Chương 21:Một số hệ thống điều khiển pptx

Chương 21:
Một số hệ thống điều khiển
2.1.Hệ thống điều khiển dùng rơ le.
Rơ -le là một công tắc điện có khả năng chòu được dòng
cao, được tác động gián tiếp bởi dòng điện điều khiển có cường
độ thấp. Nó là thành phần quan trọng trong các hệ thống điều
khiển hiện đại.
Rơ le lúc đầu được sử dụng trong hệ thống đơn giản dùng
vào việc khuyếch đại công suất các tín hiệu điện tín để truyền
đi xa. Sau này rơ le cho phép thực hiện các hệ thống tinh vi hơn
và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bò công nghiệp với
nhiệm vụ là tạo sự giao tiếp giữa các tín hiệu ở mức điện áp
thấp và (5-24 V) từ các bộ điều khiển đến các thiết bò công suất
hoặc cơ cấu tác động làm việc với điện áp và dòng cao.
Tất cả các rơ le đều có cấu tạo về cơ để đóng/ mơ ûtiếp
điểm. Chính cấu tạo này làm hạn chế tốc độ tác động, tuổi thọ
và độ tin cậy. Một số nhược điểm nữa là rơ le cồng kềnh, chiếm
nhiều không gian trong tủ điều khiển và không kinh tế trong
trường hợp chỉ làm các nhiệm vụ như một công tắc đơn giản.
Một hệ thống điều khiển dùng rơ le có thể có đến vài trăm
rơ le, trong đó một rơ le có thể đóng/ mở nhiều tiếp điểm đồng
thời. Đặc điểm chung của hệ thống này là dễ thiết kế và lắp đặt.
Toàn bộ công việc điều khiển được thực hiện thông qua phối
hợp trình tự hoạt động của các rơ le. Bằng cách kết nối các tiếp
điểm ở ngõ vào và ngõ ra của các rơ le theo kiểu nối tiếp hoặc
song song có thể tạo ra các logic điều khiển. Việc tổ hợp các
phần tử logic khác nhau có thể dùng để tạo ra các chương trình
điều khiển phức tạp. Tuy nhiên cách thức kết nối như vậy thành
mạch điều khiển khó có thể thay đổi được hoạt động điều khiển.
Đây là một trong những nhược điểm của rơ le.
2.2.Hệ thống điều khiển dùng máy tính

Máy tính số là một bộ máy điện tử xử lý thông tin ở dạng
nhò phân. Nó rất phù hợp để tính toán và lưu trữ lượng thông tin
lớn.
Sơ lược về ứng dụng máy tính trong điều khiển.
Máy tính được ứng dụng trong điều khiển quá trình từ giữa thập
niên 1950. Các hãng chế tạo máy tính đã cố gắng ứng dụng
những ưu điểm của nó vào việc điều khiển các quá trình sản
xuất hoá chất và đã đạt được kết quả tương đối khả quan.
Tuy nhiên, thời điểm đó phần cứng của máy tính còn đắt
tiền, tốc độ xử lý chậm và cấu tạo rất cồng kềnh. Sau này cùng
với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điện tử, các máy tính
ngày càng nhỏ hơn và tốc độ xử lý nhanh hơn, giá thành hạ giúp
cho việc ứng dụng máy tính trong điều khiển có hiệu quả kinh tế
và hấp dẫn các nhà thiết kế hệ thống điều khiển. Bên cạnh đó
ngôn ngữ lập trình cho máy tính cũng ngày càng phong phú,
thuận lợi cho các ứng dụng điều khiển.
Hoạt động của máy tính.
Cấu tạo của máy tính gồm có : khối xử lý trung tâm, bộ nhớ và
các khối vào /ra.
Bộ xử lý trung tâm có chức năng giám sát và điều khiển
mọi hoạt động bên trong của máy tính bằng cách thực hiện tuần
tự các lệnh đã được lưu trữ trong bộ nhớ của máy tính. Bộ nhớ
cũng được dùng để lưu trữ những giữ liệu tạm thời trong khi
thực hiện chương trình. Máy tính liên các với các thiết bò bên
ngoài như các bộ chuyển đổi tín hiệu và các cơ cấu tác động
thông qua các khối vào ra. Các khối vào ra hoặc là có sẵn trên
hệ thống máy tính như các máy in, bàn phím chuột hoặc là các
mạch vào ra được thiết kế chuyên dùng phù hợp cho việc giao
tiếp với các thiết bò bên ngoài theo từng ứng dụng cụ thể.
Bộ chuyển đổi

