Luận văn Tìm hiểu, nghiên cứu, sử dụng PLC CPM1A để thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động

Các vấn đề cơ bản đã được nghiên cứu và thực hiện: - Tìm hiểu chung về tình hình giao thông tại Việt Nam, giới thiệu một số loại bãi đỗ xe tự động trên thế giới. - Nghiên cứu, tìm hiểu sâu hơn về PLC và phần mềm Syswin cùng với những ứng dụng của chúng trong các quá trình tự động hóa. - Ứng dụng PLC xây dựng được mô hình điều khiển bãi đỗ xe tự động với yêu cầu đặt ra là: Sức chứa trong bãi đỗ là 10 xe, cửa vào, cửa ra bãi đỗ xe riêng biệt. Cửa vào và ra mở, đóng tự động khi có xe vào và xe ra, cửa vào chỉ mở khi trong bãi còn sức chứa.

doc64 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 19/11/2013 | Lượt xem: 3981 | Lượt tải: 25download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Tìm hiểu, nghiên cứu, sử dụng PLC CPM1A để thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Luận văn Tìm hiểu, nghiên cứu, sử dụng PLC CPM1A để thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế Việt Nam, số lượng phương tiện giao thông đã tăng một cách nhanh chóng. Phương tiện cá nhân tăng lên, đòi hỏi việc xây dựng các đỗ xe cũng như yêu cầu các bãi đỗ xe phải được tự động hóa tăng theo. Bên cạnh đó sự tiến bộ trong công nghệ điện tử, tin học ngày nay thực sự là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thế giới. Ở nước ta kỹ thuật điện tử - tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kỹ thuật vi xử lý. Hiện nay người ta đã sản xuất ra những thiết bị có kết cấu nhỏ gọn dạng máy tính mà bên trong có chứa bộ vi xử lý và có thể lập trình được. Đó chính là các thiết bị điều khiển có lập trình "Programmable Logic Controller" viết tắt là PLC. So với quá trình điều khiển bằng mạch điện thông thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn, chẳng hạn như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt, dễ dàng thay đổi công nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, được ứng dụng trong phạm vi rộng, độ tin cậy cao. Có rất nhiều các hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình với nhiều loại và khả năng ứng dụng khác nhau. Trong bản đồ án này em đi sâu vào tìm hiểu, nghiên cứu, sử dụng PLC CPM1A để thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự động. Nội dung bản đồ án gồm các phần như sau: Chương I: Giới thiệu chung bãi đỗ xe Chương II: Giới thiệu chung về PLC và phần mềm lập trình Syswin Chương III: Ứng dụng PLC CPM 1A xây dựng mô hình điều khiển bãi đỗ xe tự động. Kết luận: Tóm tắt các kết quả đã đạt được, đồng thời phân tích mặt tồn tại và đề xuất hướng phát triển của đồ án. Do thời gian và trình độ có hạn nên bản đồ án của em không tránh khỏi những khiếm khuyết cần phải hoàn thiện thêm. Em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn của các Thầy, Cô giáo và các bạn đồng nghiệp. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÃI ĐỖ XE 1.1 Tình hình giao thông tại các Thành phố Việt Nam Từ khi nền kinh tế Việt Nam chuyển từ kế hoạch hoá tập trung sang nền kinh tế thị trường thì bức tranh về kinh tế của Việt Nam có nhiều điểm sáng, mức sống của người dân được cải thiện từng bước, được bạn bè các nước trong khu vực và quốc tế hết lòng ca ngợi về những thành tựu đổi mới trong quá trình xây dựng đất nước. Tuy mức tăng trưởng kinh tế của Việt Nam đạt được là khá cao nhưng đi liền với nó là vấn đề về tai nạn giao thông và ùn tắc giao thông, đặc biệt là giao thông đường bộ, số vụ giao thông không ngừng tăng cả về quy mô và số lượng. Cho nên nhiều người thường nói rằng giao thông đường bộ ở Việt Nam giống như một quả bong bóng dẹp được chỗ này thì chỗ khác lại ùng ra, có không biết bao nhiêu là chiến dịch, chỉ thị nhưng chỉ được một thời gian ngắn lại đâu vào đấy. Nguyên nhân chủ yếu dẫn tới tình trạng này thì có nhiều: Do sự lấn chiếm hành lang an toàn