Tải bản đầy đủ

Thiết kế và thi công cửa tự động bãi gửi xe

Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Lý Tự Trọng
Khoa Điện Tử
----------&----------

Đồ án Điều Khiển Tự Động
Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Cửa Tự Động Của Bãi Đậu Xe

Tên thành viên nhóm:
-

GVHD: Lê Tiến Đạt

Huỳnh Thanh Tiến
Nguyễn Mạnh Tiến
Nguyễn Thanh Tân
Phạm Huỳnh Thiên
Ngô Hữu Ngọc

Thành Phố Hồ Chí Minh
Ngày 10, tháng 4, năm 2014



Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CỬA TỰ ĐỘNG
1.1 Yêu cầu thực tế.....................................................................................................7
1.2 Giới thiệu vài nét về cửa tự động..........................................................................8
1.2.1 Hình ảnh một số cửa tự động ......................................................................17
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
2.1 Đặc điểm bộ lập trình ...........................................................................................8
2.2 Những khái niệm cơ bản.....................................................................................9
2.2.1 PC hay PLC.................................................................................. ...............10
2.2.2 So sánh với các hệ thống điều khiển khác....................................................10
2.3 Cấu trúc phần cứng của PLC............................................................... ...............11
2.3.1 Bộ xử lý trung tâm......................................................................... ...............11
2.3.2. Bộ nhớ và bộ phận khác............................................................... ..............12
2.4 Lợi ích của việc sử dụng plc................................................................................12
...........................................................................................................................................
2.5. Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng plc............................................................12
2.6 Khái niệm cơ bản về vấn đề lập trình plc..........................................................13
2.6.1. Giải thích chương trình ladder.....................................................................14
2.6.2. Ngõ vào và ngõ ra........................................................................................14
2.6.3. Rơ le (---( )---).............................................................................................15
2.6.4. Thanh ghi (Register)......................................................................................15
2.6.5. Bộ đếm..........................................................................................................16
2.6.6. Bộ định thời gian (Timer).............................................................................16
2.6.7. Tập lệnh trong PLC.......................................................................................17
2.7 Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên plc........................ ..................................18
2.7.1. Cơ chế hoạt động............................................................................................18
2.7.2. Phương pháp xử lý.........................................................................................19
2.7.2.1 Phương pháp cập nhật liên tục.....................................................................19
2.7.2.2. Phương pháp xử lý 1 khối...........................................................................20
2.8. Cấu trúc bộ nhớ......................................................................................................20
2.8.1. Phân chia bộ nhớ...........................................................................................21
2.8.2. Vùng dữ liệu.................................................................................................22
2.8.3. Vùng đối tượng.............................................................................................23
2.8.3. Thực hiện chương trình.....................................................................................24
2.9 Ngôn ngữ lập trình của S7-200...............................................................................25

2.9.1 Phương pháp lập trình....................................................................................26
2.9.1.1. Định nghĩa về LAD.................................................................................27
2.9.1.2. Định nghĩa về STL..................................................................................28
2.9.2. Tập lệnh của S7-200...................................................................................29
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ CỬA TỰ ĐỘNG
3.1 Giới thiệu bộ cảm biến............................................................................................29
3.1.1.
Định
nghĩa
..............................................................................................................29
3.1.2. Cảm biến quang...................................................................................................30
3.1.2.1 Nguyên tắc hoạt động................................................................................31
3.1.2.2. Nguồn sáng...............................................................................................32
3.1.2.2.1 Led hồng ngoại........................................................................................33
3.2 Phân loại cảm biến...........................................................................................34
2
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

3.2.1 Cảm biến phát hiện những chùm tia truyền qua ......................
.......................................................................................................................................35
3.2.2 Cảm biến phát hiện những chùm tia phản xạ................................................35
3.2.3
Cảm
biến
phản
xạ
khuếch
tán..................................
.......................................................................................................................................36
3.2.4 Cảm biến sử dụng sợi dẫn..............................
............................................................36
3.3 Các ứng dụng của cảm biến quang thường gặp trong thực tế...................
..........................37
3.4
Các
thông
số
kỹ
thuật
của
E3JM-10M4..........................
.....................................................37
3.5
Giới
thiệu
về
timer

counter.......................
.......................................................................................................................................38
3.5.1
Lệnh
điều
khiển
Timer................
................................................................................................................................39
3.5.2
Lệnh
điều
khiển
Counter.........................
.......................................................................................................................................39
3.6.
Cấu
tạo
động

điện
một
chiều
.....................................
.......................................................................................................................................40
3.7
Bộ
nguồn............................
..................................................................................................41
3.8

hình
bãi
đậu
xe
thực
tế.................................
..................................................................41
CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ CẤU HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG
......................................... 4.1 Yêu cầu công nghệ cửa tự động được thiết kế
......................................................................................................................41
........................4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cửa tự động được thiết kế
......................................................................................................................41
..........................................4.3 Giao diện chính cửa tự động của đề tài thiết kế
......................................................................................................................41

CHƯƠNG 5 : CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO CỬA TỰ
ĐỘNG CỦA BÃI ĐẬU XE
5.1 Lưu đồ thuật toán .........................................................................42
5.1.1 Lưu đồ thuật toán ở cổng khi có xe vào.....................................................42
5.1.2 Lưu đồ thuật toán ở cổng khi có xe ra.......................................................42
5.2
Giản
đồ
thời
gian.............................................
......................................................................42
5.2.1 Giản đồ thời gian khi có xe vào......................................
...........................................43
5.2.2 Giản đồ thời gian khi có xe ra ...........................................
........................................43
5.3
Bảng
phân
công
đầu
vào
đầu
ra....................................
.........................................................43
5.4
Chương
trình
điều
khiển......................................
..................................................................43

