Bài tập lớn-Tự động hóa quá trình công nghệ-HaUI

Bài tập lớn TĐH quá trình công nghệ trường Đại Học Công nghiệp Hà Nội

LỜI MỞ ĐẦU

Chương I Tổng quan về công nghệ và quá trình sản xuất gạch không nung 1.1 Tìm hiểu về công nghệ sản xuất gạch không nung

a Khái niệm gạch không nung: Gạch không nung là một loại gạch mà sau

nguyên công định hình, không phải sử dụng nhiệt để nung nóng đỏ viện gạch nhắm tăng độ bền của viên gạch Độ bền của viên gạch không nung được gia tăng nhờ lực ép vào viện gạch và thành phần kết dính của chúng

b Thành phần chủ yếu của gạch không nung bao gồm: đá mạt, cát, xi

măng, nước

- Đá mạt: Đá mạt của gạch không nung được lựa chọn sạch không lẫn đất,

hạt đá phải nhỏ mịn nhiều bột (hạt <3mm, có tỷ lệ bột >35%), mạt đá có thành phần trong gạch chiếm 60 %

- Xi măng: có thành phần trong đá khoảng 10%.

- Nước: có tỷ lệ hợp lý để đạt độ kết dính và không dích tạp chất bẩn.

- Cát: là loại cát sạch không chứa tạp chất như đất, có độ mịn cao (hạt

<=3mm) , thành phần cát có trong gạch 30%

c Ưu điểm của gạch không nung so với gạch nung đất sét

- Nguyên liệu sản xuất là xi măng và mạt đá không sử dụng tài nguyên đất

sét ruộng để sản xuất ra 40 tỷ viên gạch đất sét nung theo nhu cầu từ nayđến năm 2020 ước tính phải tiêu tốn 600 triệu m3 đất sét, tương đương

30 nghìn hét ta(ha) đất canh tác, sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến an ninh lương thực của Việt Nam

- Giảm tiêu thụ năng lượng từ 70 – 80% so với sản xuất gạch đất sét nung,

viên gạch không nung không dùng than củi để nung gạch nên cũng khôngthải các khí Cox, SOx, NOx độc hại gây ôi nhiễm môi trường

- Sản phẩm gạch không nung có hình dạng phong phú hơn các mẫu gạch

đất sét nung truyền thống và có kích thước lớn nhỏ tùy theo yêu cầu thiết

kế, kích thước mỗi viên đồng đều chính xác, vận chuyển thuận tiện, giúp người thợ xây dựng xây nhanh, tăng năng suất lao động từ 3 – 6 lần so với gạch đất sét nung, rút ngắn tiến độ thi công công trình Sản phẩm gạch không nung nói cách khác chính là bước đột phá trong công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngành xây dựng

- Viên gạch không nung có dạng khối Block do nguyên công ép rung tạo

hình và đóng rắn tự nhiên, cường độ kháng nén cao, bề mặt nhẵn, do đó

sử dụng vữa xây, trát rất ít, tiếp kiệm chi phí, giảm giá thành xây dựng, tuổi thọ công trình cao, chịu đựng tốt các điều kiện khắc nghiệt

- Tính năng cách âm, cách nhiệt, chống thấm cao Vào mùa hè giảm truyền

nhiệt từ bên ngoài vào, mùa đông giảm tổn thất nhiệt trong nhà, vì thế

căn nhà của bạn sẽ mát vào mùa hè, ấm vào mùa đông, tiếp kiệm năng lượng.

- Quy trình sản xuất tự động hóa cao, môi trường lao động an toàn, không

có hiện tượng cháy lò khi có nhiệt độ ngoài trời quá cao như sản xuất gạch đất sét nung truyền thống

- Gạch không nung là vật liệu xây dựng các công trình xanh, than thiện

môi trường sinh thái Qua phân tích so sánh tính ưu việt của vật liệu xây dựng không nung so với gạch đất sét nung cho thấy việc phát triển đầu tưsản xuất và sử dụng gạch không nung là xu hướng tất yếu của ngành công nghiệp vật liệu xây dựng việt nam hiện đại và bền vững

d Quy trình sản xuất gạch không nung

Sơ đồ khối quy trình sản xuất gạch không nung:

Quy trình sản xuất:

- Cấp nguyên liệu: gồm các phễu chứa liệu, băng tải liệu, cân định lượng,

bộ phận cài đặt phối liệu Sau khi nguyên liệu được cấp đầy vào các phễu(bằng máy xúc), nguyên liệu được cấp theo công thức phối trộn đã cài đặt( cấp phối bê tông)

- máy trộn nguyên liệu: mạt đá (cốt liệu), cát, nước và xi măng được tự

động đưa vào máy trộn tự động theo quy định cấp phối Sau đó, hỗn hợp nguyên liệu được trộn ngấu đều theo thời gian được cài đặt Hỗn hợp sau phối trộn được tự động đưa vào ngăn phân chia nguyên liệu ở khu vực máy tạo hình ( hay máy ép tạo Block) nhờ hệ thống băng tải