giao thông, sự gia tăng quá nhanh của các phương tiện giao thông cá nhân và ý thức của người tham gia giao thông quá kém và chưa được cải thiện nhiều trong những năm gần đây. Bên cạnh đó cũng phải kể đến đường xá của chúng ta quá nhỏ hẹp, nhiều khúc cua 90 độ trong khi đó có quá nhiều các biển báo cấm và biển báo hiệu trên một đoạn đường, vỉa hè thì bị lấn chiếm làm nơi kinh doanh bán hàng, để xe ô tô dẫn tới tình trạng người tham gia giao thông bị khuất tầm nhìn, nhiều đoạn đường xuống cấp quá nhanh có nguy cơ tiềm ẩn tai nạn giao thông. Có thể nói rằng cứ ở đâu có đường là ở đó có nhà dân thậm chí các doanh nghiệp, các nhà máy các khu công nghiệp cũng coi bám mặt đường là một lợi thế. Vì thế “trăm hoa đua nở” dẫn đến không kiểm soát được. Thời gian qua, tất cả các địa phương ra quân triển khai mạnh mẽ tháng ATGT nhưng tình hình TTATGT trên địa bàn cả nước vẫn diễn biến rất phức tạp. Theo thống kê của Cục CSGT đường bộ- đường sắt và Uỷ ban ATGT Quốc gia, tính đến hết tháng 9, cả nước đã xảy ra tới 10.518 vụ TNGT làm 9.510 người chết và 10.700 người bị thương. Điều này dẫn đến hậu quả về kinh tế và gánh nặng cho xã hội là rất lớn. Theo số liệu thống kê mới nhất, có tới 50% số người tham gia giao thông không dùng đèn báo khi chuyển hướng, 85% không dùng còi đúng quy định, 70% không dùng phanh tay, 90% không sử dụng đúng đèn chiếu sáng xa, gần và 72% không đội mũ bảo hiểm khi ngồi trên mô tô trên những tuyến đường bắt buộc. Ngoài ra, tình trạng vượt đèn đỏ, uống rượu bia say, chở quá tải, quá tốc độ trong thời gian qua vẫn luôn ở mức báo động và rất khó kiểm soát. Hình 1.1: Tình hình ùn tắc giao thong tại các thành phố ở Việt Nam 1.2 Khái niệm về hệ thống bãi đỗ xe tự động Chỉ sau khi ngành công nghiệp ô tô ra đời một thời gian ngắn, từ những năm 20 của thế kỷ trước, hệ thống đỗ xe ô tô tự động cũng đã xuất hiện nhằm đáp ứng nhu cầu về chỗ đỗ xe ô tô, đặc biệt ở các khu vực trung tâm, siêu đô thị; Hệ thống đỗ xe tự động nếu trước đây chỉ hiện diện tại các nước Bắc Mỹ, Tây Âu thì đến nay chúng đã trở thành một phần không thể thiếu trong giao thông công cộng ở các nước đang phát triển.Về mặt công nghệ, ngày nay toàn bộ quá trình sắp xếp chỗ đỗ xe, quản lý thời gian lưu bãi hoàn toàn thực hiện bằng công nghệ điều khiển học.Trạm đỗ xe tự động không chỉ được lắp đặt như những công trình nổi, mà còn được thi công ngầm trong lòng đất, dưới lòng sông.Đối với tầng lớp công dân tại các đô thị lớn của Việt Nam hiện nay, khả năng tài chính không còn là vấn đề lớn mà đôi khi bài toán về chỗ đỗ xe mới là trở lực ngăn cản họ sở hữu một chiếc ôtô riêng. Hệ thống đỗ xe tự động hay còn gọi là hệ thống đỗ xe thông minh: là một công nghệ điều khiển tự động, sử dụng chủ yếu các pallet và thang nâng, cho phép đỗ được nhiều xe ô tô hơn trên cùng một diện tích không gian; Hệ thống đỗ xe tự động là một giải pháp an toàn – tiết kiệm. 1.3. Giới thiệu một số hệ thống bãi đỗ xe tự động 1.3.1 Hệ thống cầu trục-di chuyển Cầu trục : cầu trục tự hành có nhiệm vụ nâng hạ và dịch  chuyển bàn thao tác ( pallet)    Bàn thao tác có cơ cấu móc kéo chuyển pallet ( khay chứa xe oto) thực hiện thao tác vào/ra vị trí lưu đỗ. Cơ cấu chấp hành có thể sử dụng nhiều dạng khác nhau  Đặc điểm : Hệ thống này có kết cấu nguyên lý đơn giản dễ điều khiển và thông dụng, thích hợp với mô hình vừa và nhỏ do hạn chế về chiều cao của cầu trục . Hệ thống có tốc độ xử lý khá cao và linh hoạt sử dụng cho bãi đỗ công cộng, chung cư, công sở Nhược điểm: Hệ thống hạn chế chiều cao nâng chuyển và phát thải ồn cơ học   Hệ số sử dung diện tích: 60% -Rộng: 7,5m -Dài:30-50m -Cao: 10m -Số lượng:60-100 vị trí Hình 1.2: Bãi đỗ xe của Toyota 1.3.2 Hệ thống thang nâng-quay vòng ngang -Thang nâng Thang nâng trong hệ thống này có dạng thang máy: nâng, hạ pallet theo phương đứng.  -Cơ cấu vạn chuyển trên 1 tầng theo phương pháp đấy/ kéo trượt ngang các pallet theo một vòng chòn khép kín ( pallet có thể dịch chuyển theo 2 phương nằm ngang trên 1 tầng) -Cơ cấu chấp hành xếp vào/lấy ra khá đơn giản theo nguyên tắc “ăn khớp” truyền lực giữa các pallet với nhau Ưu điểm : Hệ thống này cho hệ số sử dung diện tích khá cao (>80%) thường sử dung cho bãi đỗ ngầm và nổi tòa cao ốc . Nhược điểm của hệ thống này là giới hạn diện tích sử dụng, chi phí năng lượng riêng lớn -Rộng:13m -Dài: 30-35m -Cao:10-15m -Số lượng: 120- 160 vị trí đỗ/1hệ thống Hình 1.3: Bãi đỗ xe tại Nga 1.3.3 Hệ thống thang nâng-quay vòng tầng Thang nâng ở đây thuộc loại xích tải (Kiểu thang cuốn) nó có thể nâng/hạ pallet liên tục theo vòng tròn đứng  Việc dịch chuyển trên mỗi tầng được thực hiện nhờ cơ cấu đấy kéo chuỗi pallet theo từng nhịp (mỗi bước dich chuyển bằng chiều rộng của pallet). Mỗi đường vận chuyển có 1 bộ truyền động riêng.  Truyền lực giữa pallet với nhau bằng liên kết khớp nối. Khi thang cuốn chịch chuyển thì khớp liên kết giữa pallet tự phân khai ra khỏi chuỗi. Đường lưu chuyển của hệ thống này được thiết lập nhờ kết hợp truyền động chịch chuyển ngang của cả và thang nâng ở 2 đầu. Đườn chuyển động là vòng chuyển động ngược chiều khép kín giữa tầng này với tầng khác qua 2 đầu  thang cuốn  Ưu điểm : Hệ thống này sử dung tối đa không gian lưu trữ trong diện tích hẹp. Hệ thống này thích hợp cho bãi đỗ ngầm của khu trung cư, khách sạn  Hạn chế của hệ thống này ở chỗ : phái sử dung đến nhiều bộ truyền động , chi phí năng lượng riêng cao -Rộng:6,5m -Dài:25-30m -Cao:7-12m -Số lượng:32-40 vị trí Hình 1.4: Sơ đỗ lưu chuyển hệ thống thang nâng – quay vòng tầng 1.3.4 Hệ thống thang nâng-quay vòng tròn -Thang nâng ở hệ thống này thực hiện 2 chuyển động : nâng hạ theo phương đứng và quay quanh trục của nó -Thực hiện thao tác xếp vào/lấy ra nhờ cơ cấu cánh tay robot. Sơ đồ lưu chuyển : (hình 125) Khi thang nâng nâng bàn robot kết hợp chuyển động quay vòng đến vị trí xác định thì robot bắt đầu làm việc Hệ thống thang nâng - xoay vòng tròn Ưu điểm: BãI đỗ hình trụ ngầm hoặc nổi, kiến trục đẹp, khung kết cấu thép hoặc beton Tốc độ xỷ của hệ thống khá cao. Nhược điểm: Chiều cao hạn chế do kết cấu thang nâng phức tạp Hệ thống này sử dụng cho bãi đỗ khu công sở, siểu thị,..Bãi đỗ có thể thiết kế ngầm và nổi - Đường kính mặt bằng: 20m - Cao: 10-16m + 16-20m - Số chứa: 100-200 vị trí đỗ Hình 1.5: Mô hình gara ô tô tự động đang sản xuất tại Việt Nam 1.3.5 Hệ thống thang máy – dịch chuyển ngang Nguyên lý vận hành: Thang nâng kiểu thang máy ròng rọc kép di chuyển trên 4 đường ray theo phương thẳng đứng Cơ cấu chấp hành thường dung dạng móc kéo chịch chuyển pllet vào/ra vị trí lưu đỗ. Truyền động cho cơ cấu này nhờ 1 bộ truyền xích.  Ưu điểm : -Hệ thống này có kết cấu và điều khiển đơn giản, thường sử dung cho bãi đỗ kiểu ngầm và tháp cao. -Tốc độ xử lý cao và ổn định Bãi đỗ đáp úng mọi nhu cầu sử dụng và đạt hiệu quả kinh tế cao Nhược điểm: Do có chiều cao lớn khó khăn cho công tác phong chống cháy nổ  -Hệ số sử dung diện tích cao (k= 66 -80%) -Diện tích mặt bằng: 13m x 6,5m Hoặc 18x6,5m -Cao: 20-30m -Số chứa:30-80 vi trí đỗ Hình 1.6: Bãi đỗ xe ở Beclin 1.3.6 Hệ thống nâng hạ- dịch chuyển Hệ thống này dùng cáp treo nâng hạ 3/4 vị trí đỗ/ 1 bộ truyền động cáp treo. Ưu điểm: Hệ thống này điều kiển dơn giản, tời gian xuất/nhập nhỏ, hệ số sử dụng diện tích cao. Hệ thống này hích hợp cho bãi đỗ công cộng. Nhược điểm: Hệ thống này rất hạn chế về chiều cao không gian sử dụng. Kích thước 1 modul: -Rộng: 6m -Cao:6m-8m -Dài: 15-20m -Số vị trí đỗ:15-20 -Hệ số sử dụng diện tích:85% Hình 1.7: Hệ thống nâng hạ- dịch chuyển 1.3.7 Hệ thống quay vòng đứng Hệ thống quay vòng đứng Nguyên lý cấu tạo: Các pallet chứa xe được treo trên 2 dải xích tải và di chuyển vòng tròng theo chuỗi xích. Trên khung pallet có con lăn tựa dẫn hướng giữ thăng bằng pallet khi chuyển động. Hệ thống sử dụng duy nhất 1 bộ truyền động.  