tâm
a. Kh¸i niÖm vÒ PLC
PLC là các chữ được viết tắt từ Programmable Logic Controller. Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó đ- ược đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình.
* Điểm mạnh của PLC
40
- PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình.
- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế, người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình.
- Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn.
- Các tín hiệu đa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu đ- ược cấp từ bộ điều khiển bằng rơle.
- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không tiếp điểm.
- Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó.
- Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến kiến thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc.
- Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần mềm có dạng tương
41
ứng song song với các tác động bên ngoài. Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính.
- Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ ngoài có thể làm việc đ- ược.
- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chư- ơng trình đó được lưu giữ ở băng catssete hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại.
- Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây,
- Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm.
* Điểm yếu của PLC
Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá.
Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle.
b. Cấu trúc của PLC
Hệ thống PLC thông dụng có 5 bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình (Hình 3.2).
42
c. Giới thiệu về PLC OMRON
OMRON là một công ty của Nhật Bản được thành lập năm 1933. OMRON được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu thế giới về công nghệ tự động hoá. Các thiết bị tự động của OMRON có chất lượng cao, được sản xuất với công nghệ mới nhất và rất đa dạng: từ công tắc đơn giản, rơle các lọai , bộ định thời, bộ đếm, cảm biến, kiểm soát nhiệt độ cho tới các thiết bị điều khiển chương trình hiện đại. Tất cả có gần 20.000 mặt hàng khác nhau, liên tục được cải tiến.
* Cấu trúc cơ bản của PLC OMRON
PLC OMRON có các thành phần cơ bản sau (hình 3.2):
+ Input Area: Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên ngoài (Input
devices) sẽ được lưu trong vùng nhớ này.
+ Output Area: Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ được lưu tạm trong vùng nhớ
này. Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lý lệnh và đa ra tín hiệu điều khiển thiết bị ngoài ( Output devices).
+ Bộ xử lý trung tâm (CPU): là nơi xử lý mọi hoạt động của PLC, bao gồm
việc thực hiện chương trình.
+ Bộ nhớ (Memory): là nơi lưu chương trình điều khiển và các trạng thái nhớ
trung gian trong quá trình thực hiện.
43
Mạch đầu vào (Input Unit)
Là mạch điện tử làm nhiệm vụ phối ghép chuyển đổi giữa tín hiệu điện đầu vào (Input) và tín hiệu số sử dụng bên trong PLC. Kết quả của việc xử lý sẽ được lưu ở vùng nhớ Input Area. Mạch đầu vào được cách ly về điện với các mạch trong của PLC nhờ các điốt quang. Bởi vậy nếu có hư hỏng mạch đầu vào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của CPU.
Mạch đầu ra (Output Unit)
Mạch điện tử đầu ra sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC (trong vùng nhớ Output Area) thành các tín hiệu điều khiển như đóng mở rơle.
Dưới đây là một ví dụ khi đấu dây đầu vào với các thiết bị có trong thực tế thay cho công tắc mô phỏng:
Hình 3-3 Sơ đồ đấu dây
Cách nối đầu dây vào số của PLC có thể có ba dạng sau: 1) Đầu vào là tiếp điểm Rơle (Relay)
44
Hình 3.4 Đầu vào tiếp điểm rơle
2) Đầu vào là Transistor kiểu NPN.
Hình 3-5 Đầu vào Transistor kiểu NPN
45
Chú ý
Dòng vào của các đầu vào IN00000-IN00002 = 12mA Dòng vào của các đầu vào khác bằng 5mA
Khi đầu vào của PLC ở mức ON, các đèn tương ứng trong PLC đều sáng.
d. Các thiết bị của hệ thống hàn tự động * PLC OMRON CPM2A
- Có giao diện RS232 trên CPU; mở rộng tối đa tới 180 I/O. - Sử lý quét và ngắt tốc độ cao.
- Bộ đếm tốc độ cao 20 KHz. - Điều khiển sung đồng bộ.
