NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG BARIE CHẮN ĐƯỜNG NGANG TÀU HỎANGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG BARIE CHẮN ĐƯỜNG NGANG TÀU HỎA
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.49 MB, 48 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HOC GIAO THÔNG VẬN TẢI
---o0o---
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN
NĂM HỌC: 2022-2023
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG
BARIE CHẮN ĐƯỜNG NGANG TÀU HỎA
Người hướng dẫn:
PGS.TS Trịnh Lương Miên
Sinh viên thực hiện:
Hà Nội, 2023
Mục Lục
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM............................9
1.1. Tổng quan về đường sắt Việt Nam................................................................9
1.1.1.
Khái niệm chung về đường ngang.......................................................9
1.1.2.
Phân loại đường ngang.......................................................................10
1.1.3.
Các yêu cầu đối với cấu trúc đường ngang.......................................10
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC VÀ BARIE...............................12
2.2. Sơ lược lịch sử phát triển của PLC.............................................................12
2.3. Tổng quan về PLC........................................................................................14
2.3.1.
Giới thiêu về PLC...............................................................................14
2.3.2.
IQ-R Series..........................................................................................16
2.3.3.
IQ-F Series..........................................................................................18
2.3.5.
L Series................................................................................................20
2.3.6.
F/FX Series..........................................................................................20
2.4. Hệ thống barie..............................................................................................21
2.4.1.
Tổng quan về Barie:...........................................................................22
2.4.2.
Chức năng của Barie:.........................................................................22
2.4.3.
Ưu điểm:..............................................................................................22
2.4.4.
Nhược điểm:........................................................................................23
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
..........................................................................................................24
3.1. PLC Mitsubishi FX3GE-24MT/DS.............................................................24
3.2. Át điện MBC 1 pha.......................................................................................25
3.2.1.
Khái niệm:...........................................................................................25
3.2.2.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:.......................................................25
3.3. CB Tép LS BKN2P.......................................................................................26
3.4. Cảm biến khoảng cách NPN........................................................................27
3.4.1.
Giới thiệu.............................................................................................27
3.4.2.
Nguyên lý hoạt động...........................................................................27
3.4.3.
Cấu tạo................................................................................................27
3.4.4.
Ưu điểm, nhược điểm và phương pháp thay thế..............................28
3.4.5.
Ứng dụng.............................................................................................28
3.5. Step Motor....................................................................................................28
3.5.1.
Step Motor là gì?................................................................................29
3.5.2.
Cấu tạo................................................................................................29
3.5.3.
Nguyên lý điều khiển..........................................................................29
3.5.4.
Ưu điểm của step motor.....................................................................31
2
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM CHO HỆ
THỐNG..............................................................................................33
4.1. Sơ đồ cấu trúc thiết bị..................................................................................33
4.2. Thiết kế mạch ngun lí...............................................................................34
4.2.1.
Xây dựng thuật tốn cho mạch phần cứng.......................................34
4.2.2.
Sơ đồ mạch cảm biến..........................................................................35
4.2.3.
