MỤC LỤC
Lời nói đầu cc xxecerrrtttrriietttriiiiitriiiriiiiiiiiiiiiiie
PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .-. -+-ceeeee 1
PHẦN II : NỘI DUNG 22+ 55Sse2Exxreerrrrerrrrrrkrrrrrred 3
Chương I : LÝ THUYẾT LIÊN QUAN - 4
L Giới thiệu khái quát về Load cell(cảm biến trọng lượng) 4
II Giới thiệu khái quát về AT89CS51 sec sec, 8
HI Giới thiệu sơ lược về ICL 7 135 =5 << «<< << ss 12 IV Giới thiệu một số linh kiện khác -. -s - 5+5 =<c<+=ss 17 l8 ưa oe 17 Z9 10.xX 611 18
TV 2 OPO7 20
V.Sơ lược về cơ cấu chấp hành -. -scx>xesesrseeeee 20
V.1 Khái niệm cơ bản của hệ thống khí nén 21 V.2 Chon van va xylanh khí nén se sseSssrsseesesse 23 V3 May En KDin 24 V.4 Chon role trung gØ14n ác nen 519811 24
V.5 Chọn cảm biến hành trình và tủ điều khiển 24
VI Khái quát về PILLC ÏLOgO -. 5-5 5< se ss eersrkereeecee 24
VL1 Giới thiệu sơ lược về PLUC . -<<5s<<s+s>sezsessesse 24
VL2 Tìm hiểu về PL,C ÏLOgO - 5< <555< << s<seeesexseses 28
Chương II: THIẾT KẾ MÔ HÌNH c2 35
I Mơ hình cân đóng bao tự động - -<-««ss« «se se sessesee 35 II Nguyên lý hoạt động của mô hình -ceeererresre 35 Chưởng III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 38 TSO dO KAO io 38
II.Thiết kế các khối chức năng - < ss<£sxessseseeee 38
INN 400 10.) 8n 38
8.416.710) 11 - 30
II.3 Mạch hiển thị led s-5«secrterrrAeAerkrrrrersersee 42
II4 Khối mach nguGn . â + +55 ô+22 se rseks se 43 IL5 Sơ đổ mạch đầu cân hoành chỉnh -. -s-<c«+ 45
IL6 Giải thuật điều khiển cho mạch đầu cân 46 IL7 Thiết kế và thi cơng phần PLC «-«<s<c<ce<se 47 Chương IV: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 51
Trang 2
LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa, để từng
bước bắt kịp sự phát triển trong khu vực và thế giới về mặt kinh tế và xã hội Công
nghiệp sản xuất hàng hóa đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế, Việc tự động hóa là sự chọn lựa không tránh khỏi trong mọ! lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường
Ngày nay, công nghệ điện tử và tin học ngày càng phát triển Đã và đang
góp phần nâng cao năng suất lao động một cách đáng kể Đặt biệt là các bộ điều khiển chương trình xuất hiện đã đáp ứng hầu hết các yêu cầu để ra của nền sản xuất công nghiệp hiện đại Tốc độ sản xuất phải nhanh, chất lượng cao và ít phế
phẩm, giảm nhân công, thời gian chết của máy là tối thiểu
PLC là một máy tính chuyên dùng trong tự động điều khiển, nó được
dùng để thay thế các thiết bị điều khiển cổ điển có tốc độ chậm và kém chính xác
Với một PLC, ta có thể thay đổi chương trình vận hành theo ý muốn Điều này được thực hiện khá dễ dàng nhờ sự điểu khiển khá mềm của PLC Ngày nay PLC được ứng dụng rất rộng rãi trong hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động
Xuất phát từ thực tế và nhiều điều kiện khách quan khác, từ đó “Hệ
Thống Cân Đóng Bao” là để tài mà em chọn làm Luận Văn Tốt Nghiệp Quá
trình thực hiện để tài là điều kiện tốt nhất để em học hỏi kinh nghiệm xây dựng một mô hình cân đóng bao và phương pháp lập trình điều khiển bằng PLC
Trang 3Phần I Giới thiệu đề tài
PHAN I:
GIGI THIEU DE TAI
1 Định hướng chọn đề tài
Ngày nay, các nhà sản xuất đứng trước thách thức hội nhập — chiếm lĩnh thị
trường nhằm ổn định và phát triển, do đó hầu hết các công ty từ nhỏ đến lớn đều muốn sử dụng các hệ thống tự động trong quản lý cũng như trong sản xuất để
giảm thiểu chi phí con người vào sản xuất, ổn định sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng xuất, an toàn cao Do đó việc ứng dụng kỹ thuật đo lường,
hiển thị và điều khiển dùng PLC trong các công ty, nhà máy sản xuất ngày càng nhiều
“Cân đóng bao tự động dùng PLC” chính là một trong những để tài ứng dụng kỹ thuật đo lường, hiển thị và điều khiển dùng PLC nhằm đáp ứng và phục vụ một phần nào đó cho sản xuất, và đây cũng chính là để tài mà em chọn làm
luận án
2 Nhiệm vụ và chức năng của đề tài
Như vậy nhiệm vụ để tài: sử dụng load cell( một thiết bị đo lường có thể
chuyển đổi khối lượng thành tính hiệu điện áp) đo khối lượng và chuyển đổi thành điện áp, nhưng vì phía sau là thiế bị số AD và 89C51 nên ta phải xử lý lại tính
hiệu đó cho phù hợp
Sau khi đã có các đại lượng khối lượng được đo đạc thì phan công việc sau đó do vi điều khiển thu thập các số liệu trên và tính toán cho phù hợp để hiển thị
ra được đại lượng mong muốn đó là khối lương và gửi tính hiệu này lên PUC, phần
công việc còn lại là PLC sẽ điều khiển các thiết bị khí nén trên mô hình như: kẹp
bao, cho phép xả và ngưng xả sản phẩm vào phểu cân, cho phép xả hoặc ngưng xả
sản phẩm từ phểu cân xuống bao
Sơ đồ tổng quát của hệ thống cân đóng bao tự động dùng PLC:
Trang 6
Chương ] Lý thuyết liền quan
CHUONG I:
LY THUYET LIEN QUAN
I GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ LOAD CELL( Cam bién trong
lượng)
Có nhiều phương pháp đo khối lượng: dựa vào sự biến đạng hoặc sự dịch
chuyển Loadcell là loại cảm biến đo khối lượng dựa vào sự biến dang Loadcell có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng cấu tạo chung của loadcell dựa trên sự biến
dạng của Strain gage Khối lượng cần đo tác dụng vào khối kim loại đàn hổi làm biến dạng khối đó Bằng cách dáng các strain gage vào vật đàn hổi ta đo được biến đạng từ đó suy ra khối lượng Khối đàn hồi chế tạo bằng nhôm hay thép
không rỉ đã được xử lý đặc biệt, trên đó dán bốn strain gage làm từ lá kim loại
mỏng ghép theo kiểu cầu Weston Khi có một khối lượng đặt lên loadcell tức là có
một lực tác dụng lên loadcell làm cho điện trở strain gage 2 và 4 thay đổi và do đó
điện áp trên 2 đầu ra cũng thay đổi Còn điện trổ strain gage 1 và 3 không đổi, dùng để cân bằng cầu và bù ảnh hưởng nhiệt độ
Trang 7
Chương ] Lý thuyết liên quan
s* Quan hệ giữa khối lượng và tín hiệu ra của Loadcell :
Lực là tác động của vật này lên vật khác và truyền gia tốc cho vật mà nó
tác động Lực được tín bằng công thức F = my
