Ứng dụng plc điều khiển tự động hệ thống lạnh ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN Tên đề tài: Ứng Dụng PLC điều khiển tự động Hệ Thống Lạnh Ngành: Công nghệ Kỹ th

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG LẠNH

GVHD: NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN

LÊ BÁ TÂN SVTH: TRẦN QUỐC HUY

LƯ VĂN HẾT PHẠM THANH TÚ

VŨ THÀNH TRUNG TRẦN ĐÌNH ANH DUY

S K L 0 0 7 9 8 1

Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018

-*** -

GVHD: Th.S HUỲNH PHƯỚC SƠN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG LẠNH

TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018

GVHD: NGUYỄN LÊ HỒNG SƠN

LÊ BÁ TÂN SVTH: TRẦN QUỐC HUY

LƯ VĂN HẾT PHẠM THANH TÚ

VŨ THÀNH TRUNG TRẦN ĐÌNH ANH DUY

Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt Mã ngành đào tạo: 13947

Hệ đào tạo: Chính Quy

- Ứng dụng được mô hình vào điều khiển Hệ Thống Lạnh

4 Ngày giao nhiệm vụ đề tài: Ngày 27 Tháng 11 Năm 2017

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 17 Tháng 01 Năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Tên đề tài: Ứng Dụng PLC điều khiển tự động Hệ Thống Lạnh

2 Lư Văn Hết

3 Phạm Thanh Tú

4 Vũ Thành Trung

5 Trần Đình Anh Duy

MSSV: 13147023 MSSV: 13147015 MSSV: 13147078 MSSV: 11947035 MSSV: 12147321 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật nhiệt

I NHẬN XÉT

1 Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

2 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

…

…

…

…

ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1 Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không):

2 Điểm đánh giá (theo thang điểm 10):

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018

Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

Tên đề tài: Ứng Dụng PLC điều khiển tự động Hệ Thống Lạnh

2 Lư Văn Hết

3 Phạm Thanh Tú

4 Vũ Thành Trung

5 Trần Đình Anh Duy

MSSV: 13147023 MSSV: 13147015 MSSV: 13147078 MSSV: 11947035 MSSV: 12147321 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật nhiệt

I NHẬNXÉT

1 Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

2 Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG

III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ

1 Đề nghị (Cho phép bảo vệ hay không):

2 Điểm đánh giá

3 (theo thang điểm 10):

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018

Giảng viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Ứng Dụng PLC điều khiển tự động Hệ Thống Lạnh

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật nhiệt

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh Theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện và các thành viên trong Hội đồng bảo về Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng Theo yêu cầu về nội dung và hình thức

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp nhóm chúng em đã nhận được nhiều

sự giúp đỡ nhiệt tình từ các thầy, đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy (Cô) trong Bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học

Sự Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiên, mang đến cho chúng em một nền kiến thức cơ bản để vận dụng vào việc hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Lê Bá Tân, thầy Nguyễn Lê Hồng Sơn và thầy Đoàn Minh Hùng đã hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện, động viên để nhóm chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án này

Bên cạnh đó nhóm chúng em muốn gửi lời cảm ơn đến các anh, chị kỹ sư của Công ty Nidec đã giúp đỡ chúng em rất nhiều về những kinh nghiệm thực tế để có thể

so sánh được khác biệt giữa lý thuyết và thực tế

Trong suốt quá trình làm đồ án với sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm và

sự hướng dẫn tận tình của Thầy Lê Bá Tân ,thầy Nguyễn Lê Hồng Sơn nên đồ án mới được hoàn thành Tuy nhiên do tài liệu tham khảo và khả năng chúng em có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em kính mong sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo thêm của các thầy cô

