Chương 3

ĐIỀU KHIỂN BẰNG RƠLE Wi 4.1 Dac diém: Diéu khién bang role la dang diéu khién tiép diém ON/OFF, được sử dụng rộng rãi từ lâu đời, thích hợp cho các ứng dụng điều khiển tuần tự, qui

Level 5 This is the highest level, consisting of the corporate

information system It is concerned with all of the functions

S Enterprise level necessary to manage the company: marketing and sales,

accounting, design, research, aggregate planning, and master production scheduling

4 This is the factory or production systems level It receives

4 Plant level instructions from the corporate information system and

translates them into operational plans for production

3 Manufacturing system groups of machines: A group of

3 Cell or system machines or workstations connected & supported by a

material handling system, computer, and other equipment

appropriate to the manufacturing process

2 Individual machines: CNC machine tools, industrial

robots, conveyors, automated guided vehicles Control functions at this level include performing the sequence of

steps in the program of instructions in the correct order

2 Machine level

- 1 Lowest level in the automation: It includes the actuators,

1 Device level sensors, other hardware elements The devices are combined

into the individual control loops of the machine

a) ĐK bằng tay (Manual Control Operation)

Sein : Final control Prosese'

b) Diéu khién On/Off (On/off control)

* If the liquid temperature goes below the set-point, the

steam valve opens and the steam is turned on

« When the liquid

temperature goes

above the set-point,

the steam valve

closes and the

steam is shut off

¢ The on/off cycle will

Thumbwheel switch

4 ĐIỀU KHIỂN BẰNG RƠLE Wi

4.1 Dac diém:

Diéu khién bang role la dang diéu khién tiép diém (ON/OFF),

được sử dụng rộng rãi từ lâu đời, thích hợp cho các ứng

dụng điều khiển tuần tự, qui trình điều khiển là cứng Hệ thống làm việc ổn định, khả năng chống nhiễu cao

Tuy nhiên khó khăn cho việc mở rộng hoặc thay đổi chu trình, mạch điều khiển cồng kềnh, chiếm không gian lớn

Lưu ý khi thiết kế mạch ĐK role:

Thiết kế theo nguyên lý mạch logic (OR, AND, NOR )

Số lượng rơle sử dụng trong mạch (tùy vào số lượng thiết

Là những tác động ĐK liên tục lên đối tượng/thiết bị

nhằm duy trì quá trình hoạt động để tạo ra sản phẩm/kết

quả QTĐK

Để định lượng cho các thông số quá trình, người ta có thé

dùng các phương trình toán học để mô tả

P;_ the i process property

Py =F (V5 25 Vins D v,_ the i process variable

Ứng dụng ĐK quá trình (vòng kín)

Điêu khiến vi trí :

A (one-axis) positioning system consisting of a leadscrew

driven by a servo motor

Hoạt động của HT thường được mô tả bằng sơ đồ chức năng

Sequential Function Chart (SFC) Example: A simple sequencing

1.3 Phân loại hệ thống điều khiển Nên

Linear Non Linear Logical Sequential

systems (Timers) (Counters, )

Phân loại hệ thống ĐK Ce

b) Theo phuong phap diéu khién

- _ Điều khién Servo - _ Điều khiển vòng hở

- Điều khiển tươngtự - Điều khiển vòng kín

- Điều khiển số - _ Điều khiển hỗn hợp

c) Theo thiết bị điều khiển

- Điều khiển bằng cơ khí

- Điều khiển kết hợp cơ-điện

- Điều khiển bằng rơle (điện)

- Điều khiển bằng khí nén, thủy lực

- Điều khiển bằng PLC / VĐK

2 DIEU KHIEN BANG CO’ KHi Whi

a) Dac diém:

- Sử dụng các kết cấu cơ để ĐK: cơ cấu cam, bánh răng, thanh răng

-_ Cấu tạo đơn giản

-_ Làm việc ổn định trong mọi môi trường

b) Ứng dụng: Wa

Dùng cơ cấu cam thùng để ĐK trục công tác quay

Ứng dụng: Wa

Dùng bánh răng di trượt để thay đổi ĐK đóng mở 2

3 DIEU KHIEN KET HOP CO-DIEN (Electromechanical) wh

La dang DK On/off, duing cac cơ cấu cơ khí dé đóng mở các tiếp

điêm điện Nó thích hợp cho các ứng dụng đơn giản, qui trình ĐK

là cứng, ít có yêu cầu thay đổi chương trình hoặc mở rộng

Ưu điểm 2? - Electromechanical

Nhược điểm ? fo | we== (timer)