Sơ đồ mạch động cơ bước..................................................................35
4.4. Dữ liệu được lưu về SQL Server để update lên Web.................................38
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN......................................................................39
5.1. Mục tiêu...........................................................................................................39
5.2. Kết quả thực hiện............................................................................................39
5.3. Hướng phát triển.............................................................................................39
3
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình1.1: Đường sắt Việt Nam
Hình 2.1: Hình ảnh PLC
Hình 2.2: Cấu trúc bên trong plc
Hình 2.3: Plc Mitsubishi dịng IQ-R Series
Hình 2.4: Plc Mitsubishi dịng IQ-F Series
Hình 2.5: Plc Mitsubishi Q Series
Hình 2.6: Plc Mitsubishi L Series
Hình 2.7: Plc Mitsubishi F/FX Series
Hình2.8: Các loại barie tự động
Hình 2.9: Barie tự động
Hình 3.1: Plc Mitsubishi FX3GE -24MT/DS
Hình 3.2: Át điện 1 pha
Hình 3.3: CB tép LS BKN2P
Hình 3.4: CB khoảng cách NPN
Hình 3.5: Sơ đồ đấu dây cảm biến khoảng cách
Hình 3.6: Step Motor
Hình 3.7: Dạng xung điều khiển full bước (phát xung 1 dây)
Hình 3.8: Dạng xung điều khiển full bước (phát xung 2 dây)
Hình 3.9: Dạng xung điều khiển full bước (phát xung 1 hoặc 2 dây)
Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc thiết bị
Hình 4.2: Lưu đồ thuật tốn cho tiết
Hình 4.3: Sơ đồ mạch cảm biến khoảng cách
Hình 4.4: Sơ đồ mạch động cơ bước
Hình 4.5: Giao diện trạm barie tự động
Hình 4.6: Giao diện giám sát trạm barie tự động
Hình 4.7: Giao diện dữ liệu trên SQl Server
Hình 4.8: Mơ hình hồn thiện
4
LỜI NĨI ĐẦU
Trong thời đại cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự
động hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự
động, linh hoạt, chính xác, tiện lợi, gọn nhẹ,...). Mặt khác nhờ sự phát triển nhanh
chóng của cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ điện tử đã tạo ra một loại thiết bị điều khiển
lập trình nhằm thực hiện công việc một cách khoa học, đạt được độ chính xác cao,
giảm sức lao động và giảm chi phí kinh tế. Vận tải đường sắt là một trong những
ngành xương sống của nền kinh tế quốc dân. Nhưng để có thể chạy tàu một cách an
tồn và năng lực thơng qua lớn thì khơng thể khơng nói đến vai trò của Barie chắn
đường ngang tàu hỏa.
Barie chắn đường ngang tàu hỏa còn gọi là Barie tự động (Barrier tự động) dùng
để kiểm soát xe đi ngang qua khu giao nhau giữa đường bộ và đường sắt để đảm bảo
an tồn cho người và phương tiện giao thơng giảm thiểu tai nạn khơng đáng có. Lắp
đặt Barie chắn tàu tự động dùng phân luồng giao thông, chắn phương tiện qua lại là
điều cần thiết. Trạm barie tự động giảm sức lao động của công nhân, công việc đạt
hiệu quả, mà thời gian lại nhanh chóng, độ chính xác cao đáp ứng kịp thời cho đời
sống xã hội. Hiện nay, an toàn trên đường ngang là một vấn đề bức xúc đối với toàn xã
hội. Các tai nạn liên tục xảy ra gây thiệt hại về người và của gây ảnh hưởng xấu đến uy
tín của ngành đường sắt. Vì vậy nhóm chúng em đã tiến hành thực hiện đề tài: “
Nghiên cứu giải pháp điều khiển giám sát hệ thống barie chắn đường ngang tàu
hỏa”
Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu của đề tài
-
Mục tiêu:
Xây dựng được mô hình phần cứng và phần mềm hệ thống barie
chắn đường ngang tàu hỏa.
-
Phạm vi nghiên cứu:
Điều khiển và giám sát các thiết bị trong hệ thống điều khiển và
giám sát trạm Barie đường tàu hỏa tự động.
Xây dựng thuật toán điều khiển
Xây dựng phần mềm trên PLC MITSUBISHI FX3GE-24MT/DS
Tính tốn thiết kế phần cứng
5
Thiết kế giao diện trên phần mềm GT Designer
Phương pháp nghiên cứu, lựa chọn giải pháp công nghệ của đề tài:
-
Phương pháp nghiên cứu đề tài:
Phương pháp khảo sát thực tế và thu nhận thơng tin.
Phân tích và tổng hợp lý thuyết, kiến thức đã học tại nhà trường.
Tham khảo tài liệu, hỏi đáp giáo viên hướng dẫn.
Viết chương trình lắp ráp và chạy thử mơ hình.
-
Giải pháp cơng nghệ: Mơ hình được điều khiển bằng PLC MITSUBISHI
FX3GE-24MT/DS hoạt động ở điện áp một chiều 24VDC và hoạt động
dựa theo chương trình được lập trình trên GX Work3 và mô phỏng trên
phần mềm DT Designer3.
