Giới thiệu chung về điều khiển logic khả lập trình
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.85 MB, 172 trang )
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
1
Mục Lục
Nội Dung
Trang
Lời nói đầu
Chơng I
Giới thiệu chung về Điều khiển
lôgíc khả lập trình (PLC)
1.1 Khái niệm về PLC..........................................
1.2 Điểm mạnh và điểm yếu của PLC.................
1.3 Cấu trúc của PLC...........................................
1.4 Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC...............
Chơng II
Các thiết bị nhập xuất
2.1 Các thiết bị nhập............................................
2.1.1 Công tắc cơ....................................................
2.1.2 Các bộ cảm biến............................................
2.2 Các thiết bị xuất............................................
2.2.1 Một số cơ cấu điều khiển,điều chỉnh trong
hệ thống thuỷ lực...........................................
Chơng
III
Lập trình PLC
3.1 Sơ đồ bậc thang..............................................
3.2 Lập trình bậc thang PLC................................
3.3 Các hàm lôgíc................................................
3.3.1 Hàm AND......................................................
3.3.2 Hàm OR.........................................................
3.3.3 Hàm NOT......................................................
3.3.4 Hàm NOTAND..............................................
3.3.5 Hàm NOR......................................................
3.3.6 Hàm EXCLUSIVE (XOR)............................
3.3.7 Mạch khoá.....................................................
3.3.8 Mạch nhiều ngõ ra.........................................
3.4 Các Rơle nội..................................................
3.4.1 Rơle điều khiển chính....................................
3.4.2 Đi tắt..............................................................
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
2
3.5 Bộ định thời...................................................
3.5.1 Các loại đồng hồ định giờ .............................
3.5.2 Lập trình đồng hồ định giờ............................
3.6 Các bộ đếm (Counter)....................................
3.6.1 Các dạng bộ đếm ..........................................
3.6.2 Lập trình bộ đếm...........................................
3.7 Thanh ghi dịch chuyển..................................
Chơng IV
Giới thiệu về PLC OMRON
4.1 Cấu trúc cơ bản của PLC OMRON...............
4.2 Lập trình bằng Programming Coonsole.........
4.2.1 Khởi đầu với Programming Coonsole............
4.2.2 Các chế độ hoạt động của PLC......................
4.2.3 Xoá chơng trình trong PLC..........................
4.2.4 Tìm kiếm trong chơng trình.........................
4.2.5 Xoá lệnh (Delete)..........................................
4.2.6 Chèn lệnh (Insert)..........................................
4.2.7 Theo dõi hoạt động của PLC.........................
4.3 Lập trình bằng Ledder Diagram....................
4.3.1 Lập trình bằng sơ đồ bậc thang Ledder.........
4.3.2 Lệnh LD.........................................................
4.3.3 Lệnh Out........................................................
4.3.4 Lệnh AND.....................................................
4.3.5 Lệnh OR........................................................
4.3.6 Lệnh AND LD...............................................
4.3.7 Lệnh OR LD..................................................
4.3.8 Lệnh AND NOT............................................
4.3.9 Lệnh LD NOT...............................................
4.3.10 Network..........................................................
4.3.11 Mạch chốt......................................................
Latching/self Holding CIRCUIT...................
4.3.12 Các quy tắc chung của sơ đồ Ledder
diagram...........................................................
