Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp thống điều khiển trung tâm máy tính trung tâm thông qua phần mạng truyền dẫn Với mục đích để tổ hợp việc điều khiển trình xử lý phức tạp Ngày nay, với tiến nhanh chóng công nghệ siêu nhỏ đem lại hiệu cao tối thiểu hoá kích thớc, chúng đà mở thị trờng cho PLC Các phần cứng điều khiển điều khiển dựa máy tính PC (Personal Computer ) đợc mở rộng với tính thực, đà điều khiển trình tự động hoá phức tạp Nhiều loại PLC khác bao trùm nhiều chức năng, từ máy tính mạng nhỏ khối phân tán PLC hiệu cao, lỗi, có tính modul Chúng khác tốc độ xử lý, khả nối mạng modul vào Các PC đại đà cho phép phát triển công cụ lập trình PLC nhanh chóng vòng 10 năm qua Các phơng pháp lập trình PLC truyền thống nh danh sách lệnh, logic bớc sơ đồ hàm hệ thống điều khiển, đợc áp dụng mạnh mẽ đờng đạt tới đỉnh cao 2.3.4 Ưu điểm PLC Với khả lập trình đơn giản, với phát triển công nghệ máy tính Đến điều khiển PLC đạt đợc u việc ứng dụng điều khiển dây truyền công nghệ: ã Chuẩn bị vào tác động nhanh ã Độ tin cậy cao ngày tăng ã Dễ dàng thay đổi soạn thảo chơng trình ã Sự đánh giá nhu cầu đơn giản ã Xử lý t liệu tự động ã Khả tái tạo ã Tiết kiệm không gian ã Sự cải biến thuận tiện ã Thích ứng môi trờng khắc nghiệt ã Có thể tính toán đợc giá thành Khoa điện - 49 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp ã ứng dụng điều khiển phạm vi rộng + So sánh với hệ thống điều khiển logic thông thờng (dạng kinh điển) hệ thống điều khiển dùng PLC có tiêu u việt hẳn: Chỉ tiêu Điều khiển Logic kinh điển Điều khiển Logic khả trình Phần tử điều khiển (Phần cứng) Mục đích đặc biệt Mục đích chung Phạm vi điều khiển Nhỏ trung bình Trung bình lớn Thay đổi thêm bớt Khó Dễ Bảo trì bảo dỡng Khó thực Dễ thực Độ tin cậy Phụ thuộc vào thiết kế chế tạo Cao Hiệu kinh tế Ưu điểm vùng hoạt động công suất nhỏ Ưu điểm với vùng hoạt động 2.3.5 Hiệu kinh tế PLC Khi sử dụng phơng án điều khiển tự động yếu tố kỹ thuật phải xét đến tính kinh tế phơng án để xem phơng án khả thi hay không? Nếu phơng án khả thi hai yếu tố kinh tế kỹ thuật phải ®¶m b¶o Do PLC ®êi thay thÕ cho hƯ rơle nên việc so sánh PLC hệ rơle đà đợc nhà đầu t tính toán đa kết dới đây: Khoa điện - 50 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Hình 2.8: So sánh kinh tế Rơle PLC Từ hình 2.3.5 thấy rằng: VỊ mỈt kinh tÕ, viƯc sư dơng PLC kinh tÕ hệ Rơle nhiều quy mô sản xuất lín, v× tỉng chi phÝ cđa mét hƯ PLC thÊp h¬n so víi tỉng chi phÝ cho mét hƯ R¬le Về mặt kỹ thuật, việc sử dụng PLC có hạn chế phải dùng đội ngũ nhân viên kỹ thuật trình độ cao thiết kế lập trình thao tác PLC Tuy nhiên với tính hẳn hệ rơle, ngời ta ®· sư dơng PLC thay thÕ cho hƯ r¬le D−íi đa số u, nhợc điểm mặt kỹ thuật hai hệ điều khiển này: Điều khiển Rơ Le Điều khiển PLC Ưu điểm Ưu điểm + Nắm biết đợc độ tin cậy + Độ tin cậy cao nhờ sử dụng phần thời gian dài Khoa điện tử tiếp xúc - 51 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 + Nắm biết đơc độ tin cậy Nguyễn Văn Tú _ Lớp + Thay đổi dễ dàng qua công nghệ phích cắm + Nhiều phận đà tiêu chuẩn + Lắp đặt đơn giản hoá + Thay đổi nhanh quy trình điều khiển + Rất nhạy cảm với nhiễu mà không cần thay đổi phần cøng + Kinh tÕ nhÊt ®èi víi hƯ thèng + KÝch th−íc nhá