Đồ án tốt nghiệp - “nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều khiển tự động máy xấn tôn”

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế hệ thống cung cấp
điệ Nghiên cứu, ứng dụng
PLC trong điều khiển tự
động máy xấn tôn








Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





1
“Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều
khiển tự động máy xấn tôn”

Chương I



GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN
LOGIC KHẢ LẬP TRÌNH (PLC)

1.1. Khái niệm về PLC.

PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic
Controller
Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National
Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển
mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian,
đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các
bộ xử lý. Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp
theo ch
ương trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công
nghiệp để thực hiện một dãy quá trình.

1.2.Điểm mạnh và điểm yếu của PLC.

a)Điểm mạnh của PLC
Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như
sau:
- PLC dễ dang tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình

- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác
động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ
dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại ch
ỗ những vấn
đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





2
dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế,
người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ
điều khiển chu trình.
Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm
ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo
dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn
- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín
hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle.
- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không
cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp
điểm và không tiếp điểm.
Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức
năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để
thực hiện chức năng đó.
Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến
thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng
như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc
Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động

bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà
chương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần
mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bên ngoài.
Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính.
- Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp
tới b
ộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O
này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng
chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và
chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà
các dụng cụ ngoài có thể làm việc được.
- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất
nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle,
thì ở PLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương
trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băng catssete hay đĩa
CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại.
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





3
- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được
đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp
điều khiển bằng rơle trước đây,
- Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp
điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm.

b) Điểm yếu của PLC
Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra
các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn
cục về hợp thức hoá.
Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt
hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle.

1.3.Cấu trúc của PLC :

Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý,
bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình.
(Hình 1.1)













Bộ xử lý
Giao

diện nhập
Giao
diện xuất
N
g
uồn côn
g
suất
Bộ nhớ
Thiết bị
lập trình
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





4

Hình 1.1
a) Bộ xử lý của PLC :
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi
xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển
theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các
quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
b) Bộ nguồn:
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp
DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module
giao diện nhập và xuất.

c) Bộ nhớ:
Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều
khiển, dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý.
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ :
Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng
lưu trỡ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho
chương trình của người dùng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ
thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng
hồ thời chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác.
RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi.
Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào,
ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành
cho dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các
giá trị của bộ đếm, các giá trị củ
a đồng hồ thời chuẩn, vv…
Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được ( EPROM ) Là các ROM
có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú
trong ROM.
Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả
các PLC đều có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do
người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên để tránh mất mát
chương trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ác quy để duy
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp

5
trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi được cài đặt vào RAM
chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường
là module có khoá nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu.
Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất ( I/O).
Dung lượng lưu trữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhị
phân có thể lưu trữ được. Như vậy nếu dung lượng bộ nhớ là 256 từ, bộ
nhớ có thể lưu trữ 256
×
8 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 256
×
16 = 4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit.
d) Thiếp bị lập trình.
Thiết bị lập trình được sử dụng để nhập chương trình vào bộ nhớ của
bộ xử lý. Chương trình được viết trên thiết bị này sau đó được chuyển
đến bộ nhớ của PLC.


e) Các phần nhập và xuất.
Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền
thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể đến từ các
công tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv… Các thiết bị xuất có thể đến các
cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid vv…

1.4.Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC.

Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU)
chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/ xuất. CPU điều khiển
và xử lý mọi hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý trung tâm được
trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng từ 1 đến 8 MHz. Tần số này

quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và
đồng
bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC được
truyền dưới dạng các tín hiệu digital. Các đường dẫn bên trong truyền
các tín hiệu digital được gọi là Bus. Về vật lý bus là bộ dây dẫn truyền
các tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dây dẫn trên bản mạch in hoặc
các dây điện trong cable bẹ. CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệu
giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ
liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt
Trng i hc Bỏch Khoa H Ni ỏn Tt Nghip





6
ng iu khin ni b. Bus h thng c s dng truyn thụng
gia cỏc cng v thit b nhp /xut.
Cu trỳc ca PLC c minh ho nh s sau.








