đồ án plc điều khiển quá trình

Thế giới đang trải qua những thay đổi lớn nhất của ngành công nghiệp trong hơn 100 năm qua, chính vì thế, Sản Xuất trở thành một chủ đề nóng hổi được nhiều sự quan tâm. Như một tiến trình tất yếu, Cuộc cách mạng công nghiệp mà chúng ta đang trải qua cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0, được thúc đẩy bởi các tiến bộ bao gồm sản xuất thông minh, robot, trí tuệ nhân tạo và Internet of Things. Tự động hóa là một khía cạnh quan trọng khác của tương lai ngành công nghiệp.  Tự động hóa đem lại mức độ chính xác và năng suất cao hơn. Công nghệ này thậm chí có thể làm tốt ở những môi trường khắc nghiệt không an toàn với con người. Trong đó có lĩnh vực điều khiển động cơ điện. Công nghệ tự động hóa là tập hợp các phương pháp và kỹ thuật tiên tiến nhắm tạo ra các thiết bị, hệ thống thiết bị và quá trình sản xuất được điều khiển tự động để thay thế hoặc giảm nhẹ lao động trực tiếp của con người đồng thời nâng cao năng suất lao động, chất lượng của sản phẩm và hiệu quả hoạt động của con người trong các loại hình công việc khác nhau.

1

2

LỜI MỞ ĐẦU

Thế giới đang trải qua những thay đổi lớn nhất của ngành công nghiệp trong hơn

100 năm qua, chính vì thế, Sản Xuất trở thành một chủ đề nóng hổi được nhiều sựquan tâm Như một tiến trình tất yếu, Cuộc cách mạng công nghiệp mà chúng tađang trải qua- cuộc cách mạng Công nghiệp 4.0, được thúc đẩy bởi các tiến bộ baogồm sản xuất thông minh, robot, trí tuệ nhân tạo và Internet of Things Tự độnghóa là một khía cạnh quan trọng khác của tương lai ngành công nghiệp Tự độnghóa đem lại mức độ chính xác và năng suất cao hơn Công nghệ này thậm chí cóthể làm tốt ở những môi trường khắc nghiệt không an toàn với con người Trong đó

có lĩnh vực điều khiển động cơ điện

Công nghệ tự động hóa là tập hợp các phương pháp và kỹ thuật tiên tiến nhắm tạo

ra các thiết bị, hệ thống thiết bị và quá trình sản xuất được điều khiển tự động đểthay thế hoặc giảm nhẹ lao động trực tiếp của con người đồng thời nâng cao năngsuất lao động, chất lượng của sản phẩm và hiệu quả hoạt động của con người trongcác loại hình công việc khác nhau

Hiện nay nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chónglàm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Các công ty xínghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các phần mềm tựđộng

Qua bài tập đồ án này, em sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng của PLC vàoquá trình vận chuyển Với đề tài: “Điều khiển 2 động cơ ba pha không đồng bộroto lồng sóc”

3

MỤC LỤC

4

Chương I

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

1. Bài toán công nghệ

1.1. Sơ đồ công nghệ

Yêu cầu:

1 Hãy tổng hợp mạch điều khiển cho công nghệ trên theo phương phápGrafcet

2 Lập trình cho hệ thống điều khiển công nghệ trên sử dụng ngôn ngữ PLC

3 Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng phần mềm

1.2. Quá trình công nghệ

• Hệ thống gồm 2 cơ cấu được điều khiển bởi 2 động cơ Động cơ 1 điềukhiển cơ cấu sang trái (T), phải (P) Động cơ 2 điều khiển cơ cấu lên (L),xuống (X)

• Trạng thái ban đầu các cơ cấu thu về, động cơ dừng hoạt động

• Ấn stop kéo vật về vị trí ban đầu Khởi động lại bằng nút Start

• Sau khi ấn nút khởi động m, động cơ bắt đầu hoạt động Động cơ 1 điềukhiển cơ cấu 1 đi sang phải (P) gặp cảm biến D thì thì chuyển sang trái (T)đến khi gặp cảm ứng B thì dừng lại

• Sau đó động cơ điều khiển cơ cấu 2 đi xuống (X), gặp cảm ứng C thì đi lên(L) gặp cảm biến B thì dừng lại

