Tài liệu Sơ lược về Zen doc

Khái niệm về PLC PLC hay thiết bị điều khiển logic lập trình được là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng như: t

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ ZEN CỦA OMRON

1 Giới thiệu chung về PLC ( Programmable logic controller )

1.1 Khái niệm về PLC

PLC hay thiết bị điều khiển logic lập trình được là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng như: thực hiện các phép toán logic, lập chuỗi, định giờ, đếm và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình PLC được thiết kế có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra và có thể lập trình với ngôn ngữ lập trình đơn giản và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch, cho phép các kĩ sư không yêu cầu cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính cũng có thể sử dụng được

1.2 Lịch sử phát triển của PLC

Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuật đầu tiên cho thiết bị điều khiển logic khả lập trình Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ điều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thế các rơ le do hỏng cuộn hút hay gãy các thanh lò xo tiếp điểm Mục đích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có tính linh hoại trong việc thay đổi chương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi là PLC

Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm

1969 đã đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao Các ngôn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tự như

sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển lô gíc, nên các kỹ sư đã làm quen với

sơ đồ thang dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà không cần phải qua một quá trình đào tạo nào Một số các ứng dụng của máy tính trong sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sử dụng các phần mềm máy tính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư

Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn Các PLC có trang bị vi xử lý có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp,

điều này làm tăng khả năng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp Các PLC không chỉ dừng lại ở chỗ là các thiết bị điều khiển logic, mà

nó còn có khả năng thay thế cả các thiết bị điều khiển tương tự Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử Các PLC có thể điều khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn

Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các thiết bị “cứng” như các rơ le cuộn hút và các tiếp điểm

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng được sử dụng trong công nghiệp hoá chất ,công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước thải, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC v v Các PLC có thể được kết nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa Ngoài ra PLC còn được dùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường điều khiển trong các hệ thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phòng công

sở

1.3 Cấu trúc chung của PLC

Hình 1.1 Cấu trúc chung của PLC

Nguồn

Bộ xử lí trung tâm Bộ nhớ

Khối trung tâm

Modul

e vào/ra Cơ cấu

tiền tác động

Cảm biến Bus

và toàn bộ các hoạt động của PLC.

Nguồn pin: Thường là các lọi pin khô hoá học, có thể được sử dụng để

mở rộng thời gian lưu trữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ Nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng của tụ nhớ bị cạn kiệt

và nó thay thế vào vị trí đó để dữ liệu lưu trong bộ nhớ không bị mất đi

1.3.2 Bộ xử lý trung tâm CPU

Là bộ não của PLC, điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong PLC

Bộ xử lý trung tâm được trang bị đồng hồ có tần số khoảng 2 đến 8 MHz Tần

số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp thời gian và đồng bộ hoá tất cả các thành phần hệ thống Cấu hình CPU tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý

Nói chung CPU gồm có:

- Bộ thuật toán và logic: chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học ( cộng, trừ ) và các phép toán logic AND, OR, NOT và XOR

- Bộ điều khiển: được dùng để chuẩn thời gian của các phép toán.CPU thường xuyên đọc chương trình chứa trong bộ nhớ Theo chỉ dẫn của chương trình, bộ xử lý kiểm tra các thông tin từ module vào ( cơ cấu điều khiển, cảm biến… ) Sau đó ra lệnh cho các cơ cấu tác động thông qua các module ra

1.3.3 Bus

Bus là tập hợp các mạch nối điện song song ( mạch in hoặc cáp nhiều sợi ) dùng để truyền các thông tin bên trong PLC Thông tin trong PLC được truyền theo dạng nhị phân, hay nhóm bit, mỗi bit là một trạng thái on/off Số lượng dây dẫn tạo thành Bus phụ thuộc vào thông tin cần truyền

Hệ thống PLC có 4 loại Bus:

- Bus dữ liệu ( Data Bus )

- Bus địa chỉ ( address Bus )

- Bus điều khiển ( Control Bus )

- Bus hệ thống ( System Bus )

