Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống rửa xe tự động ứng dụng plc misubishi

Bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trong dịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn.. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển có thể nhập bằ

Trang 1

621 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

  

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG RỬA

XE TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG PLC MISUBISHI

Giảng viên hướng dẫn : ThS TẠ HÙNG CƯỜNG Sinh viên thực hiện : NGUYỄN QUÝ NĂNG

Khóa học : 2010 - 2015

NGHỆ AN - 01/201

Trang 2

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN iii

MỞ ĐẦU iii

TÓM TẮT ĐỒ ÁN v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii

Chương 1 HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG 1

1.1 Các phương pháp rửa xe 1

1.1.1 Rửa xe thủ công 1

1.1.2 Rửa xe bán tự động 1

1.1.3 Rửa xe tự động 2

1.2 Các hệ thống rửa xe tự động hiện có trên thế giới 3

1.2.1 Hệ thống rửa xe tự động CT-919D 3

1.2.2 Hệ thống rửa xe tự động CT-818 4

1.2.3 Máy rửa xe tự động điều khiển DXC(B)-740 4

1.2.4 Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER dùng ngoài trời 5

1.3 Các kết cấu chi tiết chính trong một hệ thống rửa xe tự động 6

1.3.1 Hệ thống con lăn 7

1.3.2 Đường ray 7

1.3.3 Vòng phun nước 7

1.3.4 Hệ thống cặp chổi 8

1.3.5 Hệ thống chổi nhỏ 8

1.3.6 Hệ thống phun chất tẩy rửa 9

1.3.7 Hệ thống chổi thân xe 9

1.3.8 Phun nước làm sạch 9

1.3.9 Sấy khô 10

1.4 Kết luận chương 10

Chương 2 GIỚI THIỆU PLC MISUBISHI 11

2.1 Mở đầu 11

2.2 Giới thiệu chung về PLC 12

2.2.1 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 12

2.2.2 Cấu tạo chung của PLC 15

2.3 Các vấn đề về lập trình 16

Trang 3

2.3.1 Khái niệm chung 16

2.3.2 Các phương pháp lập trình 18

2.3.3 Các rơle nội 22

2.3.4 Các rơle thời gian 23

2.3.5 Các bộ đếm 24

2.4 Đánh giá ưu nhược điểm của PLC 24

2.5 Bộ điều khiển PLC Misubishi họ FX3U 26

2.5.2 Sơ đồ đấu dây 28

2.5.3 Các đặc tính kỹ thuật chung 29

2.5.4 Các tập lệnh cơ bản trên bộ PLC FX 31

Chương 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG 33

3.1 Xây dựng mô hình 33

3.2 Thiết kế phần cứng 34

3.2.1 Mô hình khung dưới 34

3.2.3 Các cơ cấu chấp hành 36

3.2.4 Thiết kế mạch động lực 39

3.3 Thiết kế phần mềm 43

3.3.1 Mô tả chức năng 43

3.3.2 Xây dựng chương trình 44

3.4 Kết quả thực hiện 47

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ của thầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:

Ban giám hiệu trường Đại Học Vinh, Khoa Điện tử Viễn Thông và các thầy cô

đã giảng dạy và đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Đặc biệt, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến ThS Tạ Hùng Cường đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng, là lời cảm ơn chân thành đến những người thân và toàn thể bạn bè đã giúp đỡ, động viên em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp

Em xin chúc các thầy cô, các anh chị và toàn thể bạn bè sức khỏe dồi dào, đạt nhiều thành công trong công việc, học tập và nghiên cứu

Nghệ An, ngày 10 tháng 01 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Quý Năng