- Khu vực chứa khay (hay palet) cấp palet làm đế đỡ phía dưới trong quá

trình ép và chuyển gạch thành phẩm ra khỏi dây truyền Khay (palet) này

có thể làm bằng nhựa ổng hợp hày gỗ ép, trong quá trình làm việc chịu được lực nén và rung động lớn

- Máy ép tự động tạo hình: nhờ vào hệ thống thủy lực, máy hoạt động theo

cơ chế ép kết hợp với rung tạo ra lực rung ép rất lớn để hình thành lên viên gạch Block đồng đều, đạt chất lượng cao và ổn định Cùng với việc phối trộn nguyên liệu, bộ phận tạo hình nhờ ép rung này là hai yếu tố vô cùng quan trọng để tạo ra sản phẩm theo ý muốn

- Tự động ép mặt – máy cấp màu: đây là bộ phận giúp tạo màu bề mặt cho

gạch tự chèn Chỉ cần thiết khi sản xuất gạch tự chèn, gạch trang trí có màu sắc

- Tự động chuyển gạch: Dây là máy tự động chuyển và xếp từng khay

gạch vào vị trí định trước một cách tự động nhờ đó mà ta có thể chuyển gạch vừa sản xuất ra để dưỡng hộ hoặc tự động chuyển vào máy sấy tùy thei mô hình sản xuất

- Gạch được dưỡng hộ sơ bộ khoảng 1 – 1,5 ngày trong nhà xưởng có mái che, sau đó chuyển ra khu vực kho bãi thành phẩm tiếp tục dưỡng hộ mộtthời gian (từ 10 đến 28 ngày tùy theo yêu cầu) và đóng gói, dán nhãn mácxuất xưởng

- Một số hình ảnh gạch sản xuất thành phẩm sử dụng được:

1.2 dây chuyền sản xuất gạch không nung

Hiện nay trên thế giới có nhiều nhà sản xuất dây chuyền tạo hình viên gạch

không nung, tùy theo tiêu chuẩn gạch của mỗi nước mà các thiết bị phù hợp cả

về hình dáng, kích thước và độ bền của viên gạch Ngoài ra thiết bị dây chuyềnnày còn phụ thuộc vào các chất liệu tạo nên viên gạch tại địa phương nơi chúng

ta lựa chọn vị trí xây dựng nhà máy gạch không nung

Sau đây là sơ đồ dây chuyền gạch không nung:

a Thiết bị đong định lượng tự động

Bao gồm 3 phễu để đong và có băng tải đưa xuống máy trộn khi các phễu đã đong đủ các thành phần cần đưa vào trộn

Hình: phễu đong PL1200Y

Bảng thông số của thiết bị đong PL1200Y:

Thể tích thùng chứa liệu đã đong 1.2m3Thể tích phễu chứa liệu chưa đong 3*4m3Năng lực sản xuất theo giờ 72m3/h

Độ chính xác định lượng ± 2%

Trọng lượng có thể đong lớn nhất 2000kg

Số chủng loại vật liệu đong 3 loại

Kiểu đong định lượng Đong bằng hệ thống cửa điệnKiểu tháo liệu Tháo liệu bằng hệ thống cửa điện

Kích thước bên ngoài(D*R*C) 8650*2000*2900

b Thiết bị đảo trộn nguyên liệu

Máy đảo trộn khi nguyên vất liệu mạt đá, cát, xi măng được đưa vào sẽ được đảo trộn khô và sau một thời gian định trước sẽ phun nước vào với định lượng được định trước

Hình: máy trộn JS500

Bảng thông số máy trộn JS500:

Thể tích thùng trộn liệu 800LThể tích đưa vào trộn lớn nhất 500LNăng lực tình theo giờ ≥25m3/h

Cỡ thước hạt lớn nhất của vật liệu trộn 80/60 mm sỏi /đá dămTrục và cánh

trộn

Tốc độ quay trục trộn 30.5 r/min

Số lượng cánh trộn 2*7 cánhĐộng cơ gầu

c Máy ép gạch không nung

Máy ép định hình viên gạch với lực ép có đơn vị kg/m2 Đây là thiết bị tạo hình viên gạch có tính chất quyết định đến chất lượng, giá thành và năng suất tạo hình viên gạch của máy dạng gạch này

Hình: máy ép gạch không nung QTY6-15

Bảng thông số máy ép gạch không nung QTY6-15:

Loại khuôn một lần ép 6 viên/khuôn với kích thước gạch

d Băng tải chuyển gạch ra từ vị trí máy ép

Băng tải chuyển gạch là loại băng tải mắt xích chuyển ra vị trí xe nâng

để nâng ra ngoài vị trí chứa và xếp gạch

1.3 Yêu cầu về tự động hóa và xu hướng phát triển

a Yêu cầu về tự động hóa

- Dây chuyền có khả năng tự động hóa cao, quy mô sản xuất công nghiệp,

sử dụng ít nhân công phục vụ trong dây chuyền

- Dây chuyền phải đạt trên 85% tự động hóa.

