Giáo trình Hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Hệ điều khiển lập trình được là hệ cho phép người ta đưa vào các bộ vi xử lý, các bộ tính toán số học, logíc và nội suy vào trong các khối điều khiển nhằm mục đích điều khiển quá trì[r]

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VÀ DÂN DỤNG

TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

THÔNG TIN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Họ tên: Đỗ Hữu Nhân

Học vị: Thạc sỹ

Đơn vị: Khoa Điện – Tự động hóa

Email: dohuunhan@hotec.edu.vn

BỘ MÔN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

Giáo trình được xây dựng và biên soạn trên cơ sở chương trình đào tạo nghề bậc học Trung cấp đã được Tổng cục dạy nghề phê duyệt

Giáo trình biên soạn gắn liền với tính thực tế, tính khoa học và hướng đến liên thông và tiệm cận khu vực và được dùng để giảng dạy sinh viên trình độ Trung cấp Nội dung giáo trình gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan hệ thống tự động hóa công nghiệp

Chương 2: Hoạt động của hệ thống tự động hóa CN

Chương 3: Phương pháp lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống tự động hóa công nghiệp

Giáo trình được biên soạn trên cơ sở người học đã học qua các môn kỹ thuật khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện Để thuận tiện người học cuối mỗi bài đều có phần câu hỏi và bài tập áp dụng để người học dễ dàng tiếp cận và vận dụng

Trong suốt thời gian biên soạn giáo trình này không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các đồng nghiệp, người đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 07 năm 2020 Chủ biên

Đỗ Hữu Nhân

CHỮ CÁI VIẾT TẮT CỤM TỪ ĐẦY ĐỦ

TRANG

LỜI GIỚI THIỆU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TỔNG QUAN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN 7

1.1 Khái niệm cơ bản về hệ thống tự động hóa công nghiệp 7

1.2 Các phần tử trong hệ thống tự động hóa công nghiệp 8

1.2.1 Vị trí, vai trò của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp 8

1.2.2 Cấu tạo, chức năng của các phần tử trên hệ thống tự động hóa CN 8

1.3 Các yêu cầu điều khiển của hệ thống tự động hóa công nghiệp 16

1.4 Nhận dạng, phân tích chức năng hoạt động các phần tử trong HT TĐH CN 16

CHƯƠNG 2: HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CN 18

2.1 Tổng quan về công cụ mô tả hoạt động của hệ thống TĐH CN 18

2.2 Công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp 19

2.2.1 Ngôn ngữ lập trình GRAFCET – các thành phần 19

2.2.2 Bài tập ví dụ xây dựng biểu đồ Grafcet cho hệ thống Distributing 25

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP 27

3.1 Phương pháp lắp ráp hệ thống tự động hóa công nghiệp 27

3.2 Lắp ráp và vận hành hệ thống 35

Tên môn học: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

Mã môn học: MH2102329

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Vị trí: Trước khi học môn học này cần hoàn thành các môn học cơ sở và một số môn học chuyên môn: kỹ thuật khí nén, kỹ thuật lập trình PLC, trang bị điện

- Tính chất: Là môn học tích hợp chuyên ngành Điện công nghiệp và Dân dụng

Mục tiêu của môn học/mô đun:

- Về kiến thức:

+ Mô tả được cấu tạo và hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Phân tích được chức năng hoạt động của các phần tử hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Trình bày được cấu ta ̣o và các chức năng hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp

- Về kỹ năng:

+ Nhận dạng được vị trí của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Xây dựng được lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Thiết lập được cấu hình giao tiếp giữa máy tính và PLC cho hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Lắp ráp và kiểm tra được hoạt động của các phần tử trong hệ thống

+ Lập trình điều khiển được hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Vận hành và kiểm tra được hoạt động của hệ thống

+ Tìm và sửa lỗi được cho hệ thống tự động hóa công nghiệp

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác

+ Thể hiện tư duy phản biện

+ Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo

+ Mô tả được cấu tạo của hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Xác định được chức năng của các thành phần trên hệ thống

+ Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác

+ Thể hiện tư duy phản biện

+ Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo

Nội dung chính:

1.1 Khái niệm cơ bản về hệ thống tự động hóa công nghiệp

Đặc trưng cơ bản của các hệ thống tự động hóa công nghiệp là không có sự can thiệp của con người trong quá trình hoạt động của nó

Sơ đồ tổng quát hệ thống tự động hóa công nghiệp được mô tả như sau:

sát sự hoạt động của khối chấp hành thông qua các cảm biến để điều chỉnh hệ thống hoạt động

ổn định một cách kịp thời và chuẩn xác Khối điều khiển có 2 dạng là hệ điều khiển cứng và

hệ điều khiển lập trình được

1.2 Các phần tử trong hệ thống tự động hóa công nghiệp

1.2.1 Vị trí, vai trò của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp

Khối điều khiển:

+ Hệ điều khiển cứng là hệ chỉ hoạt động theo các chương trình mà người thiết kế đã lắp đặt Khi cần thay đổi một số hoạt động của hệ thống thì phải điều chỉnh hoặc thay thế một

số phần tử, thậm chí có thể phải thay thế toàn bộ hệ thống khác

+ Hệ điều khiển lập trình được là hệ cho phép người ta đưa vào các bộ vi xử lý, các bộ tính toán số học, logíc và nội suy vào trong các khối điều khiển nhằm mục đích điều khiển quá trình hoạt động của các thiết bị một cách linh hoạt bằng việc thay đổi các chương trình hoạt động của các máy móc, thiết bị theo công nghệ yêu cầu nhờ sự thay đổi chương trình trên

cơ sở các vật chất đã có Ví dụ như các bộ điều khiển khả trình PLC sử dụng trong công nghiệp, các hệ thống điều khiển số trên các máy công cụ CNC, các trung tâm gia công, Robot

và các hệ thống DNC, CIM

Van dẫn động: Mục đích của các van là sử dụng tín hiệu điều khiển từ khối điều khiển

có công suất rất nhỏ để thực hiện các chức năng đóng mở các dẫn động có công suất lớn Đặc điểm của các van này có nhiều kiểu khác nhăunhng yêu cầu cơ bản là phải có tác động nhanhvà nhạy với các tín hiệu điều khiển Tuỳ theo hệ dẫn động mà sử dụng các các loại van tương ứng Đối với dẫn động điện, nó thường là Rơle, Công tắc tơ hoặc khởi động từ Đối với dẫn động thuỷ khí thì thường sử dụng các loại van Solenoid, van trượt, van quay điều khiển Cảm biến: Mục đích của cảm biến là giám sát các hoạt động của các dẫn động hoặc các

cơ cấu chấp hành để nhận các đại lượng vật lý thực của quá trình hoạt động và biến đổi nó thành các đại lượng điều khiển (đại lượng điện) để cung cấp cho khối điều khiển nhằm điều khiển hệ thống một cách ổn định và chính xác nhất Tuỳ thuộc vào các quá trình công nghệ

mà lựa chọn các loại cảm biến cho thích hợp với các đại lượng cần xác định

1.2.2 Cấu tạo, chức năng của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp

1.2.2.1 Đối tượng điều khiển

a Đối tượng điều khiển là động cơ

Động cơ DC: là loại động cơ sử dụng nguồn điện DC, với loại động cơ này có đặc tính ngẫu lực lớn, dễ điều khiển…

Động cơ AC: sử dụng nguồn điện AC loại này hiện rất thông dụng với động cơ không đồng bộ dạng 1 pha và 3 pha, loại này thường được điều khiển dùng biến tần

Động cơ khí nén: ĐC khí nén biến đổi năng lượng của khí thành năng lượng cơ

b Đối tượng điều khiển là xylanh

Xy lanh là thiết bị dùng để biến đổi năng lượng thế năng hay động năng thành năng

lượng cơ học – chuyển động thẳng hoặc xoay Xy lanh chia làm 2 loại: Xy lanh chuyển động tịnh tiến và xylanh chuyển động quay (< 360o)