4.3.13 Lệnh OUT NOT (output not).........................
4.3.14 Lệnh Set & Reset............................................
4.3.15 Lệnh Keep (11)..............................................
4.3.16 Lệnh DIFU(13) & DIFD (14)........................
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
3
4.3.17 Lệnh JMP (04) & JME (05)...........................
4.3.18 Lệnh chuyển dữ liệu MOV(21)......................
4.3.19 Lệnh MVN (22) Move not
4.3.20 Lệnh tính BCD (Binary Code Decimal)-set
carry STC (40)
4.3.21 Lệnh Clear carry (CLC (41))
4.3.22 Lệnh ADD (30)
4.3.23 Lệnh SUB (31) trừ BCD
4.3.24 Lệnh MUL (32) nhân BCD
4.3.25 Lệnh DIV (33) chia BCD
4.3.26 LệnhCMP (20) lệnh so sánh
4.3.27 Bộ đếm lặp lại CNTR (12)
4.3.28 Lệnh High speed time (TIMH(15))
4.3.29 Lệnh PRV (62) High Speed counter-Pvread
4.3.30 Lệnh Root (72) Lệnh can bậc 2
4.3.31 Lệnh END (01)
4.4 Một số lệnh lập trình phổ biến khác của PLC
OMRON
4.4.1 Bộ định thời Timer
4.4.2 Bộ đếm Counter
4.5 Lập trình bằng phần mềm Syswin trên máy
tính
4.5.1 Phần mềm Syswin
4.5.2 Lập trình với Syswin
4.5.3 Đặt tên, kỹ hiệu mô tả (Symbol) cho các địa
chỉ
4.5.4 Nạp chơng trình vào PLC(Download
Program to PLC)
4.5.5 Chạy chơng trình PLC (Run)
4.5.6 Bổ xung các lệnh Timer và Counter vào
chơng trình
4.5.7 Theo dõi các hoạt động của chơng trình
4.5.8 Lu chơng trình
4.5.9 Đọc chơng trình PLC
4.6 Một vài ứng dụng với PLC OMRON
4.6.1 Điều khiển các pít-tông A, B, C theo thứ tự
lần lợt
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
4
4.6.2
ứng dụng PLC để vận hành máy khoan tự
động
4.6.3 Chơng trình điều khiển trò chơi Đờng lên
đỉnh Olympia
4.6.4 Chơng trình PLC ứng dụng điều khiển cửa
ra vào ở bãi đậu xe
4.6.5 Mạch điều khiển động cơ băng tải
4.6.6 Hệ thống tự động bôi trơn dầu cho bánh xe
4.6.7 Chơng trình điều khiển dây chuyền đóng
gói
4.6.8 Mạch tự động điều khiển cửa kho
Chơng V
ứng dụng PLC trong việc điều
khiển tự động cho máy xấn tôn
tại nhà máy khoá-Minh Khai-HN
5.1 Khảo sát máy hiện có tại nhà máy
5.1.1 Giới thiệu chung về máy xấn tôn tại nhà máy
khoá Minh Khai
5.1.2 Sơ đồ kết cấu của máy
5.2 So sánh việc điều khiển hệ thống thuỷ lực
máy xấn bằng PLC và bằng hệ thống tiếp
điểm Rơ-le (Hệ thống điều khiển điện)
5.3 Phân bố các thiết bị vào ra cho việc điều
khiển bằng PLC và xây dựng chơng trình
bậc thang
5.4
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
5
Lời nói đầu
N
ền sản xuất thế giới trong những năm gần đây đợc đặc
trng bởi cờng độ cao của các quá trình sản xuất vật chất. Chất lợng
và hiệu quả của các quá trình sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều trình độ
kỹ thuật của công nghiệp chế tạo máy. Một nền công nghiệp chế tạo
máy tiên tiến sẽ đảm bảo cho các ngành kinh tế các loại thiết bị có năng
suất cao với chất lợng hoàn hảo. Để thực hiện tốt các nhiệm vụ của
mình, công nghiệp chế tạo máy cần không ngừng hoàn thiện và nâng
cao trình độ kỹ thuật của các quá trình sản xuất.
Điều khiển tự động và tự động hóa là một trong những phơng hớng
phát triển chủ yếu của công nghiệp chế tạo máy. Tự động hoá và điều
khiển tự động cho phép sử dụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng
yêu cầu ngày càng cao đối với các trang thiết bị gia công cơ khí.
Việc ứng dụng thành công các thành tựu của lý thuyết điều
khiển tối u, công nghệ thông tin, công nghệ máy tính, công nghệ điện
điện tử và các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác trong những năm ngần
đây đã đẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều khiển logic khả lập
trình ( PLC ). Cũng từ đây đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực
kỹ thuật điều khiển.
Ngày nay ai cũng biết rõ rằng công nghệ PLC đóng vai trò quan trọng
trong năng lợng cơ và làm bộ não cho các bộ phận cần tự động hoá và
cơ giới hoá. Do đó điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) rất cần thiết
đối với các kỹ s cơ khí cũng nh các kỹ s điện , điện tử, từ đó giúp họ
nắm đợc phạm vi ứng dụng rộng rãi và kiến thức về PLC cũng nh
cách sử dụng thông thờng.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đợc giao nhiệm vụ và
nghiên cứu với đề tài:
Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều khiển tự động máy xấn
tôn
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
6
Đây là một đề tài không hoàn toàn là mới nhng nó rất phù hợp với
thực tế sản xuất hiện nay, càng đi sâu nghiên cứu càng thấy nó hấp dẫn
và thấy đợc vai trò của nó trong việc điều khiển tự động.
