Máy lồng trục tự động ELL, đi sâu nghiên cứu chương trình điều khiển

Máy lồng trục tự động ELL, đi sâu nghiên cứu chương trình điều khiển đồ án tốt nghiệp của sinh viên giành cho các bạn học ngành kỹ thuật điện....................................................................

KHOA ĐIỆN CƠ

====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

MÁY LỒNG TRỤC TỰ ĐỘNG ELL, ĐI SÂU NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Tiến Ban Sinh viên thực hiện : Phạm Văn Bảo

HẢI PHÒNG, 12-2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Bảo Số hiệu sinh viên: 153151307101

Khóa: K16 Khoa/Viện: Điện – Cơ Ngành: Điện Công Nghiệp và Dân Dụng

1 Đầu đề thiết kế:

Máy lồng trục tự động ELL, đi sâu nghiên cứu chương trình điều khiển tự động

2 Các số liệu ban đầu:

 Thông số PLC Mitsubishi FX1N 60MR

 Thông số bộ khuếch đại cảm biến sợi quang Autonics BF3RX-P

 Thông số các xi lanh khí nén các van điện từ khí nén các van tiết lưu

 Thông số động cơ một pha

 Thông số xi lanh điện

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

 Giới thiệu về nhà máy Synztec Việt Nam

 Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình của Mitsubishi

 Máy lồng trục tự động ELL

 Khai thác và vận hành máy

 Những hỏng hóc, cách khắc phục và bảo dưỡng máy

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

 02 bản A0 để bảo vệ

 Các bản vẽ A4 để thuyết minh

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn:

 PGS.TS Nguyễn Tiến Ban

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

1 Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.

 Sinh viên đã có cố gắng trong thời gian làm đồ án

2 Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng các bản vẽ )

 Đồ án cơ bản đáp ứng yêu cầu về nội dung trong đó đã trình bày về cấu tạo vànguyên lý làm việc của máy lồng trục ELL

 Đã giới thiệu về PLC của hãng Mitsubishi với phần cứng mà tác giả sưu tầm được

 Đã giới thiệu được chương trình phần mềm một cách cơ bản để thực hiện điềukhiển cho hệ thống

3 Cho điểm của cán bộ hướng dẫn:

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày tháng năm 2019

Cán bộ hướng dẫn chính

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1.Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Cho điểm cán bộ chấm phản biện

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày tháng năm 2019

Người chấm phản biện

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Máy lồng trục tự động ELL, đi sâu nghiên cứu chương trình điều khiển tự động” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn

của thầy giáo PGS TS Nguyễn Tiến Ban Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúngvới thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danhmục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếuphát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Bảo

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY SYNZTEC VIỆT NAM 3

1.1 Sự ra đời của Synztec Việt Nam 3

1.2 Ý nghĩa về tên công ty Synztec 4

1.3 Sản phẩm máy lồng trục tự động ELL 6

1.4 Phát triển của Synztec trong tương lai 7

Chương 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH CỦA MITSUBISHI 9

2.1 PLC và sự phát triển 9

2.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC 10

2.2.1 CPU 12

2.2.2 BUS 13

2.2.3 Các thiết bị vào/ra I/0 module 13

2.3 Điểm mạnh và yếu của PLC 25

2.4 PLC của Mitsubishi 26

2.5 Các dòng sản phẩm của Mitsubishi 26

Chương 3 MÁY LỒNG TRỤC TỰ ĐỘNG ELL 33

3.1 Cấu tạo máy lồng trục tự động ELL 33

3.2 Yêu cầu công nghệ 52

3.3 Nguyên lí hoạt động của máy lồng trục tự động ELL 52

3.4 Chương trình điều khiển tự động của máy lồng trục ELL 53

3.4.1 Sơ đồ thuật toán 71

3.4.2 Chương trình điều khiển 74

3.5 Vận hành và khai thác 90

3.6 Những hỏng hóc và cách khắc phục 92 KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Công ty Synztec Việt Nam những năm đầu 3

