r

Đồ án tốt ttạhiêệí.


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

CHƯƠNG *1: Khi
TỔNG
VỀ ĐIỀU
KHIỂN
BẰNG
tải QUAN
trọng hệTRUNG
thống thay
đổi, thì
vận tốc
cũngKHÍ
thayNÉN
đổi, bởi vì khả
- KHÍ thực
NÉN hiện những chuyến động thăng
năng đàn hồi của khí nén lớn, VÀ
cho ĐIỆN
nên không
hoặc quay đều.
/. /. Điều khiến bằng khí nén.
1.1.1.


khí cơ,
nénđiện.
được sử dụng trong các dây truyền rửa tự động; trong các
với
thiết bị vận chuyên và kiêm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, bao bì và trong
1.1.4.
Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén
công nghiệp hoá chất.
1.1.4.1.
Máy nén khí
1.1.2.
truyền
Áp suất khíTrong
được hệ
tạothong
từ một
máy động
nén khí, ớ đó năng lượng cơ học của động cơ
điện hoặc
trong
được va
chuyển
đổi thiết
thànhbị,năng
áp suất
khívục
nénkhai
và
Cácđộng
dụngcơcụ,đốt

đòi hỏi
cầnbằng
phải khí
được
xử lý tiếp,
* Ưu điểm
a. Bình ngưng tụ
Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên khả năng trích
- Làm lạnh bằng không khí (bằng nước)
chứa áp suất khí một cách thuận lợi. Như vậy có thể ứng dụng thành lập một trạm
Ápkhí
suất
khí sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại
trích chứa
nén.
đây áp suất khí sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí
* Có khả năng truyền năng lượng đi xa, vì vậy độ nhớt động học của khí
sẽ được ngưng tụ và tách ra. Làm lạnh bàng không khí, nhiệt độ áp suất khí trong
nén nhỏ và tổn thất trên đường dây ít.
bình ngưng tụ sẽ đạt trong khoảng từ +30°c đến +35°c. Làm lạnh bằng nước (VD
* Đường dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí).
* Chi phí thấp đề thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, vì vậy
phần lớn các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sằn.

21


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.


Như vậy lượng hơi nước trong dòng áp suất khí nén vào sẽ

được tạo thành tìmg giọt nhỏ 1 lượng hơi nước sẽ được ngưng tụ trong bộ phận kết
tủa (3). Lượng hơi nước được kết tủa tại đây. Tại đây ngoài lượng hơi nước được
kết tủa còn có các chất bẩn, dầu bôi trơn cũng được tách ra. Dầu, nước, chất bấn sau
khi được tách ra khỏi dòng áp suất khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước
tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao
đối nhiệt (1) để nhiệt độ khoảng

6°c

đến

8°c,

nước khí đưa vào sử dụng. Chu kỳ

hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén đê phát chất làm lạnh
(5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén nhiệt độ sẽ tăng lên. Bình ngưng
tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh bằng quạt gió. Van điều chinh lun
lượng (8) và rơ lc điều chỉnh nhiệt độ (7) có tác dụng điều chỉnh dòng lưu lượng
chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải và không tải và hơi quá nhiệt.

3


d£)ề án tốt ttạhiêệí.

■

3 Van tra dầu

Hình 2.26 Dộ lọc
1. Van lọc
2. Van điều chinh áp suổt
3. Van tra clẩu

4


r

Đồ án tốt ttạhiêp.

