đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 53 ngời lập trình, thậm trí là cùng một lúc. Những ứng dụng đòi hỏi thời gian đáp ứng cao cũng thờng là những ứng dụng phức tạp, yêu cầu nhiều công sức. Tính hiệu quả của PLC này còn đợc thể hiện khả năng phân tán các đầu vào ra trên nhiều khu vực khác nhau nhng vẫn đợc quản lý tập trung. Ngoài khả năng giảm đáng kể dây dẫn kết nối, tăng độ tin cậy và giảm thời gian sửa lỗi, PLC còn có tính năng vào ra thông minh. Ví dụ: một đầu ra rơle có thể tự ghi lại số lần đóng mở tiếp điểm. cpu của PLC chính có thể đọc thông tin này và thông báo cho nhân viên bảo dỡng cần kiểm tra hay thay thế tiếp điểm khi tuổi thọ làm việc đến hạn. Loại CS1D là một loại PLC mới có tính năng dự phòng ở nhiều cấp độ. - Dự phòng nguồn: Trên rack của CS1d có thể lắp 2 bộ nguồn, mỗi khi một trong hai bộ bị hỏng , lập tức sẽ có bộ dự phòng thay thế vào, đảm bảo hệ thống không bị ảnh hởng. - Dự phòng cpu: CS1D hỗ trợ 2 cpu chạy song song với cơ chế đồng bộ dữ liệu và trạng thái với nhau. Khi module giám sát có sự cố ở một trong hai cpu này thì cpu còn lại sẽ trở thành cpu chính tích cực. - Dự phòng bus: Thông tin giữa các PLC sẽ đợc đảm bảo thông suốt cả khi một đờng cáp bị hỏng thông qua cơ chế đờng vòng. Khi bất kỳ một thành phần nào của hệ thống có dự phòng bị sự cố, ngời vận hành có thể thay thế nó bằng một module mới mà không cần tắt nguồn. Sự phát triển của công nghệ đã giúp PLC ngày một mạnh hơn, thông minh hơn, nhỏ hơn, trong khi đó sự cạnh tranh của thị trờng lai làm cho giá thành của nó ngay càng giảm đi dẫn đến khả năng ứng dụng của nó ngày càng cao và mang lại muôn vàn lợi ích cho nhân loại. 3.1.2.4 Vai trò của PLC. Trong một hệ thống thiết bị điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC đợc coi nh bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống. Với một chơng thình ứng dụng điều khiển ( lu giữ trong bộ nhớ PLC ) trong khâu chấp hành, . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 54 PLC giám sát chặt chẽ, ổn định chính xác trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu của các thiết bị đầu vào. Sau đó nó sẽ căn cứ trên chơng trình logic để xác định tiến trình hoạt động đồng thời truyền tín hiệu tới thiết bị đầu ra. PLC có thể đợc sử dụng để điều khiển những thao tác ứng dụng đơn giản, lặp đi lặp lại hoặc một vài thiết bị trong số chúng có thể đợc nối mạng cùng với hệ thống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua một phần của mạng truyền dẫn, Với mục đích để tổ hợp việc điều khiển một quá trình xử lý phức tạp. Trớc kia bộ PLC giá rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập trình rất phức tạp. Vì những lý do đó mà nó chỉ đợc dùng cho những máy và thiết bị đặc biệt có sự thay đổi thiết kế cần phải tiến hành ngay cả trong giai đoạn lập bảng nhiệm vụ và lập luận chứng. Ngày nay, với những tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ siêu nhỏ đem lại hiệu năng cao và tối thiểu hoá kích thớc, chúng đã mở ra thị trờng mới cho PLC. Các phần cứng điều khiển hoặc các điều khiển dựa trên máy tính PC ( Personal Computer ) đợc mở rộng với các tính năng thực, nay đã