3
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Lời nói đầu
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động
hóa, kết hợp với những thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin,
đã cho phép tạo nên một giải pháp tự động hoá hoàn toàn trong mọi lĩnh vực. Có thể
nói tự động hoá đã trở thành xu hướng tất yếu của bất kỳ quốc gia, lãnh thỗ nào.
Ngôn ngữ lập trình PLC đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như:
Chế biến thực phẩm, sản xuất xi măng, gạch... gắn liền với các tên tuổi hàng đầu trong việc
chế tạo các thiết bị tự động hoá như CNC... là các hãng như :Siemens, Honeywell, Alen
Bradley, ABB, Mitsubishi, Omron... và các hệ thống mạng kèm theo là : Hệ thống sản xuất
linh hoạt(FMS), hệ thống điều khiển phân tán (DCS)... đã tạo nên bước phát triển nhảy vọt
trong nền sản xuất công nghiệp.
Hiện nay ở nước ta, PLC đã được đưa vào sử dụng trong nhiều nhà máy, xí
nghiệp để giám sát chặt chẽ các quy trình công nghê, kỹ thuật hết sức phức
tạp, nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành, đáp ứng kịp thời
yêu cầu ngày càng cao của xã hội.
Xuất phát từ thực trạng giao thông ở các thành phố lớn ở nước ta (như Hà
Nội, Tp Hồ Chí Minh) và các nước trên thế giới, với sự gia tăng ngày càng
lớn của các phương tiện giao thông (đặc biệt là ôtô), một nhu cầu về bãi đậu
đỗ cho các phương tiện giao thông là yêu cầu cấp bách. Một mặt, giảm tắt
nghẽn giao thông, nó còn đem lại mặt thẩm mỹ cho một thành phố lớn hiện
đại. Với lý do đó, nhóm chúng em đã khảo sát thiết kế một mô hình cửa tự
động Qua một thời gian hơn 1 tháng tìm hiểu và thực hiện đề tài nhờ được
sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Lê Tiến Đạt và các thầy cô trong Bộ môn
Điều khiền tự động, chúng em đã hoàn thành đề tài.
4
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Mặc dù đã hết sức cố gắng, song chắc chắn đề tài còn có nhiều thiếu sót. Kính mong
được sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo. Chúng em xin chân thành cảm ơn .

TPHCM, ngày 1 tháng 4 năm 2014
Nhóm Sinh viên thực hiện

Nhận xét của GVHD
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
5
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
..........
Tân Bình, ngày

, tháng

, năm 2014

GVHD

Lê Tiến Đạt

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CỬA TỰ ĐỘNG

1.1. Yêu cầu thực tế.
Ngày nay do đòi hỏi của cuộc sống, kèm theo sự phát triển của xã hội, mật độ dân số
ngày cứ tăng lên. Ở những nơi công cộng như nhà ga, siêu thị, bệnh viện ....người và phương
tiện qua lại rất nhiều. Chính vì những lí do trên mà nhóm em ứng dụng cửa tự động vào đời
sống thực tiễn, đặc biệt nhóm em sẽ thiết kế cửa tự động cho bãi đậu xe. Yêu cầu của cửa tự
động là phải auto khi có người hoặc phương tiện qua lại. Nguyên tắc hoạt động của cửa tự
động là nhờ vào mắt thần sensor phát hiện vật thể và chuyển tới motor khi có người hoặc
phương tiện tới gần mà không cần tới sự tác động của con người. Chính vì là cửa tự động nên
tiết kiệm được chi phí và nhân công rất nhiều. Do nhóm chỉ mới ứng dụng vào thực tiễn còn
nhiều sai xót mong Thầy và các bạn lượng thứ, nhóm sẽ cố gắng hoàn thiện hơn trong thời
gian sớm nhất.
1.2. Giới thiệu vài nét về cửa tự động.
Cửa tự động ( Auto Door - Cua tu dong ) trong thực tế chúng ta có thể bắt gặp một số dạng sau :
1. Loại cửa trượt tự động một cánh ( single Auto door - Cua tu dong ) mở về bên phải hoặc bên trái.
Loại này rail thường dài 2m hoặc hơn một chút. Khẩu độ mở rộng nhất là 1 mét, thường lắp đặt trong
những
phòng
làm
việc

diện
tích
hẹp.

6
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

2. Loại cửa trượt tự động 2 cánh ( bi-parting sliding Auto door - Cua tu dong ) : Loại cửa này dùng 2
cánh đóng mở về hai phía ngược chiều nhau. Khẩu độ rộng từ 2 tới 3 mét thường dùng cho các văn
phòng làm việc lớn như phòng trưng bày sản phẩm, sảnh nhà hàng, bệnh viện , ngân hàng, phòng họp,
trung
tâm
hôi
nghị

nhiều
công
trình
khác
nữa...
3. Loại cửa trượt tự động 4 cánh ( Folder sliding Auto door - Cua xep tu dong ) : còn gọi là cửa trượt
xếp, các cánh cửa khi mở sẽ xếp chồng nhau giúp tiết kiệm không gian và tăng khẩu độ mở đến lớn
hơn 4 mét. Loại cửa trượt tự động ( Cua tu dong ) này thường lắp đặt ở những nơi có lưu lượng người
qua lại lớn như nhà ga xe điện, ga tàu hỏa, ga hàng không ...
4. Loại cửa trượt cong và cửa xoay vòng : loại cửa này chiếm nhiều không gian và ít được sử dụng.

1.2.1 Hình ảnh một số cửa tự động.

Cửa xoay

Cửa cuốn

7
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Cửa cuốn chống cháy

1.2.2 Nguyên lý hoạt động cửa tự động
Trong nghành tự động hóa đang khá là hot ở Việt Nam , thì cửa tự động là một trong
những sản phẩm được nhiều người ưa chuộng nhất. Do cấu trúc an toàn cho hệ thống an ninh
cũng như tiện lợi sử dụng và thẩm mỹ nên hiện nay nó được sử dụng khá nhiều tại các thành
phố cũng như doanh nghiệp công ty. Nguyên tắc hoạt động của nó khá phức tạp nhất là loại
cửa tự động sử dụng mô tơ. Hãy cùng tìm hiểu và rút ra nguyên tắc hoạt động của loại cửa
này qua bài viết dưới đây :
1. Bộ phận mô tơ
Loại mô tơ mà cửa tự động tại Việt Nam hay sử dụng là loại mô tơ một chiều , không
chổi nan 24VDC , tùy vào loại cửa mà dùng loại 60W hoặc 75W. Với loại mô tơ này cửa tự
động có thể hoạt động tốt , lâu hơn mà không bị nóng. Khi cửa tự động vận hành thường
không bị rung hoặc rung nhẹ do thiết kế của moment xoắt lớn giúp cho máy có thể tăng tốc và
tăng lực khởi động nhanh và hệ thống gá được thiết kế đặc biệt
2) Bộ điều khiển của cửa tự động
Cửa tự động là một sản phẩm rất thông minh ngoài chế độ đóng mở thông thường , nó
còn có thể kết hợp với nhiều dụng cụ thiết bị hiện đại khác như đầu đọc thẻ , khóa điện… để
đảm bảo anh ninh và an toàn.
Cửa có thể quay lại và đổi hướng nếu gặp chướng ngại vật. Đây là một chức năng rất tuyệt
vời của cửa tự động, nó giúp người sử dụng hoặc vật dụng khi mắc kẹt ở cửa sẽ không bị kẹp.
8
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Nguyên tắc cho hoạt động này là gặp vật cản nó sẽ lại mở ra và từ từ khép lại, nếu gặp 3 lần
liên tục như vậy thì nó sẽ dừng lại và chờ lệnh hoạt động trở lại từ mắt thần sensor
3) Mắt thần Sensor
Đây là một bộ phận cảm biến có độ nhạy cao và có tầm quét cảm ứng vật cản tốt với
tốc độ khá nhanh.
4) Hộp kỹ thuật cửa tự động. (Rail Base)
Được chế tạo bằng nhôm, có độ bền và cứng cao nhằm giúp cho khung không bị mòn
hay biến dạng trước va đập thông thường khi dùng.

CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
2.1 ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH :
Hiện nay nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự
phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable logic control). Hệ thống sử
dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong hoàn cảnh đó bộ
điều khiển lập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền
thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dể dàng và
linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiện
được những tác vụ khác như làm tăng khả năng cho những hoạt động phức tạp.
Panel
lập
trình

Bộ nhớ
chương
trình
Bộ nhớ
dữ liệu.

Đơn vị
điều
khiển

Khối ngỏ
vào

Mạch giao tiếp
cảm biến

Khối ngỏ
ra

Mạch công suất
& cơ cấu tác
động


đồ khối
Nguồn
cấpbên
điệntrong PLC.
9
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ 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
ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà không cần có các
mạch giao tiếp hay rơle trung gian.Tuy nhiên, 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 mà không cần có sự thay đổi
nào về mặt kết nối dây; sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển 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 hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải
thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
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 modul do đó dễ dàng thay thế , tăng khả năng (nối thêm modul mở rộng
vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng).
− Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá.
− Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat dể hiểu và dể 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.

2.2 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN.
Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kĩ sư hãng General Motors. Vào năm
1968 họ đã đề ra các chỉ tiêu kĩ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công
nghiệp:
− Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong nhà máy.
− Cấu trúc dạng modul để dễ dàng bảo trì và sửa chữa.
− Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp.
− Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ-le chức năng tương đương.
− Giá thành cạnh tranh .
Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kĩ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu về khả
năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp. Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra thêm một
số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: tập lệnh từ các lệnh logic đơn giản được
hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau đó là các lệnh xử lý toán học, xử
lý bảng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số liệu số thực 32 bit, xử lý thời gian thực
đọc mã mạch, vv...
Đồng thời sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả như bộ nhớ lớn
hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều modul chuyên dùng hơn. Vào những năm 1976
PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra bằng kĩ thuật truyền thông, khoảng 200 mét .
Các họ PLC của các hãng sản xuất phát triển từ loại hoạt động độc lập chỉ với 20 ngõ
vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước đến các PLC có cấu trúc modul nhằm
dễ dàng mở rộng thêm khả năng và các chức năng chuyên dùng khác .
− Xử lý tín hiệu liên tục (analog).
10
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

− Điều khiển động cơ servo, động cơ bước.
− Truyền thông.
− Số lượng ngõ vào/ra.
− Bộ nhớ mở rộng.
Với cấu trúc modul cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển
dùng PLC với chi phí và công sức ít nhất.
2.2.1. PC hay PLC .
Một số thuật ngữ dùng để mô tả bộ điều khiển lập trình .
+ PC Programmable Controller (Anh )
+ PLC Programmable Logic Controller (Mỹ) .
+ PBS Programmable Binary System (Thuỵ Điển) .
Thuật ngữ PC thể hiện ý nghĩa tổng quát nhất về bộ điều khiển lập trình nhưng thuật
ngữ PLC để phân biệt với máy tính cá nhân.
2.2.2. So sánh với các hệ thống điều khiển khác

11
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Bảng 2.1: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển.
Chỉ tiêu so sánh
Giá thành từng
chức năng
Kích thước vật ly
Tốc độ điều
khiển
Khả năng chống
Nhiễu
Lắp đặt
Khả năng điều
khiển tác vụ
phức tạp
Để thay đổi điều
khiển
Công tác bảo trì

Rơ - le
Khá thấp

Mạch số
Thấp

Máy tính
Cao

PLC
Thâ

Lớn
Chậm

Khá gọn
Khá nhanh

Rất gọn
Nhanh

Xuất sắc

Rất gọn
Rất
nhanh
Tốt

Khá tốt

Tốt

Mất thời gia
thiết kế lắp
đặt
Không

Mất thời
gian thiết
kế


Mất nhiều thời gian
lập trình

Lập trình và lắp
đặt đơn giản





Rất khó

Khó

Khá đơn giản

Rất đơn giản

Kém -có rất
nhiều công tắc

Kém-nếu
IC được
hàn

Kém -có nhiều mạch
điện tử chuyên dùng

Tốt -các modul
được tiêu
chuẩn hóa

Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm vào phần cứng và phần mềm làm cho nó trở
thành bộ điều khiển công nghiệp đươc sử dụng rộng rãi.
2.3 Cấu trúc phần cứng của PLC:
PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào/ra. Trạng thái ngõ
vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic trên các
trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cập nhập và lưu vào bộ
nhớ đệm. Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng mở các tiếp điểm
kích hoặt các thiết bị tương ứng

12
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Bus Địa chỉ

Bộ
đệm

Bus Điều khiển

Bộ nhớ
chương
trình

Bộ nhớ
chương
trình

EEPROM

EPROM

CPU

Nguồ
n pin

bộ vi
xử lý

Clock

tuỳ chọn

Bộ
đệm

Bộ
đệm

Bộ
nhớ
hệ
thống

Bộ
nhớ
dữ
liệu

ROM

RAM

Khối
vào
ra

Bus Dữ Liệu

Bus hệ thống (Vào/Ra)