Đặc biệt đợc sự hớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ trực tiếp của thầy
Dơng Minh Tuấn, thầy Nguyễn Đình Bảng. Là các cán bộ giảng dạy ở
bộ môn Máy & Masát học- Khoa Cơ Khí, ngời đã có rất nhiều kinh
nghiệm về lập trình PLC, điều khiển tự động và Rôbốt.
Tuy nhiên do điều kiện tài liệu nói về PLC còn rất hạn chế hoặc chỉ là
giới thiệu tổng quan, mặt khác để lập trình thành công PLC nó còn đòi
hỏi một tầm hiểu biết nhất định về điện tử, tin họcnên em cũng gặp
không ít khó khăn về mặt thời gian.
Xác định rõ nhiệm vụ của mình em đã cố gắng hết sức, khắc
phục khó khăn, tập trung tìm hiểu, học hỏi ở thầy giáo hớng dẫn và
các thầy giáo khác trong bộ môn.
Ngoài ra còn phải trang bị thêm về kiến thức Tin học và tự động
hoá thuỷ khí để có thể giải quyết đợc nhiện vụ đặt ra. Kết quả thu
đợc cha nhiều do còn bị hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh
nghiệm nhng nó giúp em có thêm kiến thức mới để sau khi ra trờng
có nền tảng tiếp cận đợc với công nghệ mới.
Trong quá trình làm đồ án do trình độ hiểu biết của em có hạn,
nên nội dung đồ án không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong
đợc sự chỉ bảo góp ý của các thầy cô cũng nh mọi ngời quan tâm
đến vấn đề này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Dơng Minh Tuấn, thầy
Nguyễn Đình Bảng. Ngời đã trực tiếp hớng dẫn tận tình, giúp đỡ chỉ
bảo và tạo điều kiện cho em đợc tiếp cận với các thiết bị máy móc
trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Nhân đây em xin chân thành
cảm ơn các thầy giáo trong bộ môn Máy & Masát học đã giúp đỡ và tạo
điều kiện cho em hoàn thành đồ án này.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
7
Chơng I
Giới thiệu chung về điều khiển
logic khả lập trình (PLC)
1.1. Khái niệm về PLC.
PLC là các chữ đợc viết tắt từ : Programmable Logic Controller
Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National
Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển
mà đợc trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm
xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử
lý. Các chức năng đó đợc đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo
chơng trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp
để thực hiện một dãy quá trình.
1.2.Điểm mạnh và điểm yếu của PLC.
a)Điểm mạnh của PLC
Từ thực tế sử dụng ngời ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh nh
sau:
- PLC dễ dang tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chơng trình
- Chơng trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chơng trình tác
động đến bên trong bộ PLC có thể đợc ngời lập trình thay đổi dễ
dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề
liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ
dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trớc đây. Nh thế, ngời
lập trình chơng trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều
khiển chu trình.
Ngời lập chơng trình đợc trang bị các công cụ phần mềm để tìm
ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo
dõi đợc cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
8
- Các tín hiệu đa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín
hiệu đợc cấp từ bộ điều khiển bằng rơle.
- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm đợc hiểu là không
cần những ngời sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp
điểm và không tiếp điểm.
Không nh máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức
năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để
thực hiện chức năng đó.
Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến
thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng
nh việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc
Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động
bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chơng trình), mà
chơng trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần
mềm có dạng tơng ứng song song với các tác động bên ngoài. Việc
chuyển đổi ngợc lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính.
- Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp
tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O này
đợc đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển
đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi
các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ
ngoài có thể làm việc đợc.
- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất
nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì
ở PLC những công việc đó đơn giản đợc thực hiện bởi chơng trình
và các chơng trình đó đợc lu giữ ở băng catssete hay đĩa
CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại.
- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn đợc
đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp
điều khiển bằng rơle trớc đây,
- Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp
điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
9
b) Điểm yếu của PLC
Do cha tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đa ra
các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn
cục về hợp thức hoá.
Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt
hơn khi sử dụng bằng phơng pháp rơle.
1.3.Cấu trúc của PLC :
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý,
bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình.