Bộ xử lý trung tâm ( CPU ) sử dụng hệ bus dữ liệu để gửi dữ liệu qua các

bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ các vị trí truy cập dữ liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động nội bộ Bus hệ thống được dùng để truyền thông giữa các cổng và thiếu bị vào/ra Các loại bus này có thể

là loại hai chiều ( truyền cả hai chiều cùng một lúc ) hoặc là loại một chiều ( chỉ truyền theo một hướng ) tuỳ theo mục đích sử dụng

1.3.4 Bộ nhớ

Bộ nhớ là tập hợp các ô nhớ dùng để lưu trữ chương trình và dữ liệu Mỗi

ô nhớ là một phần tử vật lý có hai trạng thái đóng hoặc mở, gọi là các bit Các ô nhớ được xác định bằng cách đánh địa chỉ

Để xác định quy mô của bộ nhớ người ta đưa ra khái niệm dung lượng bộ nhớ Dung lượng bộ nhớ được tính bằng số từ hay số bit mà bộ nhớ có thể chứa Đơn vị dung lượng bộ nhớ thường được tính bằng byte

Bộ nhớ có thể chia làm các loại sau:

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Random access Memory ): đó là bộ nhớ cho phép đọc và ghi Dữ liệu trong RAM dễ dàng sửa được nhưng sẽ bị mất

đi khi PLC mất điện Để khắc phục nhược điểm này người ta thường dùng pin

để lưu trữ dữ liệu và chương trình trong RAM

- ROM ( Read Only Memory ): là loại bộ nhớ chỉ đọc, không thể thay đổi được dữ liệu trong ROM, ROM do nhà chế tạo chế sẵn chỉ nạp dữ liệu được một lần

- PROM ( Programmable Read Only Memory ): là loại bộ nhớ cải tiến từ ROM, là bộ nhớ trắng được ghi do nhà thiết kế Tuy nhiên chương trình và dữ liệu được ghi trong PROM không thể xoá được

- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory ): là bộ nhớ cải tiến lên từ PROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng pin Nội dung dữ liệu và chương trình chứa trong EPROM có thể xoá được bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó ghi dữ liệu mới vào máy bằng máy nạp

- EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ):

là loại kết hợp ưu điểu của cả RAM và EPROM, dữ liệu trong EEPROM có thể xoá và nạp băng tín hiệu điện Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn

1.3.5 Module vào/ra

Module vào ra là phương thức liên lạc vật lý giữa hệ thống với thế giới bên ngoài Cho phép thực hiện các kết nối, thông qua các kênh vào/ra đến module vào và module ra Cũng thông qua module vào/ra chương trình được nạp vào bộ nhớ Module vào/ra có thể là số hoặc tương tự

- Module vào: Được nối với các công tắc, nút ấn, các bộ cảm biến… Các đầu vào được kí hiệu theo thứ tự I1,I2,I3,… Module vào cho phép:

• Chuyển trạng thái của cảm biến có liên quan

• Biến đổi tín hiệu điện thành trạng thái logic 0 hoặc 1

- Module ra: Được nối với các tải ở đầu ra như: Cuộn dây của rơle, công tắc tơ, đèn tín hiệu, van điện từ… Các đầu ra được kí hiệu theo thứ tự Q1, Q2, Q3

… Module ra cho phép

• Biến đổi trạng thái logic 0 hoặc 1 thành thành tín hiệu điện

• Tác động lên cơ cấu tác động: cuộn dây rơ le, công tắc tơ…

1.4 Nguyên lý hoạt động

Khi chạy, một chương trình PLC chia làm 3 giai đoạn chính:

 Đọc tín hiệu đầu vào: Bộ vi xử lý “chụp lại” trạng thái logic của

các đầu vào rồi truyền hình ảnh nhận được vào bộ nhớ dữ liệu

Hình 1.2 Giai đoạn đọc tín hiệu đầu vào

 Thực hiện chương trình: Thực hiện các phép toán logic chứa trong

bộ nhớ chương trình lần lượt từ đầu đến cuối bằng cách sử dụng

“hình ảnh” của trạng thái đầu vào chứa trong bộ nhớ dữ liệu Kết quả của mỗ phép toán logic ( hình ảnh đầu ra ) lại được lưu trong