Bộ đệm

Mạch chốt

Bộ lọc

Mạch giao tiếp

Pannel lập trình

Mạch cách ly

Kênh ngõ ra

Kênh ngõ vào

Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC

13
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

2.3.1. Bộ xử lý trung tâm CPU (Center Processing Unit).
Bộ xử lý trung tâm để điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong của PLC.Việc
trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào ra được thực hiện thông qua hệ thống bus
dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn
cho CPU thường là 1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được sử dụng.
Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và được dùng để thực hiện sự đồng
bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống.
2.3.2. Bộ nhớ và bộ phận khác:
Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau :
− ROM (Read Only Memory): đây là bộ nhớ đơn giản nhất (loại chỉ đọc) nó gồm các
thanh ghi, mỗi thanh ghi lưu trữ một từ với một tín hiệu điều khiển, ta có thể đọc một từ ở bất
kỳ vị trí nào. ROM là bộ nhớ không thay đổi được mà chỉ được nạp chương trình một lần duy
nhất.
− RAM (Random Access Memory): là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, đây là bộ nhớ thông
dụng nhớ để cất giữ chương trình và dữ liệu của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bị mất
khi mất điện. Do đó điều này được giải quyết bằng cách luôn nuôi RAM bằng một nguồn pin
riêng.
− EEPROM: Đây là loại bộ nhớ maö nó kết hợp sự truy xuất linh hoạt của RAM và bộ
nhớ chỉ đọc không thay đổi ROM trên cùng một khối, nội dung của nó có thể xoá hoặc ghi lại
bằng điện tuy nhiên cũng chỉ được vài lần.
− Bộ nguồn cung cấp: Bộ nguồn cung cấp của PLC sử dụng hai loại điện áp AC hoặc DC,
thông thường nguồn dùng cấp điện áp 100 đến 240V; 50/60Hz, những nguồn DC thì có các
giá trị :5V, 24V DC
− Nguồn nuôi bộ nhớ: Thông thường là pin để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu
có trong bộ nhớ, nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt và nó phải
thay vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất.
− Cổng truyền thông: PLC luôn dùng cổng truyền thông để trao đổi dữ liệu chương trình,
các loại cổng truyền thông thường dùng là: RS232, RS432, RS485. Tốc độ truyền thông tiêu
chuẩn: 9600 baud.
− Dung lượng bộ nhớ: Đối với PLC loại nhỏ thì bộ nhớ có dung lượng cố định (thường là
2K) dung lượng chỉ đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp do giá
thành bộ nhớ giảm liên tục do đó các nhà sản suất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn
cho các sản phẩm của họ.
2.3.3. Khối vào ra:
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5V DC;15V DC (điện áp cho
TTL, CMOS) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều, thường là 24V DC
đến 240V DC với dòng lớn.
Khối vào/ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử PLC với các mạch công suất
bên ngoài, kích hoạt các cơ cấu tác động: Nó thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín
hiệu và cách ly. Tuy nhiên khối vào ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động
có công suất nhỏ (<= 2 A) nên không cần các mạch công suất trung gian hay rơle trung gian.
Có thể lựa chọn các thông số cho các ngõ ra ,vào với các yêu cầu điều khiển cụ thể :
- Ngõ vào: 24 V DC; 110 V AC hoặc 220V AC
14
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

- Ngõ ra: Dạng rơle, transistor hay triac.
+ Loại ngõ ra dùng rơle: có thể nối với cơ cấu tác động làm việc với điện áp AC hay
DC, cách ly dạng cơ nên đáp ứng chậm, tuổi thọ phụ thuộc dòng tải qua rơle và tần số đóng
tiếp điểm.
+ Loại ngõ ra dùng Triac: Kết nối được giữa cơ cấu tác động làm việc với điện áp AC
hoặc DC có giá trị từ 5 v đến 242v, chịu được dòng nhỏ hơn so với dùng rơle nhưng tuổi thọ
cao và tần số đóng mở nhanh.
+ Loại ngõ ra dùng transistor: Chỉ nối cơ cấu tác động làm việc với điện áp từ 5 đến
30v DC, tuổi thọ cao và tần số đóng mở nhanh.
 Tất cả các ngõ vào/ra đều được cách ly quang trên các khối vào ra.
Mạch cách ly quang dùng một điốt phát quang và một transistor quang. Mạch
này cho phép tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức
tín hiệu chuẩn hơn nữa mạch này có tác động chống nhiễu khi chuyển công
tắc và bảo vệ quá áp từ nguồn điện cung cấp (có thể tới 1500V).
2.4 LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG PLC.
Cùng với sự phát triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày càng tăng được các
tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp. Kích thước của PLC hiện
nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng
mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ
thống.
Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ đồ hệ
thống, các đường nối dây, các tính hiệu ở ngõ vào/ra …), mà không phải thay đổi kết cấu của
hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển
(đối với hệ thống điều khiển relay …) khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao
tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt
hơn.
Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dể dàng lắp đặc do chiếm một khoảng không gian
nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác. Điều này càng tỏ ra thuận lợi
hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn
thời gian hơn các hệ thống khác.
Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện
qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc (trouble
shoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc sửa chữa thuận lợi
hơn.
2.5. MỘT VÀI LĨNH VỰC TIÊU BIỂU ỨNG DỤNG PLC.
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công
nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức
năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi
tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu
ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:
− Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân
đông trong nghành hóa …
− Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặt
máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…
− Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình cán, gia nhiệt …
15
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

− Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thu nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu
hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy .
− Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình
sản xuất, cân đông, đóng gói, hòa trộn …
− Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất lượng.
− Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin …) các
trạm cần hoạt động tuầu tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ).
2.6 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ VẤN ĐỀ LẬP TRÌNH PLC.
Yêu cầu chính của ngôn ngữ lập trình là phải dễ hiểu, dễ sử dụng trong việc lập trình
điều khiển, điều này ý muốn nói rằng cần phải có ngôn ngữ cấp cao với đặc điểm là
các lệnh và cấu trúc chương trình thể hiện được các tác vụ điều khiển, không phức tạp
và không mất nhiều thời gian để nắm bắt ngôn ngữ so với các ngôn ngữ cấp cao khác
hiện được sử dụng trên máy tính.
Sơ đồ mạch điều khiển dạng bậc thang là phương pháp phổ biến nhất để mô tả
mạch rơle logic.
Ngôn ngữ lập trình ladder có dạng giống như sơ đồ mạch điện bậc thang, gọi
là ngôn ngữ ladder, rất phù hợp để tạo các chương trình điều khiển logic; đối với
những người thiết kế máy đã quen thuộc với các hệ thống điều khiển rơle truyền
thống.
2.6.1. Giải thích chương trình ladder:
Ở đây ta giải thích mối quan hệ giữa mạch điện vật lý và chương trình Ladder, ta xét
mạch điều khiển động cơ theo hình vẽ sau :
Đ

a)
X001

X002

X003

X004

( Y001)

b)

a) Mạch điện ladder điều khiển động cơ
b) Chương trình ladder điều khiển
Như vậy ta thấy chương trình Ladder gồm 2 cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng với
các ký hiệu công tăcõ logic và rơle logic tạo thành một nhánh mạch điện lôgic nằm ngang.
Ở đây logic đều được biểu diễn bằng 3 công tắc thường mở, một công tắc logic thường
đóng và một rơle logic (ngõ ra logic động cơ).
Điều cần thiết cho công việc thiết kế cho chương trình Ladder là phải lập tài liệu về hệ
thống và mô tả hoạt động của chúng một cách nhanh chóng và đúng đắn.
2.6.2. Ngõ vào và ngõ ra:
Ngõ vào và ngõ ra là các bộ nhớ một bít, các bit có ảnh hưởng trực tiếp đến
trạng thái ngõ ra/vào vật lý, ngõ vào nhận trực tiếp tín hiệu cảm biến và ngõ ra là các
rơle, transistor, triac.
Các ngõ vào ra cần được ký hiệu và đánh số để có địa chỉ xác định và duy
nhất mỗi hãng sản xuất có cách đánh số riêng nhưng về ý nghĩa thì cơ bản là giống
nhau.
16
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

