Thiết kế hệ thống bãi giữ xe tự động sử dụng PLC

SVTH : Nguyễn Minh Quang MSSV : 0851030061 LỜI MỞ ĐẦU   Ngày nay ở các trung tâm thành phố lớn với sự phát triển mật độ dân cư và xe cộ ngày càng đông đúc.Đặc biệt là sự tăng về số

SVTH : Nguyễn Minh Quang MSSV : 0851030061

LỜI MỞ ĐẦU

 

Ngày nay ở các trung tâm thành phố lớn với sự phát triển mật độ dân cư và xe cộ ngày càng đông đúc.Đặc biệt là sự tăng về số lượng xe ô tô ngày càng nhiều phần nào cũng phản ánh sự phát triển của một quốc gia.Song song với việc phát triển đó,người ta đặt vấn đề là xây dựng những bãi xe để phục vụ cho người dân trong công việc cũng như trong việc đi lại của họ.Vì thế tại các thành phố lớn như thành phố Hồ Chí Minh,thủ đô Hà Nội…cần phải xây dựng hệ thông bãi giữ xe tự động được trang bị thiết kế nâng để di chuyển ô tô từ mặt đất lên điểm đổ trên cao(hệ thống nổi)hoặc di chuyển xe xuống điểm đỗ dưới mặt đất (hệ thống ngầm).Đây là những giải pháp giải quyết tình trạng thiếu mặt bằng xây dựng.Do đó, em đã chọn đề tài :Bãi giữ xe tự động cho đồ án tốt nghiệp

Đồ án gồm có 6 chương:

Chương 1: Giới thiệu về bãi giữ xe

Chương 2: Giới thiệu về Micro PLC “CP1L/1H”

Chương 3: Các lệnh lập trình cơ bản

Chương 4: Phần mền CX-PROGRAMMER

Chương 5: Cấu trúc và chức năng vùng nhớ

Chương 6: Thi công và điều khiển mô hình bãi giữ xe tự động

Với những kiến thức đã tính lũy được trong suốt quá trình học tập, sự nỗ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn của thầy Lê Minh Hải đồ án đã thực hiện và hoàn thành.Nhưng do thời gian thực hiện đồ án không nhiều, kiến thức và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn

LỜI CẢM ƠN



Qua thời gian làm việc tích cực khi đồ án đã hoàn thành em đã rút ra được nhiều kinh nghiệm về thi công phần cứng cũng như lập trình PLC,việc thực hiện đồ án gặp nhiều khó khăn nhưng được sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Minh Hải đã hướng dẫn ,giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Và em xin cám ơn đến các bạn trong lớp và các thành viên trong diễn đàn plcvietnam.com.vn đã nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian vừa qua.Mặc dù cố gắng rất nhiều nhưng đồ án này vẫn còn nhiều sai sót và hạn chế, rất mong sự đóng góp ý kiến quý báu của quý thầy cô và các bạn để đồ án điện được hoàn thiện hơn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Quang

Mục lục Lời mở đầu

Lời cảm ơn

Mục lục

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG 2

1.1 Mục đích chọn đề tài:Bãi giữ xe tự động 2

1.2 Các phương pháp chuyển động của thang máy 3

1.3 Các yêu cầu đối với thang máy 6

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ MICRO PLC “CP1L/1H” 11

2.1 Các khái niệm cơ bản 11

2.2 Cấu trúc của PLC (Programmable Logic Controller - gọi tắt là PLC): 13

2.3 Hoạt động của PLC 14

2.4 Các địa chỉ bộ nhớ trong CP1L/1H 15

2.5 Các lệnh lập trình bậc thang và Memmonic 16

Chương 3: CÁC LỆNH LẬP TRÌNH CƠ BẢN 18

3.1 Lệnh tiếp điểm: Load (LD) và Load Not (LD NOT) 18

3.2 Lệnh tiếp điểm: AND và AND NOT 19

3.3 Lệnh tiếp điểm: OR, OR NOT 19

3.4 Lệnh AND LD và OR LD 19

3.5 Lệnh cuộn dây: OUT và OUT NOT 20

3.6 Các hàm chức năng đặc biệt - Function ( FUN ) 21

Chương 4: PHẦN MỀM CX-PROGRAMMER 22

Chương 5 CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CÁC VÙNG NHỚ 41

Chương 6: THI CÔNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG 52

6.1 Thi công mô hình 52

6.2 Lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển 53

6.3 Chương trình PLC 56 Tài liệu tham khảo

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ BÃI GIỮ XE TỰ ĐỘNG

1.1 Mục đích chọn đề tài:Bãi giữ xe tự động

Ngày nay phương tiện đi lại là ôtô được sử dụng khá phổ biến, chính vì vậy việc xây dựng bãi giữ xe là cần thiết, nhất là ở các khu đô thị lớn như thành phố Hồ Chí Minh, thủ đô Hà Nội Nhưng với diện tích đất ngày càng bị thu hẹp thì việc xây dựng các bãi giữ xe có diện tích lớn

là việc gây khó giải quyết.Chính vì vậy, với sự phát triển của công nghệ hiện đại thì việc khó khăn đó được giải quyết dễ dàng Đó là việc xây dựng các bãi giữ xe theo dạng tầng (hay còn gọi là dạng chung cư ), một việc làm hoàn toàn có thể, phù hợp với sự phát triển của đô thị hiện đại, giúp giảm được diện tích xây dựng.Một bãi giữ xe tự động bao gồm hệ thống thang máy, hệ thống nâng xe và mâm trượt để đưa xe vào các ô Thang máy trong các bãi giữ xe tự động là thang máy chuyên để chở hàng, mà cụ thể là chở xe.Bãi giữ xe tự động có rất nhiều dạng Tuỳ vào tình hình cụ thể, diện tích xây dựng mà ta có thể thiết kế bãi giữ xe dạng cao tầng như các toà nhà hay ngầm dưới mặt đất

