Luận văn Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường đại học công nghiệp Việt - Hung

Sau 5 tháng tìm hiểu và nghiên cứu, được sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong phòng Quản lý đào tạo sau đại học, khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là thầy PGS-TS. Nguyễn Thanh Hà, đến nay luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung” đã hoàn thành và đạt được các kết quả sau: - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC. - Nghiên cứu về bộ điều khiển lập trình ZEN của Omron + Tìm hiểu về cấu trúc, câu lệnh, nguyên lý làm việc, cách lập trình của bộ PLC ZEN 20C3AR-A-V2. + Tìm hiểu về cách lập trình, mô phỏng của phần mềm ZEN Support software. + Tìm hiểu cách kết nối bộ Zen với các thiết bị ngoại vi. - Xây dựng được hệ thống thực hành đa năng ứng dụng PLC ZEN - Xây dựng bài giảng thực hành ZEN, bao gồm viết chương trình điều khiển PLC và xây dựng được các bài thực hành: Khởi động động cơ ở chế độ sao - tam giác, đóng mở cửa tự động, điều khiển bãi đỗ xe tự động, trò chơi đường lên đỉnh Olympia, điều khiển đèn giao thông. Kết quả của luận văn đã đạt được là: thiết kế, chế tạo được hệ thống mô hình thực hành đa năng dùng PLC Zen, xây dựng được hệ thống các bài giảng, bài tập thực hành lập trình PLC Zen. Sau khi trực tiếp thực hành trên bộ thiết bị đã chế tạo, có thể nhận thấy hệ thống đã hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Hệ thống hoạt động chính xác, tin cậy, an toàn. Hệ thống bài giảng đã được thử nghiệm tại trường và cho kết quả tốt, sinh viên dễ dàng tiếp cận và nắm bắt được công nghệ. Hướng phát triển của đề tài

pdf102 trang | Chia sẻ: tienthan23 | Ngày: 05/12/2015 | Lượt xem: 1533 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường đại học công nghiệp Việt - Hung, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hạy Thông báo lỗi Nguyên nhân Giải pháp có thể MEMORY ERR Lỗi chương trình Thực hiện chức năng xóa toàn bộ (ALL CLEAR) rồi viết lại chương trình I/O BUS ERR Lỗi nối dây của module mở rộng Tăt nguồn điện và kiểm tra xem module mở rộng đã được nối đúng chưa I2C ERR Lỗi truyền tin giữa bộ nhớ và đồng hồ thời gian thực Bấm bất kỳ nút nào để xóa lỗi. Thay CPU nếu lỗi xảy ra thường xuyên Bảng 2.6. Lỗi khi truyền chương trình từ card nhớ Thông báo lỗi Nguyên nhân Giải pháp có thể M/C ERR Lỗi chương trình trên thẻ nhớ Ghi một chương trình không có lỗi vào thẻ nhớ Chú ý: Dùng phần mềm ZEN để đọc các thông báo lỗi cho loại ZEN không có màn hình 2.5.3. Xoá các thông báo lỗi Các thông báo lỗi sẽ được hiển thị nhấp nháy khi lỗi xảy ra. Tắt điện nguồn và loai bỏ nguyên nhân gây lỗi. Bấm bất kỳ nút chức năng nào để xoá thông báo lỗi. Một khi các lỗi đã được loai trừ, màn hình sẽ trở về bình thường. Bấm 1 trong các nút ESC, OK, DEL, ALT, hay ↑/↓ để xoá thông báo lỗi. Bấm nút bất kỳ để trở về màn hình bình thường. Chú ý: Màn hình hiển thị lỗi sẽ giữ nguyên cho các lỗi bên trong không thể sửa được như lỗi I/O bus và I/O Unit Over. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 36 2.6. Kết luận chương 2 Nội dung chương 2 đã giải quyết được những vấn đề sau Nghiên cứu tổng quan về Zen của OmRon, các đặc điểm cơ bản, phân loại, đặc tính kỹ thuật, đặc tính đầu vào ra, công suất tiêu thụ. Tìm hiểu về các vùng nhớ của Zen Tổng quan về phương pháp lập trình và cách cài đặt thông số trên Zen. Lựa chọn ngôn ngữ hiển thị, cách viết chương trình bậc thang. Nghiên cứu về các chức năng đặc biệt của Zen, bao gồm bảo vệ chương trình, xử lý lỗi, thông báo lỗi. Trên cơ sở những nội dung đã nghiên cứu về Zen của OmRon chương 3 sẽ xây dựng 1 số bài tập thực hành ứng dụng Zen. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 37 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THỰC HÀNH ĐA NĂNG ỨNG DỤNG PLC ZEN Với mục đích thiết kế chế tạo mô hình thực hành PLC đa năng giúp sinh viên thực hành các bài tập: Khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác, Điều khiển bãi đỗ xe tự động, Mở cử tự động, Trò chơi đường lên đỉnh Olympia, Điều khiển đèn giao thông, tác giả dự định thiết kế mô hình thành từng modul bài tập nhỏ. Các Modul này có thể tháo lắp dễ dàng trên các thanh ray thuận tiện cho sinh viên thực hành. Khi cần thực hành tất cả các bài tập cùng một lúc thì sẽ lắp tất cả các modul này trên cùng một bề mặt Panel. Bề mặt các modul này được chế tạo bằng phíp dày 5mm, trên bề mặt có gá lắp các thiết bị ngoại vi và đấu sẵn dây từ các thiết bị ngoại vi về các chân đế giắc cắm. Khi thực hành lập trình, sinh viên có thể tiến hành lập trình trực tiếp trên bộ ZEN hoặc lập trình trên máy tính thông qua phần mềm rồi đổ chương trình vào bộ ZEN, sau đó chỉ việc đấu dây từ bộ ZEN tới các thiết bị ngoại vi thông qua các dây nối giắc cắm. 3.1. Thiết kế bố trí module chứa bộ điều khiển ZEN Bộ PLC ZEN-20C3ARA-V2 là bộ PLC gồm có 12 đầu vào và 8 đầu ra, nguồn điện đầu vào là 220V, tín hiệu đầu vào của ZEN là tín hiệu xoay chiều, tín hiệu đầu ra của ZEN có thể là tín hiệu một chiều và xoay chiều. Để tiện cho việc thực hành tất cả các tín hiệu nối tới đầu vào và đầu ra của ZEN được đấu dây sẵn tới các chân đế giắc cắm. Để đảm bào an toàn trên modul này ta bố trí thêm một ATM một pha để đóng cắt, bảo vệ mạch, phía sau ATM ta nối dây tới các chân đế giắc cắm. Trên modul này ta bố trí thêm 4 cọc chân đế giắc cắm để lấy nguồn điện một chiều. Tất cả các chân đế giắc cắm và thiết bị PLC ZEN được bố trí hợp lý trên một bảng phíp có kích thước 50x60cm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 38 Sơ đồ bố trí thiết bị: Hình 3.1. Sơ đồ bố trí thiết bị modul chứa bộ điều khiển ZEN Mô hình hoàn thiện sau khi thiết kế Hình 3.2. Mô hình hoàn thiện Modul chứa bộ điều khiển Zen Rơ le Rơ le ZEN ATM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 39 3.2. Mô hình thực hành khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác 3.2.