luận văn đại học sư phạm Thiết kế mô hình đèn giao thông phục vụ dạy học thao tác lập trình với ZEN của OMRON

Lí do chọn đề tài Tự động hoá gắn với các thiết bị điều khiển logic lập trình PLC đã vàđang có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống.. Trong quá trình học, người học được tiếp

II Bộ điều khiển logic lập trình đơn giản Zen 12

Chương 2

Chương 3

I Cơ sở lý thuyết chung của phương pháp dạy học thực hành 38

1 Khái niệm về thực hành và dạy học thực hành kỹ thuật 38

4 Cấu trúc của một bài dạy thực hành kỹ thuật 41

II Xõy dựng bài thực hành lập trình điều khiển trên Zen 43

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Tự động hoá gắn với các thiết bị điều khiển logic lập trình (PLC) đã vàđang có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống Các nhà máy xínghiệp cũng đang dần nõng cao tỉ lệ tự động hoá dõy chuyền sản xuất để tăngtớnh cạnh tranh cho sản phẩm Khi đó đòi hỏi người lao động phải sử dụngthành thạo các máy móc thiết bị Chính vì vậy, ở hầu hết các trường kỹ thuật vàtrường nghề người học đều được trang bị các kiến thức về PLC

Tuy nhiên, việc học trong nhà trường còn nặng tính lý thuyết, ít được thựchành; cỏc phũng thớ nghiệm/thực hành thì nghèo nàn về các mô hình thực hànhnên hiệu quả dạy học của các môn học thuộc lĩnh vực này còn rất hạn chế

Một phương pháp để nâng cao hiệu quả dạy và học của các môn họcthuộc lĩnh vực này là tăng thời lượng thực hành và đầu tư nhiều hơn cho cỏcphũng thớ nghiệm/thực hành Trong quá trình học, người học được tiếp cậnngay với các ứng dụng thực tế thông qua làm việc trờn cỏc mô hình mô phỏng

có như vậy khi ra trường họ mới có thể đáp ứng ngay yêu cầu của công việc.Nhưng điều này lại gặp phải một khó khăn, các sản phẩm phục vụ cho phòng thínghiệm/thực hành thường phải đặt mua theo bộ với giá thành rất cao nên khôngphải phũng thớ nghiệm/thực hành nào cũng được trang bị đầy đủ

Để nâng cao chất lượng và hiệu quả của môn học mà mình đảm nhiệm,đồng thời giảm bớt chi phí cho cỏc phũng thớ nghiệm/thực hành, người giáoviên bộ môn bằng khả năng của mình có thể tự chế tạo các mô hình đơn giản để

hỗ trợ cho quá trình dạy học

Là một người giáo viên tương lai trong lĩnh vực dạy nghề, cùng với mongmuốn nõng cao hiểu biết của mình về các thiết bị điều khiển logic lập trình được

và ứng dụng chúng vào thực tế em đã chọn đề tài: “Thiết kế mô hình đèn giaothông phục vụ dạy học thao tác lập trình với ZEN của OMRON”

2 Mục đớch và nhiệm vụ nghiên cứu

- Giới thiệu tổng quan về thiết bị điều khiển logic lập trình được

- Giới thiệu tổng quan về Zen và lập trình với Zen của Omron

- Thiết kế và chế tạo mô hình đèn giao thông

3 Phạm vi nghiên cứu

Bản đồ án mới chỉ dừng lại ở việc thiết kế chế tạo mô hình đèn giao thôngphục vụ cho dạy học thao tác lập trình Zen Và phương pháp lập trình cho cáckhối chức năng cơ bản của Zen như: các đầu vào ra, các loại Timer và Counter.Ứng dụng điều khiển các bài toán cỡ nhỏ như: hệ thống điều khiển đèn giaothông, chuông báo, đèn báo…

Chưa áp dụng được với các bài toán điều khiển với số đầu vào ra lớn hayyêu cầu cầu liên kết mạng truyền thông giữa các Zen

4 Nội dung

Bản đồ án gồm 3 phần:

Chương 1: Tổng quan về Zen và ứng dụng

Chương 2: Thiết kế mô hình đèn giao thông

Chương 3: Xõy dựng bài giảng thực hành Zen

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ZEN VÀ ỨNG DỤNG

OMRON được thành lập tại Nhật bản năm 1933, OMRON được coi làmột trong những hãng điện tử hàng đầu thế giới về công nghệ tự động hoá Cácthiết bị tự động của OMRON có chất lượng cao, được sản xuất với công nghệmới nhất và rất đa dạng Một trong những sản phẩm chính của OMRON là các

bộ điều khiển logic lập trình (PLC- Programmable logic controller), trong đú có

bộ điều khiển logic lập trình đơn giản ZEN

ZEN được sản xuất từ năm 2001, có nhiều ưu điểm như : đơn giản, gọnnhẹ, dễ sử dụng… ZEN có thể lập trình được trực tiếp nhờ cỏc phớm bấm trờnmỏy mà không cần kết nối với máy tính Tuy nhiên ZEN vẫn được thiết kế để cóthể kết nối với máy tính hay bộ lập trình để có thế sử dụng với các phần mềmcấp cao hơn ZEN thường được sử dụng để lập trình cho các bài toán điều khiểnnhỏ và có đầy đủ tính chất của một thiết bị điều khiển logic lập trình

