CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ KHAI THÁC THAN CƠ GIỚI HOÁ SỬ DỤNG MÁY KHẤU, DÀN CHỐNG TỰ HÀNH, MÁNG CÀO
3.1. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
PLC, viế ắ ủt t t c a Programmaable Logic Control, là thi t b i u khi n logic l p ế ị đ ề ể ậ trình được, cho phép thực hi n linh ho t các thu t toán đ ềệ ạ ậ i u khiển thông qua ngôn ngữ lập trình [5].
3.1.1. Các đặc đ ểi m nổi bật của PLC.
Ư đ ểu i m c a PLC ủ
- Các bộ PLC có kết cấu nhỏ gọ đ ền i u này r t thích h p cho các t i u khi n ấ ợ ủ đ ề ể nhỏ thay vì phải sử dụng các thi t b truy n d n c ng k nh nh Rơế ị ề ẫ ồ ề ư le, các công t c ắ cứng.
- Bộ PLC đặc trưng cho một máy tính có sự tiêu hao đ ệi n năng thấp, tốc độ truy cập nhanh và có tính linh hoạt cao.
- PLC được trang bị ngôn ng lậữ p trình r t ti n d ng cho người sử dụấ ệ ụ ng ó là đ ngôn ngữ ậ l p trình bậc thang. Chính nh ó ã t o ra s ng d ng r ng rãi c a PLC. ờ đ đ ạ ự ứ ụ ộ ủ Khi muốn thay đổi tính chất của công việc thì PLC có thể được lập trình lại để cho phù hợp với công việ đc ó.
- Các bộ PLC rất thích hợp cho việ đ ềc i u khiển bất kỳ một h th ng thu lực ệ ố ỷ nào.
- Khả năng ch u đựng trong môi trường làm vi c công nghi p t t… ị ệ ệ ố
- PLC có độ tin cậy cao, ít bị hỏng h n so v i các R le, s a ch a c ng nhanh ơ ớ ơ ử ữ ũ chóng và đơn giản hơn.
Nhược đ ểi m của PLC
- Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xu t ra PLC đề đưấ u a ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫ đến thiếu tính thống nhấn t toàn c c v h p th c hoá. ụ ề ợ ứ Trong các mạch đ ềi u khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle.
S7-200 là thiết bị đ ề i u khiển khả trình loại nhỏ của hãng siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được s dụử ng cho nhi u ề nh ng ữ ứng dụng lập trình khác nhau.
3.1.2. Sơ đồ c u trúc. ấ
Hình3 .1: Cấu trúc của PLC.
CPU
Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung CPU có:
1. Bộ xử lý toán h c và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý d liọ ữ ệu, thực hiện các phép toán số ọ h c (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logic AND, OR, NOT, NOR.
2. Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng để lưu tr ữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chương trình.
3. B iộ đ ều khiển được sử ụ d ng để i u khi n chu n th i gian của các phép toán. đ ề ể ẩ ờ
BUS
Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị phân 1 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Thuật ngữ từ được s dụng cho ử nhóm bit tạo thành thông tin nào ó. Vì v y m t t 8 - bit có th là s nh phân đ ậ ộ ừ ể ố ị 00100110. Cả 8- bit này được truyền thông đồng th i theo dây song song c a ờ ủ chúng. Hệ thống PLC có 4 loại bus.
1. Bus dữ liệu: Tải dữ ệ li u được s dụử ng trong quá trình x lý c a CPU. Bộ xử lý ử ủ 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có th th c hi n các phép ể ự ệ toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết quả theo giá trị 8- bit.
2. Bus địa chỉ: Được sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ nhớ. Như vậy mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địa chỉ duy nhất. M i vỗ ị trí t được gán m t địa ch sao cho d li u được l u tr vị trí ừ ộ ỉ ữ ệ ư ữ ở nhất định. để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đ ó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ được truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, s lượng từố 8-bit, ho c ặ số lượng địa chỉ phân biệt là 28 = 256. Với bus địa chỉ 16 đường số lượng địa chỉ khả dụng là 65536.
3. Bus đ ềi u khiển: Bus đ ềi u khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng để i u đ ề khiển. Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hoá các hoạt động.
4. Bus hệ thống: Được dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xu t và các thiết ấ bị nhập/xuất.
Bộ nhớ:
Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các ho t động i u khi n, ạ đ ề ể dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý.
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ:
− Bộ nh chỉớ để đọc ROM (Read Only Memory) cung c p dung lượng l u tr ấ ư ữ cho hệ đ ề i u hành và dữ liệu cố định được CPU sử ụ d ng.