Đối với bãi giữ xe tự động theo các dạng mô hình trên, ta tiết kiệm được diện tích xây dựng đáng kể, số lượng xe gửi vào sẽ nhiều hơn so với bãi giữ xe thong thường với cùng diện tích xây dựng Với sự trợ giúp của công nghệ hiện đại, việc thi công, điều khiển và giám sát các bãi giữ xe tự động được thực hiện khá dễ dàng

Mô hình bãi giữ xe tự động dạng hình tròn

1.2 Các phương pháp chuyển động của thang máy

Truyền động theo kiểu không có hộp số

Thiết bị nâng chuyển kiểu không có hộp số bao gồm bao gồm một động cơ DC tốc độ thấp (từ

50 đến 200 vòng/phút) có bốn đến tám pulley có đường kính khoảng 30 đến 48 inch (khoảng

750 đến 1000 mm) Một cái phanh lò xo cách ly về điện được bố trí dùng cho pulley

Động cơ DC có tốc độ thấp, mặc dù có trọng lượng lớn và đắt tiền nhưng cần thiết để duy trì moment yêu cầu để truyền động trực tiếp cho pulley có bán kính lớn để đảm bảo tốc độ dừng

và tăng tốc độ của hang máy Các pulley càng lớn càng tăng tuổi thọ của dây kéo Thường người ta chọn pulley có bán kính gấp 40 lần bán kính dây kéo

Các thang máy kiểu kéo không có hộp số tăng tốc cao hơn 800 fpm (4 m/s) hoặc cao hơn Thường dùng dùng nguyên tắc quấn dây đôi để tránh trượt dây vàgiảm tối đa độ mòn dây Các dây từ buồng thang được quấn qua pulley truyền động,qua pulley thứ hai( còn gọi là pulley thứ cấp ) rồi qua pulley truyền động lần nữa,cuối cùng kéo đến đối trọng

Lớp đệm rãnh làm bằng pulyerthane, lớp này có tác dụng tăng ma sát giữa rãnh của pulley và dây kéo để kéo dài tuổi thọ của dây Kỹ thuật này phát triển dựa vào nguyên tắc quấn dây hai lần có thể bị thay thế bằng việc quấn dây một lần kết hợp với miếng đệm rãnh

Dây cáp thường dùng loại dây có 6x19 có khả năng chịu lực cao

Các thiết bị thông thường được liên kết dây theo tỷ lệ 1:1 hay 1:2 đối vớibuồng thang và đối trọng

Tỷ lệ 1:2 được lợi gấp đôi về lực, như vậy động cơ chỉ cần cung cấp một lực bằng nửa lực cần thiết để nâng khối lượng của vật Tỷ lệ này thường dùng cho tảilớn hơn 1600 kg Tỷ lệ 1:1 sẽ không thiệt hại về quãng đường, như vậy tốc độ của động cơ phải giảm nhỏ, dẫn đến kích thước của động cơ lớn

Khi thang máy hoạt động, máy phát có thể khởi động khi đầy tải, có khả năng tăng tốc đến tốc

độ cực đại trong khoảng cách chuyển động từ tầng này đến tầng kia Có khả năng chuyển động chậm dần đến mức có thể dừng trong khoảng thời gian từ 4,5 đến 5 giây Yêu cầu đó đòi hỏi phải được thực hiện dưới một điều kiện khi nâng cũng như khi hạ thang máy

Truyền động theo kiểu kéo có hộp số

Mô tả

Máy của thang nâng kiểu kéo có hộp số sử dụng bộ giảm tốc nối vào động cơ có tốc độ cao truyền động đến pulley Kết quả là tốc độ của pulley giảm xuống và moment tăng cao cần thiết cho sự làm việc của thang máy Hãm bằng lò xo để dừng thang và giữ thang.Thang nâng theo nguyên lý kéo có hộp số thường được dùng trong các thang máy và thiết bị nâng chuyển có dung lượng từ 15 đến 3000 lp (10 đến 1400 kg) hoặc lớn hơn với tốc độ từ 25 đến 450 fpm (0.125 đến 2.3m/giây)

Máy kéo có hộp số được truyền động bằng động cơ AC một tốc độ hoặc hai tốc độ hoặc sử dụng động cơ DC dùng phương pháp điều khiển “Ward-Leonard” hoặc động cơ AC hay DC điều khiển bằng chỉnh lưu hay mạch điện tử Động cơ AC dùng cho tốc độ từ 25 đến 150 fpm (0.125 đến 0.75m/giây) và với mạch điện tử tốc độ có thể lên đến 350 fpm (1.75m/giây ).Đối với động cơ một tốc độ, người ta dừng bằng cách tắt nguồn và hãm phanh Động cơ hai tốc độ hoạt động với bộ dây quấn kép Dây quấn tốc độ nhanh dùng để vận hành, dây quấn tốc độ chậm dùng để hãm phanh và dừng đúng mức

Phần cơ

Đây là bộ phận chính cung cấp lực kéo cho thang máy Nó bao gồm các bộ phận sau:

-Motor kéo (thường là động cơ không đồng bộ ba pha)

-Thiết bị biến đổi tốc độ (hộp số máy kéo).Bánh kéo (traction sheave) hay pulley quấn cáp

Bộ hãm

Người ta thường dùng bộ hãm bằng từ vì chúng giải phóng điện và tạo ra ma sát với trục của máy Do lò xo giữ ngược chiều hãm hình trụ trên trục của máy

Sự hoạt động của cơ cấu truyền động không bánh răng, chức năng hãm dung để duy trì và không làm chạm thang máy Do đó kích thước của nó được xác định bằng moment theo điều kiện cần thiết Chức năng của nó giống như bộ phận truyền

động bánh răng tốc độ cao Do đó cơ cấu hãm giống như motor, nhỏ hơn bộ phận truyền động bằng bánh răng, vì moment giảm ngược với bánh răng Bộ phận quay motor AC với vận tốc thấp mà trong đó sự dừng lại là do đế hãm

