Tiểu Luận Mô hình điều khiển dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao pptx

Trên đây là “ mô hình điều khiển dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao” do thạc sĩ PHẠM THÁI HOÀ hướng dẫn thực hiện Đề tài gồm nhưng nôi dung sau: Chương 1: sơ lược về hệ thống

Tiểu Luận

Mô hình điều khiển dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao

LỜI MƠ ĐẦU

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tựđộng hoá ngày càng cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tựđộng, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệđiện tử đã phát trển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khảtrình PLC

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sảnphẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường

sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động Dây chuyềnsản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệuquả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Qua bài khoá luận này em sẽ giớithiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào sản xuất dán nhãn và phân loại sảnphẩm theo chiều cao

Trên đây là “ mô hình điều khiển dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao”

do thạc sĩ PHẠM THÁI HOÀ hướng dẫn thực hiện

Đề tài gồm nhưng nôi dung sau:

Chương 1: sơ lược về hệ thống dán nhãn và phân loại sản phẩmtheochiều cao

Chương 2: tổng quan về bộ điều khiển PLC FX-1sChương 3: Thiết kế xây dựng mô hình

Trong quá trình thực hiện đề tài còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu thamkhảo cho vấn đề này đang rất ít, và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề nhưphần cơ trong dây chuyền Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn vàkinh nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đónggóp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo để đề tài này được hoàn thiện hơn

`

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN VÀ PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM THEO CHIỀU CAO

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay cùng với sự phát triển cùa ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuậtđiệntử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọilĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin

… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm gópphần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự pháttriển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốtnghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất,chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất.Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là sốlượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thốngnâng gắp phân loại sản phẩm, dán nhãn sãn phẩm Tuy nhiên đối vơi những doanhnghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong nhữngkhâu phân loại, dán nhãn, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vìvậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả Từ những điều đã đượcnhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ởtrường mún tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảo bảođược độ chính xác cao về kích thước Nên em đã quyết định thiết kế và thi côngmột mô hình sử dụng băng tải để dán nhãn và phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũivới thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải cókích thước tương đối chính xác và nó thật sự có ý nghĩa đối với chúng em, gópphần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triểncủa thế giới

1.2 CÁC BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM HIỆN NAY.

1.2.1 Các loại băng tải sử dụng hiện nay.

1.2.1.1 Giới thiệu chung.

Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệurời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất, cácthiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện vận chuyển các cơ cấunhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lòtrên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu

Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạthoặc 1 số sản phẩm khác Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thựcphẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoànthành giữa các công đoạn , các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ cácsản phẩm không dùng được

1.2.1.2 Ưu điểm của băng tải.

Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo cáchướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng

Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảodưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máyvận chuyển khác không lớn lắm

1.2.1.3 Cấu tạo chung của băng tải

Hình 1.1: Cấu tạo chung băng chuyền.

1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tốlàm việc

1.2.1.4 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựachọn một số loại băng tải sau:

Bảng 1.1: Danh sách các loại băng tải.

Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng

Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công

hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ vàlắp ráp

Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công

chuẩn bị phôi và trong lắp ráp Băng tải thanh

đẩy

50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên

khoảng cách >50m

Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các

nguyên công với khoảng cách <50m

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vậnchuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao,giá thành khá đắt.

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loạinày có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải làkhông hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phôivụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiềuxoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắnđược thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng

xi măng

1.2.2 Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay.

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trongthực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tínhlặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa

kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó

có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tíncủa nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời

là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này

Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tựđộng có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung làchi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam Vìvậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụngtrong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanhnghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc Bên cạnhcác băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó

là phải có hệ thống phân loại sản phẩm Còn rất nhiều dạng phân loại sản phẩm tùytheo yêu cầu của nhà sản xuất như: Phân loại sản phẩm theo kích thước, Phân loạisản phẩm theo màu sắc, Phân loại sản phẩm theo khối lượng, Phân loại sản phẩmtheo mã vạch, Phân loại sản phẩm theo hình ảnh v.v… Vì có nhiều phương phápphân loại khác nhau nên có nhiều thuật toán, hướng giải quyết khác nhau cho từngsản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau Ví dụ nhưmuốn phân loại vải thì cần phân loại về kích thước và màu sắc, về nước uống (nhưbia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiềudài, khối lượng, phân loại gạch granite theo hình ảnh v.v…

Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy trên băngchuyền ngang qua cảm biến quang thứ 1 nhưng chưa kích cảm biến thứ 2 thì được

phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua 2 cảm biến đồng thời thì được phân loạivật cao nhất.

Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử dụng những cảm biếnphân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếucảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tựđộng mở để sản phẩm đó đựợc phân loại đúng Phát hiện màu sắc bằng cách sửdụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một màu chính (ví dụ như đỏ, xanh lá câyhoặc xanh trời) được phản xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu củađối tượng Bằng cách sử dụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi là FAO (gócquang tự do), cảm biến E3MC phát ra màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh sáng trênmột trục quang học đơn E3MC sẽ thu ánh sáng phản chiếu của các đối tượngthông qua các cảm biến nhận và xử lý tỷ lệ các màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam củaánh sáng để phân biệt màu sắc của vật cần cảm nhận

Phân loại sản phẩm dùng webcam: sử dụng 1 camera chụp lại sản phẩm khichạy qua và đưa ảnh về so sánh với ảnh gốc Nếu giống thì cho sản phẩm đi qua,còn nếu không thì loại sản phẩm đó

Nhận thấy thực tiễn đó, nay trong luận văn này, em sẽ làm một mô hình rấtnhỏ nhưng có chức năng gần như tương tự ngoài thực tế Đó là: tạo ra một dâychuyền băng tải để vận chuyển sản phẩm, dán nhã và phân loại sản phẩm theo kíchthước đã được đặt trước

1.3 GIỚI THIỆU BĂNG TẢI DÙNG TRONG MÔ HÌNH

Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong môhình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây chuyềntrong nhà máy với những lý do sau đây:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

- Dễ dàng thiết kế chế tạo

- Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như độ chính xác khivận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố:nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua thờigian

CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC DÒNG FX CỦA

MITSUBISHI 2.1 SƠ LUỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (programmable controller) đã đượcnhững nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Motor - Mỹ) Tuy nhiên,

hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăntrong việc vận hành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thốngđơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn,

do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho công việc lập trình

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay(programmable controller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đãtạo ra một sự phát triển thật sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạnnày các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thốngRelay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Qua quá trình vận hành, cácnhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn

đó là: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The diagroom format) Trong nhữngnăm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành vớinhững thuật toán hổ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (datamanipulation) Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (CathodeRay Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệthống càng trở nên thuận tiện hơn

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975cho đến nay

đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: hệthống ngõ vào/ra có thể tăng lên đến 8.000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chươngtrình tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (word of memory) Ngoài ra các nhà thiết kếcòn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLCchung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc độ xử lý của hệ thống đượccải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với nhữngchức năng phức tạp số lượng cổng ra/vào lớn

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khácthông qua CIM Computer Intergrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống:Robot, Cad/Cam… ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với

các chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence) còn gọi là các siêu PLC(super PLCS) cho tương lai.

2.2 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC

2.2.1 khái niệm về PLC.

PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic Controller Theo hiệphội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ thì PLC là một thiết bị điều khiển mà đượctrang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toáncho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý Các chức năng đó đượcđặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình Nói một cách ngắn gọnPLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình

2.2.2 Giới thiệu về PLC.

Từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển một dâychuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp nào … Người ta thường thực hiện kếtnối các linh kiện điều khiển riêng lẻ (Rơle, timer, contactor …) lại với nhau tuỳtheo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng nhu cầu mà bàitoán công nghệ đặt ra

Công việc này diễn ra khá phức tạp trong thi công vì phải thao tác chủ yếutrong việc đấu nối, lắp đặt mất khá nhiều thời gian mà hiệu quả lại không cao vìmột thiết bị có thể cần được lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại rất hạn chế, bởivậy lượng vật tư là rất nhiều đặc biệt trong quá trình sửa chữa bảo trì, hay cần thayđổi quy trình sản xuất gặp rất nhiều khó khăn và mất rất nhiều thời gian trong việctìm kiếm hư hỏng và đi lại dây bởi vậy năng suất lao động giảm đi rõ rệt