(Hình 1.1)
Hình 1.1
a) Bộ xử lý của PLC :
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 động trong bộ nhớ của CPU, truyền các
quyết định dới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
b) Bộ nguồn:
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC
(5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao
diện nhập và xuất.
Bộ xử lý
Giao
diện nhập
Giao
diện xuất
Nguồn công suất
Bộ nhớ
Thiết bị
lập trình
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
10
c) Bộ nhớ:
Bộ nhớ là nơi lu chơng trình đợc sử dụng cho các hoạt động điều
khiển, dới sự kiểm tra của bộ vi xử lý.
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ :
Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lợng lu
trỡ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định đợc CPU sử dụng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho
chơng trình của ngời dùng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu. Đây là nơi lu trữ
thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng
hồ thời chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác.
RAM dữ liệu đôi khi đợc xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi.
Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào,
ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành
cho dữ liệu đợc cài đặt trớc, và một phần khác dành để lu trữ các giá
trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, vv
Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình đợc ( EPROM ) Là các ROM
có thể đợc lập trình, sau đó các chơng trình này đợc thờng trú
trong ROM.
Ngời dùng có thể thay đổi chơng trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả
các PLC đều có một lợng RAM nhất định để lu chơng trình do
ngời dùng cài đặt và dữ liệu chơng trình. Tuy nhiên để tránh mất mát
chơng trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ác quy để duy
trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi đợc cài đặt vào RAM
chơng trình có thể đợc tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thờng
là module có khoá nối với PLC, do đó chơng trình trở thành vĩnh cửu.
Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lu trữ các kênh nhập/xuất ( I/O).
Dung lợng lu trữ của bộ nhớ đợc xác định bằng số lợng từ nhị phân
có thể lu trữ đợc. Nh vậy nếu dung lợng bộ nhớ là 256 từ, bộ nhớ
có thể lu trữ 256
ì
8 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 256
ì
16 =
4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit.
d) Thiếp bị lập trình.
Thiết bị lập trình đợc sử dụng để nhập chơng trình vào bộ nhớ của bộ
xử lý. Chơng trình đợc viết trên thiết bị này sau đó đợc chuyển đến
bộ nhớ của PLC.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
11
e) Các phần nhập và xuất.
Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền
thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể đến từ các
công tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv Các thiết bị xuất có thể đến các
cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid vv
1.4.cấu trúc bên trong cơ bản của PLC.
Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU)
chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/ xuất. CPU điều khiển
và xử lý mọi hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý trung tâm đợc
trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng từ 1 đến 8 MHz. Tần số này
quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng
bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC đợc
truyền dới dạng các tín hiệu digital. Các đờng dẫn bên trong truyền
các tín hiệu digital đợc gọi là Bus. Về vật lý bus là bộ dây dẫn truyền
các tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dây dẫn trên bản mạch in hoặc
các dây điện trong cable bẹ. CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệu
giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ liệu
đợc lu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động
điều khiển nội bộ. Bus hệ thống đợc sử dụng để truyền thông giữa các
cổng và thiết bị nhập /xuất.
Cấu trúc của PLC đợc minh hoạ nh sơ đồ sau.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
12
Bus địa chỉ
Bus điều khiển
ắ
c quy
RAM
chơng
trình
ngời
dùng
CPU
Đ
ồng hồ
ROM
Hệ thống
RAM
Dữ liệu
Thiết bị
Nhập/Xuất
Palen
chơng
trình
BUS Hệ thống (I/O)
Bộ đệm
Khớp
nối
quang
Khoá
Bộ truyền động
Giao diện
bộ truyền
động
Các kênh nhập
Các kênh xuất
Bus dữ liệu
Hình 1.2
CPU
Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung CPU có:
1. Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực
hiện các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán
logic AND, OR,NOT,EXCLUSIVE- OR.
2. Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, đợc sử dụng
để lu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chơng trình.
3. Bộ điều khiển đợc sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các
phép toán.
BUS
Bus là các đờng dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin
đợc truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị
phân 1 hoặc 0, tơng tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Thuật
ngữ từ đợc sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó. Vì vậy
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
13
một từ 8 - bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8- bit này đợc truyền
thông đồng thời theo dây song song của chúng. Hệ thống PLC có 4 loại
bus.
1. Bus dữ liệu: tải dữ liệu đợc sử dụng trong quá trình xử lý của CPU.
Bộ xử lý 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có
thể thực hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết
quả theo giá trị 8- bit.