I Giới thiệu chung về PLC

1 Khái niệm về PLC

PLC hay thiết bị điều khiển logic lập trình được là dạng thiết bị điềukhiển đặc biệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiệncác chức năng như: thực hiện các phép toán logic, lập chuỗi, định giờ, đếm vàcác thuật toán để điều khiển máy và các quá trình PLC được thiết kế có sẵn giaodiện cho các thiết bị vào/ra và có thể lập trình với ngôn ngữ lập trình đơn giản

và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch, cho phépcác kĩ sư không yêu cầu cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính cũng có thể sửdụng được

2 Lịch sử phát triển của PLC

Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹthuật đầu tiên cho thiết bị điều khiển logic lập trình Mục đích đầu tiên là thaythế cho các tủ điều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyênphải thay thế các rơ le do hỏng cuộn hút hay góy cỏc thanh lò xo tiếp điểm Mụcđích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có tính linh hoại trong việc thay đổichương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máytính 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 Với thiết bị điều khiển logic lập trình, người ta

có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệthống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất Một số nhà sản xuấtthiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã xuất ra các thiết bị điều khiển logic lậptrình 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 Cácthiết bị này được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong cácxưởng sản xuất và có độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le Các ứng dụng củaPLC 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 đú chớnh là độ tincậy cao và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởicác mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp Cácmạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịuđược dầu, bụi và nhiệt độ cao Các ngôn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tựnhư sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển logic, nờn các kỹ sư đã làm quenvới sơ đồ thang dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà không cần phải qua mộtquá trình đào tạo nào Một số các ứng dụng của máy tính trong sản xuất trongthời gian đầu bị thất bại, cũng chớnh vỡ việc học sử dụng các phần mềm máytính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư

Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 - 1975, cáckhả 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 nàylàm tăng khả năng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp CácPLC không chỉ dừng lại ở chỗ là các thiết bị điều khiển logic, mà nú cũn có khảnăng thay thế cả các thiết bị điều khiển tương tự Vào cuối những năm bảy mươiviệc truyền dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của côngnghiệp điện tử Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách xa hàng vài trămmột Cỏc PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá trình sảnxuất trở nên dễ dàng hơn

Như vậy, thiết bị điều khiển logic lập trình PLC chính là các máy tínhcông nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng côngnghiệp 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 thải, côngnghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong côngnghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thốngđảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điềukhiển máy công cụ CNC v v Các PLC có thể được kết nối với các máy tính đểtruyền, 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 chươngtrình điều khiển từ xa Ngoài ra PLC còn được dùng trong hệ thống quản lý nănglượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiển trong các hệthống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòng công sở

3 Cấu trúc chung của PLC

Hình 1.1 là sơ đồ cấu trúc chung của PLC

Hình 1.1 Cấu trúc chung của PLC

3.1 Nguồn

Cung cấp năng lượng cho hệ thống điều khiển Bộ nguồn trong PLCthường gồm 2 loại:

Cơ cấu tiền tác động

Cảm biến

Nguồ

trung tâm

Nguồn nuôi: Có thể là điện áp xoay chiều hoặc một chiều cung cấp nănglượng cần thiết cho bộ xử lý trung tâm, các mạch điện trong các module vào/ra

và toàn bộ các hoạt động của PLC

Nguồn pin: Thường là các lọi pin khụ hoỏ học, có thể được sử dụng để

mở rộng thời gian lưu trữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ Nguồn pin được tựđộng chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng của tụ nhớ bị cạn kiệt

và nó thay thế vào vị trí đó để dữ liệu lưu trong bộ nhớ không bị mất đi

3.2 Bộ xử lý trung tâm CPU

Là bộ não của PLC, điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong PLC.CPU thường xuyên đọc chương trình chứa trong bộ nhớ Theo chỉ dẫn củachương trình, bộ xử lý kiểm tra các thông tin từ đầu vào (cơ cấu điều khiển, cảmbiến… ) Sau đó ra lệnh cho các cơ cấu tác động thông qua các đầu ra

3.3 Bus

Bus là tập hợp các mạch nối điện song song (mạch in hoặc cáp nhiều sợi)dùng để truyền các thông tin bên trong PLC Thông tin trong PLC được truyềntheo dạng nhị phân, hay nhóm bit, mỗi bit là một trạng thái on/off Số lượng dâydẫn tạo thành Bus phụ thuộc vào thông tin cần truyền