Hình 1.2 Công ty Synztec Việt Nam hiện tại 3

Hình 1.3 Vị trí xưởng SP tại nhà máy 5

Hình 1.4 Vị trí xưởng DR tại nhà máy 5

Hình 1.5 Vị trí xưởng CR tại nhà máy 5

Hình 1.6 Vị trí xưởng SF tại nhà máy 6

Hình 1.7 Vị trí xưởng BL nhà máy 6

Hình 1.8 Máy lồng trục tự động ELL 7

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bả của PLC 12

Hình 2.2 Mức tín hiệu vào 14

Hình 2.3 Sơ đồ khối đầu vào 14

Hình 2.4 Nguyên lý đầu của module xoay chiều 15

Hình 2.5 Terminal trên đầu vào Input của PLC 15

Hình 2.6 Đầu vào của module xoay chiều 24 VAC 16

Hình 2.7 Nguồn một chiều 24 VDC 16

Hình 2.8 Sơ đồ tổng thể đầu ra 17

Hình 2.9 Đầu ra rơ le 17

Hình 2.10 Sử dụng Thyristor 18

Hình 2.11 Đầu ra với opto Transistor sử dụng NPN 18

Hình 2.12 Đầu ra với Opto Transistor sử dụng PNP 18

Hình 2.13 Đầu ra xoay chiều với opto diode với nguồn xoay chiều sử dụng triac 19

Hình 2.14 Truyền thông sử dụng cáp đồng trục hai chiều bán dẫn 22

Hình 2.15 Tám dữ liệu bit song song 22

Hình 2.16 PLC MITSUBISHI FX2N 27

Hình 2.17 PLC MITSUBISHI FX1S 28

Hình 2.18 PLC MITSUBISHI FX3G 29

Hình 2.19 PLC MITSUBISHI FX3U 30

Hình 2.20 PLC MITSUBISHI FX5U 31

Hình 3.1 Sơ đồ khối giới thiệu công nghệ máy 33

Hình 3.2 Van điện từ khí nén 34

Hình 3.3 Xi lanh khí nén 35

Hình 3.4 Cảm biến quang 36

Hình 3.5 Van tiết lưu khí nén 37

Hình 3.6 PLC Mitsubishi 39

Hình 3.7 Động cơ một pha 40

Hình 3.8 Cấu hình và sơ đồ đấu nối phần cứng 44

Hình 3.9 Các chân đấu nối 45

Hình 3.11 Xi lanh điện SMC 51

Hình 3.12 Cấu tạo và kí hiệu của nút ấn 51

Hình 3.13 Một số hình ảnh của nút ấn 51

Hình 3.14 Minh hoạ chương trình thang đối với tác vụ trên 58

Hình 3.15 Minh hoạ sơ đồ thang có đồng hồ định giờ hoạt động trễ 60

Hình 3.16 Minh hoạ cách sử dụng đồng hồ định giờ hoạt động trễ 60

Hình 3.17 Minh hoạ cách sử dụng đồng hồ khởi động trễ 61

Hình 3.18 Minh hoạ mạch đếm cơ bản 62

Hình 3.19 Bản vẽ cấp nguồn 63

Hình 3.20 Bản vẽ kết nối PLC 64

Hình 3.21 Bản vẽ kết nối DRIVE 65

Hình 3.22 Bản kết nối bảng điều khiển bằng tay 66

Hình 3.23 Bản vẽ thủy khí 67

Hình 3.24 Bản vẽ kết nối van điện từ 68

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 3.1 Các thiết bị đầu vào 55Bảng 3.2 Các thiết bị đầu ra 56

LỜI NÓI ĐẦU

Nền sản xuất thế giới trong những năm gần đây được đặc trưng bởi cường độ

cao của các quá trình sản xuất vật chất Chất lượng và hiệu quả của các quá trình sảnxuất phụ thuộc vào rất nhiều trình độ kỹ thuật của công nghiệp chế tạo máy Một nềncông nghiệp chế tạo máy tiên tiến sẽ đảm bảo cho các ngành kinh tế các loại thiết bị cónăng suất cao với chất lượng hoàn hảo Để thực hiện tốt các nhiệm vụ của mình, côngnghiệp chế tạo máy cần không ngừng hoàn thiện và nâng cao trình độ kỹ thuật của cácquá trình sản xuất

Điều khiển tự động và tự động hóa là một trong những phương hướng phát triểnchủ yếu của công nghiệp chế tạo máy Tự động hoá và điều khiển tự động cho phép sửdụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao đối với các trangthiết bị gia công cơ khí

Việc ứng dụng thành công các thành tựu của lý thuyết điều khiển tối ưu, côngnghệ thông tin, công nghệ máy tính, công nghệ điện điện tử và các lĩnh vực khoa học

kỹ thuật khác trong những năm ngần đây đã đẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bịđiều khiển logic khả lập trình ( PLC ) Cũng từ đây đã tạo ra một cuộc cách mạngtrong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển

Ngày nay ai cũng biết rõ rằng công nghệ PLC đóng vai trò quan trọng trongnăng lượng cơ và làm bộ não cho các bộ phận cần tự động hoá và cơ giới hoá Do đóđiều khiển logic khả lập trình ( PLC ) rất cần thiết đối với các kỹ sư cơ khí cũng nhưcác kỹ sư điện , điện tử, từ đó giúp họ nắm được phạm vi ứng dụng rộng rãi và kiếnthức về PLC cũng như cách sử dụng thông thường

“ Máy lồng trục của nhà máy Synztec Việt Nam ”

Nội dung báo cáo bao gồm:

Chương 1: Giới thiệu về công ty Synztec Việt Nam.

