Đồ án điều khiển hệ thống tự động đóng nắp chai bằng PLC
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (982.51 KB, 53 trang )
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Nhận xét của giáo viên phản biện
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-1-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH
KHOA ĐIỆN
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG
ĐÓNG NẮP CHAI BẰNG PLC
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
Sinh viên thực hiện : Hồ Đình Hưng
Mã số sinh viên: 0211040293
Lớp : Đại học Điện A_K2
Vinh, tháng 12 năm 2010
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-2-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH
KHOA ĐIỆN
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐÓNG NẮP CHAI BẰNG PLC
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
Sinh viên thực hiện : Hồ Đình Hưng
Mã số sinh viên:
0211040293
Lớp : Đại học Điện A_K2
Nội dung các phần thuyết minh:
1. Giới thiệu chi tiết nội dung đề tài
2. Giới thiệu thiết bị điều khiển và áp dụng viết chương trình cho hệ thống điều khiển
tự động đóng nắp chai bằng PLC.
3. Lập các sơ đồ mạch động lực và điều khiển cho hệ thống
4. Lập hồ sơ trang bị điện cho hệ thống điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC.
5. Kết luận.
Các bản vẽ : (trong thuyết minh)
1. Bản vẽ mô tả hệ thống điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC.
2. Bản vẽ lưu đồ giải thuật mô tả (bằng lời).
3. Bản vẽ lưu đồ giải thuật mã hoá (bằng lôigic).
4. Bản vẽ mạch kết nối của thiết bị điều khiển.
5. Bản vẽ mạch động lực.
6. Bản vẽ mạch điều khiển.
Ngày giao đề tài
: ..../ ..../2010
Ngày kết thúc đề tài : ..../...../2010
Vinh, ngày…. tháng….năm 2010
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-3-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
MỤC LỤC
Lời nói đầu ............................................................................................................. 5
Chương I:
Chi tiết nội dung đề tài và giới thiệu về công nghệ
1.1 - Đặt vấn đề ....................................................................................................... 6
1.2 - Yêu cầu công nghệ .......................................................................................... 6
1.3 - Mô tả hoạt động hệ thống ................................................................................ 11
1.4 - Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai ........................ 12
Chương II:
Giới thiệu tập lệnh cơ bản , thiết bị điều khiển lập trình
và chương trình điều khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai trên S7---200
2.1 - Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình .............................................................. 13
2.2 - Tập lệnh cơ bản dùng trong thiết bị điều khiển khả trình PLC S7 – 200. ........... 19
2.3 - Sơ đồ kết nối vào ra của thiết bị PLC S7 – 200 ................................................ 29
Chương III:
Sơ đồ mạch động lực và điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC S7 – 200
3.1 - Sơ đồ mạch điều khiển ..................................................................................... 30
??????
Chương IV:
Trang bị điện hệ thống tự động đóng nắp chai PLC S7 – 200
4.1 - Thiết bị dùng trong hệ thống ........................................................................... 37
4.2 - Những chú ý khi vận hàmh và thay thế, sửa chữa ............................................ 37
Chương V:
Kết luận
Tài liệu tham khảo .................................................................................................. 37
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-4-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Lời nói đầu
Hiện nay, trong công cuộc xây dựng đất nước trở thành một nước công nghiệp phát
triển, cuộc sống ngày càng hiện đại, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào
đời sống sinh hoạt, sản xuất. Mặt khác, với phát triển như vũ bão của công nghệ thông
tin, công nghệ điện tử đã làm xuất hiện một loại thiết bị, thiết bị này đã đáp ứng được
yêu cầu nói trên, đó là thiết bị điều khiển khả trình “ PLC ”.