Hệ thống PLC có 4 loại Bus:

- Bus dữ liệu ( Data Bus )

- Bus địa chỉ ( Address Bus )

- Bus điều khiển ( Control Bus )

- Bus hệ thống ( System Bus )

Bộ xử lý trung tâm ( CPU ) sử dụng hệ bus dữ liệu để gửi dữ liệu qua các

bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ các vị trí truy cập dữ liệu được lưu trữ và busđiều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động nội bộ Bus hệ thống đượcdùng để truyền thông giữa các cổng và thiết bị vào/ra Các loại bus này có thể làloại hai chiều (truyền cả hai chiều cùng một lúc) hoặc là loại một chiều (chỉtruyền theo một hướng) tuỳ theo mục đích sử dụng

3.4 Bộ nhớ

Bộ nhớ là tập hợp cỏc ụ nhớ dùng để lưu trữ chương trình và dữ liệu Mỗi

ô nhớ là một phần tử vật lý có hai trạng thái đóng hoặc mở, gọi là các bit Cỏc ụnhớ được xác định bằng cách đánh địa chỉ

Để xác định quy mô của bộ nhớ người ta đưa ra khái niệm dung lượng bộnhớ Dung lượng bộ nhớ được tính bằng số từ hay số bit mà bộ nhớ có thể chứa.Đơn vị dung lượng bộ nhớ thường được tính bằng byte.

Bộ nhớ có thể chia làm các loại sau:

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Random Access Memory ): đó là bộnhớ cho phép đọc và ghi Dữ liệu trong RAM dễ dàng sửa được nhưng sẽ bị mất

đi khi PLC mất điện Để khắc phục nhược điểm này người ta thường dùng pin

để lưu trữ dữ liệu và chương trình trong RAM

- ROM ( Read Only Memory ): là loại bộ nhớ chỉ đọc, không thể thay đổiđược dữ liệu trong ROM, ROM do nhà chế tạo chế sẵn chỉ nạp dữ liệu được mộtlần

- PROM ( Programmable Read Only Memory ): là loại bộ nhớ cải tiến từROM, là bộ nhớ trắng được ghi do nhà thiết kế Tuy nhiên chương trình và dữliệu được ghi trong PROM không thể xoá được

- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory ): là bộ nhớ cảitiến lên từ PROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng pin Nội dung dữliệu và chương trình chứa trong EPROM có thể xoá được bằng cách chiếu tiacực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó ghi dữ liệu mới vào máybằng máy nạp

- EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ):

là loại kết hợp ưu điểu của cả RAM và EPROM, dữ liệu trong EEPROM có thểxoá và nạp băng tín hiệu điện Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn

3.5 Module vào/ra

Module vào/ra là phương thức liên lạc vật lý giữa hệ thống với thế giớibên ngoài Cho phép thực hiện các kết nối, thông qua các đầu vào/ra đến modulvào và modul ra Cũng thông qua modul vào/ra chương trình được nạp vào bộnhớ

- Module vào: Được nối với các công tắc, nút ấn, các bộ cảm biến… Cácđầu vào được kí hiệu theo thứ tự I1,I2,I3,… Module vào cho phép:

 Chuyển trạng thái của cảm biến có liên quan

 Biến đổi tín hiệu điện thành trạng thái logic 0 hoặc 1

- Module ra: Được nối với các tải ở đầu ra như: Cuộn dây của rơle, côngtắc tơ, đèn tín hiệu, van điện từ… Các đầu ra được kí hiệu theo thứ tự Q1, Q2, Q3

… Module ra cho phép

 Biến đổi trạng thái logic 0 hoặc 1 thành thành tín hiệu điện

 Tác động lên cơ cấu tác động: cuộn dây rơ le, công tắc tơ…

4 Nguyên lý hoạt động của PLC

Khi chạy, một chương trình PLC chia làm 3 giai đoạn chính:

 Đọc tín hiệu đầu vào: Bộ vi xử lý “chụp lại” trạng thái logic của các đầu

vào rồi truyền hình ảnh nhận được vào bộ nhớ dữ liệu

Hình 1.2 Giai đoạn đọc tín hiệu đầu vào

 Thực hiện chương trình: Thực hiện các phép toán logic chứa trong bộ nhớchương trình lần lượt từ đầu đến cuối bằng cách sử dụng “hỡnh ảnh” củatrạng thái đầu vào chứa trong bộ nhớ dữ liệu Kết quả của mỗi phép toánlogic (hình ảnh đầu ra) lại được lưu trong bộ nhớ dữ liệu