có thể điều khiển các quá trình tự động hoá phức tạp. Nhiều loại PLC khác nhau bao trùm nhiều chức năng, từ các máy tính mạng nhỏ và các khối phân tán cho tới các PLC hiệu năng cao, ít lỗi, có tính modul. Chúng khác nhau về tốc độ xử lý, khả năng nối mạng hoặc các modul vào ra. Các PC hiện đại đã cho phép phát triển công cụ lập trình PLC nhanh chóng trong vòng 10 năm qua. Các phơng pháp lập trình PLC truyền thống nh danh sách lệnh, logic bớc hoặc sơ đồ hàm hệ thống điều khiển, cho tới nay đang đợc áp dụng mạnh mẽ và đang trên con đờng đạt tới đỉnh cao của nó. 3.1.2.5. Ưu điểm của PLC. Với khả năng lập trình đơn giản, cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính. Đến nay bộ điều khiển PLC đạt đợc những u thế cơ bản trong việc ứng dụng điều khiển các dây truyền công nghệ: . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 55 * Chuẩn bị vào tác động nhanh: Thiết kế modul cho phép thích nghi đơn giản với bất kỳ mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các bộ phụ kiện đã đợc lắp ghép thì bộ PLC vào t thế sẵn sàng làm việc ngay. * Độ tin cậy cao và ngày càng tăng: Các thành phần điện tử có tuổi thọ dài hơn so với các thiết bị cơ. Độ tin cậy của PLC ngày càng cao và tuổi thọ ngày càng tăng. Việc bảo dỡng định kỳ thờng là cần thiết đối với điều khiển Rơle nhng với PLC việc này đợc loại bỏ. * Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chơng trình: Những thay đổi cần thiết cả khi bắt đầu khởi động hoặc những lúc tiếp theo đều có thể thực hiện dễ dàng mà không cần bất cứ một thao tác nao ở phần cứng. Mặt khác có thể thay đổi mà không tổn thất gì về mặt kinh tế. * Sự đánh giá các nhu cầu la đơn giản: Nếu biết chính xác số đầu vào và đầu ra cần thiết thì có thể đánh giá kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ ( độ dài của chơng trình) tối đa là bao nhiêu. Do đó có thể dễ dàng, nhanh chóng lựa chon loại PLC phù hợp với yêu cầu đề ra. * Xử lý t liệu tự động: Trong nhiều bộ điều khiển PLC việc xử lý t liệu đợc tiến hành tự động làm cho việc thiết kế tự động trở nên đơn giản. * Khả năng tái tạo: Ngời ta a dung các bộ PLC hơn các bộ điều khiển khác không chỉ vì nó có thể sử dụng thuận lợi cho các máy đã làm việc ổn định mà còn vì nó có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà ngời ta có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành. * Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với điều khiển bằng rơle tơng ứng. Trong nhiều trờng hợp không gian đợc thu hẹp vì có nhiều bộ phận đợc giảm bớt. . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 56 Sự cải biến thuận tiện: Những bộ điều khiển nếu chỉ muốn cải biến một bộ phận nhỏ trong dãy chức năng, có thể cải tạo một cách đơn giản bằng cách sao chép, cải biến hoặc thêm vào phần mới. So với kỹ thuật điều khiển bằng rơle ở đây có thể giảm phần lớn tổng thời gian lắp ráp, do có thể lập trình các chức năng điều khiển trớc hoặc trong khi lắp ráp bẳng điều khiển. * So với bộ điều khiển bằng Rơle thì việc lắp đặt bộ PLC đơn giản hơn nhiều so với việc lắp đặt một bộ điều khiển bằng Rơle. * Thích ứng trong môi trờng khắc nghiệt: Các PLC có thể làm việc trong