TP.Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2018

Sinh Viên thực hiện (ký & ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

PHẦN 1: LỜI MỞ ĐẦU 1

PHẦN 2: NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN PLC MITSUBISHI 5

VÀ PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH MITSUBISHI FX 3SA 5

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA PLC 5

1.1.1 Giới thiệu PLC Mitsubishi 7

1.1.2 Những tính năng chính 10

1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC Mitsubishi FX 3SA 13

1.2.1.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 13

1.2.1.1 Giới thiệu 13

1.3 PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PLC MITSUBISHI FX3SA 13

1.3.1 Bố cục của màn hình GX Developer 13

2.2.2 Bắt đầu từ GX Developer và tạo ra một dự án mới 15

2.3 GHI CÁC CHƯƠNG TRÌNH TỚI PLC 24

1.3.1.1 Kết nối PC tới PLC 25

1.3.1.2 "Transfer Setup" trong GX Developer 25

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC LỆNH CƠ BẢN CỦA PLC 33

1.3.1 Định nghĩa chương trình: 33

1.3.2 Các thiết bị cơ bản dùng trong lập trình: 33

1.3.3 Các thiết bị và số hiệu thiết bị 34

1.3.4 Các lệnh cơ bản của PLC 34

1.3.5 Tập lệnh nâng cao của FX SERIES 42

CHƯƠNG 2: MÀN HÌNH WEINVIEW và Phần Mềm HMI Weintek – Easy Builder8000 49

2.1 Màn hình weinview 49

2.2 Phần Mềm HMI Weintek – Easy Builder8000 50

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LẠNH TRỮ ĐÔNG DÙNG PLC MITSUBISHI FX 3SA 55

3.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LẠNH TRỮ ĐÔNG 55

3.2 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN 55

3.2.1 Tự động hóa máy nén lạnh công nghiệp 55

3.2.2 Tự động bảo vệ máy nén lạnh: 55

3.2.3 Tự động hóa thiết bị ngưng tụ 56

3.2.4 Tự động hóa thiết bị bay hơi 56

3.2.5 Quá trình xả băng 57

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM 59

4.1 Thiết bị sử dụng 59

4.1.1 PLC Mitsubishi FX3SA 59

4.1.2 Màn hình Winview 7 inch TK6070iP 60

4.1.3 Cảm biến nhiệt độ YAMATAKE - SDC 10 61

4.1.4 Bộ nguồn Keyence 220V-24V 61

4.1.5 Các thiết bị phụ 61

4.1.6 MÔ HÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG LẠNH 63

4.2 Chuẩn bị khi lập trình 64

4.2.1 Chuẩn bị 64

4.2.2 Lập trình và điều khiển 64

- Phần lập trình Xem code trong phụ luc 1 64

4.4 Sơ đồ khối 67

4.5 Sơ đồ nối dây 68

4.6 Sơ đồ kết nối thiết bị với PLC và mạch điều khiển 69

Phụ luc1 Phần mạch lập trình PLC điều khiển HTL 70

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 97

5.1 KẾT LUẬN 97

5.2 KIẾN NGHỊ 97

PHẦN 3: TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

PHẦN DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình 7

Hình 1 2 Sơ đồ khối tổng quát của cpu 7

Hình 1 3 sơ đồ kết nối pl 9

Hình 2 1 Bộ Điều Khiển Lập Trình Fx3sa 13

Hình 2 2 Kết Nối Phía Máy Tính Cá Nhân: Rs-232c 25

Hình 2 3 Kết Nối Phía Máy Tính Cá Nhân: Usb 25

Hình 3 1 Các Dạng Chương Trình Của Plc 33

Hình 5 1 Sơ Đồ Hệ Thống Trữ Đông 55

Hình 5 2 Cấp Lỏng Dàn Bay Hơi Bằng Van Tiết Lưu Nhiệt Cân Bằng Ngoài 57

Hình 6 1 Plc Mitsubishi Fx3sa 60

Hình 6 2 Màn Hình Winview 7 Inch Tk6070ip 60

Hình 6 3 Cảm Biến Nhiệt Độ Yamatake - Sdc 10 61

Hình 6 4 Nguồn Keyence 220v-24v 61

Hình 6 5 Các Thiết Bị Phụ 62

Hình 6 6 Mô Hình Mô Phỏng Hoạt Động Của Plc Điều Khiển Htl 63

Hình 6 7 Sơ Đồ Khối 67

Hình 6 8 Sơ Đồ Nối Dây 68

Hình 6 9 Sơ Đồ Kết Nối Thiết Bị Với Plc Và Mạch Điều Khiển 69

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Thông Số Đầu Vào Và Ra Của Plc 10 Bảng 1 2 Chức Năng Của Các Plc 12

