1. Đặt vấn đề:
1.4.2.xuất phương ỏn
Để đảm bảo bảo đảm an toàn cho người và tàu cỏ hoạt động khai thỏc, ngoài việc thực hiện đỳng cỏc quy quy định bắt buộc của nhà nước về cụng tỏc an toàn cho người và tàu.
Nghiờn cứu sửa đổi, bổ sung cỏc quy định của Luật Thủy sản và những văn bản hướng dẫn cú nội dung liờn quan đến lĩnh vực đăng kiểm tàu cỏ phự hợp với thực tiễn và đặc tớnh của tàu cỏ.
Nõng cao chất lượng đào tạo nghiệp vụ đăng kiểm viờn tàu cỏ thụng qua cỏc hỡnh thức đào tạo nội bộ cũng như huy động sự tham gia của cỏc trường, cỏc cơ
Cú rất nhiều biện phỏp nhằm nõng cao tớnh tự động cho hệ thống tàu cỏ như: Hệ thống điều khiển tự động bằng khớ cụ điện, hệ thống giỏm sỏt, hệ thống điều khiển từ xa SMC (Station Monitoring Centre), điều khiển khụng người, điều khiển tự động PLC (programmable Logic Controler )… Trong đú, PLC là được sử dụng rộng rói và hiệu quả nhất.
Để lựa chọn loại điều khiển cho hệ thống tự động, ta sẽ so sỏnh PLC với thiết bị tự động khỏc như Rơ le.
Hỡnh 1.22: Đồ thị so sỏnh tớnh kinh tế của PLC và rơ le Bảng 1.3. Bảng so sỏnh hệ điều khiển Rơ le và PLC
Vỡ vậy, tụi chọn PLC để phục vụ cho việc nghiờn cứu và ứng dụng nhằm nõng cao hiệu quả cho hệ thống tàu cỏ đỏnh bắt xa bờ., điều khiển logic khả trỡnh PLC (Programmable Logic Controler).
CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC. 2.1. Khỏi niệm PLC
PLC là tờn viết tắc của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển logic, cho phộp thực hiện linh hoạt cỏc thuật toỏn điều khiển logic qua một ngụn ngữ lập trỡnh.
Bộ điều khiển thỏa món cỏc yờu cầu sau:
- Lập trỡnh dễ dàng vỡ ngụn ngữ lập trỡnh dễ học. - Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, tu sửa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để cú thể chứa được những chương trỡnh phức tạp. - Tớnh linh hoạt: cú thể sử dụng một bộ điều khiển cho nhiều đối tượng khỏc nhau với cỏc thuật toỏn điều khiển khỏc nhau.
- Hoàn toàn tin cậy trong mụi trường cụng nghiệp.
- Giao tiếp với cỏc thiết bị thụng tớn mỏy tớnh, nối mạng cỏc Modulemở rộng. - Khả năng bảo mật hệ thống khi sử dụng mó khúa.
- Giỏ cả phự hợp.
Đặc điểm:
- Giảm 80% số lượng dõy nối.
- Cụng suất tiờu thụ của PLC rất thấp.
- Được thiết kế để cú thể hoạt động tốt trong mụi trường cụng nghiệp (rung động, tiếng ồn, nhiệt độ, độ ẩm, nhiễu).
- Cấu trỳc dạng Modulecho phộp thay thế dễ dàng, cú khả năng mở rộng và nõng cấp.
- Cú sẵn cỏc mạch ghộp nối cho phộp ghộp nối trực tiếp với một số thiết bị bờn ngoài.
- Được tớch hợp cỏc chức năng chuyờn dựng như đếm, định thời, điều khiển PID, điều khiển động cơ, truyền thụng cụng nghiệp...
- Việc kết nối dõy và mức điện ỏp tớn hiệu ở ngừ vào và ngừ ra được chuẩn húa.
- Ngụn ngữ lập trỡnh chuyờn dựng và dễ sử dụng nhờ sự hỗ trợ của thiết bị lập trỡnh.
- Thay đổi chương trỡnh điều khiển dễ dàng.
- Số lượng role và timer ớt hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển. - Số lượng tiếp điểm trong chương trỡnh sử dụng khụng hạn chế.
- Thời gian hoàn thành một chu trỡnh trong điều khiển rất nhanh (vài ms) nờn làm tăng tốc độ sản xuất.