Chương 2: Bộ điều khiển Logic khả trình của Mitsubishi.

Chương 3: Máy lồng trục tự động ELL.

3.1 – Cấu tạo máy lồng trục tự động ELL

3.2 – Yêu cầu công nghệ

3.3 – Nguyên lý hoạt động của máy lồng trục

3.4 – Chương trình điều khiển tự động của máy lồng trục tự động ELL

3.5 – Vận hành và khai thác.

3.6 – Những hỏng hóc và cách khắc phục

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Bảo

Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY SYNZTEC VIỆT NAM

1.1 Sự ra đời của Synztec Việt Nam

Hình 1.1 Công ty Synztec Việt Nam những năm đầu

Ngày 17/1/2006 là sự ra đời của Công ty TNHH Hokushin Vietnam với khoảng

1200 công nhân viên

Năm 2007 tập đoàn NOK mua lại 2 nhà máy Công ty Hokushin (1957) và Công

ty Nitto Kogy (1934) sau đó đổi tên thành Công ty TNHH Synztec Việt Nam

Công ty có địa chỉ tại km 13 khu công nghiệp NOMURA quận An Dươngthành phố Hải Phòng, Việt Nam

Hình 1.2 Công ty Synztec Việt Nam hiện tại

1.2 Ý nghĩa về tên công ty Synztec

- “ SYN ” là “ Cùng nhau hội nhập và hợp tác”

- “TEC” là “ Công nghệ mang tính đột phá”

- Và “Z” với nhiều ẩn ý , nhưng chúng tôi chọn ý nghĩa “Tiềm ẩn”

- Với ước nguyện “Cung cấp kĩ thuật , dịch vụ mang tính đột phá và trở thành

nhà cung cấp các chi tiết cho thiết bị văn phòng hang đầu thế giới”, sản phẩm củachúng tôi phải là những sản phẩm tận dụng được tối đa những công nghệ đột phá tiêntiến nhất

Bên cạnh đó, những sản phẩm sẽ phát huy được hết sức mạnh khi nằm trongthiết bị đã dược hoàn thiện, phối hợp hoạt động hiệu quả với các chi tiết khác làm tăngthem tính năng của thiết bị và để khách hang mãi mãi tin dùng

Hành động vì ước nguyện đó , chúng tôi hpwj nhất hai công ty có hướng đikhác nhau, lựa chọn một cái tên với mong muốn chúng tôi sẽ là một công ty lớn mạnhhơn, phát triển hơn

Con đường mà chúng tôi bước tiếp có nhiều điều “tiềm ẩn” tuy vậy, trong “những điều tiềm ẩn” còn tồn tại những khả năng vô hạn Chính vì ý nghĩa đó chúng tôilựa chọn chữ “ Z” cho vị trí trung tâm giữa “SYN” và “TEC”

Chúng tôi sẽ cùng nhau khai phá, cùng nhau xây dựng và bước đi trên conđường “tiềm ẩn” đó như một gia đình lớn

 Các xưởng và chức năng, nhiệm vụ

a) Xưởng lắp ráp con lăn đơn giản ( Xưởng SP)

Xưởng SP được thành lập đầu tiên trong công ty

Công việc của nhà máy là lắp ráp những loại con lăn đơn giản nhất như con lăncuốn giấy, đẩy giấy

Nguyên liệu là lõi nhựa, lõi sắt, ống cao su được nhập về, cắt theo kích thước,lắp ráp theo tiêu chuẩn

Hình 1.3 Vị trí xưởng SP tại nhà máy

b) Xưởng sản xuất con lăn hiển thị hình ảnh (Xưởng DR)

Xưởng DR được thành lập thứ 2 trong công ty

Công việc của xưởng DR là sản xuất những con lăn hiển thị hình ảnh

Nguyên liệu là trục sắt Beda , cao su thô

Hình 1.4 Vị trí xưởng DR tại nhà máy

c) Xưởng sản xuất con lăn tĩnh điện (Xưởng CR)

Nhà máy CR là nhà máy được thành lập thứ 3 trong công ty

Công việc của nhà máy CR là sản xuất những con lăn tích điện

Nguyên liệu là trục sắt, cao su thô

Hình 1.5 Vị trí xưởng CR tại nhà máy

d) Xưởng cắt gọt lõi thép (Xưởng SF và BL)