Xy lanh chuyển động tịnh tiến:

+ Xy lanh tác động đơn: Xy lanh tác động một phía được cung cấp khí nén bởi một phía duy nhất Như vậy nó chỉ có thể cho hành trình làm việc ở một chiều duy nhất Hành trình ngược lại của piston được thực hiện bởi lò xo hoặc lực ngoài Cho nên khí nén chỉ cần thiết cho việc di chuyển ở một chiều duy nhất Trong xy lanh tác động 1 phía phản hồi bằng lò

xo, hành trình là một hàm theo độ dài của lò xo Thường trong xy lanh tác động một phía hành trình không vượt quá 100mm Như thế chỉ sử dụng chúng giới hạn trong các công việc đơn giản như: siết chặt, đẩy ra, nâng lên, lắp vào của các chi tiết, cấp chuyển động

+ Xylanh tác động kép: Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí nén được dẫn vào cả 2 phía Xy lanh tác động 2 phía được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng: nâng vật, siết chặt, ứng dụng trong các dây chuyền tự động phân loại sản phẩm, dán nhãn, đóng mở van…

+ Xylanh tác động 2 chiều:

+ Xy lanh 2 cần:

Hình 1.2 Mô hình hệ thống điều khiển băng tải dùng PLC

Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hay là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay gọi là kích thích Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m)

Các loại cảm biến thông dụng:

 Cảm biến tiệm cận

 Cảm biến quang

 Cảm biến màu sắc

 Cảm biến thông minh

 Cảm biến sợi quang

 Cảm biến lực căng áp suất

 Cảm biến nhiệt

 Cảm biến siêu âm…

a Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensor)

Cảm ứng từ loại điện cảm (Inductive Sensor)

Cảm ứng từ loại điện cảm dựa vào điện cảm của cuộn dây sinh ra từ trường xung quanh

nó để nhận biết vật Cảm biến loại điện cảm rất đa dạng như ở hình

Cảm ứng từ bao gồm vùng từ trường được tạo ra nhờ vào cuộn dây quấn tạo cảm ứng từ với tần số làm việc từ 300 đến 800kHz, loại này thường đưa ra 2 dây cáp kết nối nguồn và một dây tín hiệu ra Khi có tín hiệu ra sẽ có led chỉ chỉ thị báo hiệu cảm biến nhận thấy vật trong vùng tác động

Khi vật cản tác động lên bề mặt của cảm biến, biên độ tín hiệu của mạch dao động sẽ thay đổi, biên độ này sẽ giảm dẩn khi vật càng tiến gần bề mặt tác động Khi khoảng cách đủ lớn ngõ ra của cảm biến sẽ cho ra một xung và đèn chỉ báo sẽ sáng lên

Cảm ứng từ loại từ cảm

Loại tác động bằng tiếp điểm (Reed Switch - Công tắc lưỡi gà):

+ Cảm biến loại này phát hiện được tất cả các loại vật liệu dẫn điện trong khoảng cách cho phép Từ trường được tạo ra từ cuộn dây cảm ứng tác động lên lưỡi gà làm đóng tiếp điểm Cảm biến bị ảnh hưởng bởi 3 yếu tố: Nhiệt độ, vật cản bằng KL, khoảng cách vật cản

+ Khi có từ trường đi qua vùng công tắt thì sẽ làm cho hai tiếp điểm nhiễm từ và hút nhau, hai tiếp điểm sẽ được nối lại

+ Sự phụ thuộc từ các từ trường khác nhau cần được tránh:

 Vị trí của điểm tác động phụ thuộc vào khoảng cách dịch chuyển

 Dòng cực đại cần được giới hạn để tránh cháy tiếp điểm

Một vài ứng dụng cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ:

+ Phát hiện tình trạng của hộp thiết:

+ Phát hiện vị trí:

Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung (Capacitive Sensor)

Dùng phát hiện các loại vật thể có hằng số điện môi lớn hơn không khí: Nhựa, thủy tinh, gỗ, kim loại

Cảm biến điện dung có cấu tạo bao gồm các thành phần: điện cực nối nguồn, điện cực nối mass led chỉ báo và nút hiệu chỉnh độ nhạy như hình

Phát hiện theo nguyên tắc tĩnh điện (sự thay đổi điện dung giửa vật cảm biến và đầu sensor), có thể phát hiện tất cả các vật

Cảm biến mức điện dung hoạt động dựa trên sự khác biệt hằng số điện môi giữa chất lưu

và không khí Ðiều kiện cần thiết để áp dụng phương pháp này là hằng số điện môi của chất lưu phải lớn hơn hằng số điện môi của không khí, thường là gấp đôi Hằng số điện môi của không khí là khoảng 1.0; dầu có hằng số điện môi từ 1,8 đến 5; nước có hằng số điện môi ở giữa khoảng 50 đến 80

Ứng dụng cảm biến tiệm cận loại cảm ứng điện dung:

+ Phát hiện mức chất lỏng: bên trong chai từ bên ngoài vỏ

+ Truyền tín hiệu kiểm tra hay bộ nối: Phát hiện cánh tay robot đang giử vật

b Cảm biến quang (Optical Sensor)

Bộ phát: Thường dùng đèn led (Led Emitting Diodes) Ðây là loại led có khả năng phát

sáng khi có dòng điện thuận chạy qua Led được chế tạo để phát ra nhiều loại ánh sáng khác nhau

Bộ thu: Nhận ánh sáng từ bộ phát, thực hiện tạo tín hiệu ngõ ra thường ở dạng

ON/OFF Thường là các loại linh kiện: Photodiode, Phototransitor, Photocell (các tế bào quang điện, quang trở )

Lượng ánh sáng nhận về sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu áp (hoặc dòng) và sau đó được khuếch đại Sensor xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áp lớn hơn mức ngưỡng

Cảm biến quang loại thu phát độc lập (Through Beam)

Hình 1.8 Cảm biến quang thu phát độc lập

Cảm biến quang loại thu phát độc lập bao gồm hai phần: phần thu và phần phát độc lập nhau, vật được đặt vào giửa bộ thu và phát như hình

Cảm biến quang loại thu phát độc lập có đặc điểm:

+ Ðộ tin cậy cao

+ Khoảng cách phát hiện xa

+ Không bị ảnh hưởng bởi màu sắc và bề mặt của vật

+ Khoản cách có thể lên đến 30m

+ Kiểm tra được tất cả các vật thể trừ một ít vật thể có bề mặt trong suốt

Cảm biến quang loại thu phát chung (Retro Replective)

Cảm biến quang loại thu phát chung bao gồm hai bộ thu và phát gắn chung nhau, bề mặt phản xạ đặt hướng vào bề mặt thu phát của cảm biến, trong loại này ảnh hưởng phản xạ lên bề mặt là rất quang trong đến việc thu phát của cảm biến

Cảm biến quang loại thu phát chung có đặc điểm:

+ Ðộ tin cậy cao Giảm bớt dây dẫn

+ Có thể phân biệt được vật trong suốt, mờ, bóng loáng

+ Khoảng cách chỉ cỡ ½ , 1/3 so với phương pháp truyền xuyên tâm

+ Không thích hợp khi dùng để phát hiện các vật liệu trong suốt hoặc các vật liệu có bề mặt phản xạ được

+ Vật phát hiện phải có kích thước lớn hơn bộ phận phản xạ của cảm biến

+ Sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng phát hiện vật, thùng trong băng chuyền

Cảm biến quang loại đặt khoảng cách

Ứng dụng của cảm biến quang

+ Phát hiện vật đi qua chổ hẹp:

+ Phát hiện chai ngã:

1.3 Các yêu cầu điều khiển của hệ thống tự động hóa công nghiệp

Thiết kế hệ thống tự động điều khiển được bắt đầu từ yêu cầu kỹ thuật Yêu cầu kỹ thuật

có liên quan mật thiết tới công nghệ của đối tượng tự động hóa và cấu trúc của chúng Phương