Dòng từ hoá có thể sử dụng bất cứ nơi nào có thể được vì chúng có thể điều khiển nhanh chóng nhưng không có tiếng ồn Bộ hãm dòng xoay chiều có thể là từ tính hoặc hoạt động motor và thường cung cấp qua bộ phận giảm chấn để điều chỉnh hoạt động của chúng

Lực kéo và công suất

Lực kéo

Buồng thang được nâng lên hoặc kéo xuống bởi những dây cáp vắt qua ròng rọc truyền động, lực cần thiết có do ma sát giữa cáp và bề mặt rãnh của ròng rọc bởi áp lực gây nên do trọng lượng của buồng thang và đối trọng

Thang máy kéo bằng lực có đặc điểm an toàn khi không có buồng thang hoặc đối trọng, lực căng trên cáp bị giảm nhẹ và ròng rọc quay mà không di chuyển thang máy do lực ma sát bị giải phóng

Công suất

Để chọn được công suất truyền động của thang máy cần có các điều kiện sau:

Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

Trọng tải

Trọng lượng buồng thang

Công suất tĩnh của động cơ khi không dùng đối trọng được xác định theo công thức sau: P [(Gbt G) v g 103 ] / (KW)

Gbt : khối lượng buồng thang (Kg)

G : khối lượng hàng (Kg)

v :vận tốc nâng (m/s)

g :gia tốc trọng trường

 : hiệu suất của cơ cấu nâng (thường chọn từ 0.5 đến 0.8)

Công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải khi có đối trọng :

P [(Gbt G) / Gdt ] v k g103 (KW)

Công suất tĩnh của động cơ lúc hạ tải khi có đối trọng:

P [(Gbt G) Gdt / ] v k g103 (KW)

Gdt :khối lượng của đối trọng (Kg)

k :hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (thường chọn k = 1,1.5 1.3 )

Khối lượng của đối trọng được tính theo công thức :

Gdt Gbt G (Kg)

 :hệ số cân bằng (chọn từ 0.3 đến 0.6)

Tuỳ thuộc vào tải trọng mà ta chọn công suất sao cho phù hợp với động cơ kéo.Nó còn phụ thuộc rất nhiều vào lực kéo đặt lên pulley quấn cáp và cơ cấu truyền động giữa motor keo và pulley.Dựa vào các kết quả công thức trên, ta có thể chọn công suất và các thành phần liên quan

Dây cáp

Bộ ba đến tám dây cáp bằng thép với đường kính khoảng 0.2 đến 1 inch thường được dùng để nối song song Đường kính của cáp dùng để xác định đường kính ròng rọc nhỏ nhất có thể sử dụng Ròng rọc quá nhỏ sẽ dẫn đến ứng suất dư trong khi cáp quấn qua ròng rọc, nó là nguyên nhân làm giảm tuổi thọ của cáp.Đường kính của ròng rọc thường được chọn lớn hơn 40 lần đường kính của cáp

Tỷ số cáp

Thang máy thường có tỷ số cáp là 1:1 hoặc 2:1 Ròng rọc thường quấn dây theo tỷ lệ 2:1, thường được dùng trong các máy kéo không có bánh răng tốc độ thấp để giảm kích cỡ máy Quấn cáp

Dây cáp có thể quấn qua ròng rọc chỉ một lần “single wrap” hay hai lần “double wrap” Trường hợp “double wrap” sau khi vắt qua ròng rọc nó sẽ vòng qua ròng rọc thứ hai và vòng lại ròng rọc thứ nhất

Ròng rọc kéo

Có nhiều phương pháp khoét rãnh ròng rọc kéo Rãnh chữ U cho phép nhiều tải trên một dây hơn các loại khác nhưng đòi hỏi phải quấn dây hai lần để đảm bảo lực kéo Kiểu rãnh chữ V thường có đủ lực kéo với cách quấn dây đơn, loại này lực kéo thay đổi ít khi ròng rọc đã bị mòn

Gdt Gbt G (Kg)

Gdt : khối lượng của đối trọng (Kg)

Gbt : khối lượng của buồng thang (Kg)

Thiết bị an toàn

Thiết bị an toàn của buồng thang bao gồm một cơ cấu tựa trên mỗi bên giữa sườn thang hay là

ở dưới khung thang Nó dừng buồng thang bằng cách kẹp các thanh ray định hướng Khi ở tốc

độ thấp núm xoay tròn hay là những cây kẹp giữa khối an toàn và thanh ray làm cho buồng thang dừng ngay Khi buồng thang ở tốc độ cao thì ngàm an toàn kẹp thanh ray với lực điều khiển để làm cho thang dừng từtừ Độ cản tối đa cho phép bằng trọng lượng khi chất đầy tải lên buồng thang.Những thiết bị an toàn chỉ cho phép tác động khi thang máy đi xuống Nơi đâucó khoảng cách không gian gian sử dụng ở dưới hố thang hay hành lang sử dụng,đối trọng phải được cung cấp với các thiết bị an toàn về cơ khí

Thanh ray

Buồng thang và đối trọng chạy trên thanh ray kẹp hình chữ U (V;T;L) để địnhhướng trượt, sử dụng trong các tiêu chuẩn trước đây Hiện nay, người ta thườngdùng thay thế bằng con lăn định hướng và nó di chuyển dễ dàng và ít ma sát nênkhông cần bôi trơn các thanh ray Nó trở nên dễ dàng hơn trong việc giữ cho buồngthang sạch và chống cháy bởi vì dầu từ thanh ray không có

Thang máy dùng trong bãi giữ xe tự động chỉ để chở xe, do đó thang máy phải đảm bảo chở

xe an toàn, không làm hư xe Mọi khả năng phải được đưa ra và phải có biện pháp đề phòng

và xử lý thích hợp Có thể chia trạng thái hoạt động của thang máy thành hai trạng thái : Thang máy hoạt động bình thường

Thang máy hoạt động có sự cố

Thang máy hoạt động bình thường:

Thang máy chạy ổn định, mâm trượt và hệ thống nâng xe không hoạt động khi thang máy chưa dừng hẳn, mâm trượt chạy đúng vị trí để có thể gởi xe vào hay lấy xe ra