Đầu vào 2 Đầu vào 0

Đầu vào n

Đầu vào n mức logic 1

Đầu vào 2 mức logic 1 Đầu vào 1 mức logic 0

Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 0

Đầu vào 2 mức logic 1

Đầu vào n mức logic 1

+ 24 V

Bộ nhớ

dữ liệu

Module vào

+ 24 V

Hình 1.3 Giai đoạn thực hiện chương trình

 Cập nhật đầu ra: Sao chép lại toàn bộ các trạng thái logic hình ảnh của

đầu ra ( lưu trong bộ nhớ dữ liệu ) ra các modul đầu ra để điều khiển cácthiết bị bên ngoài

Bằng cách

sử dụng hình ảnh đầu vào

Thực hiện chương trình

Bộ nhớ chương trình

Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 1

Đầu ra 1 mức logic 0

Đầu ra 0 mức logic 1

—

— Đầu vào n mức logic 1

Đầu vào 2 mức logic 0

Cập nhật hình ảnh đầu ra

Nếu đầu vào 1 là 1

và nếu đầu vào 2 là

0 thì đặt đầu ra 5 là 1

………

………

………

………

………

………

Đầu ra 0

OV

Đầu ra 0 mức logic 1 Đầu vào 0 mức

logic 1

Đầu vào 1 mức logic 1 Đầu ra 1 mức logic 0

Đầu vào 2 mức logic 0 Đầu ra 2 mức logic 1

Hình 1.4 Giai đoạn cập nhật đầu ra

Như vậy ta có thể khái quát một chu trình làm việc của PLC như sau:

Hình 1.5 Một chu trình mà PLC thực hiện

5 Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá

Tất cả mọi hoạt động của hệ thống từ đơn giản đến phức tạp đều đượcPLC điều khiển vì vậy PLC đóng vai trò rất quan trọng trong một hệ thống điềukhiển, PLC có thể được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự độngđơn lẻ với chương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC Thông quacác tín hiệu đầu vào (các tín hiệu ở dạng logic ON/OFF) mà PLC sẽ cho các tínhiệu đầu ra để điều khiển hoạt động các thiết bị của hệ thống

PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và đượclập đi lập lại theo chu kỳ Đối với các hệ thống mà trong đó có rất nhiều cácthiết bị mà sự hoạt động của các thiết bị đó độc lập với nhau và có độ phức tạpkhác nhau, muốn điều khiển hệ thống một các linh hoạt thì cần phải liên kết cácPLC lại hoặc liên kết PLC với máy tính chủ thông qua một kiểu hệ thống mạngtruyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp

II Bộ điều khiển logic lập trình đơn giản Zen

1 Ưu điểm của ZEN

 Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ

Một bộ xử lý trung tâm cung cấp 12 đầu vào và 8 đầu ra (đối với khối CPU

20 cổng vào ra) Thích hợp sử dụng cho các điều khiển cỡ nhỏ như hệ thốngcung cấp nước cho nhà cao tầng hay điều khiển ánh sáng cho các văn phòngcông sở…

Thu thập dữ liệu đầu vào

Chạy chương trình Cập nhật đầu ra

 Lập trình dễ dàng

Lập trình ladder trực tiếp từ 8 phím bấm trờn mỏy

 Bảng điều khiển nhỏ hơn

Zen có kích thước rất nhỏ 90x70x56mm rất thuận lợi cho việc lắp đặt

 Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây

Việc gá đặt dễ dàng với một rãnh nhỏ phía mặt sau Sẵn có các Timer vàCounter vì vậy chỉ cần nối dây cho nguồn cấp và các cổng vào ra Thao tác kếtnối đơn giản chỉ cần dùng một tuốc nơ vít

 Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra

Số lượng đầu vào ra của Zen có thể lên tới 24 đầu vào và 20 đầu ra nhờkết hợp thêm 3 module mở rộng

 Biện pháp khắc phục khi mất điện.

EEPROM vẫn lưu trữ chương trình và dữ liệu cài đặt hệ thống khi khôngcấp điện tới ZEN Các dữ liệu về thời gian, counter, holding timer và các bit làmviệc vẫn được lưu nhờ sử dụng một nguồn nuôi

 Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

Sử dụng một băng từ nhớ có thể dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

 Có thể lập trình và kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính

Phầm mềm Zen Support cung cấp một cách hoàn chỉnh cho quá trình môphỏng trên máy vi tính

 Dung lượng đóng cắt lớn hơn

Công tắc đầu ra có thể chịu dòng 8A (250VAC) Các công tắc đều độc lậpvới nhau

 Đầu vào xoay chiều.

