Khảo sát, lập trình điều khiển robot sắp xếp sản phẩm theo chiều cố định

Khảo sát, lập trình điều khiển robot sắp xếp sản phẩm theo chiều cố định

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC

TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT, LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT SẮP XẾP SẢN PHẨM THEO CHIỀU CỐ ĐỊNH.

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Quận

Sinh viên thực hiện: Lê Minh Chánh

Nguyễn Hữu Hạnh Nguyễn Vũ Lân

Huỳnh Ngọc Thông

Lê Quốc Việt

Đà Nẵng, Năm 2018

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm 1

1.2 Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm 2

1.3 Vấn đề hiện nay về hệ thống phân loại sản phẩm 3

1.4 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phân loại sản phẩm 4

1.5 Các loại hình phân loại sản phẩm phổ biến hện nay 4

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC

2.1 Tổng quan về PLC 9

2.1.1 PLC là gì?

2.1.2 Đặc điểm của bộ lập trình

2.1.3 Sơ lược về lịch sử phát triển

2.1.4 Cấu trúc và hoạt động của PLC

2.1.4.1 Cấu trúc 11

2.1.4.2 Hoạt động của PLC 12

2.1.5 Phân loại

2.1.6 Các hãng sản xuất

2.1.7 Ưu điểm, nhược điểm

2.1.8 Ứng dụng

2.2 Giới thiệu PLC S7-200 SIEMENS 23

2.2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-200

2.2.2 Cấu trúc phần cứng

2.2.3 Cấu trúc bộ nhớ

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT MÔ HÌNH VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