Với những nhược điểm trên các nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã nỗ lực đểtìm ra một giải pháp điều khiển tối ưu nhất đáp ứng mong mỏi của ngành côngnghiệp hiện đại đó là tự động hoá quá trình sản xuất làm giảm sức lao động, giúpngười lao động không phải làm việc ở những khu vực nguy hiểm, độc hại ….mànăng suất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần Một hệ thống điều khiển ưu việt màchúng ta phải chọn để điều khiển cho ngành công nghiệp hiện đại cần phải hội tụ

đủ các yếu tố sau: Tính tự động cao, kích thước và khối lượng nhỏ gọn, giá thành

hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt …

Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable LogicControl) ra đời đầu tiên năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ) Tuy nhiên hệthống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăntrong việc vận hành hệ thống, vì vậy qua nhiều năm cải tiến và phát triển khôngngừng khắc phục những nhược điểm còn tồn tại để có được bộ điều khiển PLC nhưngày nay, đã giải quyết được các vấn đề nêu trên với các ưu việt như sau:

* Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển

* Có khả năng mở rộng các modul vào ra khi cần thiết

* Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình

* Có khả năng truyền thông đó là trao đổi thông tin với môi trường xungquanh như với máy tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển…

* Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ưu điểm khácnữa

Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hãng PLC khác nhau cùngphát triển như hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen,…và có nhiều hãngkhác nữa nhưng chúng đều có chung một nguyên lý cơ bản chỉ có vài điểm khácbiệt với từng mặt mạnh riêng của từng ngành mà người sử dụng sẽ quyết định nêndùng hãng PLC nào cho thích hợp với mình mà thôi

2.2.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC.

Cùng với sự phất triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày càng tăngđược các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kíchthước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiềuhơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết đượcnhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống Lợi ích đầu tiên của PLC là hệthống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nốidây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra ), mà không phải thay đổi kết cấu của hệ thống saunày, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển ( đốivới hệ thống điều khiển relay ) khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (nhưgiao tiếp giữa các PLC để lưu truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống điềukhiển linh hoạt hơn

Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm mộtkhoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác.Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, vàquá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác Cuối cùng làngười sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện quamàn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có thể nhận biết các hỏng hóc (troubleshoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng, điều này làm cho việc sử dụng dễdàng hơn

Người ta đã đi đến tiêu chuẩn hoá các chức năng chính của PLC trong các hệđiều khiển là:

- Điều khiển chuyên gia giám sát:

+ Thay thế cho điều khiển rơ le

+ Thay thế cho các Panel điều khiển, mạch in

+ Điều khiển tự động, bán tự động bằng tay các máy và các quá trình

+ Có các khối điều khiển thông dụng ( thời gian, bộ đếm)

- Điều khiển dãy:

+ Các phép toán số học

+ Cung cấp thông tin

+ Điều khiển liên tục các quá trình (nhiệt độ, áp suất )

+ Điều khiển PID

+ Điều khiển động cơ chấp hành

+ Điều khiển động cơ bước

- Điều khiển mềm dẻo:

+ Điều hành quá trình báo động

+ Phát hiện lỗi khi chạy chương trình

+ Ghép nối với máy tính (RS232/ RS242)

+ Ghép nối với máy in

+ Thực hiện mạng tự động hoá xí nghiệp

- Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống dẫn

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ boat, quá trìnhcáng, quá trình gia nhiệt

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thí nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, do cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phẩm, đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây ) cân đong, đóng gói, hòa trộn

- 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 các tuabin )các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ,dầu mỏ)

2.2.4 Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC.

2.2.4.1 Ưu điểm của PLC.

Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau: PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình

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 chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết 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 tiếpđiểm

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

Ngôn 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 cácmức mà các dụng cụ ngoài có thể làm việc được

Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc

đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ

ở băng catssete hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại

Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây

Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm

2.2.4.2 Nhược điểm 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

Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC

Các Module vào /ra

Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trìnhbằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM

để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lậptrình là đơn vị xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nàochương trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớPLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việcviết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổngRS232, RS422, RS458, …

Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và

hệ thống nguồn cung cấp

Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát của CPU

2.2.5.1 Đơn vị xử lý trung tâm

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới

các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộcvào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.