Ưu  điểm: Hệ thống này có nguyên lý làm việc đơn giản đạt chỉ tiêu sử cao về không gian và thời gian xuất/nhập. Nhược điển: Hệ thống này hạn chế vầ chiều cao và phát thải tiếng ồn cơ học  Sử dụng: Hệ thống này được sử dụng rộng rãi cho mọi qui mô và nhiều đối tượng sử dụng: Công sở, cụm dân cư và dịch vụ trông giữ xe, đầu tuyến phố bộ Đặc điểm: -Diệt tích sử dụng 1 modul 7-14 vị trí: 6,5 x5,6m -Cao 7-16m -Hệ số sử dụng diện ích: 95% -Số lượng vị trí/ 1 modul: 7-14 vị trí Hình 1.8: Hệ thống quay vòng đứng CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ PLC CPM1A VÀ PHẦN MỀM SYSWIN 2.1. Giới thiệu về PLC CPM1A. 2.1.1. Khái niệm về PLC. - PLC là chữ viết tắt của "Programmable Logic Controller" được hiểu là bộ điều khiển có khả năng lập trình được. Chương trình do con người lập ra và nạp vào bộ nhớ của PLC sau đó PLC sẽ thực hiện logic của quá trình điều khiển, PLC thực chất là một Modull hoá của quá trình điều khiển thiết bị bằng vi mạch (IC). Về mặt cấu trúc PLC được thiết kế dựa trên những nguyên tắc kiến trúc máy tính. Nó chính là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình sản xuất và thường gắn ngay tại nơi sản xuất để thuận tiện cho việc vận hành và theo dõi. - Hiện nay trên thế giới PLC được sản xuất rất đa dạng về chủng loại, do các hãng sản xuất như: Mitsubisi, Omron, Siements, Fefaus… 2.1.2. Lịch sử phát triển của PLC. - Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và yêu cầu tự động hoá trong công nghiệp ngày càng cao, công nghệ sản xuất ngày càng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, tạo năng suất trong lao động sản xuất. Để đáp ứng được yêu cầu đó lĩnh vực điều khiển cũng phát triển không ngừng để nghiên cứu và tìm ra được các phương pháp điều khiển mang tính đột phá. - Trong những năm 60 điều khiển logic điện tử là các thiết bị đóng cắt điện từ như: Rơle, công tắc tơ... kết hợp với các bộ cảm biến, các đèn, công tắc... Các khí cụ này nối lại với nhau theo một mạch điện cụ thể để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định. Các thiết bị này được nối vĩnh viễn với nhau nên việc lắp đặt đi dây mất nhiều thời gian. Khi muốn thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì phải tháo bỏ và đi dây lại toàn bộ. Vì vậy mà khó thay đổi công nghệ và trong sửa chữa, chiếm nhiều diện tích. Đối với những công nghệ phức tạp thì hiệu quả, độ tin cậy không cao và rất tốn kém. Tuổi thọ của thiết bị thấp. - Từ những nhược điểm của việc sử dụng hệ thống điều khiển nối cứng có tiếp điểm. Để khắc phục nó đến những năm 70 - 80 người ta tìm ra được các phần tử thay thế. Đó là sự ra đời của điều khiển logic không tiếp điểm, là ứng dụng các thiết bị bán dẫn vi mạch OR, AND, NOT, kết hợp với các bộ cảm biến, các đèn, công tắc... và chúng cũng được nối với nhau theo một sơ đồ công nghệ cụ thể để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định. - So với các điều khiển nối cứng có tiếp điểm thì nó có độ tin cậy cao hơn, hiệu quả hơn, diện tích công nghệ thu gọn hơn... nhưng do các thiết bị bán dẫn thường công suất nhỏ hay bị sự cố lúc ban đầu và khó có thể thay thế. - Để khắc phục các nhược điểm này người ta chế tạo ra các linh kiện có công suất lớn hơn như SCR, Triac để thay thế cho các thiết bị có tiếp điểm trong mạch lực. - Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, thì sự ra đời của mạch vi xử lý là bộ PLC và dây cứng, đây là một ứng dụng điển hình trong những năm 90 của VXL trong công nghiệp. Sự ra đời của vi xử lý PLC tạo ra một bước ngoặt cho lĩnh vực điều khiển. Hiện nay ứng dụng kĩ thuật vi xử lý và kĩ thuật số thông qua sử dụng PLC dưới nhiều hình thức chiếm đến 80% và trở thành xu thế mới trong điều khiển. Điều này đã được chứng minh tại những nước phát triển và đang phát triển