Trang 5

MỞ ĐẦU

Cuộc sống gắn liền với sự tiện lợi, được sử dụng các dịch vụ tốt nhất, nhanh nhất Đối với các nước phát triển công nghệ tự động hóa được áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thể kể đến những ứng dụng thực tế trong cuộc sống hằng ngày là “ Rửa xe tự động” không thể thiếu ở các nước phát triển với mật độ ôtô lớn Mô hình Rửa Xe ra đời góp phần mang lại sự chuyên nghiệp hơn trong dịch

vụ rửa xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của cuộc sống công nghiệp là sự tiện lợi và nhanh chóng, nhưng cũng không kém phần hiệu quả so với các dịch vụ cổ điển Đối với nước ta thì dịch vụ này còn khá mới Chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng trong tương lai, cùng với xu thế phát triển chung trên thế giới Nước ta sẽ ngày càng phát triển Đất nước phát triển gắn liền với giao thông vận tải phát triển, đời sống vật chất nâng cao Dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều xe ô tô, thay thế dần xe gắn máy, trả lại bộ mặt đường phố hiện đại và sạch đẹp Bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trong dịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn Cuộc sống mọi người trở nên năng động thì nhu cầu rửa xe nhanh là tất yếu, bởi họ xem thời gian là “vàng” mà chỉ có nhà Rửa Xe Tự Động mới đáp ứng được vì cùng một thời điểm nó có thể rửa được nhiều xe Tiết kiệm rất nhiều thời gian cho những người năng động Chính

vì vậy, em đã lựa chọn đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống rửa xe tự động ứng dụng PLC Misubishi ”

Trong đồ án này được chia làm 3 chương có cấu trúc cụ thể như sau:

Chương 1: Hệ thống rửa xe tự động

Chương 2: Giới thiệu PLC Misubishi

Chương 3: Thiết kế mô hình hệ thống rửa xe tự động

Do đây là một lĩnh vực công nghệ mới với nội dung rộng, đề cập đến nhiều vấn đề khác nhau và thời gian có hạn em không có nhiều cơ hội tiếp xúc thực tế nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót Vậy em rất mong nhận được nhiều sự góp ý, chỉ bảo thêm từ các thầy cô giáo và các bạn đọc quan tâm để nội dung đồ án ngày càng hoàn thiện hơn

Trang 6

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án nghiên cứu cách hoạt động của các hệ thống rửa xe tự động trong thực tế, tìm hiểu và biết cách sử dụng cũng như lập trình PLC để điều khiển toàn bộ quá trình tự động của hệ thống Từ đó, thiết kế, chế tạo mô hình rửa xe tự động ứng dụng PLC họ FX3U của hãng Misubishi

Thông qua các vấn đề được đề cập trong đề tài này, chúng ta sẽ có được sự đánh giá và hiểu biết sâu sắc hơn về phương thức và vai trò cũng như tiềm năng của đề tài

ABSTRACT

This research studies the behavior of the automatic car wash system in practice, learn and know how to use PLC programming as well as to control the entire process automation system Since then, the design, manufacture automatic car wash model applications the FX3u of Mitsubishi PLC

Through the issues mentioned in this topic, we will get the appreciation and deeper understanding of the methods and the role and potential of the subject

Trang 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phương pháp rửa xe thủ công 1

