NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐÔNG CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐÁNH LÔNG GÀ TRONG DÂY TRUYỀN GIẾT MỔ GIA CẦM ỨNG DỤNG PLC S7200
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.14 MB, 62 trang )
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐÔNG CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA
MÁY ĐÁNH LÔNG GÀ TRONG DÂY TRUYỀN GIẾT MỔ GIA CẦM ỨNG
DỤNG PLC S7-200
Sinh viên thực hiện
NGUYỄN ĐĂNG KHOA
Khóa luân được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành Cơ Điện Tử
Giáo viên hướng dẫn
TS. Nguyễn Văn Hùng
Tháng 8 năm 2010
i
LỜI CẢM TẠ
Em xin trân trọng cảm ơn tất cả Quý Thầy / Cô ở trường Đại học Nông
Lâm TP.Hồ Chí Minh và quý thầy / Cô trong khoa Cơ Khí- Công Nghệ đã trang
bị cho em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá
trình học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy / Cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã
giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Em cũng xin bài tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Nguyễn Văn Hùng
đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Đặc biệt, em xin cảm ơn quý Thầy / Cô trong hội đồng đã dành thời gian
nhận xét góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn
bè đã động viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt
quá trình hoàn thành luận văn.
Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Đăng Khoa
ii
TÓM TẮT
Đề tài: “Nghiên cứu điều khiển tự động các thông số làm việc của máy đánh
lông gà trong dây chuyền giết mổ gia cầm ứng dụng PLC S7-200”. Được tiến hành tại
bộ môn cơ điện tử trường đại học Nông Lâm TP.HCM, năm 2010.
Kết quả thu được:
• Mô hình máy đánh lông chế tao được đồng dạng theo theo thực tế gồm:
Khung máy, đĩa và ngón tay đánh lông bằng cao su, motor, máng hứng lông.
• Kết quả thiết kế cấu tạo bộ phận điều khiển tự động các yếu tố gồm:
Khoảng cách khe hở hai má đánh lông, tốc độ đĩa băng chuyền, thời gian đánh
lông. Khe hở đánh lông được điều khiển theo kiểu vòng kín so sánh giá trị đặt và
giá trị tức thời, vận tốc đĩa đánh lông được điều khiển theo kiểu PID.Thời gian
đánh lông được điều khiển thông qua vận tốc motor điều khiển băng chuyền theo
phương pháp vòng kín.
• Kết quả khảo nghiệm cho thấy toàn bộ hệ thống hoạt động tương đối ổn
định. Khoảng cách khe hở hai má đánh lông là 150 mm, tốc độ đĩa được điều
khiển ở 100 vòng/phút, thời gian là 2,8 phút.
iii
MỤC LỤC
TRANG
Trang tựa
Lời cảm ơn ................................................................................................................... ii
Tóm tắt ........................................................................................................................iii
Mục lục ....................................................................................................................... iv
Danh sác các hình ....................................................................................................... vi
Danh sách các bảng ..................................................................................................viii
Chương 1 ................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU................................................................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2. Mục đích đề tài ................................................................................................ 2
Chương 2 ................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN........................................................................................................ 3
2.1. Tổng quan về công nghệ giết mổ gia cầm ....................................................... 3
2.1.1.Công nghệ giết mổ gia cầm ....................................................................... 3
2.1.2. Máy đánh lông trong hệ thống giết mổ gia cầm ....................................... 4
2.2. Tổng quan về PLC ứng dụng trong điều khiển tự động máy đánh lông ......... 7
2.2.1. Sơ lược về PLC........................................................................................ 7
2.2.2. Giơi thiệu về CPU 222 ........................................................................... 11
2.2.3 Kết nối PLC với thiết bị .......................................................................... 12
2.2.4 PLC và các Module chức năng ................................................................ 12
2.2.5 Đọc xung tốc độ cao trong PLC .............................................................. 16
2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của encoder ................................................ 20