Trọng lượng là lực gây ra bởi sức hút trái đất lên vật và được tín bằng công
thức W = mg Trong đó:
T là gia tốc của vat, don vi m/s’
ø là gia tốc trọng trudng (= 9.80665 m/s”)
F' là lực tác động lên vật gây nên gia tốc Y đơn vị là Newton (N)
m là khối lượng của vật, đơn vị là Kg
W trọng lượng đơn vị là Kgf
Kỹ thuật đo lực và trọng lượng rất đa dạng, thường dựa vào các nguyên tắc
sau:
+ Cân bằng: cân bằng lực muốn đo với lực đã biết (quả cân, lực lò xo) + Biến dạng: đo biến dạng của một lực dưới tác dụng cau Ii (strain
gage, áp điện )
+ Di chuyển: đo sự duy chuyển của vật suy ra lực
+ Gia tốc: đo gia tốc suy ra lực Strain gage hoạt động dựa trên sự thay
Trang 8Chương ] Lý thuyết liên quan p điện trổ suất # chiéu dai S tiét dién D đường kính dây dR’ dp ¿0 5 02 Fy 2dD 0 Rd p de D dé < ứng suấtdọc , aD , wf D ung suat ngang ¢ 24D £ ty s6 Poissonv= ;/ ¿ D dé dR 0 : — — R a hé s6 gage : gag G G = -Ủ x1—2y giá trị G được cho bởi nhà sản xuất %ạ = 7 => dR=RGS=RG,
Strain gage thường được chế tạo từ kim loại đưới dạng một mạng lưới dây mồng đặt giữa hai lớp bảo vệ cách điện Điện trở strain gage thay đổi từ 100 đến 1000, G thay đổi tuỳ theo vật liệu Constantan G =2.05 Niken — chrome G = 3.50 Platinum — tungsten G = 4.50 Bán dẫn G= 150.00 Muốn đo biến đạng ta dán strain gage lên vật chịu lực và đo sự thay đổi điện trở
Trong mạch cầu có thể có một đến bốn strain gage tích cực Ta tìm điện áp
Trang 9Chương I Lý thuyết liên quan AK? R+Ru+Rụ Nguồn tương đương: AR "R+ Ry + Ry Row=R- Vas = V
Tỷ số A Re Z rất nhỏ nên điện trổ tương đương nhìn từ AB có thể xem là
R Nếu Rạ lớn thì áp ra của loadcell tỷ lệ với A £ Trường hợp có Rịạ thì:
_ VAR R,
R+R,+Rs R+R,
Như vậy, áp ra vẫn tỷ lệ với A R
Nếu nối song song các đầu ra của loadcell, giả sử 3 loadcell ta có: V= @ Uy ,A& R, R, AB )R, WR, WR, Néu cdc loadcell giéng nhau: k(A R, +A R, +A R,) =1 — 2 — 3ˆ : 3
Điện áp ra là trung bình cộng áp ra của các loadcell
Trang 10
Chương I Ly thuyét hén quan
II GIGI THIEU KHAI QUAT VE AT 89C51
AT 89C51 là một loại IC VĐK thuộc họ 8051 do hãng ATMEL sản xuất
mang những đặc điểm cơ bản sau:
> 4 Kb bộ nhớ chương trình (Flash memory) lập trình trên hệ thống (n system programmable_ISP) với 1000 lần ghi xoá
Hoạt động ở mức điện áp 4VDC - 5.5VDC
Hoạt động ở tần số OMhz — 33Mhz 3 cấp khoá bộ nhớ chương trình
128 byte RAM nội
64 Kbyte RAM mở rộng (RAM ngoạ!)
64 Kbyte không gian bộ nhớ chương trình mở rộng
Trang 11Chương ] Lý thuyết liền quan s% Sơ đồ chân AT 89C51 : P4.O CỈ ‡ ~- 48 H vo P1.tF š sa fo POG QAQO) Pag cts a8 CP Pot CADAY Pia a 87 E] EFQ.2 (A21 Pad cys BE DI POS tates] PUS tl 6 #8 C7 PGA (Ate) faa Cp? 84 POS GXDS] :1.? PC 8 4a HH P.6 (ADớI AST che $2 FH £ 3 (Rxm.Fa.e Cj 10 STR (T¥Oy Ps Coo a0 by ALE/PROS UNTO} 3.2 Ch fe 26 fo PSEN NTT} Pals CF 1 28 [P27 CAIs) {Toy.63.8 CÍ ¡4 a7 Pe 14 ATAU PSs oy ys 26 {7 Pa, (WH Po LỆ 16 25m Pa, {AO Pay ci 24 9 Po XYTAL# LỆ tô 22 q1 P2 XTáI.ì CỊ ï8 22 qd Pa _ NMG ] zữ 21 fs Hình 2.2: Sơ đồ chân AT 89C51 s% Chức năng từng chân AT 89C51:
+ port0: là port có 2 chức năng ở trên chân (từ 32 đến 39) có hai công dụng
Bình thường đây là cổng ra Để có thể vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vào thì mỗi
chân phải được nối tới một điện trở kéo lên bên ngồi, thơng thường giá trị điện trở này khoản: 4.7K->10K.Sở đĩ như vậy là vì port 0 có dạng cực máng hở, đây là điểm khác với các port 1,2,3 Khái niệm cực máng hở cũng tương tự như colector
hở (hình2.3) Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất /nhập trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành
bus địa chỉ và bus đữ liệu đa hợp
Hình 2.2: Sơ đô chân bên trong port 0 cua AT 89C51
+ portf1 : Port 1 là port IO trên các chân 1-8 Khác với port 0, port 1 không cần điện trở kéo lên vì nó đã có điện trở kéo lên bên trong(hình 2.3) Các chân được ký hiệu P1.0, PI.1, P1.2, , P1.7 có thể đùng cho giao tiếp với các thiết bị
Trang 12
Chương I Lý thuyết liên quan
ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho
giao tiếp với các thiết bị bên ngoài $ R +—[L >P1,P2,P3 By JFET =O
Hình 2.3: Sơ đồ chân bên trong port 1,2,3 của AT 89C51
+ port2 : port2 là một port công dụng kép trên các chân 21 — 28 được dùng
như các đường xuất/ nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế
dùng bộ nhớ mở rộng Port 2 cũng khác với port 0, port 2 không cần điện trở kéo lên vì nó đã có điện trở kéo lên bên trong(hình 2.3)
+ Port3 : Và port 3 cũng giống port 2 là đã có điện trở kéo lên bên trong Do đó port3 là một port công dụng kép trên các chân 10 — 17 Các chân của port này
có nhiều chức năng riêng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tín đặc
biệt của AT 89C 51 như ở bảng sau:
Bit Tén Dia chi bit Chức năng chuyển đổi
P3.0 RXD BOH Dữ liệu nhận cho port nối Tiếp P3.1 TXD B1IH Dữ liệu phát cho port nối tiếp
P42 INTO B2H Ngắt0 bên ngoài
P33 INTI B3H Ngắt 1 bên ngoài
P3.4 TO B4H Ngõ vào của timer/counter 0
P45 TI B5H Ngõ vào của timer/counter 1
P3.6 WR B6H Xung ghi b6 nhé di liéu ngoai
P3.7 RD B7H Xung đọc bộ nhớ đữ liệu ngoài
Bảng 1:Bảáng chức năng của các chân trên port3
- Các ngõ tín hiệu điều khiển :
$ Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable):
- PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được nói đến chân 0OE\ (output enable) cha Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh
Trang 13
Chương ] Lý thuyết liền quan - PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus đữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8951 để giải mã lệnh Khi 8951 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1
s4» Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) :
- Khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở
chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt
- Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có
