Đồ án Tốt Nghiệp
Giới thiệu chung về điều
khiển logic khả lập trình
(PLC)
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 1 Chương I
ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo
dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 2
- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín
hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle.
- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không
cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp
điểm và không tiếp điểm.
Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức
năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để
thực hiện chức năng đó.
Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến
thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng
như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc
Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động
bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà
chương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần
mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bên ngoài.
Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính.
- Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp
tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O
này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng
chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và
chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà
1.3.Cấu trúc của PLC :
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý,
bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình.
(Hình 1.1) Hình 1.1
a) Bộ xử lý của PLC :
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi
xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạ
t động điều khiển
theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các
quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
b) Bộ nguồn:
Bộ xử lý
Giao
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ
thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng
hồ thời chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác.
RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi.
Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào,
ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành
cho dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các
giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, vv…
Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được ( EPROM ) Là các ROM
có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú
trong ROM.
Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả
các PLC đều có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do
người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên để tránh mất mát
chương trình khi nguồn công suất bị ng
ắt, PLC sử dụng ác quy để duy
trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi được cài đặt vào RAM
chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường
là module có khoá nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu.
Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất ( I/O).
Dung lượng lưu trữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhị
phân có thể lưu trữ được. Như vậy nếu dung lượng bộ nhớ là 256 từ, bộ
nhớ có thể lưu trữ 256
×
8 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 256
×
16 = 4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit.
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt
động điều khiển nội bộ. Bus hệ thống được sử dụng để truyền thông
giữa các cổng và thiết bị nhập /xuất.
Cấu trúc của PLC được minh hoạ như sơ đồ sau. Trng i hc Bỏch Khoa H Ni ỏn Tt Nghip 6
CPU
Cu hỡnh CPU tựy thuc vo b vi x lý. Núi chung CPU cú:
1. B thut toỏn v logic (ALU) chu trỏch nhim x lý d liu, thc
hin cỏc phộp toỏn s hc (cng, tr, nhõn, chia) v cỏc phộp toỏn
logic AND, OR,NOT,EXCLUSIVE- OR.
2. B nh cũn gi l cỏc thanh ghi, bờn trong b vi x lý, c s dng
lu tr thụng tin liờn quan n s thc thi ca chng trỡnh.
3. B iu khin c s dng i
u khin chun thi gian ca cỏc
phộp toỏn.
Bộ truyền động
Giao diện
bộ truyền
động
Các kênh nhập
Các kênh xuất
Bus dữ liệu
Hình 1.2
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 7
ngữ từ được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó. Vì vậy
một từ 8 - bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8- bit này được truyền
thông đồng thời theo dây song song của chúng. Hệ thống PLC có 4 loại
bus.
1. Bus dữ liệu: tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU.
Bộ xử lý 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có
thể thực hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết
quả theo giá trị 8- bit.
2. Bus địa chỉ: được sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ
nhớ. Như vậy mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí
nhớ được gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ được gán một địa
chỉ sao cho dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định. để CPU có thể
đọc hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ
được truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8-bit, hoặc
số lượng địa chỉ phân biệt là 2
Chương II CÁC THIẾT BỊ NHẬP- XUẤT Các thiết bị nhập/ xuất trong PLC bao gồm: các tín hiệu digital và
analog, Chẳng hạn các công tắc cơ dò tìm vị trí, các công tắc proximity,
các công tắc quang điện, các bộ mã hoá, các công tắc nhiệt độ và công
tắc áp xuất, các đồng hồ điện áp các biến áp vi sai tuyến tính, các đồng
hồ biến dạng, các transitor nhiệt, các cặp nhiệt điện. Các thiết bị xuất
gồm rơle, các thiết bị tiếp xúc, các van solenoid, và động cơ v.v…
2.1 Các thiết bị nhập:
Một số các thiết bị nhập thông dụng cho PLC:
2.1.1 Công tắc cơ :
Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng- mở, hoắc các tín hiệu là kết quả của
tác động cơ học làm công tắc mở hoặc đóng. Loại công tắc này có thể
được sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết gia công trên bàn
máy, do chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng. Sự vắng mặt
của chi tiết gia công được biểu thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của
chi tiết gia công được biểu thị bằng công tắc đóng.
2.1.2 các bộ cảm biến.
