Hình 2.7: Cấu tạo bên ngồi của rơ le nhiệt
Phần tử cơ bản của rơ le nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm - niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn.
Khi đốt nóng do dịng điện, phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dịng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.
Rơ le nhiệt dùng để bảo vệ quá tải cho động cơ, do đó khi chọn rơ le nhiệt cần phải chọn loại phù hợp với động cơ thì mới có tác dụng bảo vệ. Nhiều trường hợp người dùng chọn rơ le nhiệt theo dòng của contactor hoặc aptomat là không đúng dẫn tới động cơ bị cháy khi quá tải.
Chọn rơ le nhiệt có ngưỡng điều chỉnh tương ứng với dải hoạt động của động cơ hoặc cao hơn một chút. Ngưỡng điều chỉnh thấp nhất của rơ le nhiệt nên thấp hơn khoảng giữa trong dải hoạt động của động cơ. Ngưỡng điều chỉnh cao nhất của rơ le nhiệt phải cao hơn ngưỡng trên của dải hoạt động của động cơ.
Bảng 2.3: Bảng chọn rơ le theo ngưỡng hoạt động của động cơ
Ví dụ: động cơ 3 pha 380V 15kW có dải hoạt động 22-34A. Nếu chọn rơ le nhiệt của hãng Mitsubishi thì chọn TH-T50 35A (30-40A). Trong khi đó có thể chọn contactor và aptomat từ 40A hoặc cao hơn.
Như vậy với động cơ 3 pha 3kW ta chọn rơ le nhiệt Schneider LRE14 (7-10A), tương thích cho lắp đặt với contactor Easypact TVS.
Hình 2.8: Rơ le nhiệt
2.3.3 Contactor
Ta có thể chọn contactor dựa theo rơ le nhiệt đã chọn ở trên: Easypact TVS contactor 3 pha 12A
Hình 2.9: Contactor
2.3.4 Nút nhấn
Nút nhấn gồm hệ thống lo xo, các tiếp điểm thường hở - thường đóng và vỏ bảo vệ.
Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi khơng cịn tác động thì quay về trạng thái ban đầu
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. các loại nút ấn thơng dụng có tuổi thọ cơ đến 1.000.000 đóng cắt. nút ấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.
Hình 2.10: Nút ấn
Nút nhấn công nghiệp LA38:
+) Nút nhấn nhả (màu xanh lá), nút nhấn tự giữ (màu đỏ) +) Đường kính lỗ phi 22 mm
+) Tiếp điểm 1NO (23-24), 1NC (11-12) +) Điện áp tải max 440V
+) Dòng điện tải max 10A
2.3.5 Đèn báo
Đèn báo AD16-16C 24V có đường kính lỗ : 22 mm, tổng chiều dài 45mm, tuổi thọ : 30.000 giờ
Hình 2.11: Đèn
2.3.6 Đồng hồ đo
1.Volt kế
- Hãng sản xuất: Taiwan Meter. - Mã sản phẩm: BE-96 500VAC. - Hiển thị: 0-500V
Hình 2.12: Volt kế
2.Ampe kế
- Mã sản phẩm: BE-96 150/5A. - Đầu vào: 0-5A.
- Hiển thị: 0-150A.
- Đo dòng điện gián tiếp qua biến dịng 150/5A.
Hình 2.13: Ampe kế
2.3.7 Relay trung gian
Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động. đặc điểm của rơ le trung gian là số lượng tiếp điểm lớn( thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suất ni cuộn dây bé nên nó được dùng để truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của rơ le chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều khiển và bảo vệ.
Chọn relay trung gian MY4N-GS AC220/240 Điện áp: 220/240 VAC, 14 chân nhỏ.
Hình 2.14: Relay trung gian
2.3.8 Van điện từ
Lựa chọn van điện từ khí nén 5/2 4V210-08
Hình 2.15: Van điện từ
Hình 2.16: Sơ đồ hoạt động của van
A và B là 2 cửa nối với xi lanh, R và S là 2 cửa xả khí cịn P là cửa cấp khí. Khi chưa có điện A thơng với P, B thơng với S. Khi có điện thì A thơng với R, B thơng với P
2.3.9 Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra với tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi khơng có vật cản, LED sẽ tắt.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 (NPN): - Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.
- Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm. - Ngõ ra dạng NPN
- Chất liệu sản phẩm: nhựa. - Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ. - Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L). Sơ đồ dây:
- Nâu: VDC.
- Đen: Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN. - Xanh dương: GND.