- Tỷ lệ thành phẩm đạt chất lượng sau khi nén ép cao, sai số kích thước sản

- Dây chuyền có khả năng sản xuất được đa dạng nhiều loại sản phẩm trên

cùng một dây chuyền, chỉ cần thay đổi khuôn mẫu

- Giá thành sản phẩm rẻ hơn so với sản xuất thủ công truyền thống.

b Xu hướng phát triển

- Cần hoàn thiện dây chuyển có khả năng tự động hóa 100% từ việc ghềnh

phế liệu cho đến công đoạn đong đo, chộn phối liệu đến ép thành phẩm

và phân loại thành phẩm lỗi và sếp thành phẩm

- Một dây chuyền sản xuất chỉ cần 1 đến 2 nhân công trong một dây

chuyền nhưng năng suất cao

- Có hệ thống giám sát dây chuyền thông minh.

Chương II Cấu trúc của hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất 2.1 Cấu trúc cơ bản của 1 hệ thu thập dữ liệu điều khiển

Hình 2.1 Các thành phần cơ bản của 1 hệ giám sát

Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật Trong khi đó hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện giữa người vận hành và máy Các thiêt bị có thể được ghé nối trực tiếp điểm-điểm,hoặc thông qua mạng truyền thông Hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm các thành phần chức năng chính:

- Hệ thống điều khiển và giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người máy,các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành

- Thiết bị điều khiển:Gồm các bộ điều khiển chuyên dụng,bộ điều khiển khả trình PLC

- Cảm biến và chấp hành: Các sensor,cơ cấu chấp hành, ghép nối

vào/ra,chuyển đổi tín hiệu

- Quá trình kỹ thuật: thực hiện yêu cầu công việc theo đúng yêu cầu mà đã lậptrình

2.2 Các loại cấu trúc điều khiển

2.2.1 Điều khiển tập trung với vào/ra tập trung

Một máy tính duy nhất được điều khiển toàn bộ quá trình kỹ thuật Máy tính điều khiển tập trung thông thường được đặt tại phòng điều khiển trung tâm,cách xahiện trường Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp,điểm-điểm với máy tính điều khiển trung tâm qua các cổng vào,ra của nó

Cấu trúc điều khiển tập trung thường thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa quy mô vừa và nhỏ,điều khiển các loại máy móc bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành 1 lần cho máy tính điều khiển

 Ưu điểm: tập trung toàn bộ “Trí tuệ”,tức chức năng xử lý thông tin trong một thiết bị điều khiển duy nhất

- Phương pháp truyền dẫn tín hiệu thông thường giữa các thiết bị

trường và thiết bị điều khiển dễ chịu ảnh hưởng của nhiễu gây sai số lớn

Hình 2.2:Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung

2.2.2 Điều khiển tập trung với vào/ra phân tán

Giải pháp sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu trúc vào /ra phân tán và các thiết bị trường thông minh chính là xu hướng trong xây dựng các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại

 Ưu điểm:

- Tiết kiệm dây dẫn và công đi dây,nối dây

- Giảm kích thước hộp điều khiển

- Tăng độ linh hoạt hệ thống

- Thiết kế và bảo trì dễ

- Khả năng chuẩn đoán tốt

- Tăng độ tin cậy hệ thống

Hình 2.3:Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra phân tán

2.2.3 Điều khiển phân tán với vào/ra tập trung

Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặc rải rác tại các phòng điều

khiển/phòng điện của từng phân đoạn,phân xưởng Các phân đoạn có sự liên hệ vớinhau,vì vậy điều khiển quá trình tổng hợp cần có sự điều khiển phối hợp giữa các máy tính các máy được nối với nhau và nối với một hoặc nhiều máy tính giám sáttrung tâm qua bus hệ thống

 Ưu điểm: độ linh hoạt cao hơn so với cấu trúc tập trung Hiệu năng cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tán chức năng xuống các cấp dưới

Hình 2.4:Cấu trúc điều khiển phân tán với vào/ra tập trung

2.2.4 Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán

Sử dụng các hệ điều khiển phân tán với cấu trúc vào /ra phân tán và các thiết bị trường thông minh chính là xu hướng trong xây dựng các hệ thống điều khiển giámsát hiện đại

Hình 2.5: Cấu trúc điều khiển phân tán với vào ra phân tán

2.2.5 Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán

 Ưu điểm: Đội tin cậy cao,tính năng mở và độ linh hoạt cao thì yếu tố kinh tế cũng đóng vai trò quan trọng.Việc phân tán chức năng xử lý thông tin, chức năng điều khiển là tiền đề cho kiến trúc trí tuệ phân tán trong tương lai

KL: Ở đề tài :công nghệ và sản xuất gạch không nung nhóm em lựa

chọn cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra phân tán.

