Giáo trình thiết kế cáp thang máy và trục hạ tầng của thang máy để phân loại theo chức năng và tốc độ di chuyển p4 pps

Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
41
- Có khả năng điều khiển chức năng phức tạp.
- Khả năng thay đổi điều khiển rất đơn giản.
- Công tác bảo trì dễ dàng vì các môđun đợc tiêu chuẩn hoá.

Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
42
Chơng IV
giới thiệu về bộ lập trình plc
4.1 Giới thiệu chung về các bộ điều khiển khả trình PLC
4.1.1 Đặc điểm chung của các bộ điều khiển khả trình
Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt có giá thành thấp đã
thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable -
Control systems) hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay
các quá trình công nghiệp. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC -
programmable logic controler) đợc thiết kế nhằm thay thế phơng pháp điều
khiển truyền thống dùng rơle, công tắc tơ và các thiết bị rời cồng kềnh, và nó tạo
ra khả năng điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng, linh hoạt dựa trên việc lập
trình tập lệnh cơ bản. Ngoài ra, PLC có thể thực hiện các tác vụ khác nh là định
thời gian, đến, .v.v làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp
ngay cả với PLC loại nhỏ nhất.

PLC làm việc theo kiểu vòng quét, quá trình đọc các đầu vào thực hiện
chơng trình và đa các tín hiệu đầu ra gọi quét. Thời gian quét là quá trình liên
Mạch
giao tiếp
và cảm
biến
Mạch
công
suất và
cơ cấu
tác động
Bộ nhớ
chơng
trình
Khối ngõ vào
Bộ
nhớ dữ liệu
Khối điều
khiển trung
tâm
Khối ngõ ra
Nguồn cấp điện
Hình IV . 1 Sơ đồ khối bên trong PLC
Panel
lập trình
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46

Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
43
tục và tuần tự đọc đầu vào, đánh giá và quyết định logic điều khiển và đa tín
hiệu ra.











Hình IV.1. Sơ đồ vòng quét của PLC
Thời gian cần thiết cho một lần quét thay đổi từ 1ms đến 30ms. Thời gian
quét phụ thuộc vào độ dài của chơng trình ứng dụng. Việc sử dụng các hệ thống
I/O từ xa sẽ làm tăng thời gian quét do phải truyền tín hiệu từ các đầu I/O đến các
hệ thống xa. Ngoài ra thời gian quét còn phụ thuộc vào tốc độ xử lý của PLC.
Hình IV.1 mô tả cấu trúc bên trong của PLC, hoạt động của PLC là kiểm
tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào, đa về từ quá trình điều khiển, thực
hiện logic đợc lập trình trong chơng trình và kích ra tín hiệu điều khiển ở các
đầu ra cho thiết bị bên ngoài tơng ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào
khối ra PLC cho phép nó kết nối trực tiếp với những cơ cấu tác động (actuators)
có công suất nhỏ ở các cổng ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (trasducers) ở
các cổng vào, mà không cần có các mạch giao tiếp các rơle trung gian. Tuy
nhiên, cần phải có các mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển
những thiết bị có công suất lớn.
Giao tiếp

Đọc đầu
vào
Tính toán logic
Gửi kết/quả
ở đầu ra
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
44
Việc sử dụng 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
chơng trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua các thiết bị lập trình thông dụng.
Hơn nữa, chúng còn có u điểm là thời gian lắp đặt và đa vào hoạt động nhanh
hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống đòi hỏi phải thực hiện việc
nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tơng tự nh một máy tính, chúng có các đặc điểm
thích hợp cho mục đích điều khiển công nghiệp nh :
- Khả năng chống nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng modul cho phép dễ dàng ghép nối và thay thế, tăng khả
năng( nối thêm modul mở rộng vào ra) thêm chức năng( nối thêm các modul
chuyên dùng).
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở cổng ra và cổng vào đợc
chuẩn hoá.
- Thực hiện đợc các logic điều khiển phức tạp mà các hệ thống điều khiển
rơle, công tắc tơ không thể thực hiện đợc.
Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng :LADDER, STL, FUCTIONCHART, dễ
hiểu và sử dụng.
Thay đổi chơng trình điều khiển một cách dễ dàng bằng các thiết bị lập
trình chuyên dụng hoặc máy tính.
Với những đặc điểm trên đây làm cho PLC trở thành một thiết bị điều
khiển không thể thiếu trong điều khiển công nghiệp và điều khiển quá trình.