• Khi động cơ điều khiển cơ cấu 2 đi hết hành trình đi lên, gặp cảm ứng B thìđộng cơ 1 điều khiển cơ cấu 1 đi sang trái, gặp cảm ứng A thì dừng lại

1.3. Ứng dụng

5

Cầu trục dầm đơn và cầu trục dầm đôi được xem là 2 loại cầu trục phù hợp trang bịcho các nhà xưởng

Hình 1.3 Cầu trục dầm đôi

Cầu trục dầm đơn

Cấu tạo kiểu dầm I, H đúc hoặc dầm hộp với cơ cấu palang treo bên dưới dầmchính Kết cấu cầu trục dầm đơn cực kỳ đơn giản, gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng Chiphí sản xuất 1 bộ cầu trục dầm đơn cũng tương đối rẻ hơn so với các loại cầu trụcđặc biệt khác Sức nâng cầu trục dầm đơn giới hạn từ 500kg đến 20 tấn, khẩu độ(hay chiều rộng nhà xưởng) được thiết kế chính xác theo diện tích nhà xưởng sẵn

có

Cầu trục dầm đôi

Cấu tạo dạng dầm hộp với palang nâng hạ bò trên dầm chính Chế tạo cầu trục dầmđôi đòi hỏi quy trình sản xuất phức tạp hơn loại dầm đơn và chi phí cao hơn tươngđối so với cầu trục dầm đơn cùng sức nâng Sức nâng cầu trục dầm đôi từ 2 tấn đếntối đa 200 tấn hoặc lớn hơn theo yêu cầu Khẩu độ cầu trục dầm đôi nhỏ nhất là 6m

và lớn nhất đến 50m

6

Vì sao nên trang bị 2 loại cầu trục dầm đơn và dầm đôi?

• Đây là 2 loại cầu trục tiêu chuẩn nên chi phí đầu tư tối ưu hơn rất nhiều sovới loại cầu trục phải thiết kế đặc biệt

• Tính năng sử dụng 2 loại cầu trục này đặc biệt phù hợp với các nhà xưởngsản xuất, lắp ráp thiết bị

• Thiết bị chính đa dạng về mẫu mã, nguồn gốc xuất xứ với nhiều tùy chọncho khách hàng

• Đa số các nhà cung cấp cầu trục tại việt nam có khả năng cung cấp 2 loạicầu trục này

Những lưu ý khi thiết kế dầm cầu trục

Cần tính toán tối ưu vật liệu chế tạo, đảm bảo dầm đủ sức chịu tải trọng tối đa và

hệ số an toàn không quá lớn dẫn đến hao phí vật tư, giá thành cao

Luôn tính toán độ võng cho phép theo tiêu chuẩn VN

Quy định cụ thể các phương pháp, % kiểm tra không phá hủy các mối hàn quantrọng trên dầm cầu trục (đặc biệt là các mỗi hàn nối tấm)

Thiết kế và chỉ rõ chi tiết kích thước tổng quát và dung sai kích thước áp dụng.Xác định kiểu liên kết tối ưu giữa dầm cầu trục và dầm biên

7

2. Các thiết bị sử dụng

2.1. PLC S7-1200

a. Giới thiệu tổng quan về PLC S7-1200 Siemen

•Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm PLC S7–1200 dùng để thay thế dần choPLC S7-200

•S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soátnhiều ứng dụng tự động hóa

• 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau

• 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

• Bổ sung 4 cổng Ethernet

• Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC

• S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP

8

Tính Năng Nổi Bật.

• Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:

+ Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC

• Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở

• Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo

• Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s

• Hỗ trợ 16 kết nối ethernet

• TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol

• Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:

6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường,trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz

• 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ láiservo (servo drive)

• Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điềukhiển nhiệt độ…

• 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển tune functionality)

(auto-• Thiết kế linh hoạt:

+ Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếpphía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệđiều khiển

+ Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra

+ Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU

3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vdmodule RS232 hay RS485

+ Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứngdụng hay khi cập nhật firmware

+ Chẩn đoán lỗi online / offline

• Các hệ thống, hay ứng dụng S7 1200 trong các hệ thống nào?