2.3.1. Giới thiệu Encoder.................................................................................. 20
2.3.2. Nguyên lý cơ bản của encoder: .............................................................. 21
2.4 Tổng quan về phần mềm giám sát WinCC
23
2.4.1 Giới thiệu
23
2.4.2 Các bước để tạo một dự án trên WinCC
24
2.5 Phần mềm PC Access
24
iv
Chương 3 ................................................................................................................. 24
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................... 24
3.1. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 24
3.2. Linh kiện, thiết bị được sử trong thiết kế và điều khiển................................ 24
3.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 24
3.3.1. Phương pháp lý thuyết ............................................................................ 24
3.3.2. Phương pháp thiết kế phần điều khiển tự động ...................................... 24
3.3.3 Điều khiển máy đánh lông bằng phần mềm WinCC 6.0. ........................ 26
Chương 4 ................................................................................................................. 27
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................................ 27
4.1 Điều khiển tự động trên máy đánh lông kiểu đĩa ........................................... 27
4.1.1 Điều khiển khe hở giữa hai má đánh lông ............................................... 28
4.1.2 Điều khiển vận tốc đĩa đánh lông ............................................................ 32
4.1.3. Điều khiển thời gian đánh lông .............................................................. 35
4.2. Hiển thị giá trị các thông số điều khiển lên WinCC 6.0................................ 37
4.3 Kết quả khảo nghiệm sơ bộ ............................................................................ 37
Chương 5 ................................................................................................................. 39
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................ 39
5.1 Kết luận........................................................................................................... 39
5.2. Đề nghị .......................................................................................................... 39
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 40
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 42
v
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1 Qui trình giết mổ gia cầm ........................................................................... 3
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo máy đánh lông kiểu chảo ..................................................... 4
Hình 2.3 Máy đánh lông ............................................................................................ 4
Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo máy đánh lông kiểu trống .................................................... 5
Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo máy đánh lông kiểu đĩa ....................................................... 6
Hình 2.6 Máy đánh lông kiểu đĩa .............................................................................. 6
Hình 2.7 Máy đánh lông kiểu đĩa .............................................................................. 7
Hình 2.8 Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị điều khiển .......................................... 12
Hình 2.9 PLC S7-200 và một module của nó .......................................................... 13
Hình 2.10 Cấu hình cơ bản của PLC ....................................................................... 13
Hình 2.11 Các contact định cấu hình và các chiết áp chỉnh trong Module EM235 14
Hình 2.12.Sơ đồ đấu nối dây với module analog .................................................... 15
Hình 2.13 Chọn mode đọc xung tốc độ cao và loại counter nào (HC0, HC1,..) ..... 16
Hình 2.14 Mode 0,1,2: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bít nội16
Hình 2.15 Mode 3,4,5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bít ngoại,
tức là có thể chọn từ ngõ vào input .......................................................................... 17
Hình 2.16 Mode 6,7,8: Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung để đếm tăng và một
xung đếm giảm ......................................................................................................... 17
Hình 2.17 Mode 9,10,11: Dùng để đếm xung A/B của Encoder ............................. 18
Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý Encoder trên trục động cơ ........................................... 21
