Đang tải... (xem toàn văn)
C¸c thiÕt bÞ nhËp xuÊt cã thÓ ® − îc ph©n lo¹i theo kiÓu tÝn hiÖu cung cÊp, rêi r¹c, digital hoÆc analog.. C¸c tÝn.[r]
(1)46
ChƯơng 3: Điều khiển logic khả LậP TRìNH 3.1 Bộ điều khiển PLC:
3.1.1 Thiết bịđiều khiển logic lập trình:
PLC xuất vào năm 1969 Ngày đ−ợc sử dụng rộng rãi Từ thiết bị nhỏ, độc lập sử dụng khoảng 20 đầu vào/đầu digital đến hệ thống nối ghép theo mạch module sử dụng nhiều đầu vào/đầu ra, xử lý tín hiệu digital analog Ngồi ra, chúng cịn thực chế độ điều khiển tỷ lệ-tích phân-đạo hàm (PID)
Thiết bị logic lập trình đ−ợc (PLC- Programmable Logic Controler) dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa vi xử lý, sử dụng nhớ lập trình đ−ợc để l−u trữ lệnh thực chức Chẳng hạn phép tính logic, định giờ, đếm, thuật toán để điều khiển máy trình
PLC đ−ợc thiết kế để dễ cài đặt thay đổi ch−ơng trình Thuật ngữ logic đ−ợc sử dụng việc lập trình chủ yếu liên quan đến hoạt logic thực thi chuyn mch
Các thiết bị nhập (bộ cảm biến, công tắc, ) thiết bị xuất hệ thống đợc điều khiển (các
ng c, cỏc van, ) đ−ợc nối kết với PLC Thiết bị điều khiển giám sát tín hiệu vào tín hiệu theo ch−ơng trình thực quy tắc điều khiển đ−ợc lập trình
Các PLC có −u điểm sử dụng thiết bị điều khiển cho nhiều hệ thống điều khiển Để sửa đổi hệ thống điều khiễn quy tắc đ−ợc sử dụng, ng−ời vận hành cần nhập tập lệnh khác (không cần mắc nối lại dây) Nhờ vậy, hệ thống linh hot, hiu qu
Các PLC tơng tự máy tính, nhng máy tính đợc tối u hóa cho tác vụ tính toán hiển thị; PLC đợc chuyên biệt cho tác vụ điều khiển môi trờng công nghiệp Vì vậy, PLC:
- c thiết kế tăng bền để chịu đựoc rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn - Có sẵn giao diện cho thiết bị nhập xuất
- Đ−ợc lập trình đễ dàng với ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải phép toán logic chuyển mạch
3.1.2 PhÇn cøng:
HƯ thèng PLC thông dụng có phận bản:
Hình 1.1 Thiết điều khiển logic lập trình Tín hiệu
ngõ vào
Tín hiệu ngõ Chuơng trình
điều khiển
PLC
Hình 1.2 Hệ thống PLC Giao diƯn
nhËp
Bé xư lý trung tâm
Giao diện xuất Thiết bị
lËp tr×nh
Bé nhí
(2)47
a Bộ xử lý trung tâm (CPU): Là linhkiện chứa xử lý, biên dịch tín hiệu nhập thực hoạt động điều khiển theo ch−ơng trình đựoc l−u nhớ CPU, Truyền định d−ới dạng tín hiệu hoạt động đến thiết bị xuất Cấu hình CPU tùy thuộc vào vi xử lý Nói chung, CPU có:
- Bé thuật toán logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý liệu, thực phép toán số học (cộng, trừ) phép toán logic AND, OR, NOT EXCLUSIVE-OR