Hình 1.2 Phương pháp rửa xe bán tự động 1

Hình 1.3 Phương pháp rửa xe tự động 2

Hình 1.4 Hệ thống CT-919D 3

Hình 1.5 Hệ thống CT-818 4

Hình 1.6 Nhà rửa xe DXC(B)-740 4

Hình 1.7 Nhà rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER 5

Hình 1.8 Mô hình nhà rửa xe Metrowash 85 6

Hình 1.9 Hệ thống con lăn 7

Hình 1.10 Hệ thống đường ray 7

Hình 1.11 Hệ thống vòng phun nước 8

Hình 1.12 Hệ thống chổi lớn 8

Hình 1.13 Hệ thống chổi nhỏ 8

Hình 1.14 Hệ thống phun chất tẩy rửa 9

Hình 1.15 Hệ thống chổi thân xe 9

Hình 1.16 Hệ thống phun nước làm sạch 9

Hình 1.17 Hệ thống sấy 10

Hình 2.1 Nguyên lý của bộ PLC 12

Hình 2.2 Vòng quét 13

Hình 2.3 Giao diện vào/ra 14

Hình 2.4 Cách ly tín hiệu vào 15

Hình 2.5 Cách ly tín hiệu ra 15

Hình 2.6 Kiểu hộp đơn 16

Hình 2.7 Kiểu mođun 16

Hình 2.8 Quy trình lập trình 17

Hình 2.9 Lệnh STL 18

Bảng 2.1 Một số ký hiệu với các lệnh cơ bản trong PLC 20

Hình 2.10 Phương pháp lập trình thang LAD 21

Hình 2.11 Phương pháp lập trình CSF 22

Trang 8

Hình 2.12 Mối quan hệ giá thành với số lượng đầu vào/ra 25

Hình 2.13.Cấu trúc ngoài của PLC FX3U 27

Hình 2.14 Sơ đồ đấu dây ngõ vào 28

Hình 2.16 Ngõ vào kiểu Transistor NPN 28

Hình 2.17 Ngõ ra kiểu Relay 29

Hình 2.18 Ngõ ra kiểu Transistor 29

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống rửa xe tự động 33

Hình 3.3 Các hệ thống bơm 34

Hình 3.4 Bể chứa nước thải 34

Hình 3.5 Giá đỡ xe trên băng tải xích 35

Hình 3.6 Hệ thống chổi lau bánh và trần xe 35

Hình 3.7 Hệ thống lau thân xe 36

Hình 3.8 Động cơ điện một chiều 37

Hình 3.9 Cấu tạo động cơ điện một chiều 37

Hình 3.10 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 38

Hình 3.11 Hình ảnh Rơle thực tế 39

Hình 3.12 Quan hệ giữa đại lượng vào và ra của rơle 40

Hình 3.13 Công tắc hành trình 41

Hình 3.14 Ký hiệu các nút nhấn 42

Hình 3.15 Giản đồ thời gian 46

Hình 3.16 Mô hình thực tế 47

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.2 Một số ký hiệu các rơle nội 23

Bảng 2.3 Đặc tính ngõ vào PLC họ FX 29

Bảng 2.4 Đặc tính ngõ ra họ PLC FX 30

Bảng 3.1 Mô tả chức năng hoạt động 43

Trang 10

Chương 1

HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG 1.1 Các phương pháp rửa xe

1.1.1 Rửa xe thủ công

Hình 1.1 Phương pháp rửa xe thủ công

Với phương pháp này thì hầu như con người đảm nhiệm 100% công việc từ phun nước, phun chất tẩy rửa, làm sạch bụi bẩn và xì khô…

 Ưu điểm:

 Xe được rửa khá sạch, chỗ nào bẩn nhiều thì được rửa kỹ hơn

 Vốn đầu tư cho máy móc không lớn

 Giá thành tương đối thấp

 Nhược điểm:

 Thời gian rửa xe lâu

 Chi phí nhân công tốn kém

1.1.2 Rửa xe bán tự động

Hình 1.2 Phương pháp rửa xe bán tự động

Trang 11

Phương pháp kết hợp giữa máy móc và con người Con người tham gia vào quá trình rửa xe như phun nước, tẩy rửa Sau đó xe được đưa qua hệ thống phun nước tẩy rửa, bụi bẩn và qua hệ thống sấy khô tự động

 Ưu điểm:

 Vốn đầu tư cho thiết bị không quá lớn

 Phù hợp với địa hình nhiều quốc gia

 Giảm bớt sức lao động của con người

 Thời gian tuy đã tiết kiệm được nhưng chưa tối ưu

 Chưa kết hợp các quá trình thành một hệ thống hoàn chỉnh

1.1.3 Rửa xe tự động

Hình 1.3 Phương pháp rửa xe tự động

Toàn bộ quá trình rửa xe được thực hiện bởi các thiết bị tự động dưới sự giám sát và điều khiển của con người

 Ưu điểm:

 Tiết kiệm thời gian rửa xe

 Sử dụng máy móc tự động làm tiết kiệm nhân công

 Vốn đầu tư ban đầu, chi phí lắp đặt, bảo dưỡng lớn

 Giá thành rửa xe cao

Trang 12

1.2 Các hệ thống rửa xe tự động hiện có trên thế giới

1.2.1 Hệ thống rửa xe tự động CT-919D

-

Hình 1.4 Hệ thống CT-919D

 Nguyên lý rửa: Chổi quay

 Gồm 2 chổi rửa bên hông, 1 chổi rửa nóc xe, 2 chổi rửa bánh xe

 Đảo chiều di chuyển chổi rửa trên ray

 Phun tự động

 Rửa gầm

 Phun xoay để tăng hiệu quả rửa

 Phun áp lực cao điều khiển từ bằng chương trình máy tính

 Truyền chuyển động bằng Thuỷ lực/ Điện/ Khí hoặc bằng xích

 Hệ thống xì khô bằng khí nén

 Công suất 8Kw

 Điểu khiển từ xa, điện 12V, tủ điều khiển 36V

 Lưu lượng nước 120L/ph

 Thời gian rửa trung bình 3 phút/xe

 Tiêu hao tính cho 1 xe: 0.2Kw Điện, 100L nước

 Chuyên dùng cho xe cỡ nhỏ

Trang 13

1.2.2 Hệ thống rửa xe tự động CT-818

Hình 1.5 Hệ thống CT-818

 Nguyên lý rửa : Phun áp lực lớn

 Đảo chiều di chuyển

 Phun tự động

 Rửa gầm

 Phun xoay

 Phun áp lực cao điều khiển từ xa bằng CHIP vi xử lý

 Truyền chuyển động bằng Thuỷ lực/ Điện/ Khớ hoặc bằng xích

 Phun búng Wax

 Kết cấu Thộp chống gỉ

 Cơ cấu nòng hạ tự động điều khiển bằng PLC

 Bơm kép

1.2.3 Máy rửa xe tự động điều khiển DXC(B)-740

Hình 1.6 Nhà rửa xe DXC(B)-740

Trang 14

 Kích thước rửa xe lớn nhất (dài x rộng x cao)mm: 5500 x 1950 x 2000

 Diện tích mặt bằng (dài x rộng)mm: 25000 x 4500

 Loại xe : xe du lịch 4-5chỗ, xe du lich 15 chỗ

 Tốc độ rửa : 60 chiếc/giờ

 Lượng nước tiêu thụ : 120lít/chiếc

 Phương thức chuyển động : chuyển động liên tục

 Đường dẫn xe : 10m

 Bàn xoa: + Bàn xoa to: 4 chiếc

+ Bàn xoa nhỏ: 2 chiếc

+ Bàn xoa ngang: 1 chiếc

 Quạt gió : 4 chiếc

 Công suất thiết bị : 28 kw

 Áp suất khí nén : 0.8Mpa

1.2.4 Hệ thống rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER dùng ngoài trời

Hình 1.7 Nhà rửa xe tự động CB 1/28 KARCHER

 Chiều cao làm sạch : 2800mm

 Chiều cao của hệ thống :3700mm

 Chiều ngang của hệ thống bao gồm 2 bàn chải bên : 4035mm

 Lưu lượng nước cấp : 50lít/phút/4-6 bar

Trang 15

 Công suất rửa xe tối đa 4phút/ xe

1.3 Các kết cấu chi tiết chính trong một hệ thống rửa xe tự động

Ở đây tôi xin được giới thiệu chi tiết về một hệ thống rửa xe tự động trên thực tế, Nhà rửa xe Metro Wash 85 Kiểu nhà rửa xe này có công suất lớn, rửa được 85 chiếc xe trong mỗi giờ Khả năng tẩy rửa của hệ thống rất cao Loại bỏ các bụi bẩn bám trên bề mặt trước-sau và các góc cạnh của xe Hệ thống không chỉ rửa sạch các bụi bẩn mà còn có thêm chức năng đánh bóng xe nhờ hệ thống chổi vải mềm đặc biệt

Hình 1.8 Mô hình nhà rửa xe Metrowash 85 Chú thích:

1 Con lăn bánh bánh xe cho xe di chuyển vào hệ thống

2 Đường ray để đưa bánh xe vào vị trí con lăn

3 Gồm các vòi phun nước áp suất cao để loại bỏ sơ bụi bám bên ngoài và phun chất tẩy rửa

4-10 Hệ thống cặp chổi làm sạch phần phía trên của mui xe

5-9 Hệ thống chổi nhỏ làm sạch 4 bánh xe

7 Hệ thống cặp chổi lớn làm sạch phần trước – sau thân xe

8 Phun nước làm sạch chất tẩy

11 Phun nước áp suất cao để loại bỏ hoàn toàn bụi bặm

12 Hệ thống sấy khô xe

Trang 16

1.3.1 Hệ thống con lăn

Gồm có sợi dây sên dài gắn nhiều con lăn có trục nghiêng khoảng 45 độ Khi dây sên di chuyển sẽ đẩy xe về phía trước Hệ thống con lăn chỉ nằm 1 bên của xe

