ỨNG DỤNG PLC FX5U TRONG QUÁ TRÌNH sản XUẤT
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.77 MB, 64 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN
ỨNG DỤNG PLC FX5U
TRONG Q TRÌNH SẢN XUẤT
GVHD: Lê Long Hồ
THÀNH VIÊN NHÓM
- Nguyễn Cảnh Dinh : 18061241
- Nguyễn Thuận Duy : 18055351
- Nguyễn Phương Nam : 18072611
LỚP: DHDKTD 14B
BÀI TIỂU LUẬN THI CUỐI KÌ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
THƠNG TIN CHUNG
Họ và tên sinh viên :................................................MSSV:......................................
Lớp
:DHDKTD 14B.......................Khóa:14....................................
Chuyên ngành
:KT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ DỘNG
Mã chuyên ngành: 7510303.....
SĐT
:..................................................................................................
:..................................................................................................
Địa chỉ liên hệ
:..................................................................................................
...................................................................................................
Tên đề tài/tiểu luận : ỨNG DỤNG PLC TRONG Q TRÌNH SẢN XUẤT...........
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 07 năm 2021
Sinh viên
(Ký và ghi rõ họ tên)
2
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ..............................................................................................5
DANH MỤC BẢNG BIỂU.........................................................................................5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................6
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................7
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.................................................................8
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.......................................................................................8
1.2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.................................................................8
1.2.1
Bài 1: PHÁT HIỆN LỖI CHIẾT RĨT..........................................................9
1.2.2
Bài 2: GIA CƠNG THÉP HÌNH VNG..................................................10
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT........................................................................12
2.1 TỔNG QUAN VỀ PLC NÓI CHUNG VÀ MITSUBISHI FX5U NĨI RIÊNG
12
2.1.1
GIỚI THIỆU VỀ FX5U...............................................................................12
2.1.2
HÌNH DẠNG BÊN NGỒI..........................................................................16
2.1.3
CẤU TRÚC BÊN TRONG...........................................................................17
2.1.4
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG.....................................................................19
2.1.5
CÁC CHỦNG LOẠI PLC VÀ ỨNG DỤNG.................................................21
2.1.6
CÁC MODULE MỞ RỘNG CỦA FX-5U....................................................24
2.1.7
NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH............................................................................26
2.1.8
THIẾT BỊ VÀ CƠNG CỤ LẬP TRÌNH........................................................28
2.1 TỔNG QUAN BIẾN TẦN................................................................................29
2.1.2 BIẾN TẦN (NÓI CHUNG)............................................................................29
2.1.3 BIẾN TẦN MITSUBISHI FR_E500( NÓI RIÊNG)......................................31
2.2 TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN SỬ DỤNG......................................................36
2.2.1
CẢM BIẾN SỬ DỤNG TRONG BÀI 1........................................................36
2.2.2
CẢM BIẾN SỬ DỤNG TRONG BÀI 2........................................................39
2.3 TỔNG QUAN MÀN HÌNH SỬ DỤNG CHO CẢ 2 BÀI................................40
CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG PLC FX5U...........................................42
3.1 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BÀI 1 KIỂM TRA HÀNG HÓA.......................42
3
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
3.1.1
MƠ HÌNH THIẾT KẾ PHẦN CỨNG TRONG SOLIDWORKS...............42
3.1.2
QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG BÀI 1 PHÁT HIỆN LỖI CHIẾT RÓT.........43
3.1.3
SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN CỨNG BÀI 1.....................................................47
3.1.4
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT BÀI 1...................................................................48
3.1.5
CODE BÀI 1 VIẾT TRONG PHẦN MỀM GX WORKS3........................49
3.2 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BÀI 2 HỆ THỐNG GIA CƠNG SẮT THEO Ý
MUỐN........................................................................................................................ 51
3.2.1
MƠ HÌNH THIẾT KẾ PHẦN CỨNG TRONG SOLIDWORKS...............51
3.2.2
QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG BÀI 2 MÁY GIA CÔNG THÉP...................52
3.2.3
SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN CỨNG BÀI 2.....................................................55
3.2.4
LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT BÀI 1...................................................................56
3.2.5
CODE BÀI 2 VIẾT TRONG PHẦN MỀM GX WORKS3........................57