nhá + Cã thĨ nèi víi m¹ng máy tính Nhợc điểm Nhợc điểm + Thời gian lắp đặt lâu ( nối dây, + Giá thành tạo dựng cao nối mạch) + Ngôn ngữ lập trình ngôn ngữ + Thay đổi quy trinh khó "đóng", hÃng sản xuất có khăn phải đổi lại phần cứng ngôn ngữ riêng, dẫn đến khó khăn cho hệ thống việc trao đổi ngôn ngữ lập trình + Khó theo dõi kiểm tra hệ thống lín, phøc t¹p + Cã h− hao sư dơng, cần bảo dỡng thờng xuyên + Kích thớc lớn Những u điểm điều khiển PLC so với điều khiển rơle đà cho phép có mặt hầu hết trình điều khiển máy, thiết bị sản xuất độc lập dây chuyền sản xuất lớn Và đặc biệt điều khiển PLC đà thay hoàn toàn điều khiển rơle trình điều khiển quan trọng trình sản xuất 2.3.6 ứng dụng PLC Đối với hệ thống điều khiển, PLC có chức khác để Khoa điện - 52 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp ứng dụng vào hệ thống Dới xin trình bày chức PLC kiểu điều khiển Kiểu điều khiển Chức + Thay cho điều khiển rơle + Thời gian đếm Điều khiển chuyên gia giám sát + Thay cho panel điều khiển mạch in + Điều khiển tự động, bán tự động, tay máy trình Điều khiển dÃy + Thùc hiƯn c¸c phÐp to¸n sè häc + Cung cấp thông tin + Điều khiển liên tục (Nhiệt độ áp xuất) + Điều khiển động chấp hành + Điều khiển động bớc + Điều hành trình báo động + Phát lỗi điều hành Điều khiển mềm dẻo + Ghép nối với máy tính (RS232/RS242) + Ghép nối với máy in + Mạch tự động hoá xí nghiệp Trong việc điều khiển, chức PLC đợc thể chỗ: - thu nhận tín hiệu đầu vào, tín hiệu phản hồi (Từ cảm biến) - Liên kết ghép nối đóng mở mạch phù hợp với chơng trình - Tính toán soạn thảo lệnh điều khiển sở so sánh thông tin thu đợc - Phát triển lệnh điều khiển đến địa thích hợp ã Chúng liệt kê sè øng dung th«ng dơng cđa PLC: - HƯ thèng cấp nhiên liệu - Hệ thống điều khiển băng truyền - Điều khiển dây truyền đóng gói - Điều khiển chuyển động Robot Khoa điện - 53 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp - Công nghệ giấy - Chế tạo kính - Sản xuất xi măng - Công nghệ in - Xử lý thực phẩm - Các máy công cụ - Sản xuất thuốc - Công nghiệp giấy nghiền - Điều khiển trình tháo rót - Thiết bị xử lý hoá chất - Điều khiển thiết bị điều hoà không khí - Điều khiển thiết bị xử lý giám sát - Dây truyền chế tạo linh kiện điện - điện tử - Nhà máy hoá dầu - Hệ thống điều khiển đèn giao thông - Hệ thống điều khiển ga xe lửa - Nhà máy chế tạo Ôtô - Hệ thống điều khiển an toàn - Hệ thống điều khiển thang máy - Hệ thống điều khiển nhà máy điện - Luyện phôi chế tạo thép - Tự động hoá xây dựng - Điều khiển máy khoan - Tự động hoá nông nghiệp 2.3.7 Cấu trúc PLC ã Cấu trúc PLC nói chung Khoa điện Thiết bị lập trình - 54 Bộ nhớ Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Hình 2.9: Sơ đồ khối PLC ã Bộ sử lý trung tâm (CPU) Đợc xây dựng từ vi sư lý (8 bit, 12 bit hc 32 bit) cã nhớ chơng trình RAM, ROM Thông thờng có cổng giao diện với thiết bị ngoại vi máy tính (PC) lập trình Bộ xử lý trung tâm ghép nối vào - qua BUS : BUS liệu, BUS điều khiển BUS địa Chức vi xử lý trung tâm PLC : Điều khiển kiểm soát chơng trình đợc lu nhớ cách Nó liên kết tín hiệu lại với theo quy định từ đa lệnh cho đầu Sự thao tác chơng trình dẫn đến thời gian trễ, đếm chơng trình quét qua chơng trình đầy đủ sau lại lặp lại Thời gian chu kì