Kết quả nghiên cứu:
-
Thiết kế được mơ hình thu nhỏ kiểm nghiệm quá trình hoạt động của hệ
thống.
-
Thiết kế hệ điều khiển cho mơ hình, vận hành liên tục và tự động nhờ có
hệ thống cấp nguồn và mơ hình tàu hỏa cùng chương trình điều khiển
trên PLC và người vận hành điều khiển, giám sát, lưu trữ và bảo mật hệ
thống trên máy tính.
-
Áp dụng được Scada để giám sát và tương tác quá trình hoạt động của hệ
thống.
Hiệu quả về Kinh tế - xã hội:
-
Chấm dứt tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng hệ thống barie chắn đường
tại các khu vực đường ngang dân sinh.
-
Giảm thiểu các vụ tai nạn đường sắt thương tâm, nâng cao an tồn giao
thơng đường ngang dân sinh.
-
Giảm bớt số lượng nhân viên trực tại các điểm gác, đảm bảo rào chắn sẽ
ngăn đường kịp thời, chính xác khi tàu chuẩn bị chạy qua.
Nội dung nghiên cứu: Gồm 5 chương
-
Chương 1: Tổng quan về đường sắt Việt Nam
-
Chương 2: Giới thiệu thiết bị PLC và Barie
-
Chương 3: Nghiên cứu về các thiết bị sử dụng trong hệ thống
6
-
Chương 4: Thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm cho hệ thống
-
Chương 5: Kết luận
Để hoàn thành đề tài này chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám
hiệu Trường Đại học Giao Thông Vận Tải cùng các thầy cô trong Khoa Điện – Điện
Tử đã truyền lại những kiến thức quý báu trong suốt thời gian chúng em theo học tại
trường cũng như tạo điều kiện để chúng em nghiên cứu đề tài này. Chúng em xin chân
thành cảm ơn đến thầy PGS.TS Trịnh Lương Miên - Giảng viên BM Điều Khiển Học
đã luôn tận tình hướng dẫn nhóm trong suốt q trình triển khai và thực hiện đề tài
này.
Trong quá trình thực hiện, mặc dù chúng em đã cố gắng nhưng cũng không thể
tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý và nhận xét từ phía thầy, cơ
giáo để đề tài ngày hơm nay của chúng em hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SẮT VIỆT NAM
1.1.
Tổng quan về đường sắt Việt Nam
1.1.1. Khái niệm chung về đường ngang
Hình1.1: Đường sắt Việt Nam
Đường ngang nói trong Điều lệ đường ngang là nơi đường sát và đường bộ giao
nhau trên cùng một mặt bằng, được cơ quan có thẩm quyền quyết định xây dựng để
đảm bảo an toàn giao thông.
Những quy định trong Điều lệ đường ngang không áp dụng đối với cầu chung
(đường sắt và đường bộ trên cùng một mặt cầu) và nơi đường sắt giao cắt với đường
bộ trong nội bộ ga, cảng, bãi hàng, nhà máy, xí nghiệp.
Phạm vi đường ngang bao gồm:
Đoạn đường bộ đi qua đường sắt nằm giữa hai chắn hoặc nằm giữa hai ray
-
chính ngồi cùng và hai bên đường sắt cách má ray ngồi cùng trở ra 6m
nơi khơng có chắn.
Đoạn đường sắt nằm giữa hai vai đường bộ tại điểm giao.
-
Đường ngang được phân loại như sau:
1. Theo thời gian sử dụng: Lâu dài, có thời gian, thường xuyên đóng.
2. Theo cách tổ chức phịng vệ: có người gác, khơng có người gác, biển báo
hiệu.
3. Theo cơ quan quản lý:
-
Cơ quan quản lý đường sắt Việt Nam quản lý: Đường ngang nơi đường
bộ giao nhau với đường sắt chính hoặc đường sắt chuyên dùng của
8
ngành đường sắt gọi là đường ngang công cộng, đường ngang nơi đường
bộ chuyên dùng giao nhau với đường sắt gọi là đường ngang nội bộ.