2.2. Ứng dụng PLC trong cụng nghiệp:
Giỏm sỏt &Điều khiển cỏc nhà mỏy cụng nghiệp:
+ PLC điều khiển khống chế nhiệt độ lũ cao trong nhà mỏy gang thộp. + PLC điều khiển khống chế nhiệt độ của nhà mỏy nhiệt điện.
+ PLC điều khiển nhà mỏy nước. + PLC điều khiển tay mỏy robot. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều khiển cỏc dõy chuyền sản xuất: + Dõy chuyền sản xuất đúng chai.
+ Dõy chuyền sản xuất đúng gúi sản phẩm dạng hạt. + Dõy chuyền sản xuất.
Giỏm sỏt, điều khiển giao thụng: + Điều khiển tớn hiệu đốn giao thụng. + Giỏm sỏt giao thụng
+ Điều khiển tàu điện, Metro. Trong lĩnh vực tàu tàu biển:
Tất cả điều khiển quy trỡnh hoạt động của bơm, cỏc valve, cỏc tớn hiệu cảnh bỏo và nõng cao sự làm việc ổn định của bơm, đảm bảo cho chỳng làm việc tin cậy, an toàn và kinh tế trờn cơ sở cỏc tỏc động kịp thời và chớnh xỏc nhờ được trang bị cỏc phương tiện tự động điều chỉnh, kiểm tra, bảo vệ và điều khiển. Cụ thể, cựng với một số cảm biến mức nước đỏy tàu, cảm biến khúi…sẽ liờn kết với bộ xử lý trung tõm tạo nờn bộ điều khiển hệ thống cho tàu.
Giới thiệu một số hệ thống điều khiển thường gặp .
Hỡnh 2.1: Hệ thống cắt đoạn sản phẩm .
(1) Thiết bị điều khiển. (PLC) (2) Thiết bị cắt (Actuator)
(3) Cảm biến xỏc định viền cắt (Sensor) (4) Động cơ quay trục cuộc (Actuator)
Hỡnh 2.2: Hệ thống cắt gạch
(1) Thiết bị điều khiển PLC
(2) Màn hỡnh giao tiếp với người dựng (HMI) (3) Động cơ kộo đẩy mỏy cắt (Actuator)
(4) Encoder xỏc định vũng quay và chiều dài sản phẩm (Sensor)
Hỡnh 2.3: Hệ thống phõn loại hộp
(1) Thiết bị điều khiển (PLC)
(2) Động cơ điều khiển cỏnh lỏi phõn loại sản phẩm (Actuator) (3) 3 Cảm biến xỏc định độ cao của sản phẩm (Sensor)
(4) Động cơ kộo dõy chuyền (Actuator)
2.3. Cơ sở lý thuyết PLC 2.3.1. Khỏi niệm phần cứng và phần mềm 2.3.1. Khỏi niệm phần cứng và phần mềm Phần cứng: Bao gồm + CPU (Bộ xử lý trung tõm): - Tốc độ tớnh toỏn, xử lý thụng tin. - Khả năng quản lý bộ nhớ.
- Khả năng quản lý cỏc Modulemở rộng. - Khả năng kết nối mạng.
+ Bộ nhớ (ROM, RAM, EEPROM):
- Lưu trữ trạng thỏi biến vào và ra.
- Lưu trữ kết quả chương trỡnh tớnh, kết quả trung gian. - Lưu trữ chương trỡnh điều khiển, hệ điều hành.
Nhiệm vụ: Thực hiện cỏc chức năng xử lý thụng tin cơ bản ở mức thấp nhất tức là cỏc tớn hiệu nhị phõn (0,1).
Phần mềm:
- Là cỏc chương trỡnh (program) điều khiển cỏc hoạt động phần cứng và chỉ đạo việc xử lý dữ liệu.Bao gồm:
+ Hệ điều hành (HĐH) và tập lệnh:
- HĐH nằm trong bộ nhớ ROM.
- Tập lệnh được xử lý trong bộ nhớ RAM và EEPROM dưới dạng mó lệnh.
+ Chương trỡnh soạn thảo, gỡ rối và cỏc tiện ớch:
- Nằm trong gúi phần mềm, cung cấp khả năng điều khiển và giao tiếp giữa người với mỏy, đi kốm với cỏc thiết bị phần cứng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.2. Khỏi niệm vũng quột và thời gian quột trong PLC Vũng quột (Scan cycle): Vũng quột (Scan cycle):
Chức năng của CPU là thực hiện lặp đi lặp lại một chuỗi cụng việc. Sự thực hiện cỏc cụng việc cú tớnh tuần hoàn này gọi là vũng quột.
