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

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội --- Đồ án Tốt Nghiệp- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn đượcđem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều

Trang 1

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp

“Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều

khiển tự động máy xấn tôn”

1.2.Điểm mạnh và điể m 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 tácđộng đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễdàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đềliên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết

1

Trang 2

dễ dàng bằng công nghệ điề u khiển chu trình trước đây Như thế,người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệđiều khiển chu trình

Ngườ i lập chương trình đượ c trang bị các công cụ phần mề m đểtìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế haytheo 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 tínhiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle

- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là khôngcần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếpđiểm và không tiếp điểm

Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chứcnăng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ đểthực hiện chức năng đó

Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiếnthức chuyên môn về PLC Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũngnhư việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc

Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác độngbên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), màchương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phầnmềm 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 tiếptới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý đầu I/O nàyđược đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổitín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi cácgiá 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 rấtnhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ởPLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình vàcác chương trình đó được lưu giữ ở băng catssete hay đĩa CDROM,sau đó thì chỉ việc sao trở lại

2

Trang 3

- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn đượcđem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điềukhiển bằng rơle trước đây,

- Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếpđiểm 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 racác ngôn ngữ lậ p trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàncục về hợp thức hoá

Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắthơn 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)

Thiết bị lập trình

Bộ nhớ

Nguồn công suất

Trang 4

3

Trang 5

Hình 1.1a) Bộ xử lý của PLC :

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), làlinh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệunhập và thực hiệ n các hoạt động điều khiển theochương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU,truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt độngđến các thiết bị xuất

b) Bộ nguồn:

B ộ ngu ồn có nhiệm vụ chuyể n đổi điện áp ACthành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý vàcác mạch điện có trong các module giao diện nhập vàxuất

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) cungcấp dung lượng lưu trỡ cho hệ điều hành và dữ liệu

cố định được CPU sử dụng

Trang 6

trì nội dung RAM trong một thời gian Sau khi được cài đặt vào RAMchương trình có th ể 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 tr ữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhịphân có thể lưu trữ được Như vậy nế u 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 l ập trình được sử dụng để nhập chương trình vào bộ nhớ của

bộ xử lý Chươ ng trình được viết trên thiết bị này sau đó được chuyểnđến bộ nhớ của PLC

e) Các phần nhập và xuất

Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thi ết bị ngoại vi và truyềnthông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu nhậ p có thể đến từ cáccông tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv… Các thiết bị xuất có thể đến cáccuộn 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 đượctrang bị đồng hồ có tần số trong kho ảng từ 1 đến 8 MHz Tần số nàyquyết 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 đượctruyền dưới dạng các tín hiệ u digital Các đường dẫ n bên trong truyềncác tín hiệu digital được gọi là Bus Về vật lý bus là bộ dây dẫn truyềncác tín hiệu điện Bus có thể là các vệt dây dẫn trên bản mạch in hoặccác dây điện trong cable bẹ CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệugiữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tớ i các vị trí truy cậ p dữliệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt

5

Trang 7

động điề u khiển nội bộ Bus hệ thống được sử dụng để truyền thông giữa các cổng và thiết bị nhập /xuất

Cấu trúc của PLC được minh hoạ như sơ đồ sau

dïng

Bus d÷ liÖu

H×nh 1.2

Palen ch−¬ng tr×nh

Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý Nói chung CPU có:

1 Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thựchiện các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logicAND, OR,NOT,EXCLUSIVE- OR

6

Trang 8

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 tinđược truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhịphân 1 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệ u nào đó Thuậtngữ từ được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó Vì vậymột từ 8 - bit có thể là số nhị phân 00100110 Cả 8- bit này được truyềnthông đồng thời theo dây song song của chúng Hệ thống PLC có 4 loạibus

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 thểthực hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết quả theogiá 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 nhớđược gán một địa chỉ duy nhất Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ saocho 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 Nếubus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8-bit, hoặc số lượng địa chỉ phânbiệt là 28 = 256 Với bus địa chỉ 16 đường số lượng địa chỉ khả dụng là65536

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 từthiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian đượcdùng 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

7

Trang 9

và lập trình được (EPROM) Các loại bộ nhớ này đã được trình bày ởtrên

Chương II

CÁC THIẾT BỊ NHẬP- XUẤT

Các thiết bị nhập/ xuất trong PLC bao gồm: các tín hiệu digital vàanalog, 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 côngtắc 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 xuấtgồm rơle, các thiết bị tiếp xúc, các van solenoid, và động cơ v.v…

8

Trang 10

2.1.2 các bộ cảm biến.