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN........................................................................................60
4.1 Kết quả đạt được...............................................................................................60
4.2 Hạn chế của đề tài.............................................................................................61
4.3 Hướng phát triển trong tương lai....................................................................61
4.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................62
4
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: SƠ ĐỒ HỆ ĐIỀU KHIỂN LOGIC DÙNG PLC.............................................15
Hình 2: PLC MITSUBISHI.........................................................................................16
Hình 3: PLC OMRON.................................................................................................17
Hình 4: PLC SIEMENS...............................................................................................17
Hình 5: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA PLC.......................................................................18
Hình 6: SƠ ĐỒ MODULE VÀO SƠ ĐỒ MODULE RA..............................................19
Hình 7: SƠ ĐỒ VÒNG QUÉT THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH CỦA PLC................20
Hình 8: PLC DẠNG NHỎ LOẠI CỐ ĐỊNH................................................................23
Hình 9: PLC LOẠI VỪA VÀ LỚN DẠNG MODULE..................................................23
Hình 10: KHỐI IN/OUT..............................................................................................24
Hình 11: CHƯƠNG TRÌNH KIỂU DANH SÁCH LỆNH - INSTRUCTION LIST.......26
Hình 12: CHƯƠNG TRÌNH KIỂU CẤU TRÚC – STRUCTURED TEXT...................27
Hình 13: Ngơn ngữ LADDER.....................................................................................28
Hình 14: QUY TRÌNH CÀI ĐẶT BIẾN TẦN FR-E500...............................................32
Hình 15: VÍ DỤ ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN FR_E500 BẰNG CƠNG TẮC BIẾN TRỞ
NGỒI........................................................................................................................ 35
Hình 16: CẢM BIẾN TIỆM CẬN ĐIỆN DUNG..........................................................36
Hình 17: CẢM BIẾN ĐIỆN TỪ...................................................................................39
Hình 18: MÀN HÌNH HMI GT 1455 MITSUBISHI....................................................40
Hình19: MƠ HÌNH PHẦN CỨNG THIẾT KẾ TRONG SOLIDWORKS BÀI 1...........42
Hình 20: SƠ ĐỒ KẾT NỐI PHẦN CỨNG THIẾT KẾ TRÊN PHẦN MỀM VISIO BÀI
1.................................................................................................................................. 47
Hình 21: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT BÀI 1......................................................................48
Hình 22: CODE BÀI 1................................................................................................50
Hình 23: MƠ HÌNH PHẦN CỨNG THIẾT KẾ TRONG SOLIDWORK BÀI 2............52
Hình 24: SƠ ĐỒ KẾT NỐI VẼ TRÊN PHẦN MỀM VISIO MƠ HÌNH BÀI 2.............55
Hình 25: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 2......................................56
Hình 26: CODE BÀI 2................................................................................................60
DANH MỤC BẢNG BIỂ
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
1: NHĨM THƠNG SỐ CÀI ĐẶT BIẾN TẦN CƠ BẢN.....................................34
2: NHĨM THƠNG SỐ ĐỘNG CƠ...................................................................34
3: NHĨM CHỨC NĂNG NGÕ VÀO VÀ RA.....................................................35
4: BẢNG THÔNG SỐ BẢO VỆ.........................................................................35
5: BẢNG CÁC NGÕ VÀO RA MƠ HÌNH BÀI 1...............................................47
5
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
Bảng 6: BẢNG CÁC NGÕ VÀO RA MƠ HÌNH BÀI 2...............................................55
STT
1
KÍ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
CHỮ VIẾT ĐẦY ĐỦ
PLC
Programmable Logic Controller
Bộ điều khiển logic khả trình
2
CB…X1,2,3,4
Cảm biến X1,2,3.4
3
NO
Nomal opening( tiếp điểm thường mở)
4
NC
Nomal canceling( tiếp điểm thường đóng)
5
Đ( Trong lưu đồ)
Đúng
6
S( Trong lưu đồ)
Sai
7
I/O
ĐẦU VÀO/ RA
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
6
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
LỜI NĨI ĐẦU
- Cùng với sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật và sự phát triển mạnh mẽ của kĩ
thuật máy tính, đã cho ra đời các thiết bị điều khiển số như :CNC, PLC…. Các
thiết bị này đã cho phép khắc phục được rất nhiều các nhược điểm của hệ thống
điều khiển trước đó, giải quyết được yêu cầu năng suất kinh tế và kĩ thuật trong
sản xuất.
- Với sự phát triển của khoa học cơng nghệ như hiện nay thì việc ứng dụng thiết
bị logic khả trình PLC để tự động hóa q trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng
năng xuất lao động, giảm sức người, nâng cao chấ lượng sản phẩm đang là 1
vấn đề cấp thiết có tính thời sự cao.
- Trong quá trình tiến hành làm bài tiểu luận các thành viên nhóm em đã cố gắng
tìm hiểu thực tế, tham khảo tài liệu, nhưng do thời gian và kinh nghiệm cịn hạn
chế nên tiểu luận sẽ khơng tránh khỏi được những thiếu sót. Do đó, chúng em
rất mong nhận được những ý kiếm đóng góp, nhận xét, đánh giá quý báu của
thầy để chúng em được hoàn thiện hơn nữa.
- Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giảng dạy tận tình chu đáo của
giảng viên hướng dẫn Lê Long Hồ đã giúp đỡ chúng em để hoàn thành được
bài tiểu luận này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
7
Môn PLC
CHƯƠNG 1
GVHD: Lê Long Hồ
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
-
Qua nhìn nhận thực tế hiện nay PLC chưa được ứng dụng nhiều vào trong thực
tiễn đời sống hàng ngày, trong lao động lẫn trong sản xuất. Nhu cầu hiện tại, ở đâu
cũng thực sự cần áp dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật vào trong sản xuất nhằm
nâng cao tính đồng đều về chất lượng sản phẩm, khai thác được hiệu quả của các thiết
bị tự động này khơng những mang lại lợi ích cho cá nhân tổ chức, mà cịn đóng góp
lớn cho cơng cuộc hiện đại hóa , góp phần làm cho đất nước giàu mạnh, xã hội phát
triển.
1.2 NỘI DUNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
-
Nghiên cứu tổng quát về các dòng PLC hiện hành
-
Tìm hiểu và vận dụng các tập lệnh cơ bản của PLC Mitsubishi áp dụng vào lập
trình giải quyết 1 bài tốn lập trình bằng ngơn ngữ lập trình ladder.
-
Tìm hiểu được cấu tạo & nguyên tắc hoạt động của PLC
-
Tìm hiểu cách thức giao tiếp, cách kết nối PLC với các thiết bị I/O căn bản:
cảm biến, encoder,….
-
Tìm hiểu phương thức cài đặt các thông số cơ bản cho biến tần trong điều
khiển động cơ
8
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
1.2.1 Bài 1: PHÁT HIỆN LỖI CHIẾT RÓT
Lý do chọn đề 1 hệ thống phát hiện lỗi chiết rót
Hiện nay với tốc độ cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa sâu rộng cùng cuộc cách
mạng cơng nghiệp 4.0 đang diễn ra trên toàn thế giới. Nền sản xuất công nghiệp
chuyển đổi từ lao động chân tay sang các dây chuyền sản xuất hiện đại với mức độ tự
động hóa ngày càng cao. Việc tự động hóa quá trình sản suất và phân phối sản phẩm
giúp năng xuất lao động tăng lên gấp nhiều lần qua đó tiết kiệm được sức lao động của
con người. Mặt khác trong nhiều khâu sản xuất việc áp dụng các dây chuyền máy móc
giúp giảm thiểu tối đa các lỗi xảy ra trong q trình hồn thiện sản phẩm. Trong bất
cứ dây truyền sản xuất nào việc kiểm tra rà soát và loại bỏ các sản phẩm lỗi trước khi
đưa ra thị trường, phân phối tới tay người tiêu dùng là một cơng đoạn rất quan trọng
trong cả q trình sản xuất. Việc để sót và đưa sản phẩm lỗi ra thị trường có tác động
rất xấu đến uy tín của sản phẩm, uy tín của cơng ty, đánh mất lịng tin của người tiêu
dùng đối với sản phẩm. Thực tế đã có rất nhiều vụ việc người tiêu dùng tẩy chay một
cơng ty, một dịng sản phẩm vì sản phẩm tới tay họ là sản phẩm lỗi, thiếu hàng hóa so
với quy chuẩn trên bao bì. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó nhóm chúng em nảy ra ý
tưởng và thiết kế, lập trình dây chuyền kiểm tra và loại bỏ các chai dung dịch bị lỗi do
thiếu hoặc khơng có lượng sản phẩn đúng tiêu chuẩn. Tiếp đó là đóng gói sản phẩm
theo số lượng mong muốn của người vận hành. Dây chuyền có thể sử dụng, lắp ráp
trong nhiều nhà máy khác nhau như: nhà máy sản xuất bia, nhà máy sản xuất và đóng
gói nước ngọt đóng chai, nhà máy sản xuất sữa, nhà máy đóng gói dược phẩm, thực
phẩm đóng hộp……
9
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
ĐỀ BÀI: Điều khiển hệ thống kiểm tra chiết rót
-
Cho hệ thống kiểm tra dây chuyền chiết rót sản phẩm thuốc (dung dịch) vào
hộp nhựa kín sau khi đóng nắp như hình vẽ, để phát hiện ra hộp thuốc chiết rót bị lỗi
(khơng chiết rót)
-
Nhấn nút START, hệ thống bắt đầu hoạt động, băng tải chạy, cảm biến phát
hiện hộp thuốc lỗi thì băng tải dừng cho xilanh đẩy bỏ hộp lỗi ra, delay 1.5s thì rút
về,băng tải tiếp tục chạy. Bất kì lúc nào nhấn nút STOP thì hệ thống dừng hoặc khi
nào hệ thống đếm đủ số lượng hộp thuốc thì tự động dừng lại
1.2.2 Bài 2: GIA CƠNG THÉP HÌNH VNG
Lí do chọn đề 1 hệ thống gia công thép
Cùng với sự phát triển của đất nước và nền công nghiệp việc xây dựng cơ sở
hạ tầng, nhà ở ngày càng tăng làm cho việc định hình các thanh thép để làm cốt bê
tơng cũng tăng. Hiện tại thì cốt bê tơng đa số được làm tại nhà máy sao đó được
vận chuyển ra cơng trình thì cơng làm gia tăng chi phí vận chuyển, hay đối với xây
10
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
dựng nhà dân thì cốt bê tơng thường được cơng nhân xây dựng định hình bằng tay
tại cơng trình làm mất rất nhiều thời gian thi công và độ hiệu quả, không tiết kiệm
nguyên liệu, ảnh hưởng đến an tồn của cơng nhân. Nhằm nâng cao chất lượng,
năng suất cũng như an tồn lao động thì nhóm chúng em đưa ra ý tưởng và thiết kế
hệ thống định hình thép cốt bê tơng gọn có thể dễ dàng di chuyển và lắp đặt tại
cơng trình hay bất cứ đâu. Hệ thống có khả năng sản xuất các loại cốt thép định
hình theo yêu cầu ở bất cứ hình dạng nào với độ chính xác là milimét, hệ thống sử
dụng các công nghệ tiết kiệm điện cũng như nguyên liệu. Do đó hệ thống làm giảm
thời gian thi cơng cơng trình và tiết kiệm chi phí thi công.