Đối với CPU có nguồn cấp đầu vào xoay chiều, có thể kết nối trực tiếpvới điện áp từ 100V đến 240V

 Các Timer phong phú

Mỗi Timer đều hỗ trợ 5 kiểu hoạt động và 3 kiểu thang chia thời gian.Cùng với 8 holding Timers có thể giữ trạng thái Timer khi nguồn cấp bị ngắt

 Counter có thể đếm tăng và đếm giảm

Có sẵn 16 Counter có thể điều khiển đếm tăng hoặc đếm giảm Sử dụng

bộ so sánh có thể lập trình cho nhiều đầu ra từ 1 Counter

 Hỗ trợ Timer hoạt động theo ngày hoặc theo mùa

Khối CPU với sẵn có chức năng đồng hồ và lịch hỗ trợ 16 Weekly Timer

và Calendar Timer Calendar Timer hỗ trợ điều khiển theo mùa, còn WeeklyTimer hỗ trợ điều khiển theo ngày giờ

 Đèn màn hình sỏng lõu hơn trong điều kiện làm việc tối

Có thể đặt cho đèn màn hình tắt sau 2, 10 hay 30 phút, cũng có thể đặt chế

độ đốn luụn sỏng Với chức năng hiển thị, đèn màn hình cũng có thể bật sángkhi một tin nhắn hiển thị

 Lọc nhiễu đầu vào Mạch lọc nhiễu đầu vào ngăn chặn nhiễu đầu vào

 Bảo mật chương trình Chương trình có thể được bảo vệ nhờ cài đặtpassword

2 Các loại Zen

Nói chung Zen được phân biệt dựa vào các yếu tố sau:

- Sử dụng nguồn nuôi AC hay DC:

+ Zen xoay chiều ( nếu dùng nguồn AC )+ Zen một chiều ( nếu dùng nguồn DC )

- Có màn hình tinh thể lỏng LCD (đi kèm phím ấn) hay không có

- Có đồng hồ thời gian theo tuần và năm hay không

- Có đầu vào Analog hay không

Dưới đây là bảng các loại Zen phiên bản V2

2.1 Bộ xử lý trung tâm với 10 cổng vào/ra

Hình dạng Nguồn cấp/điệnáp đầu vào đầuSố

vào Số đầu ra

Đầu vào tương tự

Rơle Không ZEN-10C3AR-A-V2

Kiểu LED không có

màn hình hiển thị 100 đến 240VAC,50/60Hz 4 Không ZEN-10C2AR-A-V2

12 đến 24 VDC Transistors Có ZEN-10C2DT-D-V2

2.2 Bộ xử lý trung tâm với 20 cổng vào/ra

Hình dạng Nguồn cấp

Số đầu vào

Số đầu ra

Đầu vào tương tự

mở rộng)

100 đến 240VAC 50/60Hz

Rơle Không ZEN-20C3AR-A-V2

3 Đặc tính kỹ thuật của Zen

3.1 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn AC

- Điện thế đầu vào: 100V đến 200V ( +10% / -15% ), 50/60Hz

- Tổng trở đầu vào: 680k

- Dòng điện đầu vào: 0,15mA ở 100VAC và 0,35mA ở 240 VAC

- Điện thế đóng ( mức 1 ): 80 VAC min

- Điện thế ngắt ( mức 0 ): 25VAC max

- Thời gian đáp ứng cần thiết cho trạng thái đóng hay ngắt:

 Ở 100 VAC là 50ms hay 70ms ( dùng chức năng lọc nhiễu ngõ vào )

 Ở 240 VAC là 100ms hay 120ms ( dùng chức năng lọc nhiễu ngõvào )

3.2 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn DC

- Điện thế đầu vào: 25VDC ( +10% / -15% )

3.3 Đặc tính đầu vào Analog

- Khoảng điện thế đầu vào: 0V đến 10V

- Tổng trở đầu vào: 150k

- Độ phân giải: 0,1V

3.4 Đặc tính đầu ra

- Dòng điện cực đại của tiếp điểm 8A ở 250VAC, 5A ở 24 VDC

- Tuổi thọ của Rơle:

 Về điện: 50.000 lần vận hành

 Về cơ: 10 triệu lần vận hành

- Thời gian đáp ứng cần thiết khi đóng: 15ms

- Thời gian đáp ứng cần thiết khi ngắt: 5ms

3.5 Đặc tính kĩ thuật chung

- Nguồn cung cấp:

 Loại AC: 100 ữ 250 VAC ( cho phép 85 ữ 246 VAC )

 Loại DC: 24 VDC ( cho phép 20,4 VDC ữ 26,4 VDC

- Công suất tiêu thụ:

 Loại AC: 30VA max

 Loại DC: 6,5W max

- Điện trở cách nhiệt giữa nguồn AC cung cấp và đầu nối đầu vào, đầu nốiđầu ra 20M min ở 500VDC

- Nhiệt độ môi trường cho phép: 0oC đến 55oC

- Độ ẩm môi trường cho phép: 10% đến 90%

4 Các vùng nhớ

4.1 Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu

Tên Kiểu Địa chỉ bit Số

cổng vào/ra Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết bị

đầu vào nối tới đầu vào của Zen.