3.1 Khảo sát mô hình 32

3.1.1 Yêu cần công nghệ

3.1.2 Mô hình thực tế

3.1.2.1 Nguồn khí nén 32

3.1.2.2 Xi lanh 33

ii

3.2 Viết chương trình 37

3.2.1 Các bước lập trình

3.2.2 Phân công đầu vào đầu/đầu ra

3.2.3 Lập trình trên phần mềm (STEP7 MicroWin)

CHƯƠNG 4 KẾT NỐI VÀ VẬN HÀNH MÔ HÌNH

4.1 Kết nối phần cứng 44

4.1.1 Sơ đồ kết nối phần cứng PLC

4.2 Vận hành và hiệu chỉnh 45

4.3 Kết quả đạt được 45

4.4 Ưu điểm 46

4.5 Nhược điểm 46

4.6 Ứng dụng thực thế của mô hình 46

4.7 Hướng phát triển của đề tài 46

4.8 Kết luận chung 47

HÌNH 2.Dây chuyền phân loại dưa leo 6

HÌNH 3.Dây chuyền phân loại nước giải khát 7

HÌNH 4.Một PLC S7-200 của siemes 9

HÌNH 5.Cấu trúc và hoạt động chung của một hệ thống PLC 9

HÌNH 6.Cấu trúc của PLC 11

HÌNH 7.Một chu kỳ quét của PLC 14

HÌNH 8.PLC S7-200 của siemens 15

HÌNH 9.PLC CP1L của omron 15

HÌNH 10.PLC FX1S SPS của mitsubishi 15

HÌNH 11.PLC Mitsubishi loại alpha 16

HÌNH 12.PLC Mitsubishi loại FX1N 16

HÌNH 13.Mitsubishi loại FX2N 16

HÌNH 14.PLC S7-200 17

HÌNH 15.PLC S7-300 17

HÌNH 16 PLC S7-400 17

HÌNH 17.PLC S7-1200 18

HÌNH 18 PLC DL05 19

HÌNH 19.PLC S5-100U của siemens 19

HÌNH 20.PLC CJ1M của omron 20

HÌNH 21 PLC S7-300 siemens 20

HÌNH 22.Các loại CPU S7-200 24

HÌNH 23.So sánh các thông số và đặc điểm của series 22x 25

HÌNH 24.S7-200 CPU 224 26

HÌNH 25.Mô tả chức năng của các chân của port RS 485 27

HÌNH 26.Kết nối giữa máy tính và PLC 27

HÌNH 27.Cấu trúc bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 28

HÌNH 28 Đặc điểm và giới hạn vùng nhớ của CPU 22x 31

HÌNH 29.Bản vẽ cấu tạo của mô hình 32

HÌNH 30.Nguyên lý hoạt động của máy khí nén 33

HÌNH 31.Cấu tạo của xi lanh 34

HÌNH 32.Van điện từ khí nén 34

HÌNH 33.Cấu tạo của van điện từ 5/2 35

HÌNH 34.Cảm biến từ 35

HÌNH 35.Cảm biến tiệm cận dạng trụ 36

HÌNH 36.Cảm biến hành trình trên thân xi lanh 37

HÌNH 37.Cảm biến hành trình 37

HÌNH 38.Sơ đồ kết nối phần cứng PLC 44

iv

hóa hiện đại hóa và tất nhiên tự động hóa là một phần không thể thiếu trong cácdoanh nghiệp sản xuất trong cả nước Những máy móc, dây chuyền tự động đãđược ứng dụng và sử dụng rất nhiều trong các công ty xí nghiệp và khu côngnghiệp có quy mô Nhờ đó các mặt khác như công nghệ thông tin và công nghệđiện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một thiết bị đó là PLC có khảnăng lập trình và điều khiển Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằmđạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh và tiện lợi về kinh tế Các công ty, xínghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC này để sử dụng trongcác quy trình sản xuất Trong đó không thể thiếu là hệ thống phân loại sản phẩm,

sử dụng công nghệ lập trình PLC để điều khiển cả hệ thống đó giúp giảm sức laođộng mà xản suất đạt hiệu quả cao, tiết kiệm về chi phí

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM

1.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm.

 Trước kia việc sản xuất và phân loại sản phẩm phải dụng sức ngườinên đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên người công nhânkhó có thể thực hiện sự công việc một cách chính xác trong thời giandài

 Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thốngphân loại sản phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế conngười trong công việc phân loại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quảtrong công việc Một hệ thống hoàn chỉnh có thể phân loại các sảnphẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trìhoãn hệ thống Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tậptrung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được

sự chính xác trong công việc Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chấtlượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự độngnhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấpbách này

 Hệ thống này trong đó có các dây chuyền là một hình thức tổ chức sảnxuất trong đó các bộ phận, thiết bị được thực hiện kế tiếp nhau theomột trình tự đặt trước

 Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụngthực tế trong các nhà máy xí nghiệp

 Chủ yếu được chia thành ba loại chính là phân loại theo màu sắc, phânloại theo hình dạng, phân loại theo chiều cao

 Các hệ thống sản xuất và phân loại sản phẩm ngày càng đa dạng vàđược tối ưu hơn

1

1.2 Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm.

 Từ thời xa xưa con người đã biết phân loại các sản phẩm không nhữngphục vụ cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho công việc buôn bán và trao đổihàng hóa Nhưng những sự phân biệt này còn thô sơ và dùng sức người làchính Khi nền kinh tế phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học kỹ thuậtthì con người đã biết áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất để máymóc thay thế dần cho sức lao động Chính vì thế mà các loại hình phânloại sản phẩm cũng phát triển mạnh mẽ

 Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiềutrong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trungcao và tính lặp lại nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xáctrong công việc Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩthuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trựtiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống

tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tấtyếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này Tùy vào mức độ phức tạp trongyêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn,nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệthống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam Vì vậy hiệnnay đa phần chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loạiphức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụngtrực tiếp sức lực con người để làm việc Bên cạnh các băng chuyền sảnphẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loạisản phẩm

1.3 Vấn đề hiện nay về hệ thống phân loại sản phẩm.

 Ở nước ta hiện nay có nhiều sức lao động và việc thuê nhân công rẻ tuyvậy bên cạnh đó vì là con người thủ công nên có thể xảy ra xai xót vàkhông được ổn định Tuy vậy việc nhân công dồi dào nhưng nguồn lực vềchất lượng cao còn hạn chế, tác phong làm việc còn hạn chế Phần lớn cácdoanh nghiệp đều phải đào tạo lại nghề cho nhân công Nhân công khônglành nghề dẫn đến chất lượng sản phẩm thấp, năng suất lao động khôngcao, sản phẩm làm ra sẽ không nhiều trong cùng một thời gian