môi trờng nhiệt độ cao, độ ẩm cho phép, sự dao động của điện áp lớn * Có thể tính toán đợc giá thành: Khi điều khiển một hệ thống nào đó ta lập chơng trình điều khiển và chon thiết bị điều khiển. Nh vậy với yêu cầu của công nghệ ta có thể lựa chọn đợc thiết bị và tính toán đợc chi phí của một hệ thống điều khiển. * So sánh với hệ thống điều khiển logic thông thờng (dạng kinh điển) thì hệ thống điều khiển dung PLC có những chỉ tiêu u việt hơn 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 và trung bình Trung bình và lớn Thay đổi hoặc thêm bớt Khó Dễ Bảo trì bảo dỡng Khó thực hiện Dễ thực hiện Độ tin cậy Phụ thuộc vào thiết kế và chế tạo Cao Hiệu quả kinh tế Ưu điểm ở vùng hoạt động công suất nhỏ Ưu điểm với mọi vùng hoạt động . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 57 * ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng: Ngày nay, với nhiều chức năng, PLC cho phép ta ứng dụng chúng vào rất nhiều hệ thống điều khiển. 3.1.2.6 Hiệu quả kinh tế của PLC. Khi sử dụng một phơng án nào trong điều khiển tự động thì ngoài yếu tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến tính kinh tế của phơng án đó để xem phơng án có thể khả thi hay không?. Nếu phơng án đó khả thi thì cả hai yếu tố kinh tế kỹ thuật đều phải đảm bảo. Do PLC ra đời thay thế cho hệ rơle nên việc so sánh PLC và hệ rơle đã đợc các nhà đầu t tính toán và đa ra kết quả dới đây: Từ hình 2.1 có thể thấy rằng: Về mặt kinh tế, việc sử dụng PLC kinh tế hơn hệ Rơle rất nhiều ở quy mô sản xuất lớn, vì tổng chi phí của một hệ PLC thấp hơn so với tổng chi phí cho một hệ Rơle. Về mặt kỹ thuật, thì việc sử dụng bộ PLC có một hạn chế là phải dùng đội ngũ nhân viên kỹ thuật trình độ cao thì mới có thể thiết kế lập trình và Giá tiền Số l uợng đầu vào/ra So sánh giữa hệ kinh tế Rơle và PLC Lập trình PLC Tổng giá trị của Rơle Tổng giá trị của PLC Logic mạch cứng hệ Rơle Phần cứng PLC Phần cứng hệ Rơle - cuộn từ Hình 11: So sành kinh tế Rơle và PLC . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 58 thao tác bộ PLC. Tuy nhiên với tính năng hơn hẳn hệ rơle, ngời ta đã sử dụng PLC thay thế cho hệ rơle. Dới đây chúng tôi đa ra một số u, nhợc điểm về mặt kỹ thuật của hai hệ điều khiển này: Điều khiển bằng Rơle Điều khiển bằng PLC Ưu điểm * Nắm biết đợc và độ tin cậy trong một thời gian dài. * Nắm biết đơc độ tin cậy. * Nhiều bộ phận đã tiêu chuẩn hoá. * Rất ít nhạy cảm với nhiễu. * Kinh tế nhất đối với hệ thống nhỏ. Ưu điểm * Độ tin cậy cao nhờ sử dụng các phần tử tiếp xúc. * Thay đổi dễ dàng qua công nghệ phích cắm. * Lắp đặt đơn giản. * Thay đổi nhanh quy trình điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng. * Kích thớc nhỏ. * Có thể nối với mạng máy tính. Nhợc điểm * Thời gian lắp đặt lâu ( nối dây, nối mạch). * Thay đổi quy trinh rất khó khăn do phải đổi lại phần cứng của hệ thống. * Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp. * Có h hao trong sử dụng, do đó cần bảo dỡng thờng xuyên. * Kích thớc lớn. Nhợc điểm * Giá thành tạo dựng cao. * Ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ "đóng", mỗi hãng sản xuất có một ngôn ngữ riêng, dẫn đến khó khăn cho việc trao đổi ngôn ngữ lập trình. . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 59 Những u điểm trên đây của bộ điều khiển PLC so với bộ điều khiển bằng rơle đã cho phép nó có mặt hầu hết trong quá trình điều khiển từng máy, thiết bị sản xuất độc lập hoặc cả một dây chuyền sản xuất lớn. Và đặc biệt bộ điều khiển PLC đã thay thế hoàn toàn bộ điều khiển bằng rơle trong những quá trình điều khiển quan trọng của quá trình sản xuất. 3.1.2.7. ứng dụng của PLC Đối với mỗi hệ thống điều khiển, PLC đều có những chức năng khác nhau để ứng dụng vào hệ thống đó. Dới đây chúng tôi xin trình bày chức năng của PLC đối với từng kiểu điều khiển. Kiểu điều khiển Chức năng Điều khiển chuyên gia giám sát * Thay cho điều khiển rơle * Thời gian đếm * Thay cho các panel điều khiển mạch in * Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình. Điều khiển dãy * Thực hiện các phép toán số học * Cung cấp thông tin * Điều khiển liên tục (Nhiệt độ áp xuất) * Điều khiển động cơ chấp hành * Điều khiển động cơ bớc Điều khiển mềm dẻo * Điều hành quá trình và báo động * Phát hiện lỗi và điều hành * Ghép nối với máy tính (RS232/RS242) * Ghép nối với máy in * Mạch tự động hoá xí nghiệp . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 60 Trong việc điều khiển, chức năng của PLC còn đợc thể hiện ở chỗ: - thu nhận các tín hiệu đầu vào, tín hiệu phản hồi (Từ các cảm biến) - Liên kết ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với chơng trình - Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu đợc - Phát triển các lệnh điều khiển đó đến các địa chỉ thích hợp. Trong sản xuất, bộ điều khiển lập trình PLC đợc ứng dụng rất phổ biến. Dới đây chúng tôi đa ra một số ứng dụng của nó. * Hệ thống bơm cấp nớc: trong sản xuất, trong sinh hoạt hay trong lĩnh vực chăm sóc cây trồng trong nhà kính, có những yêu cầu tự động bơm nớc với những chơng trình khác nhau: + Hệ thống bơm nớc cung cấp cho sản xuất và sinh hoạt: trong các xí nghiệp công nghiệp hay các khu nhà ở cao tầng, thờng đợc thiết kế có hồ chứa nớc phục vụ cho sản suất và sinh hoạt. Động cơ bơm nớc của hồ chứa theo nguyên tắc: - Khi mức nớc trong hồ giảm xuống dới mức thấp thì động cơ đợc cấp điện để bơm nớc từ giếng hay từ hệ thống nớc thuỷ cục vào hồ chứa - Khi mực nớc trong hồ tăng lên đến mức cao thì động cơ bị ngắt điện và ngừng bơm. - Động cơ bơm có thể hoạt động ở chế độ tự động hay chế độ điều khiển bằng tay. + Hệ thống bơm nớc thải công nghiệp: Trong công nghiệp, một số nhà máy, xí nghiệp trong nớc thải có mang theo hoá chất độc hại nên không trực tiếp thải ra môi trờng mà phải cho vào một hồ chứa. Sau khi sử lý các loại hoá chất độc hại mới đợc bơm nớc đã xử lý ra môi trờng bên ngoài. Đối với hệ thống loại này, khi mực nớc trong hồ lên đến mức cao thì điều khiển động cơ bơm nớc phải thải đi, khi mực nớc xuống mức thấp thì điểu khiển động cơ ngừng lại. . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 61 + Hệ thống bơm nớc, phun sơng cho nhà kính, hoạt động theo giờ tong ngày và ngày trong tuần: Một số loại cây trồng đợc tới nớc trong mỗi ngày hai lần vào buổi sáng và buổi tối, mỗi lần tới trong thời gian 5 phút. Một số loại cây khác có yêu cầu tới nớc cách ngày, hai ngày tới một lần vào buổi tối, thời gian tới 5 phút. PLC hoàn toàn có thể đáp ứng các yêu cầu tự động điều khiển trên rất đơn giản và ít hao tốn thiết bị điện hơn so với sơ đồ điểu khiển có tiếp điểm dùng khí cụ điện từ. * Hệ thống tự động đóng mở cửa: trong các xí nghiệp công nghiệp, các nhà hàng khách sạn cao cấp, hay trong các hoạt động phục vụ cho đời sống, cho sinh hoạt khác, ngời ta cần một hệ thống cửa tự động mở khi có ngời hay xe vào ra và tự đóng lại khi ngời hay xe đã qua khỏi cửa. Đối với các hệ thống đóng mở cửa tự động nh đã nêu trên, thờng đợc thiết kế có hai bộ cảm biến là loại thu phát hồng ngoại đợc đặt ở bên ngoài và bên trong cửa. Khi có ngời hay xe đến trớc cửa thì tia hồng ngoại từ bộ phát sẽ phản chiếu về bộ thu và cho ra tín hiệu điều khiển đóng hay mở cửa. Thông thờng, ngời ta đặt tiếp điểm hành trình để giới hạn chu trình mở hay đóng cửa. Khi mở hết cửa thì tiếp điểm hành trình sẽ tác động ngắt mạch, đóng hết cửa thì tiếp điểm hành trình cũng sẽ tác động để ngắt mạch. Hệ thống tự động điều khiển động cơ : trong lĩnh vực trang thiết bị diện cho các nhà máy công nghệ hay các máy công cụ hoặc phụ trợ cho sản xuất, các nguyên tắc điều khiển tự dộng điều khiển thờng gặp nh: - Điều khiển động cơ chạy tuần tự hay dừng tuần tự. - Động cơ khởi động kiểu sao - tam giác để giới hạn dòng - Động cơ đấu kiểu tam giác-sao để đổi tốc độ - Điều khiển động cơ máy nén khí. - Điều khiển tự động hệ thống lạnh công nghiệp Với bộ PLC, việc thực hiện các nguyên tắc tự động điều khiển trên sẽ trở thành rất đơn giản. . đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 62 - Nhà sản xuất Thụy sĩ mikron chọn PLC của Siemens sử dựng trong xởng chế tạo của họ. PLC đối thoại qua hệ thống máy tính công nghiệp chạy phần mềm HMI là chìa khoá để làm cho hệ thống lớn này đẽ thiết lập và sử dụng. - Nhà sản xuất Ôtô Jaguar (Anh) sử dụng các PLC và bộ truyền động để đảm bảo hoạt động của dây chuyền sản xuất với các tính năng mosbus Ethernet TCP/IP và Web cho phép các kỹ s kiểm tra tình trạng thiết bị từ mọi vị trí trong nhà máy. Chúng tôi có thể liệt kê một số ứng dung thông dụng của PLC: * Hệ thống cấp nhiên liệu * Hệ thống điều khiển băng truyền * Điều khiển dây truyền đóng gói * Điều khiển chuyển động của Robot * Công nghệ giấy * Chế tạo kính * Sản xuất xi măng * Công nghệ in * Xử lý thực phẩm * Các máy công cụ * Sản xuất thuốc lá * Công nghiệp giấy và nghiền * Điều khiển quá 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 . . biệt bộ điều khiển PLC đã thay thế hoàn toàn bộ điều khiển bằng rơle trong những quá trình điều khiển quan trọng của quá trình sản xuất. 3.1.2.7. ứng dụng của PLC Đối với mỗi hệ thống điều khiển,. 57 * ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng: Ngày nay, với nhiều chức năng, PLC cho phép ta ứng dụng chúng vào rất nhiều hệ thống điều khiển. 3.1.2.6 Hiệu quả kinh tế của PLC. Khi sử dụng. Phần tử điều khiển (Phần cứng) Mục đích đặc biệt Mục đích chung Phạm vi điều khiển Nhỏ và trung bình Trung bình và lớn Thay đổi hoặc thêm bớt Khó Dễ Bảo trì bảo dỡng Khó thực hiện Dễ thực hiện