án tối ưu, xét từ khía cạnh năng suất lao động và kinh tế có được khi hệ thống tự động hóa có tính tối ưu về thiết bị, công nghệ, cấu trúc, giá thành Nói cách khác, thiết kế một hệ thống tự động hóa điều khiển mới xuất phát từ yêu cầu cần hiện đại hóa công nghệ, cấu trúc máy, trên

cơ sở những công nghệ và máy móc mới

1.3.1 Đảm bảo các sai số trong phạm vi cho phép

Trong các bài toán kỹ thuật, khi thiết lập các hệ thống tự động điều chỉnh có liên quan đến số lượng, dạng, công suất của các thiết bị động lực chính, chúng được lựa chọn theo những chỉ tiêu kĩ thuật của từng thiết bị đó Bài toán kỹ thuật cho biết chế độ làm việc của đối tượng điều chỉnh, các chế độ làm việc của các thiết bị động lực chính mà hệ thống tự động cần thực hiện Nó cho chúng ta biết những sai số tĩnh và động cho phép của đại lượng điều chỉnh

Từ những thông số đó mà chọn những thông số của các thiết bị điều chỉnh cho hợp lý, đáp ứng được những yêu cầu về sai số

1.3.2 Đảm bảo độ nhanh, điều chỉnh phù hợp

Các máy móc công nghiệp ngày càng có yêu cầu cao về năng suất lao động Muốn đạt được yêu cầu đó, mạch điều khiển phải chính xác Tuy nhiên, thường gặp trong các hệ thống

tự động điều khiển, hệ thống tác động nhanh sẽ kéo theo lượng điều chỉnh lớn, do đó thường phải lựa chọn sao cho tối ưu theo yêu cầu thực tế của đối tượng

1.3.3 Có chỉ tiêu năng lượng cao

Các hệ thống điều khiển cần có chỉ tiêu kinh tế cao Trong chỉ tiêu kinh tế thì tổn thất năng lượng khi biến đổi và điều chỉnh đóng vai trò quan trọng Ngoài ra hệ số công suất của

hệ thống cũng góp phần ảnh hưởng không nhỏ đến chỉ tiêu năng lượng

1.4 Nhận dạng, phân tích chức năng hoạt động các phần tử hệ thống tự động hóa CN

a Hệ thống điều khiển động cơ DC

Hình 1.3 Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC

+ Cơ cấu chấp hành: động cơ AC hoặc DC

+ Thiết bị điều khiển: biến tần (Inverter)

+ Cảm biến: sensor đo tốc độ động cơ

b Hệ thống điều khiển nhiệt độ

Hình 1.4 Hệ thống điều khiển nhiệt độ

+ Cơ cấu chấp hành: bộ điều chỉnh nhiệt độ trong lò nhiệt

+ Thiết bị điều khiển: là một thiết bị tự động được chế tạo làm việc theo chức năng và yêu cầu thực tế như chuyển nhiệt độ từ lò nhiệt và hiển thị lên màn hình hiển thị và gởi tín hiệu điều khiển để điều khiển lò nhiệt ổn định nhiệt độ

+ Cảm biến: được dùng là loại cảm biến nhiệt

c Hệ thống điều khiển động cơ AC 3 pha

Hình 1.5 Hệ thống điều khiển động cơ AC 3 pha

+ Thiết bị điều khiển: là card điều khiển trung tâm điều khiển giao tiếp máy tính

Chương 2:

HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP Giới thiệu:

Chương 2 này sẽ giới thiệu công cụ Grafcet dùng để mô tả được hoạt động của hệ thống

tự động hóa công nghiệp Sinh viên sẽ dựa vào công cụ này để xây dựng lưu đồ điều khiển mô

tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp

Mục tiêu:

- Về kiến thức:

+ Mô tả được hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp

- Về kỹ năng:

+ Nhận dạng được vị trí của các phần tử trên hệ thống tự động hóa công nghiệp

+ Xây dựng được lưu đồ điều khiển mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa CN

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

+ Thể hiện tính chặt chẽ và chính xác

+ Thể hiện tư duy phản biện Thể hiện tinh thần độc lập, sáng tạo

Nội dung chính:

2.1 Tổng quan về công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp

Trong lập trình điều khiển dùng PLC (bộ điều khiển khả trình), Grafcet là một trong 5 ngôn ngữ chính thức được công nhận và được biết dưới tên gọi bằng tiếng Anh là SFC (Sequential Function Chart của tiêu chuẩn IEC 1131-3)

Grafcet là từ viết tắt của tiếng Pháp: Graphe Fonctionnel de Commande des Etapes et Transitions (đồ hình điều khiển bước - chuyển tiếp) do hai cơ quan AFCET (Liên hiệp Pháp

về tin học kinh tế và kỹ thuật) và ADEPA (Tổ chức nhà nước về phát triển nền sản xuất tự động hóa) hợp tác soạn thảo ra từ tháng 11/1982

Grafcet là ngôn ngữ lập trình bằng biểu đồ để mô tả các hoạt động của hệ thống điều khiển trình tự

Grafcet được xây dựng trên các bước và các chuyển tiếp, mỗi bước (tương ứng với một

vị trí trong mạng Petri) diễn tả trạng thái mà tại đó ứng xử của hệ thống được xác định bởi tác động gắn liền với bước đó

Mỗi chuyển tiếp (tương ứng chuyển tiếp của mạng Petri) thể hiện điều kiện chuyển trạng thái của hệ thống, chuyển tiếp gắn liền với một điều kiện

+ Dòng điều khiển chuyển từ bước này sang bước kế tiếp thông qua chuyển tiếp có điều kiện Nếu điều kiện chuyển tiếp là đúng thì dòng điều khiển sẽ chuyển từ bước này sang bước kế tiếp

+ Chức năng điều khiển ở bất cứ mức nào đều có thể biểu diễn bởi một nhóm bước và các chuyển tiếp được gọi là biểu đồ chức năng Sau đó những biểu đồ này có thể được kết nối lẫn nhau theo trình tự yêu cầu, bởi các liên kết có hướng biểu diễn dòng điều khiển nhằm tạo nên một biểu đồ Grafcet hoàn chỉnh

2.2 Công cụ mô tả hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp

Bước mở đầu

Bước

2.2.1.1 Các bước (Step)

Bước là thành phần ngôn ngữ Grafcet, được dùng để xác định trạng thái của một phần hoặc toàn bộ hệ thống Tại một thời điểm một bước có thể là tích cực hoặc không tích cực Tập hợp các bước tích cực xác định tình trạng của hệ thống đã cho tại thời điểm nào đó

Bước: Mỗi bước được biểu diễn bằng hình vuông nét đơn, có con số ở nữa trên bên

trong hình vuông Ví dụ: "Bước 1"

Biến bước: Trạng thái tích cực và không tích cực của bước có thể được biểu thị bằng

các giá trị logic "1" hoặc "0" Ví dụ: "Biến bước của bước thứ 8" X8

"X8" =1 và "x8 " =0 khi bước "8" tích cực

"X8" =0 và "x8 " =1 khi bước "8" không tích

1

Ví dụ: nhiều kết nối tại đầu vào và đầu ra của bước 7

2.2.1.2 Tác động gắn liền với bước

Mỗi bước có thể được gắn liền một hoặc nhiều tác động Các tác động này được thực hiện khi bước mà chúng gắn liền ở trạng thái tích cực

Một bước có thể không có tác động nào gắn liền Ta có thể sử dụng bước này để chờ của một sự kiện bên ngoài Ví dụ sự thay đổi trạng thái của đầu vào, đồng bộ giữa nhiều bước trong Grafcet