Thang máy có sự cố

Khi mất điện, khung thang được đưa về đất nếu thang máy đang di chuyển bằng nguồn phụ Khi thang máy chạy quá tốc độ do bộ điều khiển không bình thường hay vì lý do nào đó như đứt cáp thì phải có biện pháp xử lý để không tiếp tục di chuyển gây hư hại xe và thang máy, phải có bộ phận hãm bảo hiểm không cho thang rơi tự do

Độ tin cậy

Độ tin cậy của thang máy thể hiện ở:

Tuổi thọ làm việc của các bộ phận cao, ít hư hỏng

Sự phối hợp hoạt động của các thiết, các thành phần trong thang máy được điều khiển đồng

Để khắc phục sự cố, có thể nhấn nút bấm để đạt độ chính xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

Hỏng thiết bị điều khiển

Gây hỏng các thiết bị cơ khí

Tăng thời gian từ lúc giảm đến lúc dừng

Để dừng chính xác khung thang, cần tính toán đến một nửa hiệu số của hai quãng đường trượt khi phanh khung thang chở xe và khi không chở xe theo cùng một hướng di chuyển Các yếu

tố ảnh hưởng đến dừng chính xác của khung thang bao gồm : moment của cơ cấu phanh, moment quán tính của khung thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố khác

Tăng tốc và giảm tốc

Khi làm việc thang máy có ba chế độ vận tốc:

Vận tốc tăng dần với gia tốc dương khi bắt đầu chuyển động

Vận tốc bình ổn (vận tốc danh nghĩa) gia tốc bằng 0

Vận tốc giảm dần với gia tốc âm khi chuẩn bị dừng tầng

Sự thay đổi thể hiện ở đồ thị :

Đối với các bãi giữ xe tự động có nhiều tầng, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v=3.5m/s) giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của khung thang đạt gần bằng tốc độ định mức Nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến việc tăng giá thành của thang máy Nếu tăng tốc độ của thang máy v=0.75m/s lên v=3.5m/s,giá thành tăng lên 4-5 lần Bởi vậy, tuỳ thuộc theo độ cao của bãi giữ xe mà ta chọn thang máy phù hợp

Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và

hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc Gia tốc tối ưu là a=2m/ s2

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao được đưa ra trong bảng sau:

Một đại lượng nữa quyết định sự di chuyển êm của khung thang là tốc độ tăng tốc của gia tốc khi mở máy và tốc độ giảm tốc của gia tốc khi hãm máy hay nói cách khác đi đó là độ giật (là

Tham số Hệ số

truyền Xoay chiều Một chiều

đạo hàm bậc nhất của gia tốc  da / dt hoặc đạo hàm bậc hai của tốc độ  dv 2 / dt 2) Khi gia tốc a=2m/ s2 thì độ giật không vượt quá 20m/ s2

Hạn chế tiếng ồn

Tiếng ồn của thang máy gây ra bởi :

Chuyển động của khung thang

Các cơ cấu cơ khí (truyền động, ma sát, )

Các linh kiện trong hệ thống điều khiển

Tiếng ồn ảnh hưởng đến sức khoẻ của của những người xung quanh bãi giữ xe Mức độ tiếng

ồn quy định như sau :

-Nhà ở, văn phòng, bệnh viện,  30dB

-Cơ quan nhà nước, khách sạn,  40dB

Mâm trượt và hệ thống nâng xe

Mâm trượt được gắn trên trên các đường ray đặt trên khung thang và trên các tầng và các ô để đưa xe vào các ô có sẵn Mâm trượt có nhiệm vụ là lấy xe từ thang máy, di chuyển trên các đường ray để đưa xe vào đúng các ô Vì vậy phải điều khiển sao cho thang máy chạy đúng vị trí các tầng và mâm trượt chạy chính xác đến các ô để đưa xe vào hay lấy xe ra dễ dàng, nếu không việc gởi xe và lấy xe sẽ rất khó khăn, có thể làm hư xe Yêu cầu là mâm trượt phải chạy đúng vị trí và chính xác, đồng thời phải chuyển động thật êm Mâm trượt chạy với tốc độ đều Trên mâm trượt còn có hệ thống nâng xe Có hai dạng hệ thống nâng xe là dạng kẹp và dạng lượt (như hình dưới đây):

Mâm trượt và hệ thống nâng xe dạng kẹp

Đối với hệ thống nâng xe thì yêu cầu phải nâng được xe, không làm hư xe Do đó phải kiểm tra định kỳ hệ thống nâng xe để tránh tình trạng hệ thống nâng không nổi xe, có thể làm hư xe trong lúc hệ thống hoạt động Hệ thống nâng xe có thể dùng pittông hay dạng các thanh sắt xếp thành hình bình hành và dùng động cơ để điều khiển gọi là con đội (đối với hệ thống nâng dạng lượt)

Hình dạng con đội nâng xe

Để mâm trượt chạy vào các ô chính xác, người ta thường dùng dây để định vị như hình dưới đây:

Hệ thống mâm trượt chạy vào các ô với dây định vị Các ô để chứa xe thường được xây dựng bằng bê tông, nếu là dạng lược thì dùng sắt để làm các thanh cho xe đậu lên

Ô đậu xe được xây dựng bằng bê tông

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ MICRO PLC “CP1L/1H”

2.1 Các khái niệm cơ bản

Các hệ đếm (Number System)

Bộ xử lý trung tâm (CPU) bên trong PLC chỉ làm việc với 2 trạng thái 0 hoặc 1 (dữ liệu số) hay ON/OFF, do đó cần thiết phải có một số cách biểu diễn các đại lượng liên tục thường gặp hàng ngày dưới dạng các dãy số 0 và 1

Hệ nhị phân (Binary)