Trong mỗi vũng quột, CPU thực hiện hầu hết hoặc toàn bộ cỏc cụng việc sau
(hỡnh 2.1):
Được biểu diễn như sau: (Xem hỡnh 2.4)
Hỡnh 2.4: Vũng quột của CPU. Thời gian vũng quột (scan timer).
Khỏi niệm:
Đặc điểm:
o Thời gian vũng quột (TGVQ) khụng cố định, tức là khụng phải vũng quột nào cũng thực hiện trong một thời gian như nhau.
o TGVQ phụ thuộc vào dung lượng của bộ nhớ, vào tốc độ của CPU.
o Thời gian quột nhanh chậm tựy thuộc vào số lệnh chương trỡnh được thực hiện và khối lượng dữ liệu truyền thụng.
o TGVQ quyết định tớnh thời gian thực của chương trỡnh điều khiển trong PLC.
o TGVQ càng ngắn thỡ tớnh thời gian thực càng cao.
2.3.3. Cấu trỳc PLC.
Hỡnh 2.5:Sơ đồ cấu trỳc đơn giản của PLC
Khối xử lý trung tõm CPU (Central Processing Unit ).
- Là linh kiện chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, cỏc bộ thời gian, bộ đếm và cổng truyền thụng.
Nhiệm vụ:
- Bộ xử lý biờn dịch cỏc tớn hiệu vào và thực hiện cỏc hoạt động điều khiển theo chương trỡnh được lưu trong bộ nhớ của CPU.
- Truyền cỏc quyết định dưới dạng tớn hiệu hoạt động đến cỏc thiết bị ra.
Cấu tạo: Gồm cỏc mạch điều khiển, khối thuật toỏn và logic, cỏc thanh ghi chuyờn dụng và thanh ghi dữ liệu tạm thời.
Đầu tiờn cỏc thụng tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trỡnh được gọi lờn tuần tự và được kiểm soỏt bởi bộ đếm chương trỡnh.
Tiếp theo là bộ xử lý liờn kết với cỏc tớn hiệu.
Cuối cựng là đưa kết quả điều khiển tới đầu ra.
Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quột (scan timer) như trỡnh bày ở phần trờn.
Hỡnh 2.6: Sơ đồ nguyờn lý PLC
Bộ nhớ trong. (Internal Memory)
- Là nơi lưu giữ chương trỡnh sử dụng cho cỏc hoạt động điều khiển.
Đặc điểm:
- Là loại bộ nhớ bỏn dẫn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tương thớch về kớch thước và mức logic với cỏc thành phần khỏc của hệ thống.
- Tốc độ truy nhập cao. - Năng lượng tiờu thụ thấp.
Cỏc loại bộ nhớ sử dụng trong PLC: - ROM hệ thống ( Read-Only Memory):
Chứa chương trỡnh hệ thống (hệ điều hành) và dữ liệu cố định được CPU sử dụng.
Dựng để bảo vệ dữ liệu hoặc chương trỡnh, trỏnh bị xúa. - RAM( Random Access Memory) :
Là bộ nhớ khụng ổn định,dễ mất khi mất điện.
Chứa chương trỡnh và dữ liệu của người sử dụng (ghi và đọc ). - EPROM (Erasable Programable Read-only Memory):
Là bộ nhớ cố định cú thể lập trỡnh và xúa được .
Nội dung của EPROM cú thể xúa bằng tia cực tớm và cú thể lập trỡnh lại. - EEPROM (Electrically Erasable Programable ROM) :
Để lưu cố định chương trỡnh của người sử dụng cũng như những dữ liệu cần thiết mà người dựng lựa chọn.
Cho phộp lập trỡnh và xúa được bằng điện. Bộ đếm (counter):
- Là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn xung của cỏc tớn hiệu đầu vào. - Là vựng nhớ mà hệ điều hành ghi nhớ cỏc giỏ trị đếm trong nú.
Kớ hiệu: Cx
Trong đú: x là số nguyờn trong khoảng 0 ữ 255
Tớn hiệu đếm tiến Tớn hiệu đếm lựi Tớn hiệu kớch đếm Tớn hiệu đặt (set) Giỏ trị đặt trước Tớn hiệu xúa
Hỡnh 2.7:Cỏc dạng tớn hiệu cú trong Counter
Bộ định thời (timer):
- Là bộ tạo thời gian trễ τ mong muốn giữa tớn hiệu logic đầu vào u(t) và tớn hiệu logic đầu ra y(t) (hỡnh 2.8)
CU C-Bit CD Enable S PV R C-Word Bỏo trạng thỏi C-Word
Hỡnh 2.8:Sơ đồ tớn hiệu logic của bộ định thời.