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ sao tam giác Trong quá trình sản xuất thực tế, có một số yêu cầu truyền động cần động cơ công suất lớn đấu dây ở chế độ sao tam giác. Nếu khi khởi động ta đấu trực tiếp động cơ này vào lưới điện thì dòng điện sẽ rất lớn có thể gây cháy dây quấn động cơ, hơn nữa dòng điện lớn gây sụt điện áp ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác. Vì vậy khi khởi động người ta thường áp dụng các biện pháp nhằm làm giảm dòng điện dây và điện áp đặt lên động cơ. Phương pháp đơn giản nhất là thực hiện đổi nối sao- tam giác: Khi khởi động thì đấu cuộn dây ở chế độ sao, sau khi khởi động xong thì chuyển về đấu ở chế độ tam giác. Để thực hiện phương pháp này thì động cơ phải đưa sáu đầu dây ra của động cơ và thực hiện đổi nối cách đấu cuộn dây thông qua khởi động từ. Để điều khiển sự làm việc của khởi động từ ta có thể thực hiện bằng cầu dao, hệ thống nút bấm hoặc thông qua bộ điều khiển PLC. Sơ đồ điều khiển khởi động sao- tam giác đơn giản bằng cầu dao có dạng như hình vẽ Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý đổi nối sao - tam giác Với yêu cầu điều khiển này khi thực hiện bằng bộ PLC thì sẽ giảm đáng kể số lượng dây nối. Đây là bài tập cơ bản giúp sinh viên làm quen và thực hành các lệnh đơn giản về Timer động cơ A B C X Y Z nguồn ba pha nối tam giác (2) CD cầu dao đảo nối sao(1)  Y CD1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 40 Yêu cầu bài toán điều khiển: Ấn nút FOR khởi động từ KT và K làm việc động cơ quay theo chiều thuận, sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút REV thì khởi động từ KN và K làm việc động cơ quay theo chiều ngược, sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút Stop động cơ dừng làm việc. 3.2.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt module Với modul thực hành này gồm có 2 nút bấm và 3 khởi động từ. Các thiết bị này được bố trí cân đối trên bề mặt modul có kích thước 50x60cm. Trên bề mặt modul có lắp 40 chân đế giắc cắm để tiện việc đấu dây khi thực hành. Bản vẽ thiết kế modul có dạng như hình vẽ Hình 3.4. Sơ đồ bố trí thiết bị modul đổi nối sao - tam giác KN KT FOR REV STOP K KY Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 41 3.2.3. Xây dựng mô hình thực hành Mô hình thực hành có dạng như hình vẽ Hình 3.5. Mô hình hoàn thiện Modul đổi nối sao - tam giác 3.2.4. Chương trình điều khiển Bảng phân công tín hiệu vào ra: Stop : I0; FOR : I1; REV : I2 Khởi động từ KT : Q1 Khởi động từ KN : Q2 Khởi động từ KY : Q3 Khởi động từ K : Q4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 42 Hình 3.6. Chương trình điều khiển 3.3. Mô hình thực hành lập trình cửa tự động 3.3.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển cửa tự động Việc điều khiển đóng mở cửa tự động ngày nay được ứng dụng rất nhiều trong thực tế, ví dụ như điều khiển đóng mở cửa tự động ở nhà hàng, khách sạn, nhà kho, bãi đỗ xe Việc điều khiển tự động này có thể thực hiện dễ dàng nhờ bộ điều khiển lập trình PLC. Các hệ thống điều khiển cửa tự động có thể dùng mắt thần cảm biến, điều khiển từ xa hoặc các thiết bị kiểm soát ra vào như đầu đọc thẻ,.. để mở hệ thống cửa này.Cửa tự động thường được sử dụng trong công trình, nơi mà sự giao thông bận rộn, kiến trúc hiện đại và yêu cầu vệ sinh cao. Hầu hết đa số các công trình hiện đại ngày nay đều sử dụng cửa trượt tự động cho việc ngăn các không gian công cộng. Sử dụng cửa tự động là sự văn minh của kiến trúc công trình. Khi được lắp đặt, cửa tự động tạo nên sự sang trọng hơn hẳn những công trình khác không có cửa tự động. Công năng của cửa tự động bao gồm: - Tạo một bước đệm để ngăn không khí không lưu thông hoặc giảm lưu thông giữa bên trong và bên ngoài khu vực lắp cửa. Điều này giảm bụi và tiết kiệm không khi lạnh cho điều hòa. - Khi có nhiều người qua lại cửa, nếu mở bằng tay thường không đảm bảo vệ sinh và là tác nhân truyền bệnh từ người này sang người khác Phân loại cửa tự động: Gồm các loại cửa như cửa trượt tự động, Cửa xoay quay tự động 3-4 cánh, Cửa cong tự động, Cửa Lùa Cộng Mở, Cửa Mở Xếp 4 Cánh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 43 Trong khuôn khổ luận văn tác giả lựa chọn loại cửa lùa tự động để điều khiển Yêu cầu bài toán điều khiển: Ấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động. Khi sen sơ S1 phát hiện có người đi vào hoặc sen sơ S2 phát hiện có người đi ra thì cửa được mở ra, chạm công tắc giới hạn mở cửa thì dừng lại. Sau 30s nếu các sen sơ phát hiện không có người thì cửa được tự động đóng lại, chạm công tắc giới hạn đóng cửa thì dừng lại. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy. Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc. 3.3.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt modul Với modul thực hành này gồm có 2 nút bấm, 4 rơle trung gian, một mô hình đóng mở cửa, hai sen sơ, 2 công tắc giới hạn hành trình. Các thiết bị này được bố trí cân đối trên bề mặt modul có kích thước 50x60cm. Trên bề mặt modul có lắp 42 chân đế giắc cắm để tiện việc đấu dây khi thực hành. Sơ đồ bố trí thiết bị modul có dạng như hình vẽ Sơ Hình 3.7. Sơ đồ bố trí thiết bị modul đóng mở cửa tự động ON OFF S1 S2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 44 3.3.3. Xây dựng mô hình thực hành Mô hình thực hành có dạng như hình vẽ Hình 3.8. Mô hình hoàn thiện modul đóng mở cửa tự động 3.3.4. Chương trình điều khiển Bảng phân công tín hiệu vào ra: Start : I1 Stop : I0 Sen sơ S1: I2 Sen sơ S2 : I3 Công tắc giới hạn mở cửa: I4 Công tắc giới hạn đóng cửa: I5 Rơ le mở cửa: Q1 Rơ le đóng cửa: Q2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 45 Hình 3.9: Chương trình điều khiển 3.4. Mô hình trò chơi đường lên đỉnh Olympia 3.4.1. Tổng quan về trò chơi đường lên đỉnh Olympia Hiện nay trên các sân chơi văn hóa văn nghệ của Việt Nam có rất nhiều Gameshow trực tuyến như trò chơi đường lên đỉnh Olympia, 7 sắc cầu vồng, ai là triệu phú, trò chơi âm nhạc Nhiệm vụ của người lập trình là lập chương trình điều khiển theo yêu cầu của luật chơi và chọn ra người trả lời nhanh nhất Đường lên đỉnh Olympia là một cuộc thi kiến thức trên truyền hình dành cho học sinh trung học phổ thông do VTV3 - Đài Truyền hình Việt Nam tổ chức. Cuộc thi này là chương trình có tuổi đời dài nhất trong các chương trình trò chơi truyền hình của VTV3. Qua nhiều năm phát sóng, cứ mỗi năm lại có thêm những cải tiến và những luật chơi mới. Nhìn chung yêu cầu điều khiển cho trò chơi này không đổi và gồm những yêu cầu sau: Yêu cầu điều khiển Trò chơi gồm 3 đấu thủ, mỗi đấu thủ có một nút bấm và một đèn. Ấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động, khi người dẫn chương trình đọc câu hỏi xong nếu đấu thủ nào bấm nút trước thì đèn của đấu thủ đó sẽ sáng, nút bấm của các đấu thủ còn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 46 lại không có tác dụng, đồng thời chuông sẽ kêu lên, sau 5 giây thì chuông và đèn sẽ tắt. Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc. 3.4.2. Thiết kế bố trí thiết bị trên bề mặt modul Mô hình trò chơi gồm 1 nút Start, 1 nút Stop, 3 nút bấm của 3 đấu thủ,3 đèn của 3 đấu thủ, một chuông. Tất cả các thiết bị này được bố trí cân đối trên bề mặt của Mudul có kích thước 60x50cm. Căn cứ vào số thiết bị trên, ta bố trí 22 chân đế giắc cắm có nối dây sẵn từ chân đế giắc cắm đến các thiết bị ngoại vi Bản vẽ thiết kế: Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thiết bị trò chơi đường lên đỉnh Olympia 3.4.3. Xây dựng mô hình thực hành Mô hình sau khi hoàn chỉnh Hình 3.11: Mô hình hoàn thiện trò chơi đường lên đỉnh Olympia ON OFF Nút ấn 1 Nút ấn 2 Nút ấn 3 Chuông Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 47 3.4.4. Chương trình Bảng phân công tín hiệu vào ra Nút Start : I0 Nút Stop: I4 Nút bấm đấu thủ 1: I1 Nút bấm đấu thủ 2: I2 Nút bấm đấu thủ 3: I3 Đèn đấu thủ 1: Q1 Đèn đấu thủ 2: Q2 Đèn đấu thủ 3: Q3 Chuông: Q0 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 48 Hình 3.12. Chương trình điều khiển 3.5. Mô hình thực hành lập trình điều khiển bãi đỗ xe tự động 3.5.1. Tổng quan về hệ thống đóng điều khiển bãi đỗ xe tự động Tại Việt Nam nói riêng, việc đưa “công nghệ hiện đại hóa” vào cuộc sống đời thường cũng đang ngày càng được áp dụng rộng rãi. Đặc biệt là ở những trung tâm giao dịch, thương mại, hoạt động quốc tế, hoạt động xã hội,v.v hay cả những khu sinh sống đông dân cư thì ngay cả việc đảm bảo trong công tác quản lý cũng như an ninh cho những phương tiện đi lại cũng ngày càng được chú trọng. Đáp ứng những yêu cầu cần thiết của người dân, hệ thống Quản lý Bãi đỗ xe đã ra đời. Hệ thống Quản lý Bãi đỗ xe (Parking Control System - PCS) là đối tượng quan tâm của mọi nhà quản lý/chủ đầu tư nhằm đáp ứng/phục vụ cho những mục tiêu thiết yếu thực tế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 49 Hình 3.13: Sơ đồ mặt bằng bãi đỗ xe tự động PCS là một Hệ thống gồm 4 gói nhỏ: Hệ thống hướng dẫn đỗ xe (Parking Guidance System - PGS) Hệ thống kiểm soát vào/ra (Parking Access Control - PAC) Hệ thống đếm xe (Parking Counting System - PCS) * Hệ thống hướng dẫn đỗ xe (Parking Guidance System - PGS) Không gian bãi đỗ xe được chia thành từng tầng, từng vùng để quản lý một cách triệt để. Khi người lái xe đi vào bãi đỗ xe sẽ quan sát thấy bảng điện tử hiển thị thông tin về số chỗ còn trống và hướng đi tới những vị trí còn trống của từng tầng, từng khu vực. Các đèn LED được lắp đặt tại từng vị trí đỗ xe giúp lái xe phát hiện vị trí còn trống từ khoảng cách xa bằng hai màu xanh (còn trống) và đỏ (đã có xe). PGS tối ưu hóa việc quản lý vị trí xe còn trống và giảm thiểu thời gian cho người lái xe tìm kiếm chỗ đỗ xe trong bãi. Nhà quản lý dễ dàng giám sát được tình trạng của bãi đỗ xe, tăng hiệu quả quản lý, tăng doanh thu đồng thời giảm được chi phí điều hành, tối ưu hóa nguồn nhân lực. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 50 * Hệ thống kiểm soát vào/ra (Parking Access Control - PAC) Hình 3.14: Hình ảnh một bãi đỗ xe trong thực tế Với PAC hệ thống bãi đỗ xe sẽ trở nên hoàn toàn tự động. Điểm nổi trội của Hệ thống PAC thể hiện ở chức năng kiểm soát vé bằng thẻ thông minh sử dụng công nghệ RFID kết hợp công nghệ xử lý ảnh nhận dạng biển số nhằm đảm bảo tính an ninh đồng thời giúp cho người quản lý có thể kiểm soát được thông tin chính xác và đầy đủ của từng xe ra vào bãi đỗ. Phần mềm quản lý được thiết kế chuyên nghiệp, linh hoạt và trực quan. * Hệ thống đếm xe (Parking Counting System - PCS) Hệ thống đếm xe VPARK.PCS được sử dụng nhằm thống kê số lượng xe vào và ra,kiểm soát tới từng tầng, từng khu vực của bãi đỗ giúp người quản lý có những thông tin chính xác về số chỗ còn trống của bãi đỗ. Hệ thống sử dụng bảng điện tử hiển thị số chỗ còn trống đặt ở lối vào bãi đỗ xe và ở từng khu vực giúp lái xe dễ dàng tìm được chỗ còn trống . * Phần mềm quản lý bãi đỗ xe (Parking Management Software - PMS) PMS Là phần mềm quản lý bãi đỗ xe đa tính năng,giúp bạn quản lý mọi bãi đỗ xe quy mô vừa và lớn. Phần mềm được thiết kế linh hoạt để phù hợp với nhiều mô hình quản lý khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 51 PMS được xây dựng với giao diện rất trực quan, dễ thao tác. Điểm mạnh của phần mềm đó là có thể được sử dụng kết hợp với phần cứng tạo ra một hệ thống linh hoạt mà nhà đầu tư có thể lựa chọn tùy theo yêu cầu và theo quy mô của từng bãi đỗ xe. PMS tự động thành lập những báo cáo thống kê, phân tích tổng hợp chi tiết, cụ thể, giúp cho nhà quản lý có cái nhìn tổng thể chính xác nhất về toàn bộ hệ thống bãi đỗ xe. Giúp cho nhà quản lý hoạch định những chiến lược kinh doanh hiệu quả hơn. Sự ra đời của Hệ thống Quản lý Bãi đỗ xe đã hoàn toàn đáp ứng được mọi nhu cầu mà trước đó được cho là khó khăn đối với các nhà quản lý. Không chỉ dừng lại ở đó, các nhà nghiên cứu hiện nay đã và đang phát triển và tích hợp Hệ thống quản lý bãi đỗ xe với các hệ thống thông minh trong tòa nhà (BMS) nhằm hỗ trợ/phục vụ/đáp ứng mọi nhu cầu của con người. Từ các yêu cầu thực tế trên, nhằm giúp sinh viên có thể hình dung rõ các yêu cầu cụ thể của một bãi đỗ xe tự động, đề tài lựa chọn phương pháp điều khiển bãi đỗ xe tự động đơn gian như sau: Yêu cầu điều khiển Ấn nút Start đèn xanh sáng. Cửa được mở ra, chạm giới hạn mở cửa LS1 thì dừng lại. Sen sơ S1 đếm số xe vào bãi, sen sơ S2 đếm số xe ra khỏi bãi. Khi trong bãi đã đủ 20 xe thì cửa được đóng lại không cho xe vào, khi chạm giới hạn đóng cửa LS2 thì dừng, đồng thời đèn đỏ được bật lên để báo hiệu đã hết chỗ đỗ xe. Khi có xe đi ra khỏi bãi, nếu số xe trong bãi nhỏ hơn 20 thì cửa lại được mở ra, đồng thời đèn đỏ sẽ tắt. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy. Ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc 3.5.2. Bố trí thiết bị trên bề mặt modul Mô hình điều khiển bãi đỗ xe tự động gồm các thiết bị ngoại vi: 1 nút Start, 1 nút Stop, 2 công tắc giới hạn đóng cửa và mở, 2 sen sơ để đếm số xe vào bãi và ra khỏi bãi, 1 đèn báo hiệu xanh và đỏ, 1 cửa có thể đóng mở. Với số lượng thiết bị ngoại vi như trên ta bố trí 40 chân đế giắc cắm có đấu dây sẵn với các thiết bị ngoại vi. Tất cả các chân đế giắc cắm và thiết bị ngoại vi được bố trí cân đối trên bề mặt modul có kích thước 50x60cm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 52 Bản vẽ thiết kế sơ bộ Hình 3.15: Sơ đồ bố trí thiết bị modul bãi đỗ xe tự động 3.5.3. Xây dựng mô hình thực hành Modul sau khi hoàn chỉnh Hình 3.16. Mô hình hoàn thiện modul bãi đỗ xe tự động ON OFF sen sơ 2 sen sơ 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 53 3.5.4. Chương trình Bảng phân công địa chỉ vào-ra Nút Stop: I0 Nút Start: I1 Sen so S1: I2 Sen so S2: I3 Giới hạn mở cửa: I4 Giới hạn đóng cửa: I5 Đèn xanh: Q1 Mở cửa: Q2 Đóng cửa: Q3 Đèn đỏ: Q4 Hình 3.17. Chương trình điều khiển 3.6. Mô hình thực hành điều khiển đèn giao thông tại ngã tư 3.6.1. Tổng quan về hệ thống đèn giao thông Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là tốc độ ra tăng không ngừng về các loại phương tiện giao thông. Sự phát triển nhanh chóng của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 54 các phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất thường xuyên .Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông thông suốt và sử dụng hiệu quả đèn điều khiển giao thông ở những ngã tư, những nơi giao nhau của các làn đường. Đèn giao thông (còn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thông, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) là một thiết bị được dùng để điều khiển giao thông ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư đông xe qua lại). Đây là một thiết bị quan trọng không những an toàn cho các phương tiện mà còn giúp giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm. Nó được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè. Quy định điều khiển đèn tín hiệu Đèn tín hiệu phải bật từng màu riêng biệt, đèn này tắt mới được bật đèn kia lên, không được bật nhiều màu cùng một lúc. Giữa 2 chiều đường, khi chiều A bật đèn đỏ thì lập tức chiều B phải bật ngay đèn xanh và ngược lại. Khi chuyển từ xanh-đỏ và đỏ- xanh bắt buộc phải bật qua màu vàng, vì màu vàng đệm giữa 2 màu xanh đỏ. Khi bật đèn vàng thì phải bật sáng ở cả 2 chiều đường A và B. Hình 3.18. Hình ảnh một hệ thống đèn giao ở ngã tư Để điều khiển hệ thống đèn giao thông ta có thể dùng các hệ điều khiển khác nhau, nhưng phổ biến và thông dụng nhất là điều khiển bằng bộ PLC Để viết chương trình điều khiển đèn giao thông ta có thể lựa chọn nhiều dòng PLC của các hãng khác nhau. Nhưng với những ưu điểm vượt trội của PLC Zen như: giá thành hạ, dễ thi công , sửa chữa , chất lượng làm việc ổn định linh hoạt .và đặc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 55 biệt là có điều khiển theo thời gian thực nên tác giả đã chọn hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC Zen của hãng Omron Hệ thống đèn giao thông phổ biến gồm 4 cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn gồm 5 đèn trong đó gồm có 3 đèn chính: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ. Ngoài ra, mỗi một hệ thống đèn có một hộp điều khiển từ đó sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đèn. Tín hiệu điều khiển của đèn từ CPU thông qua các cổng ra rồi đến các rơle, rồi qua hệ thống dây nối đến các đèn. Phương thức điều khiển các đèn ở đây là hai cột đèn đối diện nhau sẽ cùng sáng và cùng tắt, các cột đèn này sẽ được đấu song song. Như vậy thực tế khi điều khiển ta chỉ cần điều khiển sự sáng tắt của 2 cột đèn vuông góc với nhau. Vậy tổng số đèn cần điều khiển là 10 đèn Do bộ Zen có 8 đầu ra trong khi đó cần điều khiển 10 đèn, vì vậy ta lắp thêm 4 rơle để điều khiển thêm 2 đèn đỏ đi bộ Yêu cầu điều khiển Hệ thống điều khiển đèn giao thông được khởi động bằng nút ấn Start, dừng bằng nút Stop và hoạt động với 3 chế độ:  Chế độ giờ cao điểm: Từ 6h30 đến 8h30 và từ 16h30 đến 18h30, ở chế độ này  hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 56 Hình 3.19. Sơ đồ thời gian chế độ giờ cao điểm Chế độ bình thường: Từ 8h30 đến 16h30 và từ 18h30 đến 22h30, ở chế độ này hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ thời gian sau: X1 V1 Đ1 Xanh đi bộ 2 Đỏ đi bộ 2 Đ2 X2 V2 Đỏ đi bộ 1 Xanh đi bộ 1 30s 5s 60s 30s 65s 35s 5s 55s 15s 80s Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 57 Hình 3.20. Sơ đồ thời gian chế độ bình thường  Chế độ nghỉ: Từ 22h30 đến 6h30 ngày hôm sau, ở chế độ này tất cả đèn đỏ và đèn xanh đều tắt, tất cả đèn vàng nhấp nháy với chu kì 1s. 3.6.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm Bố trí thiết bị Với mô hình điều khiển đèn giao thông gồm 4 cột đèn đặt ở 4 góc của ngã tư, mỗi cột đèn gồm 5 đèn: 3 đèn báo hiệu cho xe và 2 đèn báo hiệu cho người đi bộ. Ngoài ra trên mô hình còn lắp thêm 4 rơ le để điều khiển đèn đỏ đi bộ. Với số thiết bị ngoại vi như trên ta bố trí 28 chân đế giắc cắm trên bề mặt modul, các chân đế giắc cắm này đều được nối dây sẵn tới các thiết bị ngoại vi để tiện cho việc đấu dây khi thực hành X1 V1 Đ1 Xanh đi bộ 2 Đỏ đi bộ 2 Đ2 X2 V2 Đỏ đi bộ 1 Xanh đi bộ 1 30s 5s 30s 20s 45s 35s 5s 30s 20s 50s Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 58 Hình 3.21. Hình ảnh bố trí đèn giao thông ở ngã tư Bản vẽ bố trí thiết bị Hình 3.22. Sơ đồ bố thiết bị modul đèn giao thông ON OFF 3 2 4 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 59 Mô hình sau khi hoàn chỉnh Hình 3.23. Mô hình hoàn thiện modul đèn giao thông 3.6.3. Chương trình điều khiển Phân công địa chỉ vào ra Stop: I0 Start: I1 Đèn xanh 1: Q0 Đèn vàng 1: Q1 Đèn đỏ 1: Q2 Đèn xanh đi bộ 2: Q3 Đèn xanh 2: Q4 Đèn vàng 2: Q5 Đèn đỏ 2: Q6 Đèn xanh đi bộ 1: Q7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 61 Hình 3.24. Chương trình điều khiển Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 62 Toàn bộ hệ thống mô hình sau khi hoàn chỉnh: Hình 3.25. Toàn bộ các mô hình sau khi hoàn thiện 3.7. Kết luận chương 3 Nội dung chương 3 đã xây dựng được 5 bài thực hành ứng dụng PLC Zen - Hệ thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ sao/tam giác, mô hình cửa tự động, mô hình trò chơi đường lên đỉnh Olympia, mô hình bãi đỗ xe tự động, mô hình đèn giao thông. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển cho mỗi bài thực hành Thiết kế bố trí thiết bị cho các bài thực hành Chế tạo các mô hình thực hành hoàn chỉnh Viết chương trình điều khiển cho các bài thực hành. Từ mô hình thực hành đã chế tạo được ở chương 3, chương 4 sẽ xây dựng bài giảng thực hành PLC Zen. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 63 CHƯƠNG IV XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH ZEN 4.1. Cơ sở lý thuyết chung của phương pháp dạy học thực hành 4.1.1. Khái niệm về thực hành và dạy học thực hành kỹ thuật Trong dạy học, thực hành là hoạt động của sinh viên nhằm vận dụng những kiến thức, hiểu biết về kỹ thuật, rèn luyện kĩ năng kĩ xảo cần thiết. Hoạt động thực hành có hai dạng cụ thể trong mối quan hệ tương hỗ: - Hoạt động thực hành vật chất: là hoạt động thực hành nhằm hình thành, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo lao động, luyện tập các thao tác thực hành trực tiếp trên vật thật, trên các linh kiện, vật dụng cụ thể. - Hoạt động thực hành trí tuệ: là dạng thực hành thông qua giải các bài tập kĩ thuật, thiết kế, tạo lập mô hình, là hoạt động tự học, tự thân vận động khi không có sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo. Dạy học thực hành là một quá trình sư phạm do giáo viên tổ chức với mục đích dạy sinh viên vận dụng kiến thức, kiểm tra lại lý thuyết, hình thành, rèn luyện kĩ năng kĩ xảo lao động, tính cẩn thận chăm chỉ cách bố trí thiết bị,dụng cụ thực hành một cách khoa học. Với đặc thù của trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung là đào tạo kỹ sư thực hành theo hướng công nghệ nên việc nâng cao tay nghề và kỹ năng thực hành cho sinh viên là thực sự cần thiết. Thông qua việc thực hành các bài tập từ đơn giản đến phức tạp, sinh viên sẽ nắm bắt bài học một cách nhanh chóng, rút ngắn khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành làm quen với các công nghệ mới. Việc nâng cao chất lượng đào tạo thực hành tại các cơ sở đào tạo sẽ giúp sinh viên khi ra trường có thể làm việc ngay mà không cần các công ty, doanh nghiệp đào tạo lại. Đây chính là điểm yếu của sinh viên khi ra trường. 4.1.2. Nhiệm vụ của dạy học thực hành Dạy học bằng thực hành có nhiệm vụ: - Hoàn thiện và vận dụng những hiểu biết kĩ thuật ở mức độ khác nhau (đơn lẻ hoặc tổng hợp) vào các thao tác thực hành. - Hình thành và rèn luyện kĩ năng kĩ xảo lao động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 64 - Hình thành và phát triển tư duy về kĩ thuật, bồi dưỡng năng lực nghiệp vụ thực hành, thao tác kĩ thuật. - Thực hiện các chức năng giáo dục (tác phong làm việc nhanh nhẹn, tạo hứng thú và bộc lộ năng khiếu nghề nghiệp, tính cẩn thận, cần cù chăm chỉ trong lao động, an toàn lao động và vệ sinh môi trường), củng cố kiến thức lý thuyết. - Tạo bước chuyển giao không thể thiếu giữa học lý thuyết và thực tế,giữa chương trình đào tạo và thực tế công việc sau khi tốt nghiệp khoá đào tạo ở các trường kĩ thuật. 4.1.3. Phương pháp dạy học thực hành kĩ thuật Trong dạy học thực hành kĩ thuật cần sử dụng linh hoạt, phối hợp nhiều phương pháp, phương tiện dạy học khác nhau, tuỳ theo mục đích và nội dung của bài học. Với đặc thù thực hành môn lập trình PLC tại trường, căn cứ vào cơ sở vật chất và trang thiết bị, giáo viên sẽ áp dụng các biện pháp khác nhau sao cho đạt mục đích giáo dục cao nhất. Giáo viên có thể thao tác thị phạm, gợi ý hướng dẫn phân tích bài toán, trên cơ sở lý thuyết đã được học, sinh viên sẽ vận dụng vào để lập trình điều khiển bài toán. Hiện tại phòng thực hành PLC của trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung gồm có các bộ thực hành của các hãng khác nhau như S7-300, LOGO, CPM1A, CPM2A, ZEN. Trong quá trình thực hành, sinh viên sẽ được làm quen và thực hành lập trình trên các bộ PLC này, thông qua đó sinh viên có thể nhận thấy rằng sự khác nhau giữa bộ lập trình PLC của các hãng là không nhiều. Điểm khác biệt cơ bản giữa các hãng và giữa các bộ điều khiển của cùng một hãng là cách khai báo địa chỉ, câu lệnh và chức năng điều khiển của từng bộ. Khi đã lập trình thành thạo trên một bộ PLC của hãng này thì việc chuyển sang lập trình trên bộ PLC của hãng khác sẽ không gặp nhiều khó khăn. Việc thực hành lập trình thành thạo trên các bộ PLC này sẽ giúp sinh viên có thể nhanh chóng tiếp cận và sử dụng được các bộ điều khiển lập trình PLC khác khi ra trường. 4.2. Xây dựng bài thực hành lập trình điều khiển Zen Với thời lượng chương trình, phần thực hành PLC ZEN sẽ được bố trí sau khi thực hành trên bộ CPM1A và CPM2A của hãng Omron. Mục đích của phần thực hành ZEN là giúp sinh viên làm quen với phần mềm lập trình Zen Support Software và lập Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 65 trình các bài tập cơ bản trên bộ điều khiển ZEN. Phần lập trình ZEN có thời lượng 3 buổi Buổi 1: Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra. Buổi 2: Thực hành với Timer và Counter. Buổi 3: Bài thực hành tổng hợp và nâng cao 4.2.1. Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra.  Mục đích Giúp sinh viên làm quen với phần mềm ZEN Support Software, các lệnh cơ bản ,cách lập trình và cách mô phỏng bằng phần mềm ZEN Support Software  Yêu cầu: - Sinh viên ôn lại kiến thức lý thuyết trước khi lên thực hành - Tìm hiểu ý nghĩa các đèn báo, sơ đồ đấu dây của bộ ZEN 20C3AR-A-V2  Nội dung các bước thực hiện 4.2.1.1. Phần mềm ZEN Support Software a. Yêu cầu cài đặt phần mềm Để cài đặt được phần mềm này yêu cầu cấu hình máy tính Bảng 4.1. Yêu cầu cấu hình máy tính Hệ điều hành Windows 95, 98; ME, 2000, NT4.0 Service Pack 3 CPU Pentium 133Mhz hay cao hơn Bộ nhớ Tối thiểu 64MB Dung lượng đĩa cứng Tối thiểu 40MB trống CD ROM Cần có ổ CD ROM Truyền tin 1 cổng COM RS-232C Chuột và bàn phím Cần có Màn hình SVGA, 256 màu b. Các chức năng chính của phần mềm - Lập trình chương trình dưới dạng ngôn ngữ LAD - Chạy mô phỏng và kiểm tra lỗi - Download và upload chương trình từ máy tính sang Zen và ngược lại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 66 c. Giới thiệu về ZEN 20C3AR-A-V2  Các thông số cơ bản • Loại Zen kiểu kinh tế( không kết nối được với các module mở rộng ) • Có phím bấm và màn hình LCD • Có 20 đầu vào ra ( 12 đầu vào và 8 đầu ra ) • Kiểu đầu vào xoay chiều • Kiểu đầu ra Rơle • Nguồn cấp xoay chiều 220V  Ngôn ngữ lập trình Với PLC Zen của OMRON sử dụng ngôn ngữ LAD để lập trình. Ngôn ngữ này rất thuận tiện và dễ hiểu, vì vậy khoảng 95% người lập trình đều sử dụng ngôn ngữ này. Để thuận tiện cho việc lập trình chúng ta cần nắm rõ các định nghĩa cơ bản của ngôn ngữ LAD và các biểu tượng mà ngôn ngữ LAD sử dụng. Định nghĩa về LAD:LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ, rất phù hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic. Ngôn ngữ có cấu trúc chuỗi bậc thang, mỗi bậc thang là sự kết nối giữa các tiếp điểm và cuộn dây. Đầu ra là kết quả của sự kết nối logic đó. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle. Mạng LAD: là đường nối các phần tử mạng điện thành một mạch hoàn chỉnh 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 đóng đến các hộp các cuộn dây rồi trở về bên phải nguồn. Sơ đồ cấu trúc chương trình theo ngôn ngữ LAD Ví dụ ngôn ngữ LAD Hình 4.1. Sơ đồ cấu trúc chương trình theo ngôn ngữ LAD Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 67 Trong ngôn ngữ LAD thứ tự ưu tiên xử lý logic của chương trình được thực hiện từ trái qua phải và từ trên xuống dưới.  