Hiện nay các bộ cảm biế n được sử dụng rộng rãi trong việc đưa tínhiệu đầ u vào của PLC Có rất nhiều loại cảm biến

a) bộ cảm biến quang điện:

Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vậ n hành theo kiểu truyềnphát, vật thể cần phát hiệ n sẽ chắn chùm sáng không cho chúng chiếutới thiết bị dò hoặc theo ki ểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phảnchiếu 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 mộtcặp transistor Cặp transistor này làm tăng độ nhạ y của thiết bị tuỳ theomạch được sử dụng đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đếnmức cao hoặc mức thấp sau khi ánh sáng truyền đến transistor Các bộcảm biến được cung cấp dưới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của vậtthể ở khoảng cách ngắn

c) Cảm biến áp suất:

Trang 11

Các bộ cảm biến áp suất thông dụng cung cấp các đáp ứng liên quanđến áp su ất là kiểu màng và kiều xếp Kiể u màng g ồm một đĩa mỏngbằng kim loại hoặ c chấ t dẻo, đượ c định vị theo chu vi Khi áp xuất ởhai phía của màng khác nhau, tâm màng bị lệch Độ lệ ch này tươngứng 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 tinhthể áp điện Khi tinh thể áp điện bị nén sẽ có sự dịch chuyển tươ ng đốigiữa các điện tích âm và các điện tích dương trong tinh th ể đó và các

bề mặt phía ngoài của các tinh thể sẽ tích điện và như vậy hiệu điện thếxuất hiện

Ví dụ về loại cảm biến này là bộ cảm biến

Motorola MPX100AP hình 2.3 ¸p suÊt t¸c dông

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

H×nh 2.3

Trang 12

10

Trang 13

2.2 Các thiết bị xuất.

Các cổng ra của PLC có kiểu rơle hoặc bộ cách điệnquang với các kiểu Transistor hoặc triac tuỳ theo cácthiết bị được kết nối với chúng sẽ được đóng ho ặc

mở Nói chung tín hiệu digital từ kênh suất của PLCđược sử dụng để điề u khiển thiết bị kích hoạt, sau đóthiết bị kích hoạt điều khiể n quá trình nào đó Thuậtngữ thiết bị kích hoạ t được sử dụng cho thiết bị biếnđổi tín hiệ u điệ n thành hoạt động có công suất caohơn, sau đó hoạt động này sẽ điều khiển quá trìnhHiện nay PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệthống thuỷ lực, chúng dùng trong việc điều khiển tựđộng các van điều khiển hướng vận hành bằngsolennoid

Van này được sử dụng để điề u khiển hướng lư uthông của khí nén hay dầu ép và cũng được sử dụng

để vận hành các thiết bị khác, chẳng hạn như chuyểnđộng của Piston trong xylanh

Hình 2.5 minh hoạ kiểu van cuộn được sử dụng đểđiều khiển chuyển động của Piston trong xylanh.Trong sơ đồ trên khí nén hoặc dầu thủy lực được nạpvào cổng P, cổng này được nối với nguồn áp suất từbơm hoặ c máy nén, và cổng T được nối kết để chophép dầu tở về thùng chứa hoặc di vào hộp hệ thốngthủy lực để đẩ y không khí ra ngoài Khi không códòng điện chạy qua cuộn solenoid dầu thuỷ lực hoặckhí nén được nạp vào bên phải Piston và được xả ra ởbên trái , kết quả là Piston di chuyển về bên trái Khi

có dòng điện đi qua cuộn

Piston-Xilanh

Solenoid

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

Trang 14

ChÊt láng ra

H×nh 2.5

11

Trang 15

solenoid van cuộn chuyể n dầu hoặc khí nén đến bên trái Piston vàđược xả ra ở bên phải Piston dịch chuyển về bên phải Sự dịch chuyểncủa piston có thể được sử dụng để đẩy bộ chuyển hướng hoặc thực hiệndạng 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 dầ u ép, ngoài cơ cấu biến đổi năng lượng ra còn có rấtnhiều loạ i cơ cấu điều khiển và điều chỉnh làm các nhiệm vụ khácnhau, 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 t ải trong hệ thống dầu ép Khi ápsuất trong hệ thống vượt quá mức điề u chỉnh van, van an toàn mở ra đểđưa dầu về bể dầu do đó áp suất giảm xuống