9

>> PLC S7 1200 – Sự lựa chọn cho hệ thống nhỏ và vừa: Nó được ứng dụng rộngrãi trong tất cả các lĩnh vực điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều nghành, nhiềuloại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệthống điện, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm, dây chuyền băng tải…vv

việc 100KB work memory

PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory

PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory

KẾT LUẬN: S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnhgiúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

- Board tín hiệu/truyền thông:1

- Module truyền thông: 3

- Bộ đếm tốc độ cao: Hình 2.1 PLC S7-1214C

 1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ

- Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2

- Truyền thông: Ethernet

Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày

11

b. Các bảng tín hiệu.

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU.Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kếtnối vào phía trước của CPU

SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

 Các LED trạng thái trên SB

 Bộ phận kết nối nối dây củangười dùng có thể tháo ra

c. Các module tín hiệu.

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU cácchức

năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU

 Các LED trạng thái dành cho I/Ocủa module tín hiệu

 Bộ phận kết nối đường dẫn

 Bộ phận kết nối nối dây củangười dùng có thể tháo

d. Các module truyền thông.

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính

năng bổ

sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.

 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của mộtCM

khác)

 Các LED trạng thái dànhcho module truyền thông

 Bộ phận kết nối truyền thông

e. Các bảng hiển thị

Do sự trực quan hóa trở thành một thành phần tiêu chuẩn đối với hầu hếtcác thiết kế máy móc, SIMATIC HMI Basic Panels cung cấp các thiết bị kiểuchạm màn hình dành cho việc điều khiển thuật toán cơ bản và việc giám sát cácnhiệm vụ Tất cả các bảng đều có cấp độ bảo vệ IP65 và chứng nhận CE, UL,cULus và NEMA 4x

Ứng dụng của PLC S7-1200

Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như: Hệ thống băng tải, điều khiển đènchiếu sáng, điều khiển bơm cao áp, máy đóng gói, máy in, máy dệt, máy trộn

2.2. Động cơ ba pha roto lồng sóc

thuật điện, phía ngoài có xẻ rãnh

- Dây quấn của roto lồng sóc: trong mỗi rãnh

đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm dài ra

khỏi lõi thép và được nối tắt lại ở hai đầu bằng

hai vành ngắn mạch

Hình 2.1.b Roto

2.2.2. Nguyên lý hoạt động

- Dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn stator tạo ra một từ trường quay Do vậy,dòng điện sẽ được tạo ra trong các thanh dẫn của rotor lồng sóc và nó bắt đầuquay

- Dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn sẽ thay đổi, điều này là do từ thông cắtqua mỗi một cặp thanh dẫn là khác nhau, và hướng khác nhau của chúng Sựthay đổi của dòng điện trên các thanh dẫn sẽ thay đổi theo thời gian

- Dòng điện trong rotor sinh ra do cảm ứng chứ không phải được cấp trực tiếp

Để hỗ trợ hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra thì các lá thép điện từ được gắnbên trong

2.3. Các thiết bị khác

2.3.1. Công tắc hành trình

Công tắc hành trình là một loại cảm biến đóng ngắt mạch điều khiển Công tắc

giới hạn là một loại công tắc hành trình Công tắc giới hạn cơ học là các công tắcđược kích hoạt bằng cơ với một số kiểu thông dụng: Kiểu cần gạt, đòn bẩy, nútnhấm, pít-tông… được kích hoạt bằng cách tiếp xúc với vật khác Khi đối tượngtiếp xúc với bộ truyền động

của công tắc, nó sẽ chuyển thiết bị truyền động

đến “giới hạn” của nó, làm thay đổi trạng thái

của các tiếp điểm Cụ thể các tiếp điểm được

mở ra (đối với mạch thường đóng) và đóng lại

đối với mạch thường mở

Kí hiệu công tắc hành trình

Tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường mở

2.3.2. Rơ le trung gian

Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp điểm

Rơ le trung gian còn gọi là rơ le kiếng là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằngđiện Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện qua rơ le haykhông

Cấu tạo của rơ le trung gian

Rơ le trung gian có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây Cuộndây bên trong có thể là cuộn cường độ,

cuộn điện áp, hoặc cả cuộn điện áp và

cuộn cường độ Lõi thép động được

găng bởi lò xo cùng định vị bằng một vít

điều chỉnh

Nguyên lí hoạt động của rơ le trung

gian

Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng

điện này sẽ chạy qua các cuộn dây bên

trong và tạo ra một từ trường hút Từ

trường này tác động lên một đòn bẩy bên

trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng tháicủa rơ le Số tiếp điểm bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế

Rơ le có 2 mạch độc lập Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Chodòng chạy qua cuộn dây hay không, có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ONhay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le

hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le Hình 2.3.2 Rơle TG

Ứng dụng của rơ le

Rơ le trung gian có số tiếp điểm khá nhiều (4-6 tiếp điểm) Các tiếp điểm này cóthể vừa mở và đóng Vì vậy mà thiết bị này thường được sử dụng nhằm truyền tínhiệu khi rơ le chính không đảm bảo khả năng đóng, ngắt

Ngoài ra, nó được tích hợp trong các bảng mạch điều khiển điện tử dân dụngcũng như trong công nghiệp, với ưu điểm thiết kế nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt thay

nút nhấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa

Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của contactor

Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:

1. Nam châm điện: gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút namchâm; Lõi sắt; Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu

2. Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làmcác tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.

3 Hệ thống tiếp điểm: gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ

• Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua Tiếp điểm chính là

tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủđiện làm mạch từ hút lại

• Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A.

Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường mở

Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhaugiữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ(không được cung cấp điện) Tiếp điểm này mở ra khi contactor ở trạng thái hoạtđộng Ngược lại là tiếp điểm thường mở

Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còncác tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor

Ưu điểm của Contactor:

Kích thước nhỏ gọn có thể tận dụng khoảng không gian hẹp để lắp đặt và thao tác

mà cầu dao không thực hiện được Điều khiển đóng cắt từ xa có vỏ ngăn hồ quangphóng ra bên ngoài nên an toàn tuyệt đối cho người thao tác với hệ thống điện, thờigian đóng cắt nhanh, độ bền cao, hoạt động ổn định vì những ưu điểm trêncontactor được sử dụng rộng rãi để điều khiển đóng cắt trong mạch điện hạ áp đặcbiệt sử dụng nhiều trong các nhà máy công nghiệp

phương pháp cơ điện Phương pháp này không xử lý những quá trình phức tạpnhưng nó đơn giản và có độ ổn định cao, dễ sửa chữa.

Trong ngành tự động hóa ngày nay đòi hỏi xử lý những công việc có tính chấtphức tạp và khó khăn cần phải có sự can thiệp của bộ xử lý nên phương pháp cơđiện tử ra đời để đáp ứng được những quy trình sản xuất tiên tiến

hoặc một số loại quá trình Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại Hình dạngcủa nút nhấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất cảphụ thuộc vào thiết kế cá nhân Nút nhấn có 2 loại chính là nút nhấn thường mởhoặc nút nhấn thường đóng

Hình 2.3.4 Nút nhấn

Nguyên lí làm việc của nút nhấn

Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, các tiếp điểm cố định và các rãnh Bộ truyềnđộng sẽ đi qua toàn bộ công tắc và vào một xy lanh mỏng ở phía dưới Bên trong làmột tiếp điểm động và lò xo Khi nhấn nút, nó chạm vào các tiếp điểm tĩnh làm thayđổi trạng thái của tiếp điểm Trong một số trường hợp, người dùng cần giữ nút hoặcnhấn liên tục để thiết bị hoạt động Với các nút nhấn khác, chốt sẽ giữ nút bật cho đếnkhi người dùng nhấn nút lần nữa

Ứng dụng

Công tắc nút nhấn sử dụng nhiều trong các ứngdụng khác nhau như máy tính, điện thoại nút nhấn vànhiều thiết bị gia dụng Bạn có thể nhìn thấy chúngtrong nhà, văn phòng và trong các ứng dụng công nghiệp ngày nay Chúng có thể bật,tắt máy hoặc làm cho thiết bị thực hiện các hoạt động cụ thể, như trường hợp với máytính Trong một số trường hợp, các nút nhấn có thể kết nối thông qua liên kết cơ học,điều khiển một nút nhấn khác hoạt động

Đa số, các nút sẽ có màu sắc cụ thể để biểu thị mục đích của chúng Ví dụ như nútnhất màu xanh thường được sử dụng để bật thiết bị hay nút nhấn màu đỏ để tắt thiết

bị Điều này tránh gây nên một sô nhầm lẫn Nút dừng khẩn cấp thường là các nút ấnlớn, thường có màu đỏ và có đầu lớn hơn để sử dụng dễ dàng hơn

trong đa dạng các hệ thống điện khác nhau từ dân dụng đến công nghiệp Trong hệthống điện, rơ le nhiệt đóng vai trò bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện và hệ thốngđiện được hoạt động ổn định Khởi động từ và rơ le nhiệt là một bộ đôi thiết bị bảo

vệ chắc chắn cho toàn bộ mạng lưới điện của hệ thống

Hình 2.3.5.b Cấu tạo rơ le nhiệt

Ký hiệu rơ le nhiệt phổ biến đó là: NO, NC và COM

+ COM (common): Là chân chung, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 chân cònlại Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt độngcủa Relay