- Chức năng đầu ra xung cho nhiều ứng dụng định vị khác nhau. - Các khối đầu nối có thể tháo rời giúp bảo trì dễ dàng.
- Chức năng đồng hồ thời gian thực.
Có thể sử dụng điều khiển analog phân tán.
+ CPU
Diễn giải Số đầu vào Số đầu ra Nguồn điện Số model Các đầu ra rơle Các đầu ra transitor (NPN)
CPU với 20 đầu I/O
12 đầu 8 đầu AC CPM2A-
20CDR-A
----
CPU với 30 đầu I/O
18 đầu 12 đầu AC CPM2A- 30CDR-A
46
DC CPM2A-
30CDR-D
CPM2A- 30CDT-D CPU với 40 đầu
I/O
24 đầu 16 đầu AC CPM2A- 40CDR-A
DC ---- CPM2A-
40CDT-D CPU với 60 đầu
I/O
36 đầu 24 đầu AC CPM2A- 60CDR-A --- DC CPM2A- 60CDR-D CPM2A- 60CDT-D + Đặc tính kỹ thuật chung: Mục CPU với 20 đầu I/O CPU với 30 đầu I/O CPU với 40 đầu I/O CPU với 60 đầu I/O Điện áp cấp AC 100 tới 240VAC, 50/60Hz DC 24VDC Dải điện áp hoạt động AC 85 tới 264 VAC DC 20,4 tới 26,4 VDC Công suất tiêu thụ điện
AC Tối đa 60VA
47
Dòng xung AC Tối đa 60VA
DC Tối đa 20VA
Nguồn cấp bên ngoài (Điện AC) Điện áp cấp 24VDC Công suất đầu ra
300mA:Chỉ sử dụng cho các thiết bị đầu vào. Không được sử dụng cho điều khiển các đầu ra. (Khi nguồn điện bên ngoài cho một dòng quá tải hoặc ngắn mạch, điện áp nguồn cấp bên ngoài sẽ tụt và PC sẽ ngừng hoạt động)
Trở kháng cách điện Tối thiểu 20MΩ (ở 500VDC) giữa các đầu nối AC bên ngoài và các đầu nối tiếp đất.
Cường độ điện môi 2300VAC , 50/60Hz cho 1 phút với dòng dò tối đa 10mA giữa các đầu nối AC bên ngoài và đầu nối tiếp đất
Miễn nhiễu Tuân theo tiêu chuẩn IEC6100-4-4; 2kV (các đường dây điện)
Mức độ chịu rung 10 tới 57Hz với biên độ 0.075mm, và 57 tới 150Hz với một gia tốc 9,8 m/s2
ở các hướng X,Y và Z cho mỗi 80 phút mỗi hướng
(Hệ số thời gian = 8‟ x hệ số 10 = 80‟)
Mức độ chịu sốc 147m/s2 3 lần mỗi hướng X, Y và Z
Nhiệt độ môi trường Hoạt động: 0 tới 55o
48
Bảo quàn: ±20oC tới 75o
C Độ ẩm (Hoạt động) 10% tới 90% (Không đóng đá)
Môi trường Không có khí ăn mòn
Cỡ vít đầu nối M3
Thời gian ngắt điện Nguồn AC tối thiểu 10ms Nguồn DC tối thiểu 2ms
(Nguồn điện sẽ ngắt nếu điện sụt dưới 85% điện áp định mức lâu hơn thời gian ngắt điện)
Trọng lượng CPU
AC
Tối đa 650g Tối đa
700g Tối đa 800g Tối đa 1000g
DC
Tối đa 550g Tối đa
600g Tối đa 700g Tối đa 900g Trọng lượng Module I/O
mở rộng
Module với 20 đầu I/O: Tối đa 300g Module với 8 đầu ra: Tối đa 250g Module với 8 đầu vào: Tối đa 200g
Trọng lượng module mở rộng
Module I/o analog: Tối đa 150g
Module cảm biến nhiệt đôk: Tối đa 250g Module kết nối I/O compobus: Tối đa 200g