4.1.2 Khái niệm cơ bản
Bộ điều khiển lập trình là ý tởng của một nhóm kỹ s hãng General
motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những
yêu cầu điều khiển trong công nghiệp :
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
45
- Dễ dàng lập trình và thay đổi chơng trình điều khiển, sử dụng thích hợp
trong nhà máy.
- Cấu trúc dạng modul dễ dàng bảo trì và sửa chữa.
- Tin cậy hơn trong môi trờng sản xuất của nhà máy công nghiệp.
- Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thớc nhỏ gọn hơn mạch rơle chức
năng tơng đơng.
- Giá thành cạnh tranh.
Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kỹ s thuộc nhiều ngành
nghiên cứu về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp các kết quả nghiên
cứu đã đa thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: Tập lệnh
từ các lệnh logic đơn giản đợc hỗ trợ thêm các lệnh về định thời gian, đếm; sau
đó là các lệnh xử lý toán học, xử lý bảng số liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán
số liệu thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch.
Song song đó, sự phát triển về phần cứng cũng đạt đợc nhiều kết quả: bộ
nhớ lớn hơn, số lợng cổng vào/ra nhiều hơn, nhiều modul chuyên dùng hơn.
Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật
truyền thông khoảng 200m.
Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà
sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ
xử lý và hiệu suất. Từ các PLC ban đầu làm việc độc lập chỉ với vài chục đầu vào
ra, dung lợng bộ nhớ bé đến nay đã có những họ PLC có cấu trúc modul có
dung lợng đầu vào ra lớn dễ thay đổi để phù hợp với yêu cầu sử dụng, dung
lợng bộ nhớ lớn và rất lớn, có thêm các chức năng chuyên dùng.

* Xử lý tín hiệu liên tục
* Điều khiển động cơ secvo, động cơ bớc.
* Truyền thông.
* Bộ nhớ mở rộng.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
46
Với cấu trúc dạng modul cho phép ngời dùng mở rộng hay nâng cấp một
hệ thống điều khiển bằng PLC một cách dễ dàng, linh hoạt và rất kinh tế.
4.1.3 Cấu trúc phần cứng của PLC
PLC gồm ba khối chức năng cơ bản : bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và khối
vào ra. Trạng thái ngõ vào của PLC đợc phát hiện và lu vào bộ nhớ đệm, PLC
thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chơng trình
trạng thái ngõ ra đợc cập nhật và lu vào bộ nhớ đệm sau đó trạng thái ngõ ra
trong bộ nhớ đệm đợc dùng để đóng/mở các "tiếp điểm" để kích hoạt các thiết
bị tơng ứng. Nh vậy, sự hoạt động của các thiết bị đợc điều khiển hoàn toàn
tự động theo chơng trình bộ nhớ. Chơng trình đợc nạp vào PLC thông qua các
thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc bằng máy tính với các phần mềm chuyên
dụng.









Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN

47




















Ngõ ra
Bộ nhớ
chơng
trình
EFROM
tuỳ chọn
Bộ nhớ
chơng
trình

EFROM
N
g
uồn
pin
B
bộ xử lý
trung
tâm
lock
bộ nhớ
hệ
thống
ROM
Bộ nhớ
dữ liệu
RAM
khối
vào ra
Bộ
đệm
bộ
đệm
bộ
đệm
Mạch chốt
Mạch chốt
Bộ đệm
Bộ lọc
Mạch cách ly

Panel
Lập trình
khối
mở
rộng
Bus địa chỉ
Bus điều khiển
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
48
* Bộ xử lý trung tâm
Bô xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit) điều khiển và quản lý
toàn bộ tất cả các hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ
nhớ và khối ra thực hiện thông qua hệ thống bus dới sự điều khiển của CPU.
Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU,
thờng là 1 MHZ hay 8 MHZ tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý đợc dùng. Tần số xung
clock xác định hoạt động của PLC và đợc dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất
cả các phần tử trong hệ thống.
* Bộ nhớ
Tất cả các loại PLC đều sử dụng các loại bộ nhớ sau :
ROM (Read only memory) bộ nhới chỉ đọc dùng để lu giữ chơng trình
điều hành.
RAM (Randon access memory) bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên dùng để lu
giữ tạm thời các giá trị logic khi chơng trình thực hiện.
EEROM (Electronic earsable programmable read only memory) bộ nhớ
này thờng dùng để lu giữ các chơng trình công nghệ.
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ nên hầu nh các PLC đều
dùng bộ nhới EEROM. Trờng hợp ứng dụng cầm bộ nhớ dung lợng lớn có thể
lựa chọn giữa bộ nhớ RAM có nguồn pin nuôi với bộ nhớ EEEOM.
Ngoài ra PLC còn cần thêm bộ nhớ RAM cho các chức năng khác nh :

Bộ đệm để lu trạng thái ngõ vào, ngõ ra.
Bộ nhớ tạm thời cho các tác vụ đếm, định thời gian, truy xuất cờ.
Dung lợng bộ nhớ.
Đối với PLC loại nhỏ thông thờng bộ nhớ có dung lợng cố định, thờng
khoảng 2k byte. Dung lợng này là đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều
khiển trong công nghiệp. Do giá thành các bộ đếm liên tục giảm, các nhà sản
xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn cho sản phẩm của họ.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
49
* Khối vào/ra
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5VDC và
15VDC (điện áp cho TTL và CMOS) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có
thể lớn hơn nhiều thờng là 24VDC đến 240 VDC với dòng lớn.
Khối vào/ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa các vi mạch điện tử của PLC
với các mạch công suất lớn bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động, nó thực hiện
sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách lý. Tuy nhiên khối vào/ra cho
phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, dòng nhỏ cỡ
2Ampe trở xuống, không cần các mạch công suất trung gian, hay các rơle trung
gian.
Có các loại ngõ vào ra nh sau :
Loại ngõ ra dùng rơle

Đặc điểm:
Có thể nối với các cơ cấu làm việc với điện áp AC hoặc đợc cách ly dạng
rơ-le nên đáp ứng chậm.
Tuổi thọ phụ thuộc vào dòng tải qua rơ-le và tần số đóng cắt tiếp điểm.

Mạch trong
Rơle
2A 250VAC
2A 24 VDC
com
Hình IV.2 Nguyên lý của ngõ ra rơ le cơ
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Văn Thuận TĐH 46
Khoa Cơ Điện TRờng ĐHNNI - HN
50


Loại ngõ ra dùng transitor






Hình IV . 3 Ngõ ra dùng transitor

Đặc điểm:
Chỉ nối với cơ cấu tác động làm việc với điện áp một chiều từ 5 30V
Tuổi thọ cao, đáp ứng nhanh, chịu đợc tần số đóng cắt nhanh.

Loại ngõ ra dùng Triac (SSR Solid state relay)





Hình IV .4 Ngõ ra dùng triac
Đặc điểm:
Kết nối đợc với cơ cấu tác động làm việc với điện áp một chiều hoặc xoay
chiều từ 5 242V
Mạch
trong
Rơle
50mA- 4,5V
300mA-24,6V
com
Mạch
trong
Rơle
0,4A
100ữ240VAC
com