Phương pháp lập trình Tuỳ vào từng loại Zen mà chúng ta có thể lựa chọn phương pháp lập trình cho thích hợp. Có hai phương pháp được sử dụng để lập trình cho Zen: Có thể lập trình trực tiếp bằng phím bấm đối với Zen có màn hình hiển thị LCD (đi kèm phím bấm ). Có thể lập trình bằng máy tính thông qua phần mềm Zen Support Software, máy tính được kết nối với Zen qua một Cable truyền. Trong 2 cách lập trình trên thì cách lập trình trực tiếp trên bộ PLC ZEN mất nhiều thao tác và mất nhiều thời gian nên không thể áp dụng cho sinh viên thực hành lập trình các bài tập được. Để tiết kiệm thời gian, tác giả lựa chọn phương pháp lập trình trên máy tính có cài đặt phần mềm Zen Support Software, sau khi lập trình xong thì sinh viên có thể mô phỏng trên máy tính, nếu chạy tốt thì kết nối với bộ ZEN và đổ chương trình vào ZEN để chạy d. Các bước lập trình. Bước 1: Khởi động phần mềm lập trình ZEN Support Software Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 68 Bước 2: Lựa chọn tạo mới, mở một chương trình có sẵn hay đọc dữ liệu từ PlC ZEN Trong bước này ta phải khai báo đúng cấu hình của bộ ZEN thì máy tính mới kết nối được với bộ ZEN, nếu bộ ZEN kết nối với các modul mở rộng khác thì ta cũng phải khai báo đúng cấu hình của các modul mở rộng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 69 Sau đó màn hình lập trình hiện ra Trong màn hình này ta có thể lựa chọn các kiểu hiển thị của chương trình PLC Zen. - Hiển thị kiểu bậc thang. Chọn View/Circuit display method/Ladder rung diagram Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 70 - Hiển thị theo mạch điện. Chọn View/Circuit display method/Electrical Circuit diagram Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 71 - Ý nghĩa các thư mục trên thanh công cụ. * Thanh công cụ dùng để cài đặt cho chương trình Zen: Bước 3: Viết chương trình theo yêu cầu bài toán Từ màn hình lập trình ta viết chương trình dưới dạng ngôn ngữ Ladder hoặc Circuit. Trong màn hình lập trình của Zen gồm có 95 dòng, mỗi dòng có thể mắc tối đa 3 tiếp điểm và một đầu ra. Để lập trình ta đặt con trỏ vào vị trí dành cho các tiếp điểm, kích vào biểu tượng tiếp điểm trên thanh công cụ, sau đó lựa chọn dạng tiếp điểm là thường đóng hoặc thường mở, tên của tiếp điểm và có thể đánh chú thích để giúp cho đoạn mạch trở nên rõ ràng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 72 Khi muốn lấy đầu ra, ta đặt con trỏ vào cột ngoài cùng có màu xanh lá cây ở bên phải, sau đó kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra trên thanh công cụ và khai báo chủng loại đầu ra, tên của đầu ra, đánh chú thích nếu cần Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 73 Giả sử chương trình điều khiển khởi động động cơ sau khi hoàn chỉnh có dạng như hình vẽ Bây giờ muốn mô phỏng kiểm tra chương trình đã lập trình, ta vào phần Zen/Start simulation trên thành công cụ hoặc ấn phím ctrl+L Sau đó ấn vào nút Run trên thanh công cụ và tác động vào các đầu vào theo dõi sự thay đổi của đầu ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 74 e. Kết nối ZEN với phần mềm lập trình ZEN Support Software Khi kết nối bộ ZEN với phần mềm lập trình trên máy tính, ta phải khai báo đúng cấu hình của bộ ZEN Trong bộ ZEN khi muốn kiểm tra mạch làm việc có đúng yêu cầu hay không ta có thể bấm trực tiếp vào các nút bấm trên bộ ZEN mà không cần kết nối với các thiết bị đầu vào f. Kết nối ZEN với các đầu vào và đầu ra PLC ZEN I3 I2 I1 I0 L N Q0 Q1 Q2 220VAC K1 0V D M 24VDC K2 0V 220VAC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 75 Bộ PLC ZEN 20C3AR-A-V2 là bộ PLC có nguồn nuôi là điện áp 220VAC, điện áp cấp cho các đầu vào là 220VAC, đầu ra là loại rơ le nên có thể dùng nguồn một chiều hoặc xoay chiều. Khi kết nối với thiết bị ngoại vi, ta đấu nối các đầu vào và ra như hình vẽ g. Thực hành với đầu vào - ra * Mục đích: Giúp cho sinh viên lập trình thông thạo các đầu vào/ra. Sử dụng hợp lý các đầu vào/ra của Zen. * Yêu cầu: - Nắm vững kiến thức về hoạt động của các đầu vào/ra - Sinh viên đọc trước bản hướng dẫn lập trình ZEN * Ý nghĩa của các đầu vào và ra • Các bit đầu vào có 2 trạng thái: Thường mở và thường đóng • Các bit đầu ra có 4 trạng thái: - ‘[‘ Đầu ra hoạt động bình thường: Khi được nối điện thì đầu ra có điện, khi mất nối điện thì đầu ra mất điện. - ‘S’ Set bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được set lên 1 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đầu ra nữa hay không. - ‘R’ Reset bit đầu ra: Khi được nối điện thì trạng thái của đầu ra được reset về 0 mà không phụ thuộc vào việc còn nối điện cho đầu ra nữa hay không. - ‘A’ Thay đổi trạng thái đầu ra: Mỗi khi được nối điện trạng thái của đầu ra sẽ chuyển sang trạng thái ngược lại với trạng thái đang có. * Phần thực hành Bài toán: Viết chương trình điều khiển đảo chiều quay trực tiếp động cơ Yêu cầu điều khiển Ấn nút MT động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ, ấn nút MN động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ. Ấn nút D động cơ dừng Các bước thực hiện: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 76  Thực hiện bảng gán địa chỉ vào/ra Bảng 4.2. Gán địa chỉ vào/ra Đầu vào Đầu ra Kí hiệu đầu vào Địa chỉ Kí hiệu đầu ra Địa chỉ  Vẽ sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi  Viết chương trình điều khiển - Cách 1: Sử dụng dạng đầu ra ‘[’ - Cách 2: Sử dụng dạng đầu ra S và R  Mô phỏng và kiểm tra lỗi  Kết nối với thiết bi ngoại vi 4.2.2. Thực hành với Timer và Counter  Mục đích: Giúp cho sinh viên hiểu được bản chất, ý nghĩa của các loại Timer và Counter  Yêu cầu: - Nắm vững kiến thức về Timer và Counter - Đọc trước bản hướng dẫn lập trình ZEN - Lập trình thông thạo các bài toán dùng Timer và Counter.  Nội dung các bước thực hiện 4.2.2. 