NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY TRỤNG TRONG DÂY CHUYÊN GIẾT MỔ GIA CẦM ỨNG DỤNG PLCS7200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC THÔNG
SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY TRỤNG TRONG DÂY
CHUYÊN GIẾT MỔ GIA CẦM ỨNG DỤNG PLC-S7200

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HỮU HOÀNG
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên học: 2006-2010

Tháng 08 năm 2010
1


NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA
MÁY TRỤNG TRONG DÂY CHUYÊN GIẾT MỔ GIA CẦM ỨNG DỤNG
PLC-S7200

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN HỮU HOÀNG

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

2


LỜI CẢM TẠ

Trong quá trình làm đề tài “nghiên cứu điều khiển tự động các thông số làm
việc của máy trụng trong dây chuyền giết mổ gia cầm ứng dụng PLC S7-200” đã nhận
được rất nhiều ý kiến đóng góp, giúp đỡ và hướng dẫn rất chân tình từ thầy cô, gia
đình, các anh chị khóa trước và bạn bè đặc biệt là quý thầy cô khoa cơ khí công nghệ
của trường, cụ thể là thầy TS.Nguyễn Văn Hùng. Chính những thầy này tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho em tìm hiểu, thông suốt hơn về lĩnh vực mà em nghiên cứu
Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tất cả thầy cô, gia đình, anh chị
và bạn bè. Chính nhờ sự tận tâm nhiệt thành của mọi người mà em hoàn thành tốt đề
tài này
Em cũng xin thành thật biết ơn quý thầy cô trong trường đã dạy dỗ em trong
suốt khóa học vừa qua để em có kiến thức thực hiện đề tài này
Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 07 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Hoàng

3


TÓM TẮT
Đề tài “nghiên cứu điều khiển tự động các thông số làm việc của máy trụng
trong dây chuyền giết mổ gia cầm ứng dụng PLC S7-200” được tiến hành tại bộ môn
cơ điện tử
Kết quả thu được:

Mô hình máy trụng chế tạo được đồng dạng theo thực tế gồm: buồng chứa
nước trụng, ống đo mực nước.
Kết quả thiết kế cấu tạo bộ phận điều khiển tự động các yếu tố gồm: nhiệt độ
nước trụng, lưu lượng nước trong máy trụng, tốc độ băng chuyền. Nhiệt độ nước trụng
được điều khiển theo hai kiểu: kiểu điều khiển ON- OFF và kiểu điều khiển PID, lưu
lượng nước được điều khiển theo phương pháp PID, tốc độ băng chuyền được điều
khiển qua biến tần
Kết quả khiểm nghiệm cho thấy toàn bộ hệ thống hoạt động tương đối ổn định.
Nhiệt độ được điều khiển ở 650C, mực nước ở 15 lít và tốc độ băng chuyền chạy ổn
định

4


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa ………...……………………………………………………………….......i
Cảm tạ ……………………..……………………………………………….......…...ii
Tóm tắt …………………………………………………………………...…..…..…iii
Mục lục ………………………………………………………………………..….…iv
Danh sách các hình …………………………………………………………..….…..vi
Danh sách các bảng …………………………….……………...……………..….…vii
CHƯƠNG 1.MỞ ĐẦU …………………………...………………………….….…10
CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN …………………………...…………………….….…12
2.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị giết mổ gia cầm ………………….….….12
2.1.1 Công nghệ giết mổ gia cầm ………………………………………...……12
2.1.2. Máy trụng trong hệ thống giết mổ gia cầm …………………………...…...12
2.1.3 Một số kết quả nghiên cứu về máy trụng trong dây chuyền giết mổ gà .….14
2.1.3.1 Máy trụng kiểu mẽ …………………………………...………….….….14
2.1.3.2 Máy trụng kiểu liên tục ……………………………………….....……..14