-
Thanh thép được đưa vào máy động cơ quay đưa thép vào vị trí với độ dài cài
đặt trước ,piston thanh chốt đi ra sau đó piston uốn đi ra uốn thanh thép và giữ 5 giây
piston thanh chốt và piston uốn đi vào động cơ quay đưa thanh thép đi ra đủ độ dài
piston piston thanh chốt đi ra sau đó piston uốn đi ra uốn thanh thép và giữ 5 giây
piston thanh chốt và piston uốn đi vào động cơ quay cứ như thế đến khi thép có hình
vng. động cơ quay đưa thanh thép đi ra đủ độ dài sau đó piston dao đi xuống cắt
thanh thép rồi đi lên nếu nút stop được nhấn thì sẽ kết quy trình sẽ kết thúc, nếu nút
stop khơng được nhất thì quy trình sẽ tiếp tục.
-
11
Môn PLC
CHƯƠNG 2
2.1
GVHD: Lê Long Hồ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ PLC NÓI CHUNG VÀ MITSUBISHI FX5U NÓI
RIÊNG
2.1.1 GIỚI THIỆU VỀ FX5U
PLC NĨI CHUNG
-
Bộ điều khiển logic khả trình PLC là thiết bị điện tử bán dẫn thực hiện các hàm
điều khiển logic bằng chương trình thay thế cho các mạch logic kiểu rơ le (tiếp điểm
và phi tiếp điểm).
-
Về bản chất, PLC là hệ vi xử lý được thiết
kế tương tự máy tính số, với ngơn ngữ lập trình
riêng gần gũi với người xử dụng, được ứng dụng
trong các bài toán điều khiển logic. Hạt nhân của
hệ là bộ vi xử lý thực hiện các phép tính số học
và logic cùng với các thành phần cấu thành hệ
như bộ nhớ, các cổng vào / ra,...
12
Môn PLC
-
GVHD: Lê Long Hồ
Về phạm vi ứng dụng, PLC là thiết bị đặt tại dây chuyền sản xuất, tích hợp với
các thành phần của hệ thống điều khiển để thực hiện điều khiển trực tiếp cơng nghệ
một q trình kỹ thuật. PLC thường làm việc trong môi trườn rất khắc nghiệt (nhiệt độ
cao, độ ẩm lớn, thời gian hoạt động liên tục) và gắn liền với người vận hành trực tiếp
thiết bị. Vì vậy, PLC được thiết kế và chế tạo với các tiêu chuẩn đặc biệt về độ bền,
tính module hóa cao, ngơn ngữ lập trình phù hợp và thân thiện với trình độ người sử
dụng
-
Về cơ bản, PLC là thiết bị điều khiển ở hiện trường sản xuất, sát các thiết bị và
cơ cấu chấp hành. Tuy nhiệ hiện nay các họ PLC hiện đại được tích hợp các tính năng
xử lý thơng minh, quản lý dữ liệu và mở rộng các chức năng xử lý ngắt. Ngồi chức
năng điều khiển, PLC cịn đóng vai trị là khâu thu nhập và xử lý dữ liệu trong các hệ
SCADA và là một nút trong các hệ điều khiển phân tán (DCS). Vì vậy, với quan điểm
hệ thống, PLC là thành phần cơ bản cấu thành hệ điều khiển.
-
Như mọi thiết bị tính, PLC gồm phần cứng và phần mềm. Phần cứng là các
thiết bị vật lý cấu thành hệ gồm: nguồn cung cấp, CPU, module vào/ra và các thiết bị
phụ trợ... Các thiết bị vật lý được lắp ghép với nhau tạo thành một cấu hình vật lý của
hệ thống. Phền mềm bao gồm hệ điều hành và chương trình ứng dụng. Hệ điều hành
do nhà sản xuất cung cấp được cài sẵn rong bộ nhớ cảu PLC. Chương trình ứng dụng
do người sử dụng lập bằng ngơn ngữ lập trình của PLC để thực hiện một thuật toán
(algorithm) điều khiển xác định. Giữa phần cứng và phần mềm có mối liên hệ chặt chẽ
với nhau. Một chương trình ứng dụng chỉ được thiết lập trên cơ sở một cấu hình vật lý
cụ thể. Ngược lại, một hệ thống chỉ có thể thực hiện được đúng thuật tốn điều khiển
nếu chương trình đó được thiết kế phù hợp với cấu hình của nó.
