Giáo trình vận hành những phát minh khoa học kỹ thuật vào mô hình điều tiết khí hậu tự động trong nhà lưới p5 pptx

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 49 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

thống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua một phần
của mạng truyền dẫn. Với mục đích để tổ hợp việc điều khiển một quá trình xử lý
phức tạp.
Ngày nay, với những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ siêu nhỏ đem lại
hiệu năng cao và tối thiểu hoá kích thớc, chúng đã mở ra thị trờng mới cho PLC.
Các phần cứng điều khiển hoặc các điều khiển dựa trên máy tính PC (Personal
Computer ) đợc mở rộng với các tính năng thực, nay đã có thể điều khiển các quá
trình tự động hoá phức tạp.
Nhiều loại PLC khác nhau bao trùm nhiều chức năng, từ các máy tính mạng
nhỏ và các khối phân tán cho tới các PLC hiệu năng cao, ít lỗi, có tính modul. Chúng
khác nhau về tốc độ xử lý, khả năng nối mạng hoặc các modul vào ra. Các PC hiện đại
đã cho phép phát triển công cụ lập trình PLC nhanh chóng trong vòng 10 năm qua.
Các phơng pháp lập trình PLC truyền thống nh danh sách lệnh, logic bớc hoặc sơ
đồ hàm hệ thống điều khiển, cho tới nay đang đợc áp dụng mạnh mẽ và đang trên
con đờng đạt tới đỉnh cao của nó.
2.3.4. Ưu điểm của PLC.
Với khả năng lập trình đơn giản, cùng với sự phát triển của công nghệ máy
tính. Đến nay bộ điều khiển PLC đạt đợc những u thế cơ bản trong việc ứng dụng
điều khiển các dây truyền công nghệ:
Chuẩn bị vào tác động nhanh.
Độ tin cậy cao và ngày càng tăng.
Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chơng trình.


Sự đánh giá các nhu cầu là đơn giản.

Xử lý t liệu tự động.

Khả năng tái tạo.
Tiết kiệm không gian.


Sự cải biến thuận tiện.
Thích ứng trong môi trờng khắc nghiệt.
Có thể tính toán đợc giá thành.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 50 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.
+ So sánh với hệ thống điều khiển logic thông thờng (dạng kinh điển) thì hệ
thống điều khiển dùng PLC có những chỉ tiêu u việt hơn hẳn:

Chỉ tiêu
Điều khiển Logic
kinh điển
Điều khiển Logic
khả trình
Phần tử điều khiển (Phần cứng) Mục đích đặc biệt Mục đích chung
Phạm vi điều khiển Nhỏ và trung bình Trung bình và lớn
Thay đổi hoặc thêm bớt Khó Dễ
Bảo trì bảo dỡng Khó thực hiện Dễ thực hiện

Độ tin cậy
Phụ thuộc vào thiết kế
và chế tạo
Cao
Hiệu quả kinh tế
Ưu điểm ở vùng hoạt
động công suất nhỏ
Ưu điểm với mọi vùng
hoạt động
2.3.5. Hiệu quả kinh tế của PLC.
Khi sử dụng một phơng án nào trong điều khiển tự động thì ngoài yếu tố kỹ
thuật chúng ta cũng phải xét đến tính kinh tế của phơng án đó để xem phơng án
có thể khả thi hay không?. Nếu phơng án đó khả thi thì cả hai yếu tố kinh tế kỹ
thuật đều phải đảm bảo.
Do PLC ra đời thay thế cho hệ rơle nên việc so sánh PLC và hệ rơle đã đợc
các nhà đầu t tính toán và đa ra kết quả dới đây:
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 51 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội




Từ hình 2.3.5 có thể thấy rằng: Về mặt kinh tế, việc sử dụng PLC kinh tế
hơn hệ Rơle rất nhiều ở quy mô sản xuất lớn, vì tổng chi phí của một hệ PLC thấp
hơn so với tổng chi phí cho một hệ Rơle.
Về mặt kỹ thuật, thì việc sử dụng bộ PLC có một hạn chế là phải dùng đội
ngũ nhân viên kỹ thuật trình độ cao thì mới có thể thiết kế lập trình và thao tác bộ

PLC. Tuy nhiên với tính năng hơn hẳn hệ rơle, ngời ta đã sử dụng PLC thay thế
cho hệ rơle. Dới đây chúng tôi đa ra một số u, nhợc điểm về mặt kỹ thuật của
hai hệ điều khiển này:

Điều khiển bằng Rơ Le Điều khiển bằng PLC

Ưu điểm
+ Nắm biết đợc và độ tin cậy
trong một thời gian dài.
Ưu điểm
+ Độ tin cậy cao nhờ sử dụng các phần
tử tiếp xúc.
Hình 2.8: So sánh kinh tế Rơle và PLC
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 52 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

+ Nắm biết đơc độ tin cậy.