Điều khiển tuần tự theo cữ (Mechanical Sequencers) whi

Mechanical drum-operated sequencer switch

Equivalent sequencer data table

4 ĐIỀU KHIỂN BẰNG RƠLE Wi

4.1 Dac diém:

Diéu khién bang role la dang diéu khién tiép diém (ON/OFF),

được sử dụng rộng rãi từ lâu đời, thích hợp cho các ứng

dụng điều khiển tuần tự, qui trình điều khiển là cứng Hệ thống làm việc ổn định, khả năng chống nhiễu cao

Tuy nhiên khó khăn cho việc mở rộng hoặc thay đổi chu trình, mạch điều khiển cồng kềnh, chiếm không gian lớn

Lưu ý khi thiết kế mạch ĐK role:

Thiết kế theo nguyên lý mạch logic (OR, AND, NOR )

Số lượng rơle sử dụng trong mạch (tùy vào số lượng thiết

4.2 Ứng dụng Wi

a) Mạch rơle công suất nhỏ

Mạch dùng “cảm biến tối” (LDR) ĐK Led D1 Khi chặn ánh sáng

chiếu vào LDR transistor Q1 đóng, transistor Q2 thông làm xuất

hiện điện áp cấp cho 2 đầu cuộn dây rơle A-B, đóng tiếp điểm

b) Mạch điều khiển đóng/ngắt động cơ Va

c) Điều khiển nhiệt độ

+ Dùng van cấp hơi;

Cài đặt nhiệt độ cho bồn Khi nhiệt

độ dịch trong bồn < nhiệt độ cài đặt,

mở van cấp hơi nóng để gia nhiệt

Khi nhiệt độ dịch trong bồn > nhiệt

độ cài đặt, ngắt van cấp hơi

Điều khiển nhiệt độ:

Set-point temperature Fumace

hợp này được thay bằng

điện trở đốt (8 kW)

d) Điều khiển thiết bị chiết rót wh

Hoạt đông HT:

Chai đến vị trí vòi chiết 3 — ete

Băng tải dừng, mở vòi chiêt Chiệt đây - e

nna

Frid ‘Solenoid Operated Contro

Nhắn nút Start, động cơ 1 bơm chất lỏng 1 vào bồn, đến vị trí cảm biến S1 động cơ 1 dừng bơm Động cơ 2 bơm chất lỏng 2

vào bồn chứa Khi lượng chất lỏng 2 đầy đến vị trí cảm biến S2

Bài tập 3.1: ĐK máy bơm nước hoạt động 2 chế độ wn

Dùng công tắc 2 vi tri (A) & (B) để cho máy bơm hoạt động theo

2 chế độ: (A) bơm lên bồn / (B) bơm tưới cây

- Nếu công tắc ở vị trí (A): Khi nhắn nút

Start máy bơm sẽ hoạt động để bơm

nước vào bồn Khi bồn đầy (phao bị tác

động) hoặc khi nhắn nut Stop sé ngắt

bơm

- Nếu công tắc ở vị trí (B): Khi nhắn nút

Start máy bơm sẽ hoạt động cho đến

khi nhắn nút Stop ngắt bơm

ĐK máy bơm nước hoạt động 2 chế độ

Sơ đồ chức năng (SFC) Sơ đồ mach DK

5 DIEU KHIEN BẰNG KHÍ NÉN/THỦY LỰC wh

5.1 Điều khiển thuần khí nén/thủy lực

a) Đặc điểm

- Thiết kế & lắp đặt đơn giản

- Tiện lợi cho các chuyên động tịnh tiến - -

- Phù hợp trong các môi yêu câu nghiêm ngặt vê cháy nô, an toàn điện

- Có tiếng ồn khi hoạt động

- Giá thành năng lượng cao

Biéu dé trang thái: 2 [—|Đảy hàng (2A+)

