Đồ án Nghiên cứu tổng quan về PLC của hãng Siemens và ứng dụng thiết kế điều khiển tự động hệ thống nhiều bơm lên bể chứa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊNCỨUTỔNG QUAN VỀ PLC

CỦA HÃNG SIEMENS VÀ ỨNG DỤNG

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

HỆ THỐNG NHIỀU BƠM LÊN BỂ CHỨA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÒNG - 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊNCỨUTỔNG QUAN VỀ PLC

CỦA HÃNG SIEMENS VÀ ỨNG DỤNG

THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

HỆ THỐNG NHIỀU BƠM LÊN BỂ CHỨA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Thành Tín

Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đức Minh

HẢI PHÒNG - 2018

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

----------------o0o-----------------

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Nguyễn Thành Tín – MSV : 1412102036

Lớp : ĐC1802 - Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp

Tên đề tài : Nghiên cứu tổng quan về PLC của hãng Siemens và

ứng dụng thiết kế điều khiển tự động hệ thống nhiều bơm lên bể

chứa.

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về

lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).

.............................................................................................................................

2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán

.............................................................................................................................

3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................:

CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ và tên

:

Học hàm, học vị

Cơ quan công tác

:

Trường Đại học dân lập Hải Phòng

Nội dung hướng dẫn :

Toàn bộ đề tài

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ và tên

:

Học hàm, học vị

Cơ quan công tác

:

Nội dung hướng dẫn :

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày......tháng......năm 2018.

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày......tháng.......năm 2018

Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N

Sinh viên

Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N

Nguyễn Thành Tín

Th.S Nguyễn Đức Minh

Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2018

HIỆU TRƯỞNG

GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1.Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.

..........................................................................................................................

2. Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong

nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng,

chất lượng các bản vẽ..)

..........................................................................................................................

3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn

( Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày……tháng…….năm 2018

Cán bộ hướng dẫn chính

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1. Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số

liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng

thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.

..........................................................................................................................

2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện

( Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày……tháng…….năm 2018

Người chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

L Ờ I M Ở ĐẦ U ................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1: T Ổ NG QUAN V Ề PLC VÀ CẤU TRÚC HỌ PH Ầ N C Ứ NG

PLC S7-200 .................................................................................................... 2

1. 1. GI Ớ I THI Ệ U CHUNG V Ề PLC ........................................................... 2

1.1.1. H ệ th ống điề u khi ể n............................................................................... 2

1.1.2. Vai trò củ a PL C ..................................................................................... 3

1.1.3. PLC ....................................................................................................... 4

1.1.3.1. Khái niệ m PL C ................................................................................... 4

1.1.3.2. C ấu trúc PLC ...................................................................................... 5

1.1.3.3. Ho ạt độ ng c ủ a PLC ............................................................................ 5

1.1.3.4. Đặc điể m b ộ điề u khi ể n l ập trình ........................................................ 8

1.1.3.5. Các chủ ng lo ạ i PLC:........................................................................... 9

1.1.3.6. Ưu điể m c ủ a PLC ............................................................................. 10

1.1.3.7. H ạ n ch ế c ủ a PL C .............................................................................. 12

1.1.3.8. Ứ ng d ụ ng c ủ a PLC ........................................................................... 13

1.2 C ẤU HÌNH HỆ TH Ố NG PLC S7-200 ................................................. 14

1.2.1. C ấu trúc phầ n c ứ ng.............................................................................. 14

1.2.1.1. B ộ điề u khi ể n l ập trình (PLC) .......................................................... 14

1.2.1.2. Các thành phầ n CPU ........................................................................ 15

1.2.1.3. K ế t n ối điề u khi ể n ............................................................................ 16

1.2.1.4. Truy ền thông giữa PC và PLC .......................................................... 21

1.2.1.5. Cài đặ t ph ầ n m ề m ............................................................................. 23

1.2.1.6. S ử d ụ ng Logic ladder trong PL C ...................................................... 23

1.2.1.7. S ử d ụ ng b ả ng Symbols ..................................................................... 24

1.2.1.8. Kh ố i k ế t n ố i termina l ........................................................................ 24

1.2.2. C ấu trúc bộ nh ớ ................................................................................... 24

1.2.2.1. H ệ th ố ng s ố ....................................................................................... 24

1.2.2.2. Các khái niệ m x ử lý thông tin ........................................................... 26

1.2.2.3. Phân chia bộ nh ớ .............................................................................. 26

1.2.2.4. Các phương pháp truy nhậ p.............................................................. 27

1.2.2.5. M ở r ộng vào / ra ............................................................................... 28

CHƯƠNG 2: S Ử D Ụ NG PH Ầ N M Ề M STEP-7 MICROWIN L Ậ P

TRÌNH CHO PLC S7 -200 .......................................................................... 29

2.1. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘ NG C Ủ A PLC ............................................ 29

