thống PLC Zen trong thực tế sản xuất, ví dụ như trong lĩnh vực điều

khiển bãi đỗ xe tự động, tòa nhà thông minh, điều khiển hệ thống đèn giao thông có

hiển thị LED 7 thanh, điều khiển giám sát hệ thống Camera từ xa tại các ngã tư giao

thông.

Một lần nữa em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo đã dạy

bảo em trong thời gian vừa qua, đặc biệt là PGS-TS. Nguyễn Thanh Hà đã theo dõi

sát sao, gợi mở các hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn chỉ bảo để em hoàn thành

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

bản luận văn này.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà, Tự động hóa với Simatic S7-

300, NXB KHKT 2000

[2] Văn phòng đại diên Omron việt Nam, Hướng dẫn tự học PLC, NXB Lao động xã

hội 2005

[3] Nguyễn Văn Liễn, Điều khiển Logic và kỹ thuật PLC, NXB KHKT 1999

[4] Hà Văn Trí, Bài giảng PLC S7-300, Công ty TNHH TM&DV SIS

[5] Hướng dẫn thao tác ZEN. Pdf

[6] Hướng dẫn tự học CPM1 qua hình ảnh . Pdf

[7] “A beginner’s guide to PLC” OMRON, Japan.

[8] “Automation with Micro PLC SIMATIC S7-200” Siemens, Germany.

[9] Statement List for S7-300 and S7-400 Programming” Siemens, Germany.

[10] Lê Văn tiến Dũng. “Điều khiển lập trình PLC và mạng” Đại học kỹ thuật công

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

nghệ TP.HCM, năm 2003.

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung

Tr­êng ®¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp

TẠ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG

HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG TẠI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT- HUNG

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt

Chuyªn ngµnh: kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa

Th¸i Nguyªn - 2014

TẠ THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG

HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG TẠI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT- HUNG

Chuyªn ngµnh: kü thuËt ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa

M· sè: 60520216

LuËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt

Th¸i Nguyªn - 2014

LỜI MỞ ĐẦU

Mođun Vào / Ra

Mođun nguồn

CPU

Mođun nhớ

Thiết bị lập trình

ATM

ZEN

Rơ le

Rơ le

FOR

KT

KN

REV

STOP

KY

K

ON

OFF

ON

OFF

1

4

OFF

2

I3

Q0

K1

I2

I1

Q1

K2

PLC ZEN

I0

L

Q2

N

Có thể bạn quan tâm

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bo mạch arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bộ biến đổi xoay chiều – một chiều bốn góc phần tư

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế bộ điều chỉnh PID để điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi, đề xuất cải thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ lai

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Đánh giá mạng thông tin di động 3G tại Chi nhánh Viettel Thái Nguyên

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới độ chính xác gia công, khi gia công cắt dây các vật liệu khó gia công

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Tự động hoá quá trình đo và đánh giá sai số chế tạo các thông số ăn khớp của bánh răng trụ trên máy đo toạ độ 3 chiều CMM 544 Mitutoyo

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu chất lượng bề mặt gia công khi mài thép SUJ2 bằng đá mài CBN trên máy mài phẳng

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) sử dụng khuếch đại thuật toán

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAS) áp dụng cho bài toán phân chia công suất hai động cơ một chiều nối cứng trục, chung tải

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế điều khiển hệ quá trình đa biến và nâng cao chất lượng bằng bộ điều khiển mờ lai

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bo mạch Arduino và ứng dụng cho hệ thống chiếu sáng

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế hệ thống nối lưới nguồn năng lượng mặt trời sử dụng cho căn hộ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển lưu lượng bằng bộ biến đổi tần số cho hệ thống điều khiển quá trình

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nâng cao chất lượng hệ điều khiển truyền động xe hàn của máy hàn tự động

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số kết cấu và điều khiển đến tải trọng động tác dụng lên hệ thống truyền lực thủy cơ ô tô

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nâng cao chất lượng điều khiển lò hơi nhà máy nhiệt điện đốt than bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Điện tử: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị bù cos phi kết hợp lọc sóng hài

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xây dựng hệ thống điều khiển nhiệt độ ứng dụng cho quá trình ủ vật liệu từ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ khuấy đến chất lượng mạ composite Chrome

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Thiết kế điều khiển hệ chuyển động nhiều trục

Tài liêu mới

Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng thuật toán thích nghi và học tăng cường cấu trúc Actor - Critic điều khiển bám quỹ đạo cho robot di động đa hướng mecanum

Luận án Tiến sĩ: Cơ cấu bệnh tim mạch và chất lượng cuộc sống của người cao tuổi mắc suy tim, rung nhĩ điều trị tại Bệnh viện Thống Nhất, thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu hiện tượng nứt dăm đê sông vùng đồng bằng sông Hồng và dự báo khả năng bị nứt của một số đoạn đê

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu xây dựng giải pháp đảm bảo an toàn thông tin cho quá trình học liên kết dựa trên mật mã

Trêng ®¹i häc kü thuËt c«ng nghiÖp