− Bộ nhớ truy cập ng u nhiên RAM (Ramdom Accept Memory) dành cho ẫ chương trình của người dùng.
− Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiế ịt b nh p, xu t, các giá tr c a đồng h th i gian ậ ấ ị ủ ồ ờ chuẩn các bộ đếm và các thiết bị ộ n i vi khác.
RAM dữ liệ đu ôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi.
Một phần của bộ nh này, khớ ối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào, ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho d li u được cài ữ ệ đặt trước, và một ph n khác dành để lưầ u tr các giá tr của bộ đếm, các giá trị của ữ ị đồng hồ ờ th i gian chuẩn, vv…
Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được EPROM (Electrical Erasable Programable ROM): Là các ROM có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú trong ROM [1].
Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ ệ li u trong RAM. T t c các PLC ấ ả đều có một lượng RAM nh t địấ nh lưu chươđể ng trình do ng i dùng cài đặt và dữ ườ liệu chương trình. Tuy nhiên để tránh mất mát chương trình khi nguồn công su t b ấ ị ngắt, PLC sử dụng c quy n i ắ ộ để duy trì n i dung RAM trong m t th i gian. Sau ộ ộ ờ khi được cài đặt vào RAM chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module có khoá nố ới v i PLC, do ó chương trình tr thành v nh đ ở ĩ cửu. Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất (I/O).
Dung lượng lưu trữ ủ c a bộ nh được xác định b ng s lượng từớ ằ ố nh phân có th ị ể lưu trữ được.
Thiết bị lập trình.
Thiết bị lập trình được sử dụng để nh p chương trình vào b nh củậ ộ ớ a b xử lý. ộ Chương trình được viết trên thiế ịt b này sau ó được chuy n đến b nh c a PLC. đ ể ộ ớ ủ Các phần nhập và xuất.
Là nơi bộ xử lý nh n các thông tin t các thi t b nh p ngo i vi và truy n thông ậ ừ ế ị ậ ạ ề tin đến các thiết bị cầ đ ền i u khi n bên ngoài. Tín hi u nh p có th ể ệ ậ ể đến t các công ừ
tắc hoặc từ các bộ cảm biến… Các thiết bị xuất có thể đến các cuộn dây của bộ khởi động ng cơ, các van solenoid… độ
3.1.3 . Mở ộ r ng vào ra cho PLC.
Hình 3.2 : Modul mở ộ r ng EM 222 của PLC.
Để tăng s lượng đầu vào đầu ra hoặố c các c a vào ra tương t ta s dụng thêm ử ự ử khối mở rộng. S lượng khốố i m rộở ng được quy t định b i CPU, các kh i này luôn ế ở ố được ghép bên phải kh i c sởố ơ thông qua gi c c m. Trên kh i m rộng không ghi ắ ắ ố ở địa chỉ mà a chỉđị ph i ả được xác nh thông qua kiểđị u kh i m rộố ở ng và v trí c a ị ủ khối mở rộng v i các kh i cùng loạ ềớ ố i v phía bên trái. Vì v y cách xác định địa ch ậ ỉ như sau:
- Địa chỉ được tính t ng d n ch s b t đầu t kh i c s . ă ầ ỉ ố ắ ừ ố ơ ở
- Các byte đ ử ụã s d ng nh ng ch a h t các bít khi chuyểư ư ế n ra kh i m i b t đầu ố ớ ắ tính từ byte tiếp theo. Với các khối vào ra tương tự luôn để hai byte để phân cách.
CPU 214 được lắp cố định ch c chắắ n trên rail cùng với các modul mở rộng k t ế nối với nhau bằng hệ thống bus.
Hình 3.3: CPU 214 với các modul mở ộ r ng.
Địa chỉ đặt cho các modul mở ộ r ng trên CPU 214 cho theo bảng dưới đây : Bảng 3.1 : Địa chỉ đặt cho các modul mở rộng trên CPU 214
CPU 214 Modul 0 4 vào/4 ra
Modul 1 8 vào
Modul 2 3 vào analog/
1 ra analog
Modul 3 8 ra
Modul 4 3 vào analog/
1 ra analog I0. 0 Q0. 0
. . .
I0. 7 Q0. 7 I1. 0 Q1. 0 . . .
I1. 5 Q1. 1
I2. 0 . . . I2. 3 Q2. 0 . . . Q2. 3
I3. 0 . . . I3. 7
AIW0 AIW2 AIW4
AQW0
Q3. 0 . . . Q3. 7
AIW8 AIW10 AIW12
AQW4