- Bộ nhớ (các ghi) bên xử lý, đ−ợc sử dụng để l−u thông tin liên quan đến thực thi ch−ơng trình
- Bộ điều khiển đ−ợc sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian phép tốn b Bộ nguồn: Có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC(5V) cần thiết cho xử lý mạch điện module giao diện nhập xuất
c Thiết bị lập trình: Sử dụng để lập ch−ơng trình cần thiết vào nhớ xử lý Ch−ơng trình đ−ợc viết thiết bị này, sau đ−ợc chuyển đến nhớ PLC
d Bộ nhớ: Là nơi l−u ch−ơng trình đ−ợc sử dụng cho hoạt động điều khiển, d−ới kiểm tra vi xử lý Trong PLC có nhiều loại nhớ:
- Bộ nhớ đọc (ROM) cung cấp dung l−ợng l−u trữ cho hệ điều hành liệu cố định đ−ợc CPU sử dụng
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho chơng tr×nh cđa ng−êi dïng - Bé nhí truy cËp ngÉu nhiên (RAM) dành cho liệu Đây nơi lu trữ thông
tin theo trng thỏi ca cỏc thit bị nhập, xuất, giá trị đồng hồ thời chuẩn, đếm thiết bị nội vi khác RAM liệu đ−ợc xem bảng liệu bảng ghi Một phần nhớ này, khối địa chỉ, dành cho địa ngõ vào ngõ ra, với trạng thái ngõ vào ngõ Một phần dành cho liệu đ−ợc cài đặt tr−ớc, phần khác dành để l−u trữ giá trị đếm, giá trị đồng hồ thời chuẩn,
- Bộ nhớ đọc xóa lập trình đ−ợc (EPROM) ROM đ−ợc lập trình, sau ch−ơng trình đ−ợc th−ờng trú ROM
Ng−ời dùng thay đổi ch−ơng trình liệu RAM Tất PLC để l−u ch−ơng trình ng−ời dùng cài đặt liệu ch−ơng trình Tuy nhiên, để tránh mát ch−ơng trình nguồn cơng suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy để trì nội dung RAM thời gian Sau đựoc cài đặt vào RAM, ch−ong trình có trể đ−ợc tải vào vi mạch nhớ EPROM, th−ờng module có khóa PLC, ch−ơng trình trở thành vĩnh cửu Ngồi cịn có đệm tạm thời, l−u trữ kênh nhập/xuất
Dung l−ợng l−u trữ nhớ đựoc xác định số l−ợng từ nhị phân l−u trữ đ−ợc Nh− vậy, dung l−ợng nhớ 256 từ, nhớ l−u trữ 256x8= 2048 bit, sử dụng từ bit, 256x16= 4096 bit, từ đ−ợc sử dụng 16 bit Kích cỡ nhớ th−ờng đ−ợc chuyên biệt theo số l−ợng vị trí l−u trữ khả dụng với 1K biểu diễn số 210=1024 Các nhà sản xuất cung cấp vi mạch nhớ với vị trí l−u trữ
theo nhóm 1, bit Bộ nhớ 4Kx1x1024 bit vị trí Bộ nhớ 4Kx8 có 4x8x1024 bit vị trí Thuật ngữ byte đ−ợc sử dụng cho từ có độ dài bit Vì vậy, nhớ 4Kx8 l−u trữ 4096 byte Với bus địa 16 bit, bạn có 216 địa khác nhau, với từ bit đ−ợc l−u trữ địa chỉ, bạn có 216x8 địa l−u trữ, để sử dụng nhớ
(3)48
e Các phần nhập xuất: Là nơi xử lý nhận thông tin từ thiết bị ngoại vi truyền thông tin đến thiết bị bên ngồi Tín hiệu nhập từ cơng tắc, cảm biến, tế bào quang điện cấu đếm, cảm biến nhiệt độ, cảm biến l−u l−ợng, Các thiết bị xuất đến cuộn dây khởi động động cơ, van Solenoid, Các thiết bị nhập xuất đ−ợc phân loại theo kiểu tín hiệu cung cấp, rời rạc, digital analog Các tín