Nhiều khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp su ất không đổi trong

hệ thống dầu ép Trong trường hợp này van an toàn đóng vai trò củavan 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

12

Trang 16

b) Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng.

Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng dùng để xác định lượngchấ t lỏng chảy qua nó trong một đơn vị thời gian, vànhơ thế có th ể điều chỉnh được vận tốc của cơ cấuchấp hành trong hệ thống thuỷ lực

Van tiết lưu:

Van tiế t lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu và do

đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệthống dầu ép

Đây là một dạng van kim với đầu côn

để có thể điều chỉnh được lưu lượng đi

đến xilanh hay động cơ thuỷ lực Chính

vì vậy có thể điều chỉnh được vận tốc

c) Cơ cấu điều khiển hướng.

Cơ cấu điều khiển hướng là loại cơ cấu điều khiểndùng để đóng, mở, nối liền hoặc ngăn cách cácđường dẫn dầu về những bộ phận tương ứng của hệthống thuỷ lực Cơ cấu điều hướng thường dùng cácloại sau

Van một chiều.

Van một chiều dùng để điều khiển

hướng chất lỏng đi theo một hướng H×nh

2.8

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

Trang 17

13

Trang 18

Van đảo chiều.

Van đả o chiều là một loại cơ cấu điều khiể n dùngđóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biếnđổi năng lượng, dùng để đảo chiều các xilanh truyềnlực hay động cơ dầu bằng cách đổi hướng chuyểnđộng của dầu ép

Nguyên tắc làm việc.

Van đảo chiều có rất nhiề u dạng khác nhau, nhưngdựa 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 Thôngthường van đảo chiều có hai hoặc ba vị trí, ở nhữngtrường hợp đặc biệt có thể có nhiều hơn

Số cửa (đường): là số lỗ để dẫn dầ u vào hay ra Sốcửa của van đảo chiều thường dùng là 2, 3, 5, đôi khidùng nhiều hơn

a) Van đảo chiều hai vị trí (2/2)

Trang 19

c)Van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí.

14

Trang 20

d) Van đảo chiều 5 cửa 3 vị trí

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

Trang 21

Trang 22

Van 4/3

Trang 23

b

T AP B

Trang 24

17

Trang 25

Chương III

18

Trang 26

LẬP TRÌNH PLC

Các chương trình dùng trong hệ thống dựa trên bộ xử lý phải được tảivào hệ thống theo mã máy, đây là chuỗi số theo mã nhị phân để biểudiễn các lệnh chương trình Tuy nhiên, có thể sử dụng ngôn ngữAssembly, là ngôn ngữ dựa trên thuật nhớ, ví dụ LD được sử dụng đểcho biết hoạt động được yêu cầu để tải thêm dữ liệu tiếp theo LD, vàchương trình máy tính (Assembler ) được dùng để diễn dịch thuậ t nhớthành mã máy Việc lập trình có thể được thực hiện ngay từ đầu bằngcách sử dụng các ngôn ngữ bậ c cao ví dụ C, BASIC, PASCAL,FORTRAN, COBOL,…Các ngôn ngữ này sử dụng các hàm có sẵn vàđược biểu diễn bằ ng 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 Tuynhiên việc sử dụng các phương pháp này để viết chươ ng trình đòi hỏimột số kĩ năng lập trình nhất định, trong khi các PLC được nhắm đếnngười dùng là các kỹ sư, không đòi hỏi kiến thức quá cao về lậ p trình

Do dó việc lậ p trình bằng ngôn ngữ bậc thang được nghiên cứu và ứngdụng Đây là phương pháp viết chươ ng trình, có thể chuy ển thành mãmáy nhờ phần mềm chuyên dùng cho bộ vi xử lý của PLC

Chương này giới thiệu phương pháp lập trình cho PLC một cách tổngquát bằng cách sử dụng các sơ đồ thang

L2

§éng c¬.