2.1.1. C ấu trúc chương trìn h .......................................................................... 29

2.1.2. Th ự c hi ện chương trình ....................................................................... 29

2.1.3. Quy trình thiế t k ế h ệ th ống điề u khi ển dùng PLC ............................... 29

2.1.4. Ngôn ngữ l ập trình ............................................................................... 30

2.2. PH Ầ N M Ề M STEP 7-MICROWI N .................................................... 31

2.2.1. Cài đặ t STEP 7-MICROWIN .............................................................. 31

2.2.2. Trình tự các bướ c thi ế t k ế chương trình điề u khi ể n ............................. 34

2.2.3. Kh ởi động chương trình tạ o Project .................................................... 34

2.2.4. C ấu trúc Project Step7 ......................................................................... 37

2.2.5. S ử d ụ ng ph ầ n m ề m STEP 7 – MICROWIN ........................................ 41

2.3. CÁC TẬ P L Ệ NH L ẬP TRÌNH PLC SIEMENS S7 -200 ................... 42

2.3.1. Các lệ nh ti ếp điể m (Bit Logic) ............................................................ 42

2.3.2. B ộ đị nh th ờ i TIMER............................................................................ 45

2.3.3. B ộ đế m COUTER................................................................................ 47

2.3.4. L ệnh so sánh COMPAR E .................................................................... 49

2.3.5. Hàm di chuyể n d ữ li ệ u MOV .............................................................. 54

2.3.6. L ệ nh chuy ển đổ i CONVERT............................................................... 55

CHƯƠNG 3: Ứ NG D Ụ NG PLC S7-200 ĐIỀ U KHI Ể N H Ệ TH Ố NG B Ố N

BƠM THEO MỨC NƯỚ C TRONG B Ể H Ở ............................................ 57

3.1. T Ổ NG QUAN V Ề BƠM CHẤ T L Ỏ NG .............................................. 57

3.1.1. Khái niệm bơ m .................................................................................... 57

3.1.2. Phân loại bơm ...................................................................................... 57

3.2. C Ấ U T ẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘ NG C ỦA BƠ M ................. 58

3.2.1. C ấ u t ạo bơm ........................................................................................ 58

3.2.2. Nguyên lý hoạt độ ng c ủa bơm ............................................................. 60

3.3. SƠ ĐỒ KH ỐI VÀ CÁC PHẦ N T Ử QUAN TR Ọ NG C ỦA BƠM .... 63

3.3.1. Sơ đồ và phầ n t ử quan tr ọ ng trong h ệ th ống bơm ................................ 63

3.3.2. Phương pháp tăng lưu lượng và cột áp trong hệ th ống bơm ................ 65

3.4. THI Ế T K Ế ĐIỀ U KHI Ể N CHO TR Ạ M NHI ỀU BƠM .................... 67

3.4.1. Yêu cầ u v ề truy ền động điệ n cho tr ạm bơm ........................................ 67

3.4.2. Yêu cầu điề u khi ển và bả o v ệ cho tr ạ m nhi ều bơm ............................. 70

3.4.2.1. Các yêu cầu điề u khi ể n cho tr ạ m nhi ều bơm .................................... 70

3.4.2.2. Các yêu cầ u b ả o v ệ cho tr ạ m nhi ều bơm .......................................... 71

3.4.3. Các thiế t b ị đo mứ c ch ấ t l ỏng trong bình chứ a .................................... 72

3.4.3.1. Phao điệ n .......................................................................................... 72

3.4.3.2. Đo mứ c ch ấ t l ỏ ng b ằng phương pháp đo điệ n dung ......................... 73

3.4.3.3. Đo mứ c b ằng cách đo trọng lượ ng.................................................... 74

3.4.3.4. Đo chấ t l ỏ ng v ới sóng vib a ............................................................... 75