 Các hoạt đông thủ công của doanh nghệp nói chung và các hoạt động phânloại sản phẩm thủ công nói riêng thì vẫn còn tốn khá nhiều công sức củanhân công hiện nay Những ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại nhưphân loại rác hoặc phân loại những sản phẩm liên quan đến chất độc hóahọc và độc hại thì công nhân tham gia vào quá trình hoạt động thì sẽ rấtnguy hiểm đến sức khỏe và cũng ảnh hưởng đến cả đến năng xuất của quátrình

 Tốc độ đổi mới công nghệ còn chậm, chưa đồng đều và chưa có địnhhướng phát triền rõ rẹt Phần lớn các công nghệ của nước ta còn sử dụngcác công nghệ phân loại sản phẩm còn tụt hậu so với các nước trên thế giớikhoảng 10 đến 15 năm, khoảng 80% công nghệ của phân loại sản phẩmcủa các doanh nghiệp là phải sử dụng công nghệ nhập khẩu từ các nướctiên tiến trên thế giới như: Nhật, Anh, Đức Phần lớn công nghệ máy mócnhập khẩu thuộc thập niên 50-60 Sự lạc hậu về công nghệ sẽ tạo ra chấtlượng sản phẩm thấp, điều này gây cho hang hóa của chúng ta gặp rấtnhiều khó khan trong vấn đề cạnh tranh về giá cả trên trị trường

 Trên thế giới hiện nay đã ứng dụng rất nhiều về những hệ thống thống tựđộng hóa trong sản xuất và họ đang phát triển và nhân mạnh mô hình ratoàn thế giới Số lượng nhân công chất lượng cao khá lớn, trình độ chuyênmôn cao dẫn đến chất lượng sản phẩm cũng như giá thành hết sức cạnhtranh không chỉ trong nước mà còn suất khẩu đi khắp thế giới như: Pháp,Đức, Anh, Trung quốc, Nhật Bản…

 Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băngchuyền Bên cạnh đó băng chuyền còn có đặt các thiết bị để nhận biết phânloại phụ thuộc và sản phẩm Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bịphân loại chúng sẽ được đẩy vào các hộp nằm trên các băng chuyền khác

3

Các sản phẩm còn lại sẽ được chuyền tiếp tục mang đến các thùng hàng.

Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khi có lệnh dùng Người công nhânchỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa và kho hàng

1.4 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống phân loại sản phẩm.

 Hoạt động phân loại tự động này có điểm mạnh là năng xuất và tính chínhxác cao, cần ít sức người mà vẫn đạt hiệu quả nên có thể cạnh tranh về giácũng như chất lượng trên thị trường

 Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nào của nước ta cũng cóthể đầu tư số tiền rất lớn để mua một hê thống tự động hóa hoàn chỉnh từnước ngoài

1.5 Các loại hình phân loại sản phẩm phổ biến hện nay.

 Tùy vào mức độ phức tạp yêu cầu của từng sản phẩm mà ta có thể đưa ranhưng phương án phân loại sản phẩm khác nhau Hiện nay có một sốphương pháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong đời sốngnhư:

 Hiện nay có rất nhiều kiểu phân loại đã và đang được áp dụng trong các hệthống sản xuất, sau đâu là các ví dụ điển hình:

 Phân loại sản phẩm theo kích thước

 Phân loại sản phẩm theo màu sắc

 Phân loại sản phẩm theo khối lượng

 Phân loại sản phẩm theo mã vạch

 Phân loại sản phẩm theo vật liệu

 Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau nên có rất nhiềuthuật toán và hướng giải quyết khác nhau cho từng sẩn phẩm, đồng thời cácthuật toán này có thể đan xen và hỗ trợ lẫn nhau

 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc:

 Dây chuyền này phân loại sản phẩm theo màu sắc của sản phẩm Mà cụthể ở đây là căn cứ theo màu sắc phân ra các loại sản phẩm khác nhau (sảnphẩm màu xanh, sản phẩm màu đỏ, sản phẩm màu vàng…)