Bảng 4 1 Thông Số Của Màn Hình Weinview 49

Bảng 6 1 Số Lượng Vào/Ra Của Plc Điều Khiển Htl 65

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT:

- PLC: Programmable Logic Controller

- HTL: Hệ thống lạnh

PHẦN 1: LỜI MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây kỹ thuật lạnh đã có những bước phát triển đáng kể, và thâm nhập vào nhiều ngành nghề khác nhau, đã hỗ trợ cho các ngành nghề đó phát triển Đặc biệt là ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến thịt cá, rau quả, rượu bia, nước giải khác, đánh bắt và xuất khẩu thuỷ hải sản, sinh học, hoá chất, hoá lỏng tách khí, sợi dệt may mặc, thuốc lá, chè, in ấn, điện tư, thông tin, y tế, văn hoá…

Trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, kéo theo sự phát triển của tất cả các ngành, nghề và đòi hỏi tất cả các ngành các lĩnh vực phải hỗ trợ lẫn nhau cùng phát triển Các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin cũng có những bước phát triển nhảy vọt theo, các ứng dụng của các ngành này vào các ngành khác ngày càng nhiều, trong đó có ngành kỹ thuật lạnh Nó đã góp phần tích cực vào nâng cao năng suất lao động cho con người, tăng chất lượng của hàng hoá đặt biệt là trong lĩnh vực xuất khẩu, đáp ứng được các tiêu chuẩn về chất lượng và an toàn thực phẩm của quốc tế

Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý phải điều khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo

ra một sản phẩm mong muốn Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng một mạch điều khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn Điều khiển nhiều đại lượng vật

lý đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lô gíc Trước đây các hệ thống điều khiển lô gíc được sự dụng là hệ thống

lô gíc rơ le Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lô gíc khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969 đã dần thay thế các hệ thống điều khiển rơ le Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và đa năng Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể hoàn toàn các thiết bị điều khiển lo gíc cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Các PLC được

sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao Các ngôn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tự như sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển lô gíc, nên các

kỹ sư đã làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà không cần phải qua một quá trình đào tạo nào

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng được

sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển

tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv Các PLC có thể được kêt nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa Ngoài ra PLC còn được dùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiển trong các các hệ thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòng công sở

Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le do một số lý do sau:

Một PLC cần ít không gian hơn một tủ điều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng

• Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy

tính thông thường

• Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ

các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động

và nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này

• Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang,

tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường

• Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng

và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng

Trong kỹ thuật điều khiển theo phương pháp cũ, để thực hiện một dây chuyền sản xuất, một hệ thống hay một thiết bị hoạt động theo yêu cầu người ta thực hiện chúng bằng cách kết nối các thiết bị rời lại với nhau như relay, contactor, timer… theo yêu cầu để tạo thành một hệ thống điều khiển Để thực hiện được điều đó phải có kiến thức nhất định và tốn nhiều thời gian, công sức để thiết kế, đồng thời việc bảo trì,lắp đặt, sửa chữa gặp nhiều khó khăn và giá thành cho một hệ thống khá cao Khi muốn thay đổi sự hoạt động của hệ thống, đôi khi phải thay thế và thiết kế lại toàn bộ hệ thống, công việc này rất tốn kém Vì vậy ngày nay hầu hết các nhà máy xí nghiệp thay thế các hệ thống điều khiển nối cứng bằng điều khiển lập trình được

Với chính sách mở cửa, tự do cạnh tranh lành mạnh nhằm hòa nhập nền kinh tế quốc gia với kinh tế các nước trên thế giới, tấc cả các ngành nghề phải đủ mạnh để cùng hợp tác và

cạnh tranh với các đối tác trong và ngoài nước Hưởng ứng lời kêu gọi của Đảng và Chính phủ: nâng cao trình độ tư duy và tay nghề, cống hiến một phần nhỏ bé vào sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước

Một trong những thiết bị được thế kế dùng trong tự động hoá là thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) Với một PLC ta có thể thay đổi chương trình vận hành theo ý muốn Điều này thực hiện khá dễ dàng nhờ sự điều khiển mềm dẻo

và linh hoạt của PLC Ngày nay PLC được ứng dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động và chiếm vị trí vững chắc trong kỹ thuật điều khiển tiên tiến

Chính vì thế mà hiện nay PLC được nhiều chuyên gia, kỹ sư thiết kế, kỹ thuật viên, chuyên viên, công nhân bậc cao… tham gia nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế

Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen với việc điều khiển hệ thống lạnh bằng PLC, nhóm thực hiện đề tài chọn PLC FX3s của hãng Mitsubishi sản xuất để nghiên cứu cho đề tài tốt nghiệp, nhằm lĩnh hội những tri thức cần thiết và cơ bản về PLC trong việc tự động hoá hệ thống lạnh

2 Nhiệm vụ đề tài

Nghiên cứu các ứng dụng của PLC Mitsubishi vào điều khiển, bảo vệ các thiết bị trong hệ thống lạnh

Xây dựng mô hình thực tế dùng PLC Mitsubishi điều khiển hệ thống lạnh

Đặc điểm, yêu cầu điều khiển hệ thống lạnh

Hệ thống lạnh cần điều khiển gồm có 1 kho trữ đông với một dàn lạnh, 1 máy nén một cấp,

1 dàn nóng được làm mát bằng không khí Tiết lưu hệ thống bằng van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài kèm 1 van điện từ Hệ thống xả băng bằng điện trở

Những thiết bị cần điều khiển: Quạt dàn lạnh, Quạt dàn nóng, Van điện từ, Điện trở xả băng và Máy nén

Các thông số cần theo dõi và khống chế: nhiệt độ kho lạnh (Tp), nhiệt độ môi chất ở đầu đẩy máy nén (T2), áp suất thấp (Po), áp suất cao (Pk) và độ bám tuyết của dàn lạnh khi kho hoạt động ở nhiệt độ âm dựa vào độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ vào dàn lạnh và nhiệt độ

ra khỏi dàn lạnh

3 Mục tiêu nghiên cứu

Điều khiển lập trình PLC mang tính mềm dẻo và linh hoạt, điều khiển dựa vào chương trình và thực hiện lệnh logic Nhóm thực hiện đề tài hy vọng sau khi nghiên cứu đề tài này

sẽ lĩnh hội nhiều hơn về các vấn đề liên quan đến PLC như: cấu hình phần cứng, tập lệnh của PLC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình điều khiển hệ thống lạnh sử dụng PLC Mitsubishi

4 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống lạnh, nguyên lý hoạt động của PLC, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, ngôn ngữ lập trình hình thang (LAD), cách giao tiếp các thiết bị với nhau Từ đó xây dựng chương trình điều khiển hệ thống lạnh bằng PLC Mitsubishi

5 Nội dung nghiên cứu

Mitsubishi là một tập đoàn Điện và điện tử lớn, chuyên sản xuất các thiết bị tự động

hoá PLC FX3s là thế hệ sau được cải biến từ PLC Mitsubishi FX0s và PLC Mitsubishi

FX1s của hãng Mitsubishi Nhóm thực hiện đề tài tiến hành nghiên cứu sơ lược các nội dung cơ bản của PLC FX3SA, cụ thể gồm các nội dung sau:

• Giới thiệu tổng quát về PLC

• Giới thiệu về thiết bị logic khả trình FX3SA

• Giới thiệu và làm việc với phần mềm gx developer

• Kỹ thuật lập trình cho PLC Mitsubishi FX3SA

• Viết chương trình ứng dụng điều khiển hệ thống lạnh

PHẦN 2: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN PLC MITSUBISHI

VÀ PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH MITSUBISHI FX3SA

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA PLC

Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuât đầu tiên cho thiết bị điều khiển lô gíc khả lập trình

Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng

và thường xuyên phải thay thể các rơ le do hỏng cuộn hút hay gãy các thanh lò xo tiếp điểm

Mục đích thứ hai là tạo ra một thiều bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi là PLC

Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đem lại sự

ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết

kế thích ứng với môi trường công nghiệp Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao

Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn Các PLC có trang bị vi xử lý có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm tăng khả năng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp

Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn

Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các thiết bị “cứng” như các rơ le, cuộn hút và các tiếp điểm

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng được

sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển

tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv Các PLC có thể được kêt nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa Sự ra đời của máy tính cá nhân PC trong những năm tám mươi đã nâng cao đáng kể tính năng và khả năng sử dụng của PLC trong điều khiển máy và quá trình sản xuất Nhờ sự phát triển của các phần mềm đồ hoạ cho máy tính cá nhân PC, các PLC cũng được trang bị các giao diện đồ hoạ để có thể mô phỏng hoặc hiện thị các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điêu khiển

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới Về nguyên lý hoạt động, các PLC này có tính năng tương tự giống nhau

Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc là các hãng chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới Các PLC của các hãng này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá

Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn,

rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau:

-Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng

- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy tính thông thường

- Giá thành thấp: Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả năng thay thế hàng trăm rơ le

- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này

- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp Trong khi đó các PLC có thể giao diện trực tiếp nhờ các

mô đun vào ra I/O

- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang, tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng

1.1.1 Giới thiệu PLC Mitsubishi

+ PLC gồm có hai phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit:

CPU) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/0)

+ Khối xử lý trung tâm (CPU) gồm ba phần: Bộ xử lý, Hệ thống bộ nhớ và Hệ thống

nguồn cung cấp Hình 1.2 mô tả 3 thành phần của một CPU

➢ Ngõ vào và ngõ ra

PLC nhận các ngõ vào và tác động đến ngõ ra để giám sát và điều khiển các quá trình Các ngõ vào và ra có thể phân chia thành 2 loại tiêu biểu: logic và liên tục Phần lớn PLC sử dụng các ngõ vào/ra logic cho các ứng dụng điều khiển Ngõ ra PLC được kết nối với thiết bị chấp hành để điều khiển hệ thống các thiết bị này gồm:

Hình 1 1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình

Hình 1 2 Sơ đồ khối tổng quát của CPU

➢ Loại đầu ra:

+ Thiết bị truyền tín hiệu, + Còi báo động,

+ Báo động bằng tín hiệu ánh sáng, + Khởi động từ cho động cơ, + Rơ le điều khiển bằng điện, + Van điện

+ Quạt điện, + Rơ le nhiệt

+ Đèn chỉ thị bằng tín hiệu ánh sáng,

Trong lúc hoạt động, mạch giao diện trên đầu ra của PLC bật điện áp điều

khiển để truyền đến thiết bị ra Nếu tín hiệu ra được bật (ON) qua chương trình điều khiển, mạch giao diện sẽ để cho điện áp điều khiển kích hoạt thiết bị đầu ra

➢ Loại đầu vào:

+ Công tắc gạt + Công tắc cần gạt

+ Công tắc tiệm cận + Tiếp điểm rơ le

+ Công tắc giới hạn + Công tắc áp suất

+ Tiếp điểm khởi động động cơ + Cảm biến quang điện

+ Nút bấm + Công tắc xoay

+ Công tắc khởi động từ + Công tắc vị trí

PLC FX ra mắt thị trường vào năm 1981, theo số liệu thống kê năm 2007 thì tổng số PLC dòng FX bán ra trên toàn cầu đã vượt 8,000,000 chiếc, nhờ vào những thiết kế ưu việt, chất lượng sản phẩm đỉnh cao trong thế giới về bộ lập trình điều khiển dùng cho các ngành công nghiệp và dân dụng

