Đề cương bài giảng hệ thống cơ điện tử

BỘ CƠNG THƯƠNG TẬP ĐỒN DỆT MAY VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP HCM KHOA CƠ ĐIỆN ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2013 LƯU HÀNH NỘI BỘ Chương I: Tổng quan điện tử Chương I: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Khái niệm Cơ điện tử mở từ định nghĩa ban đầu công ty Yasakawa Electric Trong tài liệu xin bảo hộ thương hiệu Yasakawa định nghĩa Cơ điện tử sau: “Thuật ngữ mechatronics tạo thành “mecha” mechanics “tronics” electronics Nói cách khác, công nghệ sản phẩm phát triển ngày kết hợp chặt chẽ hữu thành phần điện tử vào cấu khó ranh giới chúng.” Khái niệm điện tử tiếp tục phát triển sau Yasakawa đưa định nghĩa Một định nghĩa khác điện tử thường hay nói tới Harashima, Tomizuko Fukada đưa năm 1996 sau: “Cơ điện tử kết hợp chặt chẽ kỹ thuật khí với điện tử điều khiển máy tính thơng minh thiết kế, chế tạo sản phẩm quy trình cơng nghiệp.” Năm 1997, Shetty Kolk lại quan niệm: “Cơ điện tử phương pháp luận dùng để thiết kế tối ưu sản phẩm điện.” Và gần đây, Bolton lại đề xuất định nghĩa: “Một hệ điện tử không kết hợp chặt chẽ hệ khí, điện khơng đơn hệ điều khiển Nó tích hợp đầy đủ hệ trên.” II LỊCH SỬ VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN Lịch sử phát triển Q trình phát triển CĐT giới thức năm 1969 với đời thuật ngữ Cơ điện tử, sản phẩm CĐT kết hợp khí điện tử Sau đó, với phát triển CNTT, vi xử lý tích hợp vào hệ thống Cơ điện tử 1.1 Về đào tạo điện tử giới: Năm 1983 Viện kỹ thuật Nhật Bản – Singapore đưa vào khóa đào tạo kỹ thuật điện tử (mechatronics engineering) chương trình đào tạo năm để đào tạo lại kỹ sư khí Khóa giảng mang tên “Mechatronics” cho kỹ sư học viên cao học thực trường đại học Landcaster năm 1984/1985 Kể từ khóa đào tạo Cơ điện tử phát triển mạnh tất nước công nghiệp phát triển phát triển Những năm đầu thập kỷ 90 kỷ XX, trường đại học Bách khoa Singapore có chương trình đào tạo năm quy kỹ sư điện tử Chương I: Tổng quan điện tử Ở Úc có khóa đào tạo cấp kỹ sư theo chuyên ngành Cơ điện tử từ năm đầu 90 Tiếp theo không lâu trường đại học Curtin New South Weles Ở châu Âu, từ năm 1980 có hoạt động có liên quan đến đào tạo Cơ điện tử, khóa học thức điện tử trường đại học chương trình năm Cao học trường đại học Katholieke (Bỉ) năm 1986 Đến năm 1989 trường mở ngành đào tạo Cơ điện tử Trong năm 1990 loạt trường đại học CHLB Đức, Đan Mạch, Hà Lan,…(Châu Âu) đưa Cơ điện tử vào giảng dạy Từ năm 1992 đến 1996 Liên minh châu Âu tài trợ thực dự án TEMOUS đưa khóa học Cơ điện tử vào giảng dạy khoa Cơ khí trường đại học: TU Brno, CTU, TU Plzeo, University College Dublin, Loughborough University of Technology,… Các trường đại học Anh giảng dạy Cơ điện tử trường Lancaster, trường đại học London, Survey, Dundee, Hull, Brunel, Loughborough, Manchester Leeds Ở Bắc Mỹ có nhiều trường hoạt động lĩnh vực Cơ điện tử, năm 1995 chưa xuất khóa giảng dạy mang tên “Cơ điện tử” Đến trường đại học kỹ thuật Mỹ có khoa Tính đến năm 1999 giới có khoảng 90 trường đại học viện nghiên cứu có đào tạo giảng dạy nghiên cứu điện tử 1.2 Về đào tạo điện tử Việt Nam: Hiện số Trường ĐH Việt Nam Đào tạo chuyên ngành Cơ điện tử hệ Đại học: - Từ năm 1997 ĐHBK TP Hồ Chí Minh mở Chuyên ngành Cơ điện tử khoa Cơ khí - Từ năm 2001 ĐHBK Đà nẵng mở chuyên ngành Cơ điện tử khoa Cơ khí với số lượng 58 sinh viên Bộ môn Cơ điện tử thành lập vào năm 2003 - Năm 2001 ĐH SPKT TP HCM mở