Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 12 với phép tính And, tơng ứng biến luôn có giá trị 0 là phần tử đơn vị của phép tính Or. Nên ta có: x^1 = 1^x = x. Với mọi x thuộc B. x V 0 = 0 V x = x. Với mọi x thuộc B. Định nghĩa: Không giới hạn quy định của bảng chân lý về các phép tính And, Or, Not nếu trên (B) ta xác định đợc 3 phép tính And, Or, Not thoả mãn. 1) x V y = y V x. 2) x V (y^z) = (x V y)^z. 3) (x^y) V (x V y) = x. Mọi x, y, z thuộc B thì tập B cùng 3 phép tính đó sẽ đợc gọi là đại số Boole. 2.Tính chất: Một đại số Boole B với 3 phép tính And, Or, Not có các tính chất sau: Tính chất 1: X = X. B X . Tính chất 2: X = X.X = X^X. B X . Tính chất 3: X .X = 0. B X . Tính chất 4:1 V X = 1. B X . Tính chất 5: 0 V X = X. Tính chất 6: X V X = 1. Tính chất 7: X.Y = yxx + 1.2.4. Các phần tử lôgic cơ bản. Trong kĩ thuật số cũng nh trong việc điều khiển bằng PLC thì ngời ta thờng dùng các phép tính cơ bản là AND ( ), OR ( ), NOT , NAND, NOR. Ta có các quan hệ lôgic là: Phần tử AND. Là phần tử có nhiều đầu vào và một đầu ra, đầu ra có giá trị lôgic bằng 1 khi tất cả các đầu vào bằng 1. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 13 Giả sử xét phần tử AND hai đầu vào.(Kí hiệu hai đầu vào là S 1 và S 2 , đầu ra là H 1 ) 24V S2 S1 H1 0V Bảng chân lý Hình 1.1: Mạch điện lôgic and Vậy Nếu cả hai khoá S 1 và S 2 đều đóng mạch thì đèn mới sáng. Vậy sơ đồ điện trên thể hiện quan hệ lôgic AND. H 1 = S 1 S 2 H 1 = S 1 .S 2 Phần tử OR: Là phần tử có nhiều đầu vào và một đầu ra. Có giá trị bằng 1 khi ít nhất một trong các đầu vào bằng 1. 24V S1 S2 H1 0V Bảng chân lý. Hình1.2: Mạch điện logic OR Trong đó nếu S 1 hoặc S 2 , hoặc cả S 1 , S 2 đều đóng thì đều làm đèn H 1 sáng nh nhau. Sự đóng mạch của công tắc S 1 , S 2 làm đèn sáng là quan hệ lôgíc OR. H 1 = S 1 + S 2 S 1 S 2 H 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 S 1 S 2 H1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 14 H 1 =S 1 + S 2 Phần tử NOT: Là phần tử có 1 đầu vào và một đầu ra, tín hiệu ra là phủ định tín hiệu vào. 24V S1 K1 K1 H1 0V Bảng chân lý. Hình1.3: Mạch điện logic NOT Khoá S 1 mở mạch thì đèn sáng. Còn S 1 mở thì đèn sáng. H 1 = S 1 Phần tử NAND và phần tử NOR: Đây là hai phần tử AND phủ định( AND Not) và OR phủ định(OR Not). 24V NAND S1 K1 S2 K1 H1 0V Hình 1.4: Mạch điện logic NAND Ta có: H 1 = 21 SS . H 1 = 2.1 SS . NOR 24V S1 S2 K1 S 1 H 1 0 1 0 1 1 0 1 0 S 1 S 2 H 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 15 K1 H1 0V Bảng chân lý Hình 1.5: Mạch điện logic NOR Ta có: H 1 = 21 SS . H 1 = 21 SS + . 1.3. Các bớc thiết kế hệ thống điều khiển lôgic. Việc lập trình cho các hệ thống điều khiển bằng PLC ngày càng đợc sử dụng rộng rãi. Có rất nhiều phơng án để thiết kế, nhng để thuận tiện cho học viên thì ngời ta đã đa ra các bớc chung thiết kế hệ thống điều khiển lôgíc. 