Hình 2.19 Hai kênh A và B lệch pha trong encoder ................................................ 22
Hình 3.1 Đường đặc tính của đối tượng .................................................................. 25
Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển PID cho đối tượng......................................................... 25
Hình 4.1 Giao diện điều khiển mô hình máy đánh lông gà ..................................... 27
Hình 4.2 Sơ đồ khối điều khiển ............................................................................... 28
Hình 4.3 Kết cấu cơ khí điều khiển khe hở giữa hai má đánh lông......................... 29
Hình 4.4 Giao diện điều khiển khe hở đánh lông .................................................... 29
Hình 4.5. Sơ đồ khối điều khiển khe hở giữa hai má đánh lông ............................. 30
vi
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý mạch khuyếch đại xung encoder ................................... 30
Hình 4.7 Mạch đảo chiều động cơ dùng relay ......................................................... 31
Hình 4.8 Thuật toán điều khiển khe hở giữa hai má đánh lông ............................... 31
Hình 4.9 Kết cấu cơ khí điều khiển vận tốc đĩa đánh lông ..................................... 32
Hình 4.10 Giao diện điều khiển vận tốc đánh lông ................................................. 33
Hình 4.11 Sơ đồ vòng hở vận tốc đánh lông ........................................................... 33
Hình 4.12 Đặc tính quá độ của đối tượng sau khi nhận dạng .................................. 33
Hình 4.13 Xác định thông số PID bằng phương pháp Ziegler – Nichols ................ 34
Hình 4.14 Sơ đồ khối điều khiển vòng kín bằng PID .............................................. 34
Hình 4.15 Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc đánh lông băng PID ..................... 35
Hình 4.16 Hệ thống xích treo và sơ đồ truyền động ................................................ 35
Hình 4.17 Sơ đồ khối điều khiển vận tốc băng chuyền ........................................... 36
Hình 4.18 Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc băng chuyền ................................ 36
Hình 4.19 Ảnh hưởng của chiều dài đến độ chính xác của khe hở đánh lông ........ 37
Hình 4.20 Biểu đồ vận tốc theo thời gian ................................................................ 37
Hình 4.21 Biểu đồ vận tốc băng chuyền theo thời gian........................................... 38
vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 2.1 Các công tắc định cấu hình module Analog. ............................................ 14
Bảng 2.2 Mô tả chế độ đếm cũng như loại HSC, quy định địa chỉ vào. .................. 19
Bảng 3.1 Cách xác định thông số PID .................................................................... 26
Bảng 4.1 Các thiết bị điều khiển máy đánh lông tự động ........................................ 28
viii
Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển kinh tế, đời sống người dân được nâng lên, nhu cầu về
thực phẩm sạch cũng tăng cao. Tuy nhiên, để có được thịt sạch trong tình hình dịch
bệnh nguy hiểm liên tục bùng phát trên đàn gia cầm, cần giải quyết đồng bộ nhiều mối
quan hệ, từ công tác giống, thức ăn, chăm sóc, chuồng trại, giết mổ, vận chuyển, bảo
quản… đều phải đạt các tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ sản lượng thịt sạch ngày càng tăng, đảm bảo vệ
sinh an toàn thực phẩm cho người tiêu dùng: phải có qui mô giết mổ tập trung, quy
trình giết mổ ngày càng tiên tiến, hiện đại, xoá phương thức giết mổ thủ công không
còn phù hợp, giảm thiểu nguy cơ lây nhiễm trên sản phẩm gia cầm. Nhiều công ty đã
đầu tư các dây chuyền giết mổ như: Công ty thực phẩm an toàn Hương Giang, TP.Nha
Trang, Khánh Hòa; Công ty thực phẩm an toàn Celine Thái, Bình Thuận; Công ty thực
phẩm an toàn D&F, H.Thống Nhất, Đồng Nai,... Trong đó có một số dây chuyền được
nhập từ nước ngoài và một số được chế tạo trong nước. Các dây chuyền nhập từ nước
ngoài có giá thành cao và một số yếu tố hoạt động chưa phù hợp với điều kiện Việt
Nam. Các dây chuyền được chế tạo trong nước thì chưa được tự động hóa hoàn toàn.
Trong các dây chuyền giết mổ thì máy đánh lông là một trong những máy quan
trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm. Vì vậy nghiên cứu máy đánh lông
trong dây chuyền giết mổ gà là thật sự cần thiết và có ý nghĩa lớn góp phần hạ giá
thành thiết bị, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Trong các dây chuyền giết mổ gia cầm hiện nay, máy đánh lông ưu việt và
được sử dụng phổ biến nhất là máy đánh lông kiểu đĩa với cấu tạo và nguyên lý
1
hoạt động theo Jacobus Gerardus Vertegaal Boxmeer, 1968 (United States Patent
US3596309).
