3.1.1. Sự phỏt triển của tự động hoỏ
Cựng với cụng nghệ thụng tin thỡ TĐH là một ngành khoa học phỏt triển cực kỳ mạnh mẽ trong thời gian gần đõy. TĐH cú mặt ở khắp nơi, mọi lĩnh vực của đời sống. Trong cỏc nhà mỏy, xớ nghiệp, xƣởng sản xuất đú là cỏc dõy chuyền sản xuất tự động. Hay trong cỏc cơ quan, cụng sở, văn phũng nhƣ là thang mỏy, cửa tự động, cỏc mỏy soỏt hàng tự động... Những thành tựu mà nú đem lại cho nhõn loại là khụng thể kể hết. Tầm quan trọng của nú khụng chỉ đối với những nƣớc đang phỏt triển đang trong quỏ trỡnh cụng nghiệp húa nhƣ nƣớc ta, mà cũn đối với cả những nƣớc tƣ bản phỏt triển hàng đầu thế giới nhƣ Mỹ, Nhật, Đức... Vỡ vậy việc nghiờn cứu cỏc ứng dụng của TĐH ỏp dụng trong quỏ trỡnh phỏt triển của xó hội là điều tất yếu và cần thiết đụi với sinh viờn ngành TĐH. Việc học hỏi tỡm tũi và sỏng tạo những ứng dụng của TĐH sẽ gúp phần khụng nhỏ vào sự phỏt triển nền cụng nghiệp nƣớc nhà núi riờng và sự đi lờn của xó hội núi chung. Một xó hội phỏt triển và văn minh là một xó hội gắn liền với tự động hoỏ.
3.1.2. Sự phỏt triển của PLC
Trong rất nhiều ứng dụng của TĐH, chỳng ta khụng thể khụng núi đến cụng nghệ PLC, là một cụng nghệ lập trỡnh tối ƣu dựng để điều khiển cỏc chƣơng trỡnh hoạt động tự động. Cụng nghệ PLC kết hợp với mỏy vi tớnh là nền múng vững chắc cho ngành TĐH phỏt triển. Trong cạnh tranh cụng
nghiệp thỡ hiệu quả của nền sản suất núi chung là chỡa khúa của thành cụng. Hiệu quả của nền sản suất bao trựm những lĩnh vực rất rộng nhƣ:
1. Tốc độ sản suất ra một sản phẩm của thiệt bị và của dõy truyền phải nhanh.
2. Giỏ nhõn cụng và vật liệu làm ra sản phẩm phải hạ. 3. Chất lƣợng cao và phế phẩm.
4. Thời gian chết chúc của mỏy múc là tối thiểu. 5. Mỏy sản xuất cú giỏ trị rẻ.
Cỏc bộ điều khiển chƣơng trỡnh đỏp ứng đƣợc hầu hết cỏc yờu cầu trờn và nhƣ là yếu tố chớnh trong việc nõng cao hơn nữa hiệu quả sản suất trong cụng nghiệp. Trƣớc đõy thỡ việc tự động húa chỉ đƣợc ỏp dụng trong sản xuất hàng loạt, năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động húa cả trong sản xuất nhiều loại hàng húa khỏc nhau, trong việc nõng cao chất lƣợng cũng nhƣ để đạt năng suất cao hơn và nhằm giảm vốn đầu tƣ cho thiết bị và xớ nghiệp.
Cỏc hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) đỏp ứng đƣợc cỏc nhu cầu này. Hệ thống bao gồm cỏc thiết bị nhƣ cỏc mỏy điều khiển số, rụbụt cụng nghiệp, dõy truyền tự động và mỏy tớnh húa cụng việc điều khiển sản xuất. Bạn sẽ tỡm thấy nhiều ứng dụng của cỏc bộ điều khiển chƣơng trỡnh trong thiết bị sản xuất tự động.
Trƣớc khi cú cỏc bộ điều khiển chƣơng trỡnh trong sản xuất đó cú nhiều phần tử điều khiển, kể cả cỏc trục cam, cỏc bộ khụng chế hỡnh trống. Khi xuất hiện rơle điện tử thỡ panel rơle trở thành chủ đạo trong điều khiển. Khi transistors xuất hiện nú đƣợc ỏp dụng ngay ở những chỗ mà rơle điện tử khụng đỏp ứng đƣợc những yờu cầu điều khiển cao.