Ngày nay với sự tự động hóa ngày càng cao, các nhà máy hầu hết đều áp dụng những
tiến bộ khoa học tân tiến nhất để cho ra những sảm phẩm chất lượng cao mà giá thành
phù hợp với người tiêu dùng. Mặt khác, để đảm bảo tính chính xác cao hơn trong sản
xuất các nhà máy sản xuất bắt buộc phải sử dụng đến máy móc thiết bị tự động, mặc
dù có thể chi phí đầu tư cho máy móc thiết bị là lớn, thậm chí rất lớn nhưng do nhu
cầu của thị trường và tính cạnh tranh khốc liệt trên thị trường thì việc đưa máy móc
thiết bị tự động vào sản xuất là điều tất yếu của các nhà máy. Thực tế, đã từ lâu và hiện
nay cũng vậy việc sản xuất những sản phẩm được bảo quản trong chai, lọ,lon là rất
nhiều, chúng đóng góp một phần sản phẩm rất lớn cho xã hội .Trong phạm vi đồ án
môn học này tôi dùng thiết bị lập trình PLC để viết chương trình cho hệ thống điều
khiển tự động đóng nắp chai.
Trong thực tế có rất nhiều loại PLC của nhiều hãng sản xuất như : Hãng Siemens Đức, Omron - Nhật, Goldstar - Hàn quốc…trên thị trường Việt Nam. PLC là thiết bị
mới đang được ứng dụng rộng rãi cũng như thế chỗ tất cả thiết bị cũ trong tương lai.
Thiết bị khả trình PLC mà tôi sử dụng để viết chương trình điều khiển đóng nắp
chai trong đồ án này là PLC S7 -200 của hãng Siemens - Đức. Trong quá trình làm đồ
án còn gặp nhiều khó khăn, nhưng được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Anh Tuấn em
đã hoàn thành xong đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi một số sai sót. Rất mong sự
đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, cũng như các bạn đồng nghiệp để đồ án được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Hồ Đình Hưng
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-5-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Chương I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÓNG NẮP CHAI
1.1- Đặt vấn đề:
Sản phẩm sản xuất được bảo quản trong chai lọ, ngoài sự bảo quản của các hóa
chất (nếu có) thì rõ ràng phải được đóng nắp cẩn thận để nhằm bảo quản một cách tốt
nhất cho sản phẩm, và hiện nay các sản phẩm đóng chai được sản xuất ngày càng
nhiều phục vụ nhu cầu ngày càng cao của xã hội, một phần do các sản phẩm đóng chai
nói chung được bảo quản tốt hơn và có thể để được lâu hơn so với khi bảo quản trong
hộp, túi nilong…và tất nhiên một phần nữa đó là về mặt thẩm mỹ của sản phẩm (ở đây
chưa nói về nhãn mác của sản phẩm) nên các sản phẩm đóng trong chai, lọ ngày càng
được sản xuất nhiều hơn. Và tất nhiên song song với nó là công nghệ đóng nắp chai
điều khiển bằng hệ thống PLC, khâu không thể thiếu trong dây chuyền sản xuất các
sản phẩm đóng chai .
1.2 – Yêu cầu công nghệ
+ Hai băng tải :
- Băng tải 1 : chuyền chai
- Băng tải 2 : chuyền nắp chai
+ Có 5 cảm biến lần lượt là :
- Cảm biến siêu âm phát hiện chai bị nứt.
- Cảm biến quang kiểm tra chai không có nước hoặc chưa đầy.
- Cảm biến tiệm cận kiểm tra chai thành phẩm.
- Cảm biến quang kiểm tra nắp chai hỏng
- Cảm biến quang kiểm tra nắp chai tốt
+ Các Cylinder được sử dụng như sau :
-
Cylinder đẩy chai nứt vào ngăn chứa phế phẩm.
Cylinder kẹp chai.
Cylinder tịnh tiến đóng nắp chai.
Cylinder đẩy nắp chai hỏng
+ Một cái van nhả nắp xuống Cylinder đóng nắp
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-6-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
1.2.1 Một số loại cảm biến siêu âm
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-7-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Cảm biến siên âm có nhiều loại, tùy theo công dụng như để nhận biết vật trong khoảng
cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và trong những điều kiện
hoạt động khác nhau mà người ta chế tạo các loại cảm biến siêu âm cũng khác nhau.
* Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight)
Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s. Nếu một
cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng
thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng đường
mà sóng đã di chuyển trong không gian. Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2
lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng siêu
âm.Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý
TOF:
d = v • t/2
* Tầm quét của cảm biến siêu âm :
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-8-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Cảm biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một hình quạt, trong đó các điểm ở
giữa dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường như có
chướng ngại vật nằm ở đâu đó.
* Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-9-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
*: Ước tính góc của hình nón cảm biến ở 1 / 2 cảm biến
*: Số vang ghi lại bởi cảm biến. Đây là những tiếng vọng ghi từ đọc gần đây nhất, và
được ghi đè mới bằng mỗi lần khác nhau.
A: Những cảm biến nhỏ hơn điển hình (SRF 05/04 / 08) kích thước.
B: Phạm vi thời gian có thể được điều chỉnh xuống bằng cách điều chỉnh được.
C: cảm biến này cũng bao gồm một photocell ở mặt trước để phát hiện ánh sáng.
D: Hoạt động ở một tần số 235kHz cao hơn.
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-10-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
1.2.2 Một số loại cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận là giải pháp đủ khả năng và chung nhất để phát hiện đối tượng mà
không cần chạm vào. Cảm biến tiệm cận được sử dụng phổ biến nhất là loại cảm ứng
từ, nó phát ra một trường điện từ để phát hiện đối tượng kim loại đi qua gần bề mặt
của nó. Đây là cách thông thường dễ nhất mà kỹ thuật cảm biến áp dụng cho những
ứng dụng phát hiện đối tượng kim loại trong phạm vi một hoặc hai inch của bề mặt
cảm biến. Cảm biến tiệm cận của Autonics có 12 chủng loại gồm 6 loại khác nhau,
cảm ứng từ và điện dung, và duy trì vị trí số 1 thị trường Hàn Quốc hơn 10 năm qua,
và vẫn nỗ lực để cải tiến chất lượng sản phẩm và độ tin cậy cảm biến lên mức cao nhất
của thị trường toàn cầu. Nếu bạn đang tìm kiếm loại cảm biến tiệm cận đáng tin cậy và
giá cả hợp lý, Autonics là câu trả lời.
* CR Serie : Cảm biến tiệm cận loại điện dung
* PFI Series : Cảm biến tiệm cận loại dẹp
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-11-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
* PT Series : Hộp mối nối
1.2.3 Một số loại cảm biến quang
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 thường gọi là điốt phát quang (LED) thiết bị
dò bức xạ có thể là các transistor quang thường là một cặp transistor. Cặp transistor
này làm tăng độ nhạy của thiết bị tuỳ theo mạch được sử dụng đầu ra có thể được chế
tạo để chuyển mạch đến mức cao hoặc mức thấp sau khi ánh sáng truyền đến
transistor. Các bộ cảm biến được cung cấp dưới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của
vật thể ở khoảng cách ngắn.
nguån s¸ng
Diode ph¸t quang
VËt thÓ
ThiÕt bÞdß quang häc
C¸c ch©n kÕt
nèi ®iÖn
VËt thÓ
ThiÕt bÞdß quang häc
1.2.4 Cylinder
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-12-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Cylinder là một thiết bị giống như trục lăn , dùng để làm những băng chuyền dể di
chuyển những vật đặt trên nó . Thiết bị này đặc biệt phù hợp với những nhà máy sản
xuất ở Việt Nam chúng ta.
*Ta có một số hình ảnh của cylinder như sau:
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-13-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-14-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
1.3 - Mô tả hoạt động hệ thống
Sau khi qua khâu chiết rót, chai được băng tải chuyển đến khâu đóng nắp. Như
vậy, bắt đầu qua khâu chiết rót thì khâu tiếp theo sẽ được mô tả như sau :
Chai đi từ khâu chiết rót có thể sẽ có chai bị nứt ( không vỡ, vì muốn chiết rót
nước vào chai thì trước đó khâu chiết rót phải phát hiện chai bị bể, vỡ trước), vì chai
nứt thì vẫn có thể chứa nước nhưng không đẹp về thẩm mỹ nên sẽ không được xuất ra
thị trường, vì vậy chai nứt sẽ bị loại ở khâu này(hoặc vẫn có thể sẽ bị loại ở khâu chiết
rót). Vậy, một cảm biến siêu âm sẽ được đặt để phát hiện chai bị nứt . Một cảm biến
quang sẽ được đặt để phát hiện chai không có nước hoặc chưa đầy nước.Chai nứt và
chai không có nước hoặc chưa đầy nước sau khi được cảm biến phát hiện sẽ bị
Cylinder đẩy xuống ngăn chứa phế phẩm.