2.3 Các hệ đảm bảo

- Các hệ con đảm bảo là các hệ con cơ bản mà bất cứ hệ thống ĐK TĐH QTCN nào cũng phải có để đảm bảo cho hoạt động bình thường Có 3 hệ con đảm bảo là:

 Đảm bảo thông tin

2.3.1 Đảm bảo thông tin:

 Cấu Tạo Của Đả Bảo Thông Tin:

Trong hệ ĐK TĐH QTCN con người căn cứ vào thông tin thu nhận được (đã qua máy xử lý) để quyết định các phương pháp điều khiển Độ chính xác của các quyết định phụ thuộc vào độ chính xác của thông tin Các thông tin phải phản ánh đúng các thông số trạng thái của các đối tượng bị điều khiển hay không

Vậy đảm bảo thông tin được hiểu là: hệ thống phản ánh quá trình sản xuất, là hệ thống các mô hình thông tin dùng để mô tả cách hình thức quá trìn sản xuất Hiểu theo nghĩa hẹp đảm bảo thông tin bao gồm các phần sau đây:

- Hệ thống phân loại, đánh dấu,đặt tên các phần tử, các đối tượng điều khiển

- Hệ thống định mức ,các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

- Tổ chức lưu giữ,gia công,xử lý, hiệu chỉnh thông tin

Như vậy: Đảm bảo thông tin là bước đầu tiên của quá trình xử lý thông tin trong hệ

ĐK TĐH QTCN

 Mô Hình Đảm Bảo Thông Tin:

Định nghĩa: Mô hình thông tin là sự mô tả hình thức quá trình tổ chức và xử lý thông tin

Ở mức độ đơn giản, mô hình thông tin là các bảng thống kê, các ghi chép về các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật, các định mức về vật tư, lao động

Mô hình thông tin dạng ma trận là 1 ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

và quan hệ giữa chúng nên loại mô hình này được dùng rộng rãi

Yêu cầu đối với mô hình thông tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho sử dụng, có tính thống nhất và tiêu chuẩn hóa để có thể dùng cho các phương tiện tính toán khác nhau

2.3.2 Đảm Bảo Toán Học:

 Cấu Trúc Của Đảm Bảo Toán Học:

- Các mô hình toán.

- Các thuật toán: các phương pháp giải các bài toán điều khiển.

- Các chương trình:xử lý,tính toán các dữ liệu với mô hình và thuật

toán đã chọn

Như vậy: các mô hình toán học và thuật toán dùng để xây dựng hệ thống, còn chương trình tính toán để vận hành hệ thống Ngày nay có nhiều ngôn ngữ dùng đểlập trình, việc chọn ngôn ngữ nào và kỹ thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tính và kết quả tính.

a Mô Hình Toán

Hiện nay người ta sử dụng nhiều loại mô hình toán học, thường dùng các loại mô hình sau:

- Mô hình quy hoạch (tuyến tính, không tuyến tính)

- Mô hình mô phỏng (mô hình trạng thái, mô hình phục vụ đám đông)

- Mô hình trò chơi

- Mô hình thực nghiệm

b Các thuật toán

Mô hình toán học tuy rất quan trọng nhưng chỉ mới là cấu trúc hình thức của việc

xử lý thông tin chứ chưa phải là quá trình xử lý theo không gian và thời gian Giải quyết vấn đề này là nhiệm vụ của đảm bảo thuật toán, có nghĩa là trên cơ sở mô hình toán học đã chọn phải xây dựng được các thủ tục, các phương pháp giải để cho kết quả chính xác thời gian tính toán ngắn,ít tốn bộ nhớ , thuật toán có tác dụng lớn trong việc giải quyết các bài toán điều khiển

c Chương Trình Tính Toán:

Chương trình tính toán thể hiện mô hình tính toán và thuật toán đã chọn chương trình tính toán phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình và loại máy tính Các ngôn ngữ lập trình hiện nay thường là PASCAL, C++ và nhiều ngôn ngữ lập trình chuyên dụng khác Về thực chất các ngôn ngữ loại này là tập hợp của nhiều chương trình con, người sử dụng chỉ cần khai báo các thông số cần thiết, còn thuật toán , biểu diễn kết quả dưới dạng bảng số, đồ họa đều do các chương trình con đảm nhận tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ và yêu cầu của bài toán đặt ra mà người điều khiển xây dựng ct con phù hợp

d Đảm Bảo Kỹ Thuật

Đảm bảo kỹ thuật bao gồm các thiết bị kỹ thuật dùng để chọn lọc, truyền đạt, xử

lý, cất giữ và phản ánh thông tin trong hệ điều khiển

Bao gồm: các terminals, các hệ thống truyền tin, các trung tâm tính toán

2.5 Phân Cấp Quản Lý Trong Hệ Thống Điều Khiển

(Individualcontrol) là

khiển và QTCN Ở

- Cấp 1 (local control) là cấp điều khiển cục bộ Thực hiện việc điều khiển từng máy,từng bộ phận của QTCN Các hệ thống điều khiển tự động nhận thông tin của QTCN ở cấp 0 và thực hiện các thao tác tự động theo chương trình con của người đã cài đặt sẵn Một số thông tin về QTCN và kết quả của việc điều khiển sẽ được chuyển lên cấp 2.Ở cấp này thường đặt các bộ điều khiển PID, các controller,hiện nay phổ biến dùng các bộ điều khiển lập trình được PLC

- Cấp 2 là cấp điều khiển tự động hóa quá trình công nghệ( Process Control)

ở cấp 2 có các máy tinh hoặc mạng máy tính MT thu nhận các thông về

QTCN(từ cấp 1 đưa lên) xử lý các thông tin đó và trao đổi thông tin với người điều khiển Thông quá MT, người điều khiển có thể can thiệp vào quá trình công nghệ, hệ điều khiển ở đây thuộc hệ người- máy.