Nhà máy SF và BL được thành lập cuối cùng trong công tyCông việc của nhà máy là cắt và gọt lõi thép

Nguyên liệu là lõi thép đã được gia công

Hình 1.6 Vị trí xưởng SF tại nhà máy

Hình 1.7 Vị trí xưởng BL nhà máy

1.3 Sản phẩm máy lồng trục tự động ELL

Máy lồng trục ELL hiện đang được sử dụng tại nhà máy Synztec Việt Nam Máy có công dụng lồng trục sắt beta vào ống cao su thô nhằm bước đầu tạo ra con lănhiển thị hình ảnh

Hình 1.8 Máy lồng trục tự động ELL

Hiện tại nhà máy Synztec Việt Nam còn sử dụng một số máy lồng trục khác sửdụng rơ le để điều khiển có công dụng tương tự máy lồng trục tự động ELL Nhưngnếu so sánh ta có thể dễ dàng nhận ra từ năng suất cho đến chất lượng sản phẩm và cả

độ an toàn cho người lao động thì đều thua máy lồng trục tự động ELL Vì vậy ta thấyviệc cải tiến nâng cao kĩ thuật là việc vô cùng quan trọng và cần thiết góp phần đưacông ty ngày càng phát triển hơn

1.4 Phát triển của Synztec trong tương lai

Nhà máy Synztec Việt Nam là một công ty con của tập đoàn NOK có trụ sởchính tại Nhật Bản Hiện tại tập đoàn NOK đang là nhà cung cấp máy in, máyphotocopy lớn thứ hai thế giới Trong tương lai tập đoàn đang hướng tới vị trí đứngđầu trong nghành sản xuất máy in, máy photocopy Để đạt được mục tiêu này thì tậpđoàn NOK nói chung và công ty Synztec Việt Nam nói riêng cần phải thường xuyênnâng cao trình độ khoa học kĩ thuật áp dụng vào các dây chuyền sản xuất Để có thểnâng cao hiệu quả làm việc, chất lượng sản phẩm, an toàn cho người lao động Việccải tiến ra máy lồng trục tự động ELL cũng là một ví dụ điển hình cần tiếp tục pháttriển để có thể đưa công ty đạt tới mục tiêu xa hơn trong tương lai

Chương 2 BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

CỦA MITSUBISHI

2.1 PLC và sự phát triển

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 toán điều khiển logic thông qua mộtngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sựkiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLChoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng

để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét cáctrạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo.Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sảnxuất ra PLC như Siemens, AllenBraley, MitsubishiELectric, GeneralElectric, Omron, 

Honeywell

Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiểnbên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp" trongchương 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 (bộ điều khiểnbằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu 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 trình phức tạp

Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, cácmôi Modul mở rộng

Giá cả cá thể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logicthời gian.Tuy nhiên,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàngcho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra sựquan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từcác lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch … sau đó là các chức

năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dunglượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn.

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điềukhiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác địnhbởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thựchiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộngchức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ củaPLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng màkhông cần một sự can thiệp vật lý nào so với sử dụng các bộ dây nối hay Relay

2.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC

Đơn vị xử lý trung tâm:

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình, đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết

bị liên kết để thực thi Toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chươngtrình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

Hệ thống bus

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tínhiệu song song

Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau

Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu

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

dữ liệu chương trình khi mất điện

Kích thước bộ nhớ:

 Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 - 1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo

 Các PLC loại lớn có kích thước từ 1-16K, có khả năng chứa từ 2000 - 16000dòng lệnh.

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM

Trong PLC có nhiều loại bộ nhớ :

» Bộ nhớ chỉ đọc ROM ( Read Only Memory ) cung cấp dung lượng lưu trữcho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng

» Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Random Access Memory ) dành chochương trình của người dùng

» Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dùng cho dữ liệu Nơi lưu giữ thông tintheo trạng thái của thiết bị nhập/xuất – các giá trị của đồng hồ chuẩn các bộ đếm vàcác thiết bị nội vi khác

» Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và lập trình được EPROM

EPROM = Erasable Progammable Read Only Memory

Là các ROM có thể lập trình được , sau đó chương trình nay được thường trútrong ROM

 Các cửa vào ra I/O

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của PLC),các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC)

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiêu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240 VAC

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I/Ođược cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt độngnhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việcđóng hay ngắt mạch ở đầu ra

 Bộ nguồn:

Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC

 Khối quản lý ghép nối

Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bịlập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp

● Thành phần cơ bản của PLC

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC

2.2.1 CPU

* Khối CPU là bộ não của PLC, hạt nhân là bộ vi xử lý ( 8 bit, 16 bit ) quyếtđịnh tính chất và khả năng của PLC về tốc độ xử lí, khả năng quản lý vào/ra

* CPU thực hiện chương trình trong bộ nhớ chương trình, đưa ra các quyết định

và trao đổi thông tin với bên ngoài thông qua các cổng vào/ra

2.2.2 BUS

BUS là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC

Thông tin được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhịphân 1 or 0, tương ứng với các trạng thái ON/OFF

Thuật ngữ tương ứng được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó (một từ = shit) Cả 8 bit này được truyền theo dạng song song của chúng

Hệ thống PLC có bốn BUS :

» BUS dữ liệu, tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lí của CPU

+ Bộ xử lí 8 bít có một BUS dữ liệu có thể thao tác các số 8 bit, có thể thực hiệncác phép toán giữ các số 8 bit và phân phối kết quả theo giá trị 8 bit

» BUS địa chỉ được sử dụng để tải địa chỉ vị trí trong bộ nhớ > mỗi từ có thểđược định vị trong bộ nhớ - mỗi vị trí nhớ được gán địa chỉ duy nhất

Mỗi vị trí tương ứng được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được lưu giữ ở vị trínhất định để CPU có thể đọc or ghi ở đó

BUS địa chỉ mang thông tin cho biết các địa chỉ sẽ truy cập :

- Nếu BUS địa chỉ gồm 8 đường – số lượng từ 8 bit – số lượng địa chỉ phân biệt

28 = 256

- Nếu BUS địa chỉ 16 đường – số lượng địa chỉ khả dụng 65 536

» 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 từ thiết bị nhập/xuất or xuất

dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hóa các hoạt động

» BUS hệ thống : Dùng để truyền thông giữa các cổng nhập xuất và thiết bị nhập xuất

2.2.3 Các thiết bị vào/ra I/0 module.

- Thiết bị vào/ra cung cấp giao diện giữa PLC với mạch ngoài để thực hiện kếtnối vào hệ thống cần điều khiển, giám sát

- Thiết bị ra/vào giúp đưa chương trình điều khiển vào hệ thống

- Thiết bị vào/ra đánh dấu địa chỉ riêng để CPU sử dụng

- Các kênh vào/ra độc lập, phân kênh – các bộ cảm biến hoặc phần tử thực hiện

từ bên ngoài được nối trực tiếp với các cổng này mà không cần thông qua các thiết bịtrung gian – các tín hiệu từ ngoài thường được ghép nối cách ly ( Biến áp,…)

Mức tín hiệu nhập :

Hình 2.2 Mức tín hiệu vào

a) Module vào/ra rời rạc – Discrete I/0 module

Còn gọi là vào/ra số : Origital I/0 module

Hình 2.3 Sơ đồ khối đầu vào

Hình 2.4 Nguyên lí đầu vào Module xoay chiều

Hình 2.5 Terminal trên đầu vào Input của PLC

LED : Light Emitting Diode

Tín hiệu vào lấy từ các thiết bị sau (*) :

+ Selector switch Proximity sensor

+ Push button Level sensor

+ Limit switch Opto sensor = Photo sensor

+ Contact Pressure switch

Follow switch

Hình 2.6 Đầu vào module xoay chiều 24 VAC

Hình 2.7 Nguồn một chiều 24 VDC

* Module ra rời rạc ( Discrete output Module )

Nhận dữ liệu từ CPU, biến đổi thành tín hiệu phù hợp gửi đến điều khiển cơ cấu

Hình 2.10 Sử dụng Thyristor

Hình 2.11 Đầu ra với Opto Transistor sử dụng NPN

Hình 2.12 Đầu ra với Opto Transistor sử dụng PNP

Hình 2.13 Đầu ra xoay chiều với opto diode với nguồn xoay chiều sử dụng triac

b Module vào/ra tương tự ( Aualog I/0 Modules )

* Module vào tương tự

Các module vào tương tự nhận tín hiệu từ các thiết bị tương ứng Từ các bộchuyển đổi Transducer – Các bộ truyền tín hiệu Transmitter biến đổi thành tín hiệu sốnhờ bộ biến đổi ADC ( Aualog Digital Converter ) Tín hiệu tương tự có hai dạngchuẩn hóa : Điện áp và dòng điện

» Tín hiệu điện áp có thể là đơn cực or lưỡng cực

Dải điện áp đơn cực : 0v + 5v

- Trên module vào tương tư có thể có 2,4,8 đầu vào gọi là kênh

- Kiểu và dải tín hiệu ( V/I ) ở mỗi kênh được chọn nhờ chuyển mạch chọn trênmodule