- Là vựng nhớ mà hệ điều hành ghi nhớ cỏc giỏ trị đếm trong nú.
- Thời gian trễ τ mong muốn được khai bỏo với Timer bằng 1 giỏ trị 16 bớt. Bộ đệm (Proccess Image).
Là một vựng nhớ mà hệ điều hành ghi nhớ cỏc trạng thỏi tớn hiệu. Bớt nhớ (Bit memory).
Cỏc bớt Memory là cỏc phần tử nhớ mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thỏi tớn hiệu. Khối ghộp nối vào.
Chức năng:_Nhận tớn hiệu vào từ cỏc thiết bị nhập (vớ dụ cỏc cảm biến, chuyển mạch...).
- Biến đổi cỏc tớn hiệu vào thành mức điện ỏp một chiều. -Thực hiện cỏch ly tĩnh điện bằng bộ ghộp nối quang. -Tạo tớn hiệu logic chuẩn đưa đến cỏc mạch trong PLC.
Mạch ghộp nối vào bao gồm cỏc khối :
-Bộ biến đổi: Nhận tớn hiệu từ cỏc cảm biến, chuyển mạch...Nếu tớn hiệu vào là điện ỏp xoay chiều thỡ bộ biến đổi chỉnh lưu thành điện ỏp một chiều cú giỏ trị nhỏ.
Đầu ra của bộ biến đổi khụng được đưa trực tiếp đến cỏc mạch trong PLC nhằm trỏnh cho nú khỏi ảnh hưởng của mạch ngoài.
-Mạch cỏch ly tĩnh điện: Bảo vệ cỏc mạch trong PLC nếu bộ biến đổi làm việc khụng chớnh xỏc, vỡ hầu hết cỏc mạch xử lý chỉ làm việc với điện ỏp 5V một chiều (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Mạch logic: Tớn hiệu được chuẩn húa về mức logic để đưa vào hệ thống (xem sơ đồ 2.9,2.10)
Đầu vào
Hỡnh 2.9: Sơ đồ mạch ghộp nối vào
Hinh 2.10: Sơ đồ nguyờn lý mạch ghộp nối vào
Khối ghộp nối ra.
Khối ghộp nối ra hoạt động tương tự khối ghộp nối vào (xem hỡnh 2.11): + Tớn hiệu một chiều chuẩn từ trong PLC qua cỏc mạch biến đổi đến cỏc đầu ra vật lý, cho phộp điều khiển trực tiếp cỏc tải một chiều và xoay chiều cụng suất nhỏ với cỏc mức điện ỏp khỏc nhau.
+ Bộ ghộp nối quang cũng được sử dụng để trỏnh cho cỏc mạch bờn trong PLC khỏi ảnh hưởng của cỏc thiết bị bờn ngoài.
Từ bộ đệm
Hỡnh 2.11: Sơ đồ mạch ghộp nối ra
Mạch ghộp nối ra bao gồm cỏc khối :
-Mạch logic, mạch cỏch li tĩnh điện : (Giống như khối ghộp nối vào).
-Mạch giao tiếp: Sử dụng rơle, tranzitor, triac cho phộp nối trực tiếp PLCvới tải cụng suất nhỏ.
Khi nối đầu ra với tải cụng suất lớn cần cú mạch cụng suất bờn ngoài. Bộ biến đổi Mạch cỏch li tĩnh điện Mạch logic Đến bộ đệm Mạch logic Mạch cỏch li tĩnh điện Mạch giao tiếp Đầu ra
+ Mạch giao tiếp kiểu rơle:
Hỡnh 2.12: Mạch giao tiếp kiểu role
+ Mạch giao tiếp kiểu trazitor:
Hỡnh 2.13: Mạch giao tiếp kiểu Tranzitor
Như vậy, mặc dự cỏc mạch bờn trong PLC làm việc với tớn hiệu chuẩn 5V một chiều, nhưng nhờ cú mạch ghộp nối ra nờn cú thể nối trực tiếp PLC với phụ tải một chiều hoặc xoay chiều cú cỏc mức điện ỏp khỏc nhau.
Hệ thống Bus.