49
+ Đặc điểm kỹ thuật:
Mục Đặc tính kỹ thuật
Phương pháp điều khiển Phương pháp chương trình được lưu
Phương pháp điều khiển I/O Quét theo chu kỳ với đầu ra trực tiếp ( làm tươi tức thì có thể thực hiện với IORF(97)
Ngôn ngữ lập trình Sơ đồ hình thang
Chiều dài lệnh 1 bước/lệnh, 1 tới 5 word/ lệnh
Các loại lệnh Lệnh cơ bản 14 lệnh Lệnh đặc biệt 105 lệnh, 185 loại Thời gian thực hiện lệnh Lệnh cơ bản 0.64 µs (lệnh LD) Lệnh đặc biệt 7.8 µs (lệnh MOV)
Dung lượng chương trình 4.096 words Các đầu I/O tối
đa
Chỉ CPU 20 đầu 30 đầu 40 đầu 60 đầu
Với module I/O mở rộng
Tối đa 80 đầu Tối đa 90 đầu
Tối đa 100 đầu
Tối đa 120 đầu Bít đầu vào IR 00000 tới IR 00915( Words không được sử dụng cho các
bít đầu vào có thể được sử dụng cho các bít làm việc)
Bít đầu ra IR 01000 tới IR 01915 ( Words không được sử dụng cho các bít đầu vào có thể được sử dụng cho các bít làm việc)
Bít làm việc 928 bít: IR 02000 tới IR0915 và IR 20000 tới IR 22715 Bít đặc biệt ( vùng SR) 448 bít: SR 228000 tới SR25515 Bít tạm thời ( vùng TR) 8 bít( TR 0 tới TR7)
50
( Vùng HR) Bít phụ ( Vùng AR)
384 bít: AR 0000 tới AR2315 (Words AR00 tới AR23)
Bít kết nối (Vùng LR)
256 bít: LR 0000 tới LR1515 (Words LR00 tới LR15)
Timer/Counter 256 timer/counter(TIM/CNT 000 tới TIM/CNT 255) 1-ms timer: TMHH(--) 10-ms timer: TIMH(15) 100-ms timer: TIM 1-s/10-s timerTIML(--) Bộ đếm giảm dần: CNT Bộ đếm ngược: CNTR(12)
Bộ nhớ số liệu Đọc/Ghi: 2.048 Words(DM0000 tới DM 2047) Chỉ đọc: 456 Words(DM 6144 tới DM 6599) Thiết lập PC: 56 Words(DM 6600 tới DM 6655) * Bản ghi lỗi được chứa trong DM 2000 tới DM 2021 Xử lý ngắt Ngắt bên ngoài:4
(được phân phối bởi các đầu vào ngắt bên ngoài ( chế độ counter) và các đầu vào đáp ứng nhanh).
Ngắt times bên trong
1(chế độ ngắt hẹn giờ hoặc chế độ ngắt đơn)
Counter tốc độ cao
1 counter tốc độ cao 20kHZ 1 pha hoặc 5kHZ 2 pha (phương pháp đếm tuyến tính)
Ngắt counter:1 (so sánh giá trị đặt hoặc so sánh dải giá trị đặt)
Các đầu vào ngắt (chế độ counter)
4 đầu vào (được phân phối bởi các đầu vào ngắt bên ngoài (chế độ counter và các đầu vào đáp ứng nhanh)
51
Các ngắt counter:4 (được phân phối bởi các đầu vào ngắt bên ngoài và các đầu vào đáp ứng nhanh)
Đầu ra xung 2 đầu ra với không tang giảm/tốc độ ,10Hz tới 10KHZ mỗi đầu và không có điều khiển hướng. 1 đầu với tăng/giảm tốc độ dạng hình thang, 10Hz tới 10KHz , và điều khiển hướng. 2 đầu với các đầu ra tỷ lệ khác nhau.