+ NC (Normally Closed): Nghĩa là khi Relay ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nốivới chân này

+ NO (Normally Open): Khi Relay ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây)thì chân COM sẽ được nối với chân này Kết nối COM và NC khi bạn muốn códòng điện cần điều khiển khi Relay ở trạng thái OFF Và khi Relay ON thì dòngnày bị ngắt Ngược lại thì nối COM và NO

3 Giới thiệu phần mềm, thêm thiết bị

Click mở file “TIA Portal V14” trên Desktop

- Click vào “Create new project”

- Project name: Tên của chương trình cần lưu

- Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình

Click vào “Create

Click vào “Configure a device”:

Click vào “Add new device”:

Click PLC/Simatic S7-1200/CPU/”CPU 1214C AC/DC/Relay

Click“Add”:

Với giao diện ban đầu như sau:

- “1”: Tên của chương trình lưu ban đầu

- “2”: Device configuration: Cấu hình thêm phần cứng

- “3”: Main [OB1]: Nơi viết chương trình OB1

- “4”: Download tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200

- “5”: Upload tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200

- “6”: Điều khiển PLC Run

- “7”: Điều khiển PLC Stop

- “8”: Chức năng cài đặt các thông số của cổng mạng

- “9”: Cài đặt địa chỉ ngõ vào ra số, tương tự, bộ đếm tốc độ cao…

Double Click vào “Main [OB1]”: Để viết chương trình điều khiển

Chương II

TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GRAFCET

1. Khái niệm chung tổng hợp mạch trình tự

Mạch trình tự hay mạch dãy (sequential circuits) là mạch trong đó trạng tháicủa tín hiệu ra không những phụ thuộc tín hiệu vào, mà phụ thuộc cả trình tựtác động của tín hiệu vào và trạng thái tín hiệu ra trước của chính hệ thống đó

Sơ đồ cấu trúc cơ bản của mạch trình tự như ở hình 2.1 Nét đặc trưng ở đây làmạch có “phản hồi” thể hiện qua các biến nội bộ

Hoạt động trình tự của mạch được thể hiện ở sự thay đổi của biến nội bộ Y.Trong quá trình làm việc, do sự thay đổi của các tín hiệu vào X sẽ dẫn đến thayđổi các tín hiệu ra Z và cả tín hiệu nội bộ Y Sự thay đổi của biến Y sẽ dẫn đếnthay đổi biến y sau thời gian τ Sự thay đổi của các biến y lại có thể dẫn đếnthay đổi tín hiệu ra Z, kể cả Y, rồi thì sự thay đổi của Y lại dẫn đến sự thay đổicủa y… Quá trình nếu cứ tiếp tục lâu dài như vậy, sẽ làm cho hệ mất ổn định,nghĩa là mạch không làm việc được Yêu cầu đặt ra là phải làm sao cho mạch

ổn định, nghĩa ra khi mạch trình tự có sự thay đổi của tín hiệu vào sẽ chuyển từmột trạng thái ổn định này đến một trạng thái mới ổn định khác và trải qua một

số trạng thái trung gian không ổn định Khái niệm ổn định và không ổn địnhnày không chỉ liên quan đến cả toàn mạch mà còn liên quan đến cả từng phầntử

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của mạch trình tự

2. Phương pháp Grafcet

2.1. Khái niệm và các thành phần

Grafcet, viết tắt của tiếng Pháp” Graphe fonctionnel de commande estape

transition”, là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệthống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng tháinày sang trạng thái khác

Phương pháp grafcet biểu diễn các quá trình công nghệ dưới dạng lưu đồ(graph) các trạng thái làm việc

a. Các giai đoạn

Mỗi giai đoạn được biểu diễn trên biểu đồ bằng một ô vuông hay chữ nhật trong đó

có ghi số của giai đoạn Riêng giai đoạn ban đầu (giai đoạn xuất phát) phải trìnhbày bằng ô vuông nét đúp và ghi số 0 (hoặc số 1) như trên hình b