a. Van lọc
Van lọc có tác dụng tách chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén ,có hai nguyên
lý thực hiện:
+ Chuyền động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc.
+ Phần tử lọc xốp làm bằng các chất: Như vải, dây kim loại, giấy
thấm ướt, kim loại thiêu kết hay vật liệu tổng hợp .
Khí nén sẽ tạo chuyền động xoáy, khi qua lá xoắn kim loại, xem hình vẽ trên,
sau đó qua phần tử lọc, tuỳ theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn loại phần
tử lọc độ lớn đường kính các lồ của phần tử lọc có nhũng loại từ 5jum -» 70//m.
Trong trường hợp yêu cầu chất lượng khí nén rất cao, vật liệu phần tử lọc được
chọn là sợi thuỷ tinh, có khả năng tách nước trong khí nén đến 99,9%. Những phần
tử lọc như vậy, thì dòng khí nén sẽ chuyên động từ trong ra ngoài.
b. Van điều chỉnh áp suất
Van điều chỉnh áp suất có tác dụng giữ áp suất được điều chỉnh không đổi,
mặc dù có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự
dao động của áp suất ở đầu đường vào van. Nguyên tắc hoạt động của van điều

- Trục toạ độ thăng đứng biếu diễn trạng thái (hành trình chuyên động, áp
suất, góc quay...). Trục toạ độ nằm ngang biểu diễn các bước thực hiện hoặc là
thời gian hành trình. Hành trình làm việc được chia thành các bước. Sự liên kết
các tín hiệu được biêu diễn bàng đường nét nhỏ và chiều tác động biếu diễn bàng
1

1.1.5.2.

2

3

4

5=1

Điều khiên bằng tay

Điều khiên bằng tay được ứng dụng phần lớn những mạch điều khiên bằng
khí nén đon giản, ví dụ như đồ gá kẹp chi tiết.
1.1.5.3.

Điều khiên trực tiếp

6


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

m

|1V2|
2

|1 S3| Ịl S2\

Ịifc '
M
|2V1
L74
2V2Ị1—TI 1I

\Ẽị Ịrvĩ

5**3

2

12

1S3
1 S1| 2
q=n JẠ|W

ĨS2]

|2S1|

2


Sự khác nhau cơ bản có tính chất quyết định bắt buộc phải thiết kế theo
tầng (không thể theo mạch tuần tự ) là ở đặc điểm tín hiệu đưa vào.
Theo nguyên lý I-O-P (E-V-A) cứ mồi tín hiệu vào sê có một tín hiệu ra.
Trong một tầng nếu tín hiệu vào giống nhau thì tín hiệu ra cũng giống nhau. Do đó
các bước có tín hiệu vào giống nhau ta phải xét đến việc chia tầng.
A. Phương pháp được chia thành các bước sau
Bưó’c 1: Vê sơ đồ bước:
Trong phần trước ta đã biết về sơ đồ hành trình bước. Ớ đây xuất phát từ
yêu cầu cụ the, công nghệ của từng máy, thiết bị tự động, ke cả khi thiết bị tự
động vẫn còn là ý tưởng hay trong bản mô tả nguyên lý hoạt động của máy cần vẽ
ra sơ đồ hành trình bước. Việc vê ra sơ đồ hành trình bước trong mọi trường họp
khi đã có ý tướng thì chắc chắn sẽ vẽ được, việc vẽ sơ đồ hành trình bước theo
yêu cầu đề ra thực chất chỉ mang tính chất khái quát hoá yêu cầu thực tế.
Ví dụ 1: một máy dập tự động có yêu cầu như sau:

8


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

Đầu tiên xylanh A đi vào kẹp phôi sau đó xylanh B đi ra dập chi tiết và quay về
sau đó xylanh A quay về. Sơ đồ hành trình bước được vẽ như sau:
1