Đầu vào n mức logic 1

Đầu vào 2 mức logic 1 Đầu vào 1 mức logic 0

Đầu vào 0 mức logic 1 Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 0

Đầu vào 2 mức logic 1

Đầu vào n mức logic 1

+ 24 V

Bằng cách

sử dụng hình ảnh đầu vào

Thực hiện chương trình

Bộ nhớ chương trình

Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 1

Đầu vào n mức logic 1

Đầu vào 2 mức logic 0

Cập nhật hình ảnh đầu ra

Nếu đầu vào 1 là 1 và nếu đầu vào 2 là 0 thì đặt đầu ra 5 là 1

………

………

………

………

………

………

 Cập nhật đầu ra: Sao chép lại toàn bộ các trạng thái logic hình ảnh

của đầu ra ( lưu trong bộ nhớ dữ liệu ) ra các module đầu ra để điều khiển các thiết bị bên ngoài

Hình 1.4 Giai đoạn cập nhật đầu raNhư vậy ta có thể khái quát một chu trình làm việc của PLC như sau:

Hình 1.5 Một chu trình mà PLC thực hiện

1.5 Các kiểu PLC

PLC có hai kiểu thông dụng là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép

Kiểu hộp đơn:

Kiểu hộp đơn thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình

cỡ nhỏ, độc lập, sử dụng ít các đầu vào, ra PLC kiểu hộp đơn được cung cấp

Đầu ra 0

OV

Đầu ra 0 mức logic 1 Đầu vào 0 mức logic 1

Đầu vào 1 mức logic 1 Đầu ra 1 mức logic 0

Đầu vào 2 mức logic 0 Đầu ra 2 mức logic 1

MÔĐUN RA

Sao chép lại

Thu thập dữ liệu đầu

vào Chạy chương trình Cập nhật đầu ra

dưới dạng nguyên chiếc, hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý trung tâm và các module vào, ra.

Thông thường PLC kiểu hộp đơn có thể có khoảng 40 đầu vào, ra và bộ nhớ chỉ lưu được khoảng từ 300 đến 1000 lệnh

Kiểu module nối ghép:

Kiểu module nối ghép được sử dụng cho thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ, với rất nhiều đầu vào/ra, xử lý được các tín hiệu số, Analog Kiểu module nối ghép có module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý trung tâm Tuỳ theo yêu cầu công dụng và số đầu vào/ra của bài toán điều khiển mà người sử dụng

có thể tuỳ chọn sự phối hợp cho các module với nhau vì vậy PLC kiểu này rất linh hoạt Ví dụ như trong trường hợp muốn mở rộng số đầu vào/ra thì ta có thể

bổ xung các module đầu vào/ra, còn để tăng cường bộ nhớ thì ta chỉ cần tăng thêm các đơn vị nhớ ( dùng card mở rộng )

1.6 Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá

Tất cả mọi hoạt đọng của hệ thống từ đơn giản đến phức tạp đều được PLC điều khiển vì vậy PLC đóng vai trò rất quan trọng trong một hệ thống điều khiển, PLC có thể được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC Thông qua các tín hiệu đầu vào ( các tín hiệu ở dạng logic ON/OFF ) mà PLC sẽ cho các tín hiệu đầu ra để điều khiển hoạt động các thiết bị của hệ thống

PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập đi lập lại theo chu kỳ Đối với các hệ thống mà trong đó có rất nhiều các thiết bị mà sự hoạt động của các thiết bị đó độc lập với nhau và có độ phức tạp khác nhau, muốn điều khiển hệ thống một các linh hoạt thì cần phải liên kết các PLC lại hoặc liên kết PLC với máy tính chủ thông qua một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp

2 Tổng quan về Zen

Zen là một loại PLC cỡ nhỏ được cung cấp bởi hãng OMRON ( Nhật ) sản xuất năm 2001 Zen còn được gọi là hệ rơle lập trình được ( Programable relays ) với nhiều ưu điểm nổi bật

• Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ

Một bộ xử lý trung tâm cung cấp 12 đầu vào và 8 đầu ra (đối với khối CPU 20 cổng vào ra) Thích hợp sử dụng cho các điều khiển cỡ nhỏ như hệ thống cung cấp nước cho nhà cao tầng hay điều khiển ánh sáng cho các văn phòng công sở…

• Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ

Lập trình ladder trực tiếp từ bộ xử lý trung tâm Chương trình ladder có thể dễ dàng được copy.