-
Cơ quan quảng lý đường bộ quản lý: Đường ngang nơi đường bộ giao
nhau với đường sắt chuyên dùng không do đường sắt quản lý gọi là
đường ngang chuyên dùng.
1.1.2. Phân loại đường ngang
Điều 4. Đường ngang được phân loại thành những cấp cụ thể sau:
1. Đường ngang cấp I: Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp I, II, III.
2. Đường ngang cấp II: Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp IV, V.
3. Đường ngang cấp III: Đường ngang còn lại không thuộc đường ngang quy
định tại khoản 1, khoảng 2 của điều này.
4. Đường ngang nằm trong nội đô, nội thị (thành phố, thị xã, thị trấn) được xếp
vào cấp tương ứng do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải quyết định.
1.1.3. Các yêu cầu đối với cấu trúc đường ngang
Theo quy định đường ngang phải được đặt trên các đoạn thẳng của đường sắt và
đường bộ. Đường bộ phải cắt vng góc với đường sắt, trong các trường hợp ngoại lệ
cho phép đặt trên giao cắt một góc nhọn nhưng không nhỏ hơn 45 độ. Trắc dọc nền
đường bộ ở hai phía đường ngang phải là đoạn đường bằng không ngắn hơn 10m ở nơi
nền đường đắp và 15m ở nơi nền đường đào. Hướng đường cong sắp tới đường ngang
không ngoặt quá 0.05. Chiều rộng của đường ngang không được nhỏ hơn bề rộng của
đường ô tô và cho phép chuyển động theo cả hai hướng cùng một lúc. Trong tất cả các
trường hợp, chiều rộng của các đường ngang hiện có khơng nhỏ hơn 6m và khi cải tạo
lại khơng nhỏ hơn 7m.
Để tránh đỗn mạch mạch điện đường ray tại đường ngang khi có xe bánh sắt
chạy qua, phía ngồi lịng đường sắt cao hơn đỉnh ray từ 30 đến 40 mm đặt gờ chống
chập. Tại đường ngang cấp I, cấp II, gờ chống chập làm bằng tấm đan bê tông. Mặt gờ
chống chập phải bằng phẳng không được lồi, lõm cản trở giao thông đường bộ, hạn
chế năng lực thông qua đường ngang. Trên đoạn đường sắp tới đường ngang phải
trồng cọc tiêu cách nhau 1.5m hoặc hàng rào dài suốt 16m tính từ ray ngoài cùng trở
ra. Cách đường ngang từ 500m đến 1500m về mỗi phía đường sắt phải đặt biển “kéo
cịi”.
Trên đường bộ về hai phía đường ngang đặt:
9
-
Trước đường ngang khơng trang bị tín hiệu phịng vệ đặt hai biển báo
“Đường ngang khơng có cần chắn” . Biển thứ nhất cách đường ngang 40
đến 50m, biển thứ hai cách đường ngang 150 đến 250 m tính từ mép ray
ngồi cùng cùng phía.
-
Trước đường ngang có trang bị cần chắn (tự động hoặc điều khiển bằng
tay) đặt hai biển báo “ Đường ngang có cần chắn".Vị trí hai biển báo này
như nêu trên cho đường ngang không cần chắn.
-
Trước đường ngang được trang bị cần chắn tự động hoặc nửa tự động phía
bên phải đường ơ tơ cách mép ray cùng phía 50 cịn trang bị thêm biển
báo “ Đường ngang có cần chắn tự động”.
-
Trên tất cả các đường ngang khơng có cần chắn và cả các đường ngang có
cần chắn nửa đường tự động, ở gần đường ngang đặt biển chéo hình chữ
X. Để tránh nhầm lẫn, tại các đường ngang có cần chắn khơng gần biển
này.
-
Tất cả các biển báo nêu trên đặt trên lề đường đường bộ về phía bên phải
theo hướng chạy của ô tô.
-
Các đường ngang cấp I, cấp II và cả các đường ngang phòng hộ của các
cấp khác nằm gần ga cần có điện thoại liên lạc với ga gần nhất.
-
Những cần chắn cơ khí phải được điều khiển tập trung. Trên cần chắn cơ
khí có đèn sáng về ban đêm và cả ban ngày khi tầm nhìn tín hiệu hạn chế.
