Nghiên cứu ứng dụng plc trong điều khiển tự động máy xấn tôn

Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ ¸n Tèt NghiƯp Mơc Lơc Néi Dung Ch¬ng I 1.1 1.2 1.3 1.4 Chơng II Trang Lời nói đầu Giới thiệu chung Điều khiển lôgíc khả lập trình (PLC) Khái niệm PLC Điểm mạnh điểm yếu PLC Cấu trúc cđa PLC CÊu tróc bên PLC Các thiết bị nhập xuất 2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.2.1 Các thiết bị nhập Công tắc Các cảm biến Các thiết bị xuất Một số cấu điều khiển,điều chØnh hƯ thèng thủ lùc Lập trình PLC Chơng III 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.3.8 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 3.6 3.6.1 3.6.2 3.7 Ch¬ng IV Sơ đồ bậc thang Lập trình bậc thang PLC Các hàm lôgíc Hàm AND Hµm OR Hµm NOT Hµm NOTAND Hµm NOR Hµm EXCLUSIVE (XOR) Mạch khoá M¹ch nhiỊu ngâ Các Rơle nội Rơle điều khiển Đi tắt Bộ định thời Các loại đồng hồ định Lập trình đồng hồ định Các đếm (Counter) Các dạng đếm Lập trình đếm Thanh ghi dÞch chun Giíi thiƯu vỊ PLC OMRON 4.1 4.2 CÊu tróc PLC OMRON Lập trình Programming Coonsole Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.3.7 4.3.8 4.3.9 4.3.10 4.3.11 4.3.12 4.3.13 4.3.14 4.3.15 4.3.16 4.3.17 4.3.18 4.3.19 4.3.20 4.3.21 4.3.22 4.3.23 4.3.24 4.3.25 4.3.26 4.3.27 4.3.28 4.3.29 4.3.30 4.3.31 4.4 4.4.1 4.4.2 Khëi đầu với Programming Coonsole Các chế độ hoạt động PLC Xoá chơng trình PLC Tìm kiếm chơng trình Xo¸ lƯnh (Delete) ChÌn lƯnh (Insert) Theo dõi hoạt động cđa PLC LËp tr×nh b»ng Ledder Diagram Lập trình sơ đồ bậc thang Ledder LÖnh LD LÖnh Out LÖnh AND LÖnh OR LÖnh AND LD LÖnh OR LD LÖnh AND NOT LÖnh LD NOT Network M¹ch chèt Latching/self Holding CIRCUIT Các quy tắc chung sơ ®å Ledder diagram LÖnh OUT NOT (output not) LÖnh Set & Reset LÖnh Keep (11) LÖnh DIFU(13) & DIFD (14) LÖnh JMP (04) & JME (05) LƯnh chun d÷ liƯu MOV(21) LÖnh MVN (22) Move not LÖnh tÝnh BCD (Binary Code Decimal)-set carry STC (40) LÖnh Clear carry (CLC (41)) LÖnh ADD (30) LÖnh SUB (31) trõ BCD LÖnh MUL (32) nh©n BCD LƯnh DIV (33) chia BCD LƯnhCMP (20) lệnh so sánh Bộ đếm lặp lại CNTR (12) Lệnh High speed time (TIMH(15)) LÖnh PRV (62) High Speed counter-Pvread LÖnh Root (72) LÖnh can bËc LÖnh END (01) Một số lệnh lập trình phổ biến khác PLC OMRON Bộ định thời Timer Bộ đếm Counter Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tèt NghiÖp 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4 4.5.5 4.5.6 4.5.7 4.5.8 4.5.9 4.6 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.6.4 4.6.5 4.6.6 4.6.7 4.6.8 Ch¬ng V 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 5.4 LËp trình phần mềm Syswin máy tính Phần mềm Syswin Lập trình với Syswin Đặt tên, kỹ hiệu mô tả (Symbol) cho địa Nạp chơng trình vào PLC(Download Program to PLC) Chạy chơng trình PLC (Run) Bổ xung lệnh Timer Counter vào chơng trình Theo dõi hoạt động chơng trình Lu chơng trình Đọc chơng trình PLC Một vài ứng dụng với PLC OMRON Điều khiển pít-tông A, B, C theo thứ tự lần lợt ứng dụng PLC để vận hành máy khoan tự động Chơng trình điều khiển