- Cấp 3 là cấp điều khiển tự động hóa quá trình sản xuất-ĐK

TĐHQTSX(Supervisory Control, Management system) Ở cấp 3 có các trung tâm máy tính ở đây không những xử lý các thông tin về quá trình sản xuất như: Tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình cung cầu trên thị trường Trung tâm máy tính xử lý một khối lượng thông tin lớn và đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều khiển lựachọn Người điều có thể ra các lệnh để can thiệp sâu vào quá trình sản xuất thậm chí thay đổi mục tiêu của quá trình sản xuất Giống như hệ ĐK TĐH QTCN( ở cấp 2) hệ thống ĐK TĐH QTSX là một hệ người-máy nhưng ở cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn

Chương III Thiết bị kĩ thuật của hệ tự động hĩa quá trình sản xuất 3.1 Thiết bị điều khiển giám sát

Khối thiết bị điều khiển giám sát là khối điều khiển PLC do hãng MITSUBISHI vàđược lựa chọn là PLC FX2N do hãng MITSUBISHI chế tạo và sản xuất

Bộ PLC được kết nối với máy tính đặt tại phịng để giám sát hệ thống

3.1.1 Tổng quan về PLC

1 Lịch sử ra đời và phát triển của PLC

Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và côngnghiệp Ngày nay, ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ nhữngtiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của những ngành khác nhưđiện tử, tin học… Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnhvà có khả năng phục vụ rộng là bộ điều khiển PLC

Khái niệm bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãngGeneral Motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đápứng những yêu cầu điều khiển như sau :

● Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợptrong các nhà máy công nghiệp

●Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa

● Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp

● Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải có kích thước nhỏ gọn hơnmạch role mà chức năng vẫn tương đương

●Giá cả cạnh tranh

Những chỉ tiêu này đã tạo được sự quan tâm của những kỹ sư thuộc nhiềungành nghiên cứu khả năng ứng dụng PLC trong công nghiệp Các kết quảnghiên cứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năngcủa PLC :

- Về phần mềm :

Từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ địnhthì, tác vụ đếm Sau đó là các lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xửlý xung ở tốc độ cao, tính toán số liệu thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mãvạch…

- Về phần cứng :

● Bộ nhớ lớn hơn

● Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn

● Nhiều loại module chuyên dùng hơn

Đến năm 1976 thì PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa

bằng kỹ thuật truyền thông ( khoảng 200 mét ).

Sự gia tăng những ứng dụng của PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy cácnhà sản xuất hoàn chỉnh kỹ thuật của các họ PLC với mức độ khác nhau vềkhả năng tốc độ xử lý và hiệu suất

Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào / ra vàdung lượng bộ nhớ chương trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấutrúc module nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng thêm chức năng chuyêndùng như :

● Xử lý tín hiệu liên tục

● Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước

● Truyền thông

● Bộ nhớ mở rộng

Với cấu trúc module cho phép mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển PLC với chi phí và công sức thấp nhất

Riêng nước ta, hàng rào thuế quan khu vực đang dần dần được loại bỏ,kinh tế mở cửa hợp tác với nước ngoài Trước tình hình đó, nền công nghiệpsẽ gặp không ít khó khăn vì còn khá nhiều dây chuyền công nghệ lạc hậu.Nhà nước cần phải chú trọng đến những ứng dụng và phát triển của tự độngtrong sản xuất công nghiệp, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm,cũng như giá thành sản phẩm hạ Một trong những phương án tốt nhất vàđược sử dụng rộng rãi ngày nay là thay thế những công nghệ cũ bằng nhữnghệ thống điều khiển tự động dùng PLC

2 Khái quát về bộ lập trình PLC

Trong kỹ thuật tự động, điều khiển được chia làm hai loại : điều khiển bằng dây nối, và điều khiển bằng bộ lập trình PLC

a Điều khiển bằng dây nối :

Các bộ điều khiển được gọi là bộ điều khiển dây nối nếu cácphần tử chuyển mạch của nó được nối với nhau bằng dây dẫn cố địnhmột cách vĩnh viễn

VD : mạch điều khiển sau

Trong ký hiệu trên, đó là bộ điều khiển bằng dây nối dùng để nối kếtcác nút nhấn và các phần tử chuyển mạch là các tiếp điểm với nhau bằng dây dẫn song song hoặc nối tiếp Các công tắc và tiếp điểm được sắp xếp với nhau khi ta đã biết rõ chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện, tức phải biết rõ sơ đồ nguyên lý và vị trí khi tiến hành đấu dây Mặt khác, khi muốn thay đổi chức năng của bộ điều khiển ta phải thay đổi lại cấu trúc cũng như sơ đồ đấu dây Đối với những mạch điện lớn phức tạp thì sự đấu dây trở nên rất khó khăn và dễ bị sai sót Ngoài ra trong cách dùng này cần tốn nhiều linh kiện như : role trung gian, role thời gian, bộ đếm…

b Điều khiển dùng PLC :

PLC là từ viết tắt của Programmable Logical Controller ( chương trìnhđiều khiển tự động có lập trình), chương trình này được lưu trữ trong bộ nhớROM và được nạp vào thông qua máy vi tính cá nhân

Trong PLC chức năng bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởimột chương trình, chương trình này được nạp vào bộ nhớ PLC Khi đó PLC sẽ

thực hiện quá trình điều khiển dựa vào chương trình đã được nạp sẵn Cấutrúc và sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển không phụ thuộc vào chức năng hayquá trình hoạt động.