Khi đóng chắn các đèn này chiếu ánh sáng đỏ về phía đường ơ tơ, khi
chắn mở: ánh sáng màu xanh.Trong cả hai trường hợp vừa nêu từ phía
chịi chắn đều nhìn thấy đèn màu trắng.
10
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC VÀ BARIE
2.1.
Giới thiệu về PLC
Nói chung, hệ thống điều khiển là tập hợp các máy móc và thiết bị điện tử ở một
nơi để đảm bảo hoạt động của quá trình sản xuất hay một hoạt động của sản xuất ổn
định, chính xác và nhịp nhàng.
Những thành tựu của sự tiến độ vượt bậc của khoa học công nghệ, các nhiệm vụ
điều khiển phức tạp được hoàn thành nhờ một hệ thống điều khiển tự động cao, đó
chính là bộ điều khiển lập trình và có sự tham gia của cả máy tính. Ngồi việc giao
tiếp tín hiệu với các trường thiết bị vào - ra như (các bảng vận hành, động cơ, cảm
biến, van...), khả năng giao tiếp truyền thông dữ liệu trên mạng giữa các thành phần
điều khiển trong hệ thống cũng được thực hiện. Mỗi thành phần đơn giản trong hệ
thống điều khiển đều đóng một vai trị quan trọng mà khơng cần quan tâm đến kích cỡ.
2.2.
Sơ lược lịch sử phát triển của PLC
Vào những năm của thập niên 20 cho đến 50, khoa học kỹ thuật của một số nước
trên thế giới đã bước qua một giai đoạn phát triển, một số nhà sản xuất tìm và nghiên
cứu đưa ra những giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất như tự động
hóa các giai đoạn trong sản xuất, giảm bớt các lỗi được sinh ra ở những cơng đoạn
phức tạp, hay là đơn giàn hóa các thành phần điều khiển tạo ra những thuận lợi trong
lắp đặt, bảo trì và thay thế, giảm thiểu tối đa không gian lắp đặt. Năm 1968 thiết bị đầu
tiên có khả năng đáp ứng được các nhiệm vụ của các nhà sản xuất đó là: thiết bị điều
khiển lập trình (Programmable Controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời
(công ty General Motor-Mỹ). Tuy nhiên, thiết bị này còn khá đơn giản và cồng kềnh,
người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết
kế từng bước cải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng
việc lập trình cho hệ thống cịn khó khăn, do lúc này khơng có các thiết bị lập trình
ngoại vi hổ trợ cho cơng việc lập trình.
Để đơn giản hóa việc lập trình, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay
(Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đã
tạo ra được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình. Trong giai đoạn
này các thiết bị điều khiển lập trình PLC chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và
11
dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã
từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: Dạng lập
trình dùng giản đồ hình thang (The Diagram Format).
Trong những năm thập niên 1970, những hệ thống PLC cịn có thêm khả năng
vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật”
(data manipulation). Do sự phát triển của các loại màn hình dùng cho máy tính
(Cathode Ray Tube), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ
thống càng trở nên thuận tiện hơn.
Sự phát triển của cơng nghệ thơng tin và mạch tích hợp điện tử vào những năm
cuối thập niên 80 đã dần dần tạo ra hệ thống phần cứng và phần mềm hoàn thiện về tốc
độ, tin cậy, linh động, giao tiếp.. .cho thay thể thiết bị PLC phát triển mạnh với các
chức năng mở rộng: Hệ thống đầu vào/ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào/ra, dung
lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128000 từ bộ nhớ (word of memory) có thể
gắn thêm nhiều Module bộ nhớ để có thể tăng thêm kích thước chương trình. Ngồi ra
các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống máy tính, tăng khả năng
điều khiển của từng hệ thống riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, kết nối với các
hệ thống máy tính, tăng khả năng điều khiển của từng hệ thống riêng lẽ. Tốc dộ xử lý
của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử
lý tốt với các chức năng phức tạp, số lượng cổng vào/ra lớn. Một số thuật toán cơ bản
dùng cho điều khiển cũng được tích hợp vào phần cứng như diều khiển PID (cho điều
khiển nhiệt độ, cho điều khiển tốc độ động cơ, cho điều khiển vị trí), điều khiển mờ,
lọc nhiễu tín hiệu ở tín hiệu đầu vào v.v.
Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông
qua CIM (Computer Intergrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot,
Cad/Cam, .. .Ngoai ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức
năng điều khiển “thơng minh” cịn gọi là các siêu PLC (super PLC) cho tương lai.
12
Hình 2.1: Hình ảnh PLC
2.3.
Tổng quan về PLC
2.3.1. Giới thiêu về PLC
PLC là các chữ được viết tắt từ Programmable Logic Controller, là thiết bị điều
khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thơng
qua một ngơn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình
tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác
động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện
được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động
theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu
vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State
Logic. Hiện nay các nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley,
Mitshubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell v.v.
Từ khi ngành giao thơng vận tải nói chung và ngành vận tải đường sắt nói riêng
được đầu tư và phát triển, việc lắp đặt các barie thanh chắn hay rào chắn là điều cần
thiết và để điều khiển được thiết bị này.Người ta thường thực hiện kết nối các linh kiện
điều khiển riêng lẻ (Relay, timer, contactor ...) lại với nhau thành một hệ thống điện
điều khiển đáp ứng nhu cầu đặt ra.
Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn để điều khiển cho ngành
giao thông vận tải hiện đại cần phải hội tụ đủ các yếu tố sau: Tính tự động cao, kích
thước và khối lượng nhỏ gọn, giá thành thấp, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm
việc ổn định linh hoạt.
Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programble Logic
Controller) ra đời đầu tiên năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên hệ
13
thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong
việc vận hành hệ thống, vì vậy qua nhiều năm cải tiến và phát triển khơng ngừng khắc
phục những nhược điểm cịn tại để có được bộ điều khiển PLC như ngày nay, đã giải
quyết được các vấn đề nêu trên với các ưu việt như sau:
-
Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học.
-
Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa.
-
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa những chương trình phức tạp.
-
Hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.
-
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối
mạng, các module mở rộng.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và các logic
thời gian. Tuy nhiên bên cạnh đó việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ
dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả..
Chính điều này đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong cơng
nghiệp, các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm,
lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn.
Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều
khiển và xử lí hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định
bằng một chương trình. Chương trình này sẽ được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC
sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi
hay mở rộng chức năng của qui trình cơng nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên
trong bộ nhớ PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách
dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lí so với các bộ dây nối hay Relay.
14
Hình 2.2: Cấu trúc bên trong plc
Hiện nay tại việt nam có 2 dịng hãng PLC được dung phổ biến nhất là Siemens
và Mitsubishi, sản phẩm của 2 hãng này có nhiều ưu điểm vượt trội và giá thành phù
hợp với kinh tế.
2.3.2. IQ-R Series
MELSEC iQ-R Series bao gồm một loạt các bộ điều khiển lập trình có khả năng
phục vụ các nhu cầu điều khiển tự động đa dạng, được thiết kế với bus hệ thống tốc độ
cao để đảm bảo MELSEC iQ-R mới có thể đạt hiệu suất cao và khả năng xử lý thơng
minh hơn. Cấu hình bao gồm bộ điều khiển đa năng, hiệu suất cao (có sẵn cấu hình
mạng CC-Link IE nhúng) có khả năng thay đổi dung lượng bộ nhớ và bộ điều khiển
chuyển động vị trí có độ chính xác cao. Ngồi ra, mỗi loại CPU được thiết kế dành
riêng cho từng yêu cầu ứng dụng; Safety CPU (hỗ trợ các tiêu chuẩn an toàn cho chức
năng), Process CPU (hỗ trợ điều khiển PID tốc độ cao và phản ứng nhanh với các mô
đun I/O khi được ghép nối với mô đun chức năng dự phịng sẽ tạo ra hệ thống điều
khiển có tính khả dụng cao) và CPU C, cung cấp ngơn ngữ lập trình C để ứng dụng
cho các hệ thống điều khiển vi mơ hoặc chuyển đổi chương trình từ máy tính cá nhân/
vi điều khiển một cách thuận tiện hơn.