( các đầu ra xung chỉ có thể sử dụng với các đầu ra transistor) Điều khiển xung
đồng bộ
1 đầu: 1 đầu ra xung có thể được tạo ra bởi kết hợp counter tốc độ cao với các đầu ra xung và nhân tần số các xung đầu vào từ các counter tốc độ cao với một hệ số cố định.
* Động cơ
- Chọn động cơ không đồng bộ 3 pha /220V.
- Động cơ tạo chuyển động tịnh tiến đầu hàn là loại có công suất 0,37kW.
* Biến tần
Commander SK là bộ biến tần kích thước nhỏ gọn nhưng đầy đủ các tính năng cần thiết. Công suất thiết kế từ 0.25KW đến 132KW, điện áp từ 200V-400V.
+ Ưu điểm nổi bật :
- Nguyên lý điều khiển Vector cho phép đảm bảo mô men ở tần số 1Hz. - Động cơ hoạt động êm nhờ thay đổi tần số đóng ngắt đến 18KHz. - Có thể chọn chế độ điều khiển theo tốc độ hay mô men.
- Tích hợp sẵn vòng điều khiển PID cho các ứng dụng ổn định lưu lượng, áp suất.
- Chế tạo sẵn bộ điều khiển phanh hãm động năng cho toàn dải công suất.
52
- Chế tạo sẵn bộ lọc EMC.
- Dễ lắp đặt, cài đặt, đấu nối dây.
- Có sẵn cổng truyền thông RS485, giao thức Modbus RTU. - Mở rộng tính năng dễ dàng bằng cách cắm thêm card Option. + Các ứng dụng chính :
- Thiết bị nâng vận chuyển cầu trục, cẩu chân đế. - Băng tải hàng.
- Máy đùn nhựa, máy trộn. - Hệ thống bơm và quạt gió.
- Với động cơ công suất 0,37kW là biến tần SKA1200037 - Với động cơ công suất 0,25kW là biến tần SKA1200025 - Chú thích về biến tần như hình dưới:
+ Cảm biến
53
Hình 3-7 Cảm biến từ
Cảm biến từ chọn loại có ký hiệu: HYP - 18 S 5 N A F - C D 1 2 3 4 5 6 7 8 9
No. Loại Kí hiệu Mô tả
9 Sóng D Khác nhau về loại sóng
8
Kết nối C
CR
Loại kết nối Loại kết nối rơle 7
Phát giác F
U
Phát giác đằng trước Phát giác bên trên 6 Đầu ra A C Loại thƣờng mở Loại thường đóng 5 Cung cấp nguồn và đầu ra N P A T N4 Loại NPN Loại PNP
Loại 2 dây xoay chiều Loại 2 dây một chiều NPN NO+NC
54
P4 PNP NO+NC
4
Khoảng cách 2mm-
20mm
Phát hiện theo khoảng cách
3 Hình dạng S R RL RS RP FP FA Loại vuông
Loại vỏ tròn tiêu chuẩn
Loại vỏ tròn dài Loại vỏ tròn ngắn Loại vỏ nhựa Loại dẹt nhựa Loại dẹt nhôm 2 Đường kính 18mm
Loại tròn: Đường kính của đầu Loại vuông: Kích thước chiều dài cạnh
1
Mẫu HYP
HCP
Công tắc tiếp xúc ở trạng thái gần
Công tắc tiếp xúc ở trạng thái điện dung
- Như vậy thì cảm biến HYP-18R8PA là loại cảm biến ở trạng thái gần, đường kính của đầu là 18mm, loại vỏ tròn tiêu chuẩn, phát hiện ở khoảng cách 8mm, loại PNP thường mở.
- Sơ đồ đấu nối cảm biến loại PNP như hình vẽ dưới:
55
Bảng phân chia các biến đầu vào, đầu ra của PLC
Đầu vào Đầu ra