2. Bus địa chỉ: đợc sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ
nhớ. Nh vậy mỗi từ có thể đợc định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ
đợc gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ đợc gán một địa chỉ
sao cho dữ liệu đợc lu trữ ở vị trí nhất định. để CPU có thể đọc
hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ đợc
truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đờng, số lợng từ 8-bit, hoặc số
lợng địa chỉ phân biệt là 2
8
= 256. Với bus địa chỉ 16 đờng số
lợng địa chỉ khả dụng là 65536.
3. Bus điều khiển: bus điều khiển mang các tín hiệu đợc CPU sử dụng
để điều khiển. Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu
từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian
đợc dùng để đồng bộ hoá các hoạt động.
4. Bus hệ thống: đợc dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và
các thiết bị nhập/xuất.
Bộ nhớ
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ nh: bộ nhớ chỉ để đọc
(ROM), bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá
và lập trình đợc (EPROM). Các loại bộ nhớ này đã đợc trình bày ở
trên.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
14
Chơng II
Các thiết bị nhập- xuất
Các thiết bị nhập/ xuất trong PLC bao gồm: các tín hiệu digital và
analog, Chẳng hạn các công tắc cơ dò tìm vị trí, các công tắc proximity,
các công tắc quang điện, các bộ mã hoá, các công tắc nhiệt độ và công
tắc áp xuất, các đồng hồ điện áp các biến áp vi sai tuyến tính, các đồng
hồ biến dạng, các transitor nhiệt, các cặp nhiệt điện. Các thiết bị xuất
gồm rơle, các thiết bị tiếp xúc, các van solenoid, và động cơ v.v
2.1 Các thiết bị nhập:
Một số các thiết bị nhập thông dụng cho PLC:
2.1.1 Công tắc cơ :
Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng- mở, hoắc các tín hiệu là kết quả của
tác động cơ học làm công tắc mở hoặc đóng. Loại công tắc này có thể
đợc sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết gia công trên bàn
máy, do chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng. Sự vắng mặt
của chi tiết gia công đợc biểu thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của
chi tiết gia công đợc biểu thị bằng công tắc đóng.
2.1.2 các bộ cảm biến.
Hiện nay các bộ cảm biến đợc sử dụng rộng rãi trong việc đa tín hiệu
đầu vào của PLC. Có rất nhiều loại cảm biến.
a) bộ cảm biến quang điện:
Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vận hành theo kiểu truyền
phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm sáng không cho chúng chiếu
tới thiết bị dò hoặc theo kiểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phản chiếu
chùm sáng lên thiết bị dò.
Trong cả hai kiểu, cực phát bức xạ thông thờng gọi là điốt phát quang
(LED) thiết bị dò bức xạ có thể là các transistor quang thờng là một
cặp transistor. Cặp transistor này làm tăng độ nhạy của thiết bị tuỳ theo
mạch đợc sử dụng đầu ra có thể đợc chế tạo để chuyển mạch đến
mức cao hoặc mức thấp sau khi ánh sáng truyền đến transistor. Các bộ
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
15
cảm biến đợc cung cấp dới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của vật
thể ở khoảng cách ngắn.
Vật thể
Diode phát quang
Thiết bị dò quang học
Vật thể
nguồn sáng
Thiết bị dò quang học
Các chân kết
nối điện
b) Cảm biến nhiệt độ :
Dạng đơn giản của cảm biến nhiệt độ có thể đợc sử dụng để cung cấp
tín hiệu đóng ngắt khi nhiệt độ đạt đến giá trị xác định đó là phần tử
lỡng kim. Phần tử này gồm hai dải kim loại khác nhau, ví dụ: đồng
thau và sắt, đợc gắn với nhau. Hai kim loại này có hệ số dãn nở khác
nhau. Khi nhiệt độ tăng dải lỡng kim sẽ bị uốn cong do một trong hai
kim loại có hệ số dãn nở nhiệt lớn hơn. khi nguội hiệu ứng uốn cong
xảy ra theo chiều ngợc lại. Sự chuyển động này của dải lỡng kim có
thể đợc sử dụng để ngắt các thiết bị tiếp xúc điện.
