Tìm hiểu về nguyên tắc vận hành và vai trò của động cơ, cảm biến, trang bị điện và PLC

Giới thiệu PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toánđiều khiển logic thông qua một

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật ngày nay thì nền công nghiệp thế giới nói chung và nền công nghiệp nước nhà nói riêng đòi hỏi các quá trình phải bán tự động hay tự động Trong các nhà máy sản xuất thì lúc nào vấn đề vận chuyển hàng hóa hay nguyên liệu thì không thể thiếu được, muốn vận chuyển một cách dễ dàng và nhanh chóng thì phải luôn luôn có hệ thống băng tải Muốn điều khiển được băng tải tốt bên cạnh biến tần thì các cảm biến đóng vai trò khá quan trọng nhưng hơn hết muốn liên kết các thành phần nói trên lại thì cần phải có 1 CPU xử lý đó là PLC

Vì thế nhóm chúng em chọn đề tài “Băng chuyền đa hướng” mục

đích nhằm tìm hiểu về nguyên tắc vận hành cũng như vai trò của động cơ, cảm biến, trang bị điện và PLC trong công nghiệp ngày nay

PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC

I Tổng quan về PLC

1 Giới thiệu PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều

khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toánđiều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thểlập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này đượckích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua cáchoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Một khi

sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bênngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục

“lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào

và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộđiều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn cácyêu cầu sau:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trìnhphức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nốimạng, các modul mở rộng

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dâynối và các Logic thời gian, Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cườngdung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lýcũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc

sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnhlogic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch… sau đó là cácchức năng làm toán trên các máy lớn… Sự phát triển các máy tính dẫn đếncác bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quátrình điều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thựchiện sẽ được xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạpsẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chươngtrình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quitrình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của

PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dểdàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hayRelay.

2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lậptrình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giảnđều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổsung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS

có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sửdụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lậptrình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chươngtrình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458,

…

2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC

2.2.1 Đơn vị xử lý trung tâm

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc vàkiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tựtừng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng tháingõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạtđộng thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong

Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì

và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modulvào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùngthời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay songsong

Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus,

nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địachỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng

sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điềukhiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong mộtthời gian hạn chế

Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ

và I/O Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 18MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu

tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

2.2.3 Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:

- Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

- Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời,đếm, ghi các Relay

- Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cảmọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉtrong bộ nhớ.

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bêntrong bộ vi xử lý Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi

xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽxuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vimạch này có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vimạch Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng

RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi

hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếunguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bịmột pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vàitháng đến vài năm Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm trachương trình Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năngtiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ

mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vàođược Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵntrong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Nếu người

sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bêntrong PLC Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sửdụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nênthường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài Kích thước bộ nhớ:

- Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào côngnghệ chế tạo

- Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiêu xử lý

là 12/24VDC hoặc 100/240VAC

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của cáckênh I/O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việckiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thựchiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

3 Ưu điểm của PLC

- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay

- Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển

- Chiếm vị trớ khụng gian nhỏ trong hệ thống.

- Nhiều chức năng điều khiển

- Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao

- Cụng suất tiờu thụ nhỏ - Khụng cần quan tõm nhiều về vấn đề lắp đặt

- Cú khả năng mở rộng số ngừ vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều khiển bằng cỏch nối thờm cỏc khối vào ra chức năng

- Dễ dàng điều khiển và giỏm sỏt từ mỏy tớnh

- Giỏ thành hợp lý tựy vào từng loại PLC

II ĐẶC ĐIỂM CỦA CP1E

1 Thụng số kỹ thuật

O

40-đầu I/O

Điện áp

cung cấp

Kiểu AC 100 đến 240v AC, 50/60 HzKiểu DC 24v DC

Phạm vi

điện áp

Kiểu AC 85 đến 264 v ACKiểu DC 20,4 đến 26,4v DCTiêu thụ

điện

Độ bên xung lực 147m/s2 (20G) ba lần mỗi chiều X, Y và Z

Nhiệt độ môi trờng Nhiệt độ làm việc: 0 đến 55C0

Nhiệt độ bảo quản:-20 đến 75C0

Độ ẩm môi trờng 10% to 90% (with no condensation)

Môi trờng làm việc Không làm việc trong môi trờng khí đốt

Thời gian cho gián

đoạn nguồn

Kiểu AC: min 10ms; Kiểu DC: min 2ms

(Thời gian gián đoạn tính khi nguồn nhỏ hơn85% định mức)