2

3

hệ điều kiện, hệ điều kiện là tổ hợp logic trích ra từ bảng hệ điều kiện có các phần
tử tham gia là các phần tử đưa tín hiệu vào thông qua các xylanh đã chọn. Người
ta cũng có thể chọn ra ở mồi giai đoạn làm việc một số xylanh khác nhau để xét hệ
điều kiện. Hệ điều kiện xác định tù' một số xylanh gọi là nhóm điều kiện.
Cách chìa tầng được tiến hành như sau:
Ta xét từ đầu chu kì đến các bước tiếp theo khi hệ điều kiện này hay nhóm
điều kiện trùng nhau dừng lại và lui về một bước để chia tầng, tức là phải chuyển
sang tầng khác ở trước đó một bước. Sau khi đã tách chuyền sang phần khác thì
tiếp tục xét từ vị trí đã được tách đến các bước sau. Quá trình như thế được tiến
hành cho đến cuối chu kì và sẽ được số tầng xác định.
Ở ví dụ 1 theo sơ đồ hành trình bước và hệ điều kiện đưa ra các bước trước
ta nhận thấy, ơ bước 2 và bước 4 trong sơ đồ hành trình, bước hệ điều kiện trung
nhau, việc chia tầng bắt buộc phải ở bước 3. Từ bước 3 xét đến cuối chu kì không
có điều kiện trùng do đó phải chia thành 2 tầng.
Tầng 1 / A+B+(+: ở vị trí 1ở vị trí 0)

10


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

Hệ điều khiển ở đây chỉ xét đối với sơ đồ hành trình bước xy lanh A và xy
lanh B. Neu xét hệ điều kiện xét đối với sơ đồ hành trình bước của 3 xy lanh A, B
và c thì ta chỉ cần chia thành 3 tầng
Bước 4 : Cách tạo ra các tầng trong điều khiên bằng khí nén.

Đẻ tạo 3 tầng người ta dùng van 5/2
Đe tạo n-1 tầng thì người ta dùng n-1 van 5/2

Nguyên tắc thực hiện của điều khiển theo nhịp là các bước thực hiện lệnh
xảy ra tuần tự. Có nghĩa là khi các lệnh trong 1 nhịp thực hiện xong, thì sẽ thông
báo cho nhịp tiếp theo, đồng thời sẽ xoá lệnh nhịp thực hiện trước đó.
12


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

Tín hiệu vào Yn tác động ( ví dụ: tín hiệu khởi động), tín hiệu điều khiển
Aị có giá trị L. Đồng thời sẽ tác động vào nhịp trước đó Z n_| để xoá lệnh thực hịên
trước đó. Đồng thời sẽ chuân bị cho nhịp tiếp theo cùng với tín hiệu vào X|. Như
vậy khối của nhịp điều khiển gồm các chức năng sau:
1 .Chuẩn bị cho nhịp tiếp theo.
2. Xoá các lệnh của nhịp trước đó.
3. Thực hiện lệnh của tín hiệu điều khiên.
1.2. Điều khiến điện - khí nén
1.2.1.

Hệ thong điều khiến điện - khí nén

Hệ thống điều khiển bàng khí nén bao gồm:
A.Thiết bị điều khiển và đối tượng điều khiển
+ Phần tử đưa tín hiệu: nhận những giá trị của đại lượng vật lí như là đại
lượng và, là phần tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ: nút ấn, công tắc, cảm
biến.
+ Phần tử xử lí tín hiệu: Xử lí tín hiệu nhận vào theo một quy tắc lôgíc xác
định làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ: Van logic OR hoặc
AND, rơ le.

Biểu diễn đơn giản chuỗi điều khiển theo nhịp được trình bày ở hình
sau. Nhịp thứ nhắt Zn sẽ được xoá bàng nhịp cuối cùng Zn+1.
1.2.3.2.

Phương pháp thiết kế mạch điều khiên theo tầng

Phương pháp thiết kế mạch điều khiển điện khí nén được xây dựng dựa trên
cơ sở thiết kế mạch điều khiên bằng khí nén.
Trong điều khiển bằng khí nén tín hiệu vào và tín hiệu ra đều là tín hiệu khí
nén còn trong điều khiên Điện -Khí nén tín hiệu vào là tín hiệu điện. Ngoài mạch
công tác khí nén ta phải thiết kế mạch diều khiên bằng điện (Rơle, công tắc). Trong
phần này trình bay phương pháp thiết kế mạch điều khiến điện khí nén theo tầng
cho hệ thống điều khiển hành trình. Như đã biết trong mồi tầng ta thiết kế mạch
điều khiển tuần tự, tức là dựa theo nguyên tắc tín hiệu vào khác nhau và ngược lai.
Mạch điều khiển điện được thiết kế theo tầng.
Các bước thiết kế được tiến hành như sau:
Bước 1: Vẽ sơ đồ hành trình bước