• Bảng điều khiển nhỏ hơn

Zen có kích thước rất nhỏ 90 x 70 x 56 mm ( chiều cao x chiều rộng x chiều sâu ) rất thuận lợi cho việc lắp đặt

• Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây

Việc gá đặt dễ dàng với một rãnh nhỏ phía mặt sau Sẵn có các Timer và Counters vì vậy chỉ cần nối dây cho nguồn cấp và các cổng vào ra Thao tác kết nối đơn giản chỉ cần dùng một tuốc nơ vít

• Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra

Số lượng đầu vào ra của Zen có thể lên tới 24 đầu vào và 20 đầu ra nhờ kết hợp thêm 3 module mở rộng

• Biện pháp khắc phục khi mất điện

EEPROM vẫn lưu trữ chương trình và dữ liệu cài đặt hệ thống khi không cấp điện tới ZEN Các dữ liệu về thời gian, counter, holding timer và các bit làm việc vẫn được lưu nhờ sử dụng một nguồn nuôi.

• Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

Sử dụng một băng từ nhớ có thể dễ dàng lưu trữ và copy chương trình

• Có thể lập trình và theo kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính

Phầm mềm Zen Support cung cấp một cách hoàn chỉnh cho quá trình mô phỏng trên máy vi tính

• Dung lượng đóng cắt lớn hơn

Công tắc đầu ra có thể chịu dòng 8A ( 250VAC ) Các công tắc đều độc lập với nhau

• Đầu vào xoay chiều

Đối với CPU có nguồn cấp đầu vào xoay chiều, có thể kết nối trực tiếp với điện áp từ 100V đến 240V

• Counter có thể đếm tăng và đếm giảm.

Có sẵn 16 Counter có thể điều khiển đếm tăng hoặc đếm giảm Sử dụng

bộ so sánh có thể lập trình cho nhiều đầu ra từ 1 Counter

• Hỗ trợ Timer hoạt động theo ngày hoặc theo mùa

Khối CPU với sẵn có chức năng đông hồ và lịch hỗ trợ 16 Weekly Timer

và Calendar Timer Calendar Timer hỗ trợ điều khiển theo mùa, còn Weekly Timer hỗ trợ điều khiển theo ngày giờ

• Đầu vào tương tự trực tiếp

Khối CPU với đầu vào nguồn cấp 1 chiều có 2 đầu vào tương tự ( từ 0V đến 10V ) và 4 bộ so sánh tương tự

• Bảo dưỡng dễ dàng hơn

Sử dụng chức năng hiển thị của khối CPU để hiển thị tin nhắn do người

sử dụng cài đặt về ngày, thời gian và các dữ liệu khác

• Đèn màn hình sáng lâu hơn trong điều kiện làm việc tối.

Có thể đặt cho đèn màn hình tắt sau 2, 10 hay 30 phút, cũng có thể đặt chế độ đèn luôn sáng Với chức năng hiển thị, đèn màn hình cũng có thể bật sáng khi một tin nhắn hiển thị

• Lọc nhiễu đầu vào

Mạch lọc nhiễu đầu vào ngăn chặn nhiễu đầu vào

• Sử dụng rộng rãi trên thế giới

Có thể hiển thị 6 ngôn ngữ Hỗ trợ chức năng phân biệt giờ theo mùa

• Bảo mật chương trình

Chương trình có thể được bảo vệ nhờ cài đặt password

2.1 Các loại Zen

Nói chung Zen được phân biệt dựa vào các yếu tố sau:

- Sử dụng nguồn nuôi AC hay DC:

+ Zen xoay chiều ( nếu dùng nguồn AC )+ Zen một chiều ( nếu dùng nguồn DC )

- Có màn hình tinh thể lỏng LCD (đi kèm phím ấn hay không có )