CPU
Cu hỡnh CPU tựy thuc vo b vi x lý. Núi chung CPU cú:
1. B thut toỏn v logic (ALU) chu trỏch nhim x lý d liu, thc

hin cỏc phộp toỏn s hc (cng, tr
, nhõn, chia) v cỏc phộp toỏn
logic AND, OR,NOT,EXCLUSIVE- OR.
Bus địa chỉ
Bus điều khiển
ắc quy
RAM
chơng
trình
ngời
dùng

CPU
Đồng hồ
ROM
Hệ thống
RAM
Dữ liệu
Thiết bị
Nhập/Xuất
Palen
chơng
trình
BUS Hệ thống (I/O)
Bộ đệm
Khớp
nối
quang
Khoá
Bộ truyền động

Giao diện
bộ truyền
động
Các kênh nhập
Các kênh xuất
Bus dữ liệu
Hình 1.2
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





7
2. Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng
để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chương trình.
3. Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các
phép toán.

BUS
Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin
được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị
phân 1 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Thuật
ngữ từ được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó. Vì vậy
một từ 8 - bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8- bit này được truyền
thông đồng thời theo dây song song của chúng. Hệ thống PLC có 4 loại
bus.
1. Bus dữ liệu: tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU.
Bộ xử lý 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có
thể thực hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết

quả theo giá trị 8- bit.
2. Bus địa chỉ: được sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ
nhớ. Như vậy mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí
nhớ được gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ được gán một địa
chỉ sao cho dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định. để CPU có thể
đọc hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ
được truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8-bit, hoặc
số lượng địa chỉ phân biệt là 2
8
= 256. Với bus địa chỉ 16 đường số
lượng địa chỉ khả dụng là 65536.
3. Bus điều khiển: bus điều khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng
để điều khiển. Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu
từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian
được dùng để đồng bộ hoá các hoạt động.
4. Bus hệ thống: được dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất
và các thiết bị nhập/xuất.

Bộ nhớ
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ như: bộ nhớ chỉ để đọc
(ROM), bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





8
và lập trình được (EPROM). Các loại bộ nhớ này đã được trình bày ở
trên.

Chương II


CÁC THIẾT BỊ NHẬP- XUẤT


Các thiết bị nhập/ xuất trong PLC bao gồm: các tín hiệu digital và
analog, Chẳng hạn các công tắc cơ dò tìm vị trí, các công tắc proximity,
các công tắc quang điện, các bộ mã hoá, các công tắc nhiệt độ và công
tắc áp xuất, các đồng hồ điện áp các biến áp vi sai tuyến tính, các đồng
hồ biến dạng, các transitor nhiệt, các cặp nhiệt điện. Các thiết bị xuất
gồm rơle, các thiết bị tiếp xúc, các van solenoid, và động cơ v.v…

2.1 Các thiết bị nhập:

Một số các thiết bị nhập thông dụng cho PLC:

2.1.1 Công tắc cơ :
Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng- mở, hoắc các tín hiệu là kết quả của
tác động cơ học làm công tắc mở hoặc đóng. Loại công tắc này có thể

được sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết gia công trên bàn
máy, do chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng. Sự vắng mặt
củ
a chi tiết gia công được biểu thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của
chi tiết gia công được biểu thị bằng công tắc đóng.
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





9
2.1.2 các bộ cảm biến.
Hiện nay các bộ cảm biến được sử dụng rộng rãi trong việc đưa tín hiệu
đầu vào của PLC. Có rất nhiều loại cảm biến.
a) bộ cảm biến quang điện:
Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vận hành theo kiểu truyền
phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm sáng không cho chúng chiếu
tới thiết bị dò hoặc theo kiểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phản
chiếu chùm sáng lên thiết bị dò.
Trong cả hai kiểu, cực phát bức xạ thông 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.