13
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
FX5U NĨI RIÊNG
Tính ưu việt của PLC.
-
Việc sử dụng PLC thay thế các bộ điều khiển logic nối dây đem lại các lợi ích
căn bản.
-
Các bộ điều khiển logic nối dây có đặc điểm chung là các phần tử logic là các
phần tử vật lý. Bộ điều khiển logic nối dây thực hiện hàm điều khiển bằng sơ đồ nối
các phần tử logic bằng dây dẫn vật lý (dây dẫn điện, mạch in) đã được nối cứng. Vì
vậy hệ này chỉ thực hiện một hàm điều khiển nhất định. Muốn thay đổi hàm điều
khiển cần phải thay đổi cấu trúc của hệ. Đó là tính khơng mềm dẻo của bộ điều khiển
logic nối dây. Đối với các hệ phức tạp, nhiều phần tử thì tính khơng mềm dẻo là một
nhược điểm lớn. Tuy nhiên, ưu điểm của bộ điều khiển logic nối dây phù hợp với các
hệ đơn giản, ít phần tử và cơng suất lớn.
-
Đặc điểm của PLC là các phần tử logic được định nghĩa bằng chương trình và
thực hiện
hàm điều khiển bằng chương trình (hình dưới).
14
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
Hình 1: SƠ ĐỒ HỆ ĐIỀU KHIỂN LOGIC DÙNG PLC
-
Trong sơ đồ này các module vào và module ra là các thiết bị kết nối với các
phần tử logic bên ngồi. Chương trình điều khiển được lưu giữ trong bộ nhớ. PLC
thực hiện tuần tự các lệnh của chương trình để điều khiển các thiết bị tương tự như sơ
đồ điều khiển kiểu nối dây..
-
PLC đã thực hiện thay thế các mạch logic nối dây bằng các “mạch logic lập
trình được”. Trong các mạch logic này có thể cắt bỏ, chèn, thêm vào các phần tử một
cách dễ dàng và đơn giản. Trong thực tế, việc thay đổi tham số điều khiển của chương
trình, thậm chí thay đổi chương trình điều khiển thường xuyên xảy ra khi thay đổi sản
phẩm, thay đổi công nghệ. Đối với hệ điều khiển logic dùng PLC, cùng một cấu trúc
vật lý có thể thực hiện các hàm điều khiển khác nhau, tùy thuộc vào chương trình.
Nghĩa là, có thể thay đổi hàm điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc của hệ. Đó là
tính mềm dẻo của PLC. Tính mềm dẻo này đảm bảo PLC được sử dụng có hiệu quả
cao trong các hệ phức tạp, có nhiều phần tử. Ngoài ra, ưu điểm của PLC là hoạt động
tin cậy, tiêu thụ năng lượng ít, dễ dàng mở rộng hệ thống, việc chuyển giao công
nghệ được nhanh và hiệu quả hơn so với các hệ logic nối dây. Hạn chế của PLC là
tính tác động nhanh khơng cao và chỉ sử dụng tạo ra các tín hiệu điều khiển công suất
15
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
nhỏ. Một ưu điểm cần nhấn mạnh khi mở rộng phạm vi ứng dụng của PLC là có thể
tiến hành mơ phỏng khi khảo sát và thiết kế hệ thống. PLC với các chức năng truyền
thông có thể kết nối mạng với các bộ điều khiển khác, với các hệ thống máy tính và
điều khiển để thực hiện các chức năng điều khiển quá trình, điều khiển phân tán, thu
nhạp dữ liệu và giao diện máy- người.
2.1.2 HÌNH DẠNG BÊN NGỒI
Hình 2: PLC MITSUBISHI
16
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
Hình 3: PLC OMRON
Hình 4: PLC SIEMENS
2.1.3 CẤU TRÚC BÊN TRONG
-
Thành phần cơ bản của PLC gồm có: khối xử lý trung tâm (CPU – Central
Procesing Unit), các module vào/ra, nguồn cung cấp (Power Supply Unit) và thiết bị
lập trình (Programming Device).