 Dây chuyền này thường ở giữa quá trình của hệ thống trong công nghiệp,

hệ thống phân loại này được sử dụng rất rộng rãi và dễ dàng và có độ tincậy cao

HÌNH 1.Dây chuyền phân loại táo

 Ứng dụng:

 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiềutrong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dâychuyền phân loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như

Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công laođộng và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động

 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước:

 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước là kiểu phân loại theokích thước của sản phẩm, mà cụ thể ở đây là căn cứ theo kích thước củasản phẩm mà phân ra các loại sản phẩm khác nhau ( loại sản phẩm cao,thấy hay trung bình theo ý của nhà máy đó)

 Như đã nói ở trên thì dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước đượcứng dụng trong nhiều công việc phân loại đóng gói các sản phẩm khácnhau như đóng chai lọ như bia, rượu, và các đồ uống đó chai Đây là côngđoạn cuối trong dây chuyền sản xuất, có chức năng phân loại và đưa vàocác thùng hoặc các nơi tương ứng

5

HÌNH 2.Dây chuyền phân loại dưa leo

 Ứng dụng:

 Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước được ứng dụng rất nhiềutrong các ngành công nghiệp:

 Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói v.v

 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoaquả

 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát

 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao:

 Công đoạn này thường ở gần cuối quá trình của hệ thống phân loại,hoặc phân loại các sản phẩm sau khi được đóng gói

 Nếu sản phẩm nào không đạt yêu cầu của nhà sản xuất sẽ bị loại đểtránh đưa ra thị trường các sản phẩm kém chất lượng

HÌNH 3.Dây chuyền phân loại nước giải khát

 Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.

 Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh

7

Như vậy: Ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có

hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm Ví dụ như phânloại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạtđộng của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phânloại (có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm(có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biếnphát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể)

Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằmgóp phần vào sự phát triển của nền khoa học thế giới nói chung và trong sự pháttriển điều khiển tự động nói riêng Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệptại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất đãthấy được khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong nhữngkhâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phầmsản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phânloại sản phẩm

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàntoàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sửdụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả

Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà

em đã được học ở trường nên muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần,đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước Nên em đã quyếtđịnh thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng truyền để phân loại sảnphẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sảnxuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ýnghĩa đối với em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, đểxứng tầm với sự phát triển của thế giới

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC

2.1 Tổng quan về PLC

2.1.1 PLC là gì?

 PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khển lập trình

nó có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán thông qua một ngôn ngữ lậptrình Người sử dụng có thể tạo ra chương trình lập trình hàng loạt các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vàoPLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện đượcđếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạtđộng theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sựthay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC cóthể là Ladder hay Function Block Diagram và Statement List Hiện nay cónhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell Nói một cách ngắn gọnPLC là một máy tính trong công nghiệp để thực hiện một dãy các quá trình

HÌNH 4.Một PLC S7-200 của siemes.

HÌNH 5.Cấu trúc và hoạt động chung của một hệ thống PLC

 Cấu trúc module thuận tiện cho việc mở rộng, thiết kế, cải tạo nâng cấp.

 Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp dùng

rơ le và các thiết bị cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị

dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản

 PLC còn thực hiện những tác vụ khác như định thì, đếm làm tăng khả năngđiều khiển cho những hoạt động phức tạp ngay cả với PLC loại nhỏ nhất

2.1.3 Sơ lược về lịch sử phát triển.

 Bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motorsvào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầuđiều khiển như

 Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trongcác nhà máy công nghiệp

 Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa

 Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp

 Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phảicó kích thước nhỏ gọn hơn mạch role màchức năng vẫn tương đương

 Giá cả cạnh tranh

 Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trongcác nhà máy công nghiệp

 Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa

 Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp

 Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phảicó kích thước nhỏ gọn hơn mạch role màchức năng vẫn tương đương

 Giá cả cạnh tranh

 Những chỉ tiêu này đã tạo được sự quan tâm của những kỹ sư thuộc nhiềungành nghiên cứu khả năng ứng dụng PLC trong công nghiệp Kết quả nghiêncứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năng củaPLC: các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thì, tác

vụ đếm Sau đó là các lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung ởtốc độ cao, tính toán số liệu thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch, bộ

nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyêndùng hơn

 Đến năm 1976 thì PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xabằng kỹ thuật truyền thông (khoảng 200 mét) Sự gia tăng những ứng dụng củaPLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh kỹ thuật củacác

họ PLC với mức độ khác nhau về khả năng tốc độ xử lý và hiệu suất

 Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào / ra vàdung lượng bộ nhớ chương trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu trúcmodule nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng thêm chức năng chuyên dùngnhư:

 Modul nguồn

 Modul đơn vị xử lý trung tâm

 Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu

11

 Modul đầu vào

2.1.4.2. Hoạt động của PLC.

 Nguyên lý hoạt động:

 CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểmtra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từnglệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ

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 giữtrong bộ nhớ

 Hệ thống bus dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệusong song:

 Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modulkhác nhau

 Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu

 Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì vàđiểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

 Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào

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 địa chỉbyte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽnhận 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 liệuđược chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

 Hệ 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 cácyếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

 Bộ nhớ:

 PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp

 Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/OLàm 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 cả mọi

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 mộttrước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ônhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quátrình đọc

 Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi 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 dụngRAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổihay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mấtnếu nguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đềuđược trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữcho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM được dùng

để khởi tạo và kiểm tra chương trình

 EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ

mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dungvào được Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nóđược gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điềuhành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉdùng thêm EPROM gắn bên trong PLC

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

là 12/24VDC hoặc 100/240VAC

 Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái củacác kênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều nàylàm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơngiản

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

13

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU Mỗi vòng quét có thể mô tả như sau:

HÌNH 7.Một chu kỳ quét của PLC

 Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi làthời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức

là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thờigian như nhau Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thựchiện nhanh tuỳthuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vàokhối lượng dữ liệu truyền thông Trong vòng quét đó Như vậy giữa việcđọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiểnđến đối tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét.Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực củachương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tínhthời gian thực của chương trình càng cao

HÌNH 17.PLC S7-1200

 Về hình dạng:

 Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu hộpđơn và kiểu modul nối ghép Kiểu hộp đơn thường được sử dụngcho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và được cung cấp dướidạng nguyên chiếc hoàn chỉnh Kiểu modul ghép nối: gồm nhiềumodul riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng vào/ra…được lắp trên thanhray Kiểu này có thể sử dụng cho các thiết bị lập trình ở mọi kích cỡ

 Theo số lượng đầu vào/ra có thể phân PLC thành bốn loại sau:

 Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra

 PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra

 PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra

 PLC có đến trên 1024 kênh vào/ra

 Các micro – PLC thường có ít hơn 32 đầu vào/ra Cấu tạo tương đốiđơn giản và toàn bộ các bộ phận được tích hợp trên một bảng mạch cókích thước nhỏ gọn

 PLC có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận như bộ xử lý tín hiệu, bộ nguồn,các kênh vào/ra trong một khối Các MicroPLC có ưu điểm hơn các PLCnhỏ là giá thành rẻ, dễ lắp đặt

 Một loại micro PLC khác là DL05 của hãng Koyo, loại này có 30 kênhvào/ ra

HÌNH 18 PLC DL05

 PLC loại nhỏ có thể có đến 256 đầu vào/ra Loại PLC này có 34 kênh vào/ ragồm: 6 kênh vào và 4 kênh ra trên mô đun CPU, còn lại 3 mô đun vào/ ra, với 4kênh vào và 4 kênh ra cho mỗi mô đun Hãng Siemens có các PLC loại nhỏ nhưS5-90U, S5-95U, S5-100U, S7 200có số lượng kênh vào/ ra nhỏ hơn 256

HÌNH 19.PLC S5-100U của siemens

 Các PLC trung bình có thể có dến 1024 đầu vào/ra Loại CJ1M của Omron trên

có 320 kênh vào/ ra

HÌNH 20.PLC CJ1M của omron

19

 Các PLC loại lớn của Siemens là các loại seri S7-300, S7-400 Các loại này có

số lượng kênh vào/ ra rất lớn Các kênh này không thể đấu trực tiếp lên PLC màphải thông qua các bộ dồn kênh và tách kênh

HÌNH 21 PLC S7-300 siemens