Hiện nay các bộ cảm biến được sử dụng rộng rãi trong việc đưa tín hiệu
đầu vào của PLC. Có rất nhiều loại cảm biến.
a) bộ cảm biến quang điện:
thể được sử
dụng để ngắt các thiết bị tiếp xúc điện.
c) Cảm biến áp suất:
Các bộ cảm biến áp suất thông dụng cung cấp các đáp ứng liên quan
đến áp suất là kiểu màng và kiều xếp. Kiểu màng gồm một đĩa mỏng
bằng kim loại hoặc chất dẻo, được định vị theo chu vi. Khi áp xuất ở
hai phía của màng khác nhau, tâm màng bị lệch. Độ lệch này tương ứng
với chênh lệch áp suất ở hai phía và có thể phát hiện nhờ các đồng hồ
biến dạng được gắn với màng hoặc sử dụng bộ lệch này để nén tinh thể
áp điện. Khi tinh thể áp điện bị nén sẽ có sự dịch chuyển tương đối giữa
các điện tích âm và các điện tích dương trong tinh thể đó và các bề mặt
VËt thÓ
Diode ph¸t quang
ThiÕt bÞ dß quang häc
VËt thÓ
nguån s¸ng
ThiÕt bÞ dß quang häc
C¸c ch©n kÕt
nèi ®iÖn
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 10
phía ngoài của các tinh thể sẽ tích điện và như vậy hiệu điện thế xuất
hiện.
Transistor hoặc triac tuỳ theo các thiết bị được kết nối với chúng sẽ
được đóng hoặc mở. Nói chung tín hiệu digital từ kênh suất của PLC
được sử dụng để điều khiển thiết bị kích hoạt, sau đó thiết bị kích hoạt
điều khiển quá trình nào đó. Thuật ngữ thiết bị kích ho
ạt được sử dụng
§ång hå ¸p
suÊt mμng
ChÊt láng
H×nh 2.4
¸p suÊt t¸c dông
C¸c ch©n nèi ®iÖn
H×nh 2.3
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 11
cho thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành hoạt động có công suất cao
hơn, sau đó hoạt động này sẽ điều khiển quá trình
Hiện nay PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thuỷ lực,
chúng dùng trong việc điều khiển tự động các van điều khiển hướng
vận hành bằng solennoid.
Van này được sử dụng để điều khiển hướng lưu thông của khí nén hay
dầu ép và cũng được sử dụng để vận hành các thiết bị khác, chẳng hạn
như chuyển động của Piston trong xylanh.
Hình 2.5 minh hoạ kiểu van cuộn được sử dụng để điều khiển chuyển
động của Piston trong xylanh.
ChÊt láng ra
H×nh 2.5
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 12
2.2.1 Một số cơ cấu điều khiển, điều chỉnh trong hệ thống thuỷ lực:
Trong hệ thống dầu ép, ngoài cơ cấu biến đổi năng lượng ra còn có rất
nhiều loại cơ cấu điều khiển và điều chỉnh làm các nhiệm vụ khác
nhau, tùy theo công dụng
Các cơ cấu đó có thể được chia ra làm ba loại chính
- Cơ cấu chỉnh áp
- Cơ cấu chỉnh lưu lượng
- Cơ cấu chỉnh hướng.
a) Cơ cấu chỉnh áp.
Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng,
giảm trị số áp suất trong hệ thống.
Van an toàn hay van tràn.
Van an toàn dùng để đề phòng sự quá tải trong hệ thống dầu ép. Khi áp
suất trong hệ thống vượt quá mức điều chỉnh van, van an toàn mở ra để
đưa dầu về bể dầu do đó áp suất giảm xuống.
Nhiều khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp suất không đổi trong hệ
thống dầu ép. Trong trường hợp này van an toàn đóng vai trò của van
áp lực hoặc van tràn để xả bớt dầu thừa về bể dầu.
côn để có thể điều chỉnh được lưu
lượng đi đến xilanh hay động cơ
thuỷ lực. Chính vì vậy có thể điều
chỉnh được vận tốc của xilanh.
c) Cơ cấu điều khiển hướng.
Cơ cấu điều khiển hướng là loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng, mở,
nối liền hoặc ngăn cách các đường dẫn dầu về những bộ phận tương
ứng của hệ thống thuỷ lực. Cơ cấu điều hướng thường dùng các loại
sau.
Van một chiều.
Van một chiều dùng để điều khiển
hướng chất lỏng đi theo một hướng
và ở hướng kia dầu bị chặn lại.
Trong hệ thống thuỷ lực van một
chiều thường được đặt ở nhiều vị
trí khác nhau tuỳ thuộc vào những mục đích khác nhau.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệ
u như hình 2.8
Van đảo chiều.
Van đảo chiều là một loại cơ cấu điều khiển dùng đóng, mở các ống
dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều
H×nh 2.7
H×nh 2.8
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
c)Van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí.