b) Cảm biến nhiệt độ :
Dạng đơn giản của cảm biến nhiệt độ có thể được sử dụng để cung cấp
tín hiệu
đóng – ngắt khi nhiệt độ đạt đến giá trị xác định đó là phần tử
lưỡng kim. Phần tử này gồm hai dải kim loại khác nhau, ví dụ: đồng
thau và sắt, được gắn với nhau. Hai kim loại này có hệ số dãn nở khác
nhau. Khi nhiệt độ tăng dải lưỡng kim sẽ bị uốn cong do một trong hai
kim loại có hệ số dãn nở nhiệt lớn hơn. khi nguội hiệu ứng uốn cong
xảy ra theo chiều ngược lại. Sự chuyển động này của dải lưỡng kim có
thể được sử dụng để ngắt các thiết bị tiếp xúc điện.
c) Cảm biến áp suất:
VËt thÓ
Diode ph¸t quang
ThiÕt bÞ dß quang häc
VËt thÓ
nguån s¸ng
ThiÕt bÞ dß quang häc
C¸c ch©n kÕt
nèi ®iÖn
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





10
Các bộ cảm biến áp suất thông dụng cung cấp các đáp ứng liên quan
đến áp suất là kiểu màng và kiều xếp. Kiểu màng gồm một đĩa mỏng
bằng kim loại hoặc chất dẻo, được định vị theo chu vi. Khi áp xuất ở

hai phía của màng khác nhau, tâm màng bị lệch. Độ lệch này tương ứng
với chênh lệch áp suất ở hai phía và có thể phát hiện nhờ các đồng hồ
biến dạng được gắn với màng hoặc sử dụng bộ lệch này để nén tinh thể
áp điện. Khi tinh thể áp điện bị nén sẽ có sự dịch chuyển tương đối giữa
các điện tích âm và các điện tích dương trong tinh thể đó và các bề mặt
phía ngoài của các tinh thể sẽ tích điện và như vậy hiệu điện thế xuất
hiện.






Ví dụ về loại cảm biến này là bộ cảm biến
Motorola MPX100AP hình 2.3
Bộ cảm biến này có chân không
ở một phía của màng, do đó độ
lệch của màng cung cấp giá trị
áp suất tuyệt đối tác động lên
phía bên kia màng. Tín hiệu ra
là điện áp, tỉ lệ với áp suất tác
động.
Bộ cảm biến áp suất có thể
được sử dụng để đo mức chất lỏng trong thùng chứa. Áp suất do cột
chấ
t lỏng có chiều
cao h so với mức nào đó là h
ρ
g
trong đó

ρ
là tỉ trọng của chất lỏng
và g là gia tốc trọng trường (hình 2.4)




¸p suÊt t¸c dông
C¸c ch©n nèi ®iÖn
H×nh 2.3

§ång hå ¸p
suÊt mμng
ChÊt láng
H×nh 2.4
¸p suÊt t¸c dông
C¸c ch©n nèi ®iÖn
H×nh 2.3
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





11

2.2 Các thiết bị xuất.
Các cổng ra của PLC có kiểu rơle hoặc bộ cách điện quang với các kiểu
Transistor hoặc triac tuỳ theo các thiết bị được kết nối với chúng sẽ
được đóng hoặc mở. Nói chung tín hiệu digital từ kênh suất của PLC

được sử dụng để điều khiển thiết bị kích hoạt, sau đó thiết bị kích hoạt
điều khiển quá trình nào đó. Thuật ngữ thiết bị kích hoạt được sử dụng
cho thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành hoạt động có công suất cao
hơn, sau đó hoạt động này sẽ điều khiển quá trình
Hiện nay PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thuỷ lực,
chúng dùng trong việc điều khiển tự động các van điều khiển hướng
vận hành bằng solennoid.
Van này được sử dụng để điều khiển hướng lưu thông của khí nén hay
dầu ép và cũng được sử dụng để vận hành các thiết bị khác, chẳng hạn
như chuyển động của Piston trong xylanh.
Hình 2.5 minh hoạ kiểu van cuộn được sử dụng để điều khiển chuyển
động của Piston trong xylanh.
Trong sơ đồ trên khí nén hoặc dầu thủy lực được nạp vào cổng P, cổng
này được nối với nguồn áp suất từ bơm hoặc máy nén, và cổng T được
nối kết để cho phép dầu tở về thùng chứa hoặc di vào hộp hệ thống
thủy lực để đẩy không khí ra ngoài. Khi không có dòng điện chạy qua
cuộn solenoid dầu thuỷ lực hoặc khí nén được nạp vào bên phải Piston
và được xả ra ở bên trái , kết quả là Piston di chuyển về bên trái. Khi có
dòng điện đi qua cuộn