+ Nhiều bộ phận đã tiêu chuẩn
hoá.
+ Rất ít nhạy cảm với nhiễu.
+ Kinh tế nhất đối với hệ thống
nhỏ.
+ Thay đổi dễ dàng qua công nghệ
phích cắm.
+ Lắp đặt đơn giản.
+ Thay đổi nhanh quy trình điều khiển

mà không cần thay đổi phần cứng.
+ Kích thớc nhỏ.
+ Có thể nối với mạng máy tính.
Nhợc điểm
+ Thời gian lắp đặt lâu ( nối dây,
nối mạch).
+ Thay đổi quy trinh rất khó
khăn do phải đổi lại phần cứng
của hệ thống.
+ Khó theo dõi và kiểm tra các
hệ thống lớn, phức tạp.
+ Có h hao trong sử dụng, do đó
cần bảo dỡng thờng xuyên.
+ Kích thớc lớn.
Nhợc điểm
+ Giá thành tạo dựng cao.
+ Ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ
"đóng", mỗi hãng sản xuất có một
ngôn ngữ riêng, dẫn đến khó khăn cho
việc trao đổi ngôn ngữ lập trình.

Những u điểm trên đây của bộ điều khiển PLC so với bộ điều khiển bằng
rơle đã cho phép nó có mặt hầu hết trong quá trình điều khiển từng máy, thiết bị
sản xuất độc lập hoặc cả một dây chuyền sản xuất lớn. Và đặc biệt bộ điều khiển
PLC đã thay thế hoàn toàn bộ điều khiển bằng rơle trong những quá trình điều
khiển quan trọng của quá trình sản xuất.

2.3.6. ứng dụng của PLC
Đối với mỗi hệ thống điều khiển, PLC đều có những chức năng khác nhau để
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp

TĐH46


Khoa cơ điện - 53 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

ứng dụng vào hệ thống đó. Dới đây chúng tôi xin trình bày chức năng của PLC
đối với từng kiểu điều khiển.

Kiểu điều khiển Chức năng
Điều khiển chuyên gia giám sát
+ Thay cho điều khiển rơle.
+ Thời gian đếm.
+ Thay cho các panel điều khiển mạch in.
+ Điều khiển tự động, bán tự động, bằng.
tay các máy và các quá trình.
Điều khiển dãy
+ Thực hiện các phép toán số học.
+ Cung cấp thông tin.
+ Điều khiển liên tục (Nhiệt độ áp xuất).
+ Điều khiển động cơ chấp hành.
+ Điều khiển động cơ bớc.
Điều khiển mềm dẻo
+ Điều hành quá trình và báo động.
+ Phát hiện lỗi và điều hành.
+ Ghép nối với máy tính (RS232/RS242).
+ Ghép nối với máy in.
+ Mạch tự động hoá xí nghiệp.
Trong việc điều khiển, chức năng của PLC còn đợc thể hiện ở chỗ:
- thu nhận các tín hiệu đầu vào, tín hiệu phản hồi (Từ các cảm biến).
- Liên kết ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với chơng trình.

- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin
thu đợc.
- Phát triển các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp.
Chúng tôi có thể liệt kê một số ứng dung thông dụng của PLC:
- Hệ thống cấp nhiên liệu.
- Hệ thống điều khiển băng truyền.
- Điều khiển dây truyền đóng gói.
- Điều khiển chuyển động của Robot.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 54 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

- Công nghệ giấy.
- Chế tạo kính.
- Sản xuất xi măng.
- Công nghệ in.
- Xử lý thực phẩm.
- Các máy công cụ.
- Sản xuất thuốc lá.
- Công nghiệp giấy và nghiền.
- Điều khiển quá trình tháo rót.
- Thiết bị xử lý hoá chất.
- Điều khiển thiết bị điều hoà không khí.
- Điều khiển thiết bị xử lý giám sát.
- Dây truyền chế tạo linh kiện điện - điện tử.
- Nhà máy hoá dầu.
- Hệ thống điều khiển đèn giao thông.
- Hệ thống điều khiển ga xe lửa.

- Nhà máy chế tạo Ôtô.
- Hệ thống điều khiển an toàn.
- Hệ thống điều khiển thang máy.
- Hệ thống điều khiển nhà máy điện.
- Luyện phôi chế tạo thép.
- Tự động hoá trong xây dựng.
- Điều khiển máy khoan.
- Tự động hoá trong nông nghiệp.
2.3.7. Cấu trúc cơ bản của PLC.
Cấu trúc cơ bản của PLC nói chung.

