đồ án: thiết kế hệ thống điều khiển tự động, chương 4 pdf

1
Ch
ng 4:
Cấu
trúc của
các mô
đun
vào
ra
PLC
đợc sản
xuất theo
dạng mô đun hoá, để
thay thế, bổ xung hoặc
sữa chữa dễ dàng.
Trên hình
1.19
là
cấu
tạo đặc
tr

ng của
các mô đun vào/
ra.
Các mô đun này
có cấu
tạo là
các mạch
in chứa trong
các

hộp
tiêu
chuẩn
hoá,
có
kênh
truyền dữ liệu song song
để
có
thể kết nối với nhau
và
truyền dữ liệu
vào
bộ xử lý. Mặt sau của
các
hộp
này là các
cầu nối
và
nguồn
điện áp
một chiều
để
cung cấp cho
mạch
in
hoạt động. Các
hộp chứa
các
mô

đun vào/ra
có thể lắp
lên
tủ
điều
khiển
chính
hoặc
các
tủ phụ nhờ
các giá
đỡ tiêu
chuẩn.
Các mô
đun
vào/ra số
(Digital I/O)
Các kênh vào/ra
số
là
nét chung
đặc
tr

ng của phần lớn
các
hệ thống
điều
khiển số.
Các

kênh này đều
có hai
trạng thái nh

đóng/
ngắt, mở/
đóng
nối qua
các
giao diện với bộ xử lý
tín
hiệu. Mỗi
mô đun vào/ra
số
đều đợc kích hoạt
bởi
điện áp
nguồn do
tín
hiệu
cấp,
có thể
là
đ
i
ện
áp
một chiều: +5VDC, +24VDC hay điện
áp
xoay chiều: 110VAC,

220VA
C.
Hình
1.19.
Sơ đồ
ghép nối
các mô đun vào/
ra
với CPU
Kênh vào
số nếu
đợc
nối với
công
tắc
đóng/ngắt thì thông
th

ờng
2
nó cấp
nguồn
điện áp vào
trong
các mạch
in của
mô đun. Mô đun vào
sẽ chuyển
đổi điện
áp vào

thành
mức
t

ơng
đơng
với mức
tín
hiệu
lô gíc mà
bộ xử lý
tín
hiệu có thể xử lý
đợc. Giá trị lô
gíc
1
t

ơng
đơng
với bật hay
đóng, và lô gíc
0
t

ơng
đơng
với ngắt hay mở. Một mạch
vào
số

đợc
biểu diễn
trên hình
1.20. Nguồn
điện áp
cấp
đến các
thiệt
bị bên ngoài
có thể
3
là điện áp
110Vac, 220Vac, +24Vdc, +5Vdc.
Các
kênh trong mô đun
vào này đều
có
mạnh
chuyển
đổi điện
á
p
về
điện áp
+/-5Vdc. Điện
áp trên
đầu vào
khi
đi
qua

các
thiết
bị
nh

công
tắc, nút ấn, nút khởi
động đi vào
đến
PLC thì trở
thành
tín hiệu
lô
gíc số chứ
không
còn
là
dòng
điện chạy
qua
các
tiếp
điểm nh

trong
mạch điện rơ
le
thông
th

ờng. Phần lớn
các mô
đun vào đều
có trang
bị các đi
ốt quang LED,
để báo
hiệu
trạng thái
của
các
tín
hiệu
vào.
A
Nút ấn (NC)
00
Công
tắc phao (NC)
01
Công
tắc
hành trình
(NO)
02
Công
tắc
hành trình
(NC)
03

Công
tắc
áp
suất (NO)
04
Công
tắc
áp
suất (NC)
05
Công
tắc
l

u
l

ợng (NC)
06
Công
tắc nhiệt (NC)
07
B
Dây
nóng 110Vac
Dây
trung tính
Hình
1.20.
Sơ đồ

đấu
đây trên mô đun
vào
số
Các
mô
đun
ra số có
các
giao diện
để
cấp
điện áp điều
khiển
cho
cơ
cấu
chấp
hành.
Nếu
kênh
ra
đợc
bật
lên
tức
là
có g
i
á

tr
ị
lô gíc
1
từ
ch

ơng trình điều
khiển, mạch ra sẽ
đợc
cấp
điện áp điều
khiển
để kích
hoạt các cơ
cấu chấp
hành
t

ơng
ứng với kênh ra
này. Sơ đồ
ghép nối
của
mô đun
ra
đợc
minh
hoạ trên hình
1.21.