2.2 Tổng quan về PLC ứng dụng trong điều khiển trong máy trụng ………...….15
2.2.1 Sơ lược về PLC ………………………………………………...…...…..…..15
2.2.1.1 Bộ nhớ PLC: gồm 3 vùng chính …………………………………….…...16
2.2.1.2 Vòng quét chương trình ………………………………………….....…....17
2.2.1.3 Cấu trúc chương trình …………………………………………...….…....18
2.2.2 Giới thiệu về CPU 222 ...................................................................................20
2.2.3 Ưu điểm của PLC ………...…………………………………….…...….…. .21
2.2.4 Kết nối PLC với thiết bị ………………………………………....…...……..22
2.2.5 Giới thiệu về module analog EM235 của PLC S7 200 ……….……...……..22
2.2.6 Lệnh vòng lặp PID ………………………………………….………...……..28
2.2.7 Giới thiệu về cảm biến PT100 ……………………….………………...….....28
2.2.8 Cảm biến mực nước ……………………………………………..........…….29
2.2.5 Tổng quan về phần mềm wincc ……………………………………..….......30
2.2.6 Giới thiệu phần mềm PC ACCESS ………………………...………..……..31
5


CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……..……......32
3.1 Nội dung nghiên cứu ………………………………………….….….…...…32
3.2 Phương pháp nghiên cứu ………………………………………….…….…....32
3.3 Phương tiện thực hiện …………………………………………………….......32
3.3.1 Thiết bị phần cứng ……………………………………………….…….….32
3.3.2 Thiết bị được sử dụng trong thiết kế điều khiển …………………..........…32
3.4 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………....….…..32
3.4.1 Phương pháp lý thuyết ……………………….………………….……….32
3.4.2 Phương pháp thiết kế phần điều khiển tự động ……………………….....33
3.4.3 phương pháp điều khiển PID …………………………………………....…33
3.4.4 Điều khiển máy trụng qua phần mềm WinCC 6.0 …………….……….…35
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN …………………………………..…36
4.1 Chế tạo mô hình thiết bị trụng gà ……...………………..…………...…....36

4.2 Kết quả thiết kế cấu tạo các bộ phận điều khiển tự động …...……….…...…36
4.2.1 Điều khiển nhiệt độ ……...….……………………………………….….38
a. Phương pháp điều khiển ON-OFF ……………………………………….….39
b. Phương pháp điều khiển vòng kín bằng PID ………………………….…….42
4.2.2 Điều khiển lưu lượng nước ………………………………………....…….46
4.2.3 Điều khiển tốc độ băng chuyền ……………..…………………….….…47
4.2.4 Điều khiển máy trụng qua phần mêm WinCC 6.0 …………...…….…….50
4.3 Kết quả khảo nghiệm sơ bộ .…………………………………………….…..52
4.4 Nhận xét chung ………………………………………………………….…..53
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ …………………………………….….54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………..….55
PHỤ LỤC ……………………………………………………………………….…57

6


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1. Qui trình giết mổ gia cầm ………………………………………………12
Hình 2.2 Sơ đồ máy trụng nước nóng kết hợp với dòng khí sục ………………...13
Hình 2.3 Sơ đồ máy trụng kiểu mẽ ………………………………………………14
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy trụng ………………………………………….....15
Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển dùng PLC …………………..………...20
Hình 2.6 CPU và một Module ………………………………………………...…..21
Hình 2.7. Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị điều khiển ……………………...…..22
Hình 2.8 Các contact định cấu hình và các chiết áp chỉnh trong ……………...…..24
Module EM235

Hình 2.9 Sơ đồ khối các ngõ vào của EM235 ……………………………...………25
Hình 2.10 Khâu chuyển đổi A/D (ngõ vào Module EM235) ……………….....…...25
Hình 2.11 khâu chuyển đổi D/A (ngỏ ra module EM235) …………………...….....26
Hình 2.12 Sơ đồ kết nối PLC điều khiển nhiệt độ ……………...………..……....28
Hình 2.13. Lệnh gọi vòng lặp PID ………………………………………………....28
Hình 2.14 cảm biến PT100 ……………………………………………...........…...29
Hình 2.15. Cảm biến mực nước …………………………………………………...29
Hình 3.1. Quá trình quá độ của máy trụng ……………………………..…..….....34
Hình 4.1. Sơ đồ cấu tạo máy trụng liên tục được điều khiển nhiệt độ ………..….36
bằng điện trở
Hình 4.2 Sơ đồ khối bộ phận điều khiển máy trụng ………………………….…37
Hình 4.3 Giao diện điều khiển máy đánh lông thông qua WinCC .........................38
Hình 4.4 Biểu đồ nhiệt độ nước trong máy trụng …………………………….…..39
Hình 4.5 Giải thuật điều khiển nhiệt độ kiểu ON-OFF …………………………..39
Hình 4.6 Sơ đồ điều khiển ON-OFF ……………………………………...……....40
Hình 4.7 Mạch điều khiển ON-OFF ………………………………………….…40
Hình.4.8 Đồ thị biến thiên nhiệt độ nước trụng điều khiển bằng ON-OFF …....…41
Hình 4.9 Đồ thị nhiệt độ máy trụng với T đặc =65oC ……………………….....…..41
Hình 4.10 Giải thuật điều khiển PID ………………..……………………….….42
7