0 đến b 12 CPU có 20

cổng vào/ra Bit đầu vào

khối

module mở

rộng

X 0 đến b 12 Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết

bị đầu vào nối tới đầu vào của khối module mở rộng

Bit đầu vào

nút ấn B 0 đến 7 8 Bật ON khi các nút hoạt động được ấn trong chê độ RUN Bit so sánh

tương tự A 0 đến 3 4 Đầu ra là kết quả so sánh của đầu vào tương tự Có thể chỉ được sử dụng cho

kiểu có điện áp nguồn cấp 24VDC Bit so sánh P 0 đến f 16 So sánh giá trị hiện tại của các timer,

holding timer và counter Đầu ra là kết quả so sánh

Bit so sánh

8 số G 0 đến 3 4 So sánh kết quả hiện tại của bộ đếm 8 số ( F ) với 1 hằng số Đầu ra là kết quả

so sánh Bit đầu ra

bộ xử lý

trung tâm

Q 0 đến 3 4 CPU có 10

cổng vào/ra Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị

đẩu ra nối tới đầu ra của Zen

0 đến 7 8 CPU có 20

cổng vào/ra

Bit đầu ra

khối

module mở

rộng

Y 0 đến b 12 Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị

đầu ra nối tới đầu ra của khối module

mở rộng

Các bit làm

việc M 0 đến f 16 Chỉ được sử dụng bên trong chương trình Không thể đưa ra đến thiết bị bên

ngoài Bit có lưu H 0 đến f 16 Làm việc giống như các bit làm việc tuy

nhiên bit này lưu được trạng thái đóng/

mở khi mất điện

 Các bit đầu vào có 2 trạng thái: Thường mở và thường đóng

 Các bit đầu ra có 4 trạng thái:

- ‘[‘ Đẩu ra hoạt động bình thường: Đầu ra hoàn toàn phụ thuộcđặc tính của đầu vào Khi được nối điện thì đầu ra có điện, khi mấtnối điện thì đầu ra mất điện

- ‘S’ Thiết lập bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu

ra được thiết lập lên 1 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điệncho đầu ra nữa hay không

- ‘R’ xóa bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu rađược xóa về 0 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đẩu

ra nữa hay không

- ‘A’ Thay đổi trạng thái đầu ra theo sườn lên của xung kích đầuvào: Mỗi khi được nối điện trạng thái của đầu ra sẽ chuyển sangtrạng thái ngược lại với trạng thái đang có

4.2 Timer

4.2.1 Timer thường

Timer thường (T): Từ T0 đến Tf Gồm 5 loại:

- ON-delay Timer: Ký hiệu X

- OFF-delay Timer: Ký hiệu

- ONE-Shot Timer: Ký hiệu O

- Flashing - pulse Timer: Ký hiệu F

- Twin timer : Ký hiệu W

 ON delay timer ( X ) : Bật sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầuvào trigger lên ON

 OFF delay timer ( ) : Vẫn ở ON trong khi đầu vào trigger ON và tắt saumột khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger về OFF

 One-shot pulse timer (O): Vẫn ON ở trong một khoảng thời gian đặt trướckhi đầu vào trigger bật lên ON

 Flashing pulse timer (F): Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu kì đặttrước trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON

 Twin timer ( W ): Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger ở trạng thái ON.Thời gian ON và thời gian OFF có thể tách riêng.

4.2.2 Timer có lưu (Holding Timer (#)) : Từ # 0 đến # 7

Bật sau một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên ON Giá trịhiện hành vẫn được lưu khi timer chuyển từ RUN sang STOP hoặc khi bị ngắtđiện Timer lại tiếp tục khi đầu vào kớch lờn ON Bít đầu ra của Timer cũngđược giữ nguyên trạng thái khi Timer đếm xong

4.2.3 Weekly Timer ( Mạch định thời theo tuần)

Trong Zen có 16 mạch định thời theo tuần dùng để điều khiển ON/ OFFtheo giờ trong ngày và theo ngày trong năm, kí hiệu từ @0  @f và được gọi làWeekly timer

Weekly timer sẽ bật lên ON giữa các thời gian bật và tắt (start/ stop time)định trước trong những ngày xác định

Khi sử dụng weekly timer màn hình cài đặt thông số cho phép cài đặtngày giờ hoạt động, ngày giờ tắt của Zen

Trong màn hình cài đặt thông số cho phép cài đặt ngày/giờ (bắt đầu, kếtthúc)

- Chọn nhiều giờ : ( ON : 07:00, OFF : 23:00 ) Zen sẽ hoạt động từ 7hsáng cho đến 11h đêm.