Tất cả các linh kiện cần thiết cho việc thiết kế mạch đều được lập trình sẵn trong bộ PLC như : sensor, công tắc, nút nhấn, tế bào quang điện, và tất cả các cơ cấu chấp hành như cuộn dây, đèn tín hiệu, bộ định thì, role trung gian, … đều được nối vào PLC

Nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ ta chỉcần thay đổi chương trình bên trong bộ PLC Điều này rất tiện ích cho các kỹ sư thiết kế

c Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC :

Chỉ tiêu so sánh Rol

e

Mạch số Máy tính PLC

Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọnTốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh

Khả năng chống nhiễu Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt

Lắp đặt

Mất thờigian thiết kếvà lắp đặt

Mất thời gian để thiết kế

Lập trìnhphức tạp vàtốn thời

Lập trình vàlắp đặt đơngiản

Khả năng điều khiển

các tác vụ phức tạp Không có Có Có Có

Thay đổi, nâng cấp và

điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Rấtù đơn giản

Theo bảng so sánh ta nhận thấy được bộ điều khiển lập trình PLC với

những ưu điểm về phần cứng và phần mềm có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu chỉ tiêu trên Mặt khác, PLC có khả năng kết nối mạng và kết nối các thiết bị ngoại vi rất cao giúp cho việc điều khiển được dễ dàng

3 Phạm vi ứng dụng PLC :

Dùng để điều khiển Robot : ví dụ như gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu thiết bị vào băng tải, thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn…

Ngoài ra, PLC có thể ứng dụng để giám sát các quá trình trong các nhà máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra sản

phẩm… bằng các sensor, công tắc hành trình

3.1.2 Cấu trúc phần cứng PLC họ FX của hãng MITSUBISHI

Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau :

a Đơn vị điều khiển trung tâm ( CPU : Central Processing Unit )

Là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình Nhập dữ liệu

ở ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các kết quả này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình xuất dữ liệu ra các ngõ ra

b Bộ nhớ (Memory) :

Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vị nhỏ nhất là bit Bộ nhớ làvùng nắm giữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng (hệ điều hành làmột phần mềm hệ thống mà nó kết nối PLC để PLC thực sự hoạt động được).Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau Để PLC có thể hoạt động được, cầnthiết phải có bộ nhớ để lưu trữ chương trình Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ đểthực hiện các chức năng khác như

_ Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất - nhập được gọi là RAM xuất -nhập

_ Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : các bộ định thì(Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơle

Bộ nhớ gồm có các loại sau đây :

i Bộ nhớ chỉ đọc (ROM : Read Only Memory)ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được mộtlần Do đó nó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC, và nó ítphổ biến so với các loại bộ nhớ khác

ii Boô nhôù ghi ñóc (RAM : Random Access Memory)Boô nhôù cụa PLC laø CMOSRAM, tieđu toân naíng löôïng khaù ít, vaø ñöôïc caâppin döï phoøng khi maât nguoăn Nhôø ñoù döõ lieôu seõ khođng bò maât.

iii Boô nhôù chư ñóc chöông trình xoùa ñöôïc (EPROM : ErasableProgrammable Read Only Memory)

EPROM löu tröõ döõ lieôu gioâng nhö ROM, tuy nhieđn noôi dung cụa noù coù theơñöôïc xoùa ñi neâu bò ạnh höôûng cụa tia töû ngoái Khi ñoù phại vieât lái chöôngtrình cho boô nhôù

iv Boô nhôù chư ñóc chöông trình xoùa ñöôïc baỉng ñieôn (EEPROM : Electric Erasable Programmable Read Only Memory)

Noôi dung tređn EEPROM coù theơ bò xoùa vaø laôp trìng baỉng ñieôn, tuy nhieđnchư giôùi hán moôt soâ laăn nhaât ñònh

c Caùc Module xuaât-nhaôp ( Input – Output ) :

Khoâi xuaât – nhaôp ñoùng vai troø laø mách giao tieâp giöõa vi mách ñieôn töû beđntrong PLC vôùi mách ngoaøi Module nhaôp nhaôn tín hieôu töø sensor vaø ñöa vaøoCPU, module xuaât ñöa tín hieôu ñieău khieơn töø CPU ra cô caâu chaâp haønh