Là hệ đếm trong đó chỉ sử dụng 2 con số là 0 và 1 để biểu diễn tất cả các consố và đại lượng Dãy số nhị phân được đánh số như sau : bit ngoài cùng bên phải làbit 0, bit thứ hai ngoài cùng bên phải là bit 1, cứ như vậy cho đến bit ngoài cùng bên trái là bit n Bit nhị phân thứ n có trọng số là 2n x 0 hoặc 1, trong đó n = số của bit trong dãy số nhị phân, 0 hoặc 1 là giá trị của bit n đó Giá trị của dãy số nhị phân bằng tổng trọng số của từng bit trong dãy

Ví dụ : Dãy số nhị phân 1001 sẽ có giá trị như sau :

Cách biểu diễn số nhị phân

Biểu diễn số nhị phân dưới dạng BCD

Khi biểu diễn bằng mã BCD, mỗi số thập phân được biểu diễn riêng biệt bằng nhóm 4 bit nhị phân

Ví dụ: Giả sử ta có một số hệ thập phân là 1.750 và cần chuyển nó sang dạng mã BCD 16 bit

Số thập phân dưới dạng BCD:(1750)10= (0001011101010000)BCD

Biểu diễn số nhị phân dưới dạng hexa

Số nhị phân được biểu diễn dưới dạng hexa bằng cách nhóm 4 bit một bắt đầu từphải qua trái

và biểu diễn mỗi nhóm bit này bằng một chữ số (digit) hexa

Digit, Byte, Word

Dữ liệu trong PLC được mã hoá dưới dạng mã nhị phân Mỗi chữ số đượcgọi là 1 bit, 8 bit liên tiếp gọi là 1 Byte, 16 bit hay 2 Byte gọi là 1 Word

Các đại lượng liên tục (analog) như dòng điện, điện áp,khi ở trong PLC đều được đổi sang dạng mã nhị phân 16 bit (word) và còn được gọi là 1 kênh (Channel)

Ngoài ra để biểu diễn những số lượng lớn hơn, người ta có thêm các đơn vịsau :

• Kilo : Trong kỹ thuật số 1 Kilobit (viết tắt là 1Kb) =210= 1024 bit Tuy nhiênđể tiện tính toán người ta thường dùng là 1Kb = 1000 bit

• Mega : 1 Mb = 1024Kb Người ta cũng thường tính gần đúng là1Mb=1000Kb=1.000.000 bit

• Kilobyte và Megabyte : Tương tự như số đếm với bit nhưng các cách viết với byte là KB và

MB

• Kiloword : 1 kWord=1000 Word

• Baud : Là cách biểu diễn tốc độ truyền tin dạng số: baud = bit/sec

2.2 Cấu trúc của PLC (Programmable Logic Controller - gọi tắt là PLC):

Về cơ bản, PLC có thể được chia làm 5 phần chính như sau :

1 Phần giao diện đầu vào (Input)

2 Phần giao diện đầu ra (Output)

3 Bộ xử lý trung tâm (CPU)

4 Bộ nhớ dữ liệu và chương trình (Memory)

5 Nguồn cung cấp cho hệ thống (Power Supply)

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

Nguồn cung cấp (Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên ngoài thành mức thích hợp cho các mạch điện tử bên trong PLC (thông thường là 220VAC, 5VDC hoặc 12VDC)

Phần giao diện đầu vào biến đổi các đại lượng điện đầu vào thành các mức tín hiệu số (digital)

và cấp vào cho CPU xử lý

Bộ nhớ (Memory) lưu chương trình điều khiển được lập bởi người dùng và các dữ liệu khác như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra, Nội dung của bộ nhớ được

mã hoá dưới dạng mã nhị phân

Bộ xử lý trung tâm (CPU) tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và đưa ra kết quả kết xuất hoặc điều khiển cho phần giao diện đầu ra (output) Phần giao diện đầu ra thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu số bên trong PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài như đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số tương tự,

Thông thường PLC có kiến trúc kiểu module hoá với các thành phần chính ở trên có thể được đặt trên một module riêng và có thể ghép với nhau tạo thành một hệ thống PLC hoàn chỉnh

Riêng loại Micro PLC như CPM1/2(A) và CP1L/1H là loại tích hợp sẵn toàn bộ các thành phần trong một bộ

Hình 2.2: Lưu đồ thực hiện trong PLC

Về chi tiết thông số kỹ thuật của PLC loại CP1L/1H, xin tham khảo catalog và tài liệu hướng dẫn sử dụng đi kèm

Các bit đầu vào trong PLC và các tín hiệu điện bên ngoài

Hình 2.3: Các bit đầu vào

Hình 2.4 : Các bit đầu ra và thiết bị điện bên ngoài

Trên hình 4 là ví dụ về các bit điều khiển đầu ra của PLC Các bit của word0100 (từ 100.00 đến 100.15) sẽ điều khiển bật tắt các đèn tương ứng vớitrạng thái ("1" hoặc "0") của nó

2.4 Các địa chỉ bộ nhớ trong CP1L/1H

Các địa chỉ dạng bit trong trong PLC được biểu diễn dưới dạng như sau :

Trong đó tiền tố là ký hiệu của loại địa chỉ bộ nhớ Ví dụ : SR cho Special Relay, LRcho Link Relay, IR cho Internal Relay, Riêng vùng nhớ Internal Relay và CIO làcác bit vào ra I/Okhông cần có tiền tố IR hay CIO khi tham chiếu Special Relaycũng thường được coi là Internal Relay và không cần có tiền tố

Ví dụ :

000.00 là bit thứ nhất của word 000

000.01 là bit thứ hai của word 000

………

000.15 là bit thứ 16 của word 000

Chú ý : Dấu chấm phân cách giữa địa chỉ word và bit đổi khi có thể được bỏ đi,nhưng khi

nhập thì dấu chấm vẫn nên phải nhập vào để tránh nhầm lẫn

Sau đây là ví dụ về 2 trong số những bộ nhớ đặc biệt trong PLC của OMRON

2.5 Các lệnh lập trình bậc thang và Memmonic

Bước đầu với lập trình (Programming)