Kiểu DC Max 300 g Max 400 g Max 500

g

Max 600g

5 Ld Khởi động một dãy lệnh với trạng thái của bit xác định

hoặc để định nghĩa một khối logic đợc dùng với ANDLDhoặc ORLD

6 Ld not Khởi động một dãy lệnh với nghịch đảo của bit xác định

7 Or Cộng logic trạng thái của bit xác định với điều kiện thực

hiện

8 Or ld Cộng kết quả của các khối định trớc

9 Or not Cộng logic nghịch đảo bit xác định với điều kiện thực

hiện

10 Out Đa ra cổng ra giá trị của bit thực hiện

11 Out not Đa ra cổng ra giá trị nghịch đảo của bit thực hiện

12 Tim Quá trình thời gian trễ ON

13 Nop Không thực hiện gì cả, quá trình chuyển sang lệnh bên

cạnh

14 End Lệnh kết thúc chơng trình

15 IL Nừu điều kiện khoá chéo là OFF tất cả các đầu ra là OFF

và toàn bộ thời gian (time) sẽ phục hồi giữa IL này (02) và

IL khác (03) Các lệnh khác đợc điều hành nh là lệnh NOP(00), bộ đếm vẫn duy trì

16 Ilc

17 Jmp Nừu điều kiện nhảy bị tắt (OFF) tất cả các lệnh giữa JMP

21 Step Khi dùng với bit điều khiển sẽ xác định điểm bắt đầu một

bớc mới và phục hồi (R) bớc trớc đó Khi không dùng vớibit điều khiển sẽ xác định điểm cuối của việc thực hiện b-ớc