1.3.1. Xác định tín hiệu vào và ra. Bớc thứ hai là phải xác định vị trí kết nối giữa các thiết bị vào ra với PLC. Tín hiệu vào có thể là tiếp điểm, cảm biến thiết bị ra có thể là rơle điện từ, môtơ, đèn báo. Mỗi vị trí kết nối đợc đánh số tơng tự ứng với PLC sử dụng các thiết bị vào/ra có chức năng riêng biệt nhau ta cần lựa chọn sao cho các bộ cảm biến và các bộ chấp hành có thể đợc nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm các thiết bị phụ trợ. 1.3.2.Viết phơng trình điều khiển. Các PLC hiện có trên thị trờng hầu hết đang sử dụng 3 cách viết thông thờng đó là LAD, STL và FBD. Tuỳ theo yêu cầu của công nghệ mà ta viết chơng trình điều khiển cho phù hợp. 1.3.3.Nạp chơng trình vào bộ nhớ. Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp vào ra nếu cần. Sau đó nạp chơng trình soạn thảo từ các thiết bị lập trình vào bộ nhớ của PLC. Sau khi hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạy chơng trình mô phỏng hoạt động hệ thống. S 1 S 2 H 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 16 1.3.4.Chạy chơng trình . Trớc khi khởi động hệ thống cần phải chắc chắn dây nối từ PLC đến các thiết bi ngoại vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực hiện các bớc tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đa vào hoạt động thực tế. Từ các bớc thiết kế hệ thống trên để đơn giản và dễ hiểu, quy trình điều khiển có thể mô tả theo lu đồ . Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 17 No Yes No Yes Hình 1.6: Thiết kế mô hình điều khiển trên PLC Chơng trình đúng Sửa chữa chơng trình Kết nối các thiết bị I/O vào PLC Kiểm tra tất cả các dây nối Chạy thử chơng trình Kiểm tra Nạp chơng trình vào EPROM Tạo tài liệu chơng trình Kết thúc Xác định yêu cầu của hệ thống. Vẽ lu đồ điều khiển Liên kết các đầu vào / ra tơng ứng với các đầu I/O của PLC Soạn thảo chơng trình. Nạp chơng trình vào PLC Chạy mô phỏng và tìm lỗi Chạy tốt Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 18 1.4. Những vấn đề chung về PLC. 1.4.1. PLC. PLC ( Programable Logic Cotrol ) là mộ thiết bị điều khiển sử dụng một bộ nhớ có thể lập trình, bộ nhớ này sẽ lu giữ các cấu trúc lệnh (Logic, thời gian, bộ đếm các hàm toán học) để thực hiện chức năng điều khiển. Chơng trình điều khiển Tín hiệu vào Tín hiệu điều khiển Tín hiệu đa vào PLC đợc lấy từ các thiết bị nh các cảm biến (Sensor), công tắc Tín hiệu đầu ra PLC có thể đợc sử dụng để điều khiển một đối tợng (động cơ, van) hoặc la cả một quá trình điều khiển. Thời kỳ đầu PLC đợc thiết kế để thay thế cho các hệ điều khiển dùng Rơ le, công tắc tơ đơn thuần tuy nhiên trong quá trình phát triển, với một u điểm lớn là có thể chỉnh sửa lại chơng trình điều khiển tuỳ ý mà không mất nhiều công sức cũng nh các chi phí, bởi vậy có thể đợc ứng dụng rất linh hoạt, PLC ngày nay đã phát triển và có những khả năng để có thể điều khiển các hệ điều khiển phức tạp. Đặc biệt PLC ngày nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những ngời sử dụng nó không cần giỏi những kiến thức điện tử mà chỉ cần lắm vững công nghệ sản xuất để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình đợc. Nh vậy PLC có thể coi nh một máy tính và có đặc điểm nh sau: - Đợc thiết ké với cấu trúc đơn giản, có thể làm việc trong môi trờng công nghiệp, nông nghiệp ( Chịu đợc tiếng ồn, nhiệt độ, độ ẩm cao và độ dung động) - Các tín hiệu vào ra đợc cách ly về điện với bộ điều khiển có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra. - Lập trình đơn giản, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chỉ thuần tuý thực hiện chức năng logic. PL C Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 19 Ra đời năm 1968 với 20 đầu nhận tín hiệu vào ra số ngày nay PLC đã đợc chế tạo theo module để có thể mở rộng theo yêu cầu và có thể làm việc với một số lợng lớn các đầu vào và thực hiện đợc nhiều chức năng điều khiển. 1.4.2. Cấu trúc phần cứng PLC. Vì cấu trúc của bộ điều khiển khả lập trình đợc dựa trên cùng một nguyên lý với kiến trúc máy tính. Cho nên PLC có năm thành phàn cơ bản: Đơn vị xử lý trung tâm, bộ nhớ, bộ nguồn nuôi, khối vào ra tín hiệu và thiết bị lập trình. Sơ đồ khối cơ bản nh hình sau: Hình1.7: Hệ thống PLC - Bộ xử lý trung tâm bao gồm bộ vi xử lý,có nhiệm vụ phân tích các tín hiệu vào và thực hiện công việc điều khiển, tuỳ theo chơng trình điều khiển lu trữ, trong bộ nhớ có thể truyền thông cũng nh gửi tín hiệu đến đầu ra tơng ứng. - Bộ nhớ là nơi lu trữ chơng trình điều khiển bằng các bộ phận lu giữ điện tử nh RAM, ROM, EPROM. Đợc sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dới sự kiểm tra của bộ vi xử lý - Bộ nguồn nuôi là đơn vị dùng để chuyển đổi nguồn xoay chiều (AC) thành nguồn một chiều (DC) để cung cấp cho CPU và các khối vào ra . Đầu vào tín hiệu Bộ nhớ Thiết bị lập trình Bộ xử lý Nguồn cung cấp Đầu ra tín hiệu Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 20 - Thiết bị lập trình đợc dùng để viết chơng trình điều khiển và chuyển xuống PLC. - Khối vào/ra tín hiệu làm nhiệm vụ truyền nhận thông tin từ CPU với các thiết bị bên ngoài. Các tín hiệu vào ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu số, tín hiệu alalog. 1.4.3.Cơ cấu chung của hệ thống PLC Ngày nay sự phát triển của khoa học công nghệ các PLC đợc chế tạo sao cho phù hợp với từng dây chuyền sản xuất. Các PLC hiện nay đợc chế tạo theo hai cơ cấu thông dụng đó là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép. Kiểu hộp đơn đợc chế tạo để sử dụng cho các dây chuyền sản xuất không phức tạp và có đầy đủ các bộ phận cơ bản của PLC là bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ. Các PLC này là các plc Logo giá thành rẻ tạo thuận tiện cho việc điều khiển các dây chuyền ít phức tạp. Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng thờng chia nhỏ thành các module. Kiểu module này tối thiểu bao giờ cũng phải có các module chính đó là module CPU các module còn lại là những module nhận truyền tín hiệu với đối tợng điều khiển và các module chức năng chuyên dụng. Tất cả các module đợc gá trên những thanh ray (Rack). Việc sử dụng các module tuỳ thuộc vào từng bài toán kiểu module này rất linh hoạt không hạn chế về bộ nhớ và số lợng đầu vào/ra. Với hai loại PLC là kiểu module và kiểu hộp đơn thì các chơng trình ứng dụng trong sản xuất đợc nạp vào bộ nhớ của PLC nhờ các thiết bị lập trình. Nh vậy việc sử dụng hai loại PLC trên đợc áp dụng vào các bài toán điều khiển khác nhau nhng các chơng trình chỉ đợc nạp vào bộ nhớ của PLC khi đã hoàn chỉnh trên thiết bị lập trình. 