c) Cảm biến áp suất:
Các bộ cảm biến áp suất thông dụng cung cấp các đáp ứng liên quan
đến áp suất là kiểu màng và kiều xếp. Kiểu màng gồm một đĩa mỏng
bằng kim loại hoặc chất dẻo, đợc định vị theo chu vi. Khi áp xuất ở hai
phía của màng khác nhau, tâm màng bị lệch. Độ lệch này tơng ứng với
chênh lệch áp suất ở hai phía và có thể phát hiện nhờ các đồng hồ biến
dạng đợc gắn với màng hoặc sử dụng bộ lệch này để nén tinh thể áp
điện. Khi tinh thể áp điện bị nén sẽ có sự dịch chuyển tơng đối giữa
các điện tích âm và các điện tích dơng trong tinh thể đó và các bề mặt
phía ngoài của các tinh thể sẽ tích điện và nh vậy hiệu điện thế xuất
hiện.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
16
Ví dụ về loại cảm biến này là bộ cảm biến
Motorola MPX100AP hình 2.3
Bộ cảm biến này có chân không
ở một phía của màng, do đó độ
lệch của màng cung cấp giá trị
áp suất tuyệt đối tác động lên
phía bên kia màng. Tín hiệu ra
là điện áp, tỉ lệ với áp suất tác
động.
Bộ cảm biến áp suất có thể
đợc sử dụng để đo mức chất lỏng trong thùng chứa. áp suất do cột
chất lỏng có chiều
cao h so với mức nào đó là h
g
trong đó
là tỉ trọng của chất lỏng
và g là gia tốc trọng trờng (hình 2.4)
2.2 Các thiết bị xuất.
Các cổng ra của PLC có kiểu rơle hoặc bộ cách điện quang với các kiểu
Transistor hoặc triac tuỳ theo các thiết bị đợc kết nối với chúng sẽ
đợc đóng hoặc mở. Nói chung tín hiệu digital từ kênh suất của PLC
đợc sử dụng để điều khiển thiết bị kích hoạt, sau đó thiết bị kích hoạt
điều khiển quá trình nào đó. Thuật ngữ thiết bị kích hoạt đợc sử dụng
cho thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành hoạt động có công suất cao
hơn, sau đó hoạt động này sẽ điều khiển quá trình
Hiện nay PLC đợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thuỷ lực, chúng
dùng trong việc điều khiển tự động các van điều khiển hớng vận hành
bằng solennoid.
Van này đợc sử dụng để điều khiển hớng lu thông của khí nén hay
dầu ép và cũng đợc sử dụng để vận hành các thiết bị khác, chẳng hạn
nh chuyển động của Piston trong xylanh.
Hình 2.5 minh hoạ kiểu van cuộn đợc sử dụng để điều khiển chuyển
động của Piston trong xylanh.
Đồng hồ áp
suất màng
Chất lỏng
Hình 2.4
áp suất tác dụng
Các chân nối điện
Hình 2.3
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
17
Trong sơ đồ trên khí nén hoặc dầu thủy lực đợc nạp vào cổng P, cổng
này đợc nối với nguồn áp suất từ bơm hoặc máy nén, và cổng T đợc
nối kết để cho phép dầu tở về thùng chứa hoặc di vào hộp hệ thống thủy
lực để đẩy không khí ra ngoài. Khi không có dòng điện chạy qua cuộn
solenoid dầu thuỷ lực hoặc khí nén đợc nạp vào bên phải Piston và
đợc xả ra ở bên trái , kết quả là Piston di chuyển về bên trái. Khi có
dòng điện đi qua cuộn
Chất lỏng vào
A
B
P
T
T
Lò xo
Piston-Xilanh
Solenoid
Van 5/2
Dòng điện qua solenoid kéo con
trợt về bên phải. Khi không có
dòng điện lò xo kéo con trợt về
bên trái
Chất lỏng ra
Hình 2.5
solenoid van cuộn chuyển dầu hoặc khí nén đến bên trái Piston và đợc
xả ra ở bên phải. Piston dịch chuyển về bên phải. Sự dịch chuyển của
piston có thể đợc sử dụng để đẩy bộ chuyển hớng hoặc thực hiện
dạng dịch chuyển khác cần có công suất.
2.2.1 Một số cơ cấu điều khiển, điều chỉnh trong hệ thống thuỷ lực:
Trong hệ thống dầu ép, ngoài cơ cấu biến đổi năng lợng ra còn có rất
nhiều loại cơ cấu điều khiển và điều chỉnh làm các nhiệm vụ khác nhau,
tùy theo công dụng
Các cơ cấu đó có thể đợc chia ra làm ba loại chính
- Cơ cấu chỉnh áp
- Cơ cấu chỉnh lu lợng
- Cơ cấu chỉnh hớng.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
18
a) Cơ cấu chỉnh áp.
Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng,
giảm trị số áp suất trong hệ thống.
Van an toàn hay van tràn.
Van an toàn dùng để đề phòng sự quá tải trong hệ thống dầu ép. Khi áp
suất trong hệ thống vợt quá mức điều chỉnh van, van an toàn mở ra để
đa dầu về bể dầu do đó áp suất giảm xuống.
Nhiều khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp suất không đổi trong hệ
thống dầu ép. Trong trờng hợp này van an toàn đóng vai trò của van áp
lực hoặc van tràn để xả bớt dầu thừa về bể dầu.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu nh hình 2.6
b) Cơ cấu điều chỉnh lu lợng.
Cơ cấu điều chỉnh lu lợng dùng để xác định lợng chất lỏng chảy qua
nó trong một đơn vị thời gian, và nhơ thế có thể điều chỉnh đợc vận tốc
của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thuỷ lực .
Van tiết lu:
Van tiết lu dùng để điều chỉnh lu lợng dầu và do đó điều chỉnh vận
tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu nh hình 2.7
Đây là một dạng van kim với đầu
côn để có thể điều chỉnh đợc lu
lợng đi đến xilanh hay động cơ
thuỷ lực. Chính vì vậy có thể điều
chỉnh đợc vận tốc của xilanh.
Hình 2.6
Hình 2.7
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
19
c) Cơ cấu điều khiển hớng.
Cơ cấu điều khiển hớng là loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng, mở,
nối liền hoặc ngăn cách các đờng dẫn dầu về những bộ phận tơng ứng
của hệ thống thuỷ lực. Cơ cấu điều hớng thờng dùng các loại sau.
Van một chiều.
Van một chiều dùng để điều khiển
hớng chất lỏng đi theo một hớng
và ở hớng kia dầu bị chặn lại.
Trong hệ thống thuỷ lực van một
chiều thờng đợc đặt ở nhiều vị
trí khác nhau tuỳ thuộc vào những mục đích khác nhau.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu nh hình 2.8
Van đảo chiều.
Van đảo chiều là một loại cơ cấu điều khiển dùng đóng, mở các ống
dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lợng, dùng để đảo chiều
các xilanh truyền lực hay động cơ dầu bằng cách đổi hớng chuyển
động của dầu ép.
Nguyên tắc làm việc.
Van đảo chiều có rất nhiều dạng khác nhau, nhng dựa vào một số đặc
điểm chung là số vị trí và số cửa để phân biệt chúng với nhau:
Số vị trí: là số chỗ định vị con trợt của van. Thông thờng van đảo
chiều có hai hoặc ba vị trí, ở những trờng hợp đặc biệt có thể có nhiều
hơn.
Số cửa (đờng): là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo
chiều thờng dùng là 2, 3, 5, đôi khi dùng nhiều hơn.
a) Van đảo chiều hai vị trí (2/2)
Tử số chỉ số cửa, mẫu số chỉ số vị trí
Sơ đồ và kí hiệu nh hình 2.9
Kí hiệu mỗi vị trí là một ô vuông
Các mũi tên trong các ô chỉ đờng
dẫn dầu qua các cửa. Các kí hiệu
giống chữ T trong ô vuông là chỉ
cửa dầu bị chặn
Hình 2.8
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
20
b)Van đảo chiều 3 cửa hai vị trí (3/2)
c)Van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí.
d) Van đảo chiều 5 cửa 3 vị trí
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
21
Một số môđun đợc sử dụng trong hệ thống thuỷ lực :
M
Van đảo chiều 4/2 điều khiển trực tiếp
bằng nam châm điện
B
A
b
b
a
P T
a
Van 4/2
b
BA
P
T
a
Tr−êng ®¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi --- §å ¸n Tèt NghiÖp
22
M
Van ®¶o chiÒu 4/3 ®iÒu khiÓn trùc tiÕp
b»ng nam ch©m ®iÖn
BA
b
oa b
TP
Van 4/3
B
P
AT
b
a
a
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
23
TP
c)
a
boa
b)
b
b
o
T
YX
a
a
P
Van đảo chiều điều khiển gián tiếp (qua van phụ trợ)
đờng vào chung P, đờng xả riêng Y và T
a) Nguyên lý; b) Ký hiệu; c) Ký hiệu đơn giản.