- Chọn tất cả các giờ : ( ON: 07:00, OFF: 07:00 ) Zen sẽ hoạt động bấtchấp thời gian

4.2.4 Calender timer ( Mạch định thời theo năm)

Trong Zen cũng có 16 mạch định thì theo năm dùng để cài đặt thời giantheo năm điều khiển ON/ OFF, được kí hiệu từ *0 *f và được gọi là Calendertimer Calender timer quy định cho Zen hoạt động trong bao nhiêu ngày trongmột năm bằng cách quy định ngày bắt đầu và ngày kết thúc:

Màn hình cài đặt thông số

Chọn ngày: Chia làm hai cách chọn ngày tuỳ theo điều kiện công việc

Ví dụ: Chọn ngày vận hành từ ngày tháng này đến ngày tháng khác

ON: 24/5

OFF: 24/8 => Zen vận hành từ ngày 24 tháng 5 đến ngày 24 tháng 8 thìdừng làm việc

ON: 7/7

OFF: 7/7 => Zen sẽ làm việc liên tục

Dưới đây là bảng tổng quát về các Timer của Zen

*0 A

ON 14/5 OFF 26/7

Cho phép hiển thị thông số

Ngày bắt đầu Ngày kết thúc

Địa chỉ

mạch định

thời

TT0 RT0 0 T0

TT0 RT0

Timer vào trigger ON và

tắt sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào về

OFF

chiếu sáng

và quạt thông gió

Ứng dụng khi cần hoạt động theo lượng ổn định.

ON

Mạch báo động cho còi hay đèn nhấp nháy

W Twin

Timer

Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger

ở trạng thái ON.

Thời gian ON và thời gian OFF có thể tách rời

On time Off time 0

T0

RT0 TT0

Sử dụng nhiều trong các hoạt động có gián đoạn như quạt thông gió

Trễ thời gian

có yêu cầu trở lại sau khi mất điện

Hoạt động tuần hoàn trong các khoảng thời gian của một ngày hay một tuần

Hoạt động tuần hoàn từ tháng này sang tháng khác

4.3 Counter

Có đến 16 bộ đếm và một bộ đếm 8 số có thể đếm tăng hoặc đếm giảm.Giá trị hiện hành của bộ đếm và trạng thái đầu ra của counter được lưu giữ ngay

cả khi thay đổi chế độ hoạt động hoặc khi mất điện

Đầu ra của bộ đếm bật lên ON khi giá trị đếm được bằng hay lớn hơn giátrị cài đặt Giá trị đếm được trở về 0 và đầu ra của bộ đếm ( Counter bit ) trở vềOFF khi đầu vào Reset bật lên ON Đầu vào của bộ đếm không có tác dụng đếmkhi đầu vào Reset lên ON

Có 3 đầu vào của bộ đếm:

 Đầu vào đếm: CC (Count) đếm lờn/đếm xuống khi đầu vào đếm lên

Start day

Stop day

@0

Start day Stop day

*0

5.2 Mạng LAD

Mạng LAD là đường nối các phần tử mạng điện thành một mạch hoànchỉnh đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bêntrái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở vềnguồn cung cấp Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộndây rồi trở về bên phải nguồn

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc chương trình theo ngôn ngữ LADTrong ngôn ngữ LAD thứ tự ưu tiên xử lý logic của chương trình đượcthực hiện từ trái qua phải và từ trên xuống dưới.

5.3 Phương pháp lập trình

Có thể lập trình trực tiếp trên Zen với loại Zen có màn hình tinh thể lỏngLCD hay lập trình trên máy tính bằng phềm mềm với loại Zen không có mànhình tinh thể lỏng

Thao tác lập trình với Zen có màn hình tinh thể lỏng xem trong phụ lục

Hàng

Cột

6 Nối đầu vào/ra cho ZEN

6.1 Nối đầu vào nguồn cấp một chiều

6.2 Nối đầu vào nguồn cấp xoay chiều

6.3 Nối đầu ra cho ZEN

Đầu ra rơle

III Một số ứng dụng của ZEN

Mặc dù xuất hiện tại thị trường Việt nam chậm hơn một số sản phẩmtương tự khác, bộ lập trình logic đơn giản ZEN đã chiếm được cảm tình củanhiều khách hàng Trong vài năm qua, đó cú hàng nghìn chiếc ZEN được đưavào sử dụng trong các ứng dụng điều khiển tự động hóa nhỏ như chiếu sáng,

bơm, quạt, máy tự động…cả trong công nghiệp và dân dụng Trong phần này giới thiệu một số ứng dụng điển hình của ZEN trong thực tế.