Một giai đoạn có thể là tích cực hoặc là không tích cực Giai đoạn tích cực ở mộtthời điểm nào đó, chính là lúc nhịp đó đang được thực hiện Giai đoạn không tíchcực là các giai đoạn đã được thực hiện, hay chưa được thực hiện ở thời điểm đangxét

Đối với mỗi giai đoạn, các hành động cần thực hiện là đặc trưng cho tình trạng củagiai đoạn đó Các hành động này chỉ được thực hiện khi giai đoạn của chúng là tíchcực Để ký hiệu một giai đoạn đang là tích cực ta dùng dấu chấm đặt vào trong giaiđoạn đó

b. Các biến cố

Biến cố là sự kiện ngăn cách hai giai đoạn kế tiếp nhau theo luật xen kẽ: giai đoạntrên – biến cố - giai đoạn dưới …

Khi hệ thống có giai đoạn trên là tích cực mà biến cố xảy ra (hay xuất hiện) thì hệthống sẽ chuyển đến giai đoạn dưới là tích cực, và điều này làm cho giai đoạn trênmất tích cực (trở về không tích cực) Biến cố được thể hiện bằng một nét ngangnhư là một rào ngăn giữa hai giai đoạn trên và dưới.

Các điều kiện logic gắn với các biến cố có thể viết ở dạng một biểu thức logic tổhợp của các thông tin ngoại vi như: của người thao tác, của các công tắc hànhtrình, các đầu dò, cũng như các thông tin nội bộ như đạt ngưỡng của các bộ trễ, bộđếm, …

Các điều kiện logic cũng có thể là sự lật trạng thái (0 lên 1 hay 1 xuống 0) của cácbiến điều khiển hay của hàm ra như hình 3.14a Để vận động từ 5 xuống 6 cần xuấthiện sườn lên của a, để chuyển từ 6 xuống 7 cần xuất hiện sườn xuống của Y Khi thời gian là một điều kiện logic thì phải chỉ ra đầy đủ sau ký hiệu t gốc thờigian quy định và khoảng thời gian kéo dài của nó tính từ gốc đã chỉ

Khi một giai đoạn bắt đầu tích cực được lấy làm mốc thời gian của một thời giantrễ, nó có thể được dùng cách thể hiện như là một hành động gắn với giai đoạn này

c. Các đường định hướng

Các đường định hướng hướng chỉ ra các con đường vận động của Grafcet, nối cácgiai đoạn với biến cố rồi biến cố với các giai đoạn theo quy tắc xen kẽ Nó có thểnằm ngang hoặc thẳng đứng Chiều của các liên lạc này là từ trên xuống dưới, đivào giai đoạn cũng như đi ra khỏi giai đoạn đều phải vẽ vuông góc với giai đoạn,

và không cần ghi dấu mũi tên Các dấu mũi tên chỉ sử dụng khi mà biến cố đi vàotrạng thái ban đầu, và khi Grafcet có phân nhánh hay quay vòng

d. Các hành động

Các hành động đầu ra gắn với các giai đoạn là những hành động phải được thựchiện khi giai đoạn nó gắn vào là tích cực Các hành động này có thể rất đa dạng.Chẳng hạn như được chỉ ở hình bên dưới

Hình 2.1 Các loại hành động có thể xảy ra

Có các kiểu hành động gắn liền với các giai đoạn như dưới đây

Hành động có điều kiện: Việc thực hiện một hành động đầu ra gắn với một giai

đoạn đôi khi phải chịu nhưng điều kiện logic của sự thay đổi tín hiệu vào hoặc củatrạng thái tích cực hay không tích cực của một giai đoạn khác Trên hình 2.1b hànhđộng bật sáng đèn L1 là hành động có điều kiện

Hành động mức: là hành động được thực hiện suốt cả thời gian mà giai đoạn nó

gắn vào ở trạng thái tích cực

Hành động xung: là hành động chỉ được thực hiện ngay khi giai đoạn mà nó được

gắn vào trở lên tích cực và chỉ được tiếp tục trong một khoảng thời gian nào đó

2.2. Các kiểu kết cấu của Grafcet

Phần dưới đây sẽ đưa ra các kiểu kết cấu cũng như các thuật ngữ tên gọi các kiểukết cấu đó

a Phân phối đồng thời (hình a)

