Bài giảng hệ thống cơ điện tử

04/03/18 KHOA CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ o0o BÀI GIẢNG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ (Dùng cho SV không thuộc chuyên ngành Cơ điện tử) Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Định GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN Mục tiêu Học phần trang bị cho người học kiến thức thành phần hệ thống điện tử; nguyên lý hoạt động cảm biến cấu chấp hành; kiến trúc chung điều khiển PLC; nhằm giúp cho người học có khả sử dụng chẩn đoán mạch điều khiển tự động dây chuyển sản xuất thiết bị khí có điều khiển tự động Thời lượng: 02 tín 04/03/18 GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt) Nhiệm vụ sinh viên § Tỉ lệ tham gia học lớp phải đạt 80% § Tham gia thuyết trình thảo luận chun đề § Dụng cụ học tập: có đủ tài liệu học tham khảo Đánh giá kết học tập § Kiểm tra: 50%, đó: - Tham gia học lớp: 5% - Đánh giá trình: 15% - Thảo luận, seminar: 10% - Kiểm tra cuối kỳ: 20% § Thi kết thúc học phần (vấn đáp): 50% GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt) Các chủ đề 5.1 Lý thuyết điều khiển tự động (4 tiết) 5.2 Cảm biến hệ thống công nghiệp (14 tiết) 5.3 Bộ điều khiển PLC (16 tiết) 5.4 Ứng dụng CĐT chế tạo máy (6 tiết) Đánh giá trình, kiểm tra (5 tiết) Thông tin giảng viên ThS Nguyễn Văn Định, Bộ mơn Cơ điện tử - Khoa Cơ khí ĐT: 0905 124 566 Email: dinhnv@ntu.edu.vn 04/03/18 GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN (tt) Tài liệu học tập Nguyễn Văn Định (2016), Bài giảng Hệ thống Cơ điện tử, Lưu hành nội Tài liệu tham khảo § Nguyễn Dỗn Phước (2007), Tự động hóa với Simatic S7 – 300, NXB KH&KT § Phan Quốc Phơ (2006), Giáo trình cảm biến, NXB KH&KT CHỦ ĐỀ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Khái niệm Phân loại Thuật toán 04/03/18 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động * Tự động học: ngành khoa học chuyên nghiên cứu qui luật chung để hình thành hệ thống phần tử tự động nhằm điều khiển q trình mà khơng có tham gia trực tiếp người * Điều khiển học: ngành khoa học dựa tảng tự động học, nghiên cứu trình thu thập, xử lý tín hiệu điều khiển Điều khiển học chia nhiều lĩnh vực khác gồm: điều khiển học toán học, sinh học, kỹ thuật, kinh tế, … 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động * Điều khiển tự động: tập hợp tất tác động mang tính tổ chức q trình nhằm đạt mục đích mong muốn q trình mà khơng cần có tham gia trực tiếp người 04/03/18 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động Ví dụ: Lái xe với mục tiêu giữ tốc độ (v) xe ổn định v=40km/h: Mục đích định trước * Mắt quan sát đồng hồ đo tốc độ: Thu thập thông tin * Bộ não điều khiển tăng tốc v40km/h: Xử lý thông tin * Tay giảm ga tăng ga: Tác động lên hệ thống èKết trình điều khiển trên: xe chạy với tốc độ “gần” 40km/h: Đáp ứng hệ thống 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động Như vậy: Điều khiển q trình thu thập thơng tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống “gần” với mục đích định trước Điều khiển tự động trình điều khiển khơng có tác động người 04/03/18 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động Vì phải tiến hành điều khiển tự động? Rõ ràng trình điều khiển cần thiết phải đạt tiêu chí: - Đáp ứng hệ thống cần thỏa mãn yêu cầu - Mong muốn tăng độ xác điều khiển - Yêu cầu tăng suất - Đáp ứng mục tiêu tăng hiệu kinh tế 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động * Hệ thống điều khiển tự động: tập hợp thành phần vật lý có mối liên quan tác động qua lại lẫn để huy, tự hiệu chỉnh điều khiển hệ thống khác Hệ thống điều khiển tự động ngày phổ biến: - Trong sống văn