như nước ta. 2.1.3. Các ứng dụng của PLC. Bộ điều khiển lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển tự động. Chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp được ứng dụng trong các lĩnh vực sau: - Hệ thống chiếu sáng cho cửa hang - siêu thị - nhà hàng, khách sạn, công ty. - Điều khiển hệ thống cung cấp nước tự động. - Tự động hoá các máy gia công cơ khí như: máy khoan, máy tiện, máy phay, máy bào... - Điều khiển các thiết bị thuỷ lực và khí nén trong công nghiệp. - Tự động hoá quá trình lắp ráp các linh kiện điện tử. - Tự động đóng mở cửa công nghiệp cho các bãi xe, nhà ga, sân bay, khách sạn. - Điều khiển các thiết bị nâng chuyển như: băng tải, thang máy, cần cẩu, cần trục, máy xúc... - Tự động hoá quá trình phân loại sản phẩm. - Điều khiển rô bốt tự động. 2.1.4. Ưu, nhược điểm của PLC. * Ưu điểm: Nhờ việc logic của quá trình điều khiển thực hiện bằng chương trình do con người tạo ra chứ không phải bằng dây nối như các hệ thống điều khiển nối cứng, do đó PLC có những ưu điểm sau: - Dễ dàng thay đổi công nghệ cũng như nội dung chương trình thông qua việc lập trình. - Độ tin cậy của hệ thống cao. - Tốc độ xử lý của PLC khá cao. - Tiêu tốn ít năng nượng. - Xử lý sự cố dễ và nhanh chóng do chỉ cần thay đổi lại chương trình khi PLC báo lỗi chứ không cần phải kiểm tra trên toàn hệ thống. - Đấu nối các thiết bị PLC đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt công trình. - Kết cấu mạch nhỏ gọn, giảm được kích thước định hình. - Được ứng dụng điều khiển với phạm vi rộng trong toàn bộ các ngành công nghiệp. - Dễ dàng thiết lập sự trao đổi thông tin với các PLC khác và các máy tính PLC thông qua cổng kết nối. - Việc lập trình đơn giản nhờ có sự trợ giúp của các phần mền chuyên dụng cũng như sự trợ giúp của các bộ lập trình. - Sử dụng PLC trong những hệ thống điều khiển phức tạp sẽ cho hiệu quả kinh tế cao hơn, giá thành hạ so với các phương pháp khác. - Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn. * Nhược điểm: - Việc thiết kế, sửa chữa chương trình cho PLC đòi hỏi phải có đội ngũ cán bộ biết lĩnh vực tin học, cần phải có quá trình đào tạo. - Giá thành của một hệ thống tương đối cao. 2.1.5. Ngôn ngữ lập trình cho PLC. Để biểu diễn chương trình điều khiển trên PLC có 3 phương pháp biểu diễn chính là: - Sơ đồ bậc thang LAD (Ladder Diagram). - Lưu đồ hệ thống điều khiền CSF (Control System Flowchart). - Liệt kê danh sách lệnh STL (Statement List). * Phương pháp biểu diễn LAD. Phương pháp này có cách biểu diễn chương trình tương tự như sơ đồ tiếp điểm dùng rơ le trong sơ đồ điện công nghiệp. Bắt đầu chương trình bằng một Power Bus trái, các công tắc được thay thế bằng các tiếp điểm thường đóng hoặc thường mở phụ thuộc vào trạng thái của công tắc. Các công tắc tơ được thay thế bằng các cuộn dây. Ví dụ: Biểu diễn sơ đồ khởi động từ đơn bằng phương pháp LAD trên PLC (CPM1): 000.00 000.01 000.03 010.00 010 .00 Nút D Rơ-Le Nhiệt K1 * Phương pháp biểu diễn CSF. Phương pháp này có cách biểu diễn chương trình như sơ đồ không tiếp điểm dùng các cổng logic. Ví dụ: Biểu điễn sơ đồ khởi động từ đơn bằng phương pháp CSF Kết thúc >=1 & X 010.000 000.01 000.03 000.00 X 010.00 * Phương pháp biểu diễn STL. Phương pháp STL dùng các từ viết tắt gợi nhớ để lập công thức cho việc điều khiển, tương tự với ngôn ngữ assembler ở máy tính. Phương pháp này thích hợp cho đối tượng làm việc trong lĩnh vực tin học. Bắt đầu một chương trình bao giờ cũng là lệnh nạp địa chỉ một tiếp điểm nào đó. Sau đó là nội dung chương trình và kêt thúc chương trình bằng lệnh END (01). Ví dụ: Biểu diễn sơ đồ trên bằng phương pháp STL (CPM1): LD OR AND NOT AND NOT OUT END 000.00 010.00 000.01 000.03 010.00 (01) 2.1.6. Biểu diễn các đại lượng trong PLC. Các hệ đếm sử dụng trong PLC gồm có: - Hệ nhị phân (hệ 2). - Hệ thập phân (hệ 10). - Hệ thập lục (hay hệ Hexa- hệ 16). * Hệ nhị phân (hay hệ 2 - Binary (bin)). Là hệ đếm sử dụng 2 con số 0 và 1 (gọi là bít) để biểu diễn tất cả các đại lượng và các con số. Tất cả các đại lượng bên trong PLC đều ở trạng thái nhị phân. * Hệ thập phân (hay là hệ 10 - decimal (DEC)). Là hệ đếm thông thường và sử dụng 10 chữ số 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 để biểu diễn các con số. Hay thập phân còn kết hợp với hệ nhị phân để biểu gọi là BCD (Binary Coded Decimal). * Hệ thập lục (hay hệ 16 - Hexadecimal - HEX.). Là hệ đếm sử dụng 16 ký tự là 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 và A B C D E F (trong đó có 10 chữ số từ 0-9 và các chữ số từ A đến F). * Cách biểu diễn các đại lượng bên trong PLC. Khi biểu diễn các con số theo các hệ đếm khác nhau. Để phân biệt người ta thường thêm các chữ BIN (hoặc số 2) BCD hay HEX (hoặc H) vào các con số. Bảng 2.1: Biểu diễn các đại lượng trong PLC HEX BCD Số nhị phân 4 bit tương đương Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 23=8 22=4 21=2 20=1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 2 0 0 1 0 3 3 0 0 1 1 4 4 0 1 0 0 5 5 0 1 0 1 6 6 0 1 1 0 7 7 0 1 1 1 8 8 1 0 0 0 9 9 1 0 0 1 A A 1 0 1 0 B B 1 0 1 1 C C 1 1 0 0 D D 1 1 0 1 E E 1 1 1 0 F F 1 1 1 1 2.1.7. Cấu trúc phần cứng của PLC. PLC gồm 4 khối chức năng cơ bản như hình 2-1: - Bộ Xử lý trung tâm CPU. - Bộ nhớ chương trình (Program Memory). - Khối vào ra (In, out, put Block). - Khối nguồn cung cấp (Power Supply). INPUT DRIVES OUTPUT DS Hình 2.1. Cấu trúc cơ bản phần cứng của PLC Trạng thái đầu 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 các trạng thái ngõ ra cập nhật 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 hoạt các thiết bị công tắc. Như vậy sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC qua thiết bị lập trình chuyên dùng. * Bộ xử lý trung tâm CPU. Bộ xử lý trung tâm (CPU - Central Proccessing Unit) điều khiển và quản lý tất cả các hoạt động bên trong 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. * Bộ nhớ chương trình (Program Memory). Bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong của PLC có nhiệm vụ lưu chương trình điều khiển được lập bởi người dùng và các dữ liệu khác như cờ, thanh ghi tạm trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra… nội dung của bộ nhớ được mã hoá dưới dạng nhị phân. Tất cả PLC đều thường dùng vào các loại bộ nhớ sau: - EPROM (Erasable Programble Read only memory) là bộ nhớ phụ để lưu giữ vĩnh cửu các chương trình và có thể lập lại bằng thiết bị lập trình - EEPROM (Electrical Erasable Programble Read only memory) là bộ nhớ để lưu giữ vĩnh cửu các chương trình và có thể lập trình bằng thiết bị chuẩn CRT hoặc bằng tay. - RAM (Random acces memory) thông tin của bộ nhớ này có thể được ghi vào và đọc ra. Dung lượng bộ nhớ phụ thuộc vào họ PLC. Tuy nhiên với bộ nhớ RAM khi mất nguồn nuôi, nội dung của RAM cũng bị mất. Để bảo vệ chương trình người ta lắp vào PLC các Pin khô làm nguồn nuôi dự trữ. Đối với các PLC của hãng GEFANUS người ta còn lắp thêm 1 tụ (Super Carpctitor) để bảo vệ chương trình không bị mất khi thay pin các tụ này có khả năng giữ được trong 20s. * Khối vào ra (In/out put block). Khối vào/ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa các vi mạch điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động. Nó thực hiện 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 cỡ 2A trở xuống, không cần các mạch công suất trung gian hay rơ le trung gian. Căn cứ vào nhiệm vụ có thể ghép vào PLC những Module vào/ ra khác nhau như: - Module vào/ra số, tương tự. - Module vào, ra thuyết minh. - Bộ xử lý giao tiếp. Module vào/ ra số tương tự: là những Module vào/ra số phục vụ cho việc giải quyết những vấn đề điều khiển đơn giản mà trạng thái tín hiệu chỉ là "0" và "1". Trong những trường hợp khác, trạng thái tín hiệu là