hiệu cung cấp, rời rạc digital thiết bị có tín hiệu ON OFF Cơng tắc thiết bị cung cấp tín hiệu rời rạc, có khơng có điện áp Về bản, thiết bik digital đ−ợc xem thiết bị rời rạc, với chuỗi tín hiệu ON-OFF Các thiết bị analog cung cấp tín hiệu có độ lớn tỉ lệ với giá trị biến đ−ợc giám sát.Ví dụ, cẩm biến nhiệt độ cung cấp điện áp tỉ lệ với nhiệt độ
- C¸c thiÕt bị nhập:
+ Các cảm biến cung cấp tín hiệu digital/rời rạc (có-không), ngõ đợc nối kết dễ dàng với cổng nhập PLC Các cảm biến cung cấp tín hiệu analog phải chun thµnh tÝn hiƯu digital tr−íc nhËp vµo cỉng PLC Sau số cảm biến thông dông:
+ Các công tắc gián tiếp đ−ợc sử dụng để phát hữu vật th m khụng
Hình 1.3 Các loại tín hiệu a)rời rạc; b)digital; c)analog
Thời gian
Điện áp
Thời gian
Điện áp
Điện
¸p
Thêi gian
a)
c) b)
Điện áp nguồn PLC
Hình 1.4 Các cảm biến công tắc
PLC
Đòn bẩy đuợc ấn xng b»ng c¸ch nhÊn
Hình 1.5 Các cơng tắc giới hạn đuợc vận hành bằng a)đòn bẩy; b)con lăn
c) cam (có thể quay với vận tốc khơng đổi đóng mở cơng tắc theo khoảng thời gian nht nh)
Nút vận hành công tắc
Nút vận hành công tắc Con lăn đuợc ấn xuống bằng cách nhấn
Nút vận hành công tắc c)
khụng i
Hình 1.6 Công tắc gián tiếp kiểu Từ truờng
(4)49 tiếp xc với vật thể Cơng tắc có nhiều dạng, số phù hợp với vật thể kim loại
Công tắc gián tiếp kiểu cảm ứng gồm cuộn dây quấn quanh lõi sắt Khi đầu lõi sắt đ−ợc đặt gần vật thể kim loại có chứa sắt, có thay đổi l−ợng lõi kim loại kết hợp với cuộn dây, đó, làm thay đổi độ cảm ứng lõi kim loại Sự thay đổi đ−ợc giám sát mạch cộng h−ởng, diện vật thể kim loại có chứa sắt làm thay đổi dòng điện mạch Dòng điện đ−ợc sử dụng để kích hoạt mạch cơng tắc điện tử, tạo thành thiết bị đóng – ngắt Vật thể bị phát khoảng cách – 15 mm
+ Công tắc l−ỡi gà: Công tắc gồm hai dải sắt từ đàn hồi, xếp chồng nh−ng không tiếp xúc với đ−ợc gắn vào vỏ thủy tinh chất dẻo Khi nam châm cuộn đay mang dịng điện đến gần cơng tắc,
dãi sắt bị từ hóa hút nhau, làm tiếp điểm đóng Nam châm làm đóng tiếp điểm cách công tắc khoảng mm Vì vậy, cơng tắc đ−ợc sử dụng rộng rãi thiết bị chống trộm để phát cửa bị mở; nam châm gắn lên cửa công tắc l−ỡi gà gắn lên khung cửa Khi cửa mở công tắc mở