Các chế độ làm việc của PLC

PLC có thể được đặt một trong 3 chế độ từ phần mềm lập trình CXProgrammer

Theo mặc định, PLC của Omron đều có thể được lập trình song song bằng 2 ngôn ngữ: Dòng lệnh (Statement List hay mnemonic code) & Sơ đồ bậc thang(Ladder diagram) Trong tài liệu này sẽ chủ yếu trình bày về Sơ đồ bậc thang,kèm theo bên cạnh là các lệnh tương ứng tương đương dạng Dòng lệnh(Statement List)

Ví dụ về một mạch tự giữ (self-holding)

Chương trình này sẽ đảm bảo đầu ra 100.00 sẽ luôn ở trạng thái ON khi 00000 lên 1 bất kể sau

đó trạng thái của đầu vào 00000 như thế nào

Lập trình bằng sơ đồ bậc thang (LADDERDIAGRAM)

Ban đầu, PLC được sử dụng chủ yếu để thay thế các sơ đồ điện phức tạpgồm rất nhiều các rơle, tiếp điểm, timer, mạch giữ, và các phần tử điệntrung gian khác làm nhiệm vụ của các mạch logic Tuy nhiên khi dùng PLC,các phần tử logic trung gian này được thay thế hoàn toàn bằng các sơ đồ điện "ảo" bên trong PLC do người thiết kế lập trình Việc mô phỏng các sơ đồ điện này được lập bằng một dạng ngôn ngữ điều khiển gọi là sơ đồ bậc thang(LADDER DIAGRAM)

Ví dụ về một sơ đồ bậc thang

Thành phần cơ bản của một sơ đồ bậc thang bao gồm :

- Power bus trái và phải : giống với dây nguồn "nóng" và dây "nguội" của sơ đồ điện Các power bus này luôn được vẽ thẳng đứng như trên hình

- Các tiếp điểm thường đóng (NC) và thường mở (NO)

- Các cuộn dây hút/nhả các tiếp điểm khác

- Các phần tử điện khác như timer, counter, và các lệnh khác

Trong sơ đồ này, cuộn dây rơle ngoài cùng bên phải sẽ chỉ nhận được điện từ power bus trái (tức dây "nóng") khi các tiếp điểm đi trước bên trái nó "chophép" dòng điện đi qua, tức đều

đóng Do vậy các tiếp điểm (và tổ hợp đấunối của chúng) thường được gọi là điều kiện thực

thi (execution condition)cho cuộn dây hay các lệnh khác đi sau

Các cuộn dây, các tiếp điểm và một số các phần tử khác luôn có một địa chỉ trong bộ nhớ để tham chiếu và sử dụng trong chương trình Địa chỉ này được ghi phía trên ký hiệu của phần tử như trên hình Còn các tên mô tả chức năngcủa chúng như Nút_Bật, Nút_Tắt, được ghi bên dưới Địa chỉ của tiếp điểm sẽ điều khiển (đóng/mở) tiếp điểm này; ngược lại, cuộn dây lại điều khiển bậttắt ON/OFF địa chỉ đi kèm của cuộn dây

Chương 3: CÁC LỆNH LẬP TRÌNH CƠ BẢN

- Power bus trái và phải : giống với dây nguồn "nóng" và dây "nguội" của sơ

đồ điện Các power bus này luôn được vẽ thẳng đứng như trên hình

- Các tiếp điểm thường đóng (NC) và thường mở (NO)

- Các cuộn dây hút/nhả các tiếp điểm khác

- Các phần tử điện khác như timer, counter, và các lệnh khác

Trong sơ đồ này, cuộn dây rơle ngoài cùng bên phải sẽ chỉ nhận được điện từ power bus trái (tức dây "nóng") khi các tiếp điểm đi trước bên trái nó "cho phép" dòng điện đi qua, tức đều đóng Do vậy các tiếp điểm (và tổ hợp đấu nối của chúng) thường được gọi là điều kiện thực thi (execution condition) cho cuộn dây hay các lệnh khác đi sau Các cuộn dây, các tiếp điểm

và một số các phần tử khác luôn có một địa chỉ trong bộ nhớ để tham chiếu và sử dụng trong chương trình Địa chỉ này được ghi phía trên ký hiệu của phần tử như trên hình Còn các tên

mô tả chức năng của chúng như Nút_Bật, Nút_Tắt, được ghi bên dưới Địa chỉ của tiếp điểm

sẽ điều khiển (đóng/mở) tiếp điểm này; ngược lại,cuộn dây lại điều khiển bật tắt ON/OFF địa chỉ đi kèm của cuộn dây.Các lệnh lập trình cơ bản PLC thường được lập trình bằng một ngôn ngữ mô phỏng giống như sơ đồ điện gọi là Ladder Diagram Mỗi phần tử của sơ đồ là một lệnh (Instruction) Các lệnh phức tạp thường có một mã lệnh (Code) riêng

3.1 Lệnh tiếp điểm: Load (LD) và Load Not (LD NOT)

Lệnh LOAD hay LOAD NOT là lệnh tiếp điểm thường hở & tiếp điểm thường đóng, dùng làm điều kiện khởi đầu một thang mới trong sơ đồ bậc thang và có chức năng giống với một tiếp điểm của sơ đồ điện Các tiếp điểm khi nối với các phần tử khác thường đóng vai trò làm điều kiện thực hiện (execution condition) cho các phần tử đi sau nó Lệnh này luôn được gán với một địa chỉ bit xác định trạng thái của tiếp điểm này Chú ý là 2 lệnh này luôn luôn nằm ở phía trái nhất của một khối logic trong sơ đồ bậc thang (nghĩa là không có một lệnh nào loại khác được phép nằm ở phía trái của lệnh này trong khối logic)

Có 2 loại:

- Lệnh LD : Tương đương với một tiếp điểm thường mở (Normally Open - NO) trong sơ