Ngày nay, lĩnh vực điều khiển đƣợc mở rộng đến cả quỏ trỡnh sản xuất phức tạp, đến cỏc hệ thống điều khiển tổng thể với cỏc mạch vũng kớn, đến cỏc hệ thống xử lý số liệu và điều khiển kiểm tra tập trung húa.
Hệ thống điều khiển logic thụng thƣờng khụng thể thực hiện điều khiển tổng thể đƣợc, và cỏc bộ điều khiển chƣơng trỡnh húa hoặc điều khiển bằng mỏy vi tớnh đó trở lờn cần thiết.
3.2. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRèNH PLC S7-200 3.2.1. Giới thiệu chung về cỏc họ của PLC S7-200 3.2.1. Giới thiệu chung về cỏc họ của PLC S7-200
PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trỡnh cỡ nhỏ của hóng SIEMENS, cú cấu trỳc kiểu modul và cpu cỏc modul mở rộng. Cỏc modul này đƣợc sử dụng cho nhiều cỏc ứng dụng lập trỡnh khỏc nhau. Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối vi xử lý CPU 212, CPU 214 hay CPU 216. Về hỡnh thức bờn ngoài, sự khỏc nhau giữa cỏc loại CPU này nhận biết đƣợc nhờ đầu vào ra và nguồn cung cấp.
Đặc điểm và thụng số của cỏc loại PLC S7-200 khỏc nhau đƣợc giới thiệu trong bảng sau:
Bảng 3.1: Thụng số của cỏc loại PLC S7-200
Đặc trƣng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226
Kớch thƣớc (mm) 90x80x62 90x80x62 120.5x80x62 190x80x62 Bộ nhớ chƣơng trỡnh 2048 words 2048 words 4096 words 4096 words Bộ nhớ dữ liệu 1024 words 1024 words 2560 words 2560 words
Cổng logic vào 6 8 14 24
Cổng logic ra 5 6 10 16
Modul mở rộng None 2 7 7
Digital I/O cực đại 128/128 128/128 128/128 128/128 Analog I/O cực đại None 16In/16Out 32In/32Out 32In/32Out
Đặc trƣng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226
Bộ định thỡ (Timer) 256 256 256 256
Tốc độ thực thi lệnh 0.37 às 0.37 às 0.37 às 0.37 às Khả năng lƣu trữ khi
mất điện 50 giờ 50 giờ 190 giờ 190 giờ
3.2.2. Cấu trỳc chung họ PLC S7-200
3.2.2.1. Cấu trỳc phần cứng
Để thực hiện đƣợc 1 chƣơng trỡnh điều khiển, PLC cú khả năng nhƣ một mỏy tớnh , nghĩa là nú cú một bộ vi xử lý ( CPU : Center Processing Unit), một hệ điều hành, một bộ nhớ để lƣu giữ chƣơng trỡnh, dữ liệu và cỏc cổng vào ra để giao tiếp với cỏc thiết bị điều khiển và trao đổi thụng tin với mụi trƣờng xung quanh. Bờn cạnh đú, nhằm phục vụ cỏc bài toỏn điều khiển số, PLC cũn cú thờm cỏc chức năng đặc biệt nhƣ bộ đếm, bộ thời gian và cỏc khối hàm chuyờn dụng. Phần cứng cú 1 bộ điều khiển khả trỡnh PLC đƣợc cấu tạo thành cỏc modul. Một bộ PLC thƣờng cú cỏc modul sau :
Nguồn cung cấp (Power Supply) tạo ra nguồn 5 VDC hoặc 24 VDC tuỳ theo cỏc họ PLC, thƣờng là 24 VDC ( 120mA max) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ xử lý trung tõm CPU (Central Procesing Unit ) CPU thực hiện cỏc nhiệm vụ điều khiển trung tõm, cỏc thành phần của nú bao gồm lập trỡnh ứng dụng.
Modul vào/ra (I/O): Tuỳ theo cỏc loại PLC mà số lƣợng đầu ra khỏc nhau. Giao tiếp với modul vào/ra cú thể dạng Digital, Analog hoặc giao tiếp đặc biệt...
Modul giao diện: ghộp nối thờm với PLC.
Cỏc modul mở rộng: Tuỳ theo cỏc hệ điều khiển yờu cầu mà ta ghộp thờm cỏc modul mở rộng ( modul vào/ra, EPROM modul ...)