14


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

J

—

/


4


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

* Đẻ tạo ra n tầng người ta dùng n-1 rơle
+24V

1

2

3

K1

r~~~|
Bước 5: Thiết kế mạch (tổng
ov hợp mạch)
o—©1K
4 3
Trong điều khiển khí nén ngươi ta có thể sử dụng các phần tử logic còn trong
điều khiển Rơle công tắc thông thường các mối liên kết được vẽ bàng cách mách
Đe tạo
ra basong.
tầng VD
người

16


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

CHƯƠNG 2: TỒNG QUAN VỀ PLC
2.1. Giới thiệu chung về PLC
2.1.1.

Giới thiệu về PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Progammable Logic Control), viết tắt thành
PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông
qua ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển
số nhỏ gọn, dỗ thay đôi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường
xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình được lưu
trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và
được thực hiện lặp theo chu kì của vòng quét (Scan).
Đe có thế thực hiện được một chương trình điều khiên, tất nhiên PLC phải có
tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lí (CPU), một hệ thống
điều hành, bộ nhớ đổ điều khiển chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có cổng
vào ra để giao tiếp được với các đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với
môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhàm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC
còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm(Counter), bộ định
thời gian (Timer) ... và những khối hàm chuyên dụng (Hình 1.5).
2.1.2.



Cấu tạo của PLC

Thiết bị điều khiển lập trình SPF (PLC) bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU)
trong đó có chứa chương trình điều khiển và các modul giao tiếp xuất /nhập có
nhiệm vụ liên kết trực tiếp với các thiết bị xuất / nhập, sơ đồ khối cấu tạo PLC được
vẽ như hình 1.6.
Chương trình
Tín hiệu
■> Ngõ ra

PLC gồm ha khối chức năng:
1. Bộ xử lý trung tâm.
2. Bộ nhớ.
3. Khối vào ra.
*Khơi xử ìỷ trung tâm :
Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC: thực hiện chương

18


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

* Bộ nhớ:
Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chuơng trình, hệ thống là một
phần mềm điều khiên các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của timer,
counter được chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có
thể chọn các bộ nhớ khác.


Trong giai đoạn đâu của thời kỳ phát triên công nghiệp vào khoảng năm 1960
và 1970, yêu cầu tụ’ động của hệ thống điều khiển đuợc thực hiện bằng các rơle điện
từ nối nối tiếp với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiên.Trong nhiều
truờng hợp bảng điều khiên có kích thuớc khá lớn đến nỗi không thế gắn toàn bộ
lên trên tuờng và các dây nổi cũng không hoàn toàn tốt vì thế rất thường xảy ra trục
trặc trong hệ thống.
Một điểm quan trọng nữa là do thời gian làm việc của các rơle có giới hạn
nên khi cần thay thế cần phải ngừng toàn bộ hệ thống và dây nối cũng phải thay thế
cho phù hợp, bảng điều khiển chỉ dùng cho một yêu cầu riêng biệt không thể thay
đổi tức thời chức năng khác mà phải lắp ráp toàn bộ và trong trường họp bảo trì
cũng như sửa chừa cần đòi hỏi thợ chuyên môn có tay nghề cao. Tóm lại hệ thống
điều khiên rơle hoàn toàn không linh động.
* Ưu đỉêm của hệ thông điều khiên PLC :
Sự ra đời của hệ thống điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều
khiển cũng như các quan niệm thiết kế về chúng. Hệ thống điều khiển dùng PLC có
nhiều uu điểm:

20


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chừa được nhanh
chóng và dễ dàng.
- Chức năng điều khiên thay đôi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính,
màn hình ) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các
thiết bị xuất/ nhập.