Theo TS.Nguyễn Văn Hùng, 2007, Nghiên cứu thiết kế chế tạo và thử nghiệm
máy đánh lông kiểu đĩa trong dây chuyền giết mổ gia cầm liên tục, máy đánh lông
được nghiên cứu với hai yếu tố đầu vào là: Vận tốc đĩa và thời gian đánh lông. Chế độ
họat động tốt nhất là 326 vòng/phút trong thời gian 2,8 phút. Máy hoạt động đảm bảo
năng suất 300-500 con/giờ, chất lượng gà sau khi đánh lông rất tốt, sạch 98% và
không bị dập.
Trên cơ sở kế thừa kết quả của những công trình đã được công bố, tiếp tục
nghiên cứu tự động hóa cho máy đánh lông kiểu đĩa. Giúp quá trình điều khiển được
chính xác nhằm giảm sức lao động, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Đặc
biệt là là việc điều khiển tự động khe hở giữa hai má đánh lông, điều khiển chính xác
vận tốc đánh lông và thời gian đánh lông của máy đánh lông, cùng với sự cho phép
của Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí Công Nghệ và dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy
Tiến Sĩ Nguyễn Văn Hùng, bộ môn Cơ Điện Tử chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu điều khiển tự động các thông số làm việc của máy đánh lông gà
trong dây chuyền giết mổ gia cầm ứng dụng PLC S7-200”
1.2. Mục đích đề tài
Nghiên cứu máy đánh lông gà trong dây chuyền giết mổ gà, với mục đích vận
dụng những kiến thức về PLC và cải tiến một số cơ cấu của máy để điều khiển tự động
quá trình đánh lông với việc giám sát thông qua máy vi tính.
Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng hữu ích không những phụ vụ việc
thiết kế chế tạo máy đánh lông tự động trong dây chuyền giết mổ gia cầm mà còn có
thể được sử dụng làm cơ sở đào tạo hoặc nghiên cứu có liên quan.
2
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Tổng quan về công nghệ giết mổ gia cầm
2.1.1.Công nghệ giết mổ gia cầm
Theo Matusovic, Svoboda (1976) hệ thống giết mổ gia cầm được hợp bởi 3 hệ
thống riêng biệt:
- Hệ thống xử lý trước chế biến, bao gồm các bộ phận tẩy rửa gia cầm.
- Hệ thống giết mổ.
- Hệ thống xử lý sau chế biến.
Hình 2.1 Qui trình giết mổ gia cầm
3
Theo các tài liệu của các công ty như Stork (Nertherlands), Linco (Denmark), E.M.F.SAB (Germany)…, qui trình giết mổ gia cầm hiện đại bao gồm các bước như Hình
2.1.
2.1.2. Máy đánh lông trong hệ thống giết mổ gia cầm
Hiện nay trong các dây chuyền giết mổ gia cầm, máy đánh lông được sử dụng
phổ biến hiện nay là máy đánh lông kiểu chảo, kiểu trống liên tục và kiểu đĩa liên tục.
a. Máy đánh lông kiểu chảo
2
3
1
4
5
Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo máy đánh lông
Hình 2.3. Máy đánh lông
kiểu chảo
kiểu chảo
1. Máng xả lông; 2. Vỏ máy; 3. Tay đánh
lông; 4. Động cơ; 5. Đĩa
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy đánh lông kiểu chảo được thể hiện như Hình 2.2.
Nguyên lý họat động của máy như sau:
Gà sau khi trụng nước nóng được đưa vào máy. Đĩa đánh lông (5) được dẫn
động từ động cơ (4) quay tròn, làm cho gà xoay tròn và lông gà được tách khỏi thân
nhờ ma sát hoặc cuộn vào các tay đánh lông (3) gắn trên đĩa (5) và trên thân máy.
Trong quá trình đánh lông, nước được xịt vào để làm sạch gà và thành trong của máy,
lông gà và nước được lấy ra qua máng xả lông (1).