Trang 27

C«ng t¾c

Trang 28

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 diễ n đườ ng dẫn

công suấ t vào và nối phần còn

lại giữa hai mạch đó Hình 3.1b

Cả hai mạch đều có công tắ c mắc nối tiếp với động cơ và động cơđược 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 bàybằng hai đường dọc, phần con lạ i của mạch là các đường ngang Cácđườ ng công suất trông giống mặt đứng của thang và các đường ngangcủa mạch tương tự các nấc thang Các nấc ngang ch ỉ cho thấy phầnđiều khiển của mạch Các sơ đồ thường cho thấy vị trí vật lý tươ ng đốicủa các bộ phận trong mạch và cách nối kế t chúng Các sơ đồ thangkhông nhằm mục đích trình bày vị trí thực tế mà chú trọng trình bày rõràng cách điều khiển

3.2 Lập trình bậc thang PLC.

Phương pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang Việcviết chương trình tươ ng đương với việc vẽ mạch chuyển mạch Sơ đồthang gồm hai đường dọc biểu diễn đường dẫn công suất Các mạch nốikết theo đường ngang (các nấc thang) giữa hai đường dọc này

Để vẽ sơ đồ thang cần tuân theo các bước sau:

a- Các đườ ng dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạchđược 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

20 NÊc 3 NÊc 4

Trang 29

Trường đại học Bỏch Khoa Hà Nội - Đồ ỏn Tốt Nghiệp

Nấc thứ nhất được đọc từ trỏi sang phải,

tiếp theo nấc thứ hai được đọc từ trỏi sang phải

v.v…khi ở chế độ ho ạt động PLC sẽ đi từ đầu

đến cuối của chương trỡnh thang, nấ c cuối của

chương trỡnh thang được ghi chỳ rừ ràng sau

đú chươ ng trỡnh lại được lặp lại từ đầu Quỏ trỡnh

lần lượt đi qua tất cả cỏc nấc của chương trỡnh

được gọi là chu trỡnh.

d- Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều

ngừ vào và kết thỳc với ớt nhất một ngừ ra

e- Cỏc thiết bị điện đượ c trỡnh bày ở điều kiện

chuẩn của chỳng vỡ vậy cụng tắc thường mở

được trỡnh bày trờn sơ đồ thang ở trạng thỏi mở Cụng tắc thường đúngđược trỡnh bày ở trạng thỏi đúng

f- Thiết bị bất kỳ cú thể xuất hiện trờn nhiều nấc thang Vớ dụ cú thể cúrơle đúng mạch một hoặc nhi ều thiết bị Cỏc mẫ u tự và/hoặc cỏc sốgiống nhau được sử dụng để ghi nhón mỏc cho thiết bị trong từngtrường hợp

g- Cỏc ngừ vào và ra được nhậ n biết theo địa chỉ của chỳng, kớ hiệu tuỳtheo nhà sản xuất PLC Đú là địa chỉ ngừ vào hoặc ngừ ra trong bộ

thường mở

Hỡnh 3.3 trỡnh bày cỏc ký hiệu tiờu chuẩn

được sử dụng cho thiết bị nhập và xuất Các tiếp điểm ngõ vμngothường đóng

Ký hiệu này ỏp dụng cho mọi thiết bị được Lệnh đặc biệt

kết nối với ngừ vào Hoạt động của ngừ vào

tương đương với việc đúng hoặc mở cụng tắc

Cỏc ngừ ra được biểu diễn chỉ bằng một kớ Thiết bị xuất

hiệu, bất kể thiết bị được kết nối với ngừ ra

Để giải thớch cỏch vẽ nấc sơ đồ thang, cú

thể xột trường hợp cấp điện cho thiết bị xuất,

chẳng hạn động cơ tuỳ thuộc vào cụng tắc Hình 3.3

khởi động thường mở Ngừ vào là cụng tắc

và ngừ ra là động cơ Hỡnh 3.4 minh hoạ sơ Ngõ vμngo Ngõ ra

21

Trang 30

đồ thang, bắt đầu với ngõ vào, có ký hiệu

thường mở đối với các tiếp điểm của ngõ

H×nh 3.4

Trang 31

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 A

B

cấp công suất, trừ khi hai công tắc thườ ng 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 v ận 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:

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 Ngâ ra

vào A là công tắc A, mắc nối tiếp với A B

công tắc A là các tiếp điểm thường mở

khác được ghi là ngõ vào B, để biểu H×nh 3.6 Cæng AND

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 N g â vμng o A

3.3.2 Hàm OR

Hình 3.7 minh hoạ tình huống ngõ

ra được cấp công suất khi N g â v μng o B

H ×n h 3 5

Trang 32

Tình huống này mô tả cổng logic OR, trong

đó, ngõ vào A hoặc ngõ vào B phải hoạt

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 điể m A là kí hiệu tiếp

điểm thường mở B đường vẽ kết thúc

với kí hiệu O biểu diễn ngõ ra

N gâ vμngo A N gâ ra

N gâ vμngo B

3.3.3 Hàm NOT

Hình 3.9 trình bày mạ ch điện được

điều khiển bằng công tắc thường đóng

Khi có tín hiệu vào công tắc mở và tắt

N gâ ra H×nh 3.9

H ×nh 3.8

Ngâ vμngo A

Trang 33

dòng điện vào mạch Mạ ch 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:

Trang 34

Hình 3.10 minh hoạ hệ thống cổng NOT trên sơ đồ thang, ngõ vào A được mắc nối tiếp với ngõ ra O3.3.4 Hàm NAND

Giả sử cổng NOT được bố trí

sau cổng AND hình 3.11a hệ

quả là cổng NOT

sẽ đảo ngượ c 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 vậ y (hình

3.11b) Bảng chân lý chung cho

các trường hợp này như sau:

InputA Input B0

011

Hình 3.12 minh họa sơ đồ thang của cổng

NAND Khi các tín hiệu vào của ngõ A

H×nh 3.12

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 hiệ u

ra của cổng OR Một cách

bố trí kháccũng

Trang 35

OR NOT H×nh

3.13.a

24

Trang 36

cho kết quả như vậy là đặt cổng NOT trên mọi ngõ vào của cổng AND (Hình 3.13b)

Bảng chân lý của cổng này như sau:

Tổ hợp cổng OR và cổng NOT được gọi là

cổng NOR Cổng này có ngõ ra là 1 khi ngõ vào A và B đều là 0

Hình 3.14 minh họa sơ đồ thang của hệ thống cổng NOR

Khi ngõ A và B đều không được kích hoạt

Trang 37

1 1 0Cổng này được gọi là cổng Exclusive OR hoặc XOR.Một phương pháp để thược hiện cổng XOR là

25

Trang 38

bố trí các cổng NOR, AND, OR như trên hình 3.15

Hình 3.16 minh hoạ sơ đồ thang của hệ thống cổng XOR Khi các ngõvào A và B đều không được kích hoạt, ngõ ra sẽ là 0 Khi chỉ có ngõvào A được kích hoạt, nhánh trên sẽ cho kế t quả là 1 Khi chỉ có ngõvào B được kích hoạt, ngõ ra sẽ có tín hiệu là 1 ở nhánh dưới Khi cảhai ngõ A và B đều được kích hoạt sẽ không có ngõ ra

Ngâ vμngo A Ngâ vμngo B Ngâ ra

Ngâ vμngo A Ngâ vμngo B

H×nh 3.16

3.3.7 Mạch khoá ( Mạch tự duy trì)

Trong thực tế có các tình huống cần duy trì sự cung cấp công suất chongõ ra ngay cả khi ngõ vào ngừng hoạt động

Ví dụ: Động cơ được khởi động bằng cách nhấn công tắc kiểu nút bấm, kể

cả khi các tiếp điể m của công tắc không đóng, động cơ vẫ n phải tiếp tụcchạy cho đến khi công tắc dừng kiểu nút bấm được nhấn Thuật ngữ mạchkhoá được áp dụng cho các mạch thực hiện hoạt động này Đây là mạch

tự duy trì, nghĩa là sau khi được cung cấ p công suất mạch duy trì trạngthái đó cho đến khi nhận các tín hiệuNgâvàoμngA khácNgâvμng.o B Ngâ ra