ChÊt láng vμo
A
B
P
T
T
Lß xo
Piston-Xilanh
Solenoid
Van 5/2

Dßng ®iÖn qua solenoid kÐo con
tr−ît vÒ bªn ph¶i. Khi kh«ng cã
dßng ®iÖn lß xo kÐo con tr−ît vÒ
bªn tr¸i
ChÊt láng ra
H×nh 2.5
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





12


solenoid van cuộn chuyển dầu hoặc khí nén đến bên trái Piston và được
xả ra ở bên phải. Piston dịch chuyển về bên phải. Sự dịch chuyển của
piston có thể được sử dụng để đẩy bộ chuyển hướng hoặc thực hiện
dạng dịch chuyển khác cần có công suất.

2.2.1 Một số cơ cấu điều khiển, điều chỉnh trong hệ thống thuỷ lực:
Trong hệ thống dầu ép, ngoài cơ cấu biến đổi năng lượng ra còn có rất
nhiều loại cơ cấu điều khiển và điều chỉnh làm các nhiệm vụ khác
nhau, tùy theo công dụng
Các cơ cấu đó có thể được chia ra làm ba loại chính
- Cơ cấu chỉnh áp
- Cơ cấu chỉnh lưu lượng
- Cơ cấu chỉnh hướng.

a) Cơ cấu chỉnh áp.
Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng,
giảm trị số áp suất trong hệ thống.
Van an toàn hay van tràn.
Van an toàn dùng để đề phòng sự quá tải trong hệ thống dầu ép. Khi áp
suất trong hệ thống vượt quá mức điều chỉnh van, van an toàn mở ra để
đưa dầu về bể dầu do đó áp suất giả
m xuống.
Nhiều khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp suất không đổi trong hệ
thống dầu ép. Trong trường hợp này van an toàn đóng vai trò của van
áp lực hoặc van tràn để xả bớt dầu thừa về bể dầu.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu như hình 2.6






H×nh 2.6
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





13

b) Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng.
Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng dùng để xác định lượng chất lỏng chảy
qua nó trong một đơn vị thời gian, và nhơ thế có thể điều chỉnh được
vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thuỷ lực .
Van tiết lưu:
Van tiết lư
u dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu và do đó điều chỉnh vận
tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu như hình 2.7


Đây là một dạng van kim với đầu
côn để có thể điều chỉnh được lưu
lượng đi đến xilanh hay động cơ
thu
ỷ lực. Chính vì vậy có thể điều
chỉnh được vận tốc của xilanh.

c) Cơ cấu điều khiển hướng.
Cơ cấu điều khiển hướng là loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng, mở,
nối liền hoặc ngăn cách các đường dẫn dầu về những bộ phận tương
ứng của hệ
thống thuỷ lực. Cơ cấu điều hướng thường dùng các loại
sau.

Van một chiều.

Van một chiều dùng để điều khiển
hướng chất lỏng đi theo một hướng

và ở hướng kia dầu bị chặn lại.
Trong hệ thống thuỷ lực van một
chiều thường được đặt ở nhiều vị
trí khác nhau tuỳ thuộc vào những mục đích khác nhau.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu như hình 2.8
H×nh 2.7

H×nh 2.8
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





14

Van đảo chiều.
Van đảo chiều là một loại cơ cấu điều khiển dùng đóng, mở các ống
dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều
các xilanh truyền lực hay động cơ dầu bằng cách đổi hướng chuyển
động của dầu ép.
Nguyên tắc làm việc.
Van đảo chiều có rất nhiều dạng khác nhau, nhưng dựa vào một số đặc
điểm chung là số vị trí và số cửa để phân biệt chúng với nhau:
Số vị trí: là số chỗ định vị con trượt của van. Thông thường van đảo
chiều có hai hoặc ba vị trí, ở những trường hợp đặc biệt có thể có nhiều
hơn.
Số cửa (đường): là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo
chiều thường dùng là 2, 3, 5, đôi khi dùng nhiều hơn.