Ưu điểm:
4
Giá thành rẻ, dễ sử dụng, linh động, phù hợp với các dây chuyền giết mổ nhỏ
(thường 100 con/giờ).
Nhược điểm:
Do máy hoạt động theo nguyên lý kiểu mẻ và gà cuộn tròn trên đĩa trong quá
trình đánh lông nên máy có năng suất thấp và dễ làm dập, gãy chân và cánh gà.
b) Máy đánh lông kiểu trống liên tục:
Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo máy đánh lông kiểu trống
1. Thân máy; 2. Máng hứng lông; 3. Trống; 4. Tay đánh lông;
5. Cơ cấu treo; 6. Động cơ; 7. Cặp bánh răng
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy đánh lông kiểu trống liên tục được thể hiện như
Hình 2.4. Nguyên lý họat động của máy như sau:
Gia cầm được treo trên giá (5) sau khi đã nhúng nuớc nóng được băng chuyền
mang gia cầm đi xuyên qua máy đánh lông, lông gà được tách khỏi thân nhờ các tay
đánh lông (4) được gắn trên hai trống quay (3). Một trống được dẫn động bằng động
5
cơ (6), trống còn lại được dẫn động thông qua cặp bánh răng (7). Những khung đánh
lông (1) có thể điều chỉnh theo phương ngang hay thẳng đứng.
Ưu điểm:
Năng suất cao hơn máy đánh lông kiểu chảo nhờ nguyên lý họat động liên tục.
Nhược điểm:
Do tay đánh lông đánh dọc theo thân gà nên không thể tác dụng điều lên thân làm
giảm chất lượng sản phẩm như rách da, đánh lông không sạch.
c. Máy đánh lông kiểu đĩa:
Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo máy đánh lông kiểu đĩa
Hình 2.6. Máy đánh lông
1. Cơ cấu treo; 2. Vòi phun nước;
kiểu đĩa
3. Ngón tay đánh lông bằng cao su;
4. Động cơ; 5. Khung máy; 6. Máng hứng lông và nước
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy đánh lông kiểu đĩa liên tục được thể hiện như
Hình 2.5. Nguyên lý họat động của máy như sau:
Gia cầm được treo trên giá (1) sau khi đã nhúng nuớc nóng được băng chuyền
mang gia cầm đi xuyên qua máy đánh lông, lông gà được tách khỏi thân nhờ các tay
đánh lông (3) được gắn trên những hàng đĩa áp vào thân gà. Những đĩa này được dẫn
động bằng động cơ (4). Những khung đánh lông (5) có thể điều chỉnh theo phương
ngang hay thẳng đứng. Trong quá trình đánh lông, vòi phun nước (2) được phun liên
tục để rửa sạch gia cầm. Nước và lông gia cầm được hứng bởi máng hứng (6). Gia
cầm được định vị chính xác nhờ thanh dẫn (7) và giữ những giá treo trong quá trình
đánh lông.
Ưu điểm:
6
Nguyên lý hoạt động liên tục nên năng suất tăng, hai má đánh lông được áp sát
thân gà như Hình 2.7 nên đánh lông sạch, đều hơn và không bị rách da.
Hình 2.7. Máy đánh lông kiểu đĩa
Nhược điểm:
Giá thành cao và thường được lắp đặt trong các dây chuyền có năng suất từ 300
– 500 con/giờ.
2.2. Tổng quan về PLC ứng dụng trong điều khiển tự động máy đánh lông
2.2.1. Sơ lược về PLC
Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn
ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng các mạch số. Như vậy với
chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng
thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường môi trường
xung quanh (Với các PLC khác hoặc với máy tính).