Tác động: được biểu diễn bằng hình chữ nhật gắn kết với bước

Gán nhãn cho đầu ra: Mỗi tác động sẽ có nhãn viết bằng chữ in hoa bên trong hình

chữ nhật, đại diện cho tác động này

Ví dụ: Để biểu diễn 1 tác động VAN 2 mở khi bước 9 tích cực, biểu diễn như sau:

2.2.1.3 Chuyển tiếp (transition)

Chuyển tiếp là để chỉ khả năng chuyển đổi giữa các bước

Chuyển tiếp từ một bước đến bước khác: Chuyển tiếp được biểu diễn bởi một đường

vuông góc với đường thẳng nối giữa hai bước Quy ước:

+ Chuyển tiếp được kích hoạt khi bước liền trước là tích cực

+ Giữa hai bước bao giờ cũng chỉ có một chuyển tiếp

Gán chuyển tiếp: Chuyển tiếp được gán một con số nằm trong ngoặc kép, bên trái

Quy tắc 1: Tình trạng ban đầu

Tình trạng ban đầu của grafcet là tình trạng tại thời điểm ban đầu Tập hợp bước tích cực tại thời điểm ban đầu

Trong trường hợp quá trình tự động hóa không theo chu kỳ, tình trạng ban đầu phụ thuộc vào tình trạng thao tác tại thời điểm ban đầu của phần điều khiển

Quy tắc 2: Sự thông của chuyển tiếp

Một chuyển tiếp được là kích hoạt khi tất cả các bước liền trước liên kết với chuyển tiếp này là tích cực Sự thông của chuyển tiếp chỉ xảy ra:

+ Khi chuyển tiếp được kích hoạt;

+ Điều kiện gắn liền với chuyển tiếp là đúng

Ví dụ:

Bước 2 tích cực

T2 kích hoạt

Điều kiện của T2 = 1

T2 thông bước 3 tích cực

Một trình tự là nối tiếp của các bước trong đó:

- mỗi bước chỉ có 1 chuyển tiếp liền sau, ngoại trừ bước cuối cùng

- mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền trước được kích hoạt bởi một bước của trình tự, ngoại trừ bước đầu tiên

Chú ý: Một trình tự được gọi là tích cực nếu ít nhất một bước là tích cực Một trình tự được gọi là không tích cực khi tất cả các bước là không tích cực

b Chu kỳ của trình tự đơn

Trường hợp trình tự mạch vòng là:

- Mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền sau,

- Mỗi bước chỉ có một chuyển tiếp liền trước có thể kích hoạt bởi bước đơn của trình tự

Chú ý: Một chu kỳ của trình tự đơn phải thỏa mãn ít nhất một trong điều kiện sau để cho phép sự tích cực các bước của nó

- phải có ít nhất một bước mở đầu

- một lệnh cưỡng từ grafcet thành phần ở mức cao hơn

c Sự lựa chọn các quá trình

Sự lựa chọn trình tự đưa ra sự chọn tiến triển giữa các trình tự bắt đầu từ một hoặc nhiều bước Cấu trúc này được biểu diễn bởi nhiều chuyển tiếp kích hoạt cùng lúc và các tiến triển

2.2.1.6 Các cấu trúc đặc biệt

a Bước nguồn

Bước nguồn là một bước mà không có chuyển tiếp liền trước

Để tích cực bước nguồn thì phải thỏa mãn một trong các điều kiện sau:

- Bước nguồn là bước khởi đầu

- Bước nguồn được yều cầu bởi lệnh cưỡng bước từ grafcet mức cao hơn

Ví dụ: Bước nguồn khởi đầu Bước nguồn khởi đầu 1 chỉ tích cực ở thời điểm ban đầu Bước 2, 3 và 4 hình thành chu kỳ của một trình tự đơn

b Bước đích

Bước đích là một bước mà không có chuyển tiếp liền sau

Để mất tích cực bước đích chỉ được thực hiện bằng: Lệnh cưỡng bước từ grafcet mức cao hơn

Ghi chú: Nếu một bước vừa nguồn vừa đích, thì nó sẽ hình thành một trình tự bước đơn được dùng để biểu diễn hành vi tổ hợp