- Có đồng hồ thời gian theo tuần và năm hay không

- Có đầu vào Analog hay không

Dưới đây là bảng các loại Zen phiên bản V2

2.1.1 Bộ xử lý trung tâm với 10 cổng vào/ra

Hình dạng Nguồn cấp/điện

áp đầu vào

Số đầu vào

Số đầu ra Đầu

vào tương tự

100 đến

240 VAC, 50/60Hz

6 đầu vào

Rơle 4

đầu ra

Khôn g

10C1AR-A- V2

ZEN-12 đến 24 VDC

ZEN- V2

10C1DR-D-12 đến 24 VDC

Transis -tors

ZEN- V2

10C1DT-D-Kiểu kinh

tế ( không thể kết nối với

module

mở rộng )

100 đến

240 VAC, 50/60Hz

g ZEN-

10C3AR-A-V2

12 đến 24 VDC

ZEN- V2

10C3DR-D-Kiểu truyền thông

100 đến

240 VAC, 50,60Hz

3 đầu ra

màn hình hiển thị 100 đến 240 VDC,

50/60Hz

4 đầu ra

Transis -tors

ZEN- V2

10C2DT-D-2.1.2 Bộ xử lý trung tâm với 20 cổng vào/ra

100 đến

240 VAC 50/60 Hz

ZEN- V2

20C1AR-A-12 đến 24 VDC

ZEN- V2

20C1DR-D-12 đến 24 VDC

Transis -tors

ZEN- V2

20C1DT-D-Kiểu kinh tế ( Khôn

g thể kết nối với các module

mở rộng)

100 đến

240 VAC 50/60Hz

ZEN- V2

20C2AR-A-12 đến 24

20C2DR-D-V2

12 đến 24 VDC Transis-tors Có ZEN-20C2DT-D-

V2

2.2 Đặc tính kỹ thuật của Zen

2.2.1 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn AC

- Điện thế đầu vào: 100V đến 200V ( +10% / -15% ), 50/60Hz

- Tổng trở đầu vào: 680kΩ

- Dòng điện đầu vào: 0,15mA ở 100VAC và 0,35mA ở 240 VAC

- Điện thế đóng ( mức 1 ): 80 VAC min

- Điện thế ngắt ( mức 0 ): 25VAC max

- Thời gian đáp ứng cần thiết cho trạng thái đóng hay ngắt:

• Ở 100 VAC là 50ms hay 70ms ( dùng chức năng lọc nhiễu ngõ vào )

• Ở 240 VAC là 100ms hay 120ms ( dùng chức năng lọc nhiễu ngõ vào )

2.2.2 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn DC

- Điện thế đầu vào: 25VDC ( +10% / -15% )

2.2.3 Đặc tính đầu vào Analog

- Khoảng điện thế đầu vào: 0V đến 10V

- Tổng trở đầu vào: 150kΩ

- Độ phân giải: 0,1V

2.2.4 Đặc tính đầu ra

- Dòng điện cực đại của tiếp điểm 8A ở 250VAC, 5A ở 24 VDC

- Tuổi thọ của Rơle:

• Về điện: 50.000 lần vận hành

• Về cơ: 10 triệu lần vận hành

- Thời gian đáp ứng cần thiết khi đóng: 15ms

- Thời gian đáp ứng cần thiết khi ngắt: 5ms

2.2.5 Đặc tính kĩ thuật chung

- Nguồn cung cấp:

• Loại AC: 100 ÷ 250 VAC ( cho phép 85 ÷ 246 VAC )

• Loại DC: 24 VDC ( cho phép 20,4 VDC ÷ 26,4 VDC

- Công suất tiêu thụ:

• Loại AC: 30VA max

• Loại DC: 6,5W max

- Điện trở cách nhiệt giữa nguồn AC cung cấp và đầu nối đầu vào, đầu nối đầu ra 20MΩ min ở 500VDC

- Nhiệt độ môi trường cho phép: 0oC đến 55oC

- Độ ẩm môi trường cho phép: 10% đến 90%

2.3 Các vùng nhớ

2.3.1 Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu

Tên Kiểu Địa chỉ bit Số

bít Chức năngBit đầu vào

bộ xử lý

trung tâm

I 0 đến 5 6 CPU có 10

cổng vào/ra Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết bị

đầu vào nối tới đầu vào của Zen.

