Giáo trình hình thành ứng dụng cấu tạo kiểu xung trong việc điều khiển tự động hóa p1 pptx

Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
1

lời nói đầu

1. Đặt vấn đề
Nớc ta
hiện nay đang trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất
nớc để từng bớc bắt kịp sự phát triển các nớc trong khu vực và trên thế giới.
Công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh
tế. Việc ứng dụng tự động hóa là sự lựa chọn tất yếu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra
sản phẩm có chất lợng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trờng.
Ngày nay, công nghệ điện tử và tin học ngày càng phát triển, đã góp phần
nâng cao năng suất lao động một cách đáng kể. Đặc biệt là các bộ điều khiển
chơng trình đợc tích hợp cao đã đáp ứng hầu hết các yêu cầu đề ra của nền sản
xuất hiện đại với tốc độ sản xuất nhanh, chất lợng sản phẩm cao, ít phế phẩm, giá
thành sản xuất hạ
PLC là một bộ điều khiển chơng trình nh thế, nó đợc dùng
để thay thế các thiết bị điều khiển cổ điển có tốc độ chậm và kém chính xác.
Ngày nay PLC đợc sử dụng rất rộng rãi trong nhiều dây chuyền sản xuất
công nghiệp cũng nh nông nghiệp. Tuy nhiên trình độ phát triển và ứng dụng của
nớc ta vẫn còn hạn chế do nhiều nguyên nhân kinh tế, đội ngũ cán bộ kỹ thuật
giỏi còn ít trong lĩnh vực tự động hóa. Trong lĩnh vực nông nghiệp với sự phát triển
vợt bậc về công nghệ giống cây trồng, vật nuôi đã tạo ra rất nhiều sản phẩm nông
nghiệp dẫn đến nhu cầu ứng dụng kỹ thuật cao vào thâm canh trồng trọt và chăn
nuôi. Hơn nữa là nhu cầu ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ vào dây chuyền
chế biến lơng thực, thực phẩm từ sản phẩm nông nghiệp.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên và đợc sự phân công của bộ môn Điện Kỹ
Thuật, sau thời gian thực tập tìm hiểu dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc ở công

ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao tỉnh Ninh Bình, tôi đã thực hiện đề tài: ứng
dụng PLC điều khiển mô hình khâu tinh lọc nớc dứa sau khi trích ép.

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
Giỏo trỡnh hỡnh thnh ng dng cu to kiu xung
trong vic iu khin t ng húa
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
3
1.1. Những cơ sở để lựa chọn PLC trong hệ thống điều khiển tự động
1.1.1.Vai trò của plc
PLC là thiết bị điều khiển logic lập trình đợc, cho phép thực hiện linh hoạt
các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình. PLC nh một máy
tính nhng đợc thiết kế chuyên dụng cho điều khiển tự động các quá trình công
nghệ. Trong một hệ thống tự động PLC đợc coi nh bộ não, nó xử lý toàn bộ hoạt

động của hệ thống. Với một chơng trình nạp vào bộ nhớ theo yêu cầu bài toán,
PLC sẽ điều khiển giám sát, ổn định các trạng thái của hệ thống, thông qua tín hiệu
đợc truyền về từ đầu vào. Sau đó đợc xử lý theo chơng trình điều khiển nạp vào
để đa ra quyết định điều khiển đến đầu ra theo yêu cầu bài toán.
PLC có thể đợc sử dụng để điều khiển các thao tác đơn giản nh đóng ngắt
các tiếp điểm lặp đi lặp lại, tạo thời gian trễ, tạo tín hiệu tơng tự Các PLC có thể
đợc nối mạng với nhau để thực hiện các ứng dụng điều khiển phức tạp trong hệ
thống tự động hóa. Các PLC sẽ đợc kết nối với máy tính chủ, thông tin đợc lu
và xử lý bởi máy chủ rồi đa quyết định điều khiển tới các trạm PLC trung gian, từ
đó các PLC trung gian điều khiển trực tiếp các thiết bị chấp hành.
PLC đầu tiên xuất hiện vào năm 1969. Ngày nay chúng đợc sử dụng rộng
rãi từ các thiết bị nhỏ độc lập sử dụng khoảng 20 đầu vào/ra digital, đến các hệ
thống nối ghép theo module sử dụng rất nhiều đầu vào/ra, xử lý các tín hiệu digital
hoặc analog. Ngoài ra, chúng còn thực hiện các chế độ điều khiển tỷ lệ - tích phân -
đạo hàm (PID). Các phơng pháp lập trình truyền thống nh lập trình danh sách
lệnh, hình thang hay lập trình khối hệ thống đang đợc ngày một hoàn thiện, dễ
hiểu và đạt trình độ cao hơn.