Hình 2.17: Cảm biến
2.3.10 Xi lanh khí nén
Sử dụng trong mơ hình loại xi lanh khí nén 10 mm (CDJ2B10-30B) +) Tác động kép
+) Đường kính 10 mm +) Hành trình 30 mm +) Chiều dài 10,5 cm
Bảng 2.4: Bảng thiết bị
Thiết bị Số lượng
Aptomat Schneider Easy 9 loại 3 pha 10A
1
Rơ le nhiệt Schneider LRE14 (7-10A) 1
Easypact TVS contactor 3 pha 12A 1
Nút nhấn LA38 nhấn nhả màu xanh 1
Nút nhấn LA 38 tự giữ màu đỏ 1
Volt kế BE-96 500VAC 1
Ampe kế BE-96 150/5A 1
Van điện từ 5/2 4V210-08 2
Cảm biến E3F-DS30C4 (NPN) 3
Đèn báo AD16-16C 24V 1
Xi lanh (CDJ2B10-30B) 2
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PLC VÀ LẬP TRÌNH 3.1. Giới thiệu chung
3.1.1. Khái niệm và lịch sử hình thành.
Bộ điều khiển khả trình PLC (Progammable Logic Control) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển số thơng qua 1 ngơn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện các thuật tốn đó bằng các mạch số. Do có chương trình điều khiển bên trong nên PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và đặc biệt là dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.
PLC được hình thành từ nhóm các kĩ sư hãng General Motor năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế 1 bộ điều khiển với các tính năng sau:
+) Lâp trình đơn giản, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu. +) Dễ dàng sửa chữa và thay thế
+) Có độ ổn định cao trong mơi trường cơng nghiệp
Sau đó, PLC ngày càng được hồn thiện hơn và ngày nay trở thành 1 thiết bị điều khiển không thể thiếu trong hầu hết các nghành công nghiệp sản xuất. nông nghiệp, thiết bị y tế hay các nghành công nghệ khác…
3.1.2. Phân loại
PLC được phân loại theo 1 trong 2 cách sau:
Phân loại theo hãng sản xuất: Siemen, Omron, Mitshubishi, …..
Phân loại theo phiên bản: PLC của Siemen có các phiên bản S7-200, S7- 300, S7-400 hay S7-1200; PLC của Mitshubishi có các dịng FX, FX-0…
+) Ngõ ra Rơ-le là loại ngõ ra đóng ngắt bằng tiếp điểm cơ khí, có độ bền và tần số đóng ngắt khơng cao chỉ rơi vào khoảng 1 Hz. Tuy nhiên, ưu điểm của ngõ ra Rơ-le là có thể sử dụng được cho cả điện áp xoay chiều và điện áp một chiều với nhiều mức khác nhau, dòng điện tối đa cho phép lên tới 5A.
+) Ngõ ra Transistor có khả năng đóng ngắt bằng linh kiện bán dẫn nên độ bền cao hơn và khả năng chịu được số lần đóng ngắt nhiều, tần số phát xung có thể lên tới 100kHz. Tuy nhiên, một điểm hạn chế ở ngõ ra transistor là không sử dụng được điện áp xoay chiều và dịng đi qua nó chỉ giới hạn ở dưới 0.5A.
3.1.3.Phạm vi
PLC được ứng dụng trong nhiều ngành như :
+) Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống dẫn +) Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đơng, q trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại ...
+) Thủy tinh và phim ảnh: q trình đóng gói, thí nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, do cắt giấy.
+) Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ, quá trình cán, quá trình gia nhiệt ...
+) Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phẩm, đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm sốt q trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây ...) cân đong, đóng gói, hịa trộn ...
+) Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng
+) Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý các tuabin ...) các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ).
3.1.4. Ưu – nhược điểm của PLC.
Ưu điểm:
Khơng cần đấu dây cho sơ đị logic như kiểu role. Độ linh hoạt, mềm dẻo trong khi sử dụng rất cao. Có nhiều chức năng điều khiển.
Công suất tiêu thụ nhỏ, tốc độ xử lý cao. Lắp đặt dễ dàng, nhỏ gọn
Khả năng kết nối với các modul bên ngoài. Nhược điểm:
Giá thành còn cao so với kiểu điều khiển bằng role truyền thống.
3.1.5. Cấu trúc của PLC
Hệ thống PLC thơng dụng có các bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn và nhập/ xuất (I/O):
a) Bộ xử lý của PLC :
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu đến các thiết bị xuất.
b) Bộ nguồn:
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao nhập và xuất.
c) Bộ nhớ:
dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý. Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ :
+) Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng. Bộ nhớ này chỉ nạp được một lần và không thay đổi được.
+) Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM (Random Access Memory) dành cho chương trình của người dùng. Đây là nơi lưu trữ thơng tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời gian chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. RAM đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi.