Bộ nhớ chương trỡnh, hệ điều hành, cỏc Module ngoại vi (cỏc cổng ra/vào) được kết nối với PLC thụng qua Bus nối.
Bus hệ thống phục vụ cho việc truyền thụng tin giữa cỏc thành phần trong hệ thống.
Thụng tin được truyền trong hệ thống dưới dạng tớn hiệu nhị phõn.
Một Bus bao gồm cỏc dõy dẫn mà cỏc dữ liệu được trao đổi. Hệ điều hành tổ chức truyền dữ liệu trờn cỏc dõy dẫn này.
Bus hệ thống gồm cú cỏc bus sau:
- Bus dữ liệu.
- Bus điều khiển.
- Bus hệ thống.
Khối nguồn.
- Khối nguồn cú chức năng biến đổi nguồn điện ỏp lưới (110V hoặc 220V) thành cỏc mức điện ỏp phự hợp cung cấp cho cỏc thành phần của PLC.
- Điện ỏp này là 24V DC (hỡnh 2) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cỏc điện ỏp cho cảm biến, thiết bị điều chỉnh và cỏc đốn bỏo nằm trong khoảng (24..220V) thỡ cú thể được cung cấp thờm từ cỏc nguồn phụ (biến ỏp).
Hỡnh 2.14:Nguồn nuụi
Loại DC nguồn nuụi cú kớ hiệu là M, L+ Loại AC nguồn nuụi cú kớ hiệu là N, L1.
2.3.3.1 . Cấu trỳc bộ nhớ trong PLC S7 300.
Được chia làm 3 vựng chớnh:
+ Vựng chứa chương trỡnh ứng dụng (gồm 3 vựng chớnh).
+ Vựng chứa cỏc tham số của hệ điều hành và chương trỡnh ứng dụng. (gồm 7 miền)
+ Vựng chứa cỏc khối dữ liệu.
Vựng chứa chương trỡnh ứng dụng.
FC (Funktion): Miền chứa chương trỡnh con được tổ chức thành hàm cú biến hỡnh thức để trao đổi dữ liệu với chương trỡnh đó gọi nú.
FB (Fucktion Block): Miền chứa chương trỡnh con, được tổ chức thành hàm và cú khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trỡnh nào khỏc.Cỏc dữ liệu phải được xõy dựng thành một khối dữ liệu riờng(DB – Data Block).
Vựng chứa cỏc tham số của hệ điều hành và chương trỡnh ứng dụng.
I(Procees image input): Miền bộ đếm cỏc dữ liệu cổng vào số.
Q (Procees image output): Miền bộ đếm cỏc cổng ra số.
M: Miền cỏc biến cờ. Chương trỡnh ứng dụng sử dụng vựng nhớ này để lưu trữ cỏc tham số cần thiết và cú thể truy cập theo Bớt (M), Bite (MB), từ (MW) và từ kộp (MD).
T: Miền nhớ phụ bộ nhớ thời gian (TIME) bao gồm việc lưu trữ giỏ trị thời gian đặt trước (PV-Preset Value.
C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu trữ giỏ trị đặt trước PV, giỏ trị đếm tức thời CV và giỏ trị logic đầu ra của bộ đếm.
PI: Miền địa chỉ cổng vào của cỏc Moduletương tự. Cỏc giỏ trị tương tự tại cổng vào của Module sẽ được đọc.
PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho Moduletương tự.Cỏc giỏ trị theo những địa chỉ này được Moduletương tự chuyển tới cỏc cổng ra tương tự.
Vựng chứa khối dữ liệu.
DB (Data Block): Miền chứa cỏc dữ liệu được tổ chức thành khối.
L (Local Data Block): Miền dữ liệu địa phương, được cỏc khối chương trỡnh OB, FB và FC tổ chức và sử dụng cho cỏc biến nhỏp tức thời và trao đổi dữ liệu của cỏc biến hỡnh thức của chương trỡnh với cỏc khối chương trỡnh đó gọi nú.
2.3.3.2. Phương thức hoạt động.
Hỡnh 2.15: Chu kỳ quột trong PLC
PLCthực hiện chương trỡnh theo chu trỡnh lặp (hỡnh 2.15):
a) Đọc cỏc đầu vào số
Mỗi vũng quột bắt đầu bằng việc đọc giỏ trị hiện thời của cỏc đầu vào số và lưu cỏc giỏ trị này ở bộ đệm vào.
CPU quản lý bộ đệm dành cho cỏc đầu vào số theo từng byte. Nếu CPU hoặc