1.1.2. u điểm của PLC trong việc điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a

n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m
.
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
4
Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần thay thế các hệ thống
điều khiển bằng rơle và contactor thông thờng, bởi nó có những u điểm vợt trội
sau:
+ Linh kiện lắp ráp hệ thống là rất ít, dây dẫn kết nối giảm rất nhiều so với
hệ thống điều khiển cổ điển nên hệ thống nhỏ gọn.
+ Công suất tiêu thụ nhỏ
+ Sự thay đổi cấu trúc hệ thống điều khiển rất dễ dàng đây chính là u điểm
lớn nhất của PLC. Nhiệm vụ điều khiển có thể đợc thay thế rất dễ dàng bằng cách
thay đổi chơng trình điều khiển nạp vào bộ nhớ của PLC thông qua phần mềm viết
trên máy tính hay máy lập trình.
+ Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh. Nhờ công nghệ tích hợp bán dẫn và
vi xử lý nên tốc độ hoạt động của PLC trong hệ thống điều khiển tự động đợc
nâng lên rất nhiều so với hệ điều khiển cổ điển bằng dây dẫn.
+ Độ bền và độ tin cậy vận hành cao
+ Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng. Nếu ở hệ thống rơle
hay contactor khi số tiếp điểm tăng thì kéo theo rất nhiều dây dẫn và chi phí lắp ráp
tăng, khó khăn trong công tác bảo trì, độ chính xác kém. Còn hệ thống lắp bằng
PLC thì hoàn toàn có lợi về mọi mặt trên.
+ Dễ lập trình, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và có thể lập trình trên máy tính

hay máy lập trình PG thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó.
+ Có các module rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết một cách
rất dễ dàng và linh hoạt.
Từ sự đánh giá trên ta nhận thấy PLC đã thể hiện rõ u điểm vợt trội của nó
trong việc điều khiển tự động so với các thiêt bị điều khiển khác.
1.1.3. Giá trị kinh tế của PLC
Khi sử dụng một phơng án thiết kế nói chung và trong điều khiển tự động
nói riêng thì ngoài yếu tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến tính kinh tế của
phơng án đó để xem phơng án đó có khả thi hay không?. Nếu phơng án đó khả
thi cả hai yếu tố kỹ thuật và kinh tế đều phải đảm bảo.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
5
Dới đây là đồ thị so sánh đã đợc các nhà phân phối chế tạo thống kê giữa

hệ thống điều khiển bằng rơle và contactor với hệ thống điều khiển bằng PLC.














Hình1.1. So sánh kinh tế giữa hệ Rơle và PLC
Từ đồ thị trên có thể nhận thấy rằng: về mặt kinh tế, việc sử dụng hệ PLC kinh tế
hơn hệ rơle do tổng chi phí của một hệ PLC thấp hơn tổng chi phí cho một hệ rơle.
1.2. Khái quát chung về PLC
1.2.1. Bộ điều khiển logic khả trình(PLC) là gì ?
PLC là bộ điều khiển logic theo chơng trình bao gồm: bộ xử lý trung tâm gọi
là CPU, chứa chơng trình ứng dụng và các module giao diện nhập xuất. Khi có tín
hiệu nhập vào CPU sẽ xử lý tín hiệu và gửi tín hiệu đến các thiết bị xuất. Bộ nhớ của
PLC chứa các lệnh, thực hiện các chức năng nh phép tính logic, lập chuỗi, định thời
gian, đếm và thuật toán điều khiển các quá trình.

Chơng trình

Tổng giá trị hệ Rơle
Tổng giá trị của PLC

Logic mạch cứng hệ rơle
Phần cứng PLC
Phần cứng hệ rơle - cuộn từ
Lập trình PLC
Giá tiền
Số lợng đầu vào/ra
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
6


Tín hiệu ngõ vào Tín hiệu ngõ ra

Hình 1.2. Sơ đồ thiết bị logic khả trình

1.2.2. Cấu trúc phần cứng PLC
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ
nguồn, giao diện nhập/xuất và thiết bị lập trình.











a. Bộ xử lý, còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử
lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chơng
trình đợc lu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dới dạng tín hiệu hoạt
động đến các thiết bị xuất.
b. Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC cần
thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các modul giao diện nhập xuất.
c. Thiết bị lập trình đợc sử dụng để nhập chơng trình cần thiết vào bộ nhớ
của bộ xử lý.
d. Bộ nhớ là nơi lu chơng trình đợc sử dụng cho các hoạt động điều