Hình 3.17 minh họa sư đồ thang của

mạch khoá Khi tiếp điểm của ngõ vào

A đóng, ngõ ra xuất hiện, đồng thời

khi đ ó tiếp điể m của ngõ ra cung

Trang 39

hiệu bật sáng khi động cơ đượ c cấ p ngu ồn và một đèn tín hiệ u khácbật sáng khi động cơ không được cấp công suấ t Hình 3.18 minh hoạ

sơ đồ thang của mạch này theo chuẩn Mitsubishi

Khi X400 được đóng tạm thời, Y430 được cấp công suất và tiếp điểmcủa Y430 đóng Điều này dẫn đến tình trạng khoá đồng

thời đóng mạch Y431 (Đèn báo khi động cơ được cấp công suất)

và khoá mạch Y432 ( Đèn báo khi động cơ không có công suất) Để tắtngõ ra Y430 chỉ có thể tắt bằng tiếp điểm thường đóng X401

§Ìn khi kh«ng cã c«ng suÊt

Trang 40

3.4 Các RƠLE nội:

Trong PLC có nhiều linh kiện được sử dụng để lưu giữ dữ liệu, và hoạt động như các Rơle, có khả năng đóng hoặc ngắt mạch để tắt hoặ c mở các thiết bị Đó là các Rơle nội Các Rơle này không tồn tại d ưới dạng các thiết bị chuyển mạch mà chỉ là các bit trong bộ nhớ lưu trữ hoạt động với chức năng R ơle Đối với lập trình chúng đượ c xem như là các ngõ vào và các ngõ ra của Rơle ngoài Do đó ngõ vào đối với các công tắc ngoài có thể đượ c sử dụng để cung cấp ngõ ra từ Rơle nội Hệquả là các tiếp điểm của Rơle nội được sử dụng phối hợp với các công tắc ngõ vào bên ngoài để tạo thành ngõ ra, ví dụ như kích hoạ t động cơ… Để sử dụng, R ơle nội phả i được kích hoạt trên một nấc chương trình sau đó tín hiệ u ra của Rơle nội đượ c sử dụng để vân hành các tiếp điểm chuyển mạch trên một hoặc nhiều nấc khác của chương trình

đó Các Rơle nội có thể được lập trình với số lượng tập hợp các tiếp điểm kết hợp theo yêu cầu

Để phân biệt Rơle nội với các Rơle ngoài, ngõ ra của Rơle nội và ngõ

ra của Rơle ngoài được cấp các địa chỉ khác nhau

Hiện nay các nhà sản xuất PLC có khuynh hướng sử dụng các thuậtngữ khác nhau cho các Rơle nội và biểu diễn các điại chỉ của chúngtheo các cách khác nhau

Ví dụ: Mitsubishi sử dụng thuật ngữ Rơle phụ hoặc bộ đánh dấu và kí hiệu M100, M101,v.v… Siemens sử dụng thuật ngữ cờ hiệu và kí hiệu

F0.0, F0.1 v.v…

Với các chương trình thang, ngõ ra của Rơle nội cũng được biểu diễnbằng các kí hiệ u c ủa thiết bị xuất () hoặc O, kèm theo là địa chỉ củachúng Cho biết đó là Rơle nội không phải là Rơle ngoại

Để minh họa công dụng của Rơle nội, ta xét tình huống sau

Hệ thống đượ c kích hoạ t khi hai tập hợp các điều kiện nhập khác nhauxuất hiện Hệ thống này có thể được lậ p trình dưới dạ ng hệ thốngcổng logic AND tuy nhiên nếu phải kiểm tra nhiều ngõ vào để mỗitrạng thái nhậ p đều có thể được thực hiện, việ c sử dụng Rơle nội sẽđơn giản hơn các trạng thái của ngõ vào thứ nhất sẽ được sử dụng đểcung cấp ngõ ra đến Rơle nội Rơle này có các tiếp điểm kết hợ p sẽ trởthành một phần của các điều kiện nhập đối với ngõ vào thứ hai

28

Định dạng
Số trang	270
Dung lượng	3,18 MB