0 đến b 12 CPU có 20

cổng vào/ra Bit đầu vào

khối

module mở

rộng

X 0 đến b 12 Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết

bị đầu vào nối tới đầu vào của khối module mở rộng

Bit đầu vào

nút ấn B 0 đến 7 8 Bật ON khi các nút hoạt động được ấn trong chê độ RUN Bit so sánh

tương tự A 0 đến 3 4 Đầu ra là kết quả so sánh của đầu vào tương tự Có thể chỉ được sử dụng cho

kiểu có điện áp nguồn cấp 24VDC Bit so sánh P 0 đến f 16 So sánh giá trị hiện tại của các timer,

holding timer và counter Đầu ra là kết quả so sánh

Bit so sánh

8 số G 0 đến 3 4 So sánh kết quả hiện tại của bộ đếm 8 số ( F ) với 1 hằng số Đầu ra là kết quả

so sánh Bit đầu ra

bộ xử lý

trung tâm

Q 0 đến 3 4 CPU có 10

cổng vào/ra Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị

đẩu ra nối tới đầu ra của Zen

0 đến 7 8 CPU có 20

cổng vào/ra Bit đầu ra

khối

module mở

rộng

Y 0 đến b 12 Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị

đầu ra nối tới đầu ra của khối module

mở rộng

Các bit làm

việc M 0 đến f 16 Chỉ được sử dụng bên trong chương trình Không thể đưa ra đến thiết bị bên

ngoài Bit có lưu H 0 đến f 16 Làm việc giống như các bit làm việc tuy

nhiên bit này lưu được trạng thái đóng/mở khi mất điện

• Các bit đầu vào có 2 trạng thái: Thường mở và thường đóng

• Các bit đầu ra có 4 trạng thái:

- ‘[‘ Đẩu ra hoạt động bình thường: Khi được nối điện thì đầu ra

có điện, khi mất nối điện thì đầu ra mất điện

- ‘S’ Set bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được set lên 1 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đầu

ra nữa hay không

- ‘R’ Reset bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được reset về 0 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đẩu

ra nữa hay không

- ‘A’ Thay đổi trạng thái đầu ra: Mỗi khi được nối điện trạng thái của đầu ra sẽ chuyển sang trạng thái ngược lại với trạng thái đang có

2.3.2 Timer

Trên Zen có 4 loại timer:

• One-shot pulse timer (O): Vẫn ON ở trong một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger bật lên ON

• Flashing pulse timer (F): Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu

kì đặt trước trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON

• Twin timer ( W ): Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger ở trạng thái ON Thời gian ON và thời gian OFF có thể tách riêng.

Đặt thời gian cho đèn chiếu sáng

và quạt thông gió

O One shot

pulse

Timer

Vẫn ON trong một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên ON

Ứng dụng khi cần hoạt động theo lượng ổn định.

ON

Mạch báo động cho còi hay đèn nhấp nháy

W Twin

Timer Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger

ở trạng thái ON

Thời gian ON và thời gian OFF có thể tách rời On timeOff time

0 T0

RT0 TT0

Sử dụng nhiều trong các hoạt động có gián đoạn như quạt thông gió

Trễ thời gian

có yêu cầu trở lại sau khi mất điện

đặt

Hoạt động tuần hoàn trong các khoảng thời gian của một ngày hay một tuần

TT0 RT0 0 T0

T

TT1 TT 1

0 T0

T

TT3 TT 3TT3 T3

T#0 R#0 0

#0

T

Start timer Stop timer

Start day Stop day

@0

Start day Stop day

*0

TT0 RT0 0 T0

2.3.3 Counter

Có đến 16 bộ đếm và một bộ đếm 8 số có thể đếm tăng hoặc đếm giảm Giá trị hiện hành của bộ đếm và trạng thái đầu ra của counter được lưu giữ ngay

cả khi thay đổi chế độ hoạt động hoặc khi mất điện

Đầu ra của bộ đếm bật lên on khi giá trị đếm được bằng hay lớn hơn giá trị cài đặt Giá trị đếm được trở về 0 và đầu ra của bộ đếm ( Counter bit ) trở về OFF khi đầu vào Reset bật lên ON Đầu vào của bộ đếm không có tác dụng đếm khi đầu vào Reset lên ON