ngành Cơ điện tử khóa - Bắt đầu từ năm 2004, ĐH Công nghệ thuộc ĐH Quốc gia Hà nội mở Chuyên ngành Cơ điện tử Khoa Cơ kỹ thuật với số lượng ban đầu khoảng 20 SV/năm Ngoài trường sau mở chuyên ngành Cơ điện tử đào tạo ĐH: - Viện Công nghệ Châu Á (AIT) Hà nội - ĐH Cần thơ - Một số trường ĐH Dân lập Phương Đông, DL Thăng Long vv - Đào tạo Cao học: Đào tạo Cao học nước trường ĐH Bách khoa Hà Nội ĐH BK Hà Nội hợp tác với ĐH Tổng hợp kỹ thuật Hannover (CHLB Đức) ĐH Tổng hợp kỹ thuật Dresden (CHLB Đức) mở lớp Cao học quốc tế Chương I: Tổng quan điện tử Vi điện tử Điện tử công suất Cảm biến Cơ cấu chấp hành Công nghệ thơng tin Điện tử CƠ ĐIỆN TỬ Mơ hình hóa Lý thuyết hệ thống Cơng nghệ tự động hóa Phần mềm Trí tuệ nhân tạo Gia cơng tín hiêu Các thành phần khí Máy Cơ khí xác Hình 1.1 Cơ điện tử: tích hợp hữu nhiều ngành khác Xu phát triển Năm 70 kỷ 20, sản phẩm điện tử chủ yếu tích hợp phần khí với công nghệ điều khiển trợ lực (servo) tạo nên sản phẩm cửa tự động, máy tự động bán hàng, máy ảnh tự động chỉnh tiêu cự (focus) Đến năm 80, cơng nghệ thơng tin hình thành chip vi xử lý nhúng vào hệ thống khí để nâng cao công hệ thống Lúc máy công cụ điều khiển số robot trở nên hoàn hảo hơn, tơ có phần điều khiển số… sử dụng rộng rãi Trong lĩnh vực quân sự, hệ thống vũ khí thơng minh có điều khiển số đời phát triển mạnh mẽ Vào năm 90, đưa sản phẩm điện tử vào công nghệ truyền thông tạo nên sản phẩm có khả kết nối mạng Cũng giai đoạn này, vi cảm biến cấu chấp hành siêu nhỏ phát triển ứng dụng nhiều sản phẩm hệ thống vi điện tử Có thể nói rằng, chức máy móc hệ thống kỹ thuật phụ thuộc chủ yếu vào phần mềm (có thể thuật tốn, mạng nơron, hệ mờ) máy tính sản phẩm Riêng điều khác biệt chất so với sản phẩm điện cách 25-30 năm Xu phát triển điện tử ngày tích hợp nhiều công nghệ cao hơn, sản phẩm ngày "thông minh" đồng thời kích thước ngày nhỏ Chiến lược phát triển khoa học công nghệ Việt Nam đến năm 2010 xác định số lĩnh vực điện tử chuyên sâu: Chương I: Tổng quan điện tử - Robot làm việc môi trường độc hại, nguy hiểm, an ninh quốc phịng, số dây chuyền cơng nghiệp cơng nghệ cao - Các sản phẩm CĐT số lĩnh vực khí trọng điểm máy cơng cụ, máy động lực, thiết bị điện-điện tử, khí ơtơ thiết bị đo lường điều khiển - Nghiên cứu vi điện tử nano điện tử STT Thiết kế truyền thống Các thành phần thêm vào 10 Thiết kế Cơ điện tử Tích hợp thành phần (phần cứng) To lớn Nhỏ gọn Kết cấu phức tạp Kết cấu đơn giản Vấn đề dây dẫn Truyền thông không dây bus Các thành phần kết nối Các thiết bị tự trị Điều khiển đơn giản Tích hợp xử lý thơng tin Cấu trúc mềm dẻo, phản hồi Cấu trúc cứng nhắc Điều khiển phản hồi khả lập trình Điều khiển truyền thẳng, tuyến tính Độ xác nhờ đo lường phản Độ xác nhờ dung sai hẹp Các đại lượng không đo thay hồi Điều khiển đại lượng không đo đổi tùy tiện cách ước lượng Theo dõi đơn giản Giám sát với chẩn đoán lỗi Khả cố định Khả tự học Bảng 1.1 Các thuộc tính thiết kế truyền thống thiết kế Cơ điện tử Chương II: Các thành phần hệ thống điện tử Chương II: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ I MƠĐUN MƠI TRƯỜNG Mơđun mơi trường liên quan đến thơng số bên ngồi phạm vi nhiệt độ, yếu tố tải trọng…sẽ tác động đến hoạt động sản phẩm đồng Trong thiết kế tổng thể, tham số thiết lập loạt điều kiện biên mà sản phẩm phải tồn hoạt động Mơđun mơi trường hình thành từ điều kiện tiêu chuẩn, quy tắc thực tế chức thực hệ thống Môđun môi trường vừa đóng vai trị đầu