thiết kế hệ thống chiết nhớt tự động, chương 16 pps

Chương 16: 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
Hình 5.2. 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 .
5.2.3. 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
Hình 5.3. 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
Khá thấp Cao Thấp
năng
Kích thước
vật lý
lớn Khá
gọn
Rất
gọn
Tốc độ
điều
khiển
Chậm Khá
nha
nh
Nhanh
Khả năng
chống
nhiễu
Xuất sắc Khá
tốt
tốt
Lắp đặt Mất thời
gian thiết
kế và lắp
đặt

Mất
nhi
ều
thờ
i
gia
n
lập
trìn
h
Lập
trìn
h
và
lắp
đặt
đơn
giả
n
Khả năng
điều
khiển
tác vụ
Không Có Có
phức tạp
Dễ thay
đổi điều
khiển
Rất khó Khá
đơn

giả
n
Rất
đơn
giả
n
Công tác
bảo trì
Kém-có rất
nhiều
công tắc
Kém
–
có
nhi
ều
mạ
ch
điệ
n tử
chu
yên
dùn
g
Tốt –
các
mô
đun
đượ
c

tiêu
chu
ẩn
hóa
Bảng 5.1. 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.