a) Van đảo chiều hai vị trí (2/2)
Tử số chỉ số cửa, mẫu số chỉ số vị trí
Sơ đồ và kí hiệu như hình 2.9
Kí hiệu mỗi vị trí là một ô vuông
Các mũi tên trong các ô chỉ đường
dẫn dầu qua các cửa. Các kí hiệu
giống chữ T trong ô vuông là chỉ
cửa dầu bị chặn

b)Van đảo chiều 3 cửa hai vị trí (3/2)





c)Van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí.





Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





15

d) Van đảo chiều 5 cửa 3 vị trí




















Một số môđun được sử dụng trong hệ thống thuỷ lực :

B
A
b
b
a
PT
a
Va n 4/2
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





16

BA
b
o
a
b
TP

Van 4/3
a
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





17

b
p
B
P
T
A
a
a)
t
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





18

Chương III

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





19
LẬP TRÌNH PLC

Các chương trình dùng trong hệ thống dựa trên bộ xử lý phải được tải
vào hệ thống theo mã máy, đây là chuỗi số theo mã nhị phân để biểu
diễn các lệnh chương trình. Tuy nhiên, có thể sử dụng ngôn ngữ
Assembly, là ngôn ngữ dựa trên thuật nhớ, ví dụ LD được sử dụng để
cho biết hoạt động được yêu cầu để tải thêm dữ liệu tiếp theo LD, và
chương trình máy tính (Assembler ) được dùng để diễn dị
ch thuật nhớ
thành mã máy. Việc lập trình có thể được thực hiện ngay từ đầu bằng
cách sử dụng các ngôn ngữ bậc cao ví dụ C, BASIC, PASCAL,
FORTRAN, COBOL,…Các ngôn ngữ này sử dụng các hàm có sẵn và
được biểu diễn bằng các từ đơn giản hoặc kí hiệu mô tả hàm. Ví dụ,
trong ngôn ngữ C, kí hiệu & được sử dụng cho toán tử logic AND. Tuy
nhiên việc sử dụng các phương pháp này để viết chương trình đòi hỏi
một số kĩ năng lập trình nhất định, trong khi các PLC được nhắm đến
người dùng là các kỹ sư, không đòi hỏi kiến thức quá cao về lập trình.
Do dó việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc thang được nghiên cứu và ứng

dụng. Đây là phương pháp viết chương trình, có thể chuyển thành mã
máy nhờ phần mềm chuyên dùng cho bộ vi xử lý của PLC.
Chương này giới thiệu phương pháp lập trình cho PLC một cách tổng
quát bằng cách sử dụng các sơ đồ thang.












3.1 Sơ đồ bậc thang.

Để giới thiệu về sơ đồ thang ta khảo
C«ng t¾c
Ngâ vμo dc
L1
L2
§éng c¬.
M
H×nh 3.1 a
L1
L2
M
§éng c¬.

C«ng t¾c
H×nh 3.1 b
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





20
sát sơ đồ mắc dây mạch điện như trên
hình 3.1a
Sơ đồ này trình bày mạch điện dùng
để mở hoặc tắt động cơ điện
Ta có thể vẽ lại sơ đồ này theo
cách khác, sử dụng hai đường
dọc để biểu diễn đường dẫn công
suất vào và nối phần còn lại giữa
hai mạch đó. Hình 3.1b

Cả hai mạch đều có công tắc mắc nối tiếp với động cơ và động cơ được
cấp điện khi đóng công tắc.
Mạch được trình bày trên hình 3.1b được gọi là sơ đồ thang.
Với sơ đồ này, nguồn điện cấp cho các mạch luôn luôn được trình bày
bằng hai đường dọc, phần con lại của mạch là các đường ngang. Các
đường công suất trông giống mặt đứng của thang và các đường ngang
của mạch tương tự các nấc thang. Các nấc ngang chỉ cho thấy phần
điều khiển của mạch. Các sơ đồ thường cho thấy vị trí vật lý tương đối
của các bộ phận trong mạch và cách nối kết chúng. Các sơ đồ thang
không nhằm mục đích trình bày vị trí thực tế mà chú trọng trình bày rõ
ràng cách điều khiển.