vào, vừa đóng vai trị đầu hệ thống buộc hệ thống có chức thực hiện, phục vụ mục đích cụ thể Mơđun mơi trường khơng diện sản phẩm điện tử, nhiên điện tử liên quan đến việc thiết kế sản phẩm nên nghiên cứu sản phẩm điện tử, môđun mơi trường cần quan tâm mức II MƠĐUN TẬP HỢP Mơđun tập hợp tồn hệ thống khí, thể kết cấu hình dáng sở sản phẩm Nó bao gồm chi tiết, cụm khí, đặc biệt khung bệ lắp ráp cho môđun khác, chi tiết sử dụng làm vật liên kết, vật trung gian ghép nối…Mỗi sản phẩm có cách thể hình dáng khác nhau, liên quan đến mục đích sử dụng sản phẩm Thường chi tiết thành phần thiết kế chế tạo, sau lắp ráp theo vẽ lắp ghép Cũng sản phẩm khí khác, sản phẩm điện tử cần có hình dáng mang tính thẩm mỹ III MƠĐUN ĐO LƯỜNG Mơđun đo lường hệ thống sử dụng phổ biến sản phẩm điện tử thường cấu tạo từ thành phần: Đại lượng đo Cảm biến Gia cơng tín hiệu Hiển thị Giá trị đại lượng Hình 2.1 Hệ thống đo lường thành phần Cảm biến: Cảm nhận đại lượng đo cách sinh đầu tín hiệu tương ứng Gia cơng tín hiệu: Đây khâu thu thập, gia cơng tín hiệu sau chuyển đổi sơ cấp Tín hiệu từ cảm biến hệ thống đo thường xử lý theo phương pháp để phù hợp với giai đoạn hoạt động Tín hiệu khuếch đại lên, loại nhiễu, chỉnh lưu, chuyển đổi từ tín hiệu số sang tương tự ngược lại… Hệ thống hiển thị: Nơi tín hiệu từ gia cơng tín hiệu thể dạng số (hiển thị số) dạng biểu đồ (hiển thị tương tự) Chương II: Các thành phần hệ thống điện tử IV HỆ THỐNG KÍCH TRUYỀN ĐỘNG Hệ thống kích truyền động thành phần sản phẩm điện tử, thực chuyển đổi đầu từ môđun xử lý thành hành động điều khiển máy móc thiết bị Phần tìm hiểu kỹ chương V MƠĐUN TRUYỀN THƠNG Trong sản xuất, chế tạo với thiết bị có điều khiển, để giữ nhịp sản xuất thiết bị, chúng cần có trao đổi thơng tin Các thiết bị gửi đọc thông tin theo cách khác Sự trao đổi, truyền thơng tin, liệu máy tính tùy theo phạm vi sử dụng yêu cầu là: Điều khiển trung tâm: sử dụng máy tính trung tâm để điều khiển tồn dây chuyền Trong trường hợp này, máy tính trung tâm có cố, toàn dây chuyền ngừng hoạt động Đây dạng điều khiển năm 1970 Hệ điều khiển phân cấp: Các máy tính thực cơng việc thường nhật bị giám sát máy tính có vai trị định lớn Cơng việc chia cho máy tính theo chức chúng (chuyên mơn hóa) Hệ thống điều khiển phân quyền: Các máy tính thực cơng việc tương tự Trường hợp có cố máy q tải, cơng việc chuyển sang máy khác Cơng việc trải tất máy máy cần truy cập tất máy hệ thống VI MƠĐUN XỬ LÝ Mơđun xử lý, xử lý thông tin môđun giao diện môđun đo lường cung cấp Thành phần mơđun điều khiển Ngày vi xử lý đóng vai trị quan trọng điều khiển Bộ vi xử lý chia thành vùng: - Bộ xử lý trung tâm (CPU) nhận biết thực lệnh chương trình - Giao diện nhập-xuất để quản lý truyền thông xử lý giới bên - Bộ nhớ để lưu giữ chương trình liệu Tín hiệu số di chuyển từ khu vực sang khu vực khác dọc theo đường truyền bus Bus hệ thống dây nối để truyền liệu từ phận đến phận khác máy tính Nói cách ví von, bus giống đường cao tốc, rộng truyền nhiều liệu với tốc độ cao Dữ liệu liên quan đến chức xử lý CPU truyền đường truyền liệu (data bus) Thơng tin địa vị trí xác định nhớ để truy cập Chương II: Các thành phần hệ thống điện tử liệu lưu tải bus địa (address bus) Những tín hiệu liên quan đến hành động điều khiển tải bus điều khiển (control bus) Đường truyền bus Bus liệu (data bus): Dùng để mang thông tin CPU nhớ CPU thiết bị nhập xuất Mỗi dây bus truyền tín hiệu nhị phân Như bus dây truyền từ 