ĐỒ ÁN TÌM HIỂU VỀ PLC

Tổng quan về PLC, Các loại PLC,,PLC chọn lọc ,Tìm hiểu hệ thống điều khiển plc.PLC là tên viết tắt của cụm từ Programmable Logic Controller. Nó là bộ điều khiển logic lập trình được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và các thiết bị rời cồng kềnh khác. Tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên những thuật toán logic cơ bản. Không những thế nó còn có thể định thời gian trễ, đếm hay tính toán…

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PLC 4

1.1 PLC là gì 4

1.1.1 Định nghĩa về PLC 4

1.1.2 Phương thức hoạt động 4

1.2 Lịch sử phát triển của PLC 4

1.2.1 Sự ra đời của PLC 4

1.2.2 Quá trình phát triển của PLC 5

1.3 Nguyên lý hoạt động của PLC 6

1.3.1 Nguyên lý hoạt động chung 6

1.3.2 Vòng quét của chương trình 6

1.4 Cấu trúc của PLC 7

1.4.1 Cấu trúc chung 7

CHƯƠNG 2 PHÂN LOẠI PLC9 2.1 Phân loại theo hãng sản xuất và version 9

2.1.1 Hãng Siemens 9

2.1.2 Hãng Mitsubishi 10

2.2 Phân loại theo số lượng các đầu vào ra 14

2.2.1 Phân loại chung 14

2.2.2 Các micro-PLC 15

2.2.3 PLC loại nhỏ 16

2.2.4 Các PLC trung bình 17

2.2.5 Các PLC loại lớn 18

2.3 Phân loại theo hình dạng 18

2.3.1 Kiểu hộp đơn 18

2.3.2 Kiểu modul ghép nối 18

CHƯƠNG 3 ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG THỰC TIỄN 20

3.1 Ưu điểm 20

3.1.1 Đặc điểm của hệ thống điều khiển bằng rơ le 20

3.1.2 Đặc điểm hệ thống điều khiển dùng PLC 21

3.2 Ứng dụng thực tiễn 22

KẾT LUẬN 26 Tài liệu tham khảo………27

MỞ ĐẦU

Trước hết, chúng em xin bày tỏ tình cảm và lòng biết ơn tới thầy giáoBùi Anh Tuấn, người đã từng bước hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong quá

trình thực hiện đề tài “Tìm hiểu các loại PLC”.

Đồng thời chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, khoa hệthống điện, trường Đại Học Điện Lực Hà Nội, đã dìu dắt, dạy dỗ cả về kiếnthức chuyên môn và tinh thần học tập giúp cho chúng em có được những kiếnthức thực hiện đề tài của mình

Đề tài của chúng em được chia làm ba chương:

Chương 1 Tổng quan về PLC

Chương 2 Phân loại PLC

Chương 3 Ưu điểm và ứng dụng thực tiễn

Trong quá trình thực hiện đề tài, tuy đã có nhiều cố gắng tìm hiểu, cũngnhư tổng hợp tài liệu, nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậychúng em rất mong được sự góp ý quý báu của tất cả các thầy cô giáo cũngnhư của tất cả các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ PLC

1.1 PLC là gì

1.1.1 Định nghĩa về PLC

PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển

lập trình được (khả trình), cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnlogic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thựchiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhânkích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thờigian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạchrelay (rơ le) trong thực tế

1.1.2 Phương thức hoạt động

PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào.Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình củaPLC có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLCnhư Siemens, AllenBradley, MitsubishiElectric, GeneralElectric, Omron,Honeywell

1.2.2 Quá trình phát triển của PLC

Ban đầu hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiềukhó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từngbước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành Để đơn giản hóa việc lậptrình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle)đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo ra sự phát triển thật sự cho

kỹ thuật lập trình Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC)chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển

cổ Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêuchuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hìnhthang

Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho

hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng như: số lượngngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xabằng kỹ thuật truyền thông; bộ nhớ lớn hơn; nhiều loại Module chuyên dùnghơn

Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lậptrình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh

về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung,

xử lý thời gian thực

Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng

lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc

độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn Bên cạnh đó, PLC đượcchế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụngcủa PLC được mở rộng hơn

1.3 Nguyên lý hoạt động của PLC

1.3.1 Nguyên lý hoạt động chung

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tớicác thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụthuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệ thống số nhị phân, các Softwaredùng để lập trình PLC tích hợp cả phần biên dịch Các dòng lệnh khi lập trìnhchúng ta đưa từ chương trình vào thì trình biên dịch sẽ chuyển đổi sang mã máy

và ghi từng bit “0” hay bit “1” lên đúng vào vị trí có địa chỉ đã được quy ướctrước trong PLC lên PC được thực thi xảy ra ngược lại và trình biên dịch đã làmxong nhiệm vụ của mình trước khi trả chương trình lên Monitor

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đườngtín hiệu song song Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và cácmodul vào ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ởcùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay songsong

1.3.2 Vòng quét của chương trình

PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theochu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle) Mỗi vòngquét được bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm

ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Mỗi vòng quét có thể mô tảnhư sau:

H1 Vòng quét chương trình của PLC

1.4 Cấu trúc của PLC

1.4.1 Cấu trúc chung

PLC bao gồm các thành phần cơ bản sau :

- Mô đun nguồn

- Mô đun xử lý tín hiệu

- Mô đun vào

H2 Mô tả cấu trúc PLC

CHƯƠNG 2PHÂN LOẠI PLC

2.1 Phân loại theo hãng sản xuất và version

Trên thế giới hiện tại có rất nhiều các hãng sản xuất PLC nổi tiếng và phổbiến như:

H6 PLC loại Alpha của Mitsubishi

PLC dòng Alpha của Mitsubishi có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp vớicác ứng dụng với số lượng I/O nhỏ hơn 30 cổng Dòng ALPHA có màn hìnhLCD và các phím nhấn cho phép thao tác, lập trình, sửa đổi… chương trìnhđược tích hợp bên trong bộ đếm tốc độ cao và bộ ngắt (role trung gian), chophép xử lý tốt một số ứng dụng phức tạp…

H7 PLC FXos Mitsubishi

PLC Fxos là loại PLC có kích thước siêu nhỏ, phù hợp với các ứng dụngvới số lượng I/O nhỏ hơn 30, giảm chi phí lao động và kích cỡ panel điều khiển.Với việc sử dụng bộ nhớ chương trình bằng EEPROM cho phép dữ liệu chươngtrình được lưu lại trong bộ nhớ trong trường hợp mất nguồn đột xuất, giảm thiểuthời gian bảo hành sản phẩm Dòng FX0 được tích hợp sẵn bên trong bộ đếm tốc

độ cao và các bộ tạo ngắt, cho phép xử lý tốt một số ứng dụng phức tạp

Nhược điểm của dòng FX0 là không có khả năng mở rộng số lượng I/O,không có khả năng nối mạng, thời gian thực hiện chương trình lâu

H8 PLC FXon của Mitsubishi

FX0N PLC sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏvới số lượng I/O có thể quản lý nằm trong miền 10-128 I/O FX0N thực chất làbước đệm trung gian giữa FX0S với FX PLC FX0N có đầy đủ các đặc trưng cơ

H9 PLC FX1n của Mitsubishi

PLC FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ratrong khoảng 14-60 I/O Tuy nhiên khi sử dụng các module vào ra mở rộng lêntới 128 I/O, bộ nhớ chương rình 8000 kstep, chu kỳ lệnh 0.55us/lệnh, 6 bộ đếmtốc độ cao(60KHz), hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là100KHz, nguồn cung cấp:12-24VDC, 120-240VAC

Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho các ứng dụng dùng trong côngnghiệp chế biến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng,thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hòa không khí trong các nhà kính, hệthống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,…

H10 PLC FX2n của Mitsubishi

FX2N là loại PLC có tính năng tương đối mạnh, FX2N trang bị tất cả cáctính năng dòng FX1N.Tốc độ xử lý tăng cường với thời gian thực hiện0.08us/lệnh, điều khiển số lượng đầu ra từ 16-128I/O, trong trường hợp cần thiết

có thể mở rộng lên tới 256 I/O, bộ nhớ 8kstep, trong trường hợp cần điều khiểncác quà trình phức tạp, có thể mở rộng bộ nhớ lên tới 16kstep

Những tính năng vượt trội cùng với khả năng truyền thông, nối mạng nóichung của dòng FX1N đã đưa FX2N lên vị trí hàng đầu trong dòng FX, có thểđáp ứng tốt các đòi hỏi khắt khe nhất đối với các ứng dụng điều khiển dâychuyền sản xuất, xử lý nước thái, các ứng dụng hệ thống xử lý môi trường, điềukhiển các máy dệt và trong các ứng dụng dây chuyền đóng lắp ráp tàu biển…

2.2 Phân loại theo số lượng các đầu vào ra

2.2.1 Phân loại chung

Ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:

- PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra

- PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra

- PLC lớn có đến trên 1024 kênh vào/ra

2.2.2 Các micro-PLC

H11 PLC T100MD của Triangle Research

Thường có ít hơn 32 đầu vào/ra Ở hình vẽ bên là ví dụ về PLC họT100MD-1616 do hãng Triangle Research International sản xuất Cấu tạo tươngđối đơn giản và toàn bộ các bộ phận được tích hợp trên một bảng mạch có kíchthước nhỏ gọn Micro-PLC có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận như bộ xử lý tínhiệu, bộ nguồn, các kênh vào/ra trong một khối Các micro – PLC có ưu điểmhơn các PLC nhỏ là giá thành rẻ, dễ lắp đặt

Một loại micro PLC khác là DL05 của hãng Koyo, loại này có 32 kênhvào/ra

H12 Micro PLC họ DL05 của hãng Koyo

Hãng Siemens có các loại PLC nhỏ như S5-90U,S5-100U,S7-200, có sốlượng kênh vào/ra nhỏ hơn 256.