+) Bộ nhớ chỉ đọc có thể xố và lập trình được (EPROM) Là các ROM có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú trong ROM.
d)Các phần nhập và xuất:
Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thơng tin đến các thiết bị bên ngồi. Tín hiệu nhập có thể đến từ các cơng tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv… Các thiết bị xuất có thể đến các cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van vv… Thiết bị Logíc khả trình PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển, thơng qua một ngơn ngữ lập trình riêng thay cho việc phải thiết kế và thể hiện thuật tốn đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển của nó, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (Với PLC khác, với các thiết bị, với máy tính cá nhân). Tồn bộ chương trình điều khiển được nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ vịng qt (SCAN).
Hình 3.1: Cấu trúc của PLC
3.1.6. Nguyên lý hoạt động
PLC thực hiện các cơng việc của mình theo chu trình lặp. Mỗi vịng lặp cịn được gọi là 1 vòng quét. Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ đầu vào đến miền nhớ I, sau đó là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vịng quét, chương trình thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của khối. Sau khi thực hiện xong giai đoạn này, dữ liệu sẽ được chuyển từ miền nhớ Q ra các đầu ra số. Vòng quét sẽ kết thúc bằng giai đoạn xử lý các u cầu truyền thơng ( nếu có ) và kiểm tra trạng thái của CPU.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện xong một vòng quét gọi là thời gian vịng qt (scan time). Thời gian vịng qt khơng cố định mà phụ thuộc vào số lệnh phải thực hiện trong chương trình và khối lượng dữ liệu truyền thơng trong vịng qt đó. Như vậy, thời gian vịng qt quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển PLC. Thời gian vịng qt càng ngắn thì tính thời gian thực của chương trình càng cao.
Hình 3.2: Quá trình hoạt động một vòng quét
3.1.7 Giới thiệu một số loại PLC của Mitsubishi
Các bộ điều khiển lập trình PLC của Mitsubishi rất phong phú về chủng loại. Điều này đơi khi có thể dẫn đến những khó khăn nhất định đối với người sử dụng trong việc lựa chọn bộ PLC có cấu hình phù hợp với ứng dụng của mình. Tuy nhiên, mỗi loại PLC đều có những ưu điểm riêng và phù hợp với những ứng dụng riêng. Căn cứ vào những đặc điểm đó, người sử dụng có thể dễ dàng đưa ra cấu hình phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.
Sau đây, em xin trình bày đặc điểm của một số loại PLC Mitsubishi :
1. PLC Mitsubishi FX1N:
PLC Mitsubishi FX1N thích hợp với các bài tốn điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O (14,24,40,60 I/O). Tuy nhiên nó có thể tăng cường số lượng I/O lên tới 128 I/O.
FX1N có thể mở rộng thêm module I/O, module Analog và Module nhiệt độ Đặc biệt, PLC FX1N thực hiện tốt chức năng điều khiển vị trí với hai bộ phát xung đầu ra với tần số phát tối đa là 100kHz, Điều này cho phép nó có thể điều khiển
độc lập hai động cơ Servo cùng lúc. Ngoài ra FX1N cịn tích hợp 6 bộ đếm tốc độ cao (tần số tối đa 60kHz).
Nhìn chung, FX1N là PLC Mitsubishi thích hợp cho các ứng dụng dùng trong cơng nghiệp chế biến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hồ khơng khí trong các nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt…
2. PLC Mitsubishi FX2N:
PLC Mitsubishi FX2N thích hợp với các bài tốn điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 16-128 đầu vào ra, và nó có thể mở rộng đến 256 đầu vào ra.
FX2N được trang bị tất cả các tính năng của dịng FX1N nhưng có tốc độ xử lý được tăng cường hơn, thời gian thi hành các lệnh cơ bản giảm xuống thấp hơn, cỡ 0.08us.
Ngồi ra, PLC Mitsubishi FX2N cịn được trang bị các hàm xử lý PID với tính năng tự chỉnh, các hàm xử lý số thực cùng đồng hồ thời gian thực tích hợp sẵn bên trong.
Những tính năng vượt trội trên cùng với khả năng truyền thơng, nối mạng nói chung của dịng FX1N đã đưa FX2N lên vị trí hàng đầu trong dịng FX, có thể đáp ứng tốt các đòi hỏi khắt khe nhất đối với các ứng dụng sử dụng trong các hệ thống điều khiển cấp nhỏ và trung bình.
FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển sử dụng trong các dây chuyền sơn, các dây chuyền đóng gói, xử lý nước thải, các hệ thống xử lý môi trường, điều khiển các máy dệt, trong các dây truyền đóng, lắp ráp tàu biển...
3. PLC Mitsubishi FX3U:
PLC Mitsubishi FX3U có số I/O vào ra: 16 / 32 / 48 / 64 / 80 / 128 I/O và có thể mở rộng lên 256 I/O thơng qua module hoặc 384 I/O thơng qua mạng CC-Link
Nó có khả năng mở rộng Module I/O, Module chức năng như là analog / nhiệt độ / truyền thông / nối mạng…vv để đáp ứng được đa dạng các yêu cầu của bài toán hơn.