Hình 4.11 Sơ đồ điều khiển vòng kín …………………………..………………..43
Hình 4.12 Đặc tuyến của máy trụng ……………………..……………………..44
Hình 4.13 Sơ đồ khối bộ biến đổi điện áp ……………………………………...44
Hình 4.14 Mạch kích thyristor ………………………………………………….45
Hình 4.15 Dạng sóng điện áp ra ………………………………………...……....45
Hình 4.16 Quan hệ tuyến tính giũa điện áp và góc kích ………………………..45
Hình 4.17. Biểu đồ mực nước ……………………………………………………46
Hình 4.18 Điều khiển lưu lượng nước trụng ……………………………………46

Hình 4.19 Giao diện Wincc 6.0 điều khiển tốc độ băng chuyền ………………...48
Hình 4.20.Hệ thống xích treo ……………………………………………………48
Hình 4.21. Sơ đồ khối điều khiển vận tốc băng chuyền ........................................49
Hình 4.22. Lưu đồ giải thuật điều khiển vận tốc băng chuyền ..............................50
Hình 4.23 Giao diện Wincc 6.0 điều khiển máy trụng long ……………………..51
Hình 4.24 Giao diện Wincc 6.0 về dây chuyền giết mỗ gia cầm ………………...51
Hình 4.25 Biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc nhiệt độ theo thời gian ………………52
Hình 4.26 Biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc mực nước theo thời gian ……………52
Hình 4.27 Biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc tốc độ băng chuyền theo thời gian ….53

8


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1 Các công tắt định cấu hình Module Analog EM235 …………………..24
Bảng 2.2 12 bit dữ liệungỏ vào ………………………………………………..…26
Bảng 2.3 12 bit dữ liệu ngỏ ra ………………………………………………..…..27
Bảng 3.1 cách xác định thông số PID ……………………………………....…..34
Bảng 4.1 Các thiết bị trong điều khiển máy trụng ………………….…….....…..38
Bảng 4.2 Số liệu nhiệt độ ………………………………………………….……..43

9


Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1

Đặt vấn đề
Trong tình hình đất nước ta hiện nay, gia nhập WTO đã thúc đẩy nền kinh tế

không ngừng phát triển, tạo cơ hội cho các doanh nghiệp giao lưu buôn bán với các
nước trong khu vực và trên thế giới. Việc cải tiến, tự động hóa các máy móc thiết bị,
nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm được các doanh nghiệp quan tâm triệt
để nhằm nâng cao sức cạnh tranh, mở rộng thị trường. Song song đó vấn đề an toàn
vệ sinh thực phẩm là một trong những chủ trương của chính phủ, việc hoàn thiện
công nghệ và thiết bị sản xuất thịt gia cầm sạch, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm
mà trong đó khâu giết mổ đóng vai trò rất quan trọng nhằm đáp ứng nhu cầu cho
người tiêu dùng và có ý nghĩa rất lớn trong việc giảm dịch bệnh. Hơn nữa, đây là
một trong những giải pháp cần thiết và cấp bách thực hiện chỉ thị 30/2005/CT-TTg
được ký ngày 26/9/2005 của thủ tướng Chính phủ về quy hoạch giết mổ trong phạm
vi cả nước.
Với nhu cầu giết mổ gia cầm qui mô tập trung và đảm bảo an toàn vệ sinh
thực phẩm theo chủ trương của chính phủ, nhiều tỉnh thành đã qui hoạch giết mổ và
nhiều công ty đã đầu tư các dây chuyền năng suất lớn, tự động. Tuy nhiên hầu hết
các dây chuyền hiện đại này điều nhập từ nước ngoài với giá thành cao và một số
yếu tố hoạt động chưa phù hợp với điều kiện Việt Nam. Vì vậy nghiên cứu thiết bị
thuộc hệ thống giết mổ gà là cần thiết và có ý nghĩa lớn góp phần hạ giá thành thiết
bị và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Trong hệ thống giết mổ gà, máy trụng là một trong các khâu quan trọng ảnh
hưởng đến năng suất, chi phí năng lượng và chất lượng sản phẩm. Một số nghiên
cứu về máy trụng đã được