15
Hình 2.3: Plc Mitsubishi dịng IQ-R Series
-
PLC Mitsubishi iQ-R Series có khả năng mở rộng cao với hiệu suất
chương trình từ 10K đến 1200K bước.
-
Cải thiện kiến trúc bộ điều khiển với đa CPU.
-
CPU được tích hợp cổng mạng gigabit.
-
DB nội bộ dễ dàng kiểm sốt hàng loạt cơng thức.
-
Trình bảo mật được nhúng trong phần cứng SRAM.
-
Có thể điều khiển nhiều chuyển động khác nhau (vị trí, tốc độ, mơ-men
xoắn, đồng bộ hóa nâng cao, v.v.).
-
CPU PLC Mitsubishi đạt tiêu chuẩn an toàn quốc tế (ISO 13849-1 PL e,
IEC 61508 SIL 3).
-
Điều khiển PID tốc độ cao, thay thế mơ-đun trong khi trực tuyến (trao đổi
nóng), hỗ trợ CPU xử lý hệ thống dự phịng có độ tin cậy cao.
-
Lập trình C/C++ cho các hệ thống dựa trên PC / vi điều khiển.
Các dòng PLC Mitsubishi iQ-R Series (MELSEC-Q Series) được biết đến
như:
-
CPU cơ bản: R00CPU, R01CPU, R02CPU, R04CPU, R08CPU, R16CPU,
R32CPU, R120CPU.
-
CPU
với
CC-Link
IE:
R04ENCPU,
R08ENCPU,
R16ENCPU,
R32ENCPU, R120ENCPU.
-
Motion CPU: R16MTCPU, R32MTCPU, R64MTCPU.
16
-
Safety CPU: R08SFCPU-SET, R16SFCPU-SET, R32SFCPU-SET,
R120SFCPU-SET.
-
Process CPU: R08PCPU, R16PCPU, R32PCPU, R120PCPU.
-
SIL2 process CPU: R08PSFCPU-SET, R16PSFCPU-SET, R32PSFCPUSET, R120PSFCPU-SET.
-
Redundant function module: R6RFM.
-
C Controller: R12CCPU-V.
2.3.3. IQ-F Series
Hình 2.4: Plc Mitsubishi dịng IQ-F Series
MELSEC iQ-F Series là phiên bản nâng cấp của các dòng MELSEC-F Series.
Được thiết kế lấy người dùng làm trung tâm, tính năng điều khiển vượt trội, điều khiển
định vị tốt hơn, MELSEC iQ-F của Mitsubishi (FX-5U) đã được thiết kế phát triển dựa
trên Series MELSEC-F.
Module CPU PLC Mitsubishi dòng MELSEC iQ-F có rất nhiều chức năng tích
hợp sẵn như chức năng định vị với 8 kênh xung đầu vào tốc độ cao, ngõ ra xung tốc độ
cao 4 trục; Ngõ vào ra analog gắn sẵn; cổng RS485, cổng Ethernet, khe cắm thẻ SD…
vv
Ngồi ra, dịng MELSEC iQ-F có thể giữ ngun chương trình mà khơng cần
dùng pin. Dữ liệu xung đồng hồ có thể lưu đến 10 ngày nhờ siêu tụ điện.
Các dòng PLC Mitsubishi iQ-F Series (MELSEC iQ-F Series) được biết
đến: FX5U, FX5UC, FX5UJ.
17
2.3.4. Q Series
Hình 2.5: Plc Mitsubishi Q Series
Bộ điều khiển lập trình PLC Mitsubishi Q Series là dịng thiết bị điều khiển tự
động chất lượng cao của thương hiệu Mitsubishi đến từ Nhật Bản. Với các tập lệnh cơ
bản cũng được áp dụng trên các dịng điều khiển lập trình như của hãng khác, thế hệ
PLC Q Series đã cải thiện đáng kể hiệu năng của các hệ thống, dây chuyền tự động.
