Thuyết minh đồ án học phần về bộ điều khiển khả trình PLC và tự động hóa

Lựa chọn thiết bị

Tổng quan về PLC a)Sự ra đời của bộ điều khiển PLC. -Vào khoảng năm 1968 các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yếu tố kỹ thuật đầu tiên cho thiết bọ điều khiển logic khả lập trình với mục đích là thay thế tủ điều khiển cồng kềnh tiêu thị lượng điện năng khá lớn và thường xuyên phải thay thế các role do hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm, mục đích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển. -Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm bớt thời gian trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng sự thay đổi trong sản xuất. Từ đó một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi là PLC. Những PLC đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp ô tô vào băn 1969 đã đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, không chiến không gian trong các cơ sở sản xuất. Sau đó các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng mở rộng ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác. Khi các vi cử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn, có khả năng xử lý các tính toán, số liệu phức tạp hơn. -Vào năm 1977 thì việc truyền dữ liệu trở nên dễ dàng hơn nhờ sự phát triển của công nghiệp điện tử, các PLC có thể điều khiển xa hàng trăm mét. Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và điều khiển quá trình sản xuất nhanh hơn. -Năm 1980 nhờ vào sự ra đời của máy tính cá nhân đã nâng cao đáng kể tính năng và khả năng sử dụng PLC trong điều khiển máy và quá trình sản xuất. Sự phát triển của phần mềm đồ họa máy tính cá nhân, ứng dụng vào PLC, PCL lại được trang bị các giao diện đồ họa để có thể mô phỏng hoặc hiển thị các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điều khiển. PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Về nguyên lý hoạt động, các PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì chúng hoàn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất. PLC khác với các máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành. Khi được bất lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó, chứ không thể chạy được hoạt động nào khác. Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên. tuổi như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rockwell, Fanuc là các hãng. chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới. Các PLC của các hãng này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá. Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn. PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau:. -Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng. - Tiết kiệm năng lượng-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả năng thay thế hàng trăm rơ le. - Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và nhiễu. Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này. - Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể giao diện trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O. - Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang, tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường. - Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng. b) Một số đặc điểm chính của PLC. - Về phần cứng,PLC tương tự như máy tính truyền thống và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp .Khả năng chống nhiễu tốt .Cấu trúc dạng modul do đó dễ dàng thay thế,tăng khả năng (nối thêm module mở rộng vào / ra ) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng).Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngỏ ra được chuẩn hoá .Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat dễ hiểu và dể sử dụng .Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng. Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình. c)Tìm hiểu sơ lược về các dòng PLC phổ biến tại Việt Nam. - Tại Việt Nam, có nhiều hãng PLC phổ biến như: Siemens, Mitsubishi, Omron, Delta, Panasonic.. Mỗi hãng PLC có những ưu nhược điểm riêng, dưới đây là một số điểm cần lưu ý:. Siemens: Là một hãng PLC hàng đầu thế giới, có chất lượng cao và độ tin cậy cao. PLC Siemens có nhiều dòng sản phẩm phù hợp với nhiều mức độ phức tạp và quy mô của ứng dụng. PLC Siemens có khả năng kết nối với nhiều thiết bị khác nhau qua các giao thức truyền thông phổ biến. Tuy nhiên, PLC Siemens cũng có nhược điểm là giá thành cao và khó lập trình cho người mới bắt đầu. Omron: Là một hãng PLC Nhật