công bố như patent số 2479395, 2571032,

4947528,4852215, 2649615, 4996741.

Theo James Jerrel, 1970, A Wastewater Characterization of the Poultry
Processing Industry, Master’s thesis, University of Arkansas, p 20, các chế độ trụng
gà được phân loại thành các kiểu trụng mềm với nhiệt độ từ 510C÷550C trong thời
gian 90÷120 giây, và trụng cứng với nhiệt độ từ 590C ÷650C trong thời gian 30÷75
10


giây.
Theo Nguyễn Văn Hùng, 2007, Kết quả nghiên cứu về công nghệ và thiết bị
giết mổ gia cầm phù hợp điều kiện Việt Nam, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Nông Lâm
Nghiệp, quá trình trụng nước nóng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau khi đánh
lông. Nhiệt độ và thời gian trụng phải xác định phù hợp cho từng loại gia cầm. Máy
trụng thiết kế theo nguyên lý liên tục với hệ thống sục khí làm cho tất cả các phần
trên gia cầm được trụng đều.
Tuy nhiên, nhằm nâng cao mức độ tự động hóa thiết bị của máy trụng phụ thuộc
vào các yếu tố làm việc như nhiệt độ trụng, thời gian trụng và lưu lượng nước
trụng, và với mong muốn ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế, 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 chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu điều khiển tự động các thông số làm việc của máy trụng trong dây
chuyền giết mổ gia cầm ứng dụng PLC S7-200”
1.2

Mục đích đề tài
Nghiên cứu điều khiển tự động các thông số làm việc của máy trụng trong dây

chuyền giết mổ gia cầm ứng dụng PLC S7-200 nhằm mục đích phục vụ hữu ích cho
việc thiết kế, chế tạo và sử dụng hệ thống trụng liên tục trong dây chuyền giết mổ gà
đáp ứng nhu cầu. Thông qua điều khiển những kiến thức về PLC, cải tiến một số cơ
cấu của máy và giám sát toàn bộ quá trình thông qua máy tính nhằm nâng cao năng

suất và chất lượng sản phẩm.
Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng hữu ích không những phụ vụ việc
thiết kế chế tạo máy trụng tự động trong dây chuyền giết mổ gia cầm mà còn có thể
được sử dụng làm cơ sở đào hoặc nghiên cứu có liên quan

11


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về công nghệ và thiết bị giết mổ gia cầm
2.1.1 Công nghệ giết mổ gia cầm
Theo Matusovic, Svoboda, 1976, hệ thống giết mổ gia cầm được chia ra làm
các công đoạn như :
- Hệ thống xử lý trước khi chế biến.
- Hệ thống giết mổ.
- Hệ thống xử lý sau chế biến.