- Nguồn cung cấp cho các module vào tương tự thông qua BUS nguồn của hệthống ( có một số họ PLC yêu cầu nguồn riêng cho các module vào tương tự )

- CPU nhận tín hiệu số từ các kênh của module vào tương tự nhờ kênh đọcriêng và cắt vào một vùng nhớ riêng do hệ thống quy định ( Mỗi PLC có cách tổ chức

bộ nhớ riêng )

Các tham số đặc trưng cho module vào tương tự

+ Số kênh + Kiểu và dải tín hiệu vào

+ Trở kháng vào + Độ phân dải : 8 bit, 10 bit, 12 bit

+ Tốc độ biến đổi + Hệ số nén tín hiệu đồng pha

Remark : Ngoài ra còn có module vào tương tự tín hiệu nhận trực tiếp từsenser : senser nhiệt độ, áp suất, … mạch vào của module này là các bộ khởi động nhỏ

> dây nối bọc kim

* Các module ra tương tự

Tín hiệu từ CPU là số > module ra tương tự > áp và dòng để điều khiển cácthiết bị tương ứng Cơ bản của module ra tương tự là bộ ADC Tín hiệu ra tương tựthường chuẩn hóa

+ Số kênh + Kiểu và dải tín hiệu ra

+ Trở kháng ra + Độ phân dải : 8 bit, 10 bit, 12 bit

+ Tốc độ biến đổi

Có một vài nhà cung cấp tại module vào/ra hỗn hợp : cả vào lẫn ra trên 1module

+ Module 2 kênh vào, 2 kênh ra tương tự

+ Module 4 kênh vào, 1 kênh ra

c Module vào/ra đặc biệt

* Module đếm tốc độ cao ( High Speed Counter )

Sử dụng để đếm xung tần số cao từ các sensor encorder or các thiết bị phátxung Tần số giới hạn là 500kHz Module ghép nối với Encorder trong các bộ điềukhiển vị trí.360

Encorder : Biến đổi tốc độ góc quay > tín hiệu xung.

Encorder có 2 loại : + Điếm xung tăng ( Iucrement )

+ Tuyệt đối ( Absolate )

> Loại đếm tăng Iucrement có 3 đầu A, B, Z

Đầu ra A B Là dãy xung tỉ lệ tốc đọ quay của trục

Đầu ra Z Là tín hiệu xác định điểm bắt đầu vòng quay

Sử dụng loại đếm tăng xác định được : - Tốc độ quay

- Số vòng quay

- Chiều quay

> loại tuyệt đối : đo góc quay tuyệt đối của trục từ 0 ÷ 360°

Đầu ra của Encorder là mã nhị phân BCD or GRAY ( 8 bit, 10 bit, 12 bit )

* Module điều khiển động cơ bước ( Stepper Motor Module )

Nhận tín hiệu điều khiển từ CPU > biến đổi thành dãy xung để điều khiển trựctiếp các bộ công suất cho động cơ bước

* Module truyền thông ( Communication Processor Module )

PLC trong hệ thống là nút tích hợp > dữ liệu trong hệ thống cần được trao đổivới nhau, chia sẻ tài nguyên cho nhau

Module truyền thông cho phép kết nối PLC với các thành phần khác thông quamạng truyền thông số

Phương thức truyền thông trong PLC thực hiện theo các phương thức sau :P1 Sử dụng cáp đồng trục

- Truyền tin thực hiện trên một dây duy nhất này

- Có thể truyền theo một chiều và cũng có thể theo 2 chiều

- Trường hợp truyền theo 2 chiều thì mỗi lần thông tin chỉ truyền theo 1 chiềunên phải có giao thức để cho máy thu – phát phân biệt lúc bắt đầu truyền tin và lúc kếtthúc truyền tin

Hình 2.14 Truyền thống sử dụng cáp đồng trục hai chiều bán dẫn

P2 Sử dụng cáp đôi

- Trường hợp này thông tin có thể được truyền theo cả 2 hướng đồng thời

P3 Truyền thông song song

- Sử dụng nhiều kênh

- Sử dụng trong cư li ngắn ( trong PC or trong PLC )

Hình 2.15 Tám dữ liệu bit song song

P4 Truyền tín hiệu kế tiếp

- Sử dụng cáp đồng trục hay cáp đôi dưới dạng các tín hiệu kế tiếp

- Tín hiệu dùng cho PC hay PLC được mã hóa dưới dạng 8, 16,32 hay 64 bit –

tín hiệu được truyền thành chuỗi kế tiếp nhau theo nhịp thời gian.