minh: + Hệ thống điều hồ khơng khí + Hệ thống tự động báo cháy + Hệ thống điều khiển ô tô thông minh… 04/03/18 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động - Trong môi trường sản xuất: + Các máy tự động + Các dây chuyền sản xuất, lắp ráp tự động + Các máy điều khiển theo chương trình, Robot … Ngày nay, lĩnh vực thống kê, lưu trữ, thư viện, ngân hàng, y tế v.v tiếp cận với khái niệm điều khiển tự động 1.1 Khái niệm 1.1.1 Các khái niệm điều khiển tự động * Điều chỉnh: khái niệm hẹp điều khiển Điều chỉnh tập hợp tất tác động nhằm giữ cho tham số trình ổn định hay thay đổi theo qui luật cụ thể Tham số gọi tham số cần điều chỉnh 04/03/18 1.1 Khái niệm 1.1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển tự động Một hệ thống điều khiển tự động bao gồm thành phần sau đây: 1.1 Khái niệm 1.1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển tự động * Đối tượng điều khiển – O (Object): đại lượng cần điều chỉnh nhiệm vụ hệ thống cần phải tác động lên đầu vào tín hiệu điều khiển cho đại lượng cần điều chỉnh đạt giá trị mong muốn * Thiết bị điều khiển - C (Controller): tập hợp phần tử hệ thống nhằm mục đích tiếp nhận tín hiệu q trình để xử lý tạo thơng số điều khiển thích hợp tác động lên đối tượng điều khiển 04/03/18 1.1 Khái niệm 1.1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển tự động * Thiết bị cảm biến đo lường - M (Measuring Device): thành phần vật lý có nhiệm vụ xác định giá trị đại lượng cần điều chỉnh để làm sở so sánh với giá trị mong muốn để cung cấp cho thiết bị điều khiển xử lý - Mục tiêu điều khiển – x: giá trị thiết lập đầu vào - Kết điều khiển – y: giá trị đầu ra, kết trình điều khiển 1.1 Khái niệm 1.1.3 Hệ thống điều khiển hở hệ thống điều khiển kín * Hệ thống hở (Open Loop): hệ thống điều khiển tự động không so sánh giá trị đầu với giá trị đầu vào Hệ thống hở có tính chất sau: - Độ xác khơng cao - Chịu ảnh hưởng yếu tố tác động bên (nhiễu) - Đáp ứng chậm 04/03/18 1.1 Khái niệm 1.1.3 Hệ thống điều khiển hở hệ thống điều khiển kín Hệ thống điều khiển động (hệ hở) 1.1 Khái niệm 1.1.3 Hệ thống điều khiển hở hệ thống điều khiển kín * Hệ thống kín (Closed Loop): cịn gọi hệ thống đóng, có phản hồi, có so sánh giá trị đầu vào giá trị đầu ra; sai lệch hai tín hiệu dùng làm tín hiệu vào thiết bị điều khiển 10 04/03/18 Counter S_CU Bộ đếm lên S_CD Bộ đếm xuống S_CUD Bộ đếm lên xuống S_CU Tham số Data Type Memory Area Description C no COUNTER C Tên Counter CU BOOL I, Q,M, L, D Đầu vào đếm lên S BOOL I, Q, L, M, Dt Chân thiết lập đầu vào cho Counter trước PV WORD R BOOL CV WORD CV_BCD WORD Q BOOL I, Q,M, L, D I, Q,M, L, D Giá trị thời gian đặt trước Reset timer I, Q,M, L, D Giá trị thời gian lại Dạng Hexa I, Q,M, L, D Giá trị thời gian lại Dạng BCB I, Q,M, L, D Trạng thái Timer 85 04/03/18 S_CU • Ngõ vào I0.1 = 1: Đưa giá trị đếm vào chân PV • Khi I0.0 chuyển trạng thái từ sang 1, C0 đếm tăng lên • Khi I0.2 = Counter bị reset • Ngõ Q0.0 = giá trị đếm lớn • MW2, MW4 lưu giá trị đếm thời Counter theo dạng Hex BCD (giá trị có khoảng từ 0-999) S_CD Tham số Data Type Memory Area Description C no COUNTER C Tên Counter CD BOOL I, Q,M, L, D Đầu vào đếm lên S BOOL I, Q, L, M, Dt Chân thiết lập đầu vào cho Counter trước PV WORD R BOOL CV WORD CV_BCD WORD Q BOOL I, Q,M, L, D I, Q,M, L, D Giá trị thời gian đặt trước Reset timer I, Q,M, L, D Giá trị thời gian lại Dạng Hexa I, Q,M, L, D Giá trị thời gian lại Dạng BCB I, Q,M, L, D Trạng thái Timer 86 04/03/18 S_CD S_CUD Tham số Data Type Memory Area Description C no COUNTER C Tên Counter CU BOOL I, Q,M, L, D Đầu vào đếm lên CD BOOL I, Q,M, L, D Đầu vào đếm xuống I, Q, L, M, D Chân