3.2 Lập trình bậc thang PLC.
Phương pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang. Việc
viết chương trình tương đương với việc vẽ mạch chuyển mạch. Sơ đồ
thang gồm hai đường dọc biểu diễn đường dẫn công suất. Các mạch nối
kết theo đường ngang (các nấc thang) giữa hai đường dọc này.
Để vẽ sơ đồ thang cần tuân theo các bước sau:
a- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễ
n đường công suất, các mạch
được nối kết giữa hai đường này.
b- Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển.
c- Sơ đồ thang được đọc từ trái qua phải, từ trên xuống.


Hình 3.2 minh hoạ sự quét do PLC thực hiện.
NÊc 1
NÊc 2
NÊc 3
NÊc 4
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





21
Nấc thứ nhất được đọc từ trái sang phải,
tiếp theo nấc thứ hai được đọc từ trái sang phải
v.v…khi ở chế độ hoạt động PLC sẽ đi từ đầu
đến cuối của chương trình thang, nấc cuối của

chương trình thang được ghi chú rõ ràng sau
đó chương trình lại được lặp lại từ đầu. Quá trình
lần lượt đi qua tất cả các nấc của chương trình
được gọi là chu trình.
d- Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều
ngõ vào và kết thúc với ít nhất một ngõ ra.
e- Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện
chuẩn của chúng vì vậy công tắc thường mở
được trình bày trên sơ đồ thang ở trạng thái mở. Công tắc thường đóng
được trình bày ở trạng thái đóng.
f- Thiết bị bất kỳ có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang. Ví dụ có thể có
rơle đóng mạch một hoặc nhiều thiết bị. Các mẫu tự và/hoặc các số
giống nhau được sử dụng để ghi nhãn mác cho thiết bị trong từng
trường hợp.
g- Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng, kí hiệu tuỳ
theo nhà sản xuất PLC. Đó là địa chỉ ngõ vào hoặc ngõ ra trong bộ
nhớ của PLC.
Hình 3.3 trình bày các ký hiệu tiêu chuẩn
được sử dụng cho thiết bị nhập và xuất.
Ký hiệu này áp dụng cho mọi thiết bị được
kết nối với ngõ vào. Hoạt động của ngõ vào
tương đương với việc đóng hoặc mở công tắc.
Các ngõ ra được biểu diễn chỉ bằng một kí
hiệu, bất kể thiết bị được kết nối với ngõ ra.
Để giải thích cách v
ẽ nấc sơ đồ thang, có
thể xét trường hợp cấp điện cho thiết bị xuất,
chẳng hạn động cơ tuỳ thuộc vào công tắc
khởi động thường mở. Ngõ vào là công tắc
và ngõ ra là động cơ. Hình 3.4 minh hoạ sơ

đồ thang, bắt đầu với ngõ vào, có ký hiệu
thường mở đối với các tiếp điểm của ngõ
Ngâ vμoNgâ ra
H×nh 3.4
C¸c tiÕp ®iÓm ngâ vμo
th−êng më
C¸c tiÕp ®iÓm ngâ vμo
th−êng ®ãng
LÖnh ®Æc biÖt
ThiÕt bÞ xuÊt
NÊc cuèi
END
H×nh 3.3
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





22
này. không có các thiết bị nhập khác và
nét vẽ kết thúc với ngõ ra, được vẽ bằng kí hiệu O. khi công tắc đóng,
có tín hiệu vào, ngõ ra của động cơ được kích hoạt.

