Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế hệ thống cung cấp
điệ Nghiên cứu, ứng dụng
PLC trong điều khiển tự
động máy xấn tôn Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 1
“Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều
khiển tự động máy xấn tôn”


- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác
động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ
dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại ch
ỗ những vấn
đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 2
dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế,
người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ
điều khiển chu trình.
Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm
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
- 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

b) Điểm yếu của PLC
Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra
các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn
cục về hợp thức hoá.
Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt
hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle.

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)

Bộ xử lý
Giao

c) Bộ nhớ:
Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều
khiển, dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý.
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ :
Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng
lưu trỡ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng.
Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho
chương trình của người dùng.
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 củ
a 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 ngắt, PLC sử dụng ác quy để duy
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và
đồng
bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC được
truyền dưới dạng các tín hiệu digital. Các đường dẫn bên trong truyền
các tín hiệu digital được gọi là Bus. Về vật lý bus là bộ dây dẫn truyền
các tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dây dẫn trên bản mạch in hoặc
các dây điện trong cable bẹ. CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệu
giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ
liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt
Trng i hc Bỏch Khoa H Ni ỏn Tt Nghip 6
ng iu khin ni b. Bus h thng c s dng truyn thụng
gia cỏc cng v thit b nhp /xut.
Cu trỳc ca PLC c minh ho nh s sau. 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

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
2. Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng
để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chương trình.
3. Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các
phép toán.

BUS
Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin
được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị
phân 1 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Thuật
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


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


b) Cảm biến nhiệt độ :
Dạng đơn giản của cảm biến nhiệt độ có thể được sử dụng để cung cấp
tín hiệu
đóng – ngắt khi nhiệt độ đạt đến giá trị xác định đó là phần tử
lưỡng kim. Phần tử này gồm hai dải kim loại khác nhau, ví dụ: đồng
thau và sắt, được gắn với nhau. Hai kim loại này có hệ số dãn nở khác
nhau. Khi nhiệt độ tăng dải lưỡng kim sẽ bị uốn cong do một trong hai
kim loại có hệ số dãn nở nhiệt lớn hơn. khi nguội hiệu ứng uốn cong
xảy ra theo chiều ngược lại. Sự chuyển động này của dải lưỡng kim có
thể được sử dụng để ngắt các thiết bị tiếp xúc điện.
c) Cảm biến áp suất:
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
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

ρ
là tỉ trọng của chất lỏng
và g là gia tốc trọng trường (hình 2.4)

¸p suÊt t¸c dông
C¸c ch©n nèi ®iÖn
H×nh 2.3

§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

2.2 Các thiết bị xuất.
Các cổng ra của PLC có kiểu rơle hoặc bộ cách điện quang với các kiểu
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

Dßng ®iÖn qua solenoid kÐo con
tr−ît vÒ bªn ph¶i. Khi kh«ng cã
dßng ®iÖn lß xo kÐo con tr−ît vÒ
bªn tr¸i
ChÊt láng ra
H×nh 2.5
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 12 solenoid van cuộn chuyển dầu hoặc khí nén đến bên trái Piston và được
xả ra ở bên phải. Piston dịch chuyển về bên phải. Sự dịch chuyển của
piston có thể được sử dụng để đẩy bộ chuyển hướng hoặc thực hiện
dạng dịch chuyển khác cần có công suất.

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.

b) Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng.
Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng dùng để xác định lượng chất lỏng chảy
qua nó trong một đơn vị thời gian, và nhơ thế có thể điều chỉnh được
vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thuỷ lực .
Van tiết lưu:
Van tiết lư
u dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu và do đó điều chỉnh vận
tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép.
Sơ đồ kết cấu và kí hiệu như hình 2.7 Đây là một dạng van kim với đầu
côn để có thể điều chỉnh được lưu
lượng đi đến xilanh hay động cơ
thu
ỷ 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

a) Van đảo chiều hai vị trí (2/2)
Tử số chỉ số cửa, mẫu số chỉ số vị trí
Sơ đồ và kí hiệu như hình 2.9
Kí hiệu mỗi vị trí là một ô vuông
Các mũi tên trong các ô chỉ đường
dẫn dầu qua các cửa. Các kí hiệu
giống chữ T trong ô vuông là chỉ
cửa dầu bị chặn

b)Van đảo chiều 3 cửa hai vị trí (3/2) c)Van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí. Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 15

B
A
b
b
a
PT
a
Va n 4/2
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 16
Van 4/3
a
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 17


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
C«ng t¾c
Ngâ vμo dc
L1
L2
§éng c¬.
M
H×nh 3.1 a
L1
L2
M
§éng c¬.


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.
NÊc 1
NÊc 2
NÊc 3
NÊc 4
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 21
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

đồ thang, bắt đầu với ngõ vào, có ký hiệu
thường mở đối với các tiếp điểm của ngõ
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 22
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.

3.3 Các hàm logic
3.3.1 Hàm AND.
Hình 3.5 minh hoạ tình huống ngõ ra không được
cấp công suất, trừ khi hai công tắc thường mở
đều đóng. Cả công tắc A và công tắc B đều
đóng là trạng thái logic AND. Ta có thể xem

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
công tắc thường mở A hoặc B
đóng.

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
0 1 1
1 0 1
1 1 1

Hình 3.8 minh họa hệ thống cổng logic
OR trên sơ đồ thang, bắt đầu của sơ
đồ thang là tiếp điểm thường mở A,
ghi ngõ vào A, mắc song song với

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:

InputA Input B Output
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

Hình 3.12 minh họa sơ đồ thang của cổng NAND.
Khi các tín hiệu vào của ngõ A và ngõ B đều là 0
thì ngõ ra sẽ là 1 hoặc một ngõ vào là 1 còn ngõ