Toàn bộ chương trình được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối
chương trình con hoặc chương trình ngắt (Khối chính OB1). Trường hợp dung lượng
nhớ của PLC không đủ cho việc lưu trữ chuong trình thì ta có thể sử dụng thêm bộ nhớ
ngoài hỗ trợ cho việc lưu chương trình và dữ liệu (Catridge)
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có
tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lí (CPU), một hệ điều hành,
một bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường
xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải
có thêm những khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời
(Timer).. Và những khối hàm chuyên dụng.
7
2.2.1.1 Bộ nhớ PLC: gồm 3 vùng chính:
a/ Vùng chứa truong trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình được chia thành 3 miền:
i/ OB1 (Oranistion block): miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính,
các lệnh khối này luôn được quét.
ii/ Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành
hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con này sẽ được thực hiện
khi nó được gọi trong chương trình chính.
iii/ Interrup (Chương trình ngắt) : Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành
hàm và có khả năng trao đôi dữ liệu với bất cứ 1 khối chương trinh nào khác. Chương
trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra. Có rất nhiều sự kiện ngắt như:
Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao…
b/ vùng chứa tham số của hệ điều hành: Chia thành 5 miền khác nhau
I (Process image input) : Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thực hiện
chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng vào số, trước khi bắt đầu
thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào cất giữ
chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp
trạng thái logic của cổng và số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đếm I.
Q (Process Image Output): Miền bộ đếm các dữ liệu cổng ra số. Kết thưc giai đoạn
thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới cổng ra số.
Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển
chúng tới bộ đệm Q.
M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng những biến này để lưu giữ các
tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo Bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép
(MD).
T (Timer): Miền nhớ phục vụ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian
đặt trước (PV-Preset Value), giá trị bộ đếm thời gian tức thời (CV-Current Value)
cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.
C (counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PVPeset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và giá trị logic đầu ra của bộ
đệm.
c/ Vùng chứa các khối dữ liệu: được chia làm 2 loại:
8
DB (Dât Block): Miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như số
lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chương
trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), hoặc từ
kép (DBD).
L (Local dât block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB1,
chương trình con, chương trình ngắt tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và
trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó. Nội dung của
một khối dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình tương ứng
trong OB1, chương trình con, chương trình ngắt. Miền này có thể được truy nhập từng
chương trình theo bit (L), byte (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD).
2.2.1.2. Vòng quét chương trình:
PLC thực hiện chương trình theo chu kì lập. Mỗi vòng lập được gọi là vòng
quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng
vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng
vòng quét chương trình thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB
(Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung
của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền
thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng và ra tương tự nên các lệnh
truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lí chứ không thông qua
bộ đệm. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện 1 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 tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình
được thực và khối dữ liệu truyền thông trong vòng quét đó.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gởi tín hiệu điều
khiển đến đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói
cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương chương trình
điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương
trình càng cao. Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như
khối OB40, OB80.., chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét
9
khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể
được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai
đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn nếu 1 tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC
đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ ngừng công việc truyền
thông, kiểm tra thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với
hình thức xử lí tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có
nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó để nâng cao tính thời gian thực
cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lí ngắt quá dài
hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không 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 3 điều hành CPU quản lí.
Ở 1 số module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công
việc khác, ngay cả chương trình xử lí ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào ra.
2.2.1.3 Cấu trúc chương trình:
Chương trình S7-200 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng giành riêng cho
chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau.
a/Lập trình tuyến tính: toàn bộ chương trình nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại
hình cấu trúc tuyến này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp.
Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh
trong đó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên.
b/ Lập trình cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực
thi những nhiệm vụ chuyên biệt riêng của nó, từng phần này nằm trong những khối
chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này này phù hợp với những bài toán điều
khiển nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-200 có 3 loại khối cơ bản sau:
- Loại khối OB1 ( Organization Block) : Khối tổ chức và quản lí chương trình điều
khiển. Khối này luôn luôn được thực thi, và luôn được quét trong mỗi chu kì quét.