Tất cả hệ thống này chuyển vào cỏc giỏ đỡ để gỏ lắp cỏc modul cựng hệ thống BUS địa chỉ, BUS số liệu, BUS diều khiển và BUS nguồn cung cấp.
Mỗi modul đƣợc ghộp thành 1 đơn vị riờng, cú phớch cắm nhiều chõn để cắm vào rỳt ra đƣợc dễ dàng trờn trờn một panel cơ khớ cú dạng hộp hoặc bảng. Trờn panel cú lắp cỏc đƣờng : Đƣờng ray nguồn để dẫn nguồn một chiều lấy từ đầu ra của modul nguồn PSCN ( thƣờng là 24 V ) đến cung cấp cho cỏc modul khỏc. Bus liờn lạc để trao đổi thụng tin giữa cỏc modul với thế giới bờn ngoài
Hỡnh 3.1: Cấu trỳc chung của bộ điều khiển lập trỡnh PLC
3.2.2.2. Cổng truyền thụng
S7-200 sử dụng cổng truyền thụng nối tiếp RS485 với đầu nối 9 chõn để phục vụ cho việc ghộp nối với thiết bị lập trỡnh hoặc với cỏc trạm PLC khỏc. Tốc độ truyền cho mỏy lập trỡnh kiểu PPI (Point to Point Interface) là 9600
bauds. Tốc độ truyền của PLC theo kiểu tự do là 300 ữ 38.400 bauds. Sơ đồ chõn cổng truyền thụng vẽ trờn sau: Chõn Chức năng 1 GND 2 24 VDC 3 Tớn hiệu A của RS485 (RxD/TxD+) 4 RTS ( theo mức TTL ) 5 GND 6 +5 VDC
7 Nguồn cấp 24 VDC 120mA max 8 Tớn hiệu B RS485 (RxD/TxD+ ) 9 Chọn lựa cỏch giao tiếp
Hỡnh 3.2: Sơ đồ chõn của cổng truyền thụng
Để ghộp nối S7-200 với mỏy lập trỡnh PG 702 hoặc với cỏc loại mỏy lập trỡnh thuộc họ PG7xx cú thể sử dụng một cỏp nối thẳng qua MPI.
Ghộp nối S7 – 200 với mỏy tớnh PC thụng qua cổng RS 232 cần cú cỏp nối PC/PCI với bộ chuyển đổi RS 232/RS 485.
Hỡnh 3.3: Hai cỏch ghộp nối PLC S7-200 với mỏy tớnh
3.2.2.3. Cấu trỳc bộ nhớ PLC S7-200
Bộ nhớ của S7-200 đƣợc chia thành 4 vựng cú một tụ điện làm nhiệm vụ duy trỡ dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 cú tớnh năng động cao, cú thể đọc ghi đƣợc trong toàn vựng, ngoại trừ cỏc bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ cú thể truy nhập để đọc. Hỡnh 3.4 mụ tả bộ nhớ trong và ngoài của PLC, bao gồm:
Vựng nhớ chƣơng trỡnh: Là miền bộ nhớ đƣợc dựng để lƣu giữ cỏc lệnh. chƣơng trỡnh. Vựng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi đƣợc. Vựng nhớ tham số: Là miền lƣu giữ cỏc tham số nhƣ từ khoỏ, địa chỉ
trạm... cũng giống nhƣ vựng chƣơng trỡnh, vựng này thuộc kiểu (non- valatile) đọc/ghi đƣợc.
Vựng dữ liệu: Đƣợc sử dụng để cất cỏc dữ liệu của chƣơng trỡnh bao gồm kết quả của cỏc phộp tớnh, hằng số đƣợc định nghĩa trong chƣơng trỡnh, bộ đệm truyền thụng...
Vựng đối tƣợng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và cỏc cổng vào/ra tƣơng tự đƣợc đặt trong vựng nhớ cuối cựng. Vựng này khụng thuộc kiểu non-valatile nhƣng đọc/ghi đƣợc.