17
Mơn PLC
-
GVHD: Lê Long Hồ
Chương trình được soạn thảo trong thiết bị lập trình và được nạp vào bộ nhớ
của PLC. Các module vào/ra là các cổng phép nối PLC với thiết bị bên ngoài(gọi là
thiết bị trường- Field Device). Các cổng vào/ ra có nhiệm vụ chuyển đổi thích ứng
giữa các nguồn tín hiệu và PLC. Các module vào là các thiết bị nhận tín hiệu từ thiết
bị vào, chuyển đổi thành dữ liệu, ví dụ: phím bấm, cơng tắc hành trình, cảm biến,
chuyển mạch... Các module ra là thiết bị ghép nối PLC với các thiết bị ra, chuyển đổi
dữ liệu thành tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành, ví dụ: rơ le, van. Đèn... Sơ đồ
nối các thiết bị vào/ra (I/O) với các module vào/ra được trình bày như hình dưới.
Hình 5: SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA PLC
-
Trong thực tế, các cổng vào/ra có hai loại: loại cố định (Fixed) và loại dạng
module hóa (Modular). Loại cố định được sử dụng cho các PLC cỡ nhỏ, các cổng
vào/ra gắn cố định vào khối CPU, không thay đổi được vị trí. Ưu điểm của loại này là
giá thành thấp. Tuy nhiên nếu muốn mở rộng cổng vào/ra cần phải trang bị thêm khối
18
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
mở rộng tương ứng. Loại module hóa được sử dụng trong đa số các trường hợp và là
cấu trúc tiêu chuẩn của PLC. Các module vào/ra có thể tháo lắp, thay đổi vị trí dễ
dàng trên các khe cắm (Slot) và các rãnh (Rack). Cấu trúc kiểu này (bao gồm cả các
đầu nối) tạo thành bảng mạch Bus (Backplane), trên đó coe thể lắp các khối nguồn,
CPU, module vào/ra, module mở rộng... và thực hiện trao đổi thông tin với nhau.
Hình 6: SƠ ĐỒ MODULE VÀO SƠ ĐỒ MODULE RA
-
Khối nguồn cung cấp nguồn một chiều cho các khối được lắp đặt vào bảng
mạch Bus. Công suất của khối nguồn được chọn tùy thuộc vào cấu hình của hệ. Trong
đa số các trường hợp, nguồn cung cấp này không phù hợp với các thiết bị trường. Vì
vậy, các thiết bị trường thường được cung cấp bằng nguồn ngoài riêng.
Khối CPU là bộ não của PLC, hạt nhân là bộ vi xử lý quyết định tính chất và khả năng
của PLC: tốc độ xử lý, khả năng quá trình vào/ra... CPU thực hiện chương trình trong
bộ nhớ chương trình, đưa ra các quyết định và trao đổi thơng tin với bên ngồi thơng
qua các cổng vào/ra.
2.1.4 NGUN TẮC HOẠT ĐỘNG
-
Nguyên tắc hoạt dộng cơ bản của PLC: Vịng qt chương trình PLC hoạt động
theo ngun tắc qt vòng (Scan). Mỗi vòng quét (Scan Cycle) bao gồm ba giai đoạn
cơ bản được trình bày trên hình dưới.
19
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
Hình 7: SƠ ĐỒ VỊNG QT THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH CỦA PLC
-
Ở giai đoạn thứ nhất, PLC đọc trạng thái tín hiệu ở các module vào, gửi vào
vùng đầu vào để làm dữ liệu thực hiện chương trình.
Giai đoạn thứ hai là thực hiện chương trình trong bộ nhớ. Kết quả thực hiện chương
trình là dữ liệu và các quyết định được lưu giữ trong bộ nhớ dùng cho vòng quét sau
hay đưa module ra.
Giai đoạn thứ ba, PLC gửi dữ liệu đến vùng đầu ra và biến đổi thành tín hiệu điều
khiển cơ cấu chấp hành nối với module ra. khi đó, một vịng qt được hồn thành,
vịng qt tiếp theo bắt đầu và q trình được thực hiện liên tục khơng ngừng.
Q trình đọc tín hiệu vào và gửi tín hiệu ra gọi là quá trình quét vào/ra. Quá trình
thực hiện chương trình gọi là qt chương trình.
Thời gian để thực hiện một vịng qt gọi là chu kỳ qt. Chu kì qt có ảnh hưởng
đến tốc độ xử lý của PLC và ảnh hưởng đến khả năng xử lý thời gian thực của PLC.
Nói cách khác, việc sử dụng PLC trong các bài tốn điều khiển chỉ được chấp nhận
khi chu kì qt của PLC đủ nhỏ so với hằng số thời gian của hệ điều khiển. Khi đó, có
thể chấp nhận xử lý đồng thời (thời gian thực) được thay thế bằng xử lý tuần tự.
Chu kỳ quét phụ thuộc vào các nhân tố sau: tốc độ của bộ vi xử lý của CPU, độ dài
chương trình, số lượng các đầu vào/ra. Ngồi ra, chu kỳ qt cịn phụ thuộc một số
các chu kỳ quét phụ như: thời gian chuyển đổi song song – nối tiếp của hệ thống vào
ra phân tán (Remote I/O), thời gian xử lý truyền thông nối tiếp, thời gian xử lý ngắt,
thời gian đọc/ ghi đầu vào / ra tương tự, thời gian thưch hiện các chương trình kiểm
20
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
tra, cảnh báo hệ thống... Tuy nhiên, đối với một hệ cụ thể thì các nhân tố, trừ tốc độ
của bộ vi xử lý, đều lầ cố định. Vì vậy để giảm chu kỳ quét thì phải chọn CPU có tốc
độ xử lý cao.