trò chơi Đờng lên đỉnh Olympia Chơng trình PLC ứng dụng điều khiển cửa vào bÃi đậu xe Mạch điều khiển động băng tải Hệ thống tự động bôi trơn dầu cho bánh xe Chơng trình điều khiển dây chuyền ®ãng gãi M¹ch tù ®éng ®iỊu khiĨn cưa kho øng dụng PLC việc điều khiển tự động cho máy xấn tôn nhà máy khoá-Minh Khai-HN Khảo sát máy có nhà máy Giới thiệu chung máy xấn tôn nhà máy khoá Minh Khai Sơ đồ kết cấu máy So sánh việc điều khiển hệ thống thuỷ lực máy xấn PLC hệ thống tiếp điểm Rơ-le (Hệ thống điều khiển điện) Phân bố thiết bị vào cho việc điều khiển PLC xây dựng chơng trình bậc thang Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp Lời nói đầu Nền sản xuất giới năm gần đợc đặc trng cờng độ cao trình sản xuất vật chất Chất lợng hiệu trình sản xuất phụ thuộc vào nhiều trình độ kỹ thuật công nghiệp chế tạo máy Một công nghiệp chế tạo máy tiên tiến đảm bảo cho ngành kinh tế loại thiết bị có suất cao với chất lợng hoàn hảo Để thực tốt nhiệm vụ mình, công nghiệp chế tạo máy cần không ngừng hoàn thiện nâng cao trình độ kỹ thuật trình sản xuất Điều khiển tự động tự động hóa phơng hớng phát triển chủ yếu công nghiệp chế tạo máy Tự động hoá điều khiển tự động cho phép sử dụng tối đa tiềm sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày cao trang thiết bị gia công khí Việc ứng dụng thành công thành tựu lý thuyết ®iỊu khiĨn tèi u, c«ng nghƯ th«ng tin, c«ng nghƯ máy tính, công nghệ điện điện tử lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác năm ngần đà đẫn đến đời phát triển thiết bị điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) Cũng từ đà tạo cách mạng lĩnh vực kỹ thuật điều khiển Ngày biết rõ công nghệ PLC đóng vai trò quan trọng lợng làm nÃo cho phận cần tự động hoá giới hoá Do điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) cần thiết kỹ s khí nh kỹ s điện , điện tử, từ giúp họ nắm đợc phạm vi øng dơng réng r·i vµ kiÕn thøc vỊ PLC nh cách sử dụng thông thờng Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đợc giao nhiệm vụ nghiên cứu với đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng PLC điều khiển tự động máy xấn tôn Đây đề tài không hoàn toàn nhng phù hợp với thực tế sản xuất nay, sâu nghiên cứu thấy hấp dẫn thấy đợc vai trò việc điều khiển tự động Đặc biệt đợc hớng dẫn, bảo giúp đỡ trực tiếp thầy Dơng Minh Tuấn, thầy Nguyễn Đình Bảng Là cán giảng dạy môn Máy & Masát học- Khoa Cơ Khí, ngời đà có nhiều kinh nghiệm lập trình PLC, điều khiển tự động Rôbốt Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp Tuy nhiên điều kiện tài liệu nói PLC hạn chế giới thiệu tổng quan, mặt khác để lập trình thành công PLC đòi hỏi tầm hiểu biết định điện tử, tin học nên em gặpnên em gặp không khó khăn mặt thời gian Xác định rõ nhiệm vụ em đà cố gắng hết sức, khắc phục khó khăn, tập trung tìm hiểu, học hỏi thầy giáo hớng dẫn thầy giáo khác môn Ngoài phải trang bị thêm kiến thức Tin học tự động hoá thuỷ khí để giải đợc nhiện vụ đặt Kết thu đợc cha nhiều bị hạn chế kiến thức, thêi gian vµ kinh nghiƯm nhng nã gióp em cã thêm