Thiết bị
lập trình
B
ộ
nhớ
Giao
Giao
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 55 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Bộ sử lý trung tâm (CPU).
Đợc xây dựng từ các vi sử lý (8 bit, 12 bit hoặc 32 bit) có các bộ nhớ
chơng trình RAM, ROM. Thông thờng nó có 2 cổng giao diện với thiết bị ngoại
vi là máy tính (PC) và bộ lập trình.
Bộ xử lý trung tâm ghép nối vào - ra qua 3 BUS : BUS dữ liệu, BUS điều
khiển và BUS địa chỉ.
Chức năng của bộ vi xử lý trung tâm trong PLC là : Điều khiển và kiểm soát
các chơng trình đợc lu dữ trong bộ nhớ một cách tuần tự. Nó liên kết các tín
hiệu lại với nhau theo quy định và từ đó đa ra các lệnh cho đầu ra. Sự thao tác tuần
tự của chơng trình dẫn đến 1 thời gian trễ, khi đó bộ đếm của chơng trình quét
qua 1 chơng trình đầy đủ rồi sau đó lại lặp lại. Thời gian của chu kì này đợc gọi
là "thời gian quét" và phụ thuộc vào dung lợng của bộ nhớ.
Bộ nhớ chơng trình.
Thờng là các bộ phận lu trữ điện tử nh : RAM, PROM, hoặc EPROM.
Chơng trình điều khiển khi tải xuống từ thiết bị lập trình, chúng sẽ đợc giữ lại
trong các bộ nhớ này.
Hình 2.9: Sơ đồ khối của PLC
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 56 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

Để duy trì chơng trình trong trờng hợp mất điện nguồn đột ngột, ta phải
cung cáp 1 nguồn dự phòng cho các bộ nhớ này.

Trong thiết kế ngời ta thờng chia bộ nhớ thành từng modul để cho phép
điều khiển các chơng trình có kích thờng khác nhau. Khi cần mở rộng bộ nhớ chỉ
cần cắm thêm các thẻ nhớ điện tử vào các panel của PLC.
Modul đầu vào.
Chứa các bộ lọc và bộ thích ứng năng lợng. Nó có chức năng chuẩn bị các
tín hiệu của phần tử đầu vào dới dạng tín hiệu tơng tự hoặc số, sau đó chuyển và
CPU để xử lý.
Để thuận tiện trong việc điều khiển, các modul đầu vào đợc thiết kế để có
thể nhận nhiều đầu vào và mỗi đầu vào thờng đợc trang bị 1 điốt phát quang để
kiểm tra h hỏng.
Modul đầu ra.
đợc cấu tạo nh modul đầu vào. Nó có chức năng truyền các thông tin đến
các phần tử kích hoạt cho các thiết bị làm việc. Vì vậy modul đầu ra đợc thiết kế
để thích hợp với nhiều mạch phối ghép khác nhau.
Việc kiểm tra, quan sát trực quan đợc thể hiện qua các điot phát quang ở
mỗi đầu ra.
Bộ nguồn cung cấp.
thông thờng nguồn cung cấp cho PLC đợc cấp từ nguồn 220V ~ hoặc
110V~ (tần số 50 ữ 60 Hz) hoặc 24V 1 chiều. Bộ nguồn sẽ cho ra các ngồn ổn định
cao, cấp cho CPU, hoặc cho modul đầu vào và modul đầu ra.
2.3.8. Cấu trúc cơ bản của PLC S7 - 200 với khối xử lý CPU224.
Kết nối với máy tính:
Để có thể lập trình điều khiển hệ thống và nạp S7-200 cần phải kết nối nó với
máy tính theo sơ đồ nh sau:



Q0.0
ữ
Q2.7

Module mở rộng
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 57 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội













Cấu hình cứng CPU 224.
Do thiết bị điều khiển chúng tôi sử dụng trong đề tài là CPU 224, vì vậy
chúng tôi chỉ trình bày cấu trúc của CPU 224.
CPU 224 có đầy đủ tính năng của các CPU phiên bản trớc cùng với những
cải tiến đáng kể về kỹ thuật.

Đặc điểm kỹ thuật của CPU 224.
H
ình2.11: Mô hình phần cứng CPU224
Đèn báo
Cổng
truyền thông
Đầu ra
Đầu vào
Nối Modul
mở rộng
Nguồn vào
Hộp
công tắc
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 58 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

- Bộ nhớ chơng trình : 8KB.
- Bộ nhớ dữ liệu: 5 KB.
- Ngôn ngữ chơng trình : LAD, FBD, STL.
- Bảo vệ chơng trình : 3 mức password bảo vệ.
- 256 bộ đếm: 6 bộ đếm tốc độ cao(30 kHz), bộ đếm A/B(tối đa 20 kHz), có
thể sử dụng đếm tiến, đếm lùi hoặc cả đếm tiến và lùi.
- 128 bộ Timer chia làm 3 loại có độ phân giải khác nhau: 4 bộ Timer 1ms,
16 bộ Timer 10 ms, 236 Timer 100 ms.