X0

Y0

PLC

Ngõ vào
Xn

Ngõ ra
Yn

X17
y17
Thực chất là một bộ nhớ 1 bit và có tác dụng như rơle phụ trợ vật lý trong mạch điều
khiển dùng rơle truyền thống nên được gọi là rơle logic. Theo thuật ngữ máy tính Rơle
còn được gọi là cờ, được ký hiệu là M và được đánh số thập phân M0 ; M500 ; ...M800).
∗ Phân loại rơle logic:
Rơle chốt (Latched Relay): rơle được chốt là rơle duy trì được trạng thái khi không
cấp điện cho PLC. Loại rơle này được ứng dụng trong trường hợp sau: Nếu nguồn cung
cấp điện bị hỏng khi PLC đang ở trạng thái hoạt động thì tất cả các ngõ ra đều tắt (Off),
trạng thái off vẫn được duy trì trừ trường hợp chúng được kích hoạt khi PLC được cấp
điện trở lại để thực hiện được trạng thái đó trong chương trình thì ta không kích trực tiếp
các ngõ ra mà phải dùng rơle đựơc chốt làm trạng thái trung gian kích các ngõ ra.
Rơle trạng thái (State Relay): được sử dụng chuyên dùng trong điều khiển trình tự và
thường được gọi là trạng thái STL ( Step Ladder) cờ trạng thái ký hiệu là S và được đánh
số thập phân S0; S10; S22.
Rơle chuyên dùng (Special Relay): Rơle dùng để điều khiển và quan sát trạng thái hoạt
động bên trong PLC và được gọi là cờ chuyên dùng .
+ Cờ chuyên dùng giám sát
M8000 : M8000 = 1⇔ PLC đang ở trạng thái chạy (Run) .
M8002 : M8002 = 1⇔ PLCđang chuyển trạng thái từ Stop đến Run.
M8013 .Xung clock 1 giây nghĩa là trạng thái chuyển đổi tuần tự với chu kỳ một giây.
+ Cờ chuyên dùng điều khiển .
M 8003: lên 1 thì tất cả các trạng thái ngõ ra được duy trì khi PLC dừng hoạt động.
M 8200: Dùng để điều khiển bộ đếm lên xuống .

2.6.3. Rơ le (---( )---):

2.6.4. Thanh ghi (Register):
Thực chất là bộ nhớ 16 bit và được dùng để lưu trữ số liệu, thanh ghi được kí
hiệu là D và được đánh số thập phân: D0;D200; D800 ;D 8002
Phân loại:
− Thanh ghi dữ liệu (Data Register): Thanh ghi loại này được dùng để lưu trữ dữ liệu
thông thường trong khi tính toán dữ liệu trên PLC.
− Thanh ghi chốt (Latched Register): Thanh ghi này có khả năng duy trì nội dung (chốt)
cho đến khi nó được ghi chồng bằng một nội dung mới, khi PLC chuyển từ trạng thái RUN
sang STOP thì dữ liệu trong các thanh ghi vẫn được duy trì.
− Thanh ghi chuyên dùng (Special Register): Dùng để lưu trữ kết quả dữ liệu điều khiển
và giám sát trạng thái hoạt động bên trong PLC thường dùng kết hợp với các cờ chuyên dùng
các thanh ghi này có thể sử dụng trong chương trình Ladder, ngoài ra các trạng thái hoạt động
của hệ thống PLC hoàn toàn có thể xác định được .
17
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

− Thanh ghi tập tin (Thanh ghi bộ nhớ chương trình Program Memory Register): Chiếm
từng khối 500 bước bộ nhớ chương trình được sử dụng đối với các ứng dụng mà chương trình
điều khiển cần xử lý nhiều số liệu (các thanh ghi RAM có sẵn không đủ đáp ứng).
− Thanh ghi điều chỉnh được từ biến trở bên ngoài (External Adjusting Register): trên các
PLC có sẵn các biến trở dùng để điều chỉnh nội dung của một số thanh ghi dành riêng nội
dung các thanh ghi này có giá trị từ 0 → 255 tương ứng với vị trí biến trở tối thiểu và tối đa.
− Thanh ghi chỉ mục ( Idex Register ): Thanh ghi này dùng để hiệu chỉnh chỉ số của các
toán hạng logic (Thanh ghi, cờ, bộ đếm, bộ định thì...) một cách tuỳ động. Kí hiệu là V, Z.
− Dl : Thanh ghi đã được đánh số cố định .
− D lv : Thanh ghi được đánh số tuỳ động nghĩa là : D lv = D (l + v)
2.6.5. Bộ đếm:
Bộ đếm (counters): Được dùng để đếm các sự kiện, bộ đếm trên PLC được gọi là
bộ đếm logic vì nó là bộ nhớ, trong PLC được tổ chức có tác dụng như là bộ đếm vật
lý số lượng bộ đếm có thể sử dụng tùy thuộc loại PLC.
Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C0; C 128 ; C225 ...
Phân loại:
− Bộ đếm lên: nội dung của bộ đếm tăng 1khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm
− Bộ đếm xuống: nội dung bộ đếm giảm1 khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm
− Bộ đếm lên-xuống: nội dung bộ đếm tăng 1 hay giảm1, tùy thuộc cờ chuyên dùng cho
phép chiều đếm, khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm.
− Bộ đếm pha: bộ đếm loại này thực hiện đếm lên hay xuống tùy thuộc vào sự lệch pha của
hai tín hiệu xung kích bộ đếm, thường dùng với encoder.
− Bộ đếm tộc độ cao: bộ đếm này đếm được xung kích có tần số cao, 20 KHz trở xuống
tùy thuộc số lượng, bộ đếm loại này được sử dụng đồng thời. Bộ đếm loại này còn được chế
tạo riêng trên modul chuyên dùng; khi đó tần số đếm có thể đạt đến 50KHz
− Các loại bộ đếm trên có thể là :
− Bộ đếm 16 bít: bộ đếm 16 bít thường là bộ đếm chuẩn bộ đếm này có thể đếm được
khoảng giá trị từ -32.768 đến +32.767
− Bộ đếm 32 bít bộ đếm 32 bít có thể là bộ đếm chuẩn, nhưng nó thường là bộ đếm tốc độ
cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng.
− Bộ đếm chốt: bộ đếm có đặc tính này có khả năng duy trì nội dung đếm, ngay cả khi
PLC không được cấp điện; có nghĩa là, khi PLC được cấp điện trở lại, bộ đếm này có thể tiếp
tục thực hiện chức năng đếm tại con số đếm trước đó.
2.6.6. Bộ định thời gian (Timer):
Được dùng để định thời các sự kiện, bộ định thời trên PLC được gọi là bộ định thời
logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC được tổ chức có tác dụng như là bộ định thời vật lý, số
lượng bộ định thời tuỳ thuộc vào PLC. Thực chất nó là bộ đếm xung với chu kì thay đổi, chu
kì xung kích bằng đơn vị ms (mili giây) hoặc µs và được gọi là độ phân giải. Ý nghĩa của độ
phân giải là bộ định thời có độ phân giải càng cao thì sẽ định thời được thời gian lớn.
Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân: T0; T 200 ; T246.
Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải
− Độ phân giải 100 ms ⇔ khoản thời gian định thì từ 0,1 → 3276,7s
− Độ phân giải 10 ms ⇔ khoản thời gian định thì từ 0,01 → 327,67s
− Độ phân giải 1 ms ⇔ khoản thời gian định thì từ 0,001 → 32,767s
18
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