thiết lập đầu vào cho Counter trước S BOOL PV WORD R BOOL CV WORD CV_BC D WORD Q BOOL I, Q,M, L, D I, Q,M, L, D Giá trị thời gian đặt trước Reset timer I, Q,M, L, D Giá trị thời gian lại Dạng Hexa I, Q,M, L, D Giá trị thời gian lại Dạng BCB I, Q,M, L, D Trạng thái Timer 87 04/03/18 S_CUD VÙNG NHỚ 88 04/03/18 VÙNG NHỚ Bộ nhớ PLC : Có vùng 1) Vùng chứa chương trình ứng dụng: Chia làm miền chính: - OB ( Organization Block): Chứa chương trình - FC (Function): Miền chứa chương trình ,được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu - FB (Function Block): Chứa chương trình tổ chức thành hàm có khả trao đổi liệu với khối chương trình khác VÙNG NHỚ 2) Vùng chứa tham số hệ điều hành: Chia làm miền: - I (Process Image Input ): Miền liệu cổng vào số - Q (Process Image Output): Miền đệm liệu cổng số - M (Miền biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng biến để lưu giữ tham số cần thiết truy cập theo Bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MD) - T (Timer): Miền nhớ phục vụ thời gian (Timer) - C (Counter): Miền nhớ phục vụ đếm (Counter) 89 04/03/18 VÙNG NHỚ 2) Vùng chứa tham số hệ điều hành: Chia làm miền: - PI: Miền địa cổng vào Modul tương tự (I/O External Input) - PQ: Miền địa cổng cho module tương tự (I/O External Output) VÙNG NHỚ 3) Vùng chứa khối liệu: Chia làm miền: - DB (Data Block): Miền chứa liệu tổ chức thành khối Kích thước số lượng khối người sử dụng quy định, phù hợp với toán điều khiển - L (Local data block): Miền liệu địa phương, khối chương trình OB, FC, FB tổ chức sử dụng cho biến nháp tức thời trao đổi liệu biến hình thức với khối chương trình gọi 90 04/03/18 Lệnh so sánh So sánh số nguyên (Integer) So sánh số nguyên kép (Double Integer) So sánh số thực (Real) EQ_I (Equal Integer) Tham số Data Type Memory Area Description IN1 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh IN2 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh 91 04/03/18 EQ_I (Equal Integer) Lệnh so sánh (Equal Integer) thực so sánh MW0 MW2 Nếu số nguyên đầu Q0.0 =1 NEQ_I (Not Equal Integer) Tham số Data Type Memory Area Description IN1 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh IN2 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh 92 04/03/18 NEQ_I (Not Equal Integer) Lệnh so sánh không (not Equal Integer) thực so sánh MW0 MW2 Nếu số ngun khơng đầu Q0.0 =1 GT_I (Greater than Integer) Tham số Data Type Memory Area Description IN1 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh IN2 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh 93 04/03/18 GT_I (Greater than Integer) Lệnh so sánh lớn hơn( Greater than Integer) thực so sánh MW0 MW2 Nếu MW0 > MW2 đầu Q0.0 =1 LT_I (Less than Integer) Tham số Data Type Memory Area Description IN1 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh IN2 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh 94 04/03/18 LT_I (Less than Integer) Lệnh so sánh nhỏ hơn( Less than Integer) thực so sánh MW0 MW2 Nếu MW0 < MW2 đầu Q0.0 =1 GE_I (Greater than or Equal Integer) Tham số Data Type Memory Area Description IN1 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh IN2 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh 95 04/03/18 GE_I (Greater than or Equal Integer) Lệnh so sánh lớn bằng( Greater than or Equal Integer) thực so sánh MW0 MW2 Nếu MW0 >= MW2 đầu Q0.0 =1 LE_I (Less than or Equal Integer) Tham số Data Type Memory Area Description IN1 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh IN2 WORD I, Q,M, L, D Giá trị so sánh 96 04/03/18 LE_I (Less than or Equal Integer) Lệnh so sánh nhỏ bằng( Less than or Equal Integer) thực so sánh MW0 MW2 Nếu MW0