đồ điện Khi bit đi kèm là 1 (ON), tiếp điểm sẽ đóng và các phần tử (lệnh) đi sau tiếp điểm sẽ được hoạt động (có điện) và ngược lại khi bit đi kèm là 0 (OFF), tiếp điểm sẽ mở và các phần

tử đi sau tiếp điểm sẽ không được hoạt động (không có điện chạy qua tiếp điểm)

- Lệnh LD NOT Tương đương với một tiếp điểm thường đóng (Normally Closed - NC) trong sơ đồ điện Khi bit đi kèm là 0 (OFF), tiếp điểm sẽ đóng và các phần tử (lệnh) đi sau tiếp điểm sẽ được hoạt động (có điện) và ngược lại khi bit đi kèm là 1 (ON), tiếp điểm sẽ mở và các phần tử đi sau tiếp điểm sẽ không được hoạt động (không có điện chạy qua tiếp điểm)

Ví dụ:

3.2 Lệnh tiếp điểm: AND và AND NOT

Lệnh AND (AND NOT) dùng để tạo ra các tiếp điểm thường mở (thường đóng) theo sau (nối tiếp) với các tiếp điểm tạo ra bởi lệnh LD hay LD NOT

Ví dụ: AND, AND NOT

3.3 Lệnh tiếp điểm: OR, OR NOT

Lệnh OR (OR NOT) tạo ra các tiếp điểm thường mở (thường đóng) nối song song với một nhánh khác

3.4 Lệnh AND LD và OR LD

Lệnh AND LD nối tiếp 2 khối logic với nhau trong một sơđồ bậc thang

Lệnh OR LD nối song song 2 khối với nhau trong một sơđồ bậc thang

Cần chúý thứ tự nhập lệnh này: các khối logic cần nối với nhau được nhập riêng rẽ trước, sau

đó mới nhập lệnh OR LD hoặc AND LD

Lệnh này không cần tham số& chỉ cần dùng khi viết chương trinh dạng mnemonic

Ví dụ: AND LD

Ví dụ: OR LD

3.5 Lệnh cuộn dây: OUT và OUT NOT

Lệnh OUT (OUT NOT) sẽ bật bit được gán cho lệnh này lên ON (xuống OFF) khi điều kiện thực thi đi trước nó là ON và sẽ reset bit này về OFF khi điều kiện đi trước là OFF Lệnh

OUTPUT giống với chức năng cuộn dây trong sơ đồ điện là khi một cuộn dây nhận được điện

từ tiếp điểm (điều kiện) đi trước nó sẽ hút (đóng) hay nhả (mở) tiếp điểm đi kèm

Kí hiệu: OUTPUT-OUT

Kí hiệu: OUTPUT NOT-OUT NOT

3.6 Các hàm chức năng đặc biệt - Function ( FUN )

Ngoài các lệnh điều kiện và đầu ra đơn giản trên, trong PLC loại CP1L/1H còn có các lệnh với các chức năng phức tạp khác Mỗi lệnh này đều có một mã lệnh (code) riêng Khi dùng CX-

Programmer, ta sẽ dùng công cụ Instruction để thêm 1 hàm chức năng và có thể nhập mã

lệnh hoặc tên lệnh đều được

Dưới đây là mã của một số lệnh trong PLC loại CP1L/1H :

Chú ý :

Các số 0 ởđầu các mã lệnh (ví dụ 01 (END), 02 (IL), ) phải được nhập vào Nếu chỉ nhập chữ

số sau thì kết quả có thể không đúng

Khi biểu diễn lệnh, người ta thường ghi kèm cả mã lệnh của lệnh đó trong dấu ngoặc đơn theo sau tên lệnh Ví dụ: END(01), IL(02), Tuy nhiên khi nhập lệnh vào chương trình thì chỉ cần nhập tên lệnh hoặc mã lệnh là đủ

Lệnh END (01)

Lệnh END(01) dùng để đánh dấu điểm kết thúc của chương trình Một chương trình có thể có nhiều lệnh END (01) nhưng PLC sẽ chỉ xử lý các lệnh từ đầu chương trình đến lệnh END đầu tiên mà nó gặp, sau đó chương trình lại bắt đầu từ lệnh đầu tiên của chương trình Nếu không

có lệnh END trong chương trình, khi PLC chuyển sang chếđộ RUN thì trên màn hình của bộ lập trình cầm tay sẽ báo lỗi "NO END INSTR" và chương trình sẽ không được thực hiện

Lệnh IL (02 ) và ILC (03)

Lệnh IL (Interlock) và ILC (Interlock Clear) luôn được dùng đi kèm với nhau.Khi một lệnh IL được đặt trước một đoạn chương trình, điều kiện thực hiện của IL sẽ điều khiển điều kiện thực

hiện của toàn bộ các lệnh bắt đầu từ sau lệnh IL cho đến lệnh ILC đầu tiên sau lệnh IL này Khi điều kiện thực hiện của lệnh IL là ON, chương trình vẫn được thực hiện bình thường Khi điều kiện thực hiện của lệnh IL là OFF, tất cả các lệnh theo sau lệnh IL cho đến lệnh ILC đầu tiên đều được thi hành với điều kiện thực hiện là OFF Nghĩa là các lệnh Output nằm giữa IL

Bit phân nhánh - TR (Temporary Relay)

Trong các nhánh chương trình, các bit phân nhánh (7 bit từ TR0-TR7) được dùng để lưu điều kiện thưc hiện tại điểm phân nhánh, giúp cho việc thực hiện chương trình tại nhánh chương trình được đúng đắn

Lệnh JMP (04) và JME (05)

Mỗi lệnh JUMP gồm cặp lệnh JMP và JME có số từ 00 đến 99; JMP và JME luôn đi theo cặp với nhau Khi chương trình gặp lệnh JMP n (n= số của lệnh JUMP), nó sẽ bỏ qua không thực hiện các lệnh theo sau lệnh này cho đến lệnh JME n có cùng số Khi gặp lệnh JME, chương trình sau đó lại thực hiện bình thường Mặc dù hoạt động của JMP khá giống với hoạt động của INTERLOCK khi điều kiện thực hiện của IL là OFF, nhưng đối với lệnh JMP,các toán tử nằm giữa lệnh JMP và JME không bị OFF mà vẫn giữ nguyên trạng thái trước khi thưc hiện lệnh JUMP này