3.4.4. M ạch độ ng l ự c h ệ th ố ng nhi ều bơm và kế t n ố i c ả m bi ế n m ứ c ............ 75

3.4.4.1. M ạch độ ng l ự c h ệ th ố ng nhi ều bơm ................................................. 75

3.4.4.2. K ế t n ố i c ả m bi ế n m ứ c v ới rơle ......................................................... 77

3.4.5. Th ống kê đầu vào/ ra (Input/Output) củ a PLC .................................... 78

3.4.6. Sơ đồ k ế t n ối tín hiệu vào/ra củ a PLC ................................................. 81

3.4.7. Chương trình điề u khi ể n...................................................................... 83

K Ế T LU Ậ N .................................................................................................. 89

TÀI LIỆ U THAM KH Ả O ........................................................................... 90

LỜI MỞ ĐẦU

Như chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nhiệp

hóa, hiện đại hóa. Vì thế, tự động hóa đống vai trò quan trọng, tự động hóa

giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản

xuất. Để có thể thực hiện tự động hóa sản xuất, bên cạnh các thiết bị máy móc

cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xuất...v.v, cũng cần có các bộ điều khiển

để điều khiển chúng. Trong các thiết bị hiện đại được đưa vào các dây chuyền

sản xuất tự động đó không thể không kể đến PLC.

PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được ứng dụng rộng rãi trong

công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi

người sử dụng. Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC có thể được ứng

dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác nhau. Nếu muốn thay đổi quy

luật hoạt động của máu móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn

giản ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. Các đối tượng mà PLC có

thể điều chỉnh được vô cùng đa dạng.

Xuất phát từ thực tế đó , trong quá trình học tập tại trường Đại học Dân lập

Hải Phòng, em và giảng viên hướng dẫn Th.sĩ Nguyễn Đức Minh đã thống

nhất làm đồ án với đề tài là: “Nghiên cứu tổng quan về PLC của hãng

Sieemens. Ứng dụng thiết kế điều khiển tự động hệ thống nhiều bơm lên

bể chứa”. Nội dung của đồ án gồm các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan về PLC và cấu trúc họ phần cứng PLC S7-200.

Chương 2: Sử dụng phần mềm Step7 Microwin lập trình cho PLC S7-

200.

Chương 3: Ứng dụng PLC S7-200 điều khiển hệ thống bốn bơm theo

mức nước trong bể hở.

1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ CẤU TRÚC HỌ PHẦN CỨNG

PLC S7-200

1. 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC

Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được

sáng tạotừ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General

Motor vào năm 1968. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được

sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp

lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển

công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu

thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp.

Như vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công

nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh. PLC là đầu não quan trọng và

linh hoạt trong điều khiển tự động hóa.

1.1.1. Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là tập hợp các máy móc và thiết bị điện tử ở một nơi

để đảm bảo hoạt động của quá trình sản xuất hay một hoạt động của sản xuất

ổn định chính xác và nhịp nhàng.

Những thành tựu của sự tiến bộ vượt bậc của khoa học công nghệ, các

nhiệm vụ điều khiển phức tạp được hoàn thành nhờ một hệ thống điều khiển

tự động cao, đó chính là bộ điều khiển lập trình và có sự tham gia của cả máy

tính. Ngoài việc giao tiếp tín hiệu với các trường thiết bị vào – ra như (các

bảng vận hành, động cơ, cảm biến, van...), khả năng giao tiếp truyền thông dữ

liệu trên mạng giữa các thành phần điều khiển trong hệ thống cũng được thực

hiện. Mỗi thành phần đơn giản trong hệ thống điều khiển đều đóng một vai

trò quan trọng mà không cần quan tâm đến kích cỡ.

2

Hình 1.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC

Qua hình 1.1 ta thấy PLC không biết điều gì xảy ra xung quanh nó khi

không có bất kỳ một thiết bị cảm nhận tín hiệu. Nó cũng không thể thực hiện

một chuyển động cơ học nếu không có nối kết giữa động cơ với nó.

1.1.2. Vai trò của PLC

Trong một hệ thống tự động, PLC được ví như là con tim của hệ thống

điều khiển. Với chương trình ứng dụng điều khiển (được lưu trữ trong bộ nhớ

PLC) trong việc thực thi, PLC thường xuyên giám sát tình trạng hệ thống qua

tín hiệu phản hồi của thiết bị đầu vào. Sau đó sẽ đưa vào sự hợp lý của

chương trình để xác định tiến trình hoạt động được thực hiện ở những thiết bị

xuất cần thiết.

PLC có thể được sử dụng điều khiển những nhiệm vụ đơn giản có tính

lặp đi lặp lại hoặc một vài nhiệm vụ có thể được liên kết cùng nhau với thiết

bị điều khiển chủ hoặc máy tính chủ khác qua một loại mạng giao tiếp để tích

hợp điều khiển một quá trình phức tạp.

3

a) Thiết bị đầu vào:

Sự thông minh của một hệ thống tự động phần lớn dựa vào khả năng của

PLC để đọc tín hiệu từ những loại cảm biến tự động khác nhau và thiết bị đầu

vào cưỡng bức tín hiệu.