Hình 2.1. Qui trình giết mổ gia cầm
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 trụng trong hệ thống giết mổ gia cầm
Quá trình trụng nước nóng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sau khi đánh
12


lông. Nhiệt độ, thời gian trụng, lưu lượng nước trụng phải xác định phù hợp cho
từng loại gia cầm để sản phẩm được sạch mà không bị rách da.
Theo James Jerrel, 1970. A Wastewater Characterization of the Poultry

Processing Industry, Master’s thesis, University of Arkansas, p 20, các chế độ trụng
gà được phân loại thành các kiểu trụng mềm với nhiệt độ từ 510C÷550C trong thời
gian 90÷120 giây, và trụng cứng với nhiệt độ từ 590C ÷650C trong thời gian 30÷75
giây.
Hiệu quả quá trình trụng nước nóng được nâng cao khi nhiệt độ nước ổn định
và kết hợp với dòng nước sục mạnh.
Nguyên lý trụng gà thể hiện như hình 2.2. Gà sau khi cắt tiết di chuyển một
đoạn trên dây chuyền cho tiết chảy ra hết sau đó đi vào bộ phận trụng. Bộ phận này
làm việc nhờ dòng không khí thổi sục trong nước nóng tạo ra nhiều bọt khí giúp cho
gà dễ chìm hơn. Mực nước và nhiệt độ trong máy được điều khiển tự động.

(a). Sơ đồ nguyên lý

(b). Máy trụng nước nóng
Hình 2.2. Sơ đồ máy trụng nước nóng kết hợp với dòng khí sục
2.1.3 Một số kết quả nghiên cứu về máy trụng trong dây chuyền giết mổ gà
2.1.3.1 Máy trụng kiểu mẽ
¾ Theo Herrick Kimball, 2005, sơ đồ máy trụng kiểu mẽ như hình 2.3, nguyên lý
13


hoạt động như sau:
Gà được móc vào giá (2), quá trình trụng được tiến hành nhờ động cơ (5) và
tay quay (6) làm cho dây cáp (4) kéo, thả ống treo gà chuyển động lên xuống để
nhúng gà vào thùng trụng (1).
- Ưu điểm: Giá thành rẻ, dễ sử dụng, linh động, phù hợp với các dây chuyền
giết mổ qui mô nhỏ.
- Nhược điểm: Máy trụng kiểu mẽ có năng suất thấp, nhiệt độ và lưu lượng
nước trụng không đều do máy không có hệ thống điều chỉnh nhiệt độ và lưu lượng
nước.

(a) Sơ đồ nguyên lý
(b) Máy máy trụng kiểu mẽ
Hình 2.3. Sơ đồ máy trụng kiểu mẽ.
1.Thùng nước nóng; 2. Móc treo gà; 3. Ống treo gà; 4. Dây cáp; 5. Động cơ;
6. Tay quay
2.1.3.2 Máy trụng kiểu liên tục
¾ Theo Nguyễn Văn Hùng, 2007, máy trụng liên tục được thiết kế như hình
2.4.

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý máy trụng
1.Khung và đường ray; 2.Móc treo gà;
14


3.Buồng trụng chứa nước có sục khí; 4.Gà; 5.Ống đo mực nước
Gà được treo lên dây chuyền (1,2), sau khi bị gây choáng sẽ đi qua máng cắt
tiết rồi vào bể trụng (3) có nhiệt độ từ 650 đến 750C, tùy theo loại. Đây là khoảng
nhiệt độ đảm bảo cho gà không bị tróc da và dập.
Đối với máy trụng kiểu liên tục, chất lượng sản phẩm gà tốt nhất phụ thuộc vào
chế độ hoạt động với hai yếu tố nhiệt độ trụng 650C và thời gian trụng 156 giây.
- Ưu điểm:
Năng suất cao, chi phí công nhân giảm, thời gian trụng, nhiệt độ trụng và lưu
lượng nước trụng được khống chế đều hơn, phù hợp với các dây chuyền giết mổ qui
mô lớn.
- Nhược điểm:
Giá thành cao hơn máy trụng kiểu mẽ.
2.2 Tổng quan về PLC ứng dụng trong điều khiển trong máy trụng
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.
15


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 logic của tất cat 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 viecj 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:
16


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 phượng, được các khối chương trình OB1,
chương trình con, chương trình ngát 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 lối.
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 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 dứ liệu từ đối tượng để sử lí, 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 thựccuar 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
khôi OB40, OB80.., chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét
17


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 sử 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.
18