tín hiệu ngõ vào
Bộ nhớ dữ liệu
Đơn vò xử lý số
học và logic
Chương trình
Khối xuất tín
hiệu ra
Cấu trúc máy tính cơ bản.
Khối vào ra dùng để đưa dữ liệu của quá trình điều khiển
vào bộ xử lý trung tâm. Bộ xử lý trung tâm sẽ xử lý các tín hiệu
nhận được theo chương trình đã lập sẵn để đưa ra những tín hiệu
lệnh tương ứng và đến từng đòa chỉ ngõ ra cụ thể để khối ngõ ra
thực hiện.
Sự phát triển của các bộ vi xử lý có vai trò như là chất xúc
tác cho sự vươn lên của điều khiển bằng máy tính, mang lại kết
quả không chỉ ở việc làm giảm chi phí và kích thước của phần
cứng một cách đầy ấn tượng mà còn cung cấp khả năng xử lý
mạnh cho các máy tính.
Bộ vi xử lý của máy tính có khả năng thực hiện các logic
cần thiết để nhận dạng và thực thi các lệnh của chương trình.
Khả năng của máy tính trong điều khiển
Hiện nay máy tính với cấu hình mạnh, giá rẻ cho phép ứng
dụng vào những công việc điều khiển hệ thống theo trình tự và
điều khiển liên tục với những thủ tục truyền thông đơn giản, dễ
áp dụng. những quá trình sản xuất lớn dần dần các máy vi
tính đã được sử dụng thay thế cho các máy tính lớn mà vẫn đảm
bảo được độ tin cậy và hiệu quả thực hiện.
Mỗi máy vi tính có thể điều khiển tốt cho từng thiết bò và
thực hiện được khả năng giao tiếp truyền thông bao gồm truyền
và nhận dữ liệu với máy chủ là máy thực hiện vai trò giám sát .

2.3. Hệ thống điều khiển dùng PLC.
Nhu cầu về bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá
thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển
lập trình. Hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy
móc hay quá trình hoạt động. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển
lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều
khiển truyền thống dùng rơ le và thiết bò rời cồng kềnh, và nó
tạo ra khả năng điều khiển thiết bò dễ dàng và linh hoạt dựa trên
việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngoài ra PLC còn có
thể thực hiện các tác vụ khác như đònh thì, đếm … làm tăng khả
năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các tín hiệu ngõ vào,
được đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập
trình trong chương trình và kích ra tín hiệu để điều khiển thiết bò
bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào
và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến cơ cấu tác
động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín
hiệu ở ngõ vào mà không cần các mạch giao tiếp hay rơ le trung
gian. Tuy nhiên khi điều khiển những thiết bò có công suất lớn
thì cần phải có mạch điện tử công suất trung gian.
Pa-nen
lập trình
Bộ nhớ
chương trình
Khối ngõ
vào
Khối ngõ
ra
Bộ nhớ
dữ liệu

Đơn vò
điều khiển
Mạch giao tiếp
và cảm biến
Mạch công suất và
cơ cấu tác động
Nguồn cấp điện
Sơ đồ khối bên trong PLC
Việc sử dụng hệ thống PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh
hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt
kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình trong bộ nhớ
thông qua thiết bò lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng còn có
ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so
với những hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải
thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bò rời.
Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính và chúng có đặc
điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp:
 Khả năng chống nhiễu tốt.
 Cấu trúc dạng mô đun dễ dàng thay thế, tăng khả
năng ( nối thêm môđun mở rộng vào/ ra ) và có thêm
chức năng ( nối thêm môđun chuyên dùng ).
 Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào
và ngõ ra được chuẩn hoá.
 Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng – ladder, instruction
dễ hiểu và dễ sử dụng.
 Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều
trong việc điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều
khiển quá trình.
Chính từ khả năng ứng dụng rộng rãi của PLC , các nhà

nghiên cứu đã tiếp tục đưa thêm một số yêu cầu cần phải có
trong chức năng của PLC : các lệnh về tác vụ đònh thì, tác vụ
đếm, sau đó là các lệnh xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý
xung tốc độ cao…song song đó sự phát triển về phần cứng cũng
đạt được nhiều kết quả : bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào /ra
nhiều hơn, nhiều mô đun chuyên dùng hơn. Các họ PLC phát
triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và bộ nhớ
chương trình 500 bước, đến các PLC cấu trúc môđun nhằm dễ
dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng.
So sánh với hai hệ thống điều khiển trên.
Chỉ tiêu so sánh Rơ-le Máy tính PLC
Giá thành từng
chức năng
Khá thấp Cao Thấp
Kích thước vật lý lớn Khá gọn Rất gọn
Tốc độ điều khiển Chậm Khá nhanh Nhanh
Khả năng chống
nhiễu
Xuất sắc Khá tốt tốt
Lắp đặt Mất thời gian thiết
kế và lắp đặt
Mất nhiều
thời gian lập
trình
Lập trình và
lắp đặt đơn
giản
Khả năng điều Không Có Có
khiển tác vụ phức
tạp

Dễ thay đổi điều
khiển
Rất khó Khá đơn
giản
Rất đơn giản
Công tác bảo trì
Kém-có rất nhiều
công tắc
Kém – có
nhiều mạch
điện tử
chuyên dùng
Tốt – các mô
đun được
tiêu chuẩn
hóa
Bảng so sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển.
Tuỳ theo yêu cầu thiết kế, giá thành mà nhà thiết kế, chế
tạo lựa chọn cho mình hệ thống điều khiển phù hợp. Đối với
những công việc cần điều khiển các công việc đơn giản thì chỉ
cần dùng rơ le là đủ. Trong đề tài luận văn, việc điều khiển
đồng thời 3 cụm : chiết, đònh lượng, đóng nắp khá phức tạp nên
lựa chọn hệ thống điều khiển dùng PLC là phù hợp.