kiến thức để sau trờng có tảng tiếp cận đợc với công nghệ Trong trình làm đồ án trình độ hiểu biết em có hạn, nên nội dung đồ án không tránh khỏi sai sót Vì em mong đợc bảo góp ý thầy cô nh ngời quan tâm đến vấn đề Em xin chân thành cảm ơn thầy Dơng Minh Tuấn, thầy Nguyễn Đình Bảng Ngời đà trực tiếp hớng dẫn tận tình, giúp đỡ bảo tạo điều kiện cho em đợc tiếp cận với thiết bị máy móc suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Nhân em xin chân thành cảm ơn thầy giáo môn Máy & Masát học đà giúp đỡ tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án Chơng I Giới thiệu chung điều khiển logic khả lập trình (PLC) 1.1 Khái niệm PLC PLC chữ đợc viết tắt từ : Programmable Logic Controller Theo hiƯp héi qc gia vỊ s¶n xt ®iƯn Hoa kú ( NEMA- National Electrical Manufactures Association) th× PLC thiết bị điều khiển mà đợc trang bị chức logic, tạo dÃy xung, đếm thời gian, đếm Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp xung tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc xử lý Các chức đợc đặt nhớ mà tạo lập xếp theo chơng trình Nói cách ngắn gọn PLC máy tính công nghiệp để thực dÃy trình 1.2.Điểm mạnh điểm yếu PLC a)Điểm mạnh PLC Tõ thùc tÕ sư dơng ngêi ta thÊy r»ng PLC có điểm mạnh nh sau: - PLC dễ dang tạo luồng dễ dàng thay đổi chơng trình - Chơng trình PLC dễ dàng thay đổi sửa chữa: Chơng trình tác động đến bên PLC đợc ngời lập trình thay đổi dễ dàng xem xét việc thực giải chỗ vấn đề liên quan đến sản xuất, trạng thái thực nhận biết dễ dàng công nghệ điều khiển chu trình trớc Nh thế, ngời lập trình chơng trình thực việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình Ngời lập chơng trình đợc trang bị công cụ phần mềm để tìm lỗi phần cứng phần mềm, từ sửa chữa thay hay theo dõi đợc phần cứng phần mềm dễ dàng - Các tín hiệu đa từ PLC có độ tin cậy cao so với tín hiệu đợc cấp từ điều khiển rơle - Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm đợc hiểu không cần ngời sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm không tiếp điểm Không nh máy tính, PLC có mục đích thực nhanh chức điều khiển, mang mục đích làm dụng cụ để thực chức Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến thức chuyên môn PLC Cả việc thực sửa chữa nh việc trì hệ thống PLC nơi làm việc Việc tạo PLC dễ cho việc chuyển đổi tác động bên thành tác động bên (tức chơng trình), mà chơng trình tác động nối tiếp bên trở thành phần mềm có dạng tơng ứng song song với tác động bên Việc chuyển đổi ngợc lại khác biƯt lín so víi m¸y tÝnh - Thùc hiƯn nèi trực tiếp : PLC thực điều khiển nối trực tiếp tới xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với xử lý đầu I/O đợc đặt dụng cụ CPU có chức chuyển đổi tín hiệu từ dụng cụ thành mức logic chuyển đổi giá trị đầu từ CPU mức logic thành mức mà dụng cụ làm việc đợc - Dễ dàng nối mạch thiết lập hƯ thèng: ph¶i chi phÝ rÊt nhiỊu cho việc hàn mạch hay nối mạch cấp điều khiển rơle, PLC công việc đơn giản đợc thực chơng trình Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp chơng trình đợc