P
BY
BA
b
p
B
XT
A
PT
A
a
a)
t
BA
boa
b
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
24
Chơng III
Lập trình PLC
Các chơng trình dùng trong hệ thống dựa trên bộ xử lý phải đợc tải
vào hệ thống theo mã máy, đây là chuỗi số theo mã nhị phân để biểu
diễn các lệnh chơng trình. Tuy nhiên, có thể sử dụng ngôn ngữ
Assembly, là ngôn ngữ dựa trên thuật nhớ, ví dụ LD đợc sử dụng để
cho biết hoạt động đợc yêu cầu để tải thêm dữ liệu tiếp theo LD, và
chơng trình máy tính (Assembler ) đợc dùng để diễn dịch thuật nhớ
thành mã máy. Việc lập trình có thể đợc thực hiện ngay từ đầu bằng
cách sử dụng các ngôn ngữ bậc cao ví dụ C, BASIC, PASCAL,
FORTRAN, COBOL,Các ngôn ngữ này sử dụng các hàm có sẵn và
đợc biểu diễn bằng các từ đơn giản hoặc kí hiệu mô tả hàm. Ví dụ,
trong ngôn ngữ C, kí hiệu & đợc sử dụng cho toán tử logic AND. Tuy
nhiên việc sử dụng các phơng pháp này để viết chơng trình đòi hỏi
một số kĩ năng lập trình nhất định, trong khi các PLC đợc nhắm đến
ngời dùng là các kỹ s, không đòi hỏi kiến thức quá cao về lập trình.
Do dó việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc thang đợc nghiên cứu và ứng
dụng. Đây là phơng pháp viết chơng trình, có thể chuyển thành mã
máy nhờ phần mềm chuyên dùng cho bộ vi xử lý của PLC.
Chơng này giới thiệu phơng pháp lập trình cho PLC một cách tổng
quát bằng cách sử dụng các sơ đồ thang.
Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp
25
3.1 Sơ đồ bậc thang.
Để giới thiệu về sơ đồ thang ta khảo
sát sơ đồ mắc dây mạch điện nh trên
hình 3.1a
Sơ đồ này trình bày mạch điện dùng
để mở hoặc tắt động cơ điện
Ta có thể vẽ lại sơ đồ này theo
cách khác, sử dụng hai đờng
dọc để biểu diễn đờng dẫn công
suất vào và nối phần còn lại giữa
hai mạch đó. Hình 3.1b
Cả hai mạch đều có công tắc mắc nối tiếp với động cơ và động cơ đợc
cấp điện khi đóng công tắc.
Mạch đợc trình bày trên hình 3.1b đợc gọi là sơ đồ thang.
Với sơ đồ này, nguồn điện cấp cho các mạch luôn luôn đợc trình bày
bằng hai đờng dọc, phần con lại của mạch là các đờng ngang. Các
đờng công suất trông giống mặt đứng của thang và các đờng ngang
của mạch tơng tự các nấc thang. Các nấc ngang chỉ cho thấy phần điều
khiển của mạch. Các sơ đồ thờng cho thấy vị trí vật lý tơng đối của
các bộ phận trong mạch và cách nối kết chúng. Các sơ đồ thang không
nhằm mục đích trình bày vị trí thực tế mà chú trọng trình bày rõ ràng
cách điều khiển.
3.2 Lập trình bậc thang PLC.
Phơng pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang. Việc
viết chơng trình tơng đơng với việc vẽ mạch chuyển mạch. Sơ đồ
thang gồm hai đờng dọc biểu diễn đờng dẫn công suất. Các mạch nối
kết theo đờng ngang (các nấc thang) giữa hai đờng dọc này.
Để vẽ sơ đồ thang cần tuân theo các bớc sau:
a- Các đờng dọc trên sơ đồ biểu diễn đờng công suất, các mạch đợc
nối kết giữa hai đờng này.
b- Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển.
c- Sơ đồ thang đợc đọc từ trái qua phải, từ trên xuống.
Công tắc
Ngõ vào dc
L1
L2
Động cơ.
M
Hình 3.1 a
L1
L2
M
Động cơ.
Công tắc
Các đờng dẫn
công suất
Hình 3.1 b