đợc gọi "thời gian quét" phụ thuộc vào dung lợng nhớ ã Bộ nhớ chơng trình Thờng phận lu trữ điện tử nh : RAM, PROM, EPROM Chơng trình điều khiển tải xuống từ thiết bị lập trình, chúng đợc giữ lại nhớ Khoa điện - 55 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp Để trì chơng trình trờng hợp điện nguồn đột ngột, ta phải cung cáp nguồn dự phòng cho nhớ Trong thiết kÕ ng−êi ta th−êng chia bé nhí thµnh tõng modul phép điều khiển chơng trình có kích thờng khác Khi cần mở rộng nhớ cần cắm thêm thẻ nhớ điện tử vào panel PLC ã Modul đầu vào Chứa lọc thích ứng lợng Nó có chức chuẩn bị tín hiệu phần tử đầu vào dới dạng tín hiệu tơng tự số, sau chuyển CPU để xử lý Để thuận tiện việc điều khiển, modul đầu vào đợc thiết kế để nhận nhiều đầu vào đầu vào thờng đợc trang bị điốt phát quang để kiểm tra h hỏng ã Modul đầu đợc cấu tạo nh modul đầu vào Nó có chức truyền thông tin đến phần tử kích hoạt cho thiết bị làm việc Vì modul đầu đợc thiết kế để thích hợp với nhiều mạch phèi ghÐp kh¸c ViƯc kiĨm tra, quan s¸t trùc quan đợc thể qua điot phát quang đầu ã Bộ nguồn cung cấp thông thờng nguồn cung cấp cho PLC đợc cấp từ nguồn 220V ~ 110V~ (tần số 50 ữ 60 Hz) 24V chiỊu Bé ngn sÏ cho c¸c ngån ổn định cao, cấp cho CPU, cho modul đầu vào modul đầu 2.3.8 Cấu trúc cđa PLC S7 - 200 víi khèi xư lý CPU224 ã Kết nối với máy tính: Để lập trình điều khiển hệ thống nạp S7-200 cần phải kết nối với máy tính theo sơ đồ nh sau: Q0.0 ữ Q2.7 Khoa điện - 56 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Module mở rộng Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp ã Cấu hình cứng CPU 224 Do thiết bị điều khiển sử dụng đề tài CPU 224, trình bày cấu trúc CPU 224 CPU 224 có đầy đủ tính CPU phiên trớc với cải tiến đáng kể kỹ thuật Đầu Nguồn vào Đèn báo Nối Modul mở rộng Hộp công tắc Cổng truyền thông Đầu vào Hình2.11: Mô hình phần cứng CPU224 ã Đặc điểm kỹ thuật CPU 224 Khoa điện - 57 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp - Bộ nhớ chơng trình : 8KB - Bé nhí d÷ liƯu: KB - Ngôn ngữ chơng trình : LAD, FBD, STL - Bảo vệ chơng trình : mức password bảo vệ - 256 bé ®Õm: bé ®Õm tèc ®é cao(30 kHz), bé ®Õm A/B(tèi ®a 20 kHz), cã thĨ sư dơng đếm tiến, đếm lùi đếm tiến lùi - 128 Timer chia làm loại có độ phân giải khác nhau: Timer 1ms, 16 Timer 10 ms, 236 Timer 100 ms - Số đầu vào ra: có 14 đầu vào số, 10 đầu số - Có tối đa 94 đầu vào số, 74 đầu số, 28 đầu vào tơng tự, đầu t−¬ng tù víi modul më réng t−¬ng tù số - điều chỉnh tơng tự - đầu phát xung tốc độ cao, tần số 20 kHz cho d·y xung kiĨu PTO hc PWM ViƯc kÕt hợp đầu số tốc độ cao đếm tốc độ cao sử dụng cho ứng dụng cần điều khiển có phản hồi tốc độ - Tốc độ xử lý logic 0.37 s - Các chế độ ngắt xử lý ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sờn lên sờn xuống xung, ngắt đếm tốc độ cao, ngắt truyền xung ã Mô tả đèn báo CPU - SP(đèn đỏ ): Đèn đỏ báo hiệu hệ thống bị hỏng - RUN(đèn xanh): Đèn xanh định PLC làm việc chơng trình đợc nạp vào máy - STOP:(đèn vàng): Đèn vàng STOP định PLC chế độ dừng, dừng chơng trình thực lại - Ix.x(đèn xanh): Đèn xanh cổng vào trạng thái tức thời cổng vào Ix.x Đèn báo tín hiệu trạng thái tín hiệu theo giá trị logic cổng - Qx.x(đèn xanh): Đèn báo hiệu trạng thái tức thời cổng