Dưới đây là hình vẽ biểu diễn nguyên tắc hoạt động của xy lanh kép.
Hình 2.26Xy lanh tác dụng kép
Nguyên tắc hoạt động:
• Khí nén được sử dụng để sinh công ở hai phía của Piston. • Xylanh có hai cửa cấp nguồn.
• Điều khiển hoạt động của xilanh kép bằng van 4/2, 5/2 hoặc 5/3.
Nguyên lý cấu tạo
Xylanh kép có cần piston một phía: Do diện tích của hai mặt Piston khác nhau nên lực tác dụng trên cần Piston cũng khác nhau lực đẩy lớn hơn lực kéo). Hai dạng xylanh kép có cần piston một phía thường gặp.
• Xylanh kép không có đệm giảm chấn.
• Xylanh kép có đệm giảm chấn, điều chỉnh được.
Hình 2.27Xylanh quay
Cần Piston có thanh răng truyền động tới bánh răng quay, góc quay 0
– 3600, mômen khoảng 0, 5Nm đến 20Nm ở áp suất vận hành 6bar,
tuỳ thuộc đường kính của Piston.
Kiểu truyền động xoay
• Điều khiển bằng van 4/2, 5/2 hay 5/3. • Góc xoay 0-2700.
• Mômen: khoảng 0, 5Nm đến 20Nm ở áp suất vận hành 6 bar và phụ thuộc vào kích thước của cánh gạt.
2.9.4Xy lanh trượt
Dưới đây là hình chi tiết về kết cấu của xylanh trượt:
Hình 2.28Xy lanh trượt kết nối bằng cơ khí
Xy lanh thông thường có chiều dài di chuyển 500mm có thể có tổng chiều dài chuyển động lên đến 1100mm. Xy lanh không trục với cùng chiều dài chuyển động có thểlắp vào những không gian ngắn hơn,
xấp 600mm. Nó có lợi thế đặc thù khi cần di chuyển một quãng dài, tiêu chuẩn là 1m hoặc dài hơn tùy theo yêu cầu biệt.
Lực tạo bởi xy lanh trượt dạng từ trường có giá trị hạn chế bởi sức hút nam châm không lớn lắm.
Để nâng hay di chuyển các tải nặng hơn, loại xi lanh khe cài thường được sử dụng, nhưng nó không hoàn toàn kín, chặt như loại từ trường.
Các bề mặt được gắn chính xác và các trục piston dẫn hướng đặt song song đảm bảo sự chuyển động chính xác theo đường thẳng khi lắp vào các máy chuyển động theo vị trí hay các máy truyền tải.
Hình 2.29Thiết bị trượt tiêu biểu
Ở vị trí 1, thân xy lanh bị giữ chặt, truc piston có thể di chuyển (b). Ở vị trí 2, trục piston bị giữ lại, thân xy lanh di chuyển được(c). Ở cả hai vị trí, các van được nối vào các phần giữ cố định.
2.9.5Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng khí nén bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng khí nén. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà có rất nhiều loại van đảo chiều: Van có số vị trí làm việc khác nhau (van 2 vị trí, van 3 vị trí…), ở mỗi van vị trí lại có các kiểu tín hiệu tác động khác nhau: tác động bằng tay (nút bấm, tay gạt, bàn đạp…), tác động bằng cơ (đầu dò, cử chặn bằng con lăn, lò xo, nút nhấn có rãnh định vị), tác động bằng khí nén …
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.30Các van đảo chiều
Van được mô tả theo: số cửa, trạng thái, vị trí bình thường của van và cách kích hoạt van.
Trong đó, ký hiệu các cổng vào/ra được biểu diễn bằng các con số, quy ước: • Số 1 là cổng nguồn (P).
• Số 2 và số 4 là các cổng cấp khí nén đến cơ cấu chấp hành. • Số 3 hoặc 3 và 5 là các cổng xả khí trực tiếp ra ngoài môi trường. • Số 12 là tín hiệu điều khiển mở van để khí nén từ cửa 1 cửa 2.
• Tương tự số 14 là tín hiệu điều khiển mở van để khí nén từ cửa 1 cửa 4. • Số 10 có ý nghĩa là tín hiệu khóa đường nguồn 1 (P) dành cho van có một
cửa ra.
• Số 91 điểm nguồn khí nén mở van phụ trợ.
2.10 PLC
PLC viết tắt củaProgramable Logic Controlerlà thiết bị điều
khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (PLC khác hoặc máy tính).
Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC
• Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơle. • Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình (phần
mềm) điều khiển.
• Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống. • Nhiều chức năng điều khiển.
• Tốc độ cao.
• Công suất tiêu thụ nhỏ.
• Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.
• Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào ra chức năng.
• Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới.
Chính nhờ ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất, giảm năng lượng tiêu tốnsức lao động, tăng mức an toàn.
2.10.1Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
Dưới đây là sơ đồ biểu diễn cấu trúc của một PLC:
Hình 2.31Sơ đồ khối PLC
Cấu trúc
Tất cả các PLC (Programmable Logic Controller) đều có thành phần chính là:
• Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM).
• Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC. • Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS458… (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.10.2Nguyên lí hoạt động Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình để đóng ngắt các ngõ ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệthốngbus:
Hệ thống bus tuyến truyền tín hiệu truyền dữ liệu ,gồm nhiều đường song song .
• AddressBus: Bus địachỉdùng đểtruyền địachỉ đến các Modul khác
nhau.
• Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
• Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và
điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control
Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC.
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1÷8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
Bộ nhớ:
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: • Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I / O.
• Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ.
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ tăng giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo ra bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 – 16000 lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như Ram, EPROM đều được sử dụng.
RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất cứ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này, các PLC đều được trang bị một pin khô – có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM, nhờ khả năng tiêu thụ năng lượng thấp và tuổi thọ cao.
1 EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được.
đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.
Kích thước bộ nhớ:
Các loại PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 – 1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo.
Các loại PLC loại lớn có kích thước từ 1K – 16K, có khả năng chứa từ 2000 – 16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
Các ngõ vào ra I/O: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bởi các đèn led trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
2.10.3Giới thiệu về PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
• Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC
• Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 13 của Siemens.
Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal ,SIMATIC STEP7 Professional_V13.
CPU S7-1200 các CPU có các module,hình dạng chức
năng,tốc độ xử lý lệnh,bộ nhớ chương trình khác nhau S7-1200 có 3 dòng là CPU1211C,CPU1212C,CPU1214C.
Thông thừơng plc chia thành 2 loại chính : • Loại cấp điện áp 220VAC
- Ngõ vào kích ở mức 1 cấp điện áp 24VDC
- Ngõ ra relay
Ưu điểm:
- Dùng ngõ ra relay do đó có thể dùng nhiều cấp điện áp khác nhau.
Nhược điểm:
- Do sử dụng ngõ ra relay nên thời gian đáp ứng chậm cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung ,hoặc output tốc độc cao.
• Loại cấp điên áp 24V
- Ngõ vào kích ở mức 1 ở cấp điện áp 24V.
- Ngõ ra transistor.
Ưu điểm:
- Dùng ngõ ra transistor .Do đó có thể sử dụng ngõ ra ày để biến điệu độ rộng xung ,output tốc độ cao ...
- Loại này do ngõ ra là transistor nên chỉ có thể sử dụng cấp một loại điện áp 24V do đó sẽ gặp rắc dối trong các ứng dụng điện áp khác nhau . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dưới đây là bảng so sánh các CPU:
Bảng 2.1 Một số CPU của S7-1200
• DC/DC/DC • DC/DC/RELAY • AC/DC/RELAY