PLC FX3S được cải tiến từ dòng PLC FX1N, nó được kế thừa tất cả những tính năng của dòng PLC FX kết hợp với sự tiến bộ vượt bậc của dòng PLC thế hệ FX3 nhắm đến sự đổi mới công nghệ mang đến cho người dùng sự ổn định và tính linh hoạt cao.Dòng FX3S PLC được tích hợp bộ nhớ trong lên đến 32Kb bước lệnh cho dòng tiêu chuẩn, tốc độ xử

lý một lệnh đơn logic trong thời gian 0.21µs Thêm vào đó, nó cho phép xử lý trên số thực và các ngắt

Hình 1 3 Sơ đồ kết nối PL

cổng truyền thông tốc độ cao là RS422 & USB Còn với dòng FX3SA ngõ ra kiểu

transistor cho phép phát xung độc lập trên 3 ngõ ra lên đến 100 kHz, được nhà sản xuất tích hợp và cải tiến nhiều tập lệnh điều khiển vị trí.Chức năng cho phép cài đặt mật khẩu truy cập và phân quyền theo người sử dụng

Ngoài ra việc kết nối mở rộng thông qua 2 bus bên trái và bên phải cho phép kết nối mở rộng khối chức năng đặc biệt như analog / truyền thông nối mạng… để đạt được hiệu suất làm việc tốt hơn

1.1.2 Những tính năng chính

* Số I/O linh hoạt: 14/24/40/60 I/O

* Tập lệnh điều khiển vị trí linh hoạt mạnh mẽ, cho phép phát xung tối đa lên đến

100kHz trên 3 trục độc lập (40/60 I/O)

* Bộ nhớ trong đến 32Kb

* Cổng lập trình Giao tiếp USB và RS422 giúp tăng tốc cho việc lập trình, gỡ lỗi và giám sát

* Tích hợp bộ đếm tốc độ cao 60Hz x 4 kênh và 10Hz x 2 kênh

* Cho phép kết nối 2 board đồng thời, mở rộng thêm tính năng phụ

* Tương thích với hầu hết các module mở rộng thế hệ trước

* Điều khiển đồng thời nhiều biến tần qua mạng RS485

Bảng 1 1 thông số đầu vào và ra của PLC

Tổng số Số đầu

vào

Số đầu ra Nguồn cấp một chiều DC, đầu vào 24 V DC sink/source

10MT/DSS

(sink/source)

Transitor (source)

30MT/DSS

(sink/source)

Transitor (source)

Cấu hình của một PLC FX

Một PLC FX là một đơn vị độc lập mà có thể dễ dàng sử dụng như một máy tình cá nhân, vì vậy, nó có hàng loạt ưu điểm như tốc độ cao, hiệu suất cao và khả năng mở rộng tốt

1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC Mitsubishi FX 3SA 1.2.1.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG

1.2.1.1 Giới thiệu

FX3SA là là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hang Mitsubishi (Nhật Bản) có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module này đươc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau

1.3 PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PLC MITSUBISHI FX3SA

1.3.1 Bố cục của màn hình GX Developer

Hình 2 1 Bộ điều khiển lập trình FX3SA

Nội dung của thanh công cụ có thể được di chuyển, thêm, và loại bỏ Vì vậy, các mục và

bố trí hiển thị phụ thuộc vào môi trường được lưu.Chức năng thường xuyên được sử dụng được hiển thị với các nút biểu tượng So với các lựa chọn từ menu, chức năng mong muốn có

thể được thực hiện trực tiếp

4) Danh sách dữ liệu dự án

Trực tiếp chỉ định các mục hiển thị bằng cách nhấp chuột Đường bao tạo

ra cửa sổ, màn hình cài đặt parameter

vv được hiển thị theo cấu trúc cây

5) Màn hình chỉnh sửa

Đường bao tạo ra màn hình, màn hình điều khiển, v…v được hiển thị nhân lên với các cửa sổ