2.6.7. Tập lệnh trong PLC.
Kỹ thuật lập trình cho PLC phổ biến nhất là vẽ sơ đồ Ladder thể hiện mạch logic
(logic Ladder) sau đó chuyển đổi sang chương trình dòng lệnh (Instructions). Những lệnh
có thể được nhập từ thiết bị chuyên dùng lập trình nối với PLC qua cổng lập trình
(Programming port). Các lệnh này có dạng tương tự như lệnh của ngôn ngữ assemply,
nhưng tham số có liên quan đến ngõ vào, ngõ ra, thanh ghi, bộ đếm, bộ định thời và các
tác vụ khác.
Tập lệnh bao gồm lệnh cơ bản (Basic Instructions) và lệnh ứng dụng. Lệnh ứng dụng
được lập trình từ các lệnh cơ bản thực hiện những tác vụ cấp cao hơn (24 bộ lệnh) và
được cập nhật thường xuyên. Tập lệnh của các hãng khác nhau thì không giống nhau về
từ khoá (tên lệnh) nhưng tương tự nhau về hoạt động.
Lệnh được tạo bởi 2 phần: Tên lệnh và tham số lệnh.
Lệnh cơ bản chỉ có thể chỉ có tên lệnh, thực hiện chức năng rẽ nhánh, hợp nhánh.
Ngoài tên lệnh còn có thêm một hoặc hai tham số thực hiện các chức năng cơ bản.
Lệnh ứng dụng có ít nhất một tham số gồm tham số nguồn và tham số đích.
+ Tham số nguồn nhận tác động của lệnh.
+ Tham số đích dùng để lưu kết quả tác động của lệnh tương ứng.
2.7 CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU TRÊN PLC.
2.7.1. Cơ chế hoạt động.
Khi chương trình được nạp vào PLC chúng được đặt trong 1 vùng nhớ riêng được gọi là
bộ nhớ chương trình.
Bộ xử lý có thanh ghi bộ đếm lệnh dùng để trỏ đến lệnh kế tiếp sẽ được thi hành khi
CPU thực thi 1 lệnh nào đó. Khi 1 lệnh được lấy từ CPU thì nó được đặt vào thanh ghi
lệnh để giải mã thành các vi lệnh bên trong CPU.

Hệ thống bus

X00o
X001

Ngõ vào
Ngõ ra

Khối
ngõ vào

Ram ngõ
Vào

Trạng thái
ngõ vào
được lưu
vào Ram

y000
y001

ALUThanh

Ghi
NgõlogicX00X
10X21

RAM ngõ ra

Thanh ghi
lệnh
LD X000Bộ

NgõlogicY00Y
10Y21

y002
Khối
ngõí ra

CPU

Trạng thái
ngõ ra được
lưu vào khối
ngõ ra

đệm
lệnh
000

Xử lý tín hiệu trong CPU
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân

Chương trình điều
khiển Ram hay
EEPROM
BướcLệnh
000LDX000001A
NDX001002OUT
Y000 --N
ENDThực hiện

sao chép vaì tråí
vãö âáöu chæång
trçnh

19


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

Khi PLC được sử dụng đặt sang chế độ chạy chương trình (Run model) thì bộ đếm lệnh
chỉ đến 0000, vị trí lệnh đầu tiên như hình vẽ trên. Bộ vi xử lý lấy lệnh ra giải mã và thi
hành lệnh, trường hợp này là LDx000. Bộ vi xử lý kiểm tra phần tử đầu tiên của mạch
logic, công tắc thường mở và ngõ vào x000. Trạng thái của ngõ vào được giữ trong cổng
đệm của ngõ vào. Vì vậy CPU sẽ quét bộ nhớ RAM và ghi trạng thái x000 vào bộ nhớ
tạm. Sau đó bộ đếm chương trình sẽ tự động tăng giá trị lên 1 để chỉ đếm lệnh kế tiếp
ANDx001 và thực thi lệnh này. Bộ xử lý lại tiếp tục quét Ram ngõ vào để biết trạng thái
x001 thực hiện lệnh logic AND cho x000 và x001 và lưu kết quả tạm thời. Kế tiếp bộ đếm
chương trình tăng lên đến giá trị x003, lệnh OUT y000 được thi hành và CPU chuyển kết
quả logic của tác vụ trước đó, tác vụ x000 và x001 vào Ram cho ngõ ra y000. Hoạt động
này cứ tiếp tục như thế cho đến khi toàn bộ chương trình được đặc lại giá trị 0000, chương
trình được thi hành tức là gặp lệnh END và bộ đếm chương trình đặt lại giá trị 0000,
chương trình được thi hành (quét) lại từ đầu, nghĩa là theo chu kì liên tục.
Bộ đếm chương trình có thể tăng 1 khoảng giá trị (không tăng lên 1 như thường lệ) do lập
trình bằng lệnh nhảy (lệnh JMP) vì thế đoạn chương trình sẽ không được xử lý.
2.7.2. Phương pháp xử lý:
-Có 2 phương pháp xử lý tín hiệu vào/ra trên PLC:
+ Cập nhật liên tục.
+ Xử lý 1 khối.
2.7.2.1 Phương pháp cập nhật liên tục:
Trong phương pháp này, CPU phải mất 1 khoảng thời gian để đọc trạng thái của các ngõ
vào sẽ được xử lý. Khoảng thời gian trên thường là 3ms, nhằm tránh tác động xung nhiễu
gây ra bởi công tắc ngõ vào. Các ngõ ra được kích trực tiếp (nếu có) theo sau tác vụ kiểm
tra logic. Trạng thái các ngõ ra được chốt trong khối ngõ ra, nên trạng thái của chúng
được duy trì đến lần cập nhật kế tiếp.
Bắt đầu theo thứ tự
Lấy
Lệnh
Giải