thể được đùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 8951
s Ngõ tín hiệu EA\(External Access):
- Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0 Nếu ở mức
1,8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte Nếu
ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8951
s% Ngõ tín hiệu RST (Reset) :
-Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8951 Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset
s% Các ngõ vào bộ dao động trên chỉp :
Như đã thấy trong hình II.2, AT 89C51 có một bộ dao động trên chip Nó thường
được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19 Các tụ ổn định cũng được yêu cầu
như hình đã vẽ Tần số thạch anh thường sử dụng là 12MHz, 11,0592MH¿ TTL 19 XTALI | 18 XTAL2
Hình2.4: §9C51 ghép nối với mạch dao động TTL bên ngoài
$% Các chân nguồn : AT 89C51 vận hành với nguồn đơn +5V Vạ được
nối vào chân 40 và V„¿ (GND) được nối vào chân 20 ¢ Lénh reset:
P89V51RD2BN được reset bằng cách giữ chân RST ở mức cao ít nhất trong 2 chu kỳ máy và trả nó về mức thấp RST có thể được kích khi cấp điện đùng một
Trang 14Chương I Lý thuyết liên quan V V 100 10UF Ï— 8,2K Hình 2.5: Mạch reset hệ thống
IH GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ICL 7135
s% Sơ đô chân ICL 7135 U1 ICL7135 8 3 ——— BrCUT s B1 B2 [1s Hà AUTOO B4 Lễ 4 B8 3 D1 [1o ———] AcuD D2 Fe D3 —22 bik D4 CRF+ D5 25 7 —B/H F2 — cRr- STRB f7 IN+ BUsY |“ — 20 iN g OVRNG = POL KS —2) REF Qunprne -
- IC L7135 là bộ chuyển đổi tương tự sang số có 8 ngõ ra tương thích TTL
s* Các thông số kỹ thuật của IC L7135
Điện áp nguồn nuôi : Vcc = 5VDC
Dòng điện tiêu thụ khoảng 2mA Tầm nhiệt độ làm việc 0°C - +70°C Dãi tín hiệu analog lối vào 0 - 5V
+ Các chân của IC L7135
REF : Ngõ vào điện áp chuẩn
AGND : Chân nối mass của phần analog
DGND : Chân nối mass của phần digital
VCC-, VCC+ : Hai chân nối nguồn đôi CRF- , CRF+ : Hai chân nối với tụ chuẩn
INT OUT : Chân nối với điện trở trộn tín hiệu
AUTO 0 : Chân nối với tụ tự điều chỉnh điểm không
BF OUT : Chân nối với điện trở đệm
VVVV
VVVVVV
VV
Trang 15
Chương ] Lý thuyết hiền quan > BUSY : Ngõ ra của tín hiệu đigital để nhập vào bộ vi điều khiển
> POL : Ngõ ra để nhập vào bộ vi điều khiển, giúp bộ vi điều khiển nhận biết
chiều phân cực của tín hiệu được chuyển đổi
Trang 16
Chương I Ly thuyét lién quan
4% Hoạt động tổng quát của IC L7135
- ICL7135 được chia ra thành hai phần: phần ananlog và phần digital ; phần
đigital bao gồm những mạch đếm, các ngõ vào, ngõ ra và một nguyên lý kiểm sốt
điều hồ thời gian của mỗi chu kỳ đo lường Mỗi chu kỳ đo lường bao gồm 4 pha:
1) tự về không (au(o-zero), 2) trộn tín hiệu (signalintegrate) (NT), 3) tích phân
chuẩn (DE) va 4) tích phân về không (ZI) Để thực hiện các pha trên trong IC
L7135 có 3 bộ khuếch đại thuật toán thực hiện các chức năng là: Mạch đệm, mạch tích phân, mạch so sánh Phần digital điều khiển sự hoạt động của phần analog
bằng cách sử dụng các mạch đếm và trạng thái của mạch so sánh mỗi khi bắt đầu của mỗi pha
+ Pha tự động về không (auto-zero)
Trong pha này, ngõ vào cao và ngõ vào thấp (+/-) được tách rời khỏi chân
và tự nối mạch với điểm chung analog Đầu ra của mạch so sánh được kết nối với đầu vào đảo của mạch tích phân, trong cùng thời điểm, đầu vào không đảo của
mạch tích phân được kết nối với đầu vào của mạch đệm Mạch phản hổi này nạp cho tụ tự động về không Cạz bù cho điện thế bù của mạch đệm, tích phân và so
sánh Cũng trong pha này, tụ chuẩn được nối với điện thế chuẩn Chu kỳ tự động về không bao gồm ít nhất 9800 chu kỳ, trừ sau chỉ số quá mức Sau chỉ số quá mức, pha tích phân về không kéo đài làm giảm pha tự động về không xuống 3800 chu
kỳ
+ Pha trộn tín hiệu (TINT)
Vào giai đoạn cuối của pha tự động về không, mạch này được mở và ngõ vào cao, ngõ vào thấp được đóng với chân ngoài theo IN-HI va IN-LO Vùng analog trộn hiệu điện thế giữa ngõ vào cao, ngõ vào thấp Hiệu điện thế phải nằm
ở chỉ số mức chung của ICL7135 Điện thế trong tụ phân tích ở giai đoạn cuối của pha trộn tín hiệu là trực tiếp tương ứng với điện thế so sánh giữa Input-Hi và Input-
Lo và cũng phải tương ứng với độ dài của pha trộn tín hiệu Pha trộn tín hiệu kéo đài trong khoảng thời gian tương ứng chính xác là 10000 chu kỳ Tại pha này,
chiều phân cực tín hiệu vào cũng được xác định
+ Pha tích phân chuẩn (DE)
Vào giai đoạn cuối của pha trộn tín hiệu, ngõ vào cao, ngổ vào thấp được
tách khỏi chân ngồi, chân khơng đảo của mạch tích phân được tự động đóng phá với mạch chung của analog và nguồn vào đệm cũng được đóng khoá với một phía
của tụ chuẩn Phía còn lại của tụ chuẩn được nối vớimạch chung của analog Chiểu phân cực tại đầu ra của mạch tích phân xác định đâu là cực cuối của tụ chuẩn kết nối với đầu vào của đệm Chiểu phân cực của tụ chuẩn được lựa chọn và do đó
đầu ra của mạch tích phân sẽ luôn luôn ở trạng thái hướng về mạch chung analog
Trang 17
Chương I Lý thuyết liên quan hiệu điện thế đầu vào của mạch tích phân lúc này là điện thế chuẩn Pha tích phân chuẩn kéo dài trong 20.001 nhịp đếm hoặc cho đến khi mạch so sánh nhận được tín
hiệu rằng đầu ra mạch tích phân đã qua giới hạn bằng không Thời gian cần thiết
cho quá trình chuyển về không sẽ tỉ lệ với tín hiệu vào và tỉ lệ nghịch với hiêu
điện thế chuẩn Số chu kỳ cần thiết để chuyển về không được vùng digital xác định và giới hạn theo kết quả đo lường
Kết quả đọc = 10.000 * Vin/Vrer
Với: Vịy= điện thế vào
Vạpp= điện thế chuẩn
+ Pha tích phân về không (Z1)
Pha cuối cùng trong 4 pha là pha tích phân về không Đầu vào không đảo
của mạch tích phân được tự động kết nối với mạch chung analog và đầu vào đệm
được kết nối với đầu ra của mạch so sánh Điều này làm đóng mạch và làm cho đầu ra mạch tích phân phải về không Bình thường, pha này chỉ kéo dài trong khoảng từ 100 đến 200 nhịp đếm, thời gian thích hợp để điện tích còn lại trong tu