- 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.
Một hệ thống PLC cơ bản gồm hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central
Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ ra (I/O).
- Thiết bị đầu vào (Input): gồm có các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như nút
nhấn, cảm biến, công tắc hành trình,...
- Cơ cấu chấp hành (Actuators): gồm các thiết bị điều khiển như chuông, đèn,
công tắc, động cơ, van khí nén, điện trở, máy bơm, LED(Light Emitter Diode) hiển
thị.
- Chương trình điều khiển (Program): định ra qui luật thay đổi tín hiệu đầu ra
(Output) theo tín hiệu đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều khiển được
tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dùng cầm tay (Hand-hold programmer
PG) hoặc chạy bằng phần mềm điều khiển trên máy vi tính sau đó được nạp vào
PLC thông qua cổng nối giữa PLC và máy tính.
- Khối điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit) gồm ba phần: bộ
phận xử lý, bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.
Sơ đồ khối một hệ thống được điều khiển bằng PLC được thể hiện như hình 2.5.

Hình 2.5. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển dùng PLC
2.2.2 Giới thiệu về CPU 222
- Đặc tính:
19


 Điện áp vào AC 220V
 Cổng vào DC
 Cổng ra relay
+ Kích thuớc bộ nhớ chuơng trình cho phép 12 KB
+ Kích thuớc bộ nhớ dữ liệu cho phép 8 KB
+ Khả năng lưu trử khi cúp điên: 190 giờ

+ Tốc độ thực hiẹn lệnh lôgic: 0.37 µs/lệnh
+ Số bít bộ nhớ nội: 256 bits.
+ Số timer: 256 timers trong đó có 3 độ phân giải là 1ms, 10ms, 100ms, timer
đếm có nhớ đếm hay không nhớ
+ Số bộ đếm: 256 counters
+ Số bộ đếm tốc độ cao: tốc độ tần số tối đa 30 KHz
+ Số cổng vào ra: 8 cổng vào/ 6 cổng ra.
-

Đầu vào:
+ Tầm ở trạng thái ON: 15-30 VDC, dòng nhỏ nhất là 4 mA
+ Trạng thái ON bình thường : 24 VDC, 7mA
+ Trạng thái OFF lớn nhất: 5 VDC, 1mA

-

Đầu ra:
+ Kiểu đầu ra: Relay hoặc contact
+ Tầm điện áp: 5 đến 30 VDC/220 VAC.
+ Dòng tải tối đa: 2 A/điểm; 8 A/common
+ Quá dòng: 7 A với contact đóng
+ Điện trở cách li: nhở nhất 100 M Ω
+ Thời gian chuyển mạch tối đa là: 10 ms

-

Nguồn cung cấp:
+ Tầm áp trên/tần số: 85 đến 264 VAC, ở tần số 47 đến 63 Hz
+ Thời gian quét (tốc độ refesh): nhỏ nhất là 20 ms ở áp 110 VAC
+ Dòng đột biến: trị đỉnh 20 A ở 264 VAC

+ Cầu chì: 2A- 250 VAC

20


Hình 2.6. CPU và một Module
2.2.3 Ưu điểm của PLC:
PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và Relay,
mạch tích hợp, IC số không thể nào sánh được :
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ nên dễ dàng di chuyển, lắp đặt.
- Dễ bảo quản, sửa chữa.
- Bộ nhớ có dung lượng lớn, nạp xóa dễ dàng, chứa được những chương trình phức
tạp.
- Độ chính xác cao.
- Khả năng xử lý nhanh.
- Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp được với nhiều thiết bị khác, máy tính, mạng, các thiết bị điều khiển khác
2.2.4 Kết nối PLC với thiết bị
Hình 2.7 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,…

21


Hình 2.7. Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị điều khiển
2.2.5 Giới thiệu về module analog EM235 của PLC S7 200
* Các loại modul analog
EM231: 4 analog inputs (6ES7 231–0HC22–0XA0)