+ Công tắc gián tiếp đ−ợc sử dụng với vật thể kim loại phi kim loại công tắc kiểu điện dung Điện dung tụ đ−ợc xác định khoảng cách hai cực, khoảng cách nhỏ điện dung cao Bộ cảm biến công tắc kiểu điện dung hai cực tụ điện, vật thể kim loại Sự tiếp cận vật thể kim loại đ−ợc phát nhờ thay đổi điện dung Bộ cảm biến đ−ợc sử dụng để phát nhờ thay đổi điện dung Bộ cảm biến đ−ợc sử dụng để phát vật thể kim loại điện dung tụ phụ thuộc vào chất điện môi hai Trong tr−ờng hợp này, cực cảm biến
dây nối đất, vật thể phi kim loại chất điện môi Sự thay đổi điện dung đ−ợc sử dụng để kích hoạt mạch công tắc điện tử tạo thành thiết bị đóng – ngắt Cơng tắc kiểu điện dung đ−ợc sử dụng để phát vật thể chúng cách đầu cảm biến khoảng 4-60 mm
+ Các thiết bị chuyển mạch quang điện vânh hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát chắn chùm sáng (th−ờng xạ hồng ngoại), khơng cho chúng chiếu tới thiết bị dị (Hình 1.9(a)); theo kiểu phản xạ, vật thể cần phát phản chiếu chùm sáng lên thiết bị dị (Hình 1.9(b)) Trong hai kiểu, cực phát xạ thông th−ờng diode phát quang (LED) Thiết bị dị xạ transistor quang, th−ờng hai transistor, đ−ợc gọi cặp Darlington Cặp Darlington làm tăng độ nhạy thiết bị Tùy theo mạch đ−ợc sử dụng, đầu đ−ợc chế tạo để chuyển mạch đến mức cao mức thấp ánh sáng đến transistor Các cảm biến đ−ợc cung cấp d−ới dạng hộp cảm nhận có mặt vật thể khoảng cách ngắn, th−ờng nhỏ mm Hình 1.9(c) minh họa cảm biến chữ U, vật thể ngăn chặn chùm sáng
Hình 1.7 Công tắc luỡi gà Nam châm
Các tiếp điểm Vỏ
Cỏc n hi
Hình 1.8 Công tắc kiểu điện dung Vật thể
Hai cực tụ điện Đầu cảm biến
Vật thể
a) b)
Thiết bị dò quang học Diode phát quang
c)
Các chân ối kế ®i
(5)50 + Bộ mã hóa: Thuật ngữ mã hóa đ−ợc sử dụng cho thiết bị cung cấp tín hiệu digital theo dịch chuyển góc tuyến tính Bộ mã hóa gia số tìm thay đổi chuyển dịch góc tuyến tính từ vị trí chuẩn cho tr−ớc, cịn mã hóa tuyệt đối cung cấp vị trí góc tuyến tính thực tế
+ Các cảm biến nhiệt độ:
Dạng đơn giản cảm biến nhiệt độ đ−ợc sử dụng để cung cấp tín hiệu đóng-ngắt nhiệt độ đạt đến giá trị xác định, phần tử l−ỡng kim Phần tử gồm hai dải kim loại khác nhau, ví dụ, đồng thau sắt, đ−ợc gắn với Hai kim loại có hệ số dãn nở khác Khi nhiệt độ tăng, dải l−ỡng kim uốn cong, hai kim loại có hệ số dãn nở nhiệt lớn Kim loại dãn nở cao mặt lồi phần cong Khi nguội, hiệu ứng uốn cong xảy
theo chiều ng−ợc lại Sự chuyển động dải l−ỡng kim đ−ợc sử dụng để ngắt tiếp xúc điện, từ đó, nhiệt độ định, đóng-ngắt dịng điện mạch Thiết dị có độ xác cao, nh−ng đ−ợc sử dụng phổ biến điều nhiệt hệ thống nhiệt gia dụng
+ Các cảm biến khoảng dịch chuyển: biến áp vi sai biến thiên tuyến tính (LVDT), thiết bị cung cáp điện áp theo vị trí sắt LVDT gồm ba cuộn dây đối xứng suốt hành trình sắt di chuyển