tích phân phóng ra Tuy nhiên, tình trạng quá mức sẽ xuất hiện khi đầu ra của mạch tích phân không trở về không vào cuối pha tích phân chỉ thị và một lượng điện áp sẽ đọng lại trong tụ tích phân tích Trong trường hợp này, pha tích phân về
không sẽ tăng lên 610 nhịp đếm để đảm bảo tụ tích phân xả hết trước khi chu kỳ đo lường tiếp theo bắt đầu
s* Hoạt động chỉ tiết của từng phần
+ Phần analog
- Mach chung analog (Analog common)
Mạch chung analog là mạch nối đất analog cho ICL7135 Nếu đầu vào thấp
(N-LO) ở mức điện áp khác với mach chung analog thì điện áp chung sẽ xuất hiện cho đù ICL7135 có một CMRR hoàn thiện, đầu vào thấp và mạch chung analog
nên được kết nối với nhau bất cứ lúc nào có thể Mạch chung analog 1a diém chuẩn của điện áp chuẩn Điện áp mạch chung analog thông thường được nối với hệ tiếp đất khi sử dụng nguồn cấp +-5V Khi ICL7135 hoạt động với điện áp nguồn cấp đơn mạch chung analog nên được kết nối với nguồn điện áp bằng một nửa giữa V và tiếp đất
- Đệm đầu vào (Input butter)
Đệm đầu vào của ICL7135 là đệm CMOS với điện áp vào chung xấp xỉ V”
- 1.0V tới V:+ 1.5V Dòng nh xấp xĩ 100uA và Đệm có thể cung cấp tới 40uA đối
với dòng đầu ra với độ ổn định cao
- Mạch tích phân (Integrator)
Mạch khuếch đại tích phân, tương tự khuếch đại đệm có thể cung cấp 20mA đối với đồng ra với độ ổn định cao trong khi có thể linh động ở khoảng 0.3V đối
với nguồn cấp này Cực cuối không đảo của mạch tích phân được kết nối với IN- LO trong pha phân tín hiệu, vì thế điện áp trong cực cuối IN-LO kích thích điểm
khởi động cho đầu ra tích phân trong tích phân tín hiệu Nếu IN-LO ở điện áp khác
Trang 18
Chương I Ly thuyét liên quan với nối đất thì sự linh động của đầu ra tích phân bị giới hạn và giá trị của tụ tích phân được tăng
- Mạch so sánh (Comparator)
Mạch so sánh kích hoạt điện áp tụ tích phân trong pha tích phân tín hiệu Ving digital dinh dang cho dau ra so s4nh theo méi chu ky va giới hạn cho chu kỳ tích phân tín hiệu khi mạch so sánh thay đổi trạng thái khi điện áp của mạch tích phân vượt quá giới hạn không Điện áp bù của mạch so sánh không tới hạn vì pha
tự động về không bù cho điện áp bù Đầu ra của tích phân là đầu ra duy nhất từ
ving analog tdi ving digital
+ Phan digital
- Phan digital bao gồm bộ đếm, khoá, ngõ ra đa chức năng và mạch điều khiển, mạch điều khiển kích hoạt các bộ đếm và mạch so sánh để xác định khởi điểm mỗi pha và gửi tín hiệu điều khiển đến phần digital nhằm điểu khiển khoá
analog khởi động nhịp nhàng theo mỗi chu kỳ đo lường Mạch điểu khiển cũng xác
định đầu vào ngoài, Chạy/Dừng và điều khiển đầu ra, giới hạn trên, giới hạn dưới,
chi tiết và dao động
- Chạy/Dừng (RUN/HOLD)
Khi Chạy/Đừng cao hay mở ICL7135 sẽ liên tục chuyển biến với mỗi đo lường ở độ dài 40.002 chu kỳ Khi Chạy/Dừng ở trạng thái thấp, ICL7135 sẽ hoàn thành đo lường và duy trì trong chu kỳ tự động về không, giữ kết quả cuối cùng
Nếu Chạy/Đừng ở trạng thái cao, sau giai đoạn cao nhất tích phân thì một chuyển hoán mới xuất hiện với khoảnh khắc tạm thời dừng lại từ 1 đến 10.001 chu kỳ giữa cạnh lên của đầu vào Chạy /Dừng và đầu ra Busy, xung Chạy/Dừng trong vùng
không hoạt động của pha tích phân sẽ bị để không nhưng ở pha tự động về không
thì chỉ một xung tương 300ns sẽ khởi động chuyển đổi
- Busy
Busy là trạng thái đầu ra sẽ tăng cao khi bắt đầu mỗi pha tích phân tín hiệu
và tiếp tục duy trì ở tình trạng cao cho tới mỗi xung đầu tiên vượt qua không trong pha tích phân tín hiệu (hoặc điểm cuối của pha tích tín hiệu nếu vượt quá giới hạn) Khoá đữ liệu trong tải trong chu kỳtiếp theo sau đỉnh hạ Busy Vì Busy là cao cho 10.000 nhịp đếm của tích phân tín hiệu + số lượng nhịp đếm trong tích
phân chuẩn + 1 chu kỳ nên cách gửi dữ Hệu chuyển đổi giảm xuống còn một cặp tín hiệu và Busy với bộ đếm trừ đi 10.001 nhịp đếm từ số lượng nhận được
- Đầu ra digit (Out put digit)
Đầu ra đigit tăng cao một cách đều đặn, D5 đến D1cho thời gian 200 chu kỳ đếm mỗi digit 5 digit liên tục được quét qua trừ sau đo trên mức Sau mỗi kết quả
trên mức, quá trình quét digit đừng lại sau quá trình đao động và tiếp tục duy trì ở trạng thái đừng hoạt động cho tới lúc khởi động pha tích phân chuẩn Để có kết quả trên mức theo một chuối liên tiếp, đigit sẽ được quét 21.000 nhịp đếm trong
40.002 nhịp dẫn đến kết quả ánh sáng hiển thị theo mạch chỉ thị trên mức - Đầu ra BCD (Out put BCD)
Trang 19
Chương ] Lý thuyết liền quan 4 chân đầu ra BCD là tín hiệu dương chứa đữ liệu dương tương ứng dòng đương dao động đigit Loại ICL7135 không có khoản lưu digit và dữ liệu thay đổi
theo cạnh đầu ra digit
- Dao động (STROBE)
Dao động đầu ra là dao động xung âm giúp đóng dấu ra BCD đa năng vào khố ngồi BCD Năm xung đao động âm xuất hiện tại trung tâm dữ liệu tương
ứng với mỗi kết quả đo lường của 5 digit một lần và chỉ một lần sau giai đoạn cuối
của chuyển hoán (ngay sau khi cạnh xuống của Busy) Dữ liệu của BCD có tác - dụng đối với cả hai cạnh của dao động và đữ liệu có thể được khoá trong khoá cảm ứng hay cạnh khoá kích hoạt Xung giao êm1us so vơi1/2 giai đoạn đếm
- Đầu ra trên mức và dưới mức (oyer range/under range)
Đầu ra ở trạng thái tích cực cao này được đẩy lên mức cao ở cuối Busy nếu kết quả đo lường là 1800 hay thấp hơn (đưới mức ) hoặc cao hơn 19.999 (trên
mức) Dưới mức được lập lại vào thời điểm bắt đầu của pha trộn tín hiệu, trên mức
được lập lại vào thời điểm bắt đầu tích phân tín hiệu
- Chiều phân cực (polarity)
Chiểu phân cực đầu ra xuất hiện ở thời điểm bắt đầu của mỗi pha tích phân tín hiệu và trở nên cao đối với tín hiệu ra đương Chiều phân cực đầu ra có tác
dụng đối với tất cả các đầu vào bao gồm tín hiệu +-0 và tín hiệu trên mức
IV GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC
IV.1 Led 7 doan (led 7 segment):
Trong hệ thống vi xử lý, bộ hiển thị đóng vai trò rất quang trọng: dùng để