Trên mạch
ra
th

ờng
đợc
trang bi cầu chì
để đề
phòng
tr

ờng hợp dòng
quá tải
do dây
bị
chập, có thể
làm
hỏng
cơ
cấu chấp
hành.
Nếu cầu
chì không
có,
thì
nó
phải đợc
bổ xung
vào
trong thiết

kế của hệ thống.
Các
tín hiệu ra trên
mô đun
số cũng
là các
tín hiệu
hoạt động
với hai
trạng thái đóng và
ngắt hay bật (ON)
và
tắt (OFF).
Các
4
cơ
cấu chấp
hành dạng này
có thể
là động cơ, bơm,
van, đèn hiệu vv.
Các động cơ
ở
đây không điều
khiển tốc
độ
hay
vị
trí
5

mà chỉ đơn
thuần
là chạy
với với một tốc
độ
cố
định
hay
là
dừng
chạy.
Các
xi lanh,
các
van
khí
nén hay thuỷ lực phần lớn dùng cho hai
trạng
thái là làm
việc
và không làm
việc.
Các trạng thái
của
đầu
ra
đợc
duy trì
cho
đến

khi tính liên tục của
lô
gíc trên
các
bậc
thang
không
còn
đảm
bảo.
D
ây
nóng
Dây
trung tính
110Va
c
A Vào N
0 Bộ gia nhiệt 1 H1
Bộ gia nhiệt
1 2 H2
2 Van
tr

ợt
FV-1 3 FV-1
3 Van
tr

ợt

FV-2 4 FV-2
Bộ khởi
động bơm
số 3
4 5 P3
Bộ khởi
động bơm
số 4 P4
5 6
6 Bộ khởi
động máy
trộn 1 7 M1
Bộ khởi
động máy
trộn 2
7 8 M2
Dây
trung tính
N N
Dây
đấu
bên
ngoài
Hình
1.21 .
Sơ đồ
đấu
dây trên mô đun
ra
số

Các mô
đun
vào/ra
t

ơng
tự (Analog I/O)
Các mô đun
t

ơng
tự
tạo khả năng
theo dõi
và điều
khiển
điện áp
hoặc
dòng
điện
t

ơng
tự,
t

ơng
ứng với phần lớn
các cảm
biến,

các động cơ,
các
thiết
bị
gia
công,
xử lý.
Bằng
việc sử dụng
các kênh
t

ơng
tự phần lớn
các đại
l

ợng
đợc điều
khiển trong
quá trình
có
thể
đo đợc và điều
khiển
đợc
nhờ
các
giao diện
t

ơng
tự/ số A/D hoặc ng

ợc
lại
D/A. Giao diện
t

ơng
tự/ số
th

ờng sử dụng chuẩn
đơn
cực (unipolar) hoặc
l

ỡng cực
(bipolar).
Các kênh vào
ra
t

ơng
tự có thể có mức
năng
l

ợng

khác
nhau,
điện áp và
dòng
điện
khác nhau.
Các
mức năng
l

ợng
này
có thể chọn
thông
qua
phần cứng hoặc phần mềm. Mô
đun vào
t

ơng
tự
đợc
kết nối với
các cảm
biến
t

ơng
tự nh

cảm
biến
vị
6
trí, tốc
đ
ộ,
áp
suất, nhiệt
độ
vv.
Mô đun này
có thể dùng trong
các
thiết
bị
đo
tự
động, các
hệ thống thu thập dữ liệu,
các
hệ thống
điều
khiển tự
động. Trên hình
1.22.a
là mô đun
ra số S5-100U
của Siemens.
7