- Loại khối SBR (Khối chương trình con) : Khối chương trình với những chức năng
riêng giống như 1 chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến hình
thức). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối chương trình con và các khối
chương trình con này được phân biệt với nhau bằng tên của chương trình con đó.
10
- Loại khối INT (Khối chương trình ngắt): Là loại khối chương trình đặc biệt có khả
năng trao đổi 1 lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Chương trình này sẽ
được thực thi mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra.
2.2.2. Giơi thiệu về CPU 222
• Đặc tính
Điện áp vào AC 220V
Cổng vào DC
Cổng ra relay
• Kích thước vật lí: Rộng x Cao x Sâu : 120 x 80 x 62.
• Kích thước bộ nhớ chương trình cho phép: 12 KB
• Kích thước bộ nhớ dữ liệu cho phép: 8 KB
• Khả năng lưu trữ khi cúp điện: 190 giờ
• Tốc độ thực thi lệnh logic: 0,37 μs/lệnh
• Số bít nội/ counters/ timers: 256/ 256/ 256.
• Timers trong đó có ba độ phân giải là 1ms, 10ms, 100ms, timer đếm có nhớ
đếm hay không có nhớ.
• Số bộ đêm tốc độ cao: 4 bộ đếm tốc với tấn số 30 KHz.
• Số cổng vào ra: 8 cổng vào/ 6 cổng ra.
Đầu vào
• Tầm ở trạng thái ON: 15-30V DC, dòng nhỏ nhất 4 mA.
• Trạng thái ON bình thường: 24VDC, 7mA.
• Trạng thái OFF lớn nhất: 5 VDC, 1mA.
Đầu ra
• Kiểu đầu ra: Relay
• Tầm điện áp 5 đến 30 VDC /250VAC
• Dòng tải tối đa: 2A/ điểm; 8A/ common.
• Quá dòng: 7A với contact đóng.
• Điện trở cách li: nhỏ nhất 100 MΩ.
• Thời gian chuyển mạch: tối đa 10ms.
• Thời gian sử dụng: 10.000.000 với công tắc cơ khí; 100.000 với tốc độ tải.
11
• Chế độ bảo vệ ngắn mạch: không có.
Nguồn cung cấp
• Tầm áp/tần số: 85 đến 264 VAC ở tần số 47 đến 63 Hz.
• Thời gian quét (tốc độ refesh): nhỏ nhất là 20ms ở áp 110 VAC.
• Dòng đột biến: trị đỉnh 20A ở 264 VAC.
• Cầu chì 2A-250V.
• Tại dòng 5 VDC:340 mA cho CPU; 660 mA cho các I/O mở rộng.
2.2.3 Kết nối PLC với thiết bị
Hình 2.8 Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị điều khiển
Hình 2.8 mô tả sơ đồ đấu nối dây S7-200. Nguồn cung cấp lấy từ nguồn 12/24V DC
qua các lối L1 và N. Các ngõ vào của PLC kết nối với các công tắc S1 ÷ S8. Các ngõ
ra Q1, Q2, Q3, Q4, được nối với các tải như đèn, mô tơ, relay,…
2.2.4 PLC và các Module chức năng
Phần này sẽ giới thiệu tổng quát về PLC nói chung và PLC-S7200 nói riêng,
những tính năng cơ bản, phương cách lập trình, và do PLC phải sử dụng tín hiệu
analog nên cũng đề cập đến module analog EM235 và những vấn đề chung về tín hiệu
analog, PLC S7-200 có nhiều loại CPU khác nhau, mỗi loại có tính năng tăng dần từ
CPU 210 đến CPU 226. Do có sẵn, nên chỉ tìm hiểu loại CPU 222. Các loại khác cũng
tương tự.
12
Hình dưới đây là một loại PLC và module mở rộng trong PLC S7-200:
Hình.2.9 PLC S7-200 và một module của nó
Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn trên Hình 2.10. Ngoài các module
chính này, các PLC còn có các module phụ trợ như module nối mạng, các module đặc
biệt để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều khiển động cơ
bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào v.v…
Hình 2.10 Cấu hình cơ bản của PLC
Các module chức năng rất đa dạng, có thể chia ra làm các loại đặc trưng sau:
–Module vào ra (I/O).