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 15
d) Van đảo chiều 5 cửa 3 vị trí
PT
a
Va n 4/2
b
B
A
P
T
a
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 16
a
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 17
18
dụng. Đây là phương pháp viết chương trình, có thể chuyển thành mã
máy nhờ phần mềm chuyên dùng cho bộ vi xử lý của PLC.
Chương này giới thiệu phương pháp lập trình cho PLC một cách tổng
quát bằng cách sử dụng các sơ đồ thang.
3.1 Sơ đồ bậc thang.
Để giới thiệu về sơ đồ thang ta khảo
sát sơ đồ mắc dây mạch điện như trên
hình 3.1a
Sơ đồ này trình bày mạch điện dùng
để mở hoặc tắt động cơ điện
C«ng t¾c
Ngâ vμo dc
L1
L2
§éng c¬.
M
H×nh 3.1 a
L1
ch và cách nối kết chúng. Các sơ đồ thang
không nhằm mục đích trình bày vị trí thực tế mà chú trọng trình bày rõ
ràng cách điều khiển.
3.2 Lập trình bậc thang PLC.
Phương pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang. Việc
viết chương trình tương đương với việc vẽ mạch chuyển mạch. Sơ đồ
thang gồm hai đường dọc biểu diễn đường dẫn công suất. Các mạch nối
kết theo đường ngang (các nấc thang) giữa hai đường dọc này.
Để vẽ sơ đồ thang cần tuân theo các bước sau:
a- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễ
n đường công suất, các mạch
được nối kết giữa hai đường này.
b- Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển.
c- Sơ đồ thang được đọc từ trái qua phải, từ trên xuống. Hình 3.2 minh hoạ sự quét do PLC thực hiện.
Nấc thứ nhất được đọc từ trái sang phải,
tiếp theo nấc thứ hai được đọc từ trái sang phải
v.v…khi ở chế độ hoạt động PLC sẽ đi từ đầu
đến cuối của chương trình thang, nấc cuối của
NÊc 1
NÊc 2
NÊc 3
NÊc 4
NÊc 5
END
NÊc cuè
i
Các ngõ ra được biểu diễn chỉ bằng một kí
hiệu, bất kể thiết bị được kết nối với ngõ ra.
Để giải thích cách vẽ nấc sơ đồ thang, có
thể xét trường hợp cấp điện cho thiết bị xuất,
chẳng hạn động cơ tuỳ thuộc vào công tắc
khởi động thường mở. Ngõ vào là công tắc
và ngõ ra là động cơ. Hình 3.4 minh hoạ sơ
đồ
thang, bắt đầu với ngõ vào, có ký hiệu
thường mở đối với các tiếp điểm của ngõ
này. không có các thiết bị nhập khác và
nét vẽ kết thúc với ngõ ra, được vẽ bằng kí hiệu O. khi công tắc đóng,
có tín hiệu vào, ngõ ra của động cơ được kích hoạt.
Ngâ vμoNgâ ra
H×nh 3.4
C¸c tiÕp ®iÓm ngâ vμo
th−êng më
C¸c tiÕp ®iÓm ngâ vμo
th−êng ®ãng
LÖnh ®Æc biÖt
ThiÕt bÞ xuÊt
NÊc cuèi
END
H×nh 3.3
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
3.3.2 Hàm OR.
Hình 3.7 minh hoạ tình huống
ngõ ra được cấp công suất khi
công tắc thường mở A hoặc B
đóng.
H×nh 3.5
A
B
H×nh 3.6 Cæng AND
A
B
Ngâ ra
N gâ vμ o A
Ngâ vμ o B
H×nh 3.7
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 23
Tình huống này mô tả cổng logic OR, trong đó, ngõ vào A hoặc ngõ
vào B phải hoạt động để có ngõ ra.
Bảng chân lý của công này như sau:
InputA Input B Output
0 0 0
H×nh 3.8
Ngâ vμ o A
Ngâ ra
Ngâ vμ o B
H×nh 3.9
Ngâ vμo A
H×nh 3.10
Ngâ ra
A
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 24
Hình 3.10 minh hoạ hệ thống cổng NOT trên sơ đồ thang, ngõ vào A
được mắc nối tiếp với ngõ ra O
3.3.4 Hàm NAND.
Giả sử cổng NOT được bố trí sau cổng
AND hình 3.11a. hệ quả là cổng NOT
sẽ đảo ngược mọi tín hiệu ra từ cổng AND.
Một trường hợp khác khi ta đặt cổng NOT
trên từng ngõ vào của cổng OR ta cũng
thu được kết quả như vậy (hình 3.11b).
Bảng chân lý chung cho các trường hợp
này như sau:
A
Ngâ ra
B
H×nh 3.13.a
OR NOT
Copyright: Tài liệu đại học ©