Qx.x,trạng thái tín hiệu đầu theo giá trị logic cổng Khoa điện - 58 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp ã Cổng truyền thông S7 - 200 sư dơng cỉng RS485 víi phÝch nèi chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình với trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình (kiểu PPI) 9600 baud Tèc ®é cung cÊp cđa PLC theo kiĨu tù từ 300 đến 38400 baud S7 - 200 ghép nối với máy lập trình PG702 máy lập trình thuộc họ PG7xx sử dụng cáp nối thẳng qua MPI Cáp kèm theo máy lập trình Ghép nối máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với chuyển đổi RS232 /RS 485 ã Công tắc chọn chế độ làm việc cho CPU 224 Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí cho phép lựa chọn chế độ làm việc khác cho CPU 224 - RUN cho phép PLC thực chơng trình.PLC S7 200 rời khỏi chế độ RUN chuyển sang chế độ STOP máy có cố chơng trình gặp lệnh STOP ,thậm chí công tắc chế độ RUN Nên quan trạng thái thực PLC theo đèn báo - STOP cỡng PLC dừng công việc thực chơng trình chạy chuyển sang chế độ STOP chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chơng trình nạp lại chơng trình - TERM cho phép máy lập trình định chế độ làm việc RUN STOP ã Cấu trúc nhí cđa CPU 224 Bé nhí cđa PLC S7 200 đợc chia làm vùng với tụ có nhiệm vụ trì liệu khoảng thời gian ®Þnh mÊt ngn.Bé nhí cđa S7 200 cã tÝnh động cao ,đọc ghi toàn vùng, loại trừ bit nhớ đặc biệt truy cập để đọc - Vùng chơng trình: Là miền nhớ đợc sử dụng để lu trữ lệnh chơng trình Vùng thuộc kiểu non- volatile đọc ghi đợc Khoa điện - 59 Trờng ĐHNNI_ Hà Nội Đồ án tốt nghiệp TĐH46 Nguyễn Văn Tú _ Lớp - Vùng tham số: Là miền lu giữ tham số nh : từ khóa, địa trạm Cũng giống nh vùng chơng trình ,vùng tham số đọc /ghi đợc - Vùng liệu: Đợc sử dụng để cất liệu chơng trình bao gồm kết phép tính, số đợc định nghĩa chơng trình,bộ đệm truyền thông - Vùng đối tợng: Bao gồm Timer, đếm tốc độ cao đầu tơng tự Vùng không thuộc kiểu non- volatile nhng đọc /ghi đợc - Vùng liệu: Vùng liệu vïng cã ý nghÜa quan träng viÖc thùc hiÖn chơng trình Nó miền nhớ động, truy cập theo bit, byte, từ đơn từ kép Vùng liệu lại chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với công dụng khác Các vùng ®ã gåm: V - Variable memory (MiỊn nhí) I - Input image register (Bộ đệm cổng vào) O - Output image register (Bé ®Ưm cỉng ra) M - Internal memory bits (Vïng nhí néi) SM - Special memory bits (Vïng nhớ đặc biệt) ã Kết nối PLC - Kết nối dây cung cấp cho CPU đầu vào cđa CPU ViƯc kÕt nèi d©y ngn cung cÊp cho CPU nối đầu vào/ra CPU đợc mô tả nh hình vẽ: Hình2.12: Sơ đồ nối I/O ®èi víi CPU 224 AC/DC/Relay Khoa c¬ ®iƯn - 60 - Trờng ĐHNNI_ Hà Nội ... häc + Cung cÊp thông tin + Điều khiển liên tục (Nhiệt độ áp xuất) + Điều khiển động chấp hành + Điều khiển động bớc + Điều hành trình báo động + Phát lỗi điều hành Điều khiển mềm dẻo + Ghép nối... khiển Chức + Thay cho điều khiển rơle + Thời gian đếm Điều khiển chuyên gia giám sát + Thay cho panel điều khiển mạch in + Điều khiển tự động, bán tự động, tay máy trình Điều khiển dÃy + Thùc... với cải tiến đáng kể kỹ thuật Đầu Nguồn vào Đèn báo Nối Modul mở rộng Hộp công tắc Cổng truyền thông Đầu vào Hình2 .11: Mô hình phần cứng CPU224 ã Đặc điểm kỹ thuật CPU 224 Khoa điện - 57 - Trờng