tương tự thì ta cần Module vào/ra là tương tự đó phục vụ quá trình xử lý. Module vào làm nhiệm vụ biến đổi các tín hiệu ở đầu vào thành tín hiệu chuẩn để đưa vào bên trong PLC. Module ra biến đổi các tín hiệu bên trong PLC thành tín hiệu phù hợp để đưa ra ngoài. Bộ xử lý giao tiếp: Có nhiệm vụ quản lý sự trao đổi qua lại giữa các PLC và các thiết bị khác như máy in, máy tính PL và các PLC khác. Các bộ xử lý giao tiếp có thể thiết lập phương thức điểm nối từ PLC tới các thiết bị khác hoặc có thể nối PLC vào mạng LAN. Sự cần thiết phải lập trình cho hoạt động của các bộ xử lý giao tiếp tuỳ thuộc vào từng loại CPU. Module vào/ra thông minh: Được sử dụng để giải quyết những vấn đề về dạng tín hiệu nảy sinh trong thực tế với yêu cầu giải quyết nhanh chóng và liên tục. Hoạt động của Module vào/ra thông minh tương đối độc lập và rộng với CPU của PLC. Những loại Module vào/ra thông minh với từng cặp PLC khác nhau nhưng nói chung nó gồm các dạng sau: - Module xác định vị trí. - Module giải mã vị trí. - Module xử lý tín hiệu tương tự. - Module đo dòng nhiệt. - Module điều khiển nhiệt độ. - Module điều khiển vòng kín. - Module điều khiển từng bước. *Khối cung cấp nguồn (Power supply Block). Đây là bộ nguồn cung cấp có giải điện áp rộng (85 ¸ 265 v AC). Nó tạo ra nguồn cung cấp chuẩn 24v DC cho tất cả các khối của PLC. Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5v DC và 15v DC (Điện áp cho TT1 và CMOS) trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn nhiều thường 24v DC ¸ 240v DC với dòng lớn. 2.1.8. Đặc tính kỹ thuật của PLC OMRON CPM1A. Hình 2.2. Cấu trúc bên ngoài của PLC - Điện áp nguồn cung cấp: AC = 80v- 265v. - Điện áp nguồn cho đầu vào: DC = 24v. - Dòng điện đầu ra: 2A. - Số lượng đầu vào/ ra: 20 đầu vào ra (12 đầu vào và 8 đầu ra). - Dung lượng bộ nhớ 2 word (chương trình) 1 word (dữ liệu) 128 bộ nhớ và đặt thời gian. - Lập trình dạng ngôn ngữ bậc thang bằng phân mềm chạy trong đó với Sysmac support software hoặc trong windows với syswin. - Có đầu nối đất bảo vệ (Protective Earth Terminal) để tránh điện giật. - Đầu nối nguồn cấp DC ra từ PLC (DC Power Supply Output Terminal). - Điện áp chuẩn đầu ra là DC 24V với dòng định mức là 0.3A có thể cung cấp được cho các đầu vào của số DC. - Các đèn nét chỉ thị trạng thái của PLC (PCStatus Indicators). Bảng 2.2: Các đèn chỉ thị trạng thái của PLC Đèn trạng thái Chức năng POWE (Màu xanh) Bật PLC đang được cấp điện bình thường Tắt PLC không được cấp điện RUN (Màu xanh) Bật PLC đang hoạt động ở chế độ RUN hay MONITOR Tắt PLC đang chạy ở chế độ PROGRAM ERR/ALM (đỏ) Sáng PLC gặp lỗi nghiêm trọng (LPC ngừng chạy) Nhấp nháy PLC gặp lỗi không nghiêmtrọng (PLC tiếp tục chạy ở chế độ RUN) Tắt PLC hoạt động bình thường không có lỗi COMM (Da cam) Sáng Dữ liệu đang được truyền qua cổng Peripheral Tắt Không có trao đổi dữ liệu giữa PLC và thiết bị ngoài qua cổng Perpheral Port - Các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào/ ra của PLC (Input/Output Indicator) đèn nét trong nhóm này sáng khi đầu vào/ra tương ứng lên ON. Khi gặp sự cố trầm trọng các đèn sẽ thay đổi như sau: - Khi có lỗi CPU hay lỗi với BUS vào/ra (CPU Error,I/O BUS Error) các đèn nét đầu sẽ tắt. - Khi có lỗi với bộ nhớ hoặc lỗi hệ thống (Memorry Error/System Error) các đèn nét đầu vào vẫn dữ nguyên trạng thái của chúng trước khi xẩy ra lỗi cho dù trạng thái thực đầu vào đã thay đổi. - Ngoài ra PLC còn có 2 bộ chỉnh giá trị thanh ghi bên trong PLC đánh số 0 và 1. Mỗi núm điều chỉnh được vặn, giá trị của thanh ghi tương ứng được thay đổi trong khoảng giá trị từ 000 đến 200 (theo mã BCD). Các thanh ghi trong BLC tương ứng với 2 bộ chỉnh này là IR250 và IR251. Nếu gán địa chỉ tham chiếu của TIMER hoặc COUNTER với các địa chỉ này ta có thể điều chỉnh giá trị của chúng bằng tay, không cần phần mềm hỗ trợ. 2.1.9. Lập trình cho