Giai đoạn 2 và giai đoạn 3 cùng nối đến biến cố a nên các liên lạc từ 2 với 3 đượctập hợp lại thành một nhóm bởi hai nét song song Quy tắc chuyển tiếp là: Khi giaiđoạn 1 tích cực, biến cố a hiệu lực, hệ sẽ chuyển tiếp đồng thời đến cả hai 2 và 3

b.Hội tụ đồng thời (hình b)

Phải đồng thời có: giai đoạn 4 và giai đoạn 5 tích cực và biến có b hiệu lực thì hệ

sẽ chuyển sang giai đoạn 6 Sau khi giai đoạn 6 tích cực thì giai đoạn 4 và 5 trởthành không tích cực

c.Rẽ nhánh (hình c)

Khi giai đoạn 7 đang tích cực, thì xảy ra các trường hợp sau

+ Nếu biến cố c có hiệu lực và biến cố d không hiệu lực (hoặc không xuất hiệnkịp) thì hệ chuyển sang giai đoạn 8

+ Nếu biến cố d có hiệu lực và biến cố c không hiệu lực (hoặc không xuất hiện kịp)thì hệ chuyển sang giai đoạn 9

Vậy ở đây hệ sẽ chọn một trong hai nhánh để chuyển tiếp giai đoạn Còn nếu biến

cố c và d đồng nhất hiệu lực (cùng xuất hiện) thì trở về giống kiểu phân phối đồngthời, tức giai đoạn 8 và giai đoạn 9 đều tích cực

d Hội tụ theo cách HOẶC (hình d)

Khi giai đoạn 10 là tích cực và biến cố e hiệu lực thì hệ chuyển sang giai đoạn 12,giai đoạn 10 trở về không tích cực Khi giai đoạn 11 là tích cực và biến cố f hiệulực thì hệ chuyển sang giai đoạn 12, giai đoạn 11 trở về không tích cực

e.Quay vòng các giai đoạn

Khi giai đoạn 15 tích cực thì xảy ra các trường hợp sau đây

+ Nếu biến cố j có hiệu lực thì hệ chuyển đến giai đoạn 16, khi giai đoạn trở thànhtích cực thì giai đoạn 15 trở về không tích cực

+ Nếu biến cố k có hiệu lực thì hệ quay vòng về giai đoạn 13, khi giai đoạn 13 tíchcực trở lại thì giai đoạn 15 trở về không tích cực Chú ý là một vòng kín cần phải

có ít nhất là ba giai đoạn, trong trường hợp logic nối cứng (mạch rơle)

2.3 Các ký hiệu và cách xác định hàm logic điều khiển của các trạng thái

- Biểu diễn: Dùng các ô hình chữ nhật chỉ một trạng thái nào đó Dùng một mũi

tên để chỉ từ trạng thái này sang trạng thái kia Khi chuyển từ trạng thái này sangtrạng thái khác thì trạng thái sau sẽ phủ định trạng thái trước và có điều kiện

- Ký hiệu lưu đồ:

Ta ký hiệu tác nhân kích thích thứ i là ti, tín hiệu ra của trạng thái thứ i

là Si

2.4 Quy tắc hoạt động của Grafcet (Quy tắc vượt qua chuyển tiếp)

Khi một chuyển tiếp được vượt qua sẽ:

- Làm hoạt động trạng thái kế tiếp

- Khử hoạt động của trạng thái đầu vào của

ai: Là tác nhân kích thích vào chuyển tiếp ti

3. Trình tự thiết kế theo phương pháp Grafcet

Bước 1: Phân tích tín hiệu vào/ra

Bước 2: Lập Grafcet 1 (G1) là một đồ hình trạng thái mà trên các trang tháingười ta ghi bằng chữ chi tiết các hàng vi hoạt động công nghệ theo đúngyêu cầu

Bước 3: Lập Grafcet 2 (G2): Chọn thiết bị trong đó các thiết bị điều khiển làcác tín hiệu vào, các thiết bị chấp hành là các tín hiệu ra Sau đó thay việc

mô tả công nghệ bằng chữ viết bằng ký hiệu các thiết bị vào và ra

Bước 4: Thiết lập các phương trình logic của các phần tử

Bước 5: Thiết lập mạch lực và mạch điều khiển