lu giữ băng catssete hay đĩa CDROM, sau việc trë l¹i - ThiÕt lËp hƯ thèng mét vïng nhỏ: linh kiện bán dẫn đợc đem sử dụng rộng dÃi nên cấp điều kiện nhỏ so với cấp điều khiển rơle trớc đây, - Tuổi thọ bán- vĩnh cửu: hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu so với rơle có tiếp điểm b) Điểm yếu PLC Do cha tiêu chuẩn hoá nên công ty sản xuất PLC đa ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống toàn cục hợp thức hoá Trong mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá PLC đắt sử dụng phơng pháp rơle 1.3.Cấu trúc PLC : Hệ thống PLC thông dụng có năm phận bản, gồm bé xư lý, bé nhí, bé ngn, giao diƯn nhËp/ xuất (I/O), thiết bị lập trình (Hình 1.1) Thiết bị lập trình Bộ nhớ Giao diện nhập Bộ xử lý Giao diện xuất Nguồn Hình 1.1công suất a) Bộ xư lý cđa PLC : Bé xư lý cßn gäi xử lý trung tâm (CPU), linh kiện chứa vi xử lý, biên dịch tín hiệu nhập thực hoạt động điều khiển theo chơng trình đợc lu động nhớ CPU, truyền định dới dạng tín hiệu hoạt động đến thiết bị xuất b) Bộ nguồn: Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tèt NghiƯp Bé ngn cã nhiƯm vơ chun ®ỉi ®iƯn áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho xử lý mạch điện có module giao diện nhập xuất c) Bộ nhớ: Bộ nhớ nơi lu chơng trình đợc sử dụng cho hoạt động điều khiển, dới kiểm tra cđa bé vi xư lý Trong hƯ thèng PLC cã nhiều loại nhớ : Bộ nhớ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cÊp dung lỵng lu trì cho hệ điều hành liệu cố định đợc CPU sư dơng Bé nhí truy cËp ngÉu nhiªn RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho chơng trình ngời dùng Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho liệu Đây nơi lu trữ thông tin theo trạng thái thiết bị nhập, xuất, giá trị đồng hồ thời chuẩn đếm thiết bị nội vi khác RAM liệu đợc xem bảng liệu bảng ghi Một phần nhớ này, khối địa chỉ, dành cho địa ngõ vào, ngõ ra, với trạng thái ngõ vào ngõ Một phần dành cho liệu đợc cài đặt trớc, phần khác dành để lu trữ giá trị đếm, giá trị đồng hồ thời chuẩn, vvnên em gặp Bộ nhớ đọc xoá lập trình đợc ( EPROM ) Là ROM đợc lập trình, sau chơng trình đợc thờng trú ROM Ngời dùng thay đổi chơng trình liệu RAM Tất PLC có lợng RAM định để lu chơng trình ngời dùng cài đặt liệu chơng trình Tuy nhiên để tránh mát chơng trình nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ác quy để trì nội dung RAM thời gian Sau đợc cài đặt vào RAM chơng trình đợc tải vào vi mạch nhớ EPROM, thờng module có khoá nối với PLC, chơng trình trở thành vĩnh cửu Ngoài có đệm tạm thời lu trữ kênh nhập/xuất ( I/O) Dung lợng lu trữ nhớ đợc xác định số lợng từ nhị phân lu trữ đợc Nh dung lợng nhớ 256 từ, nhớ cã thĨ lu tr÷ 256 ¿ = 2048 bit, sử dụng từ bit 256 16 = 4096 bit nÕu sư dơng c¸c tõ 16 bit d) Thiếp bị lập trình Thiết bị lập trình đợc sử dụng để nhập chơng trình vào nhớ xử lý Chơng trình đợc viết thiết bị sau đợc chuyển đến nhớ PLC e) Các phần nhập xuất Là nơi xử lý nhận thông tin từ thiết bị ngoại vi truyền thông tin đến thiết bị bên Tín hiệu nhập đến từ công tắc từ cảm