- Số đầu vào ra: có 14 đầu vào số, 10 đầu ra số.
- Có tối đa 94 đầu vào số, 74 đầu ra số, 28 đầu vào tơng tự, 7 đầu ra tơng
tự với 7 modul mở rộng tơng tự và số.
- 2 bộ điều chỉnh tơng tự.
- 2 đầu phát xung tốc độ cao, tần số 20 kHz cho dãy xung kiểu PTO hoặc
PWM. Việc kết hợp đầu ra số tốc độ cao và bộ đếm tốc độ cao có thể sử dụng cho
các ứng dụng cần điều khiển có phản hồi tốc độ.
- Tốc độ xử lý logic 0.37 s.
- Các chế độ ngắt và xử lý ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sờn lên hoặc
sờn xuống của xung, ngắt của bộ đếm tốc độ cao, và ngắt truyền xung.
Mô tả các đèn báo trên CPU.
- SP(đèn đỏ ): Đèn đỏ báo hiệu hệ thống bị hỏng.
- RUN(đèn xanh): Đèn xanh chỉ định PLC làm việc và chơng trình đợc
nạp vào máy.
- STOP:(đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng, dừng
chơng trình đang thực hiện lại.
- Ix.x(đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ trạng thái tức thời của cổng vào
Ix.x. Đèn này báo tín hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
- Qx.x(đèn xanh): Đèn này báo hiệu trạng thái tức thời của cổng ra
Qx.x,trạng thái tín hiệu đầu ra theo giá trị logic của cổng.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46


Khoa cơ điện - 59 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội



Cổng truyền thông.
S7 - 200 sử dụng cổng RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép

nối với thiết bị lập trình hoặc với trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình
(kiểu PPI) là 9600 baud. Tốc độ cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300 đến
38400 baud.
S7 - 200 khi ghép nối với máy lập trình PG702 hoặc các máy lập trình thuộc
họ PG7xx có thể sử dụng cáp nối thẳng qua MPI .Cáp đó kèm theo máy lập trình.
Ghép nối máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ
chuyển đổi RS232 /RS 485.
Công tắc chọn chế độ làm việc cho CPU 224.
Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí cho phép lựa chọn các chế độ làm
việc khác nhau cho CPU 224
- RUN cho phép PLC thực hiện chơng trình.PLC S7 200 sẽ rời khỏi chế độ
RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chơng
trình gặp lệnh STOP ,thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN . Nên quan
trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.
- STOP cỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chơng trình đang chạy và
chuyển sang chế độ STOP.
ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chơng
trình hoặc nạp lại chơng trình mới.
- TERM cho phép máy lập trình quyết định một trong chế độ làm việc hoặc ở
RUN hoặc ở STOP.
Cấu trúc bộ nhớ của CPU 224.
Bộ nhớ của PLC S7 200 đợc chia làm 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì
dữ liệu trong khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn.Bộ nhớ của S7 200 có tính
năng động cao ,đọc và ghi trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt chỉ có thể
truy cập để đọc.
- Vùng chơng trình: Là miền bộ nhớ đợc sử dụng để lu trữ các lệnh chơng
trình. Vùng này thuộc kiểu non- volatile đọc ghi đợc.
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Văn Tú _ Lớp
TĐH46

Khoa cơ điện - 60 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội

- Vùng tham số: Là miền lu giữ các tham số nh : từ khóa, địa chỉ
trạm Cũng giống nh vùng chơng trình ,vùng tham số đọc /ghi đợc.
- Vùng dữ liệu: Đợc sử dụng để cất các dữ liệu của chơng trình bao gồm các
kết quả các phép tính, hằng số đợc định nghĩa trong chơng trình,bộ đệm truyền
thông.
- Vùng đối tợng: Bao gồm Timer, bộ đếm tốc độ cao và các đầu ra tơng tự.
Vùng này không thuộc kiểu non- volatile nhng đọc /ghi đợc.
- Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là vùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực
hiện chơng trình . Nó là miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit, từng byte,
từ đơn hoặc từ kép.
Vùng dữ liệu lại chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau.
Các vùng đó gồm:
V - Variable memory (Miền nhớ).
I - Input image register (Bộ đệm cổng vào).
O - Output image register (Bộ đệm cổng ra).
M - Internal memory bits (Vùng nhớ nội).
SM - Special memory bits (Vùng nhớ đặc biệt).
Kết nối PLC.
- Kết nối dây cung cấp cho CPU và các đầu vào ra của CPU.
Việc kết nối dây nguồn cung cấp cho CPU và nối các đầu vào/ra của CPU
đợc mô tả nh trên hình vẽ:

H
ình2.12: Sơ đồ nối I/O đối với CPU 224 AC/DC/Rela
y