1.4.4. Cấu trúc bên trong của PLC. Một PLC điển hình có cấu tạo nh hình vẽ: Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 21 Hình 1.8: Cấu trúc bên trong của PLC Ta thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao gồm một bộ vi xử lý trung tâm CPU(Central Processing Unit), bộ nhớ (RAM, ROM), khối vào ra, khối phát xung nhịp (Clock), pin và các hệ thống Bus. cpu thực hiện trao đổi, xử lý các tín hiệu vào ra, theo chơng trình đã đợc soạn thảo để điều khiển dây chuyền sản xuất. Toàn bộ hoạt động của PLC đợc điều khiển bởi CPU, nó đợc cung cấp bởi một khối xung nhịp, do đó tốc độ của CPU sẽ phụ thuộc vào tốc độ của khối phát xung nhịp và thờng khối phát xung nhịp có tần số vào khoảng từ 1 đến 8 mhz, xung nhịp này sẽ cung cấp cho tất cả các khối trong PLC để đồng bộ hoá quá trình hoạt động của các khối này với CPU. Các tín hiệu trong PLC đợc truyền thông qua các đờng dẫn các đờng dẫn này đợc gọi là hệ thống Bus. Bus gồm có Bus địa chỉ, Bus điều khiển, Bus vào ra, Bus dữ liệu để chuyển tải các thông tin điều khiển. Các Bus vào ra mang thông tin từ các [...]... chơng trình điều khiển - Bộ điều khiển đợc sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các phép toán 2.BUS Là tất cả các thông tin hay sự trao đổi các dữ liệu trong PLC đều đợc thực hiện qua hệ thống Bus, thông tin đợc truyền theo dạng nhị phân, nhóm bit.Hệ thông Bus trong PLC có bốn loại - Bus dữ liệu tải dữ liệu đợc sử dụng trong quá trình xử lý của CPU dùng để thu nhận thông tin từ các thiết bịn ngoại...Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng đầu vào ra Các PLC có cấu tạo bên trong khá phức tạp do đó ta tìm hiểu cụ thể nh sau: 1.CPU Cấu hình của CPU tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý, cơ bản CPU có: - Bộ thuật toán và logic (ALU) làm nhiệm vụ xử lý dữ liệu,thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic - Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý đợc xử dụng để lu trữ thông tin liên quan đến việc... hiệu tới các thiết bị điều khiển Bộ xử lý 8 bit có thể thực hiện phép toán giữa các số 8 bit và phân phối kết quả theo số 8 bit - Bus địa chỉ: Dùng để xác định địa chỉ dữ liệu trong bộ nhớ Nh vậy mỗi dữ liệu có thể đợc định vị trong bộ nhớ Nh vậy, mỗi vị trí nhớ đợc gán một địa chỉ duy nhất Bus địa chỉ mang theo thông tin cho biết địa chỉ sẽ đợc truy cập - Bus điều khiển đợc CPU sử dụng để chuyển tải . từng dây chuyền sản xuất. Các PLC hiện nay đợc chế tạo theo hai cơ cấu thông dụng đó là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép. Kiểu hộp đơn đợc chế tạo để sử dụng cho các dây chuyền sản xuất. nghệ sản xuất để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình đợc. Nh vậy PLC có thể coi nh một máy tính và có đặc điểm nh sau: - Đợc thiết ké với cấu trúc đơn giản, có thể làm việc trong. hiện trao đổi, xử lý các tín hiệu vào ra, theo chơng trình đã đợc soạn thảo để điều khiển dây chuyền sản xuất. Toàn bộ hoạt động của PLC đợc điều khiển bởi CPU, nó đợc cung cấp bởi một khối xung