Có 3 đầu vào của bộ đếm:

• Đầu vào đếm: CC ( Count ) đếm lên/đếm xuống khi đầu vào đếm lên ‘1’

• Đầu chọn hướng đếm: DC ( Direction ) nếu = ‘0’ là đếm lên, nếu =

‘1’ là đếm xuống

• Đầu vào xoá số: RC ( Reset ) khi đầu vào xoá số = ‘1’ thì giá trị đếm trở về ‘0’, đầu ra của bộ đếm trở về ‘0’

3 Một số ứng dụng của Zen

3.1 Điều khiển cấp nước cho bể chứa

(Ứng dụng của các bit đầu vào/ra )

Sử dụng Zen và máy đổi điện để điều khiển động cơ bơm nước cho bể chứa Khi mức nước thấp động cơ bơm nước với tốc độ cao Khi mức nước trung bình động cơ bơm nước với tốc độ bình thường Khi mức nước cao bơm với tốc độ chậm Khi đầy bể thì dừng động cơ

Hình 1.6 Sơ đồ điều khiển cấp nước cho bể chứaNguyên lý hoạt động:

• Khi nước đầy qua giới hạn thấp thì I0 được cấp điện

• Khi nước đầy qua giới hạn nửa bể thì I1 được cấp điện

• Khi nước đầy qua giới hạn đầy thì I2 được cấp điện

• Q0 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ chậm

• Q1 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ trung bình.

• Q2 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ cao.Lập trình cho Zen

Q2 Q1 Q0

I1 I0

I1 I0

I2

3.2 Điều khiển máy hàn nhiệt

(Ứng dụng của các bit vào/ra và Timer )

Khi khởi động máy xilanh phun khí nóng ra Khi cảm biến vị trí phát hiện xilanh đến đáy, máy sẽ hàn trong vòng 3s Sau đó máy thổi khí lạnh trong vòng 3s để làm nguội giữ chặt mối hàn Hệ thống có một cảm biến nếu phát hiện có tay người trong vùng hàn sẽ điều khiển dừng hàn, và một công tắc dừng điều khiển nhiệt trong trường hợp khẩn cấp

Hình 1.7 Sơ đồ điều khiển máy hàn nhiệt

• I0 công tắc khởi động hệ thống

• I1 công tắc dừng khẩn cấp ( thường đóng )

• I2 Cảm biến vị trí đáy xilanh

• I3 Cảm biến an toàn: Điều khiển dừng máy hàn khi phát hiện tay công nhân trong vùng hàn

• Q0 Điều khiển xilanh phun khí

• Q1 Điều khiển thổi khí lạnh

• Q2 Dừng quá trình điều khiển

Q0T0T1Q1Q2TT

SR

T

Thời gian hàn T0 Thời gian thổi khí T1

3.3 Điều khiển cầu thang cuốn

(Ứng dụng cho các Timer và Weekly Timer )

Cầu thang cuốn hoạt động liên tục theo ngày và thời gian đặt trước( từ thứ 2 đến thứ 6 trong khoảng từ 7.00 đến 10.00 và từ 17.00 đến 22.00 ) Tuy nhiên ngoài khoảng thời gian đó, khi cảm biến phát hiện có người trên cầu thang thì nó sẽ hoạt động trong thời gian 3 phút

• I0 Cảm biến phát hiện có người ở gần cầu thang

Weekly Timer @0 Weekly Timer @1

Thứ 2 đến thứ Thứ 2 đến thứ 6 OFF delay Timer T0

07.00 đến 10.00 17.00 đến 22.00

3.4 Điều khiển quạt thông gió cho nhà kính

(Ứng dụng Timer, Calendar Timer và Weekly Timer )

Zen điều khiển hoạt động của quạt thông gió hoạt động vào ban đêm (từ 19.00 đến 6.00) trong suốt mùa đông từ 15 tháng 11 đến 30 tháng 3 Trong suốt

thời gian hoạt động quạt thông gió hoạt động gián đoạn 60 phút ON và 30 phút OFF Các quạt khởi động cách nhau 30s