- Dây truyền xử lí hóa học.
Dây truyền chế tạo linh kiện

-

bán dẫn.
-

Điều khiên hệ thống đèn

Dây truyền lắp ráp ti vi.

21

Hệ thống báo động.


CỊ)ề án tốt ttạhĩềệt

2.1.6.

Phân loại PLC

Hiện nay trong lĩnh vục điều khiển nói chung và ngành tự động hoá nói
riêng, các PLC mới được đưa vào sử dụng ngày càng nhiều với tính năng rất lớn
như: PLC S5, PLC S7-200, PLC S7-300, PLC S7-400, PLC LOGO. Nhưng trong
phạm vi đề tài này ta chỉ nghiên cứu về PLC S7-300.
2.2. Hệ thống điều khiển PLC S7-300
2.2.1.


*Các modul mở rộng:
Các modul mở rộng được chia làm 5 loại chính:
a. PS (Power supply): Modul nguồn nuôi có 3 loại: 2A, 5A và 10A
2. SM: Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra gồm:
DI (Pigital Input): Modul mở rộng cổng vào số. số các cổng vào của modul
này có thể là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại modul.
DO (digital output): Modul mở rộng cổng ra số. số các cong vào của modul
này có thê là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại nodul.
DI/DO (digital input/digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra số. số
các cổng vào/ra có thể là 8 vào/8 ra, 16 vào/16 ra tùy thuộc vào tòng loại modul.
AI (analog input): Modul mớ rộng các công vào tương tự.

về

bản chất chúng

chính là những bộ chuyền đổi tương tự số (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được
chuyển thành tín hiệu số (nguyên) có độ dài là 12 bit, số các cổng vào có thể là 2, 4
hoặc 8 tùy thuộc vào từng loại modul.
AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tín hiệu tương tự. Chúng
chính là các bộ chuyển đổi số - tương tự(DA). số các cổng ra tương tự có thể là 2,
4, 8 tùy thuộc vào từng loại modul.
AI/AO(analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng vào ra tương
tự. Số các cổng có thể là: 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy thuộc vào tòng loại modul.
3. IM (Inter/ace Modul): Modul ghép nối. Đây là loại modul chuyên dụng có
nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được
quản lý chung bởi một modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được gá liền

23


đệm I.
2. Q (Procees image output): miền bộ đếm của các cổng ra số. Ket thúc giai
đoạn thực hiện chương trình sẽ chuyển các giá trị logic của bộ đếm đến các cổng ra
số. Thông thường không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng
vào bộ đệm Q.

24


r

Đồ án tốt ttạhiêệí.

4. T: miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer). Bao gồm việc lưu trừ các giá trị
thời gian đặt trước (PV - Priset Value), giá trị đếm ngược thời gian tức thời (CVCurrent value) cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
5. C: miền nhớ phục vụ bộ đếm (counter). Bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt
trước (PV), và giá trị đếm tức thời(CV) và giá thị logic đầu ra của bộ đếm.
6. PI: miền địa chỉ cổng và của các modul tương tự. Các giá trị tương tự tại
cổng vào của modul tương tự sẽ được đọc và chuyển tự động theo các địa chỉ.
Chương trình ứng dụng có thể truy cập PI theo tùng byte(PIB), tùng từ(PIW) hoặc
theo từ kép (PID).
7. PỌ: miền địa chỉ cổng ra cho các modul tương tự. Chương trình ứng dụng
có thê truy cập miền nhớ PQ theo từng byte(PQB), từng tìr(PQW) hay từng từ
kép(PQD).
2.2.23.

Vùng nhớ chứa các khối dữ liệu:

Được chia làm 2 loại:
1. DB (Data Block): miền chứa các dừ liệu được tổ chức thành khối. Kích