1010 Các bit truyền sau: Từ (bit thấp) 1 (bít cao) Dây bus Dây bus liệu Dây bus liệu thứ Dây bus liệu thứ Dây bus liệu thứ Bảng 2.1: Bus liệu Kích thước bus, hiểu độ rộng đường cao tốc, yếu tố quan trọng định lượng liệu chuyển lần Ví dụ: bus bit, bit, 16 bit, 32 bit… truyền liệu lần Nếu bus liệu có chiều dài bit, số lượng giá trị 24 = 16 Bộ vi xử lý bit ngày hay sử dụng cho đồ chơi, máy giặt Loại phổ thông hay dùng cho hệ điều khiển loại 8, 16, 32 64 bit Bus địa (address bus): Thông tin địa vị trí xác định nhớ Khi địa cụ thể chọn, vị trí mở thơng với CPU Hầu hết máy tính nhỏ có từ 16 đến 32 đường địa có khả truy xuất 2n vị trí nhớ Một bus địa 16 bit có khả truy xuất 216 = 65536 = 64K vị trí nhớ Một bus địa 20 bit có khả truy xuất 1M vị trí nhớ, bus địa 32 bit có khả truy xuất đến 4G vị trí nhớ Bộ nhớ lớn chứa nhiều liệu sử dụng chương trình lớn hơn, phức tạp Bus điều khiển (control bus): hỗn hợp tín hiệu, tín hiệu có vai trị riêng việc điều khiển có trật tự hoạt động hệ thống Qua bus điều khiển tín hiệu gởi để đồng thành phần riêng lẻ Bộ xử lý trung tâm CPU CPU quản lý tất hoạt động thực tất thao tác liệu Hầu hết CPU bao gồm tập mạch logic thực liên tục hai thao tác: tìm nạp lệnh thực thi lệnh CPU có khả hiểu thực thi lệnh dựa tập mã nhị phân, mã nhị phân biểu thị thao tác đơn giản lệnh thường lệnh số học (cộng, trừ, nhân, chia), lệnh logic (AND, OR, NOT…), Chương II: Các thành phần hệ thống điện tử lệnh di chuyển liệu hay lệnh rẽ nhánh biểu thị tập mã nhị phân gọi tập lệnh Bộ nhớ Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): nhớ chứa liệu vĩnh viễn Các ROM lập trình lúc mạch chế tạo Các liệu đọc sử dụng cho chương trình cố định Bộ nhớ EPROM (Erasable and Programable): Các chip sử dụng loại nhớ xóa lập trình lại Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): gọi nhớ truy cập ngẫu nhiên, có nhiệm vụ lưu liệu tạm thời thực hiện, đọc ghi liệu vào Toàn liệu nhớ RAM bị nguồn cung cấp điện VII MƠĐUN PHẦN MỀM Các mơđun phần mềm xây dựng sở sử dụng ngôn ngữ lập trình để lập thuật tốn phù hợp theo nhiệm vụ thiết bị ngoại vi điều khiển Mục đích cho xử lý hiểu, sau xử lý đưa tín hiệu điều khiển phù hợp mục tiêu đề Để mơđun phần mềm tương thích với vi xử lý, phải tương thích với mơ hình lập trình CPU tương ứng Ngơn ngữ lập trình Các thơng tin vào buộc vi xử lý thực hành động cụ thể gọi lệnh (instruction), tập hợp lệnh mà vi xử lý nhận biết gọi lệnh (instruction set) Dạng thức lệnh phụ thuộc vào vi xử lý có liên quan Loạt lệnh cần thiết để thực công việc cụ thể ta gọi chương trình (program) Bộ xử lý làm việc với hệ nhị phân Các chương trình viết theo hệ nhị phân gọi mã máy Viết chương trình theo dạng địi hỏi kỹ thật cao thường bị mắc lỗi nhiều Một ngôn ngữ thường sử dụng hợp ngữ (Assembly language) Tuy nhiên trình hợp ngữ phải chuyển thành mã máy muốn xử lý hiểu chương trình Sự chuyển đổi thực thủ công sử dụng tài liệu nhà sản xuất Tuy nhiên, thường có chương trình máy tính thực chuyển đổi gọi chương trình dịch hợp ngữ (assembler programs) Bên cạnh ta cịn dùng ngơn ngữ bậc cao để lập trình như: BASIC, C, C++, FORTRAN, PASCAL…Tất ngôn ngữ phải chuyển sang ngơn ngữ máy vi xử lý sử dụng Các tập lệnh Tập lệnh (instruction set) danh sách từ khóa mô tả tất hoạt động tác vụ mà đơn vị xử lý trung tâm (CPU) thực Các vi xử lý Chương II: Các thành phần hệ thống điện tử khác có lệnh khác nhìn chung lệnh phân chia thành nhóm lệnh sau: - Chuyển liệu - Thực số học - Thực logic - Điều khiển chương trình Lập trình Thường phương pháp lập trình sử dụng để phát triển chương trình gồm bước sau: - Xác định vấn đề, việc làm rõ chương trình phải thực chức gì, yêu cầu nhập xuất, dung lượng nhớ… - Quyết định thuật toán sử dụng Thuật toán bước xác định phương pháp giải vấn đề - Thể thuật tốn thơng qua lưu đồ Biểu diễn biểu tượng chuẩn để thể lưu đồ Mỗi bước thuật toán thể một biểu tượng nối với đường thể luồng chương trình - Chuyển đổi lưu đồ thuật toán thành câu lệnh mà xử lý thực Tức viết câu lệnh theo ngơn ngữ lập trình - Chạy thử sửa lỗi chương trình VIII MƠĐUN GIAO DIỆN Mơđun giao diện phần quan trọng hệ thống Cơ điện tử Các thiết bị ngoại vi (bộ cảm biến, bảng điều khiển) thường không nối trực tiếp với hệ thống vi xử lý thiếu tương thích mức dạng tín hiệu Do cần phải có mạch ghép nối gọi mạch giao diện để nối thiết bị ngoại vi vi xử lý Thiết bị ngoại vi Mạch giao diện Hình 2.2 Giao diện Bộ vi xử lý Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 59 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét Gồm lệnh: END, STOP, NOP Các lệnh dùng để kết thúc chương trình thực hiện, kéo dài khoảng thời gian vòng quét Lệnh END dùng để kết thúc chương trình hành Lệnh STOP kết thúc chương trình, chuyển điều khiển chương trình đến chế độ STOP Nếu gặp lệnh STOP chương trình chương trình chương trình thực kết thúc Nếu gặp lệnh STOP chương trình xử lý ngắt chương trình xử lý ngắt kết thúc tất tín hiệu ngắt chờ xử lý sau bị bỏ qua khơng thực Lệnh rỗng NOP khơng có tác dụng việc thực chương trình STL LAD Mơ tả Tốn hạng Lệnh kết thúc chương trình END hành có điều kiện Lệnh STOP kết thúc chương trình Khơng có STOP hành chuyển sang chế độ STOP Lệnh NOT khơng có hiệu lực n: từ đến NOP n chương trình hành Tốn hạng n 255 số nằm khoảng 0-255 Lệnh cổng logic Ngoài lệnh ghép nối tiếp, song song tổng hợp tiếp điểm tập lệnh S7-200 cung cấp cổng logic AND, OR, EXOR thực byte (8 bit hay tiếp điểm), Word (16 bit hay 16 tiếp điểm) Double Word (32 bit hay 32 tiếp điểm) Sau chi tiết cổng: - Lệnh AND byte : Dạng LAD Dạng STL ANDB VB0, VB1 Bảng 4.10: Lệnh AND byte Lệnh thực phép AND bit hai byte ngõ vào IN1 IN2, kết ghi vào byte ngõ OUT, địa ngõ giống ngõ vào Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 60 Tốn hạng câu lệnh thuộc vùng địa sau: IN1: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC, Const IN2: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC - Lệnh AND word: Lệnh thực phép AND bit hai Word ngõ vào IN1 IN2, kết ghi vào Word ngõ OUT, địa ngõ khác ngõ vào Tốn hạng câu lệnh thuộc vùng địa sau: IN1: VW, T, C, IW, SMW, AC, Const IN2: VW, T, C, IW, QW, SMW, AC Dạng LAD Dạng STL ANDW VW0, VW1 Bảng 4.11: Lệnh AND work - Lệnh OR byte: Dạng LAD Dạng STL ORB VB0, VB1 Bảng 4.12: Lệnh OR byte Lệnh thực phép OR bit hai byte ngõ vào IN1, IN2, kết thu ghi vào byte ngõ OUT, địa ngõ khác ngõ vào Tốn hạng câu lệnh thuộc vùng địa sau: IN1: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC, Const IN2: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC - Lệnh OR word: Dạng LAD Dạng STL ORW VW0, VW2 Bảng 4.13: Lệnh OR work Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 61 - Lệnh OR Double word: Dạng LAD WOR_DW EN VD0 IN1 VD4 IN2 Dạng STL ORDW VD0, VD4 OUT VD4 Bảng 4.14: Lệnh OR Double work Các lệnh di chuyển nội dung ô nhớ Các lệnh di chuyển thực việc di chuyển chép số liệu từ vùng sang vùng khác nhớ Trong LAD STL lệnh dịch chuyển thực việc di chuyển hay chép nội dung byte, từ đơn, từ kép từ vùng sang vùng khác nhớ Lệnh trao đổi nội dung byte từ đơn thực việc chuyển nội dung byte thấp sang byte cao ngược lại chuyển nội dung byte cao sang byte thấp từ - Lệnh MOV_B: Dạng LAD Dạng STL MOVB VB0, VB0 Bảng 4.15: Lệnh MOV_B Lệnh chép nội dung byte địa ngõ vào IN sang byte có địa ngõ OUT Địa byte ngõ vào IN địa byte ngõ OUT giống nhau, thuộc vùng sau: IN: VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const OUT: VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const - Lệnh MOV_W Dạng LAD Dạng STL MOVW VW0, VW0 Bảng 4.16: Lệnh MOV_W Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 62 Lệnh chép nội dung Word địa ngõ vào IN sang Word có địa ngõ OUT, địa ngõ giống ngõ vào, nằm vùng sau: IN: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, Const OUT: VW, IW, QW, MW, SMW, AC - Lệnh MOV_DW Dạng LAD Dạng STL MOVDW VD0, VD0 Bảng 4.17: Lệnh MOV_DW Lệnh chép nội dung Dword địa ngõ vào IN sang Dword có địa ngõ OUT, địa ngõ giống ngõ vào, nằm vùng sau: IN: VDW, IDW, QDW, MDWW, SMD, AC, Const OUT: VDW, IDW, QDW, MDW, SMDW, AC - Lệnh MOV_R: (dịch chuyển số thực) Dạng LAD Dạng STL MOV_R EN VD0 IN MOVR VD0, VD0 OUT VD0 Bảng 4.18: Lệnh MOV_R Lệnh chép nội dung số thực chứa Double Word có địa ngõ vào IN sang Double Word có địa ngõ OUT, địa ngõ khác ngõ vào, thường nằm vùng sau: IN: VR, IR, QR, MR, SMR, AC, Const OUT: VR, IR, QR, MR, SMR, AC Khi liệu ghi vào địa theo nguyên tắc sau: Phần nguyên ghi vào Word thấp Phần thập phân ghi vào Word cao Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC Các lệnh số học - Lệnh cộng số nguyên 16 bit Dạng LAD 63 Dạng STL +I VW0, VW2 Bảng 4.19: Lệnh cộng số nguyên 16 bit Lệnh thực cộng số nguyên 16 bit IN1 IN2, kết số nguyên 16 bit ghi vào OUT, IN1 + IN2 =OUT, ngõ vào IN1, IN2 ngõ VW2 địa chỉ, thuộc vùng nhớ sau: IN1,IN2: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, Const OUT: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW - Lệnh trừ số nguyên 16 bit Dạng LAD Dạng STL -I VW0, VW2 Bảng 4.20: Lệnh trừ số nguyên 16 bit Lệnh thực phép trừ số nguyên 16 bit IN1 IN2, kết số nguyên 16 bit ghi vào OUT, IN1 - IN2 =OUT, ngõ vào IN1, IN2 ngõ VW2 địa chỉ, thuộc vùng nhớ sau: IN1, IN2: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, Const OUT: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW - Lệnh nhân số nguyên 16 bit Dạng LAD Dạng STL MUL VW0, VW2 Bảng 4.21: Lệnh nhân số nguyên 16 bit Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 64 Lệnh thực phép nhân số nguyên 16 bit IN1, IN2 Kết 32 bit chứa từ kép OUT (4 byte) - Lệnh chia số nguyên 16 bit Dạng LAD Dạng STL DIV VW0, VW2 Bảng 4.22: Lệnh chia số nguyên 16 bit Lệnh thực phép chia số nguyên 16 bit IN1 cho số nguyên 16 bit IN2 Kết 32 bit chứa từ kép OUT (4 byte) gồm thương số ghi mảng 16 bit từ bit đến bit 15 phần dư 16 bit ghi mảng từ bit 16 đến bit 32 Trong lệnh có sử dụng bít nhớ đặc biệt để báo trạng thái: Kết SM1.0 SM1.1 SM1.2 SM1.3 tính =0 Báo 1 tràn Số âm Mẫu = Bảng 4.23: Trạng thái bít nhớ đặc biệt III GIỚI THIỆU VỀ MODUL ANALOG Giới thiệu chung modul analog Trước hết bạn so sánh việc cộng hai tín hiệu tương tự (analog) với việc cộng hai tín hiệu số (digital), cơng việc đơn giản mà kỹ thuật số phát triển nay? Hay ta lấy ví dụ đơn giản sau : Ta cần điều khiển nhiệt độ lò nung cho đạt chất lượng Làm để đo nhiệt độ xử lý nhiệt độ toán điều khiển? Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 65 Một cơng cụ sử dụng modul analog - Vậy modul analog gì? - Các bạn biết modul analog ? - Bạn sử dụng chưa ? - Nguyên lý hoạt động chung modul analog ? 1.1 Khái niệm modul analog Modul analog công cụ để xử lý tín hiệu tương tự thơng qua việc xử lý tín hiệu số 1.2 Analog input Thực chất biến đổi tương tự - số (A/D) Nó chuyển tín hiệu tương tự đầu vào thành số đầu Dùng để kết nối thiết bị đo với điều khiển: chẳng hạn đo nhiệt độ 1.3 Analog output Analog output phần modul analog Thực chất biến đổi số - tương tự (D/A) Nó chuyển tín hiệu số đầu vào thành tín hiệu tương tự đầu Dùng để điều khiển thiết bị với dải đo tương tự Chẳng hạn điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz 1.4 Nguyên lý hoạt động chung cảm biến tín hiệu đo chuẩn công nghiệp Thông thường đầu vào modul analog tín hiệu điện áp dịng điện Trong tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường tín hiệu khơng điện nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng Vì người ta cần phải có thiết bị trung gian để chuyển tín hiệu tín hiệu điện áp tín hiệu dòng điện – thiết bị gọi đầu đo hay cảm biến Để tiện dụng đơn giản tín hiệu vào modul Analog Input tín hiệu modul Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu cơng nghiệp Có loại chuẩn phổ biến chuẩn điện áp chuẩn dòng điện Điện áp : – 10V, 0-5V,  5V… Dòng điện : – 20 mA, 0-20mA,  10mA Trong tín hiệu từ cảm biến đưa lại khơng theo chuẩn Vì người ta cần phải dùng thêm thiết chuyển đổi để đưa chúng chuẩn công nghiệp Kết hợp đầu cảm biến thiết bị chuyển đổi thành cảm biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt thiết bị cảm biến, hay thiết bị đo chuyển đổi đo ( transducer) Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 66 Module analog Thiết bị cảm biến Đầu đo Tín hiệu vào không điện Thiết bị chuyển đổi – 10V 420 mA Analog Input ( A/D) Các số Analog Output Tín hiệu tương tự – 10 V – 20 mA ( D/A) Các số Hình 4.13: Hoạt động modul analog Giới thiệu Modul analog EM 235 EM 235 modul tương tự gồm có 4AI 1AO 12bit (có tích hợp chuyển đổi A/D D/A 12bit bên trong) Hình 4.14: Modul analog EM 235 Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 67 2.1 Các thành phần modul analog EM235 Thành phần đầu vào tương tự kí RA hiệu chữ A,B,C,D RB Mô tả A+ , A- , Các đầu nối đầu vào A B+ , B- , Các đầu nối đầu vào B C+ , C- , Các đầu nối đầu vào C D+ , D- , Các đầu nối đầu vào D RC RD đầu tương tự (MO,VO,IO) Các đầu nối đầu Gain Chỉnh hệ số khuếch đại Offset Chỉnh trơi điểm khơng Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào độ phân giải Bảng 4.24: Các thành phần modul analog EM235 Hình 4.15: Sơ đồ khối đầu vào analog Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 68 Hình 4.16: Sơ đồ khối đầu modul analog 2.2 Định dạng liệu Dữ liệu đầu vào: - Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…) - Định dạng:  Đối với dải tín hiệu đo khơng đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA): MSB LSB 15 14 0 Dữ liệu 12 bit Modul Analog Input S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dịng) thành giá trị số từ  32000  Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ  10V,  10mA,): MSB 15 LSB Dữ liệu 12 bit Modul Analog Input S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp, dịng) thành giá trị số từ -32000  32000 Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 69 Dữ liệu đầu ra: - Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…) - Định dạng liệu  Đối với dải tín hiệu đo khơng đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA): MSB 15 LSB 14 Dữ liệu 11 bit Modul analog output S7-200 chuyển đổi số  32000 thành tín hiệu điện áp đầu  10V  Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ  10V,  10mA,): Kiểu modul Analog output S7-200 không hỗ trợ MSB 15 LSB Dữ liệu 12 bit Bảng tổng hợp: Định dạng liệu Giá trị chuyển đổi Kiểu tín hiệu đối - 32000 đến +32000 xứng (  10V,  10mA,) đến +32000 Tín hiệu khơng đối xứng (0  10V,  20mA) Bảng 4.25: Định dạng liệu 2.3 Cách nối dây Đầu vào tương tự: - Với thiết bị đo đầu kiểu điện áp: Điện áp + Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 70 - Với thiết bị đo tín hiệu đầu dịng điện: A + + -20 - m S A Hoặc : + - S -20 m Đầu tương tự: M Tải điện Tải Chương IV: Điều khiển logic khả lập trình PLC 71 Cấp nguồn cho modul: Nguồ n Tổng quát cách nối dây: Hình 4.17: cách nối dây sử dụng modul analog MỤC LỤC Trang Chương I: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐIỆN TỬ I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN II LỊCH SỬ VÀ XU THẾ PHÁT TRIỂN 1 Lịch sử phát triển Xu phát triển Chương II: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ I MÔĐUN MÔI TRƯỜNG II MÔĐUN TẬP HỢP III MÔĐUN ĐO LƯỜNG IV HỆ THỐNG KÍCH TRUYỀN ĐỘNG V MÔĐUN TRUYỀN THÔNG VI MÔĐUN XỬ LÝ Đường truyền bus Bộ xử lý trung tâm CPU Bộ nhớ VII MÔĐUN PHẦN MỀM Ngơn ngữ lập trình Các tập lệnh Lập trình VIII MÔĐUN GIAO DIỆN Chương III CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH I GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 10 Cảm biến 10 Cơ cấu chấp hành 11 II ĐẶC TÍNH CỦA CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 12 Dải đo 12 Độ phân giải 12 Độ nhạy 12 Sai số 13 Khả lặp lại 13 Vùng chết 13 Tính ổn định 14 Thời gian đáp ứng 15 Nhiệt độ hệ thống 15 III MỘT SỐ LOẠI CẢM BIẾN THƯỜNG GẶP 15 Cảm biến dịch chuyển thẳng quay 15 Đo lực 17 Cảm biến đo khoảng cách 18 IV CƠ CẤU CHẤP HÀNH 21 Các động điện 21 Hệ thống điều khiển khí nén 26 Chương IV: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ LẬP TRÌNH PLC I GIỚI THIỆU PLC 34 Giới thiệu chung 34 Hình dáng bên ngồi 35 II CẤU TRÚC , NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 37 Cấu trúc 37 Nguyên lý hoạt động PLC 38 Cấu trúc nhớ 40 Mở rộng cổng vào 41 Cấu trúc chương trình PLC S7-200 42 Thực chương trình PLC S7-200 43 III MỘT SỐ LỆNH CƠ BẢN DÙNG TRONG LẬP TRÌNH 48 Các lệnh 48 Các lệnh đếm (Counter) lệnh thời gian (Timer) 51 Các lệnh so sánh 54 Lệnh nhảy lệnh gọi chương trình 57 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét 59 Lệnh cổng logic 59 Các lệnh di chuyển nội dung ô nhớ 61 Các lệnh số học 63 IV GIỚI THIỆU VỀ MODUL ANALOG 64 Giới thiệu chung modul analog 64 Giới thiệu Modul analog EM 235 66 ... quan điện tử Vi điện tử Điện tử công suất Cảm biến Cơ cấu chấp hành Công nghệ thông tin Điện tử CƠ ĐIỆN TỬ Mơ hình hóa Lý thuyết hệ thống Cơng nghệ tự động hóa Phần mềm Trí tuệ nhân tạo Gia cơng... 1.1 Các thuộc tính thiết kế truyền thống thiết kế Cơ điện tử Chương II: Các thành phần hệ thống điện tử Chương II: CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ I MƠĐUN MƠI TRƯỜNG Mơđun mơi trường... năm 1969 với đời thuật ngữ Cơ điện tử, sản phẩm CĐT kết hợp khí điện tử Sau đó, với phát triển CNTT, vi xử lý tích hợp vào hệ thống Cơ điện tử 1.1 Về đào tạo điện tử giới: Năm 1983 Viện kỹ thuật