• I0 công tắc khởi động hệ thống

• I1 công tắc dừng hệ thống

M0M0M1Q0T0Q1T1T2

SR

T

TT

• Q0 điều khiển hoạt động quạt thông gió 1

• Q1 điều khiển hoạt động quạt thông gió 2

Hình 1.9 Sơ đồ điều khiển quạt thông gió

Đặt 30 giây Đặt 1 giờ

ON delay timer T2

Đặt 30 phút

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐÈN GIAO THÔNG

1 Mục tiêu của công trình

Tạo ra mô hình mô phỏng đèn giao thông tại một ngã tư đường phố, có thể kết xuất được với mô hình thực hành ZEN (đã có) phục vụ cho việc dạy và học “Thao tác lập trình với ZEN của OMRON”

2 Nội dung

Nội dung nghiên cứu gồm 3 phần chính:

• Phân tích yêu cầu thiết kế

• Thiết kế phần mạch điện

• Bài toán điều khiển và lập trình

2.1 Phân tích yêu cầu thiết kế

Yêu cầu thiết kế: Thiết kế mô hình mô phỏng đèn giao thông ở ngã tư đường, có thể kết nối được với mô hình thực hành ZEN (hình 1)

Hình 2.1 Mô hình thực hành ZEN

Trong đó: - Loại ZEN sử dụng: 10C3DR-D-V2

- Số đầu vào: 6 đầu vào (I0, I1, I2, I3, I4, I5, I6)

- Số đầu ra: 4 đầu ra (Q0, Q1, Q2, Q3)

Sơ đồ bố trí bề mặt ngoài mô hình đèn giao thông (hình 2)

Hình 2.2 Bề mặt ngoài mô hình đèn giao thông

- x - x

-Bảng 2.1 -Bảng mô tả các trạng thái hoạt động của đèn

Trong đó: ký hiệu (x) chỉ đèn đang hoạt động; ký hiệu (-) chỉ đèn không hoạt động

Từ bảng mô tả các trạng thái hoạt động của đèn ta thấy rằng: Để điều khiển hoạt động của hệ thống đèn tại một ngã tư cần có 6 đầu ra Nhưng do loại ZEN sử dụng trong mô hình thực hành ZEN chỉ có 4 đầu ra, nên không thể dùng trực tiếp mỗi đầu ra điều khiển 1 loại đèn được Như vậy, để điều khiển hoạt động của hệ thống đèn này cần sử dụng thêm các rơ le trung gian

Từ bảng các trạng thái của đèn ta thấy có thể kết hợp 4 đầu ra của ZEN với 4 Rơle trung gian để điều khiển hoạt động của 6 loại đèn

2.2 Thiết kế phần mạch điện

- Mạch điều khiển rơ le trung gian:

Hình 2.3 Sơ đồ mạch điều khiển rơ le trung gian

- Mạch điều khiển hoạt động của đèn:

Hình 2.4 Sơ đồ mạch điều khiển hoạt động của đèn 2.3 Bài toán điều khiển và lập trình

Mô tả bài toán điều khiển: Hệ thống sẽ được khởi động bằng 1 nút ấn Đèn giao thông hoạt động ở 3 chế độ: Bình thường, giờ cao điểm, nghỉ

• Bình thường: Từ 5h30 đến 17h và từ 19h đến 22h30, ở chế độ này hoạt động của đèn được mô tả như bảng 2

Bảng 2.2 Chế độ hoạt động bình thường của đèn

• Giờ cao điểm: Từ 17h đến 19h, ở chế độ này hoạt động của đèn được

mô tả như bảng 3

Bảng 2.3 Chế độ hoạt động trong giờ cao điểm của đèn

• Chế độ nghỉ: Từ 22h30 đến 5h30 ngày hôm sau, ở chế độ này tất cả đèn

đỏ và đèn xanh đều tắt, tất cả đèn vàng nhấp nháy với chu kì 1s

• Nếu ở trong khoảng thời gian từ 22h30 đến 5h30 thì Q1 và Q3 có điện

và mất điện với chu kì 1s

Lập trình