Bản khác, có chất lượng và độ bền cao. PLC Omron có nhiều tính năng tiên tiến và linh hoạt, có thể kết hợp với các module mở rộng để tăng khả năng xử lý. PLC Omron cũng có giao diện lập trình dễ hiểu và thao tác. Tuy nhiên, PLC Omron cũng có nhược điểm là giá thành cao và khó tìm linh kiện thay thế. Delta: Là một hãng PLC Đài Loan, có giá thành rẻ và phù hợp với các ứng dụng đơn giản và nhỏ. PLC Delta có giao diện lập trình đơn giản và dễ sử dụng. Tuy nhiên, PLC Delta cũng có nhược điểm là chất lượng không cao và không ổn định, khả năng kết nối với các thiết bị khác không tốt và hỗ trợ kỹ thuật kém. Panasonic: Là một hãng PLC Nhật Bản nữa, có chất lượng và độ bền cao. PLC Panasonic có nhiều tính năng tiên tiến và linh hoạt, có thể kết nối với các thiết bị khác qua các giao thức truyền thông phổ biến. PLC Panasonic cũng có giao diện lập trình dễ hiểu và thao tác. Tuy nhiên, PLC Panasonic cũng có nhược điểm là giá thành cao và khó tìm linh kiện thay thế. Mitsubishi: Là một hãng PLC Nhật Bản, có uy tín và chất lượng tốt. PLC Mitsubishi có nhiều dòng sản phẩm từ cơ bản đến cao cấp, phù hợp với nhiều loại ứng dụng. PLC Mitsubishi có giao diện lập trình thân thiện và dễ sử dụng. Tuy nhiên, PLC Mitsubishi cũng có nhược điểm là khả năng kết nối với các thiết bị khác không cao và hỗ trợ kỹ thuật không tốt.  Để đáp ứng với các yêu cầu của đề tài và phù hợp với khả năng nghiên cứu, tiếp cận. Em chọn sử dụng PLC của hãng Mitsubishi, cụ thể là dòng FX-3U. Đây là dòng PLC khá nổi tiếng và thành công của hãng, hiện vẫn còn đang được sử dụng rất nhiều ngoài thực tế. Tài liệu tham khảo và video hướng dẫn rất nhiều, phù hợp với việc tự nghiên cứu, mô phỏng. Tìm hiểu về PLC FX-3U a) Tìm hiểu chung. * Cỏch đấu dõy tớn hiệu ngừ ra (Output):. Điều khiển servo bằng cỏch phỏt xung ở ngừ ra. Điều khiển van khí nén và thủy lực để đóng mở xi lanh hơi và xi lanh thủy lực. Đóng mở khởi động từ để điều khiển động cơ. Khởi động biến tần bằng cỏch out ngừ ra số. - Nhược điểm của loại ngừ ra này là tần số đúng cắt nhỏ, cỡ 10ms. COM0 và COM1 đấu chung với chân dương của nguồn điện 1 chiều, đầu ra Y0 và Y1 đấu vào chân dương của tải. Đối với các tải xoay chiều chúng ta thường đấu thông qua role trung gian. *) Ngừ ra Transistor: Cú 2 kiểu ngừ ra kiểu Sink và Source. - Đặc điểm của loại ngừ ra Transistor đúng ngắt bằng linh kiện bỏn dẫn nờn cú tốc độ đóng ngắt nhanh, có thể dùng để phát xung tốc độ cao lên tới 100Khz, 200Khz, 500Khz. - Chịu được số lần đúng ngắt lớn, tuổi thọ tớnh theo số lần đúng ngắt thỡ lớn hơn ngừ ra Relay rất nhiều. - Nhược điểm là không sử dụng được điện áp xoay chiều và dòng qua nó chịu giới hạn ở dưới 0.5A nên phải sử dụng thêm Relay trung gian. - Sơ đồ ngừ ra kiểu Source:. 7 Cỏch đấu ngừ ra kiểu Source. 8 Cỏch đấu ngừ ra kiểu Sink. d) Các module mở rộng của PLC. 9 Hình ảnh PLC ghép nối với các module mở rộng - PLC Mitsubishi FX3U hỗ trợ một số loại module mở rộng như sau:. Module mở rộng IN/OUT Transitor và Relay. Module Analog vào ra. Module điều khiển nhiệt độ và vị trí. - Module mở rộng IN/OUT Transitor và Relay: Là các module được sử dụng để mở rộng số lượng đầu vào và đầu ra của PLC. Module mở rộng Transitor dùng để mở rộng số lượng đầu ra PLC. Module mở rộng Relay dùng để mở rộng số lượng đầu vào PLC. - Module mở rộng truyền thông 232 và 485: Là các module được sử dụng để kết nối PLC FX3U với các thiết bị khác thông qua cổng truyền thông. Cụ thể, module truyền thông RS232 được sử dụng để kết nối với các thiết bị có cổng RS232, trong khi module truyền thông RS485 được sử dụng để kết nối với các thiết bị có cổng RS485. - Module analog vào ra: Là các module được sử dụng để kết nối với các thiết bị đo lường tín hiệu analog như cảm biến nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,… và điều khiển các thiết bị đầu ra như động cơ, van điện từ,… thông qua tín hiệu analog. Cụ thể, các module analog vào ra cho phép PLC FX3U có thể đọc giá trị tín hiệu analog từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị đầu ra dựa trên giá trị tín hiệu analog. - Module điều khiển nhiệt độ và vị trí: Là các module được sử dụng để điều khiển các thiết bị đo nhiệt độ và vị trí như cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí,… thông qua tín hiệu điện tử. Cụ thể, các module này cho phép PLC FX3U có thể đọc giá trị tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển các thiết bị đầu ra dựa trên giá trị tín hiệu này. e) Thông số PLC sử dụng.