Nguyên tắc hoạt động quét vòng của CPU hạn chế khản năng xử lý tức thời của PLC.
Vì vậy, PLC chủ yếu được sử dụng trong các hệ điều khiển quá trình biến thiên chậm.
Tuy nhiên, các PLC hiện đại đã được trang bị và tăng cường các tính năng xử lý ngắt
ngày càng hoàn thiện để xử lý nhanh và kịp thời.
Vấn đề xử lý vòng quét đầu tiên cần phải được quan tâm khi ứng dụng PLC. Điều này
là do ở vòng quét đầu tiên, các dữ liệu đều chưa sẵn sàng, hệ đang ở quá trình khởi
tạo. Đối với cá hệ mà q trình khởi tạo khơng ảnh hưởng đến q trình điều khiển thì
có thể bỏ qua. Ngược lại, các hệ thống khác cần lưu ý vòng quét này. Vì vậy, PLC đều
cung cấp cờ trạng thái có giá trị bằng 1 ở vòng quét đầu tiên và bằng 0 ở các vòng
quét khác, gọi là First Scan Flag. Người sử dụng có thể dùng cờ trạng thái này để tiến
hành khởi tạo và thiết lập các điều kiện ban đầu cho hệ thống.
2.1.5 CÁC CHỦNG LOẠI PLC VÀ ỨNG DỤNG
-
PLC có rất nhiều chủng loại và do rất nhiều nhà sản xuất cung cấp. Một số nhà
sản xuất và tích hợp hệ thống sử dụng PLC do chính họ chế tạo.Nó là một thành phần
cấu thành hệ thống và được sử dụng trong phạm vi hẹp. Một số nhà sản xuất cung cấp
PLC như là sản phẩm đa dụng cho người thiết kế và tích hợp hệ thống. Nhà sản xuất
cung cấp thiết bị, phần mềm, hỗ trợ kỹ thuật và đào tạo để người sử dụng có điều kiện
ứng dụng các sản phẩm này vào các hệ thống của mình. Có một số hãng sản xuất điển
hình là: SIEMENS(Đức), ALLEN-BRADLEY, GEFUNUC(Mỹ), MITSUBISHI,
TOSHIBA( Nhật bản)....
-
Do PLC được sử dụng rất rộng rãi từ các bài toán đơn giản đến các bài toán
phức tạp, nên PLC được chế tạo dưới nhiều loại khác nhau phù hợp với yêu cầu của
thực tế. Việc phân loại PLC dựa trên cơ sở khả năng (tốc độ xử lý, dung lượng bộ
nhớ, số lượng đầu vào/ ra) được chia thành các loại chính sau: loại nhỏ, loại vừa và
loại lớn.
21
Mơn PLC
-
GVHD: Lê Long Hồ
PLC loại nhỏ có nhiều tên gọi khác nhau tùy thuộc các hãng chế tạo (small,
micro), có dung lượng bố nhớ dưới 2KB, quản lý số điểm vào/ra dưới 128 và được sử
dụng trong các ứng dụng đơn giản, yêu cầu ít điểm ra/vào.
-
PLC cỡ vừa (Medium) có bộ nhớ đến 32KB, và quản lý số điểm vào/ra đến
2048. cấu hình của hệ có thể sử dụng các module vào/ra đặc biệt để thực hiện các
chức năng điều khiển q trình và xử lý thơng tin.
-
PLC cỡ lớn (Large) là thiết bị phức tạp nhất có thể quản lý đến 2MB bộ nhớ và
16.000 điểm vào ra. PLC loại này có ứng dụng khơng hạn chế từ điều khiển một q
trình cơng nghệ đến điều khiển một phân xưởng, một nhà máy.
-
Phương pháp phân loại PLC ở trên kết hợp với kiểu dáng chế tạo sẽ đưa ra các
chủng loại PLC sau đây. Các PLC cỡ nhỏ thường được chế tạo ở dạng cố định
(Compact, Fixed). Với loại này, nguồn cung cấp,CPU và một số điểm vào/ra được chế
tạo trên cùng một (Onboard). Ưu điểm cơ bản của PLC loại này là giá thành thấp, nhỏ,
gọn và thích hợp các ứng dụng nhỏ. Số các điểm vào/ra trên PLC theo tỷ lệ 3:2, ví dụ,
loại 10 điểm (6 vào, 4 ra), loại 20 điểm (12 vào, 8 ra), loại 30 điểm (12 vào, 18 ra) và
loại 48 điểm, 60 điểm.... Khi cần thiết có thể sử dụng các module vào/ra mở rộng. Tuy
nhiên với PLC loại này ít khi sử dụng cách mở rộng như vậy. Nhược điểm chính là
tính mềm dẻo khơng cao, tốc độ xử lý chậm, bộ nhớ nhỏ, hạn chế số điểm vào/ra. Sơ
đồ tổ chức PLC loại nhỏ, dạng cố định được trình bày trên hình dưới.