Hình 1.9 Hệ thống con lăn

1.3.2 Đường ray

Khi xe di chuyển vào, hệ thống đường ray sẽ giữ hướng di chuyển của xe trên một đường thẳng Giúp đưa bánh xe vào hệ thống con lăn

Hình 1.10 Hệ thống đường ray

1.3.3 Vòng phun nước

Gồm nhiều nhiều vòi phun nước khác nhau Bố trí đều ở vòng phun nước Phun ra lượng lớn nước có áp suất cao Loại bỏ bụi bẩn bám ở mặt ngoài của xe

Trang 17

Hình 1.11 Hệ thống vòng phun nước

1.3.4 Hệ thống cặp chổi

Gồm nhiều dây vải ghép nối với nhau vào thanh chuyển động tạo thành cặp chổi Cặp chổi này được gắn vào trục quay lệch tâm của động cơ thông qua cơ cấu

cơ khí Khi động cơ quay sẽ làm cặp chổi chuyển động tới lui theo chiều chuyển động của xe Có tác dụng làm sạch ở phần thân trên của xe

Hình 1.12 Hệ thống chổi lớn

1.3.5 Hệ thống chổi nhỏ

Gồm nhiều dây vải nhỏ đan vào trục quay của động cơ tạo thành chùm Quay ở một vị trí cố định Có tác dụng làm sạch bụi bám vào phần thân dưới và bánh xe

Hình 1.13 Hệ thống chổi nhỏ

Trang 18

1.3.6 Hệ thống phun chất tẩy rửa

Gồm vòi phun hóa chất tẩy rửa:

Hình 1.14 Hệ thống phun chất tẩy rửa

1.3.7 Hệ thống chổi thân xe

Gồm mảnh vải lớn và dày gắn vào một trục xoay dài Hệ thống chổi lớn này có thể di chuyển vào ra dễ dàng nhờ cơ cấu bánh nhông Để lau chùi hết các vị trí bên hông của thân xe

Hình 1.15 Hệ thống chổi thân xe

1.3.8 Phun nước làm sạch

Sau khi qua hệ thống chổi, tương đối xe cũng đã được làm tẩy sạch Hệ thống phun nước này có tác dụng rửa sạch các hóa chất phun lúc ban đầu

Hình 1.16 Hệ thống phun nước làm sạch

Trang 19

1.3.9 Sấy khô

Sau khi xe đã chùi rửa xong Xe sẽ được sấy khô trong khoảng thời gian ngắn

Hình 1.17 Hệ thống sấy

1.4 Kết luận chương

Qua chương 1, ta tìm hiểu được các phương pháp rửa xe cũng như kết cấu chính của một hệ thống rửa xe, biết được ưu nhược điểm của phương pháp rửa xe tự động Đồng thời xây dựng được mô hình tổng quan về hệ thống rửa xe tự động, làm

cơ sở thực hiện đề tài

Trang 20

Chương 2 GIỚI THIỆU PLC MISUBISHI 2.1 Mở đầu

Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính

Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) được phát triển từ những năm 1968 -1970 Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao Ngày nay các thiết

bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao

Thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình công nghệ PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành Chúng được thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt hoặc thay đổi chương trình Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều khiển) Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic, ví dụ nếu có các điều kiện A và B thì C làm việc… Người vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chương trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình

Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp Vì vậy các PLC:

 Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn

 Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra

 Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch

Trang 21

Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng

của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối

điện tử đó là:

 Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến

 Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở

các mạch phù hợp với công nghệ

 Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin

thu thập được

 Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp

Riêng đối với máy công cụ và người máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên

kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi Trong

hệ thống của các trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC

điều khiển tập trung

2.2 Giới thiệu chung về PLC

2.2.1 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC

Bộ PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn,

giao diện vào/ra và thiết bị lập trình

Hình 2.1 Nguyên lý của bộ PLC

Thiết bị lập trình

Trang 22

 Bộ xử lý

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra

Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa kết quả điều khiển tới đầu ra Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan) Thời gian một vòng quét phụ thuộc vào dung lượng của bộ nhớ, vào tốc độ của CPU

Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn dấn một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ đầu

Hình 2.2 Vòng quét

Để đánh giá thời gian trễ người ta đo thời gian quét của một chương trình dài 1K byte và coi đó là chỉ tiêu để so sánh các PLC Với nhiều loại PLC thời gian trễ này có thể tới 20ms hoặc hơn Nếu thời gian trễ gây trở ngại cho quá trình điều khiển thì phải dùng các biện pháp đặc biệt, chẳng hạn như lặp lại những lần gọi quan trọng trong thời gian một lần quét, hoặc là điều khiển các thông tin chuyển giao để bỏ bớt đi những lần gọi ít quan trọng khi thời gian quét dài tới mức không thể chấp nhận được Nếu các giải pháp trên không thoả mãn thì phải dùng PLC có thời gian quét ngắn hơn

Trang 23

 Bộ nguồn

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử

lý (thường là 5V) và cho các mạch điện đầu ra hoặc các module còn lại (thường là 24V)

 Thiết bị lập trình

Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân

 Bộ nhớ

Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn, thời gian duy trì tuỳ thuộc vào từng PLC cụ thể Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm

 Giao diện vào/ra

Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện… Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ… Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic…

Hình 2.3 Giao diện vào/ra

Nút bấm và các

Các tín hiệu

báo động…

Bộ PLC

Trang 24

Các kênh vào/ra đã có các chức năng cách ly và điều hoà tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác Tín hiệu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang như hình 2.4 Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5v, 24v, 110v, 220v Các PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhập tín hiệu 24v

Hình 2.4 Cách ly tín hiệu vào

Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiểu rơle như hình 1.5a, cách

ly kiểu quang như hình 1.5b Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24v, 100mA; 110v, 1A một chiều, thậm chí 240v, 1A xoay chiều tuỳ loại PLC Tuy nhiên, với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đổi bằng cách lựa chọn các module

ra thích hợp

Hình 2.5 Cách ly tín hiệu ra

2.2.2 Cấu tạo chung của PLC

Các PLC có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modul nối ghép Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện vào/ra

Trang 25

cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau được gộp vào các module riêng biệt Việc sử dụng các module tuỳ thuộc công dụng cụ thể Kết cấu này khá linh hoạt, cho phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cách bổ sung các module vào/ra hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ

2.3 Các vấn đề về lập trình

2.3.1 Khái niệm chung

PLC có thể sử dụng một cách kinh tế hay không phụ thuộc rất lớn vào thiết bị lập trình Khi trang bị một bộ PLC thì đồng thời phải trang bị một thiết bị lập trình của cùng một hãng chế tạo Tuy nhiên, ngày nay người ta có thể lập trình bằng phần mềm trên máy tính sau đó chuyển sang PLC bằng mạch ghép nối riêng Sự khác nhau chính giữa bộ điều khiển khả trình PLC và công nghệ rơle hoặc bán dẫn là ở chỗ kỹ thuật nhập chương trình vào bộ điều khiển như thế nào Trong điều khiển

Trang 26

rơle, bộ điều khiển được chuyển đổi một cách cơ học nhờ đấu nối dây “điều khiển cứng”, còn với PLC thì việc lập trình được thực hiện thông qua một thiết bị lập trình và một ngoại vi chương trình Có thể chỉ ra quy trình lập trình theo giản đồ hình 2.8 Để lập trình người ta có thể sử dụng một trong các mô hình sau đây:

Hình 2.8 Quy trình lập trình

 Mô hình dãy

 Mô hình các chức năng

 Mô hình biểu đồ nối dây

 Mô hình logic

Việc lựa chọn mô hình nào trong các mô hình trên cho thích hợp là tuỳ thuộc vào loại PLC và điều quan trọng là chọn được loại PLC nào cho phép giao lưu tiện lợi và tránh được chi phí không cần thiết Đa số các thiết bị PLC lưu hành trên thị trường hiện nay là dùng mô hình dãy hoặc biểu đồ nối dây Những PLC hiện đại cho phép người dùng chuyển từ một phương pháp nhập này sang một phương pháp nhập khác ngay trong quá trình nhập