- Hệ thống buslà tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tínhiệu song song :

+Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau + Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu

+Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểukhiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào

ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểmcho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó

sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của

8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữliệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chutrình hoạt động của PLC

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thờigian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/

O Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1 8 MHZ.Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về địnhthời, đồng hồ của hệ thống

2.2.5.2 Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :

Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghicác Relay

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trítrong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong

bộ vi xử lý Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnhtiếp theo Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu

ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này

có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch Trong PLC các

bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng

RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hayxóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi

bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khảnăng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực

tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình Khuynh hướng hiện naydùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory)là bộ nhớ màngười sửdụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được Nộidung của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đãđược nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn

mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC Trên PG(Programer) có sẵn chổ ghi và xóa EPROM

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụngtrong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường đượcdùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

Kích thước bộ nhớ :

-Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo -Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 ÷16000dòng lệnh

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM

2.2.5.3 Các ngõ vào ra I/O

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối với các module vào (các đầu vàocủa PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiệu xử lý là

12/24VDC hoặc 100/240VAC

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I/

O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

2.2.6.Các hoạt động xử lý bên trong PLC

2.2.6.1 Xử lý chương trình

Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ

PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong

bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu chođến cuối chương trình Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi

là một chu kỳ thực hiện Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lýcủa PLC và độ lớn của chương trình Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạnnối tiếp nhau :

- Đọc trạng thái của tất cả đầu vào: PLC thực hiện lưu các trạng thái vật lý củangõ vào Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi

là hệ điều hành

-Thực hiện chương trình: bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong

chương trình Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầuvào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của cácđầu ra

-Xử lý những yêu cầu truyền thông: suốt thời gian CPU xử lý thông tin trong

chu trình quét PLC xử lý tất cả thông tin nhận được từ cổng truyền thông hay cácmodule mở rộng

-Thực hiện tự kiểm tra: trong 1 chu kỳ quét, PLC kiểm tra hoạt động của CPU

và trạng thái của modul mở rộng

-Xuất tín hiệu ngõ ra: bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại

các module đầu ra

2.2.6.2 Xử lý xuất nhập

Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC :

- Cập nhật liên tục

Trong phương pháp này, CPU phải mất một khoảng thời gian để đọc trạngthái của các ngõ vào sẽ được xử lý Khoảng thời gian trên, thường là 3ms, nhằmtránh tác động xung nhiễu gay bởi contact ngõ vào Các ngõ ra được kích trực tiếp(nếu có) theo sau tác vụ kiểm tra logic Trạng thái các ngõ ra được chốt trong khốingõ ra nên trạng thái của chúng được duy trì cho đến lần cập nhật kế tiếp

- Lưu ảnh quá trình xuất nhập

Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I/O, vì thế CPU chỉ có thể xử lýmột lệnh ở một thời điểm Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhậpphải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình Dochúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấymẫu liên tục, gọi là chu kỳ quét hay thời gian quét, trở nên rất dài và tăng theo sốngõ vào

Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I/O được cập nhật tớimột vùng đặc biệt trong chương trình Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùngnhư một bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O Từng ngõvào và ngõ ra được cấp phát một ô nhớ trong vùng RAM này Trong khi kưutrạng thái các ngõ vào/ra vào RAM CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng tháichúng vào RAM Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình

Khi chương trình được thực hiện, trạng thái của các ngõ vào đã lưu trongRAM được đọc ra Các tác vụ được thực hiện theo các trạng thái trên và kết quảtrạng thái của các ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra Sau đó vào cuối chu kỳ quét,quá trình cập nhật trạng thái vào/ra chuyển tất cả tín hiệu ngõ ra từ RAM vào khốingõ ra tương ứng, kích các ngõ ra trên khối vào ra Khối ngõ ra được chốt nênchúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kỳ quét kếtiếp