PLC
Thiết bị
l
ập
trình
Bộ nh

ớ

Bộ xử lý
Nguồn
côn
g
suấ
t
Giao
diện
xuất
Giao
diện
nhập
H
ình 1.3. Hệ thống PLC
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C

h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m

.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
7
khiển, dới sự kiểm tra của bộ vi xử lý.
e. Các phần nhập và xuất là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại
vi và truyền thông tin đến các thiết bị ra.
1.2.3. Cơ cấu chung của hệ thống PLC
Có hai kiểu cơ cấu thông dụng đối với các hệ thống PLC: kiểu hộp đơn, và
kiểu modul nối ghép. Kiểu hộp đơn thờng đợc sử dụng cho các thiết bị điều khiển
lập trình cỡ nhỏ (hình vẽ 1.3 a). Kiểu modul gồm các modul riêng cho bộ nguồn, bộ
xử lý (hình vẽ 1.3 b).

Các thiết bị lập trình có thể là loại cầm tay, bộ giao diện để bàn, hoặc máy
tính. Các hệ thống cầm tay có bàn phím nhỏ và màn hình tinh thể lỏng.
Các thiết bị để bàn có thể có bộ hiển thị với bàn phím hoàn chỉnh và màn
hình hiển thị. Ưu điểm chính khi sử dụng máy tính là chơng trình có thể đợc lu
H
ình 1.4
a.Kiểu hộp đơn
b. Kiểu môdul nối ghép
ổ cắm cáp từ
thiết bị giao
tiếp lập trình
Các ngõ vào
Các ngõ ra
Các modul nhập
Các modul xuất
Bộ xử lý
Nối kết đến thiết bị giao
tiế
p
l
ập
trình
Bộ nguồn
a
b
Click to buy NOW!
P
D
F
-

X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c

o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-

t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
8
trên đĩa cứng hoặc đĩa mềm và dễ dàng thực hiện các bản sao, nhợc điểm là việc
lập trình thờng khó thực hiện. Các thiết bị giao tiếp lập trình cầm tay thờng có bộ
nhớ đủ để lu giữ chơng trình trong khi vận chuyển từ vị trí này đến vị trí khác.
1.3. Tìm hiểu về cách lập trình bằng PLC S7 - 200 (CPU 224)
1.3.1. Cấu hình cứng của CPU 224
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức),
có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này sử dụng cho
nhiều mục đích khác nhau. PLC S7 - 200 có nhiều loại khác nhau gọi theo bộ xử lý
CPU đợc sử dụng nh CPU 212, CPU 214 đến CPU 224, CPU 226 có tính năng
và phát triển ngày càng hoàn thiện.
Loại PLC tôi sử dụng trong đề tài là loại CPU 224, vì vậy tôi xin trình bày
cấu trúc của CPU 224.

* Đặc điểm kỹ thuật của CPU 224:
- 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.
H
ình 1.
5
. P
L
C S7 - 200 với khối vi xử lý 224
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g

e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F

-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.

c
o
m
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
9
- 256 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.

* 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.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e

w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
10
Ghép nối máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ
chuyển đổi RS232 /RS 485.
1.3.2. 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.
- 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.
- 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 đối tợng: Bao gồm Timer, bộ đếm tốc độ cao và các đầu ra tơng tự.
Vùng này đợc phân chia nh sau:
15 0 7 0
Timer
(đọc/ghi)

Bộ đếm
(đọc/ghi)


Bộ đệm cổng Bộ đệm cổng ra
vào tơng tự tơng tự (chỉ ghi)
(chỉ đọc)

Thanh ghi
Accumulator Bộ đếm tốc độ
(đọc/ghi) cao (đọc/ghi)


- Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là vùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực
T0 (word)


T255
T0 (bit)

T255
C0(word)


C255
C0 (bit)


C255
AIW0


AIW62
AQW0


AQW62
AC0


AC3
HSC0


HSC2
.
Báo cáo tốt nghiệp Đinh Văn Hùng - TĐH46

Khoa Cơ Điện Trờng đại học NNI
11
hiện chơng trình. Nó là miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit, từng byte, từ
đơn hoặc từ kép. Vùng này 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 dữ liệu lại chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các công dụng khác
nhau, các vùng đó bao 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).

7 0 7 0
Miền V Vùng nhớ
(đọc/ghi) nội (M)
(đọc/ghi)

7 0 7 0
Vùng đệm Vùng nhớ
cổng vào(I) đặc biệt
(đọc/ghi) (SM)

7 0
Vùng đêm
cổng ra (Q)
(đọc/ghi)

1.3.3. Kết nối PLC
SM0.x(x:0-7)


SM299.x(0-7)
Q0.x(x:0-7)


Q15.x(x:0-7)
I0.x(x:0-7)


I15.x(x:0-7)
AQW0


AQW62
V0


V5119
AQW0


AQW62
M0.x(x:0-7)


M31.x(x:0-7)
.