Những nút ấn, bàn phím, công tắc gạt tạo thành cơ bản của giao tiếp

người và máy là các loại thiết bị vào cưỡn bức tín hiệu. Mặt khác, để phát

hiện vật thể, quan sát sự di chuyển cơ cấu, kiểm tra áp suất và mức chất lỏng

và nhiều sự kiện khác, PLC sẽ phải xử lý tín hiệu từ những thiết bị cảm ứng tự

động đặc biệt như công tắc từ, công tắc hành trình, cản biến quan điện, cảm

biến mức độ và v.v... Nhiều loại tín hiệu PLC có thể là ON/OFF hay tương tự.

Những tín hiệu vào này được giao tiếp với PLC qua các loại modul vào khác

nhau.

b) Thiết bị xuất:

Hệ thống tự động không hoàn chỉnh và hệ thống PLC thật sự tê liệt nếu

không có giao tiếp với các thiết bị xuất, chẳng hạn một số thiết bị thông

thường như: động cơ, cuộn dây, đèn chỉ thị, chuông báo...Thông qua sự hoạt

động của động cơ và cuộn dây, PLC có thể điều khiển từ đơn giản đến phức

tạp.

1.1.3. PLC

1.1.3.1. Khái niệm PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình,

được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử

lý từ đơn giản đến phức tạp, tùy thuộc và người điều khiển mà nó có thể thực

hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bở

các tác nhân kích thích (hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua

các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm. Khi một sự

kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết

bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC. Như vậy nếu ta thay đổi các

4

chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng

khác nhau trong các môi trường điều khiển khác nhau.

1.1.3.2. Cấu trúc PLC

Một PLC bao gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương

trình và ứng dụng và những modul giao tiếp nhập-xuất.

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển lập trình

1.1.3.3. Hoạt động của PLC

Về cơ bản, hoạt động của một PLC cũng khác đơn giản. Đầu tiên, hệ

thống các cổng vào/ra (Input/Output hay modul xuất/nhập) dùng để đưa các

tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact, tín hiệu từ

động cơ ...). Sau khi nhận được tín hiệu wor đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa

các tín hiệu điều khiển qua modul xuất ra các thiết bị được điều khiển.

5

Hình 1.3 Mô tả hoạt động PLC

Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc

trạng thái của các thiết bị ngoại vi thông qua đầu vào sau đó thực hiện các

chương trình trong bộ nhớ như sau: một bộ đệm chương trính ẽ nhận lệnh từ

bộ nhớ chương trình đưa ra thanh ghi lệnh để thi hành. Chương trình ở dạng

STL ( Statement List – Dạng lệnh liệt kê) hay ở dạng là LADDER (dạng hình

thang) sẽ được dịch ra ngôn ngữ mát cất trong bộ nhớ chương trình. Sau khi

thực hiện xong chương trình sau đó là truyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi

sau đó CPU sẽ gửi hoặc cập nhật tín hiệu tới các thiết bị, được điều khiển

thông qua modul xuất. Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu ở đầu vào, thực hiện

chương trình, truyền thông nội và tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu wor

đầu ra được gọi là một chu kỳ quét.

Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thì lệnh không xử lý trực

tiếp với cổng vào ra mà sẽ xử lý thông qua bộ nhớ đệm. Nếu có sử dụng ngắt

thì chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt sẽ được soạn thảo và

cài đặt như một bộ phận chương trình. Chương trình ngắt chỉ thực hiện trong

vòng quét khi xuất hiện tín hiệu ngắt và có thể xảy ra ở bất kỳ điềm đến nào

trong vòng quét.

6

Hình 1.4 Chu kỳ vòng quét của PLC

Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program Execution), PLC khi

cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF(, các tín hiệu này không được truy xuất

tức thời để đưa ra (Update) ở đầu ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở đầu ra

(ON/OFF) phải theo hai bước: khi xử lý thực hiện chương trình, vi xử lý sẽ

chuyển đổi các mức logic tương ứng ở đầu ra trong “chương trình nội” (đã

được lập trình), các mức logic này sẽ chuyern đổi ON/OFF. Tuy nhiên lúc này

các tín hiệu ở đầu ra”thật” (tức tín hiệu được đưa ra tại modul out) vẫn chưa

được đưa ra, Khhi xử lý kết thức chương trình xử lý, việc chuyển đổi các mức

logic (của các tiếp điểm đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở đầu ra

mới thực sự không tác động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở đầu ra.

Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra dưới thời gian rất ngắn, một

vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 10ms tới

100ms. Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào tốc

độ xử lý lệnh, độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với

các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị...). Vi xử lý chỉ có đọc được tín hiệu ở

đầu vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn một

chu kỳ quét. Nếu thời gian tác động ở đầu vào nhỏ hơn một chu kỳ quét thì xử

lý xem như không có tín hiệu này. Tuy nhiên trong thực tế sản phẩm, thường

các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể

đáp ứng được các chức năng của dây chuyền sản xuất. Để khắc phục khoảng

7

thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chi trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết

kế hệ thống PLC cập nhật tin tức thời, dùng bộ đếm tốc độ cao (High Speed

Counter) các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng

I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn.

1.1.3.4. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp

đã thức đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable

control systems) - hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc

hay quá trình hoạt động. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình PLC

(Programmable Logic Controller) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp

điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc laajo trình trên các lệnh

logic cơ bản. Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định

thời, đếm, v.v..., làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp,

ngay cả với loại PLC nhỏ nhất. Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các

trạng thái tín hiệu ở đầu vào, được đưa về tự quá trình điều khiển, thực hiện

logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị

bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của

PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có

công suất nhỏ ở đầu ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở đầu

vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ le trung gian. Tuy nhien, cần

phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị

có công suất lớn.

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà

không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi

chương trình điều khirn trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên

dùng. Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt

động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi

cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.

8

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thống”, và chúng có

các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.

 Khả năng chống nhiễu tốt.

 Cấu trúc dạng module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm

module mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm module chuyên

dùng).

 Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở đầu vào và đầu ra được chuẩn

hóa.

 Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng – ladder, instruction và function chart –

dễ hiểu và dễ sử dụng.

 Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.

 Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều

khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.

1.1.3.5. Các chủng loại PLC:

Hiện nay, một số PLC được sử dụng trên thị trường Việt Nam:

- Mỹ:Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments,

Cutter Hammer,...

- Đức: Siemens, Boost, Festo...

- Hàn Quốc: LG

- Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,...

Và nhiều chủng loại khác.

Các sản phẩm như: Logo!, Easy, Zen, ... cũng được chế tạo ra để đápứng

những yêu cầu điều khiển đơn giản.

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác

thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ

thống: Robot, Cad/Cam,... Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các

loại PLC với các chức năng điều khiển thông minh (intelligence) còn được

gọi là các siêu PLC (super PLC) cho tương lai.

9

Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị mở rộng khác

như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển

thị, các bộ nhớ Cartridge thêm vào.

1.1.3.6. Ưu điểm của PLC

a) Hệ thống điều khiển cổ điển và những khó khăn của nó.

Vào những năm 1960 -1970, những máy móc tự động được điều khiển

bằng những rơ le điện. Những rơ le điện này được lắp đặt cố định bên trong

bảng điều khiển. Trong một vài trường hợp, bảng điều khiển là quá rộng

chiếm không gian. Mọi kết nối ở ngõ rơ le phải được thực hiện. Đi dây điện

thường không hoàn hảo, nó phải mất nhiều thời gian vì những rắc rối hệ thống

và đây là vấn đề rất tốn thời gian đối với nhà sử dụng. Hơn nữa, các rơ le bị

hạn chế về tiếp điểm. Khi có yêu cầu hiệu chỉnh hay cải tiến thì máy phải

ngừng hoạt động, không gian lắp đặt bị giới hạn và nối dây phải được làm dấu

để phù hợp với những thay đổi. Bảng điều khiển chỉ có thể được sử dụng cho

những quá trình riêng biệt nào đó không đòi hỏi thay đổi ngay thành hệ thống

mới. Trong quá trình bảo trì, các kỹ thuật viên điện phải được huấn luyện tốt

và giỏi trong việc giải quyết những sự cố của hệ thống điều khiển. Nói tóm

lại, bảng điều khiển rơ le cổ điển rất kém linh hoạt và không thay thế được.

. Có quá nhiều dây trong bảng điều khiển.

. Sự thay đổi hoàn toàn khó khăn.

. Việc sửa chữa vô cùng phiền phức vì bạn phải cần đến nhà kỹ thuật giỏi.

. Tiêu thụ điện năng lớn khi cuộc dây của rơ le tiêu thụ điện.

. Thời gian dừng máy là quá dài khi sự cố xảy ra, vì phải mất một thời gian

dài để sửa chữa bảng điều khiển.

. Nó gây ra thời gian dừng máy lâu hơn khi bảo trì và điều chỉnh khi các bản

vẽ không còn nguyên vẹn qua thời gian nhiều năm.

10