- Tốc độ truyền dữ liệu tính bằng bit/s với các tốc độ tiêu chuẩn : 2.4 kbit/s, 9.6kbit/s,14.4 kbit/s, 28,8 kbit/s, 56 kbit/s, 112 kbit/s

Module truyền thông có nhiều chế độ hoạt động :

- Chế độ chủ tớ ( Host link )

- Chế độ không giao thức ( No Protocol )

- Chế độ có giao thức ( Protocol Macro )

- Chế độ kết nối dữ liệu điểm – điểm (Point to Point )

-Chế độ kết nối điểm – nhiều điểm ( Point – Malt point )

Trên module truyền thông có một hoặc nhiều cổng nối các chuẩn :

Với các chuẩn : ProFile Bus ( Siemens)

Control Net ( AB )

Compro Bus ( Ouron )

Phương thức truyền thông cũng khác nhau :

Cáp xoắn đôi – Dãy đồng trục

* Module điều khiển PID ( Proportonal Integral Devitive )

Các module điều khiển PID để điều khiển các đối tượng với bộ điều khiển vớicác tín hiệu : Tỉ lệ, Tích phân, Vi phân

* Module vào/ra phân tán ( Romote I/0 )

Trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module vào/ra phân tán Đổi cách truyền từsong song – nối tiếp/nối tiếp – song song

d Các tham số đặc trưng của module vào/ra

- Dải điện áp ra : Umin ÷ Umax phù hợp tải

- Dòng điện đầu ra cực đại :

- Dòng điện đầu ra xung cực đại : xung lớn nhất ( làm việc ngắn hạn )

2.3 Điểm mạnh và 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 tác động đến bêntrong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện vàgiải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thểnhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây Như thế, người lập trìnhchương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình

Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cảphần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng vàphần mềm dễ dàng hơn

-Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu đượccấp từ bộ điều khiển bằng rơle

-Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không cần nhữngngười sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không tiếp điểm

Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điềukhiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó

Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến thức chuyênmôn về PLC Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tạinơi làm việc

Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoàithành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bêntrong còn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bênngoài 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 tiếp tới bộ xử

lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý đầu I/O này được đặt tại giữa các dụng

cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành cácmức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà cácdụng cụ ngoài có thể làm việc được

- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều choviệc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đóđơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băngcatssete hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại

- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sửdụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây,

- Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độtin 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 ra các ngônngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá

Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sửdụng bằng phương pháp rơle.

2.4 PLC của Mitsubishi

PLC Mitsubishi là một trong các dòng PLC đang được dùng phổ biến nhất trênthế giới và Việt Nam, được sản xuất bởi tập đoàn Mitsubishi Electric (Nhật Bản).Mitsubishi Electric là một nhà sản xuất tự động hóa công nghiệp (FA) toàn diện trêntất cả lĩnh vực sản xuất từ bộ điều khiển đến thiết bị điều khiển truyền động, thiết bịđiều khiển phân phối điện và cơ điện tử công nghiệp Cùng với việc phát triển sảnphẩm phù hợp với nhu cầu của khách hàng, Mitsubishi Electric sử dụng kỹ thuật tiêntiến để cung cấp các giải pháp FA đáng tin cậy với một tầm nhìn hướng đến những thế

hệ mới trong sản xuất

PLC Mitsubishi có ưu điểm lớn về giá thành, chất lượng sản phẩm và khả năngđáp ứng đa dạng các cấu hình yêu cầu các tính năng như: Giao tiếp truyền thông, ngõvào ra tương tự, bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độ cao, các moduleđọc nhiệt độ, loadcell vvv

Ở Việt Nam, PLC Mitsubishi được dùng nhiều trong nghành Dệt sợi, Bao bìgiấy, Carton, Nilon, Nhựa, Thực phẩm, Cơ khí chính xác, Chế tạo máy vv

2.5 Các dòng sản phẩm của Mitsubishi

a) PLC MITSUBISHI FX2N

FX2N được trang bị tất cả các tính năng của dòng FX1N, nhưng tốc độ xử lýđược tăng cường, thời gian thi hành các lệnh cơ bản giảm xuống cỡ 0.08us FX2Nthích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 16-128 đầuvào ra, trong trường hợp cần thiết FX2N có thể mở rộng đến 256 đầu vào ra Ngoài ra,FX2N còn được trang bị các hàm xử lý PID với tính năng tự chỉnh, các hàm xử lý sốthực cùng đồng hồ thời gian thực tích hợp sẵn bên trong Những tính năng vượt trộitrên cùng với khả năng truyền thông, nối mạng nói chung của dòng FX1N đã đưaFX2N lên vị trí hàng đầu trong dòng FX, có thể đáp ứng tốt các đòi hỏi khắt khe nhấtđối với các ứng dụng sử dụng trong các hệ thống điều khiển cấp nhỏ và trung bình.FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển sử dụng trong các dây chuyền sơn, cácdây chuyền đóng gói, xử lý nước thải, các hệ thống xử lý môi trường, điều khiển cácmáy dệt, trong các dây truyền đóng, lắp ráp tàu biển