Mói hoát ñoông xöû lyù tín hieôu töø beđn trong PLC coù möùc ñieôn aùp töø 5 ÷ 15 VDC, trong khi tín hieôu beđn ngoaøi coù theơ lôùn hôn nhieău Ta coù nhieău loái ngoõ

ra nhö : ngoõ ra duøng role, ngoõ ra duøng transitor, ngoõ ra duøng triac

d Heô thoâng BUS : laø heô thoâng taôp hôïp moôt soâ dađy daên keât noâi caùcmodule trong PLC gói laø BUS, ñađy laø tuyeân duøng ñeơ truyeăn tín hieôu,heô thoâng goăm nhieău tín hieôu song song

3.1.3 Giới thiệu câc PLC họ FX family

a PLC loái FXO & FXOS

Ñađy laø loái PLC coù kích thöôùc thaôt nhoû gón, phuø hôïp vôùi caùc öùng dúngvôùi soâ löôïng I/O nhoû hôn 30 coơng, vôùi vieôc söû dúng boô nhôù chöông trìnhbaỉng EEPROM cho pheùp döõ lieôu chöông trình ñöôïc löu lái trong boô nhôùkhi maât nguoăn ñoôt xuaât Doøng FXO ñöôïc tích hôïp saün beđn trong boô ñeâmtoâc ñoô cao vaø caùc boô táo ngaĩt (role trung gian), cho pheùp xöû lyù toât moôt soầùng dúng phöùc táp

Nhöôïc ñieơm cụa doøng FXO laø khođng coù khạ naíng môû roông soâ löôïng I/Oñöôïc quạn lyù, khođng coù khạ naíng noâi máng, khođng coù khạ naíng keât noâi vôùicaùc module chuyeđn duøng, thôøi gian thöïc hieôn chöông trình lađu

b PLC loái FXON

FXON söû dúng cho caùc maùy ñieău khieơn ñoôc laôp hay caùc heô thoâng nhoû

với số lượng I/O có thể quản lý nằm trong miền 10-128 I/O FXON thựcchất là bước đệm trung gian giữa FXOS với FXO PLC FXON có đầy đủcác đặc trưng cơ bản của dòng FXOS, đồng thời còn có khả năng mở rộngtham gia nối mạng.

c PLC loại FX1S

FX1S có khả năng quản lý số lượng I/O trong khoảng 10-34 I/O Cũng

giống như FXOS, FX1S không có khả năng mở rộng hệ thống Tuy nhiên,FX1S được tăng cường thêm một số tính năng đặc biệt như: tăng cườnghiệu năng tính toán, khả năng làm việc với các đầu vào ra tương tự thôngqua các card chuyển đổi, cải thiện tính năng bộ đếm tốc độ cao, tăngcường 6 đầu vào xử lý, trang bị thêm các chức năng truyền thông trongmạng (giới hạn số lượng trạm tối đa là 8 trạm) hay giao tiếp với các bộHMI đi kèm FX1S thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế biếngỗ, đóng gói sản phẩm, điều khiển động cơ, máy móc, hay các hệ thốngquản lý môi trường

d PLC loại FX1N

i Giới thiệu:

PLC FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng

đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O Tuy nhiên khi sử dụng cácmodule vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường số lượng I/O lêntới 128 I/O FX1N được tăng khả năng truyền thông, nối mạng,cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau nhưEthernet, Profilebus, cc-Link, Canopen, Devicenet… FX1N có thểlàm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ Đặcbiệt, FX1N được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộđếm tốc độ cao, hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tố

đa là 100KHz Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trìnhthuộc dòng FX1N có thể cùng một lúc điều khiển một cách độclập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí

ii Đặc điểm:

- Cơ cấu máy nhỏ gọn, chi phí thấp, module màn hình và

khối mở rộng có hệ thống dễ dàng nâng cấp

- Vận hành tốc độ cao đối với lệnh cơ bản tốc độ xử lý từ

0,55 đến 0,7µs/lệnh, đối với lệnh ứng dụng tốc độ xử lý từ

3,7 đến vài trăm µs/lệnh

- Đặc tính kỹ thuật của bộ nhớchất lượng và phong phú Bộ

nhớ EEPROM cho phép 8000 bước

- Dãy thiết bị dụng cụ đa năng như: role phụ trợ 1536

điểm, bộ đệm thì 256 điểm, bộ đếm 235 điểm, thanh ghi dữ

liệu 8000 điểm

- Những module chức năng đặt biệt: có đến hai dãy mở

rộng của những module chức năng đặc biệt có thể được thêm

vào cho những nhu cầu riêng

- Dãy mở rộng tự cung cấp điện: Độ biến thiên mở rộng

của sự cung cấp điện AC có thể đáp ứng sự cung cấp điện áp

từ bất kỳ nơi nào trên thế giới (100 đến 240V AC) Sự cung

cấp dòng điện DC cũng được cho phép từ 12 đến 24 V DC

- Quá trình điều khiển được tăng, sử dụng lệnh PID cho

những hệ thống đòi hỏi sự điều khiển chính xác

- Khả năng kết nối: Việc thực hiện hoàn chỉnh của những

module kết nối sẽ làm cho thông tin và dữ liệu được cung

cấp dễ dàng

- Dễ dàng lắp đặt: sử dụng thanh DIN hoặc khoảng trống có sẳn

- Đồng hồ thời gian thực tế: Sử dụng tiêu chuẩn đồng hồ

thời gian thự tế cho những ứng dụng độc lập về thời gian

- Phần mền cơ bản: chương trình sẽ được chạy nhanh chóng và dểdàng với phần mềm GX Developer hoặc FX-PCS/WIN-E Software

- Tác vụ điểm kết nối: Tác vụ tại điểm kết nối riêng biệt khi kết nối một line, ta có thể liên kết với dữ liệu đã được cung cấp qua hệ thống.