Trong thực tế khi sử dụng biểu đồ nối dây thì việc lập trình có vẻ đơn giản hơn

vì nó có cách thể hiện gần giống như mạch rơle công tắc tơ Tuy nhiên, với những người đã có sẵn những hiểu biết cơ bản về ngôn ngữ lập trình thì lại cho rằng dùng

mô hình dãy dễ dàng hơn, đồng thời với các mạch cỡ lớn thì dùng mô hình dãy có nhiều ưu điểm hơn

Biểu đồ chức năng Biểu đồ thời gian

Cán bộ kỹ thuật

Biểu đồ công tắc Biểu đồ bán dẫn Biểu đồ dãy

Bộ lập trình

Máy vi tính điều khiển Bộ nhớ

PLC Tủ điều

khiển

Trang 27

Mỗi nhà chế tạo đều có những thiết kế và phương thức thao tác thiết bị lập trình riêng, vì thế khi có một loại PLC mới thì phải có thời gian và cần phải được huấn luyện để làm quen với nó

2.3.2 Các phương pháp lập trình

Từ các cách mô tả hệ tự động các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các phương pháp lập trình khác nhau Các phương pháp lập trình đều được thiết kế đơn giản, gần với các cách mô tả đã được biết đến Từ đó nói chung có ba phương pháp lập trình cơ bản là phương pháp bảng lệnh STL, phương pháp biểu đồ bậc thang LAD và phương pháp lưu đồ điều khiển CSF Trong đó, hai phương pháp bảng lệnh STL và biểu đồ bậc thang LAD được dùng phổ biến hơn cả

2.3.2.1 Một số ký hiệu chung

Cấu trúc lệnh

Một lệnh thường có ba phần chính và thường viết như hình 1.9 (có loại PLC có cách viết hơi khác):

1 Địa chỉ tương đối của lệnh (thường khi tập trình thiết bị lập trình tự đưa ra)

2 Phần lệnh là nội dung thao tác mà PLC phải tác động lên đối tượng của lệnh, trong lập trình LAD thì phần này tự thể hiện trên thanh LAD, không được ghi

Trang 28

Các ký hiệu trong lệnh, quy ước cách viết với mỗi quốc gia có khác nhau, thậm chí mỗi nơi, mỗi thời chế tạo có thể có các ký hiệu riêng Tuy nhiên, cách ghi chung nhất cho một số quốc gia là:

 Mỹ:

 Ký hiệu đầu vào là I (In), đầu ra là Q (out tránh nhầm O là không)

 Các lệnh viết gần đủ tiếng Anh ví dụ ra là out

 Lệnh ra (gán) là out

 Tham số của lệnh dùng cơ số 10

 Phía trước đối tượng lệnh có dấu %

 Giữa các số của tham số không có dấu chấm

Ví dụ: AND% I09; out%Q10

 Nhật:

 Đầu vào ký hiệu là X, đầu ra ký hiệu là Y

 Các lệnh hầu như được viết tắt từ tiếng Anh

 Lệnh ra (gán) là out

Ví dụ: A X 10; out Y 07

 Tây đức

 Đầu vào ký hiệu là I, đầu ra ký hiệu là Q

 Các lệnh hầu như được viết tắt từ tiếng Anh

 Lệnh ra (gán) là =

 Giữa các số của tham số có dấu chấm để phân biệt khe và kênh

Ví dụ: A I 1.0; = Q 0.7

Ngoài các ký hiệu khá chung như trên thì mỗi hãngcòn có các ký hiệu riêng, có bộ lệnh riêng Ngay cùng một hãng ở các thời chế tạo khác nhau cũng có đặc điểm khác nhau với bộ lệnh khác nhau Do đó, khi sử dụng PLC thì mỗi loại PLC phải tìm hiểu cụ thể hướng dẫn sử dụng của nó

Một số ký hiệu khác nhau với các lệnh cơ bản được thể hiện rõ trên bảng 2.1

Trang 29

Chú thích

với tiếp điểm thường mở LDN LDI LD

NOT

với tiếp điểm thường kín

nối tiếp

có tiếp điểm mở

song song có tiếp điểm mở

NOT

ON ON OR NOT Phần tử

song song có tiếp điểm kín

hiệu ra

Định dạng
Số trang	58
Dung lượng	2,2 MB