Vựng nhớ dữ liệu và vựng nhớ đối tƣợng cú ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chƣơng trỡnh
Hỡnh 3.4: Phõn chia bộ nhớ của PLC S7-200
3.2.3. Phƣơng thức thực hiện chƣơng trỡnh trong PLC
PLC thực hiện chƣơng trỡnh theo chu trỡnh lặp. Mỗi vũng lặp đƣợc gọi là vũng quột ( scan). Mỗi vũng quột đƣợc bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ cỏc cổng vào số tới từng bộ nhớ đệm ảo ngừ vào (I), tiếp theo là giai đoạn thực hiện chƣơng trỡnh. Trong từng dũng quột, chƣơng trỡnh đƣợc thực hiện từ lệnh đầu tiờn đến lệnh kết thỳc. Sau giai đoạn thực hiện chu trỡnh là giai đoạn chuyển cỏc nội dung của bộ đệm ảo ra (Q) tới cỏc cổng ra số. Vũng quột đƣợc kết thỳc bằng giai đoạn truyền thụng nội bộ và kiểm tra lỗi.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện đƣợc một vũng quột gọi là thời gian vũng quột ( Scan time ). Thời gian vũng quột khụng cố định, tức là khụng phải vũng quột nào cũng đƣợc thực hiện trong một khoảng thời gian nhƣ nhau. Cú cũng quột thực hiện lõu, cú vũng quột thực hiện nhanh tuỳ thuộc
vào số lệnh trong chƣơng trỡnh đƣợc thực hiện, vào khối lƣợng dữ liệu truyền thống trong vũng quột đú.
Hỡnh 3.5: Chu kỳ quột trong PLC
Nhƣ vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tƣợng xử lý, tớnh toỏn và việc gửi tớn hiệu điều khiển tới đối tƣợng cú một khoảng thời gian trễ đỳng bằng thời gian vũng quột. Núi cỏch khỏc, thời gian vũng quột quyết định tớnh thời gian thực của chƣơng trỡnh điều khiển trong PLC. Thời gian quột càng ngắn, tớnh thời gian thực hiện của chƣơng trỡnh càng cao.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thụng thƣờng lệnh khụng làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thụng qua bộ đệm ảo của cổng trong vựng nhớ tham số. Việc nhớ việc truyền thụng giữa bộ đệm ảo với ngoại vi do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số modul CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi cụng việc khỏc, ngay cả chƣơng trỡnh xử lý ngắt để thực hiện lệnh trực tiếp cổng vào/ra. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.3. THIẾT KẾ Mễ HèNH CHUễNG BÁO TIẾT HỌC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC
3.3.1. Lựa chộn cỏc thiết bị dựng trong mụ hỡnh
3.3.1.1. Yờu cầu về mụ hỡnh
Kớch thƣớc gọn gàng. Hệ thống cơ hoạt động tốt. Hoạt động theo đỳng thiết kế.
Hệ thống chuụng tự động đỏp ứng mọi yờu cầu đặt ra.
3.3.1.2. Mục đớch của việc chế tạo mụ hỡnh
Tạo ra một mụ hỡnh chuụng bỏo tiết học tự động ở trƣờng đại học cú thể hoạt động tốt, từ đú cú thể thiết kế đƣợc hệ thống chuụng bỏo tiết học tự động hoàn chỉnh cho cỏc trƣờng học.
Việc chế tạo ra mụ hỡnh hoạt động tốt sẽ tạo điều kiện cho sinh viờn cú cơ hội học tập và nghiờn cứu mụn học một cỏch thực tế, là một cơ hội rất tốt giỳp sinh viờn khỏi bỡ ngỡ khi làm việc thực tế.
Nghiờn cứu chế tạo ra mụ hỡnh chuụng bỏo tại trƣờng học này sinh viờn cũng phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khỏc nhau. Điều đú mang lại sự hiểu biết sõu sắc hơn cho sinh viờn khụng chỉ trong một lĩnh vực tự động húa mà cũn nhiều lĩnh vực, nghành nghề khỏc nhƣ điện , điện tử, cơ khớ,…
3.3.2. Lựa chọn thiết bị cho mụ hỡnh Cỏc thiết bị sử dụng trong hệ thống gồm cú: Cỏc thiết bị sử dụng trong hệ thống gồm cú: - PLC S7-200 - Chuụng điện - Nỳt nhấn - Rơle 24VDC/280VAC - Đốn bỏo - Nguồn 24VDC 3.3.2.1. PLC S7-214 Hỡnh 3.6: PLC S7- 200 CPU 214
PLC S7-214: Thiết bị điều khiển chớnh của toàn bộ mụ hỡnh thiết bị này dựng nguồn xoay chiều 220V. Chức năng điều khiển theo chƣơng trỡnh lập trỡnh sẵn theo chƣơng trỡnh cho trƣớc
3.3.2.2. Chuụng điện
Chuụng điện sử dụng nguồn điện xoay chiều 220VAC. Chế tạo dựa trờn nguyờn lý điện từ trƣờng. Dựng lại bỳa gừ. Chuụng điện kờu Reng–Reng phự hợp lắp đặt tại cỏc trƣờng học.