Thực
Hiện
Lệnh
Đầu
Tiên
≈5µs

Kiểm
Tra
Trạng
Thái
Các
Công
Tắc
Ngõ
Vào

Chuyển
Sang
Lệnh
Kế
Tiếp

Kiểm
Tra
Trạng
Thái
Ngõ
Ra

3ms

5µs

3ms

Chuyển
Sang
Lệnh
Kế Tiếp

5µs

Cập
Nhật
2 Kích
Hoạt
Ngõ
Ra

V.V...

3ms

Thời gian quét ngõ vào đáp ứng
2.7.2.2. Phương pháp xử lý 1 khối:
Trường hợp các PLC loại lớn có hàng trăm ngõ vào ra, vì CPU chỉ xử lý xung lệnh trong
chương trình. Trạng thái của từng ngõ vào được kiểm tra riêng biệt để xác định sự ảnh
hưởng của nó lên chương trình, theo trên khi khoảng thời gian để thực hiện tác vụ này là
20
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

3ms và tổng thời gian quét toàn bộ chương trình gọi là chu kì quét hay thời gian quét sẽ
tăng tỉ lệ thuận khi số ngõ vào tăng
Bắt đầu theo thứ tự

Lưu tất cả các trạng
Thái ngõ vào bộ
Nhớ RAM

Lấy lệnh giải mã và
Thực hiện lệnh

Thời gian phụ thuộc
Vào độ lớn toàn bộ
chương trình (1 bước
mất khoảng 5ms)

Lưu tất cả các trạng
Thái ngõ vào trong
bộ Nhớ RAM vào
khối Ngõ ra và trạng
thái các ngõ vào
trong bộ nhớ RAM.
Mất khoảng thời gian
cố định 5ms

Thời gian quét ngõ vào và đáp ứng
Để sự thực thi chương trình được nhanh hơn, việc cập nhật trạng thái ngõ vào và ngõ ra
có thể được thực hiện tại 1 thời điểm đặc biệt nào đó trong quá trình xử lý chương trình. Ở
đây 1 vùng nhớ RAM được dùng như vùng nhớ đệm giữa CPU với khối ngõ vào ra. Từng
ngõ vào và ra được cấp phát 1 ô nhớ trong vùng RAM này. Trong khi lưu trạng thái các ngõ
vào/ra vào RAM, CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng thái của chúng vào RAM, tác vụ này
được thực hiện vào đầu và cuối chu kì quét chương trình.
Khi chương trình được thực hiện, trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong RAM được đọc
ra các tác vụ logic được thực hiện theo các trạng thái trên, và kết quả trạng thái của các ngõ ra
được lưu vào RAM ngõ ra. Sau đó vào cuối chu kì quét, quá trình cập nhật trạng thái vào/ra
chuyển tất cả tín hiệu ngõ ra từ RAM vào khối ngõ ra tương ứng, kích các ngõ ra trên khối
vào/ra. Khối ngõ ra được chốt, nên chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập
nhật ở chu kì quét kế tiếp.
Tác vụ cập nhật trạng thái vào ra trên được thực hiện bởi CPU bằng một đoạn chương
trình con được lập sẵn bởi nhà sản suất. Như vậy chương trình con sẽ được thực hiện vào cuối
chu kì quét hiện hành và đầu chu kì quét kế tiếp. Lúc đó trạng thái của các ngõ vào/ra được
cập nhật.
Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số ngõ vào/ra sử dụng nhưng
nó thường là vài ms. Thời gian thực thi chương trình chu kì quét phụ thuộc vào độ lớn của
chương trình điều khiển.
2.8 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7-200
2.8.1 Phương pháp lập trình:
- S7-200 biểu diễn một mạch lôgic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương trình bao
gồm một tập dãy các lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên
và kết thúc ở lệnh lập trình cuối trong một vòng. Một vòng như vậy được gọi là vòng quét
(scan).
- Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào, và sau đó
thực hiện chương trình. Scan cycle kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra. Trước khi
21
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7 - 200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền
thông.
- Cách lập trình cho S7 - 200 nói riêng và cho các PLC của Siemens nói chung dựa trên
hai phương pháp cơ bản: Phương pháp hình thang (Ladder Logic viết tắt thành LAD) và
phương pháp liệt kê lệnh (Statement List viết tắt thành STL).
2.8.1.1. Định nghĩa về LAD: LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những thành
phầìn cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle.
Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh lôgic như sau:
-Cuộn dây (coil): Là biểu tượng
( )
mô tả rơle được mắc theo chiều dòng điện
cùng cấp cho rơle.
- Hộp (box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi dòng điện chạy đến
hộp. Những dạng hàm thường biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer) , bộ đếm
(Counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện.
- Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn
bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên
phải là dây trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp. Dòng điện chạy từ trái qua các
tiếp điểm đống đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn.
2.8.1.2. Định nghĩa về STL: Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện
chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những
câu lệnh hình thức biểu diển một chức năng của PLC.
Để tạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử
dụng 9 Bít ngăn xếp logic của S7-200, ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bít chồng lên
nhau .như hình vẽ sau:

S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8

Stack 0- bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp
Stack 1- bit thứ hai của ngăn xếp
Stack 2- bit thứ ba của ngăn xếp
Stack 3- bit thứ bốn của ngăn xếp
Stack 4- bit thứ năm của ngăn xếp
Stack 5- bit thứ sáu của ngăn xếp
Stack 6- bit thứ bảy của ngăn xếp
Stack 7- bit thứ tám của ngăn xếp
Stack 8- bit thứ chín của ngăn xếp

Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bít đầu tiên hoặc với bít
đầu và bít thứ hai của ngăn xếp. Khi phối hợp hai bít đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ
được kéo lên một bít.
2.9.2. Tập lệnh của S7-200
Tập lệnh của S7-200 được chia làm ba nhóm:
- Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn
xếp (lệnh vô điều kiện).
22
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

- Các lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá tri logic bằng 1 (lệnh có
điều kiện).
- Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh.
Cả hai phương pháp LAD và STL sử dụng ký hiệu I để chỉ định việc thực hiện tức thời
(immediately), tức là giá trị được chỉ định trong lệnh vừa được chuyển vào thanh ghi ảo đồng
thời được chuyển tới tiếp điểm được chỉ dẫn trong lệnh ngay khi lệnh được thực hiện chứ
không phải chờ tới giai đoạn trao đổi tới ngoại vi của vòng quét. Điều đó khác với lệnh không
tức thời là giá trị được chỉ định trong lệnh chỉ được chuyển vào thanh ghi ảo khi thực hiện
lệnh.

* Các lệnh vào ra của chương trình
Dạng lệnh
LAD

Mô tả chức năng lệnh và toán hạng
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi có giá trị logic bit bằng 0,
và sẽ mở khi có giá trị logic bằng 1.

n

STL

LDN

LAD

n
Tiếp điểm thường hở sẽ được đóng nếu giá trị logic bằng 1 và sẽ
hở nếu giá trị logic bằng 0.

n

STL

LD

Toán hạng : Bit : I, Q, M, SM, T, C, V(n)

n

Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng cung cấp. Nếu dòng cung cấp
có tiếp điểm đảo thì nó ngắt mạch, và ngược lại.

LAD
STL

NOT
Lệnh nhận biết trạng thái chuyển từ 0 lên 1 trong một chu kì
quét. Khi chuyển từ 0 lên 1 thì sẽ cho thông mạch.

LAD
STL

EU
Lệnh nhận biết sự chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 trong một chu
kì quét. Khi chuyển từ 1 xuống 0 thì thông mạch.

LAD
STL

ED

LAD
STL

=

n
Dùng để đóng một mảng gồm n tiếp điểm kể từ giá trị ban đầu
bit

LAD
STL

S

S_bit

n

Toán hạng : Bit : I, Q, M, SM, T, C, V, IB, QB, MB, SMB,
23

SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

LAD
STL

R

S_bit

n

Bảng 2.4 Các lệnh dịch chuyển nội dung ô nhớ

Dạng lệnh
L

MOV_B
EN

A
D

IN OUT

STL MOVB IN OUT
L

MOV_W
EN

A
D

IN OUT

STL MOVW IN OUT
L

MOV_D
EN

A
D

IN OUT

STL MOVD IN OUT
L

MOV_R
EN

A
D

IN OUT

STL MOVR IN OUT

Mô tả chức năng lệnh và toán hạng
Sao chép nội dung của byte IN sang OUT
Toán hạng :IN:VB, IB, QB,MB, SMB, SB, AC,Cons,
*VD,*AC
OUT:VB,IB,QB, MB, SMB, SB, AC, *VD, *AC
Sao chép nội dung của Word IN sang OUT
Toán hạng :IN:VW,T,C,IW,QW, MW, SMW, SW AC,
AIW,Const,*VD,*AC
OUT:VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, SW, AC, AQW, *VD,
*AC
Sao chép nội dung của Dword (Double Word) IN sang OUT
IN: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, HC, *VD, *AC, &VB, &IB,
&QB, &MB, &T, &C, &SB, Const
OUT: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, AC, *VD, *AC
Sao chép nội dung của Real (số thực) IN sang OUT.
Toán hạng : IN: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, AC, Cons,
*VD,*AC
OUT:VD, ID, QD, MD, SMD, SD, AC, *VD, *AC

CHƯƠNG 3
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC THIẾT BỊ CỬA TỰ ĐỘNG
24
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Đồ án Điều Khiền Tự Động

GVHD:Lê Tiến Đạt

3.1 GIỚI THIỆU BỘ CẢM BIẾN:
3.1.1. Định nghĩa:
Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để biến đổi các đại lượng vật lý
và các đại lượng không điện cần đo thành các đại lượng có thể đo được (như dòng điện, điện
thế, điện dung, trở kháng...). Nó là thành phần quan trọng nhất trong một thiết bị đo hay trong
một hệ điều khiển tự động. Cúng có mặt trong các hệ thống phức tạp, người máy, kiểm tra
chất lượng sản phẩm, tiết kiệm năng lượng chống ô nhiễm môi trường và ứng dụng rộng rãi
trong lĩnh vực giao thông vận tải, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, ôtô, trò chơi điện tử,
v.v..
3.1.2. Cảm biến quang:
3.1.2.1 Nguyên tắc hoạt động:
Tia hồng ngoại, tia tử ngoại có đặc tính là sóng điện từ nên đều có tính chất lưỡng tính
sóng hạt, ta quan sát thí nghiệm:
Chùm tia sáng
Kính lọc sắt

Theo hiệu ứng Compton khi các phôton ánh sáng có tần số thích hợp đập lên bề mặt
Katôt, các electron trên bề mặt điện cực Katôt bị kích thích tích luỹ thêm năng lượng đủ lớn
để thắng được công liên kết, nó sẽ bức ra khỏi bề mặt Katôt đi về phía Anôt làm tăng độ dẫn
điện của phôt quang điện, kết quả là gây ra sự tăng dòng điện trong mạch đi từ Anôt sang
Katôt. Hiệu ứng này dùng chuyển đổi quang năng thành điện năng nên nó còn gọi là hiệu ứng
quang điện.

WB

Vùng dẫn
Vùng cấm

WL

WG

Vùng hoá trị

WP = h.f (Năng lượng của ánh ánh sáng)
WP = WL + WĐ (Năng lượng để phá vở liên kết
đồng hoá trị)
WL + WĐ = WB
=>WP ≥ WB

3.1.2.2. Nguồn sáng:
- Tia hồng ngoại là một loại ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Nó là
dạng khác của bức xạ điện từ, tồn tại ngay dưới vùng ánh sáng đỏ có thể nhìn thấy trong dải
phổ ánh sáng của bức xạ diện từ.
25
SVTH: Tiến-Tiến-Ngọc-Thiên-Tân


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×