Các chai đảm bảo chất lượng tiếp tục được băng tải chuyển đi, Khi chai đi đến
chỗ đóng nắp sẽ có một cảm biến tiệm cận phát hiện, và sẽ có một cylinder kẹp chai
lại, cùng lúc đó sẽ có một cylinder tịnh tiến xuống đóng nắp chai. Về nắp chai, khi có
tín hiệu của cảm biến kiểm tra nắp nguyên thì van sẽ nhả nắp xuống Cylinder dập nắp
chai.
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-15-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
1.4– Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống đóng nắp chai
START
Hỏng
Hỏng
Nắp
Chai
Tốt
Tốt
Chaihỏng
Nứt
Đẩy nắp hỏng
không
được
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-16-
kẹp chai
Chưa
đầy
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Đưa vào
Cylinder
kẹp được
đóng
Cylinder đẩy
chai
nắp
Đóng
phế phẩm
phế phẩm
nắp
END
Chương II
Giới thiệu tập lệnh cơ bản , thiết bị điều khiển lập trình và chương trình điều
khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai trên S7---200
2.1- Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC.
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-17-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
PLC viết tắt của Programable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic khả
trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn
ngữ lập trình, bộ điều khiển thoả mãn các yêu cầu:
- Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản.
- Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp.
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul mở rộng.
- Giá cả phù hợp.
Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều
khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển
thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trển việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn
thực hiện các tác vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic
được lập trong chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương
ứng.
Cơ sở của việc sử dụng PLC: Trong công nghiệp trước đây, các hệ thống điều
khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch logic điện tử kết nối với
nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống. Điều đó có nghĩa là: Quan hệ giữa các
biến vào và các biến ra tuân theo một hàm số, mà hàm số này chính được xác định bởi
luật kết nối giữa các phần tử logic.
(y1, y2,... yn ) = f (x1, x2,... xn )
Như vậy đối với mục đích điều khiển xác định thì hàm f cố định. Đối với các hệ
thống làm việc đơn giản và làm việc độc lập thì việc sử dụng các phần tử có sẵn liên
kết cứng với nhau có nhiều ưu điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các hệ thống điều
khiển phức tạp nhiều chức năng thì những cấu trúc theo kiểu cứng có nhiều nhược
điểm như:
- Hệ thống cồng kềnh, đầu nối phức tạp dẫn đến độ tin cậy kém.
- Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng
thì phải dừng cả hệ thống để đấu nối...
Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo
các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả
nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm
của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-18-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC
gồm:
- Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ
điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây.
- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống.
- Bộ nhớ:
- Bộ nhớ vào ra
Bộ định thời
Bộ đếm vàora
Khối vi xử lý
trung tâm
+ Hệ điều hành
Cổng vào ra
Onboard
Bộ đếm
Bit cơ
Bus của PLC
Quản lý ghép nối
Cổng ngắt và
đếm tốc độ
cao
Hình 2.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC
Trạng thái tín hiệu vào được nhận biết và chứa trong bộ nhớ, nơi PLC thực hiện
các lệnh logic được lập trình để xử lý các tín hiệu vào máy và tạo ra các tín hiệu ra để
điều khiển các thiết bị liên quan.
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-19-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
2.1.1- Cấu trúc PLC bao gồm:
Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có
một số hạng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn cấu
hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng.
Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng
trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau:
Bus địa chỉ
Bộ
đệm
Bus điều khiển
Bộ nhớ
trong
EPROM
Tuỳ
chọn
Bộ nhớ
chương
trình
EPROM
Nguồ
n pin
CPU
bộ vi
xử lí
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
Bộ
dệm
-20-
Bus Dữ liệu
Clock
Bộ
nhớ
hệ
thống
ROM
Bộ
nhớ
dữ
liệu
RA
M
Khối
vào
ra
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC
Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối
vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thường các tín hiệu xuất nhập đầu
ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở
dạng liên tục (Analog).
a. Mô đun nguồn: (Moudule)
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-21-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt
động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên
cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều.
b. Mô đun CPU:(Centrol rocessor Unit module):
Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ:
* Bộ vi xử lý (CPU): CPU là một bộ não của PLC. Nó điều khiển và kiểm soát
tất cả mọi hoạt động bên trong của PLC. Nó thực hiện những lệnh đã được chương
trình hoá lưu trữ bên trong bộ nhớ. Một hệ thống BUS mang thông tin đến và kết nối
CPU, bộ nhớ và bộ xuất nhập cũng chịu sự điều khiển của CPU. CPU được cung cấp
bởi một tần số đồng bộ do tinh thể thạch anh bên ngoài hay một bộ giao động RC.
Mạch dao động này có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động từ 118 MHZ. Tuỳ thuộc vào
bộ vi xử lý đã được sử dụng và phạm vi sử dụng. Một CPU bao gồm 3 thành phần
riêng biệt sau:
+ Bộ điều khiển (CU – Control Unit) gồm khối soạn lệnh và ngăn xếp có nhiệm
vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu lệnh.
+ Bộ lý luận và số học (AIU) để thực hiện các phép toán số học và logic như:
cộng trừ, AND, OR, NOT,
+ Bộ nhớ có tốc độ cao, kích thước nhỏ để lưu các kết quả tạm thời và các
thông tin điều khiển.
* Bộ nhớ: Bao gồm bộ nhớ chứa chương trình và bộ nhớ dữ liệu.Đơn vị nhỏ
nhất của bộ nhớ là bít có giá trị “1” (hoặc “0”). Nhiều bít hợp theo hàng và cột tạo
thành một khối bộ nhớ. Nội dung bộ nhớ có thể đọc ra hoặc ghi vào. Mỗi bít được định
nghĩa một địa chỉ riêng để bộ nhớ dễ quản lý.
Có hai loại bộ nhớ như sau:
- Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): Ram là bộ nhớ chính trong mọi
máy tính. Kể cả PLC. Bộ nhớ RAM có lợi là dung lượng lớn nhưng giá rẻ. Ram là loại
bộ nhớ có thể đọc ghi chương trình một cách dễ dàng. Tuy nhiên dữ liệu trong Ram sẽ
bị xoá sạch khi có sự cố về điện. Vì vậy muốn lưu trữ chương trình điều khiển tron bộ
nhớ Ram thì người ta dùng phương pháp nuôi bộ nhớ Ram bằng 1 nguồn pin. Nếu cần
lưu trữ dài thì ta dùng loại pin có chất lượng cao...
- Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Rom là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ nhớ này có
đặc tính trái ngược với bộ nhớ Ram là rất khó xoá, nên khi có sự cố về điện thì nội
dung chương trình vẫn còn trong bộ nhớ. Nhưng hiện này người ta có thể thay đổi nội
dung của nó. Tuỳ thuộc vào cách tạo nội dung, cách xoá nội dung, cách nập nội dung
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-22-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
mới vào nó mà ta có các loại bộ nhớ Rom khác nhau như: PROM, EPROM, RPROM,
EEPROM, EAROM.
Điển hình ở đây ta xét 2 loại bộ nhớ ROM được dùng rộng rãi trong các PLC là
EPROM và EEPROM.
+ EPROM (Erasable Programmable Read – Only Memory): Bộ nhớ Rom có thể
xoá nội dung chương trình. Nó được xoá bằng tia cực tím, sau khi nội dung cũ đã xoá
thì người ta dùng một thiết bị đặc biệt để ghi nội dung chương trình mới vào trong
Rom. Loại này rất phức tạp vì phải dùng thiết bị đắt tiền.
+ EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read – Only Memory):
Bộ nhớ loại này cũng giống như bộ nhớ EPROM nhưng phương thức xoá nội
dung chương trình đơn giản hơn. Tức là nó được xoá bằng điện và việc nạp một
chương trình mới cho nó cũng đơn giản. Ngoài hai loại trên trong các PLC người ta
còn thường dùng FLASH EROM. Đối với những bộ điều khiển logic theo chương
trình thuộc loại lớn có thể có nhiều Module CPU nhằm tăng tốc độ xử lý.
c. Mô đun nhập: (Input Module)
Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài
dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều
khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công
nghệ,… Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn
nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho mọt lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm
biến.
Các cảm biến (Sensors) được nối với Module ngõ vào của PLC. Thông thường
một Module nhập có 8 ngõ vào hoặc 16 ngõ vào hoặc có thể hơn nữa tuỳ thuộc vào
yêu cầu của người sử dụng mà chọn cho phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần
khoảng 16 ngõ vào, ứng dụng trung bình thì cần khoảng 80 ngõ vào, ứng dụng cỡ
dùng các cuộn dây Rơle cho ngõ vào. Điện áp hoạt động đưa vào các cuộn dây này
thường vào khoảng 24 VDC với dòng vào vài mA (6mA), rất bé so với dòng tiêu thụ
qua cuộn dây trong rơle thực tế. Cũng có PLC hoạt động với điện áp 220V AC. Mặc dù
điện áp cao như vậy nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho mạch điện tử của PLC vì người ta sử
dụng các linh kiện cách ly (Optocoupler). Theo tiêu chuẩn công nghiệp với điện áp 24 VDC,
người ta quy định:
- Điện áp từ 0 ữ 5 VDC thể hiện logic 0 ở ngõ vào
- Điện áp từ 11 ữ 30 VDC thể hiện logic 1 ở ngõ vào
d. Mô đun xuất (Output Module):
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-23-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập.
Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng có thể
kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng
nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra.
Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của
rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì
thông qua các thiết bị trung gian như: CTT. Aptomat. Triac…
Ngoài ra còn có PLC với ngõ ra là tín hiệu điện: Logic 0 ứng với điện áp từ 0 ữ
0,8V và logic 1 ứng với điện áp từ 12 ữ 28V với dòng ra có khi lên tới 300mA. Dải
điện áp cấp nguồn từ 12V ữ 28V.
2.1.2- PLC thực hiện chương trình:
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét (scan). Bắt đầu mỗi vòng quét là việc quét các tín hiệu vào. Trong quá trình quét
này trạng thái hiện thời của mỗi tín hiệu vào được chứa trong bảng ảnh. Việc quét các
đầu vào này rất nhanh, việc quét phụ thuộc vào các module vào, xung nhịp cũng như
các đặc tính riêng của mỗi loại CPU thực hiện chương trình sử dụng. Công việc này
thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của chương trình (lệnh MEND). Như vậy
thời gian thực hiện chương trình sẽ phụ thuộc vào độ dài chương trình, độ phức tạp
của các lệnh, và đặc tính kỹ thuật của từng loại CPU
Chuyển dữ liệu từ
đầu ra Q tới cổng ra
Truyền thông và
kiểm tra bộ nhớ
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-24-
Chuyển dữ liệu từ đầu
cổng vào tới đầu vào I
Thực hiện
chương trình
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Đồ án môn học PLC
Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh
Hình 2.4: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC
Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra.
Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng
quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những
trường hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chương
trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Tập lệnh của PLC
chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường
của chương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chương trình.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét
(Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng
được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện
lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được
thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng
quét chiếm thời gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiện càng nhanh.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp
với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc
truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý.
Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả
chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra.
2.1.3. Cấu trúc chương trình:
Chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main
program) sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.
Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).
Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chương trình con phảI
được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là mệnh (MEND).
Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, nếu cần sử dụng
chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc MEND.
Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình
chính, sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt bằng cách viết như vậy cấu trúc
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn
-25-
Sinh viên: Hồ Đình Hưng