giao tiếp giữa hệ thống và người sử dụng, cho phép người sử dụng quan sát, ghi nhận quá trình làm việc của hệ thống
Bộ hiển thị sử dụng trong đồ án này có chức năng hiển thị giá trị: khối lượng của sản phẩm Bộ hiển thị bằng 4 led 7 đoạn
Có hai loại led 7 đoạn: loại anode chung và loại cathode chung
Mỗi loại lại có nhiều loại như led đơn, led đôi, led ba Các loại led có kích thước và cách bố trí chân khác nhau Mỗi đoạn được cấu tạo giống như là một điode quang có áp rơi trên đầu led thường khoảng 2V, đồng qua led khoảng từ 0 - >20maA; và tùy thuộc vào kích thước led mà dòng có thể khác nhau
Trang 21Chương I Ly thuyét lién quan Tạ _ 1 wee BINARY 1G1 41M“—ä — COUNTER 103 103 Tp Tạ 20P 42 BINARY 204 | 2MR COUNTER 20, 20% GND =T Vee =t4 e & e © + ở #9 323$ OR om ——>z a e Š OF e 3 one oT BR 4285 ag © BiH) Bia ay Ry Bigs IC 74LS393 bao gồm hai bộ đếm nhị phan 4-1/2 bit: - Bộ thứ nhất từ chân số 1-> chân số 6 - Bộ thứ nhất từ chân số 8-> chân số 13 - chân số 7 là GND, chân số 14 là VCC
Mỗi bộ đếm bao gồm 4 trigơ ghép nối tiếp nhau theo một trình tự nhất định
sao cho bộ đếm thực hiện được phép đếmtín hiệu vào tương ứng với một loại mã, trong đó mỗi trigơ đại diện cho một bit
Số lượng xung đếm ngõ vào của bộ đếm trong một chu trình hoạt động được gọi là dung lượng của bộ đếm hay môdul đếm Đối với IC 74LS393, mỗi bộ đếm có thể đếm tối da 2*
Trang 22Chương I Ly thuyét liên quan G1105 tP GOUMT x ` tr“ x 421 bỳi oe YE RG gt ER MSE CRE ob ` i 2 RM 1 & t§ v š ư|a] ¿| ai mì + mis eZee REAP eiapaepeiopede dee de pe ES CP QOUNT 4: QUYPUT ia Change IV.3 OP07
La IC khuéch đại thuật toán có khả năng khuếch đại chính xác
và còn có thể chỉnh được điện áp Offset ở ngõ ra Sơ đồ chân: VA Vay YpHd TT # opQz PE] gg TRIM “Tz — pF] Fe sob] >for VỆ HỆ Nữ „ NG QOMNBEGT Â S4 Sơ đồ mạch chỉnh offset: GFESET 3 Xe CHÚT Xe@ex
Figure 1 ngalt GifssteAollane Noii Cuculit
V SƠ LƯỢC VỀ CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Cơ cấu chấp hành có thể hiểu là một bộ phận máy móc, thiết bị có khả năng
Trang 23
Chương Lý thuyết liên quan
hiệu điểu khiển Cơ cấu chấp hành có thể phân ra làm ba nhóm chính dựa trên nguồn năng lượng sử dụng:
+ Các cơ cấu chấp hành thuỷ lực + Các cơ cấu chấp hành khí nén + Các cơ cấu chấp hành điện
V.1 Những khái niệm cơ bản của hệ thống khí nén
Khí lực học là một khoa học công nghệ về áp suất khí nén, về việc tạo ra
thế năng khí nén, cách sử dụng nó trong các cơ cấu dẫn động quay và tuyến tính và cuối cùng sử dụng khí nén như là một đối tượng chuyên chở tín hiệu để thực hiện việc điều khiển phức hợp và trình tự logic Những hệ thống khí nén bao gồm những thiết bị :
Máy nén khí là một thiết bị chuyển đổi công suất hiệu dụng từ motor điện hoặc động cơ đốt trong thành công suất khí nén ở cơ cấu dẫn động
Các van dùng để điểu khiển hướng của dòng lưu chất đến cơ cấu dẫn động hoặc xử lý những chức năng phát tín hiệu logic để thực hiện việc điểu khiển theo trình tự của cơ cấu dẫn động khí nén
Các van điều khiển dòng chảy và áp suất sẽ điểu khiển mức độ công suất
được sản sinh ra trên các cơ cấu dẫn động và các motor khí nén
Các cơ cấu chuyển động sẽ chuyển đổi thế năng của không khí nén thành
công suất cơ khí hữu dụng đầu ra tại những nơi yêu cầu
Những đường dẫn sẽ nối các thiết bị hệ thống khác nhau cung cấp đường dẫn công suất cho không khí nén ở trạng thái chuyển động hoặc trạng thái tĩnh
Các thiết bị lưu trữ, lọc sạch phải đủ dung tích và có chất lượng cao, dé dim
bão lượng không khí nén đầy đủ và được lọc sạch, cũng như là đủ lượng dầu bôi trơn trong không khí nén để tăng tuổi thọ làm việc cho các cơ cấu dẫn động và các van của hệ thống
4 Ưu điểm của truyền động công suất bằng khí nén:
- Các bộ chuyển đổi công suất dùng khí nén như là: các cơ cấu và máy nén
khí, có thể định vị một cách tự do không gò bó
- Không khí dùng để nén hầu như có số lượng không giới hạn và có thể xả ngược trở lại bầu khí quyển
- Tính an toàn và sự bảo vệ quá tải: bằng cách sử dụng các van xả an toàn và khả năng nén được của không khí
- Không khí nén có thể được lưu trữ và xả ra từ một bình chứa, mà bình chứa
này có khả năng tích trước thế năng
- Hệ thống khí nén làm việc một cách an toàn ở những khu vực có sự rủi ro về nổ, và không nhạy cẩm với nhiệt độ cao đưới 120 °C
- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống
dẫn, do đó không còn tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn
- Các cơ cấu dẫn động tuyến tính hoạt động với tốc độ cao (có thể lên đến 2 mét / giây), và tốc độ của chúng có khả năng biến đổi vơ hạn
͆ DƯỠNG PHốt ee "|
| THU VEEN
Trang 24
Chương ] Lý thuyết liền quan - Các thành phân vận hành trong hệ thống (cơ cấu dẫn động, van ) có cấu
tạo đơn giản và đo đó không đắt tiền
- Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành
Trang 25
Chương ] Lý thuyết liên quan
4 Các Piston được sử dụng phổ biến: Piston tác động đơn (Piston trở về do tai) Bộ tác động đơn T _- Bộ tác động kép Bộ tác động kép với thanh đẩy hai L đầu Of | | V.2 Chon van va xylanh khi nén ¢ Van khi nén:
Áp lực trong hệ thống khí nén được truyền theo mọi hướng và tuân thủ định luật Pascal Áp lực chất khí P được định nghĩa là lực tác động lên một đơn vị điện tích p= F S Trong đó : P: áp suất ,Pa F:lực,N Š: diện tích ,m2 ` Oj
Modul dan héi: B= VỊ x)
Trong đó : B : modul đàn hồi V : thể tích khí ban đầu õp: sự thay đổi áp lực
Sv: sự thay đổi thể tích
Trong hệ thống này này ta sử dụng van để điều khiển piston đóng mở cửa
xả nguyên liệu Piston này có thể dùng loại piston hành trình kép một đầu trục
điều khiển bằng khí nén Do đó van cũng chọn loại có hai vị trí và ít nhất phải có
ba cửa
Trang 26
Chương I LY thuyết liền quan
Dựa vào những đặc tính của hệ thống và đường đặc tính của van ta chọn loại van 5 cửa/2 vị trí 4 A T \ \ / _L Kí hiệu: | ¢ Xylanh khi nén:
Xilanh khí nén trong hệ thống này có nhiệm vụ đóng mở cửa xả nguyên liệu, đo đó ta chỉ cần đùng xilanh loại hành trình kép một đầu trục Ký hiệu: V,3 Máy nén khí:
chọn máy nén khí loại nhỏ (trên phòng thí nghiệm tự động hoá)
V,4 Chọn các role trung gian:
Chon cdc role trung gian là vì: khi ta đóng mở các van vì tiếp điểm của ngõ ra PLC không chịu được dòng lớn nên ta phải mượn tiếp điểm phụ, đó là tiếp điểm
của role trung gian
V.5 Chọn cảm biến hành trình và tủ điểu khiển + Cảm biến hành trình
Ở đây em chọn hai công tắc hành trình dùng để phát hiện piston 4 và piston 5 đã kẹp bao chưa? Sau đó gửi tín hiệu tới PLC Công tắc hành trình được đất gần hai piston PT4 va PTS
+ Tủ điều khiển : Vật liệu là tử điện hình chữ nhật bằng thiết có kích thước:30qnm)X30(mm)X15(mm)
VI KHAI QUAT VE PLC LOGO
VI.1 Giới thiệu sơ lược về PLC “ PLC la gì:
PLC ( Programmable Logic Controller ) 1a b6 diéu khiển logic lập trình được, là một thiết bị điều khiến được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung,
đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điểu khiển nhiều loại máy móc và
các bộ xử lý Các chức năng được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình Nghĩa là PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình
Sự ra đời và phát triển của PLC
Trước hết hãy xem các vấn để về điều khiển chu trình Một chu trình (hay
một đãy) các việc đóng mạch và ngắt mạch như trước đây khi chưa sử dụng PLC có các vấn để sau:
Trang 27
Chương I Lý thuyết liên quan
+ Thường phải thay đổi vị trí, vì nó chỉ biết được trạng thái làm việc tốt nếu
máy vận hành tốt kể từ nối mạch và nhận một dãy lệnh
+Nội dung chu trình phải làm mới trước lúc bắt đầu đi vào sản xuất và khi thay đổi dòng sản phẩm
+ Mất nhiều thời gian để vượt qua được nhiều bước thiết kế chu trình nay đủ trong quá trình phát triển sản phẩm, tạo nguồn thứ tự sơ đồ nối dây, mua săm các phần, xem kiểm tra và kiểm tra vận hành tại chỗ (làm việc)
+ Ở giai đoạn cần tính nhiều đến hiệu quả kinh tế và thời gian thanh toán, các thiết bị trổ nên rất nhiều ở mức cao Chẳng hạn, số rơle sử dụng có điều khiển nhiều bấy nhiêu, thì khả năng sai hỏng bị xẩy ra thường xuyên bấy nhiêu, bởi vì
độ tin cậy làm việc cùa các tiếp điểm rơle là có giới hạn
Do những lý do trên, trong lao động và sản xuất đòi hỏi các thiết bị làm việc với độ tin cậy cao, đáp ứng nhanh Chính vì các yêu cầu trong sản xuất như vậy
PLC được ra đời và đáp ứng được các vấn đề sau:
+ Phải dễ đàng tạo luồng ra và đễ dàng thay đổi chương trình + Phải đơn giản cho việc thay thế và sữa chữa
+ Phải có độ tin cậy cao hơn so với các cấp điều khiển bằng rơle + Phải nhỏ hơn cấp d9iều khiển bằng rơle
+ Dữ liệu gởi ra ở đầu ra phải nối tới dụng cụ điều khiển trung tâm + Phải rẽ hơn điều khiển bằng rơle
+ Phải có khả năng nối thêm chức năng — nối thêm modul
+ Khi nhân được tín hiệu vào phải xử lý nhanh để cho tín hiệu ra
PLC ra đời như thế và có thể không cần các kiến thức chuyên nghiệp Do đã
tạo ra giá trị của việc thay đổi các chức năng điều khiển bằng chương trình, nên nó bất ngờ nhận được nhu câu như hiện nay và đang được để nghị tăng nhanh số
lượng Sinh ra trên cơ sở của công nghệ máy tính và vật liệu bán dẫn, để giải quyết các bài toán như thay đổi một dãy chu trình các rơle và PLC ngày nay đã
được ứng dụng vào tất cả các ngành công nghiệp
% So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thường khác
Hiện nay, các hệ thống điểu khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khién bing role, contactor théng thudng Ta hay so sánh thử ưu và khuyết điểm của hai hệ thống trên:
e Hệ thống điều khiển thông thường:
+ Thô kệch do quá nhiều dây dẫn và rơle trên bản điểu khiển +Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt
+Tốc độ hoạt động chậm
+Công suất tiêu thụ lớn
+Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ, tốn nhiều thời gian
+Khó bão quản và sữa chữa
Trang 28
Chương ] Lý thuyết liền quan
Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn + Công suất tiêu thụ ít hơn
+ Sự thay đổi các ngõ vào, ra và dié khiển hệ thống trở nên đễ dàng hơn nhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên console
+ Tốc độ hoạt động của hệ nhanh hơn
+ Bão trì và sữa chữa để dàng
+ Độ bền và tin cậy vận hành cao
+ Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng + Có thiết bị chống nhiễu
+ Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu
+ Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện
các lệnh tuần tự của nó
+ Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết
Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bị điều khiển thông thường khác PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh tuỳ theo yêu cầu của công nghệ Khi ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó, điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC
Các bước thiết kế một hệ thống điểu khién ding PLC
Để thiết kế chương trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau:
Bước 1:
Xác định các yêu cầu để ra Ví dụ chương trình yêu cầu chúng ta những gì thì
cần phải liệt kê đầy đủ Bước 2:
Xác định số lượng các ngõ vào bao gồm: hệ thống các cảm biến, nút nhấn
Nguyên lý làm việc của từng thành phần Và mối quan hệ giữa chúng với
nhau Nếu có bản vẽ bố trí thì chúng ta cần phải quan tâm đến
Bước 3:
Xác định số lượng các ngỏ ra bao gồm: hệ thống các contactor, xylanh khí
nén, thủy lực, động cơ điện Bước 4:
Lập sơ đổ giải thuật hay giản đổ Grafcet chương trình điều khiển Quá trình này được lập ra từ những yêu cầu ở bước 1 Từ đây ta sẽ xác định quá trình điều
khiển của chúng ta bao gồm bao nhiêu bước( bao nhiêu công việc trong các thời
điểm khác nhau) Và đồng thời xác định điểu kiện để chuyển từ bước này sang
Trang 29Chương ] Lý thuyết liên quan Điều kiện 1 Step 0l l&—— Công việc 1 ET—— Điểukiện2 Step UZ —— Cộng việc 2 : Điều kiện 3 Step U23 I«e—— Cạng việc 3 Điều kin4 7 †— Điểukiên5 ——~ Điều kiện 6 : Ỳ Ỳ `