3.3 Các hàm logic
3.3.1 Hàm AND.
Hình 3.5 minh hoạ tình huống ngõ ra không được
cấp công suất, trừ khi hai công tắc thường mở
đều đóng. Cả công tắc A và công tắc B đều
đóng là trạng thái logic AND. Ta có thể xem

trạng thái này là sự biểu diễn hệ thống điều
khiển có hai ngõ vào A và B. Chỉ khi A và B đều đóng mới có ngõ ra.
Do đó, nếu sử dụng 1 để biểu thị tín hiệu đóng và 0 biểu diễn tín hiệu
ngắt, để ngõ ra là 1 thì A và B phải là 1. Sự vận hành này được điều
khiển bằng cổng logic AND. Quan hệ giữa các ngõ vào cổng logic và
các ngõ ra được liệt kê trên bang chân lý sau:

InputA Input B Output
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

Hình 3.6 minh hoạ hệ thống cổng AND trên sơ đồ thang, bắt đầu với
tập hợp các tiếp điểm thường mở, được ghi ngõ
vào A là công tắc A, mắc nối tiếp với
công tắc A là các tiếp điểm thường mở
khác được ghi là ngõ vào B, để biểu
diễn công tắc B. đường vẽ kết thúc
với O để biểu diễn ngõ ra. Để có ngõ ra, ngõ vào A và ngõ vào B đều
phải đóng.

3.3.2 Hàm OR.

Hình 3.7 minh hoạ tình huống
ngõ ra được cấp công suất khi
H×nh 3.5
A
B
H×nh 3.6 Cæng AND

A
B
Ngâ ra
N gâ vμ o A
Ngâ vμ o B
H×nh 3.7
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp





23
công tắc thường mở A hoặc B
đóng.

Tình huống này mô tả cổng logic OR, trong đó, ngõ vào A hoặc ngõ
vào B phải hoạt động để có ngõ ra.
Bảng chân lý của công này như sau:

InputA Input B Output
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Hình 3.8 minh họa hệ thống cổng logic
OR trên sơ đồ thang, bắt đầu của sơ
đồ thang là tiếp điểm thường mở A,
ghi ngõ vào A, mắc song song với

tiếp điểm A là kí hiệu tiếp điểm
thường mở B. đường vẽ kết thúc
với kí hiệu O biểu diễn ngõ ra.

3.3.3 Hàm NOT
Hình 3.9 trình bày mạch điện được
điều khiển bằng công tắc thường đóng.
Khi có tín hiệu vào công tắc mở và tắt
dòng điện vào mạch. Mạch này minh
hoạ cổng NOT, trong đó ngõ ra xuất
hiện khi không có ngõ vào và có ngõ vào khi không có ngõ ra. Cổng
này đôi khi còn được gọi là bộ đảo.
Bảng chân lý của cổng này như sau:

Input A Output
0 1
1 0

H×nh 3.8
Ngâ vμo A
Ngâ ra
Ngâ vμ o B
H×nh 3.9
Ngâ vμo A
H×nh 3.10
Ngâ ra
A
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp

24




Hình 3.10 minh hoạ hệ thống cổng NOT trên sơ đồ thang, ngõ vào A
được mắc nối tiếp với ngõ ra O

3.3.4 Hàm NAND.
Giả sử cổng NOT được bố trí sau cổng
AND hình 3.11a. hệ quả là cổng NOT
sẽ đảo ngược mọi tín hiệu ra từ cổng AND.
Một trường hợp khác khi ta đặt cổng NOT
trên từng ngõ vào của cổng OR ta cũng
thu được kết quả như vậy (hình 3.11b).
Bảng chân lý chung cho các trường hợp
này như sau:

InputA Input B Output
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Hình 3.12 minh họa sơ đồ thang của cổng NAND.
Khi các tín hiệu vào của ngõ A và ngõ B đều là 0
thì ngõ ra sẽ là 1 hoặc một ngõ vào là 1 còn ngõ

vào kia là 0 thì tín hiệu ra cũng sẽ là 1, còn nếu
các ngõ vào A và B đều là 1 thi tín hiệu ra sẽ là 0

3.3.5 Hàm NOR

Giả sử cổng NOT được bố trí sau cổng OR
(hình 3.13a) hệ quả của cách bố trí này là
cổng NOT sẽ đảo ngược các tín hiệu ra
của cổng OR. Một cách bố trí khác cũng
NOT
OR
H×nh 3.11.b
NOT

AND NOT
H×nh 3.11.a
H×nh 3.12
A
Ngâ ra
B
H×nh 3.13.a
OR NOT