biến vvnên em gặp Các thiết bị xuất đến cuộn dây khởi động động cơ, van solenoid vvnên em gặp Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp 1.4.cấu trúc bên PLC Cấu trúc bên PLC bao gồm xử lý trung t©m (CPU) chøa bé vi xư lý hƯ thèng, nhớ, mạch nhập/ xuất CPU điều khiển xử lý hoạt động bên PLC Bộ xử lý trung tâm đợc trang bị đồng hồ có tần số khoảng từ đến MHz Tần số định tốc độ vận hành PLC, cung cấp chuẩn thời gian đồng hóa tất thành phần hệ thống Thông tin PLC đợc truyền dới dạng tín hiệu digital Các đờng dẫn bên truyền tín hiệu digital đợc gọi Bus Về vật lý bus dây dẫn truyền tín hiệu điện Bus vệt dây dẫn mạch in dây điện cable bẹ CPU sử dụng bus liệu để gửi liệu phận, bus địa để gửi địa tới vị trí truy cập liệu đợc lu trữ bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến hoạt động ®iỊu khiĨn néi bé Bus hƯ thèng ®ỵc sư dơng để truyền thông cổng thiết bị nhập /xuất Cấu trúc PLC đợc minh hoạ nh sơ đồ sau Bus địa Bus điều khiển CPU Đồng hồ ắc quy RAM ch ơng trình ng ời dùng Palen ch ơng trình ROM Hệ thống RAM Dữ liệu Thiết bị Nhập/Xuất Bus liệu BUS Hệ thống (I/O) Bộ đệm Khoá Hình 1.2 Khớp nối quang Các kênh nhập Giao diện truyền động Bộ truyền động Các kênh xuất Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Đồ án Tốt Nghiệp CPU Cấu hình CPU tïy thc vµo bé vi xư lý Nãi chung CPU có: Bộ thuật toán logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý liệu, thực phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) phép toán logic AND, OR,NOT,EXCLUSIVE- OR Bộ nhớ gọi ghi, bên vi xử lý, đợc sử dụng để lu trữ thông tin liên quan đến thực thi chơng trình Bộ điều khiển ®ỵc sư dơng ®Ĩ ®iỊu khiĨn chn thêi gian cđa phép toán BUS Bus đờng dẫn dùng để truyền thông bên PLC Thông tin đợc truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, bit số nhị phân 0, tơng tự trạng thái on/off tín hiệu Thuật ngữ từ đợc sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin Vì từ bit số nhị phân 00100110 Cả 8- bit đợc truyền thông đồng thời theo dây song song chóng HƯ thèng PLC cã lo¹i bus Bus liệu: tải liệu đợc sử dụng tr×nh xư lý cđa CPU Bé xư lý 8- bit có bus liệu nội thao tác c¸c sè 8- bit, cã thĨ thùc hiƯn c¸c phÐp toán số 8-bit phân phối kết theo giá trị 8- bit Bus địa chỉ: đợc sử dụng để tải địa vị trí nhớ Nh từ đợc định vị nhớ, vị trí nhớ đợc gán địa Mỗi vị trí từ đợc gán địa cho liệu đợc lu trữ vị trí định để CPU đọc ghi bus địa mang thông tin cho biết địa đợc truy cập Nếu bus địa gồm đờng, số lợng từ 8-bit, số lợng địa phân biệt 28 = 256 Với bus địa 16 đờng số lợng địa khả dụng 65536 Bus điều khiển: bus điều khiển mang tín hiệu đợc CPU sử dụng để điều khiển Ví dụ để thông báo cho thiết bị nhớ nhận liệu từ thiết bị nhập xuất liệu tải tín hiệu chuẩn thời gian đợc dùng để đồng hoá hoạt động Bus hệ thống: đợc dùng để truyền thông cổng nhập/xuất thiết bÞ nhËp/xt Bé nhí Trong hƯ thèng PLC cã nhiỊu loại nhớ nh: nhớ để đọc (ROM), bé nhí truy cËp ngÉu nhiªn (RAM), bé nhí chØ đọc xoá lập trình đợc (EPROM) Các loại nhớ đà đợc trình bày 10