Khi dòng điện xoay chiều đ−ợc đ−a vào cuộn sơ cấp, điện áp xoay chiều đ−ợc tạo hai cuộn dây thứ cấp Khi lõi sắt hai cuộn dây thứ cấp, điện áp sinh hai cuộn thứ cấp Các đầu từ hai cuộn dây thứ cấp đ−ợc nối kết cho tín hiệu kết hợp chúng khác với điện áp hai cuộn dây thứ cấp Khi sắt giữa, điện áp xoay chiều hai cuộn thứ cấp nhau, vậy, khơng có điện áp Khi sắt dịch chuyển khỏi vị trí giữa, lệch phía hai cuộn dây thứ cấp không Sự chênh lệch điện áp hai cuộn dây thứ cấp phụ thuộc vào vị trí sắt Điện áp từ LVDT điện áp xoay chiều Điện áp th−ờng đ−ợc chuyển thành điện áp dc Analog đ−ợc khuếch đại tr−ớc dẫn vào kênh analog PLC
+ Các cảm biến áp suất:
Bộ cảm biến ánh sáng LED
Hình 1.10 Dạng mà hóa gia số
Các tiếp điểm Sắt
Đồng thau
Hình 1.11 Dạng mà hóa gia số
Khoảng dịch chuyển Thanh sắt
Cuộn thứ cấp2 Cuộn sơ cấp Cuộn thứ cấp1
Điện áp
in ỏp ac khụng đổi
Điện áp ac không đổi
v1
v2
(6)69
định T451 đ−ợc sử dụng để giữ chắn cao 10s, khởi động nhờ ngõ vào X404 từ cảm biến cho biết chắn cao Khi hết thời gian này, ngõ Y433 đ−ợc mở, kích hoạt solenoid chắn hạ xuống
c VÝ dô 3:
Xét toán dây chuyền sản xuất gồm băng tải chuyển chai đến thiết bị đóng gói, chai đựoc tải băng chuyền, đ−ợc kiểm tra để bảo đảm đầy, đóng nắp số l−ợng chai (4) đ−ợc đóng gói vào thùng Các hoạt động điều khiển đ−ợc yêu cầu là: chai khơng đầy dừng băng chuyền; kích hoạt máy đóng nắp chai vào vị trí, thời gian băng chuyền dừng; đếm bốn chai kích hoạt máy đóng gói, băng chuyền dừng có chai khấc đến điểm đóng gói thời gian này; phát âm cảnh báo dừng băng chuyền
Thứ tự lệnh chơng trình nêu Mitsubishi:
LD X400 NÊc thø
OR Y430
ANI X401
ANI Y432
ANI M100
LDI X404
ORI X405
ANB
OUT Y430
LDI Y430 NÊc thø
OUT Y431
LD X402 NÊc thø
OR M100
OUT M100
LD X403 NÊc thø
OR Y431
ANI T450
OUT T450
K 2 giây để đóng nắp
H×nh 1.25 Chuơng trình điều khiển Mitsubishi
Y433 cp nng lng cho máy đóng gói C460 đếm đựơc chai
C460 Y433 C460K4 X405 RST
Y432 X404 M100
X405
Ngõ vào X404 chai đựơc phát X405 mở đóng gói chai đếm
Cài đặt lại đếm máy đóng gói có đủ chai
T450 đồng hồ định giờ, dừng băng chuyền thời gian đã chọn để đóng nắp chai, Y432 cấp lựơng cho máy đóng nắp dừng băng chuyền
M100 rơle nội đựơc kích hoạt X402 đóng chai khơng đầy Sau M100 dừng băng chuyền
Y431 ngõ đến thiết bị cảnh báo, mở băng chuyền dừng
END C460 X404
X405 X403 Y432
T450 T450 M100
Y430 X402
Y431
M100 Y430
Y432 X401 Y430
X400 Y430 ngõ đến băng chuyền X400 nút khởi
(7)70
OUT T450
LD X405 NÊc thø
RST C460
LD X404 NÊc thø
ANI X405
OUT C460
K 4 chai đ−ợc đếm
LD C460 NÊc thø
OUT Y433
END KÕt thóc chu kú