Các mô
đun
chuyên
dụng
Các mô đun
số
và
t

ơng
tự chiếm
đến
80%
các đại
l

ợng
vào/
ra trong
các
hệ thống điều khiển. Mặc
nhiên để
xử lý một số
dạng tín
hiệu hoặc dữ
liệu, hệ thống
điều
khiển cần
các
mô đun chuyên

dụng.
Các mô đun này
có
các
giao diện có thể xử lý
các tín
hiệu
vào
dạng
tín
hiệu từ can nhiệt, từ
các
bộ
đếm
xung, hay
các tín
hiệu
không
thể dùng
các
giao diện
vào/ra
tiêu
chẩn.
Các mô đun chuyên
dụng
này
có thể
đợc
trang

bị thêm
bộ vi
xử lý
để
tao ra
các
giao diện
thông
minh.
Các mô đun này
có thể thực hiện
toàn
bộ
các
chức năng xử lý
tín
hiệu
độc
lập với CPU
và
chu
trình
quét của
ch

ơng trình điều
khiển.
Ví
dụ
là

mô
đun điều
khiển
động cơ b

ớc
hình 1.22.b,
mô đun điều
khiển
vị
trí hình
1.22.c của S5-
100
U.
Trong số
các mô đun chuyên
dụng có
cả các mô đun
truyền
thông
hình
1.22.d.
Các
mô
đun này
có thể trao
đổi
với hệ
điều
khiển

phân tán,
với
mạng
PLC
khác,
c
á
c
máy tính
chủ hoặc
các
thiết
bị thông
minh khác.
a, b, c, d,
Hình
1.22. Một số
mô đun đặc
biệt của PLC S5 - Siemens
a,
Mô đun
ra
t

ơng
tự S5-100U; b,
Mô đun điều
khiển
động cơ b

ớc;
c,
Mô đun điều
khiển
vị trí;
d,
Mô đun
kết nối mạng
Mô
đun
nguồn
Th

ờng nguồn cấp cho PLC
là
nguồn
điện
l

ới
xoay chiều AC
để tạo
ra
nguồn
một chiều DC cho
các mạch bên
trong của PLC. Nguồn
điện
l

ới
có thể
là
110 VAC, 220
VAC hay
điện áp khác
tuỳ thuộc theo
yêu
cầu của ng

ời
sử dụng.
Nguồn
này
cũng dùng
để
cấp
năng
l

ợng
để đóng
ngắt
động cơ
hay
các các cơ
cấu chấp
hành
khác nên
cần phải

8
®−îc c¸ch ®iÖn
tèt
®Ó tr¸nh g©y
nhiÔu cho
m« ®un
CPU.
M«
®un
ghÐp nèi m¹ng
M« ®un nµy
cho phÐp ghÐp nèi
c¸c
PLC víi nhau, víi
m¸y
t
Ý
nh
vµ
c¸c
hÖ
thèng
®iÒu
khiÓn sè
kh¸c th«ng
qua
m¹ng
néi bé.
9
Mô

đun
p
h
ụ
trợ
Cho phép ghép nối với
các
thiết
bị
bên
ngoài nh

màn
hình,
bàm
phím, bộ
lập
trình
cầm tay
(hình
1.23),
máy
in, thiết
bị mô
phỏng,
bộ
nạp
EPROM,
m
á

y
tính dạng
mô
đun hoá,
bộ xử lý
đồ hoạ
vv. Trong một số hệ thống
điều
khiển có
cần
đến màn hình để
mô
phỏng hay
để
theo dõi
hoạt động
của hệ
thống, ng

ời
ta có thể sử dụng một trong hai
ph

ơng
pháp
sau:
-
Ph

ơng

pháp
thứ nhất
là
nối
các
mô đun
vào
ra của PLC
vào
một
bảng
điều khiển với
màn hình màu,
có trang
bị các
đèn
tín
hiệu
và các
bộ
chỉ
th
ị
số.
Ph

ơng
pháp này phải
kết nối cố
định và

nếu hệ
phải
mở rộng thêm sẽ
không
sử dụng
đ
ợc
.
-
Ph

ơng
pháp
thứ hai
là
sử dụng
máy
tính
cá
nhân,
loại
dùng
trong
môi
tr

ờng
công
nghiệp có trang
bị

phần mềm đồ
hoạ màu.
Ph

ơng
pháp
này
có
u điểm là
dễ
dàng
thay
đổi màn hình
của
quá trình điều
khiển, có thể thực hiện một số choc
năng cảnh báo,
lập
báo
c
á
o
và soạn thảo
phần mềm cho PLC.