H14 PLC S5-100U của Siemens

2.2.5 Các PLC loại lớn

Hãng Siemens là các loại series S7-300, S7-400 Các loại này có số lượngkênh vào/ra rất lớn Các kênh này không thể đấu trực tiếp lên PLC mà phảithông qua các bộ dồn kênh và tách kênh (demultiplexeur và multiplexeur).PLC S7-400 của Siemens là PLC mạnh nhất hiện nay

2.3 Phân loại theo hình dạng

Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu hộp đơn vàkiểu modul nối ghép

2.3.1 Kiểu hộp đơn

Thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và đượccung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh Ví dụ như PLC ZEN 10c củahãng OMRON là một PLC kiêu hộp đơn

H16 PLC của hãng OMRON loại ZEN – 10C

2.3.2 Kiểu modul ghép nối

Gồm nhiều modul riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng vào/ra được lắp trênthanh ray Kiểu này có thể sử dụng cho các thiết bị lập trình ở mọi kích cỡ PLC

H17 PLC S7 300 của Siemens

3.1.1 Đặc điểm của hệ thống điều khiển bằng rơ le

Trước hết có thể thấy hệ thống điều khiển cũ bằng rơ le có rất nhiều nhượcđiểm như:

- Tốn kém rất nhiều dây dẫn

- Thay thế rất phức tạp

- Cần công nhân sửa chữa tay nghề cao

- Công suất tiêu thụ lớn

- Thời gian sửa chữa lâu

- Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho công tác bảo trì cũng nhưthay thế

Tóm lại: Ở những hệ thống rơle cũ để điều khiển đóng ngắt một thiết bị

sau khi thực thi tác vụ theo một khoảng thời gian xác định, chúng ta hay dùngcác bộ Timer Controller, khi đếm các sự kiện, sản phẩm,… chúng ta dùng các

bộ Counter Controller có thể là bằng số cơ khí hay hiển thị bằng Led 7 đoạn,LCD… các giá trị cài đặt được thao tác trên các bộ controller này, nhưng vấn đề

sẽ bắt đầu phức tạp dần khi trong hệ thống cần nhiều bộ timer hay counter riêng

lẻ nhưng phải phối hợp có hệ thống trong một tác vụ liên tục và không có tínhlặp lại, lúc này tủ điều khiển của ta bắt đầu quá tải về số lượng controller, dây

tham số trong quá trình điều khiển chúng ta sẽ tốn rất nhiều công sức để lần lượtthiết lập từng bộ Timer hay Counter Quá phức tạp Chúng ta chưa tính đến khảnăng lão hoá các thiết bị, tính chính xác sẽ từ từ kém đi theo thời gian, chưa tínhđến khả năng hư hỏng tức thời của số lượng thiết bị này sẽ tiều tốn của chúng takhá nhiều tiền chi cho việc chuẩn đoán và thay thế và chúng ta còn chưa tínhđến số thời gian vô ích khi ngừng hệ thống không vận hành sản xuất được, có lẽcác sự kiện nêu trên hoàn toàn đúng với công thức: “Xác suất của số lần hỏnghóc sẽ tăng tỷ lệ thuận với tổng số các thiết bị có tham gia trong quá trình điềukhiển”.

3.1.2 Đặc điểm hệ thống điều khiển dùng PLC

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiểncũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưuđiểm như sau:

- Giảm 80% số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa đượcnhanh chóng và dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máytính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêucầu thêm bớt các thiết bị vào, ra

- Số lượng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms)dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúpthuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trìnhphức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nốimạng, các Modul mở rộng

- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ

- Giá cả có thể cạnh tranh được

Đặc trưng của PLC là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dải quyđịnh cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tốbền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnhchương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng sốlượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên cóthể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điềukhiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động

- Điều khiển bơm.

- Công nghệ sản xuất giấy

- Sản xuất xi măng

- Công nghệ chế biến thực phẩm

- Điều khiển hệ thống đèn giao thông

- Quản lý tự động bãi đậu xe

- Hệ thống báo động

- Dây chuyền may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

- Sản xuất vi mạch

- Kiểm tra quá trình sản xuất

Dưới đây là các hình ảnh về ứng dụng của hệ thóng PLC trong thực tiễn

H18 Ứng dụng PLC trong sản xuất ô tô

H19 Ứng dụng PLC trong dây chuyện đóng nắp chai

H20 Ứng dụng PLC trong máy đùn nhựa

H21 Hộp PLC điều khiển thang máy

KẾT LUẬN

Qua thời gian thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Bùi AnhTuấn cùng sự giúp đỡ rất nhiều của quý thầy cô trong khoa, nhóm đã cố gắnghoàn thành đề tài đúng theo yêu cầu và thời gian quy định Trong đề tài chúng

- Ưu điểm của PLC và các ứng dụng của PLC trong thực tế

Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên đề tàicòn nhiều hạn chế Kính mong thầy cô giáo và các bạn cùng chỉ bảo, góp ý, chia

sẻ, giúp đề tài của nhóm hoàn thiện hơn, có thể phát triển rộng hơn và đi sâu hơnvào nghiên cứu về PLC, để từ đó có những ứng dụng hữu ích trong thực tế