- Bộ điện thế kế sử dụng tín hiệu Analog: dễ dàng thay đổi thiết bị định thời gian ở bộ điện thế kế ở màn hình phía trước

- Vị trí và xung chức năng ngõ ra:

PLC có hai ngõ ra phát ra xung có tần số 100KHZ cùng một lúc

PLC cung cấp 7 vị trí lệnh truyền kể cả quay trở về điểm zero, đọc giá trị dòng điện tuyệt đối, hoàn thành hoặc phát triển sự truyền động

- Nâng cấp hệ thống bằng khối mở rộng hoặc kết nối module:Bảng mở rộng có thể được sử dụng để kết nối chức năng truyềnthông bằng cách dùng bộ kết nối tương thích RS-232C, RS-485 hoặcRS-422 kết hợp với ngõ I/O bằng tín hiệu analog hoặc tín hiệu số

- Kết nối module có thể quang sát qua cách sắp xếp các bộđịnh thì, bộ đếm, thanh ghi dữ liệu và có thể sử dụng để kết nối vớicác khối mở rộng

- Mạng truyền thông: thông tin đa dạng và kết nối dữ liệu có

thể được thực hiện bởi sự liên kết với các khối mở rộng hoặc cácthiết bị tích hợp chuyên dùng được sử dụng cho FX2N.

e PLC loại FX2N

Đây là một trong những dòng PLC có tính năng mạnh nhất trongdòng FX FX2N được trang bị tất cả các tính năng của dòng FX1N,nhưng tốc độ xử lý được tăng cường, thời gian thi hành các lệnh cơ bảngiảm xuống cỡ 0.08µs FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển vớisố lượng đầu vào ra khoảng 16-128 I/O, trong trường hợp cần thiếtFX2N có thể mở rộng đến 256 I/O Tuy nhiên, trong trường hợp mởrộng số lượng I/O lên 256, FX2N sẽ làm mất lợi thế về giá cả và khônggian lắp đặt của FX2N Bộ nhớ của FX2N là 8kstep, bộ nhớ RAM cóthể mở rộng đến 16kstep cho phép thực hiện các bài toán điều khiểnphức tạp Ngoài ra, FX2N còn được trang bị các hàm xử lý PID với tínhnăng tự chỉnh, các hàm xử lý số thực cùng đồng hồ thời gian thực tíchhợp sẳn bên trong Những tính năng vượt trội trên cùng với khả năngtruyền thông, nối mạng nói chung của dòng FX1N đã đưa FX2N lên vịtrí hàng đầu trong dòng FX, có thể đáp ứng tốt các đòi hỏi khắt khenhất đối với các ứng dụng sử dụng trong các hệ thống điều khiển cấpnhỏ và trung bình FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển sử dụngtrong các dây chuyền sản xuất, xử lý nước thải, các hệ thống xử lý môitrường, điều khiển các máy dệt, trong các dây chuyền đóng lắp ráp tàubiển

f PLC loại FX2NC

Bộ điều khiển lập trình với kích thước siêu gọn, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi cao về yêu cầu tiết kiệm không gian lắp đặt FX2NC có đầu đủ các tính năng của FX2N nhưng lại tiết kiệm đến 27% không gian sử dụng Lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của FX2NC là dùng trong xây dựng, trong các hệ thống bơm hay các bài toán điều khiển liên quan đến môi trường

3.1.4 Lựa chọn PLC cho dây chuyền sản xuất

Ta lựa chọn PLC FX2N để dùng điều khiển và giám sát cho dây chuyền sản

xuất

Hình: PLC-FX2N

Đây là loại PLC cĩ tính năng tương đối mạnh, FX2N trang bị tất cả các tính năng dịng FX1N.Tốc độ xử lý tăng cường với thời gian thực hiện 0.08us/lệnh Điều khiển số lượng đầu ra từ 16-128I/O

Trong trường hợp cần thiết cĩ thể mở rộng lên tới 256 I/O

Bộ nhớ 8kstep, trong trường hợp cần điều khiển các quà trình phức tạp, cĩ thể

mở rộng bộ nhớ lên tới 16kstep

Những tính năng vượt trội cùng với khả năng truyền thơng, nối mạng nĩi chung của dịng FX1N đã đưa FX2N lên vị trí hàng đầu trong dịng FX, cĩ thể đáp ứng tốt các địi hỏi khắt khe nhất đối với các ứng dụng điều khiển dây chuyền sản xuất,