EM232: 2 analog outputs (6ES7 232–0HB22–0XA0)
EM235: 3 analog inputs, 1 analog output (6ES7 235–0KD22–0XA0)
Trong đề tài này sử dụng modul analog EM235
♣ Đặc điểm chung:
Gồm 3 ngỏ vào analog và 1 ngỏ ra analog
Công suất tiêu tán: 2 W
♣ Đầu vào:
Trở kháng vào: ≥ 10 MΩ
Điện áp cực đại ngỏ vào: 30 VDC.
Dòng điện cực đại ngỏ vào: 32 mA
Có các bộ chuyển đổi ADC, DAC (12 bit)
Thời gian chuyển đổi analog sang digital: < 250 μs
Đáp ứng đầu vào của tính hiệu tương tự: 1.5 ms đến 95%
Chế độ Mode chung: điện áp vào đầu cộng của chế độ Mode chung nhỏ hơn hoặc
bằng 12V
Kiểu dữ liệu đầu vào:
+ Kiểu không dấu tầm từ 0 đến 32000
+ Kiểu có dấu tầm từ -32000 đến 32000
22


♣ Đầu ra:
Phạm vi áp ngỏ ra: +/-10V
Phạm vi dòng điện ngỏ ra: 0 đến 20mA
Độ phân giải toàn tầm:
+ Điện áp: 12 bit
+ Dòng điện: 11 bit
Có led báo trạng thái.
Có núm điều chỉnh OFFSET và chỉnh GAIN
Kiểu dữ liệu đầu ra:

+ Kiểu dữ liệu không dấu: tầm từ 0 đến 32000
+ Kiểu dữ liệu có dấu: tầm từ -32000 đến 32000
Thời gian gửi tính hiệu đi:
+ Điện áp: 100 μs
+ Dòng điện: 2 ms
Có các contact để lựa chọn phạm vi áp ngỏ vào (contact ở một trong hai vị tri ON
hoặc OFF): contact 1 lựa chọn cực tính áp ngõ vào On đối với áp đơn cực, OFF đối
với áp lưỡng cực: contact 1, 2, 3, 4, 5 chọn phạm vi điện áp
Các bước chỉnh đầu vào.
-

Tắt nguồn của module chọn tầm đầu vào theo yêu cầu

-

Bật nguồn lên cho CPU và module sau đó để cho hoạt động 15 phút

-

Sử dụng nguồn dòng hoặc áp chuẩn dụng để đưa tính hiệu 0 và 1 trong 3 đầu

vào
-

Đọc giá tri mà PLC đọc được bàng kênh đầu vào thích hợp

-

Chỉnh giá tri Offset có thể cho dến khi giá trị đọc vào là 0 hoặc nhận ra giá tri

Data
-

Đặc giá trị tính hiệu toàn tầm đo vào ngỏ vào, đọc già tri mà CPU nhận được

-

Chỉnh độ lợi có thể cho đến khi giá tri đọc được là 32000 hay nhận được giá trị

Data
-

Lặp lại các quá trình chỉnh Gain và Offset cho đến khi đạt yêu cầu

Bảng 2.1 Các công tắt định cấu hình Module Analog EM235

23


Hình 2.8. Các contact định cấu hình và các chiết áp chỉnh trong
Module EM235

Hình 2.9. Sơ đồ khối các ngõ vào của EM235

24


Hình 2.10. Khâu chuyển đổi A/D (ngõ vào Module EM235)
Tính hiệu tương tự được đưa vào các đầu vào A+, A-, B+, B-, C+, C-, sau đó qua
các bộ lọc nhiễu, qua bộ đệm, bộ suy giảm, bộ khuếch đại rồi đưa đến khối chuyển đổi

ADC, chuyển đổi tính hiệu tương tự sang tính hiệu số 12 bit. 12 bit dữ liệu này được đặt
bên trong từ ngỏ vào analog của CPU như sau:
Bảng 2.2 12 bit dữ liệu ngỏ vào
Bit
AIWxx

MSB
15
0

Đơn cực
Bit dữ liệu
14 ← 3
Dữ liệu 12 bit
Lưởng cực

2
0

1
0

LSB
0
0

Bit dữ liệu
LSB
Bit
15 ← 4

3
2
1
0
AIWxx
Dữ liệu 12 bit
0
0
0
0
Sau đó 12 bit dữ liệu ra từ bộ chuyển đổi ADC được canh trái trong từ dữ liệu.
Bit MSB là bit dấu: 0 dùng để diển tả giá trị từ dữ liệu dương, 1 dùng để diển tả giá trị từ
dữ liệu âm.

25