Bộ điều khiển lập trình PLC Q Series cho phép xử lý dữ liệu tốc độ cao, độ chính xác
cao hơn, mạnh mẽ hơn. Ngồi ra, PLC Q Series Mitsubishi cịn có các ưu điểm nổi bật
khác như:
-
Bộ nhớ lớn, có thể lưu trữ được nhiều chương trình làm việc riêng.
-
Đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắc khe trong công nghiệp.
-
Dễ dàng thay đổi chế độ làm việc.
-
Tiết kiệm thời gian cho công tác điều khiển.
-
Kết nối với các thiết bị thông minh khác dễ dàng.
-
Đơn giản trong quá trình cài đặt là lập trình.
18
Các dòng PLC Mitsubishi Q Series (MELSEC-Q Series) được biết đến
như: Q26UDVCPU, Q13UDVCPU, Q06UDVCPU, Q04UDVCPU, Q03UDVCPU,
Q100UDEHCPU, Q50UDEHCPU, Q26UDEHCPU, Q26UDHCPU, Q20UDEHCPU,
Q20UDHCPU, Q13UDEHCPU, Q13UDHCPU, Q10UDEHCPU, Q10UDHCPU,
Q06UDEHCPU, Q06UDHCPU, Q04UDEHCPU, Q04UDHCPU, Q03UDECPU,
Q03UDCPU, Q02UCPU, Q01UCPU, Q00UCPU, Q00UJCPU.
2.3.5. L Series
Hình 2.6: Plc Mitsubishi L Series
PLC Mitsubishi L Series là bộ điều khiển nhỏ gọn, và là một phần của các sản
phẩm MELSEC với hiệu suất vượt trội, chi phí thấp và độ tin cậy cao. Nó cung cấp
đầy đủ các yêu cầu về hiệu suất, chức năng và khả năng cần thiết cho các ứng dụng
ngày nay đang địi hỏi trong một gói nhỏ gọn. MELSEC-L Series được mở rộng đáng
kể những phạm vi chức năng theo truyền thống, các bộ điều khiển lập trình được thiết
kế nhỏ gọn và thiết kế dựa trên tiêu chí lấy người dùng làm trung tâm, dễ sử dụng.
Các dòng PLC Mitsubishi L Series (MELSEC-L Series) được biết đến
như: L02SCPU, L02SCPU-P, L02CPU, L02CPU-P, L06CPU, L06CPU-P, L26CPU,
L26CPU-P, L26CPU-BT, L26CPU-PBT.
19
2.3.6. F/FX Series
Hình 2.7: Plc Mitsubishi F/FX Series
PLC Mitsubishi dịng F/FX được ra đời từ năm 1981, là một loại PLC micro của
hãng Mitsubishi nhưng có nhiều tính năng mạnh mẽ. Loại PLC này được tích hợp sẵn
các I/O trên CPU. Tùy theo model mà các loại này có dung lượng và bộ nhớ khác
nhau. Dung lượng bộ nhớ có thể từ 2kStep đến 8kStep (hoặc 64kStep nếu gắn thêm bộ
nhớ ngồi). Tổng số I/O có thể lên đến 256 I/O. Riêng với FX3U có thể lên đến 384 I/
O. Số module mở rộng có thể lên đến 8 module.
-
Các CPU PLC Mitsubishi dịng FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU
(Main Unit) như ngõ ra xung hai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID,
đồng hồ thời gian thực…
-
Module mở rộng nhiều chủng loại như Analog, nhiệt độ, điều khiển vị trí,
các module mạng như Cclink, Profibus….
-
Có các board mở rộng (Extension Board) như Analog, các board dùng cho
truyền thông chuẩn RS232, RS422, RS485, và USB.
-
Phần mềm lập trình PLC FX series : FXGP_WIN_E, GX_Developer.
-
Ngơn ngữ lập trình: Ladder, Instruction, SFC.
Các dòng PLC Mitsubishi F/FX Series (MELSEC-F Series) được biết đến
như: FX0N,
FX0S,
FX1N,
FX1S,
FX2N,
FX3U‚ FX3UC‚ FX3GE‚ FX3G‚ FX3GC‚ FX3S, FX3SA, FX3GA.
20