3.3.2.3. Đốn bỏo
Hỡnh 3.8: Đốn Led
Đốn bỏo pha dựng cho cỏc tủ điện. Cú cỏc màu đỏ, vàng, xanh lỏ cõy , trắng, xanh dƣơng. Loại đốn này sử dụng cụng nghệ LED, đƣờng kớnh 22mm
3.3.2.4. Rơle
Hỡnh 3.9: Rơle
Rơle là thiết bị dựng để đúng cắt mạch động lực( cơ cấu chấp hành). Đƣợc điều khiển bởi PLC. Cỏch li dữa mạch động lực với mạch điều khiển.
3.3.2.4. Bộ nguồn
Tạo bộ nguụng 24VDC cấp cho PLC, đầu vào đầu ra cho PLC. Bộ nguồn gồm cú:
Hỡnh 3.10: Biến ỏp
- Biến ỏp 220/18V/3A. Nhiệm vụ biến đổi năng lƣợng điện xoay chiều cú điện ỏp 220V/50Hz thành năng lƣợng điện xoay chiều cú điện ỏp 18V/50Hz
- Cầu chỉnh Lƣu 5A. Chức năng chỉnh lƣu dũng xoay chiều 18V/AC thành dũng một chiều 24V/DC
- Tụ 2200 àF, 50V. Cú tỏc dụng lọc phảng điện ỏp một chiều sau chỉnh lƣu.
Hỡnh 3.11: Sơ đồ tổng quỏt về mạch cấp nguồn
3.3.3. Yờu cầu chƣơng trỡnh
Chuụng thiết kế phải bỏo chuụng vào/ra tiết học chuẩn xỏc, đỳng giờ. Chuụng thiết kế thụng minh với việc ngừng hoạt động vào những ngày lễ, tết (dƣớng lịch), cỏc đợt nghỉ hố. Khụng bỏo chuụng vào cỏc đợt thi học kỡ.
việc chuyển đổi giờ học đơn giản, để cú thể ứng dụng cho nhiều trƣờng học khỏc nhău.
bỏo giờ học theo hai mựa là mựa hố và mựa đụng. Chuụng bỏo tiết học phải cú hai chế độ auto và manual. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ở chế độ manual phải giới hạn đƣợc thời gian tối đa chuụng reo.
3.3.4. Lƣu đồ thuật toỏn điều khiển
Hỡnh 3.12: Lƣu đồ thuật toỏn kiểm tra mựa S
Cỏc bƣớc bờn trờn
Đ Mựa hố
2/3-9/11
Thay đổi thời gian học. Sỏng: 6h30 đến 11h30 Chiều: 13h00 đến 18h00
Thực hiện bƣớc tiếp theo Thay đổi thời gian vào học
Sỏng: 6h15 đến 11h45 Chiều: 12h30 đến 17h30
Ngày lễ, kỡ thi, hố = 1 S Đ Bấm chuống=1 Đ S Chuụng reo Thời điểm bắt đầu tiết 2 Thời điểm hết tiết 2 Thời điểm hết tiết 3 Thời điểm bắt đầu tiết 3 Chuụng reo 5s Chuụng reo 2s Chuụng reo 5s Chuụng reo 2s Đ Đ Đ Đ S S S S S S Đ Đ Auto/ manal = 1 Đọc thời gian thực Chuụng reo 5s Thời điểm bắt đầu tiết 1 Thời điểm hết tiết 1 Đ S BẮT ĐẦU A5
Chuụng reo 2s Đ Đ Thời điểm hết tiết 7 A3 S S S điểm bắt Thời đầu tiết 6 Thời điểm hết ca sỏng Thời điểm bắt đầu tiết 7 Chuụng reo 5s Chuụng reo 5s Chuụng reo 7s