-
Các PLC loại vừa và loại lớn được chế tạo ở dạng các module riêng biệt, có thể
tháo, lắp dễ dàng (Modular). Các module cơ bản là: nguồn, CPU, vào/ra... Đây là cấu
trúc tiêu chuẩn của PLC, đảm bảo cho PLC được sử dụng một cách mềm dẻo và người
sử dụng có nhiều lựa chọn cho cấu hình của mình. Các module được lắp vào các khe
cắm (Slot) trên bảng mạch Bus (Bus Module, Backplane).
22
Môn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
Hình 8: PLC DẠNG NHỎ LOẠI CỐ ĐỊNH
Hình 9: PLC LOẠI VỪA VÀ LỚN DẠNG MODULE
-
Ứng dụng của PLC được chia làm 3 nhóm chính là: Đơn nhiệm (Single), đa
nhiệm (Multitask) và quản lý điều khiển (Control Manegment).
23
Môn PLC
-
GVHD: Lê Long Hồ
Ứng dụng đơn nhiệm là chỉ sử dụng một PLC duy nhất để điều khiển một q
trình kĩ thuật. Đó là một khối điều khiển độc lập, khơng có trao đổi thơng tin với máy
tính hoặc các PLC khác. Cấu hình của hệ có thể dùng PLC các loại nhỏ, vừa hoặc lớn.
-
Ứng dụng đa nhiệm thường sử dụng PLC cỡ vừa để điều khiển một công đoạn
của dây chuyền sản xuất hoặc để điều khiển một vài quá trình kỹ thuật với số lượng
điểm vào/ra thích hợp. Mỗi PLC có thể thành một nút trong hệ điều khiển phức tạp (ví
dụ: hệ điều khiển DCS). Khi đó, yêu cầu có sự trao đổi dữ liệu, thông tin giữa các
PLC với nhau, hoặc giữa PLC và các thiết bị khác (như máy tính, trạm kĩ thuật...).
Việc trao đổi dữ liệu, thông tin nhờ truyền thông mạng theo chuẩn công nghiệp.
-
Ứng dụng quản lý điều khiển thường sử dụng các PLC cỡ lớn, với cấu hình của
hệ là một mạng LAN điều khiển thống nhất, có sự trao đổi dữ liệu và thông tin giữa
các thành phần của hệ. Trong đó PLC đóng vai trị là bộ điều khiển, đồng thời quản lý
hoạt động toàn bộ hệ là trạm chủ (Master). Các PLC khác là các bộ điều khiển và
đồng thời là thiết bị thu nhập dữ liệu phục vụ cho công tác quản lý và theo dõi hệ
thống gọi trạm tớ (Slave).
2.1.6 CÁC MODULE MỞ RỘNG CỦA FX-5U
Hình 10: KHỐI IN/OUT
-
Khối I/O mở rộng dùng nguồn AC hoặc DC với 16 hoặc 32 I/O (nửa là Inputs
+ nửa là Outputs) có cả đầu ra role và transistor (soucing và sinking).
24
Mơn PLC
GVHD: Lê Long Hồ
-
Khối đầu vào mở rộng có loại 8/16 và 32 Inputs dùng nguồn 24VDC’
-
Khối đầu ra mở rộng có loại 8/16 và 32 Outputs cả kiểu rơle và transistor
(soucing và sinking).
-
Khối xung cao tốc (high speed pulse) với 8 đầu vào và 8 đầu ra.
-
Khối vào tương tự (A/D) với các loại 4 kênh và 8 kênh được chế tạo kiểu điện
áp có các dải: 0-5V; 1-5V; 0-10V và dải (-10V đến +10V).
-
Khối ra tương tự (D/A) với loại 4 kênh cũng kiểu điện áp có dải như khối đầu
vào tương tự
-
Khối đầu vào kết nối trực tiếp với cảm biển nhiệt độ; có loại 4 kênh và 8 kênh.
Chủng loại sensor nhiệt độ từ -200oC đến 1200oC (Pt100; Ni100;… Căp nhiệt ngẫu
loại K,J,T,B,R,S…).
-
Khối bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter): loại 2 kênh, tần số tối đa
200kHz.
-
Khối chuyên dụng cho điều khiển chuyển động (Motion) 4 trục và 8 trục.
-
Khối chuyên dụng điều khiển vị trí 1 trục và 2 trục (tần số 200kHz).
-
Các khối mở rộng về truyền thông loại:CC-LINK; Ethernet; MODBUS; Serial
communication.
-
Các khối nguồn cung cấp 5VDC dòng tải xấp xỉ 1A.
25