- Xilanh A dùng để kẹp chặt phôi trong quá trình khoan

- Xilanh B dùng để dẫn động đầu khoan lên/xuống

5.2 Điều khiển bằng điện - khí nén wh

a) Dac diém

- Có thể ĐK phức tạp, linh hoạt hơn so với thuần khí nén

- Thông thường là phương pháp ĐK role

- Tốc độ đáp ứng nhanh so với thuần khí nén

» Điều khiển vòng kín (Close-loop confrol) Qh

Thường dùng để ĐK các van khí nén / thủy lực tuyến tính

(Propotional valve) trong các hệ thống cần điều chỉnh tốc độ

di chuyển / vị trí của cơ cấu chấp hành

pneumatic valve

Output sensing device

Vi du 3.3: (đà

Mach ĐK vô cấp vận tốc di chuyển của xi lanh thủy lực

dùng van tuyên tính ket hop linear potentiometer dé do dich

chuyển của piston

=

al la 1Y1 T X th 1Y2

* Diéu khién tuan tw (Sequence control) Whi

Sử dụng các block nhịp, kết hợp các cữ hành trình để tao ra mach logic tuân tự Hình thức ĐK này được dùng khá phô biên

Ví du 3.4:

Thiết lập mạch ĐK bằng điện-KN, ĐK máy khoan dẫn

động bởi 2 xilanh A & B

Trong đó:

- Xilanh A dùng để kẹp chặt phôi trong quá trình khoan

- Xilanh B dùng để dẫn động mũi khoan

Biểu đồ trạng thái & sơ đồ mạch ĐK: wh

1 Piston A đi ra > [P]: kẹp phôi

2 Piston B đi ra > [S4]: khoan

6 DIEU KHIEN BANG PLC @

6.1 Đặc điểm

Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Cấu trúc dạng mô đun cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả

năng mở rộng

Sử dụng ngôn ngữ lập trình chuyên dùng, tiện lợi sử dụng

Khả năng chống nhiễu cao, có thể làm việc trong môi trường

khắc nghiệt

Dễ kết nối với máy tính và các thiết bị khác

Kích thước nhỏ gọn do sử dụng các linh kiện bán dẫn

Sử dụng tin cậy trong điều kiện sản xuất công nghiệp

6.2 Điều khiên thiết bị ngõ ra của PLC Wn]

6.2.1 Các dạng ĐK ngõ ra PLC

a) Điều khiển đóng mở logic

Điều khiển tắt/mở đèn, động cơ dạng ĐK này cần ngõ ra dạng logic (AC/DC) kết nối trực tiếp (<2A) hoặc gián tiếp qua tầng khuếch đại công suắt

b) Điều khiển bằng tần só

Điều khiển vị trí, tốc độ (động cơ bước, servo) Tín hiệu DK

từ PLC là 1 chuỗi tần số Dang DK nay can ngõ ra dạng logic

(Transistor) kết hợp với các module chuyên dụng

c) Điều khiển bằng giá trị analog

Điều khiển nhiệt độ, tốc độ động cơ Tín hiệu ĐK từ PLC là

analog Thông qua modul chuyên dụng để chuyển đổi thành

tín hiệu ĐK

6.2.2 Điều khiển ngõ ra - động cơ Wi

a) Điều khiển động co DC

Yêu câu ĐK: đảo chiều (đổi cực tính), thay đổi tốc độ

Tín hiệu ĐK: là chuỗi xung DC, trong đó độ rộng xung được

điều chỉnh để thay đổi tốc độ động cơ

b) Brushless DC motors

Yêu câu ĐK: định vị, quay thuận/nghịch đảo chiều

Tín hiệu ĐK: là chuỗi xung DC

c) Step motors

Yêu càu ĐK: định vị, quay thuận/nghịch sử dụng driver

Tín hiệu ĐK: sử dụng phương pháp lập trình xuất 1 chuỗi

xung từ ngõ ra logic dạng DC

d) Servo motors - —

Yêu câu ĐK: định vị, quay đảo chiêu, thay đôi tôc độ động cơ

Tín hiệu ĐK: là tín hiệu DC có điều chỉnh độ rộng xung

Điều khiển ngõ ra - động cơ Wi

e) Động cơ AC 1 pha

Yêu cầu ĐK: khởi động, đảo chiều quay, thay đổi tốc độ

Tín hiệu ĐK: đóng mở logic, Relay, Starter để khởi động, đảo

chiều quay và thay đổi tốc độ cứng Nếu ĐK tốc độ kết hợp Inverter dùng đảo chiều, thay đổi tốc độ mềm phải sử dụng

tin hiéu analog

f) Động cơ AC không đồng bộ 3 pha

Yêu càu ĐK: khởi động, đảo chiều quay, thay đổi tốc độ

Tín hiệu ĐK: đóng mở logic, Relay, Starter để khởi động-đỗi nối Y/A, khởi động bằng biến áp tự ngẫu 3 pha Sử dụng tín hiệu analog kết hợp Inverter để đảo chiều, thay đổi tốc độ mềm