6) Thanh trạng thái

Các trạng thái hoạt động và cài đặt bàn phím được hiển thị

2.2.2 Bắt đầu từ GX Developer và tạo ra một dự án mới

• Bắt đầu với GX Developer

• Tạo một dự án mới

+ Tạo ra một mạch điện

- Tạo ra một mạch điện bằng cách sử dụng các phím chức năng

+ Chỉnh sửa một mạch điện

Hãy chắc chắn để thiết lập ở chế độ "Write Mode" khi sửa đổi các mạch điện

Chọn từ thanh công cụ Chọn từ menu ([Edit] → [Write mode])

Chuyển đổi giữa "Ovrwrte" và "Insert"

• Thiết lập để "Ovrwrte" khi hiệu chỉnh và ghi đè lên một sơ đồ mạch

• Một mạch mới sẽ được chèn vào khi chế độ “Insert” được bật

1) Thay đổi các cuộn dây và các tiếp điểm OUT

[Mạch điện được hiệu chỉnh]

Kết quả hiệu chỉnh được hiển thị và khối mạch được hiển thị bằng màu xám

Xác nhận bằng cách nhấn phím Enter hoặc [OK]

Xác nhận thay đổi bằng cách nhấn phím F4 (Convert)

để kết thúc thao tác

3) Xóa đường

[Mạch điện nơi có đường bị xóa]

Di chuyển tới đường bị xóa

Nhấn chuột phải vào bất kì nơi nào, và chọn

[Delete line]

+ Cắt và sao chép (dán) một mạch điện

1) Cắt

[Mạch điện được chỉnh sửa]

1) Di chuyển con trỏ chuột tới đầu của mạch được cắt

2) Chọn từ thanh công

cụ hoặc chọn [Edit] → [Cut] ( Ctrl + X ) từ menu, và thực hiện cắt 2) Sao chép (dán)

Chọn từ thanh công cụ hoặc chọn [Edit] → [Copy] (Ctrl + C) từ menu

+ Lưu trữ một mạch điện tạo ra

2) Xác định địa điểm lưu trữ cho dự

bộ đệm/ đường dẫn dự án, xem trang trước Nếu không có đủ không gian để lưu vào đĩa mềm, tạm thời lưu dự án vào đĩa cứng và sau đó di chuyển nó đến một đĩa mềm

2.3 GHI CÁC CHƯƠNG TRÌNH TỚI PLC

Ghi các chương trình tuần tự được tạo ra tới PLC FX

1.3.1.1 Kết nối PC tới PLC

1) Kết nối (Phía máy tính cá nhân: RS-232C)

Hình 2 2 kết nối Phía máy tính cá nhân: RS-232C

2) Kết nối (Phía máy tính cá nhân: USB)

Kiểm tra số hiệu cổng COM mà trình điều khiển của FX-USB-AW gán cho máy tính cá nhân Đối với thủ tục kiểm tra, xem thêm hướng dẫn của FX-USB-AW

1.3.1.2 "Transfer Setup" trong GX Developer

Thiết lập cấu hình của GX Developer để giao tiếp với PLC

Chọn [Online] → [Transfer Setup]

Hình 2 3 kết nối Phía máy tính cá nhân: USB

Nhấp đúp vào biểu tượng

Nhấp vào [OK] sau khi cài đặt hoàn thành Nhấp vào [Connection test], để kiểm tra giao tiếp với PLC

Sau khi kiểm tra, nhấp [OK] để xác nhận cấu hình được thiết lập

1) Thiết lập chuyển mạch "RUN / STOP" của PLC

để "STOP"

thanh công cụ hoặc chọn [Online] → [Write to PLC] từ menu 3) Nhấn vào [Param + Prog]

4) Nhấn vào [Execute]