Chương 4: PHẦN MỀM CX-PROGRAMMER

Vài nét về bộ phần mềm CX-ONE

CX-ONE là 1 bộ phần mềm được tích hợp chặt chẽ nhằm đáp ứng những yêu cầu ngày càng

cao trong tựđộng hóa công nghiệp và hỗ trợ các thiết bị rất đa dạng của OMRON.Với các phần mềm này, người sử dụng có trong tay những công cụ mạnh, sử dụng dễ dàng và liên tục được cập nhật,cải tiến

CX-Programmer là phần mềm trung tâm của gói phần mềm trên Không chỉ dùng để lập trình cho PLC, CX-Programmer còn là công cụđể các kỹ sư quản lý 1 dựán tựđộng hóa với PLC làm bộ não hệ thống

Các chức năng chính của CX-Programmer bao gồm:

Tạo và quản lý các dựán (project) tựđộng hóa (tức các chương trình)

Kết nối với PLC qua nhiều đường giao tiếp

Cho phép thực hiện các thao tác chỉnh sửa & theo dõi khi đang online (như force set/reset, online edit, monitoring, )

Đặt thông số hoạt động cho PLC

Cấu hình đường truyền mạng

Hỗ trợ nhiều chương trình, nhiều PLC trong 1 cùng project & nhiều section trong 1 chương trình

CX-Programmer hiện có 3 phiên bản chính:

Bản Junior 2.1: Bản này chỉ hỗ trợ các loại PLC micro của OMRON như CPMx, SRM1 Hiện tại phiên bản này được cung cấp miễn phí cho các khách hàng mua PLC OMRON tại Việt nam

Bản Junior: Bản này chỉ hỗ trợ các loại PLC micro của OMRON như CP1L/ CP1H, CPMx,SRM1

Bản đầy đủ: Bản này hỗ trợ tất cả các loại PLC của OMRON, ngoài loại CPMx, SRM1 còn có các loại thông dụng khác như CQM1x, C200x, CS1, CJ1x

Bản đầy đủ: Bản này hỗ trợ tất cả các loại PLC của OMRON, ngoài loại CPMx, SRM1 còn có các loại thông dụng khác như CQM1x, C200x, CS1, CJ1x

Phần tiếp theo xin giới thiệu từng bước về 1 số các thao tác cơ bản với CX-Programmer Tạo 1 project mới

Chọn loại CPU

Với series CP1L, lựa chọn loại L hay M tùy theo model đang dùng Các lựa chọn khác không cần thay đổi (để nguyên như mặc định)

Chọn kênh truyền thông

Các thông số này thường là không cần thay đổi vì các thông số mặc định đã được đặt sẵn phù

hợp với loại PLC đang dùng Network Type cần chọn là USB như hình trên đối với loại

CP1L/CP1H khi dùng cáp USB để kết nối với PLC

Trường hợp CX-Programmer không thể kết nối với PLC, hãy kiểm tra lại thông số này

Các thành phần trên cửa sổ project:

Các cửa sổ phụ trên màn hình giao diện của CX-Programmer

Trong quá trình làm việc với CX-Programmer, người sử dụng có thể bật hoặc tắt các cửa sổ

phụ.Các cửa sổ này hiển thị các thông tin có liên quan đến các đối tượng & công việc đang được thực thi

Cửa sổ Workspace: là cửa sổ thường nằm bên trái màn hình & liệt kê các thông tin chính trong

1 chương trình như Symbol, Section, Settings, Memory

Cửa sổ Address Reference: cho phép quan sát việc sử dụng 1 địa chỉ bộ nhớ bất kỳ trong chương trình

Cửa sổ Watch: Với cửa sổ này, người sử dụng có thể quan sát giá trị của 1 địa chỉ trong bộ nhớ cũng như thực hiện các thao tác thay đổi giá trị của chúng ngay từ CX-Programmer Cửa sổ Output: Các kết quả kiểm tra & biên dịch chương trình cùng các thông tin khác sẽ được hiển thị trên cửa sổ này

Kiểm tra kết nối (Communication) với PLC

Bấm vào nút Work Online để kết nối với PLC sau khi đã nối cáp giữa máy tính với PLC Sau khi kết nối được thiết lập, CX-Programmer sẽở chế độ làm việc Online

Bấm lại vào nút Work Online sẽ chuyển sang chế độ Offline để có thể sửa chương trình Bấm đúp vào Section1 để hiển thị cửa sổ sửa chương trình bên phải

Thêm tiếp điểm

Thêm cuộn dây

Kiểm tra & biên dịch chương trình

Việc biên dịch chương trình để nhằm phát hiện các lỗi do sai cú pháp, thiếu/thừa các phần tử, trong chương trình Kết quả biên dịch được hiển thị trong tab compile của cửa sổ Ouput

Bước tiếp theo chúng ta sẽ nạp chương trình đã viết vừa qua vào PLC Về nguyên tắc, PLC cần chuyển sang Program Mode trước khi cho phép thay đổi nội dung chương trình PLC Tuy vậy, ta có thể nạp chương trình vào PLC kể cả khi đang ở bất kỳ chế độ nào nhờ có các tính năng của CX-Programmer trợ giúp

Bấm nút Work Online để kết nối với PLC, sau đó sử dụng các nút trên thanh công cụđể thay

đổi chế độ chạy của PLC

Thử chương trình

CX-Programmer có các chức năng hữu ích giúp thử và kiểm tra chương trình

Ở đây ta có thể bật/tắt 1 bit trong chương trình hoặc đầu vào/đầu ra mà không cần đầu vào vật

lý

Kiểm tra bản ghi lỗi trong PLC

Khi đang online có thể kiểm tra và xóa các lỗi đang có trong PLC bằng cách bấm đúp vào Error Log