- Bộ đếm tốc độ cao: max 60KHZ, 2 phases: 2 đầu vào max 30KHZ

- Loại ngõ ra: relay, transistor

- Phát xung tốc độ cao: 2 chân phát xung max.20khz

- Tổng I/O: 16,32,48,64,80,128  I/O

- Có thể mở rộng lên tới 256 I/O thông qua module

- Có thể mở rộng tối đa lên tới 8 module chức năng

b) PLC MITSUBISHI FX1S

FX1S PLC có số lượng I/O trong khoảng 10-30 I/O FX1S không có khả năng

mở rộng module Tuy nhiên, FX1S được tăng cường thêm một số tính năng đặc biệt:

- Tăng cường hiệu năng tính toán, khả năng làm việc với các đầu vào ra tương

tự thông qua các card chuyển đổi, cải thiện bộ đếm tốc cao

- Trang bị thêm các chức năng truyền thông thông qua các card truyền thông lắpthêm trên bề mặt cho phép FX1S có thể tham gia truyền thông trong mạng (giới hạn sốlượng trạm tối đa 8 trạm) hay giao tiếp với các bộ HMI đi kèm

FX1S thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế biến gỗ, đóng gói sảnphẩm, điều khiển động cơ, máy móc, hay các hệ thống quản lý môi trường

Hình 2.17 PLC MITSUBISHI FX1S

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp nguồn cung cấp: 24VDC hoặc 100/240VAC

- Bộ nhớ chương trình: 2000 bước

- Kết nối truyền thông: chuẩn RS422

- Bộ đếm tốc độ cao: 1 phase: 6 đầu vào max 60KHZ, 2 phases: 2 đầu vàomax 30KHZ

- Loại ngõ ra: relay, transistor

- Phát xung tốc độ cao: 2 chân phát xung max.100khz

Dòng FX3G PLC được tích hợp bộ nhớ trong lên đến 32Kb, tốc độ xử lý mộtlệnh đơn logic trong thời gian 0.21µs Thêm vào đó, nó cho phép xử lý trên số thực vàcác ngắt

Việc lập trình trên FX3G dễ hơn bao giờ hết nhờ vào sự thực thi thông quađồng thời 2 cổng truyền thông tốc độ cao là RS422 & USB Còn với dòng FX3G ngõ

ra kiểu transistor cho phép phát xung độc lập trên 3 ngõ ra lên đến 100 kHz, được nhàsản xuất tích hợp và cải tiến nhiều tập lệnh điều khiển vị trí

Số I/O của FX3G linh hoạt: 14/24/40/60 I/O Ngoài ra việc kết nối mở rộngthông qua 2 bus bên trái và bên phải cho phép kết nối mở rộng thêm các khối chứcnăng đặc biệt như analog / truyền thông nối mạng…vv để đạt được hiệu suất làm việctốt hơn.

- Loại ngõ ra: relay, transistor

- Phát xung tốc độ cao: lên tới 3 chân 100kHZ

Sản phẩm được thiết kế đáp ứng cho thị trường quốc tế, tính năng mới đặc biệt 

là hệ thống “adapter bus” được bổ hữu ích cho việc mở rộng thêm những tính năng đặcbiệt và khối truyền thông mạng Khả năng mở rộng tối đa có thể  lên đến 10 khối trên

hệ thống mới này

Với tốc độ xử lý cực mạnh mẽ, thời gian chỉ 0.065µs trên một lệnh đơn logic,cùng với 209 tập lệnh được tích hợp sẵn và cải tiến liên tục đặc biệt cho việc điềukhiển vị trí Dòng PLC mới này còn cho phép mở rộng truyền thông qua cổng USB, hỗtrợ cổng Ethernet và cổng lập trình RS-422 mini DIN Với tính năng mạng mở rộnglàm cho PLC này nâng cao được khả năng kết nối tối đa lên đến 384 I/O, bao gồm cảcác khối I/O qua mạng.

- Bộ đếm tốc độ cao: max 100kHz, lên tới 200kHz với module chức năng

- Loại ngõ ra: relay, transistor

- Phát xung tốc độ cao: max 100kHz, lên tới 200kHz hoặc 1Mhz với modulechức năng