1 Điều khiển cấp nước cho bể chứa

(Ứng dụng của các bit đầu vào/ra )

Sử dụng Zen và máy đổi điện để điều khiển động cơ bơm nước cho bểchứa Khi mức nước thấp động cơ bơm nước với tốc độ cao Khi mức nướctrung bình động cơ bơm nước với tốc độ bình thường Khi mức nước cao bơmvới tốc độ chậm Khi đầy bể thì dừng động cơ

Đầy bể nửa bể

Hình 1.6 Sơ đồ điều khiển cấp nước cho bể chứaNguyên tắc hoạt động:

 Khi nước đầy qua giới hạn thấp thì I0 được cấp điện

 Khi nước đầy qua giới hạn nửa bể thì I1 được cấp điện

 Khi nước đầy qua giới hạn đầy thì I2 được cấp điện

 Q0 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ chậm

 Q1 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ trung bình

 Q2 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ cao

Lập trình cho Zen

Dừng Tốc độ chậm Tốc độ trung bình Tốc độ cao

Q2 Q1 Q0

I1 I0

I1 I0

I2

2 Điều khiển máy hàn khí

(Ứng dụng của các bit vào/ra và Timer )

Khi khởi động máy xilanh phunkhí nóng ra Khi cảm biến vị tríphát hiện xilanh đến đỏy, mỏy sẽhàn trong vòng 3s Sau đó máythổi khí lạnh trong vòng 3s đểlàm nguội giữ chặt mối hàn Hệthống có một cảm biến nếu pháthiện có tay người trong vùng hàn sẽ điều khiển dừng hàn, vàmột công tắc dừng điều khiển nhiệt trong trường hợp khẩncấp

Nguyên tắc hoạt động

 I0 Công tắc khởi động hệ thống

 I1 Công tắc dừng khẩn cấp ( thường đóng )

 I2 Cảm biến vị trí đáy xilanh

 I3 Cảm biến an toàn: Điều khiển dừng máy hàn khi phát hiện tay công nhân trong vùng hàn

 Q0 Điều khiển xilanh phun khí

 Q1 Điều khiển thổi khí lạnh

 Q2 Dừng quá trình điều khiển

Lập trình cho Zen

Thời gian hàn T0 Thời gian thổi khí T1

S

TRG

A X

03.00

RES TRG

S

Đặt 3s Đặt 3s

3 Điều khiển cầu thang cuốn

(Ứng dụng cho các Timer và Weekly Timer )

Cầu thang cuốn hoạt động liên tục theo ngày và thờigian đặt trước( từ thứ 2 đến thứ 6 trong khoảng từ 7.00đến 10.00 và từ 17.00 đến 22.00 ) Tuy nhiên ngoàikhoảng thời gian đó, khi cảm biến phát hiện có ngườitrên cầu thang thỡ nú sẽ hoạt động trong thời gian 3phút

Động cơ

Hình 1.7 Sơ đồ điều khiển thang cuốn

 I0 Cảm biến phát hiện có người ở gần cầu thang

Q0T0T1Q1Q2TT

động cơ

I1I2

@0

@1T0I0

M0

M0M0Q0

T0

SR

N

10:0007:00ON:

A MO-FR

4 Điều khiển quạt thông gió cho nhà kính

(Ứng dụng Timer, Calendar Timer và Weekly Timer )

Zen điều khiển hoạt độngcủa quạt thông gió hoạtđộng vào ban đêm (từ19.00 đến 6.00) trongsuốt mùa đông từ 15tháng 11 đến 30 tháng 3

SR

T

T

Trong suốt thời gian hoạt động quạt thông gió hoạtđộng gián đoạn 60 phút ON và 30 phút OFF Các quạtkhởi động cách nhau 30s

 I0 công tắc khởi động hệ thống

 I1 công tắc dừng hệ thống

 Q0 điều khiển hoạt động quạt thông gió 1

 Q1 điều khiển hoạt động quạt thông gió 2

Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển quạt thông gió

Lập trình cho Zen

Cài đặt Calendar Timer Cài đặt Weekly Timer

A SU-SA

A X

lô Mỗi khi cảm biến vị trí đếm được 5 sản

phẩm, động cơ chạy dõy chuyền dừng vàđộng cơ gạt sản phẩm chạy trong vòng 2

T0

M0

C0 C0

 I1 Công tắc dừng hệ thống

 I2 Cảm biến vị trí phát hiện sản phẩm

 Q0 Điều khiển động cơ chạy dõy chuyền

 Q1 Điều khiển động cơ gạt sản phẩm

0005 RES

CNT

DIR

S TRG

A T0

Cài đặt giá trị là 5 Đặt giá trị là 2s

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐÈN GIAO THÔNG

I Bài toán thiết kế

Thiết kế mô hình mô phỏng đèn giao thông ở ngã tư đường, có thể kết nốiđược với mô hình thực hành ZEN (hình 2.1)

Input com

Trong đó: - Loại ZEN sử dụng: 10C3DR-D-V2

- Số đầu vào: 6 đầu vào (I0, I1, I2, I3, I4, I5, I6)

- Số đầu ra: 4 đầu ra (Q0, Q1, Q2, Q3)

Sơ đồ bố trí bề mặt ngoài mô hình đèn giao thông (hình 2.2)