1. Thiết lập thông số cho các Timer thông thường Đặt con trỏ vào vị trí đầu ra và kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra, sau đó chọn đầu ra là T Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 77 Chọn loại đầu vào Timer và đặt tên Timer Bảng 4.3. Bảng tùy chọn Timer Địa chỉ Timer T0 dến Tf hoặc #0 đến #3 Đầu vào Trigger T(TRG) Điều khiển đầu vào Trigger của Timer. Sẽ kích hoạt Timer khi đầu vào Trigger bật ON Đầu vào Reset R(RES) Điều khiển đầu vào Reset của Timer. Khi đầu vào Reset bật ON giá trị hiện tại của timer (PV) bị xóa về 0. Trạng thái đầu vào Trigger sẽ bị bỏ qua khi đầu vào Reset ở ON Timer bit Sẽ bật tùy theo loại Timer sau đó khi sử dụng tiếp điểm của Timer thì khai báo giá trị đặt, dạng Timer Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 78 • ON delay timer (X) : Bật sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger lên ON • OFF delay timer () : Vẫn ở ON trong khi đầu vào trigger ON và tắt sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger về OFF • One-shot pulse timer (O): Vẫn ON ở trong một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger bật lên ON • Flashing pulse timer (F): Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu kì đặt trước trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON. Bảng 4.4: Sai số của Timer S 00,00 đến 99,99 s (theo đơn vị 0,01 Sai số: 0 đến 10ms M:S 00 phút 01s đến 99 phút 59s (theo đơn vị phút giây) Sai số: 0 đến 1s H:M 00 giờ 01 phút đến 99 giwof 59 phút (theo đơn vị giờ phút) Sai số: 0 đến 1 phút 4.2.2.2. Thiết lập thông số cho Holding Timer (trễ có nhớ) Đặt con trỏ vào vị trí đầu ra, kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra và lựa chọn loại Timer. Khi sử dụng tiếp điểm của Holding Timer thì khai báo giá trị đặt, dạng Timer Tên của Holding Timer (#): Từ #0 đến #3 Ý nghĩa của Holding Timer Bật sau một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên ON. Giá trị hiện hành vẫn được lưu khi timer chuyển từ RUN sang STOP hoặc khi bị ngắt điện. Timer Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 79 lại tiếp tục khi đầu vào kích lên ON. Bít đầu ra của Timer cũng được giữ nguyên trạng thái khi Timer đếm xong. 4.2.2.3. Thiết lập thông số cho Timer @ (Weekly timer) Loại Timer này cho phép cài đặt và lập trình cho thời gian hoạt động của các ngày trong tuần Khi sử dụng loại timer này thì ta chỉ việc chọn tiếp điểm và khai báo tiếp điểm là loạiTimer @, tên của Timer đặt từ 0 đến 7 Bảng 4.5 Các thông số đặt cho Weekly Timer Thông số đặt Ví dụ Hoạt động Khi Start day trước Stop day MO-FR Hoạt động từ thứ 2 đến thứ 6 hàng tuần Khi Start day sau Stop day FR-MO Hoạt động từ thứ 6 đến thứ 2 hàng tuần Khi Start day trùng Stop day MO-MO Hoạt động bất kể ngày trong tuần Start-Stop day Khi Stop day không được đặt FR Chỉ hoạt động vào thứ 6 Khi Start time trước Stop time ON 08:00 OFF 17:00 Hoạt động từ 08:00 đến 17:00 hàng ngày Khi Start time sau Stop time ON 18:00 OFF 7:00 Hoạt động từ 18:00 đến 07:00 ngày hôm sau Time (thời gian) Khi Start time trùng Stop time ON 18:00 OFF 18:00 Hoạt động bất kể thời gian Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 80 4.2.2.4. Thiết lập thông số cho Timer * (Calendar timer) Loại Timer này cho phép cài đặt và lập trình cho hoạt động của các ngày trong năm Khi sử dụng loại timer này thì ta chỉ việc chọn tiếp điểm và khai báo tiếp điểm là loại Timer *, tên của Timer đặt từ 0 đến 7 Bảng 4.6 Các thông số cho Calendar timer Thông số đặt Ví dụ Hoạt động Khi Start date trước Stop date ON 04/01 OFF 09/01 Hoạt động từ 01/04 đến 01/09 Khi Start date sau Stop date ON 04/01 OFF 02/01 Hoạt động từ 01/04 đến 01/02 năm sau Start - Stop day Khi Start date trùng Stop date ON 02/01 OFF 02/01 Hoạt động vào mọi ngày 4.2.2.5. Thiết lập thông số cho Counter Có đến 16 bộ đếm có thể đếm tăng hoặc đếm giảm. Giá trị hiện hành của bộ đếm và trạng thái đầu ra của counter được lưu giữ ngay cả khi thay đổi chế độ hoạt động hoặc khi mất điện. Đầu ra của bộ đếm bật lên on khi giá trị đếm được bằng hay lớn hơn giá trị cài đặt. Giá trị đếm được trở về 0 và đầu ra của bộ đếm (Counter bit) trở về OFF khi đầu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 81 vào Reset bật lên ON. Đầu vào của bộ đếm không có tác dụng đếm khi đầu vào Reset lên ON. Có 3 đầu vào của bộ đếm: • Đầu vào đếm: CC (Count) đếm lên/đếm xuống khi đầu vào đếm lên ‘1’ • Đầu chọn hướng đếm: DC (Direction) nếu = ‘0’ là đếm lên, nếu = ‘1’ là đếm xuống. • Đầu vào xoá số: RC (Reset) khi đầu vào xoá số = ‘1’ thì giá trị đếm trở về‘0’, đầu ra của bộ đếm trở về‘0’. Hình 4.2: Hình giản đồ thời gian của Counter Đặt con trỏ vào vị trí đầu ra, kích vào biểu tượng cuộn dây đầu ra và lựa chọn tên của Counter (từ C0 đến Cf), tín hiệu đầu vào-ra của Counter Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 82 Bảng 4.7 Các thông số đạt cho Counter Counter Address (địa chỉ Couner) C0 đến Cf Counter Input (đầu vào đếm) C Sẽ tăng hay giảm giá trị đếm PV mỗi khi đầu vào này bật lên ON Counter direction Input (Xác định chiều đếm) D Chuyển giữa chế độ đếm tăng hay đếm giảm: OFF: Đếm tăng ON: Đếm giảm Reset input (Reset) R Điều khiển đầu vào Reset của Counter. Khi đầu vào Reset bật lên ON, giá trị hiện tại của Counter (PV) sẽ bị xóa về 0 và bít đầu ra Counter sẽ về OFF. Trạng thái đàu vào đếm sẽ bị bỏ qua khi đầu vào Reset bật ON Timer bit Sẽ bật khi đầu vào đếm đếm đến giá trị đặt Khi sử dụng tiếp điểm của Counter thì khai báo giá trị đặt, loại tiếp điểm và tên của tiếp điểm Counter 4.2.2.6. Phần thực hành Bài 1: Khởi động động cơ ở chế độ sao-tam giác Yêu cầu bài toán điều khiển: Ấn nút FOR khởi động từ KT và K làm việc động cơ quay theo chiều thuận, sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút REV thì khởi động từ KN và K làm việc động cơ quay theo chiều ngược, sau 30s khởi động từ K làm việc. Nếu ấn nút Stop động cơ dừng làm việc. Bài 2: Điều khiển đóng mở cửa tự động Yêu cầu bài toán điều khiển: Ấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động. Khi sen sơ S1 phát hiện có người đi vào hoặc sen sơ S2 phát hiện có người đi ra thì cửa được mở ra, chạm công tắc giới hạn mở cửa thì dừng lại. Sau 30s nếu các sen sơ phát hiện không có người thì cửa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 83 được tự động đóng lại, chạm công tắc giới hạn đóng cửa thì dừng lại. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy. Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc. Các bước thực hiện:  Thực hiện bảng gán địa chỉ vào/ra Bảng 4.8 Gán địa chỉ vào/ra Đầu vào Đầu ra Kí hiệu đầu vào Địa chỉ Kí hiệu đầu ra Địa chỉ  Vẽ sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi  Viết chương trình điều khiển  Mô phỏng và kiểm tra lỗi  Kết nối với thiết bi ngoại vi 4.2.3. Bài thực hành tổng hợp và nâng cao về Zen 4.2.3.1. Mục đích Giúp sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học về lập trình Zen. Nâng cao khả năng giải quyết các bài toán thực tế giúp đạt kết quả tốt nhất trong quá trình tham gia công việc sau này. 4.2.3.2. Yêu cầu - Nắm vững kiến thức lập trình Zen - Lập trình được các bài toán theo yêu cầu - Kết nối thành thạo Zen với các thiết bị ngoại vi 4.2.3.3. Phần thực hành Bài 1: Điều khiển trò chơi đường lên đỉnh Olympia Yêu cầu điều khiển Trò chơi gồm 3 đấu thủ, mỗi đấu thủ có một nút bấm và một đèn. Ấn nút Start hệ thống bắt đầu hoạt động, khi người dẫn chương trình đọc câu hỏi xong nếu đấu thủ nào bấm nút trước thì đèn của đấu thủ đó sẽ sáng, nút bấm của các đấu thủ còn lại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 84 không có tác dụng, đồng thời chuông sẽ kêu lên, sau 5 giây thì chuông và đèn sẽ tắt. Nếu ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc. Bài 2: Điều khiển bãi đỗ xe tự động Yêu cầu điều khiển Ấn nút Start đèn xanh sáng. Cửa được mở ra, chạm giới hạn mở cửa LS1 thì dừng lại. Sen sơ S1 đếm số xe vào bãi, sen sơ S2 đếm số xe ra khỏi bãi. Khi trong bãi đã đủ 20 xe thì cửa được đóng lại không cho xe vào, khi chạm giới hạn đóng cửa LS2 thì dừng, đồng thời đèn đỏ được bật lên để báo hiệu đã hết chỗ đỗ xe. Khi có xe đi ra khỏi bãi, nếu số xe trong bãi nhỏ hơn 20 thì cửa lại được mở ra, đồng thời đèn đỏ sẽ tắt. Quá trình cứ tiếp diễn như vậy. Ấn nút Stop thì hệ thống ngừng làm việc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 85 Bài 3: Điều khiển hệ thống đèn giao thông Hệ thống đèn giao thông phổ biến gồm 4 cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn gồm 5 đèn trong đó gồm có 3 đèn chính: đèn xanh, đèn đỏ và đèn vàng; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ và đèn đỏ người đi bộ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 86 Yêu cầu điều khiển Hệ thống điều khiển đèn giao thông được khởi động bằng nút ấn Start ,dừng bằng nút Stop và hoạt động với 3 chế độ:  Chế độ giờ cao điểm: Từ 6h30 đến 8h30 và từ 16h30 đến 18h30, ở chế độ này hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ sau: X1 V1 Đ1 Xanh đi bộ 2 Đỏ đi bộ 2 Đ2 X2 V2 Đỏ đi bộ 1 Xanh đi bộ 1 30s 5s 60s 30s 65s 35s 5s 55s 15s 80s Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 87  Chế độ bình thường: Từ 8h30 đến 16h30 và từ 18h30 đến 22h30, ở chế độ này hoạt động của đèn được mô tả như giản đồ thời gian sau:  Chế độ nghỉ: Từ 22h30 đến 6h30 ngày hôm sau, ở chế độ này tất cả đèn đỏ và đèn xanh đều tắt, tất cả đèn vàng nhấp nháy với chu kì 1s. X1 V1 Đ1 Xanh đi bộ 2 Đỏ đi bộ 2 Đ2 X2 V2 Đỏ đi bộ 1 Xanh đi bộ 1 30s 5s 30s 20s 45s 35s 5s 30s 20s 50s Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 88 4.2.3.4. Các bước thực hiện  Thực hiện bảng gán địa chỉ vào/ra Bảng 4.9 Gán địa chỉ vào/ra Đầu vào Đầu ra Kí hiệu đầu vào Địa chỉ Kí hiệu đầu ra Địa chỉ  Vẽ sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi  Viết chương trình điều khiển  Mô phỏng và kiểm tra lỗi  Kết nối với thiết bi ngoại vi 4.3. Kết luận chương 4 Nội dung chương 4 đã xây dựng được hệ thống bài giảng thực hành với PLC Zen Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết chung của phương pháp dạy học thực hành. Xây dựng bài thực hành lập trình điều khiển Zen gồm các bước: tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào/ra, thực hành với timer và counter, xây dựng bài thực hành tổng hợp và nâng cao về zen. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 89 KẾT LUẬN Sau 5 tháng tìm hiểu và nghiên cứu, được sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của các thầy cô trong phòng Quản lý đào tạo sau đại học, khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là thầy PGS-TS. Nguyễn Thanh Hà, đến nay luận văn “Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng hệ thống thực hành đa năng tại trường Đại học Công nghiệp Việt - Hung” đã hoàn thành và đạt được các kết quả sau: - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển logic khả trình PLC. - Nghiên cứu về bộ điều khiển lập trình ZEN của Omron + Tìm hiểu về cấu trúc, câu lệnh, nguyên lý làm việc, cách lập trình của bộ PLC ZEN 20C3AR-A-V2. + Tìm hiểu về cách lập trình, mô phỏng của phần mềm ZEN Support software. + Tìm hiểu cách kết nối bộ Zen với các thiết bị ngoại vi. - Xây dựng được hệ thống thực hành đa năng ứng dụng PLC ZEN - Xây dựng bài giảng thực hành ZEN, bao gồm viết chương trình điều khiển PLC và xây dựng được các bài thực hành: Khởi động động cơ ở chế độ sao - tam giác, đóng mở cửa tự động, điều khiển bãi đỗ xe tự động, trò chơi đường lên đỉnh Olympia, điều khiển đèn giao thông. Kết quả của luận văn đã đạt được là: thiết kế, chế tạo được hệ thống mô hình thực hành đa năng dùng PLC Zen, xây dựng được hệ thống các bài giảng, bài tập thực hành lập trình PLC Zen. Sau khi trực tiếp thực hành trên bộ thiết bị đã chế tạo, có thể nhận thấy hệ thống đã hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Hệ thống hoạt động chính xác, tin cậy, an toàn. Hệ thống bài giảng đã được thử nghiệm tại trường và cho kết quả tốt, sinh viên dễ dàng tiếp cận và nắm bắt được công nghệ. Hướng phát triển của đề tài Với thời gian nghiên cứu chưa nhiều, kiến thức và kinh nghiệm thực tế có hạn cho nên nội dung luận văn còn một số hạn chế. Tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hơn để có thể áp dụng tốt kết quả nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, nhất là áp dụng hệ thống PLC Zen trong thực tế sản xuất, ví dụ như trong lĩnh vực điều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 90 khiển bãi đỗ xe tự động, tòa nhà thông minh, điều khiển hệ thống đèn giao thông có hiển thị LED 7 thanh, điều khiển giám sát hệ thống Camera từ xa tại các ngã tư giao thông. Một lần nữa em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo đã dạy bảo em trong thời gian vừa qua, đặc biệt là PGS-TS. Nguyễn Thanh Hà đã theo dõi sát sao, gợi mở các hướng nghiên cứu, tận tình hướng dẫn chỉ bảo để em hoàn thành bản luận văn này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu 91 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà, Tự động hóa với Simatic S7- 300, NXB KHKT 2000 [2] Văn phòng đại diên Omron việt Nam, Hướng dẫn tự học PLC, NXB Lao động xã hội 2005 [3] Nguyễn Văn Liễn, Điều khiển Logic và kỹ thuật PLC, NXB KHKT 1999 [4] Hà Văn Trí, Bài giảng PLC S7-300, Công ty TNHH TM&DV SIS [5] Hướng dẫn thao tác ZEN. Pdf [6] Hướng dẫn tự học CPM1 qua hình ảnh . Pdf [7] “A beginner’s guide to PLC” OMRON, Japan. [8] “Automation with Micro PLC SIMATIC S7-200” Siemens, Germany. [9] Statement List for S7-300 and S7-400 Programming” Siemens, Germany. [10] Lê Văn tiến Dũng. “Điều khiển lập trình PLC và mạng” Đại học kỹ thuật công nghệ TP.HCM, năm 2003. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnghien_cuu_ung_dung_plc_de_xay_dung_he_thong_thuc_hanh_da_nang_3314.pdf
Luận văn liên quan