6.2.3 Điều khiển ngõ ra relay, van điện từ Whi

a) Điều khiển khởi động từ

Yêu càu ĐK: điều khiển đóng mở (On/off)

Tín hiệu ĐK: tín hiệu logic 1/0 mức áp: 5VDC, 12VDC, 24VDC, 120VAC, 240VAC

b) Điều khiển van điện từ đóng mở (Solenoid)

Yêu càu ĐK: điều khiển đóng mở (On/off) các van, coils

Tín hiệu ĐK: tín hiệu logic 1/0 mức áp: 5VDC, 12VDC, 24VDC, 120VAC, 240VAC

c) Điều khiển van tuyến tính (Propotional valves)

Yêu cầu ĐK: điều khiển vô cấp tiết diện đóng/mở, độ dịch

chuyển của nòng van

Tín hiệu ĐK: tín hiệu điều khiển analog 0-20mA / 4-20mA

[— na dụng điều khiễn ngõraBELC

8e

Analog control for a tank-filling

6.3 Các module vào/ra (I/O) của PLC

Các thiết bị ngõ vào/ra

(Input /Output) của hệ thống

điều khiển được kết nối với

PLC thông qua các modul

J/O, các modul gồm 2 loại:

- Các module ngõ l/O thông

thường (DI, DO /AI, AO)

i ' '

Module ng6 vao analog (Analog Input Modules)

Physical Signal 0 to 10 Volts DC Signal

Discrete

Analog input

or BCD (counts) Analog |_To

analog input interface

Ví dụ 3.5: (chuyên đôi A/D trên Modul AI) wi

An input module, which is connected to a temperature transducer, has

an A/D with a 12-bit resolution When the temperature transducer receives a valid signal from the process (100 to 600°C) it provides, via a transmitter, a +1 to +5VDC signal compatible with the analog input module

' ‘Sensor and transmitter

a) Find the equivalent voltage change for each count change (the voltage

change per degree Celsius change) and the equivalent number of counts per degree Celsius, assuming that the input module transforms the data into

a linear 0 to 4095 counts

b) Find the same values for a module with a 10-bit resolution

Solution:

a) The relationship between temperature,

voltage signal and module counts is: cŒa: -; NEEN:.-.-

Voltage Counts

- The change in voltage for each input count is: :count= Lae = 0.9768 mVDC

- The corresponding number of counts/degree Celsius is: 1°c = gas =8.19 counts

b) The relationship between temperature, voltage signal, and counts is:

(A 10-bit resolution A/D will digitize the unipolar input signal into 1024 counts,

219 = 1024 counts, ranging from 0000 to 1023)

- The change in voltage per input count is: Tcount = 1023 =3.91mVDC

- The corresponding number of counts/degree Celsius is :°C = — = 2.046 counts

Module ng6 ra analog (Analog Output Modules) q

i way ne Comet, Pressure Analog

re Sie Common Css” - Weta mae

¥ “ey 700 1 600 per

To hydraulic From Bross cylinder system platen or ram

ol reservoir để»

Adjust Vave Pump

Output values for a 12-bit analog

Continuous Signal (voltage or current) for analog control actuator

Transforms data from PLC

to analog signal

Steps in converting a binary value into an analog signal

Block transfer out instruction

® Analog Output Module

PLC Register Output Pressure

Decimal Binary |0-10 VDC 4-20 mA' (psi)

b) Module chuyên dùng:

Module đọc khối lượng:

được thiết kế đặc biệt để

Common, charm

Lệnh tính toán (Math Functions)

Lệnh di chuyển dữ liệu (Move)

Thời gian thực (Real Timer Clock - RTC)

6.5 Xây dựng HT ĐK dùng PLC W

Trình tự xây dựng hệ thống ĐK dé TDH các thiết bị bằng

bộ ĐK PLC gôm các bước cơ bản:

1 Xác định chu trình hoạt động của HT ——> Sơ đồ chức năng (SFC)

Bảng thiết bị - dia chi /O

2 Xác định khối thiết bị Io<Š Số lượng /O

Tinh chat I/O (DI/DO; AVAO)

3 Lựa chọn PLC ——> Loại PLC; Số lượng, tính chất I/O phi hop

4 Kết nối thiét bi I/O voi b6 DK PLC