Step_ Ø7 Step_ 04 Step_ 09
Công việc 4 Công việc 5 Công việc 6
Sơ đồ Grafcet mẫu:
Thông thường các bước thực hiện độc lập với nhau Vì vậy khi một bước nào đó thực hiện công việc thì các bước còn lại không thực hiện
Bước 5:
Từ sơ đồ giải thuật đó chúng ta tiến hành viết chương trình điều khiển cho
thiết bị của mình ứng với những yêu cầu thực tế đặt ra
* Ưu nhược điểm của PLC
Cùng với sự phát triển phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được
các tính năng cũng như lợi ích của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử
dụng giải quyết được nhiều vấn để phức tạp trong điều khiển hệ thống
Ưu điểm đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây các tín hiệu ở ngõ vào/ra ), mà không cân thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn
Trang 27
Trang 30
Chương ] Lý thuyết liên quan PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công nghiệp Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng có từ trường mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ và độ ẩm môi trường cao
Không như các hệ thống củ, PLC có thể dé dang lắp đặt do chiếm một
khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác
Điều này càng tổ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống khác Điều này càng tò ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác
Cuối cùng là người sử đụng có thể nhận biết các trục trace của hệ thống
PLC nhờ giao điện qua màn hình may tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng
nhận biết các hỏng hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng,
điều này làm cho việc sửa chửa thuận lợi hơn
% Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC:
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp lẫà dân dụng Từ những ứng dụng để điểu khiển các hệ
thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng
dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dung các thuật toán trong quá trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm: -Hoá học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu,điều khiển hệ thống ống dẫn -Chế tạo máy và sản xuấ: Tự động hoá trong chế tạo máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại
-Bột giấy, giấy, xử lý giấy:Điều khiến máy bơm, quá trình ủ bột, quá trình
can, gia nhiét
-Thuỷ tỉnh và phim ảnh: Quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đóng,
các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy
-Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm
soát quá trình sẩn xuất, bơm (bia, nước trái cây, )
-Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng
-Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các
turbin, .), các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than
gổ, dầu mỏ,
VI.2 Tim hiéu vé PLC LOGO
Logo là một modul đa nang mdi cia hang Siemens
Logo bao gồm các phần sau: + Các chức năng điều khiển
+ Bộ điều khiển vận hành và hiển thị + Bộ cung cấp nguồn
Trang 31
Chương ] Lý thuyết liên quan + Các ngõ vào ra
+ Một giao diện cho lập trình và cáp nối với máy tính
+ Các chức năng cơ bản thông dụng trong thực tế như các hàm thời gian, tạo xung
+ Một công tắc thời gian theo đồng hồ( có pin nuôi riêng)
+ Logo có thể dùng để điều khiển các hệ thống dân dụng: chiếu sáng, bơm nước, báo động hay tự động điều khiển trong công nghiệp: điều khiển đợng cơ,
máy lạnh, máy nén, máy công nghệ VI.2.1 Tổng quát về PLC logo 24L
+ Nguồn nuôi: 24 Vdc
+ Có 12 ngõ vao digital va 8 ng6 ra digital ding transistor có Tomax=0,3A + Kh6i chife ning co ban: AND, AND (Edge), NAND, NAND (Edge), OR, NOR, XOR, NOT
Trang 32
Chương 1 LY thuyét lién quan
VI.2.2 Điều kiện va trạng thái hoạt động của Logo
a Logo có thể hoạt động được khi: + Có chương trình lưu trữ trong Logo
+ Có chương trình trong memory card và được gắn vào Logo
Có bốn nguyên tắc khởi động Logo:
1 Nếu không có chương trình trong Logo hay memory card thì Logo hiển thị thông báo: No Program
2 Nếu có chương trình trong memory card, nó tự động sao chép vào
Logo Nếu đã có chương trình thì nó sẽ chép đè lên chương trình cũ
3 Nếu có chương trình trong Logo hay trong memory card thì Logo sẽ
nhận trạng tthái khi ngắt nguồn
4 Thời gian và giá trị đếm bị xóa khi ngắt nguồn
b Các trạng thái hoạt động của Logo
1 Logo ở trạng thái “STOP” khi “No Program” Hay khi bật sang phương thức lập trình Khi “STOP” thì: Các ngõ vào không đọc, chương trình không thực hiện, các ngõ ra luôn hở
2 Trạng thái “RUN” khi đã chọn “START” trong menu chính hay chọn “Parameterizetion mode” Khi ở trạng thái “RUN” thì: Đọc các trạng thái ngõ vào, chương trình cho phép hoạt động, các ngõ ra ƠN hoặc OFF,
ce Các phím bấm trên Logo:
+ OK: phím cho chương trình đã chịn vào Logo, ESC: phím thoát ra, các phím mũi tên: lên ^, xuống, trái 4, phải } để chọn các ngõ vào/ra, chức năng
các thông số
VI.2.3 Phương pháp lập trình cho PUC LOGO
Khi lập trình cho Logo thì có hai phương pháp lập trình: thứ nhất phương
pháp bằng tay (lập trình trực tiếp trên Logo) và thứ hai là sử dụng phần mềm lập trình trên máy tính và sau đó dùng cáp kết nối máy tính với PLC Logo và đổ
chương trình xuống Logo Trong luận án này em sử dụng phần mềm “LOGO!Söoft-
comfort V4.0” để lập trình cho Logo 24L
Lập trình có nghĩa là nhập một mạch vào Logo Chương trình thực ra là một
cách thực hiện khác của sơ đồ mạch Chúng ta phải thay đổi cách thể hiện cho phù
hợp với Logo Sơ đổ mạch điều khiển tiếp điểm có thể vẽ theo dạng sơ đồ hình
thang LAD, hoặc có thể dùng các khối ký hiệu cho các chức năng khác nhau,
Trang 33Chương I Lý thuyết lién quan
Ta thấy hai tiếp điểm I1 và I2 nối tiếp điều khiển ngõ ra Q1 thì dug thay đổi thành Iivà I2 qua cổng AND điều khiển ngõ ra Q1
VI.2.3.1 Các chức năng cơ bản GE (Genaral function)