22 snxt Dùng với một bit điều khiển để chỉ ra kết thúc bớc, phục

hồi bớc và bắt đầu bớc tiếp theo

23 Set Tạo ra bộ ghi dịch bit

24 Keep Xác định một bit nh là một chốt điều khiển bởi các đầu

vào đất và phục hồi

25 Cntr Tăng hoặc giảm số đếm bởi một trong số các tín hiệu vào

tăng hoặc giảm chuyển từ OFF sang ON

26 Difu Bật (On) bit xác định cho một chu kỳ tại sờn trớc của

xung vào

27 Difd Nhân logic trạng thái của bit xác định với điều kiện thực

hiện

28 Timh Bộ thời gian tốc độ cao có trễ

29 Wsft Dịch chuyển dữ liệu giữa các từ đầu và cuối trong nhóm

từ, viết 0 vào từ đầu

30 Cmp So sánh nội dung của 2 từ và đa ra kết quả vào các cờ GR,

EQ, LE

31 Mov Chép dữ liệu nguồn (từ hoặc hằng số) vào từ đích

32 Mvn Đảo dữ liệu nguồn (từ hoặc hằng số) sau đó chép nó vào

từ đích

33 Bin Chuyển dữ liệu 4 số dạng BCD trong từ nguồn thành dữ

liệu nhị phân 16 bit và đa dữ liệu đã đợc chuyển vào từkết quả

34 Bcd Chuyển dữ liệu nhị phân trong từ nguồn thành BCD sau đó

đa dữ liệu đã chuyển mã ra từ kết quả

35 Asl Dịch từng bít trong từ đơn của dữ liệu về bên trái có CY

36 Asr Dịch từng bít trong từ đơn của dữ liệu về bên phải có CY

37 Rol Quay các bít trong từ đơn của dữ liệu một bít về bên trái

có CY

38 Ror Quay các bít trong từ đơn của dữ liệu một bít về bên phải

có CY

39 Com Đảo trạng thái bít của một từ dữ liệu

40 Add Cộng 2 giá trị BCD 4 số với nội dung của CY và đa kết

quả đến từ ghi kết quả đặc biệt

41 Sub Trừ một giá trị BCD 4 số và CY từ một giá trị BCD 4 bit

khác và đa kết quả

42 Mul Nhân 2 giá trị BCD 4 số và đa kết quả tới từ kết quả đặc

biệt

43 Div Chia số BCD 4 số cho số bị chia BCD 4 số và đa kết quả

tới từ kết quả đặc biệt

44 Andw Nhân logic 2 từ vào 16 bit và đặc bit tơng ứng vào từ kết

quả nếu các bit tơng ứng trong các từ vào đều ON

45 Orw Cộng logic 2 từ vào 16 bit và đặt bit tơng ứng vào từ kết

quả nếu các bit tơng ứng trong dữ liệu vào là ON

46 Xorw Cộng (EXNOR) 2 từ 16 bit và đặt bit vào từ kết quả khi

các bit tơng ứng trong các từ vào có trạng thái khác nhau

47 Xnrw Cộng đảo (EXNOR) 2 từ 16 bit và đặt bit vào từ kết quả

khi các bit tơng ứng trong các từ vào có cùng trạng thái

48 Inc Tăng từ BCD 4 số lên 1 đơn vị

49 Dec Giảm từ BCD 4 số đi 1 đơn vị

50 Stc Đặt cờ mang sang (bật ON, CY)

51 Clc Xoá cờ mang sang (tắt OF, CY)

52 Trsm Khởi đầu viết dữ liệu không dùng với CQM1-CPU

11/21-E

53 Msg Hiển thị thông báo 16 vị trí tên bộ lập trình.

54 Adb Cộng 2 giá trị Hexa 4 số với nội dung của CY và gửi kết

quả tới từ kết quả xác định

55 Sbb Trừ giá trị Hexa 4 số cho một giá trị Hexa 4 số, CY và gửi

kết quả tới từ kết quả

56 Mlb Nhân 2 số trị Hexa 4 số và gửi kết quả tới từ kết quả xác

định

57 Dvb Chia số trị Hexa 4 số cho số Hexa 4 số và gửi kết quả tới

từ kết quả xác định

58 Addl Cộng 2 giá trị 8 số (2 trừ một) và nội dung của CY và gửi

kết quả tới các từ kết quả xác định

59 Subl Trừ giá trị BCD 8 số cho một giá trị BCD 8 số và CY và

gửi kết quả vào từ kết quả

60 Mull Nhân 2 giá trị BCD 8 số và gửi kết quả vào các từ kết quả

xác định

61 Divl Chia số BCD 8 số cho số BCD 8 số và gửi kết quả đến các

từ kết quả xác định

62 Binl Chuyển giá trị BCD thành các từ nhị phân nguồn liên kết

và đa dữ liệu chuyển đổi đến 2 từ kết quả liên tiếp

63 Bcdl Chuyển giá trị nhị phân thành hai từ BCD nguồn liên tiếp

và đa dữ liệu đã chuyển đổi đến 2 từ kết quả liên tiếp

64 XFer Chuyển 1 số nội dung từ nguồn liên tiếp thành từ đích liên

tiếp

65 Bset Sao chép nội dung 1 từ hoặc 1 hằng số thành một số từ

liên tiếp

66 Root Bình phơng (khai căn) của giá trị BCD 8 số và đa ra kết

quả số nguyên 4 chữ số đã cắt ngắt và gửi kết quả ra 1 từ

định trớc

67 Xchg Trao đổi nội dung của hai từ khác nhau

68 @colm Chép 16 bit của một từ xác định vào một cột bit của các từ

16 bit liên tiếp

69 Cps So sánh hai giá trị nhị phân 16 bit (4 số) đã đánh dấu và đa

kết quả đến các cờ GR, EQ, LE

70 Cpsl So sánh hai giá trị nhị phân 32 bit (8 số) đã đánh dấu và đa

kết quả đến các cờ GR, EQ, LE

71 @dbs Chia 1 giá trị nhị phân 16 bit đã đánh dấu cho một giá trị

khác và đa kết quả nhị phân 32 bit đã đánh dấu vào từ R

đến R+1

72 @dbsl Chia 1 giá trị nhị phân 32 bit đã đánh dấu cho một giá trị

khác và đa kết quả nhị phân 64 bit đã đánh dấu vào từR+3 đến R

73 @fCS Kiểm tra lỗi trong dữ liệu truyền bởi lệnh Host link

74 @fpd Tìm lỗi trong cụm các lệnh

75 @hex Chuyển đổi dữ liệu ASCII thành dữ liệu hexa

76 @hky Vào dữ liệu hexa đến 8 số từ bàn 16 phím

77 @hms Chuyển đổi dữ liệu giây (s) thành dữ liệu giờ (h) và phút

(mm)

78 @line Chép một bit của cụm 16 từ liên tiếp vào từ xác định

79 @max Tìm giá trị cực đại trong không gian dữ liệu xác định và

đ-a giá trị này tới từ khác

80 @mbs Nhân nội dung nhị phân đánh dấu của hai từ và đa kết quả

nhị phân 8 bit đã đánh dấu vào R+1 và R

81 @mbsl Nhân hai giá trị nhị phân 32 bit (8 số) đã đánh dấu và đa

kết quả nhị phân 16 bit đã đánh dấu vào R+3 đến R

82 @min Tìm giá trị cực tiểu trong không gian dữ liệu xác định và

đa giá trị này vào từ khác

83 @neg Chuyển đổi nội dung hexa 4 chữ số của từ nguồn thành

phần bù modul 2 của nó và đa kết quả vào R

84 @negl Chuyển đổi nội dung hexa 8 chữ số của từ nguồn thành

phần bù modul 2 của nó và đa kết quả vào R và R+1

85 Pid (Chỉ có CQM1-CPV43E) thể hiện điều khiển PID dựa trên