–Module chức năng đặc biệt.
Các loại modul analog
EM231: 4 analog inputs (6ES7 231–0HC22–0XA0)
EM232: 2 analog outputs (6ES7 232–0HB22–0XA0)
EM235: 4 analog inputs, 1 analog output (6ES7 235–0KD22–0XA0)
Thông số hoạt động
Định dạng dữ liệu:
13
Lưỡng cực: -32000->+32000 (11 bits, 1 bit dấu)
Đơn cực: 0->32000 (12 bits)
Trở kháng ngõ vào: >10 M Ohms
Điện áp hoạt động 20V-28.8V
Loại ngõ vào: Vi sai
Bảng 2.1. Các công tắc định cấu hình module Analog.
Hình 2.11 Các contact định cấu hình và các chiết áp chỉnh trong Module EM235
Thời gian chuyển đổi: tối đa 250 μs
Sai số cực đại: 2% của tầm đo
Đối với Module Analog output:
Ngõ ra áp: Rmin = 5000 Ohms
Ngõ ra dòng: Rmin = 500 Ohms
Tầm ngõ ra:
14
Ngõ ra áp: -10V->+10V
Ngõ ra dòng: 0->20mA
Các bước để diều chỉnh đầu vào
1. Tắt nguồn của Module, chọn tầm đầu vào theo yêu cầu,
2. Bật nguồn lên cho CPU và Module sau đó để chờ hoạt động ổn định trong 15
phút.
3. Sử dụng nguồn hoặc áp chuẩn dùng để đưa tín hiệu 0 vào một trong ba đầu vào.
4. Đọc giá trị mã PLC đọc được bằng kênh đầu vào thích hợp.
5. Chỉnh giá trị Offset có thể cho đến khi giá trị vào là 0 hoặc nhận ra giá trị data.
6. Đặt giá trị tín hiệu toàn tầm đỏ vào ngõ vào, đọc giá trị mã CPU nhận được.
7. Chỉnh độ lợi có thể cho đến khi giá trị đọc được là 32000 hay nhận giá trị data.
8. Lập lại các quá trình chỉnh Gain và Offset cho đến khi đạt yêu cầu.
Để chọn điện áp giới hạn đầu vào cho module EM235, ta bật các công tắc trên
module theo các vị trí đã được ấn định tương ứng với từng dãy điện áp đầu và độ phân
dải của tín hiệu vào theo bảng 2.1.
Sơ đồ kết nối cảm biến với module analog được thể hiện như hình sau:
Hình 2.12 Sơ đồ đấu nối dây với modul analog
15
2.2.5 Đọc xung tốc độ cao trong PLC
Để đọc xung tốc độ cao, ta thực hiện các bước sau cho việc định dạng Wizard:
Chọn Wizard đọc xung tốc độ cao High Speed Counter
Hình 2.12 Chọn mode đọc xung tốc độ cao và loại counter nào (HC0, HC1,..)
Tùy từng loại ứng dụng mà ta có thể chọn nhiều mode đọc xung tốc độ cao khác nhau,
có tất cả 12 mode đọc xung tốc độ cao như sau:
Hình 2.14 Mode 0,1,2: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bít nội
Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có Bit Start.
16
Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt
đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các bit Start cũng như Reset là các
ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Hình 2.15 Mode 3,4,5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bít
ngoại, tức là có thể chọn từ ngõ vào input
Mode 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset.
Mode 4: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có Start.
Mode 5. Đếm tăng hoặc giảm, có bít Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt
đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset. Các bit Start cũng như Reset là các
ngõ Input chọn từ bên ngoài.
Hình 2.16 Mode 6,7,8: Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung để đếm tăng và
một xung đếm giảm
17