Khi nhập vào một mạch, chúng ta có thể chọn các khối chức năng cơ bản trong bảng sau: Ký hiệu trên sơ đồ mạch | Ký hiệu trên Logo Chức năng cơ bản Y/Y ⁄_—S5 & Tiếp điểm thường hở nối tiếp AND OR Tiếp điểm thường hở song song —r—— } Ũ NOT Mạch đảo af — | — =] , —— XOR
Trang 34Chương I Lý thuyết liên quan INN NOR Tiếp điểm thường đóng nối tiếp VỊ.2.3.2 Các chức năng đặc biệt SE 1 Ham on_delay Trạ|T 1| H T HLT
Trg(Trigger): là ngõ vào của mạch ÒÔn_ delay T(Timer): là thời gian trễ của mạch On_ delay
Khi ngõ vào Trg có trạng thái “1' thì mạch bắt đầu tính thời gian trễ Nếu
ngõ vào Trg có trạng thái “1' đủ dài thì sau thời gian trễ T, ngõ ra Q có trạng thái ‘Tl’,
Khi ngõ Trg trở lại mức “0° thì ngõ ra Q trở lại mức ‘0’ Nếu ngõ Trg có
trạng thái “1 rồi trở lại trạng thái “0° với thời gian nhỏ hơn T thi ngõ ra không đổi trạng thái và thời gian trễ đang tính sẽ bị xóa 2 Ham off_delay Ham Off_delay cé ky hiéu trén so dé va trén Logo Tre _ t Jha T1 00:0Am+ '
Trg (Trigger): là ngõ vào của mạch Off_ delay
Rứeset): Là ngõ vào chấm dứt thời gian trễ và điều khiển ngõ ra Q xuống
mức “0”
T(Timer): là thời gian trễ của mạch Off_ delay
Khi ngõ Trg lên trạng thái “1” thì ngõ ra Q cũng lên trạng thái “1' Khi ngõ
Trg xuống trạng thái “0° thì sau thời gian trễ T, ngõ ra Q cũng xuống trãng thai ‘0’
Trường hợp ngõ Trợ xuống “0)' trong thời gian ngắn hơn T rổi lại lên “1' thì thời
gian trễ đang tính sẽ bị xóa và bắt đầu tính thời gian trễ trở lại khi ngõ Trg trổ về
‘0’
Khi ngõ ra Q ở trạng thái “1' trong thời gian trễ T, nrtếu ngõ R lên “1 thì ngõ ra Q sẽ xuống “0° ngay lập tức
3 Role xung
Rơle xung là loại rơle điều khiển ngõ ra bởi Trg bằng trạng thái ‘1’ dạng xung Mỗi lần ngõ Trg nhận một xung kích dương thì ngõ ra bị thay đỗi trạng thái một lần
Trang 35Chương I Ly thuyét liên quan SFũ2 Trg 7) R amt 8 Ram= off |
Khi ngõ Trg nhận xung dương “1' thứ nhất thì ngõ ra Q lên trạng thái
“1° Khi ngõ Trg nhận xung dương thứ hai thì ngõ ra Q xuống mức “0°
Trường hợp ngõ ra Q đang ở mức “1°, nếu ngõ R lên trạng thái “1' thì
ngõ ra Q xuống ‘0’ tifc thời 4 Đồng hồ thời gian thực
Trong Logo có hai loại đồng hồ thơi gian thực: Một loại cho phép ta cài đặt thời gian trong tuần và một loại cho phép ta cài đặt thời gian trong năm TD1 B01:N0OI Nơi (DỊ 6 Day: SA+ ve I ON: 10:30 Nga TT OFF: 12:00 N3”
+ B01: Nọi có nghĩa là cam số trong khối B01(đồng hồ theo tuần có ba cam
thời gian điều khiển ngõ ra Q)
+ Day: để chọn các ngày trong tuần từ thứ hai đến chủ nhật
+ ON: thời gian mở có nghĩa là ngõ ra Q lên mức “1" + OFFE: thời gian tắt có nghĩa là ngõ ra Q xuống mức ‘0’
+ Ngày trong tuần có thể chọn một trong bẩy ngày của tuần(từ thứ hai đến chủ nhật) hoặc có thể chọn nhiều ngày trong tuần
+ Thời gian mở ON và thời gian tắt OFF có thể chọn từ 00.00 đến 23.59 giờ + Nếu chọn thời gian ON/OFF cho ba cam trùng nhau nhưng khác thời điểm
thì thời điểm ON/OFF của cam nào đến sớm hơn thì thực hiện thực hiện thời gian
của cam đó
5 Rơle chốt
Trang 36Chương | Lý thuyết liên quan
5B _Ƒ L TL T Le
R TT TL
_TL_T1LT L_ 6
Ngõ ra Q lên mức “1' khi ngõ Snhận một xung kích dương, còn khi ngõ ra Q xuống mức “0° thì ngõ R nhận một xung kích dương 6 Mạch phát xung đồng hồ En - T 4iu1 2 +] 4 T +] Is Q Mach phát xung đồng
cho ra xung vuông đối xứng chuẩn với thời gian định trước T là thời gian ngõ ra Q lên mức “1' và cũng là thời gian ngõ ra Q xuống mức ‘0’
7 Rơleon delay có nhớ
Rơle On_ delay có nhớ khác với rơle On_delay không nhớ ở chỗ:
+ rơle On_ delay có nhớ chỉ cần xung kích ở ngõ vào thì mạch vẫn có thể hoạt động và tính thời gian trễ để kích ngõ ra Q lên mức “1° Nhưng không tự về “0° được mà cần phải có xung kích mức “1' ở ngõ R thì ngõ ra Q mới về “0° + Tạ —JL ——LI_— rg -TL— ⁄ i Roa Ln R —————Y_——— Par uy 9 _ T1: [— Q Ta —Jeqol_ ol § Bộ đếm lên/xuống 17 - bir -+/-Ƒ 8
+ R(reset): khi ngõ R =1 thì giá trị đang đếm sẽ bị xóa và trở vé gid tri ‘0’
+ Cnt: Khi ngõ Cnt từ “0° lên “1' thì bộ đếm nhận tính hiệu để đếm Tần số
đếm từ: 5Hz->2KHz (đối với Logo 24L)
+ Dir: Khi Dir =0 thì mạch có chức năng đếm lên còn khi Dir =1 thi mạch có
chức năng đếm xuống
+ Par: Chọn số đếm giới hạn cho bộ đếm Khi số đếm lớn hơn hoặc bằng giá
trị đã chọn thì ngõ ra Q lên “1” Giá trị đếm có thể chọn trong khoảng: 0-> 999999 (đối với PLC Logo 24L)
Trang 37Chương I Thiết kế mô hình CHUONG II: THIET KE MO HINH I MO HINH CAN DONG BAO TY DONG Phêu chưa t)guyễn liệu Phiên cần Pheu gig vA che sha phẩm vào hao Báo đựng sẵn nhầm
- Phểu chứa nguyên liệu, phểu cân và phểu giử và cho nguyên liệu vào bao, vật liệu là thiết, hình dạng như hình minh họa trên
- Giá đỡ vật liệu được làm bằng sắt
II NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA MƠ HÌNH
Ban đầu PT1,PT2 ở trạng thái đóng không cho nguyên liệu rơi xuống phểu
cân, còn PT3 ban đâu cũng vậy không cho nguyên liệu rơi xuống phểu giữ bao để cho sản phẩm vào bao
$% Sơ đồ khối hoạt động của mô hình
Trang 38C hương II om Thiết kế mô hình PTI1,PT2 mở cho sản 1(LS1 tác động) l«—————
Trang 40Chương III Thiết kế mạch điều khiển CHUONG III: THIET KE MACH DIEU KHIEN I SƠ BO KHOI X Vv »| Load cell »| Mạch đầu „| Hiển thị lên: cân led A A Cai dat Ỉ Vv Tu diéu »| LOGO Khối mạch khiển nguồn Khối lượng Ỷ Mô hình
Load cell biến đổi tín hiệu khối lượng thành tín hiệu điện áp, tín hiệu này được mạch đầu cân đọc về và biến đổi ngược trở lại thành khối lượng và hiển thị lên led Đông thời tủ điểu khiển có nhiệm vụ cài đặt khối lượng cho mạch đầu cân Khi khối lượng đọc về bằng khối lượng cài đặt thì mạch đầu cân sẽ xuất tín
hiệu xuống logo Sau đó logo sẽ điều khiển các thiết bị trên mô hình Còn khối mạch nguồn, mục đích là cung cấp nguồn điện áp DC +12V, +5V, -12V cho mạch
đầu cân, +9V cho load cell, +24V cho LOGO
II THIẾT KẾ CÁC KHÔI CHỨC NĂNG
II.1 Khéi load cell
Trong luận án này em dùng 2 load cell chữ Z kết nối lại với nhau và được treo ở
hai bên của phểu cân