Tác vụ cập nhật trạng thái vào/ra trên được tự động thực hiện bởi CPU bằngmột đoạn chương trình con được lập trình sẵn bởi nhà sản xuất Như vậy, chươngtrình con sẽ được thực hiện tự động vào cuối chu kỳ quét hiện hành và đầu chu kỳ

kế tiếp Do đó, trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật

Lưu ý rằng, do chương trình con cập nhật trạng thái được thực hiện tại mộtthời điểm xác định của chu kỳ quét, trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra khôngthay đổi trong chu kỳ quét hiện hành Nếu một ngõ vào có trạng thái thay đổi sau

sự thực thi chương trình con hệ thống, trạng thái đó sẽ không được nhận biết chođến quá trình cập nhật kế tiếp xảy ra

Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được sửdụng, thường là vài ms Thời gian thực thi chương trình (chu kỳ quét) phụ thuộcvào độ lớn chương trình điều khiển Thời giant hi hành một lean cơ bản (một bước)

là 0,08 µs đến 0.1 µs tùy loại PLC, nên chương trình có độ lớn 1K bước (1000bước) có chu kỳ quét là 0,8 ms đến 1ms Tuy nhiên, chương trình điều khiểnthường ít hơn 1000 bước, khoảng 500 bước trở lại

2.2.7 Ngôn ngữ lập trình của PLC.

Có 5 loại ngôn ngữ dùng để lập trình cho PLC:

- Ngôn ngữ lập trình ST ( Structure text ) hoặc STL ( Statement List ): Là mộtngôn ngữ lập trình cấp cao gần giống như Pascal, thực hiện các công việc sau:+Gán giá trị cho các biến

+Gọi hàm và các FunctionBlock

+Tạo và tính toán các biểu thức

+Thực hiện các biểu thức điều kiện

- Ngôn ngữ lập trình IL ( Instruction List ): Là ngôn ngữ lập trình cấp thấp, gầngiống như ngôn ngữ máy Assembler, thường được dùng để lập trình cho vi xử lý.Cấu trúc của chương trình bao gồm một loạt các câu lệnh, mỗi câu lệnh nằm trênmột dòng và được kết thúc bằng ký tự xuống dòng Mỗi câu lệnh bao gồm mộttoán tử và nhiều toán hạng Toán hạng là đối tượng của toán tử và là các biến hoặccác hằng số.Ngôn ngữ IL phù hợp cho các ứng dụng nhỏ, giải quyết các vấn đề cóthứ tự trước sau Nếu được lập trình tốt, chương trình viết bằng IL sẽ có tốc độ tínhtoán nhanh nhất

- Ngôn ngữ lập trình FBD ( Function Block Diagrams ):Là ngôn ngữ lập trìnhtheo kiểu đồ họa, bằng cách mô tả quá trình dưới các dòng chảy tín hiệu giữa cáckhối hàm với nhau Nó giống như việc đi dây trong các mạch điện tử

- Ngôn ngữ lập trình SFC ( Sequence Function Charts ):Là ngôn ngữ lập trìnhtheo kiểu tuần tự, chương trình SFC bao gồm một chuỗi các bước được thể hiệndưới dạng các hình chữ nhật và được nối với nhau Mỗi bước đại diện cho mộttrạng thái cụ thể cần được điều khiển của hệ thống Mỗi bước có thể thực hiện mộthoặc nhiều công việc đồng thời Mỗi một mối nối có một hình chữ nhật ở giữa, đạidiện cho điều kiện chuyển đổi giữa các trạng thái trong hệ thống Khi điều kiệnchuyển đổi đạt được “ True “ thì cho phép chuyển sang trạng thái tiếp theo

- Ngôn ngữ lập trình LD ( Ladder Diagram ) Còn gọi là ngôn ngữ bậc thang làmột kiểu ngôn ngữ lập trình đồ họa Lập trình theo LD gần giống như khi các kỹ

sư điện thiết kế và đi dây các bảng mạch điện điều khiển logic: Rơ-le, công-tắc-tơ,khởi đồng từ

Một ngôn ngữ được ưa chuộng là ngôn ngữ ladder, ngôn ngữ bậc thang Ngônngữ này có dạng đồ họa cho phép nhập chương trình có dạng một sơ đồ mạch điện