PLC. * Khái niệm. PLC sẽ dùng các phần tử "ảo" bên trong để thay thế cho các sơ đồ điện trong thực tế như rơ le điện từ, công tắc tơ, rơ le thời gian, các tiếp điểm cũng như các phần tử điện trung gian. Việc mô phỏng các sơ đồ điện này do người lập trình tạo ra và được lập bằng một dạng ngôn ngữ điều khiển gọi là sơ đồ bậc thang (LADDER DIAGRAM) thường ngôn ngữ này giúp chúng ta lập trình và dễ theo dõi, sửa chữa. Hoặc chúng ta có thể dùng ngôn ngữ này để viết chương trình PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình dạng câu lệnh STL (Stalement List). * Các lệnh cơ bản sử dụng để lập trình. Thành phần luôn luôn có trong sơ đồ gọi là Power bus, là nơi dẫn nguồn điện (tưởng tượng) đi vào và đi ra sơ đồ: Power bus - Lệnh LD. a) Ý nghĩa: Lệnh này cho phép ta nhập các điểm vào chương trình và cho ta ý nghĩa của các điểm phân nhánh. b) Ký hiệu: LAD STL 000.00 LD 000.00 - Lệnh LD NOT. a) Ý nghĩa: Lệnh này tạo ra một tiếp điểm thường kín được nối trực tiếp vào Power bus trái. b) Ký hiệu: LAD STL 000.01 LD 000.01 - Lệnh AND. a) Ý nghĩa: Tạo ra tiếp điểm thường mở nối nối tiếp với các tiếp điểm đã có. b) Ký hiệu: LD 000.00 AND 000.01 OUT 010.00 LAD STL 000.00 000.01 010.00 - Lệnh AND NOT. a) Ý nghĩa: Tạo ra một tiếp điểm thường kín nối nối tiếp với các tiếp điểm đã có. b) Kí hiệu LAD STL 000.00 000.01 010.00 LD AND NOT OUT 000.00 000.01 010.00 - Lệnh OR. a) Ý nghĩa: Tạo ra một tiếp điểm thường mở nối song song với một nhánh khác đã có. b) Ký hiệu: LAD STL 000.00 000.01 010.00 010.00 LD OR AND NOT OUT 000.00 010.00 000.00 010.00 - Lệnh OR NOT. a) Ý nghĩa: Tạo ra một tiếp điểm thường kín nối song song với một nhánh khác đã có. b) Ký hiệu: LAD STL 000.00 010.00 010.00 LD OR NOT OUT 000.00 010.00 010.00 - Lệnh OUT. a) Ý nghĩa: Có chức năng tương tự như một cuộn dây ở trong mạch điện. Lệnh này sẽ bật bít gắn liền cho nó lên ON khi điều kiện đầu vào là ON, và sẽ bị reset về OFF khi điều kiện đầu vào là OFF. b) Ký hiệu: LAD STL 000.00 010.00 LD OUT END 000.00 010.00 (01) - Lệnh END. a) Ý nghĩa: Dùng để kết thúc một chương trình. Nếu không có lệnh END trong chương trình thì PLC sẽ báo lỗi, chương trình không được thực hiện. b) Ký hiệu: END (01) LAD STL 000.00 000.01 010.00 010.00 LD OR AND NOT OUT END 000.00 010.00 000.01 010.00 (01) - Lệnh AND LD. a) Ý nghĩa: Nối nối tiếp hai khối logic với nhau trong một sơ đồ bậc thang. * Chú ý: Thứ tự nhập lệnh này là các khối logic cần được nối với nhau được cách riêng rẽ sau đó mới nhập lệnh ANH LD. Lệnh này không cần tham số. b) Ký hiệu: END (01) 000.00 000.01 010.00 LAD STL 000.03 LD OR LD OR AND LD OUT END 000.00 000.02 000.03 000.05 010.00 (01) 000.05 - Lệnh OR LD. a) Ý nghĩa: Lệnh OR LD nối song song 2 khối logic với nhau trong một sơ đồ bậc thang. * Chú ý: Thứ tự nhập các lệnh là các khối logic cần nối với nhau được nhập riêng rẽ, sau đó nhập lệnh OR LD. Lệnh này không cần tham số. END (01) LAD STL 000.00 000.02 010.00 000.01 000.03 LD AND NOT LD AND OR LD OUT END 000.00 000.02 000.01 000.03 010.00 (01) b) Ký hiệu: - Lệnh bật bít (SET) và xoá bít (RESET). a) Ý nghĩa: Lệnh SET sẽ bật bít đi cùng lên ON khi điều kiện thực thi của nó là ON (tiếp điểm thường mở 000.01). Sau đó bít vẫn ở trạng thái ON không phụ thuộc vào lệnh Set có điều kiện thực thi là ON hay OFF cho đến khi lệnh RESET xoá nó về OFF. * Chú ý: trạng thái của bít được SET hay RESET sẽ không thay đổi khi nằm trong INTERLOCK hay JUMP. SET 010.01 RESET 010.02 000.01 000.02 END (01) LAD STL LD 000.01 SET 010.01 LD 000.02 RESET 010.02 END (01) b) Ký hiệu: - Lệnh giữ KEEP - KEEP (11). a) Ý nghĩa: Lệnh KEEP hoạt động như một rơle chốt với 2 đầu vào SET(S) và RESET(R). Trạng thái của rơle sẽ được SET lên ON khi đầu vào SET là ON và vẫn giữ ở ON cho đến khi bị RESET. * Chú ý: các bít được SET hay RESET bởi KEEP không bị RESET khi nằm trong khối INTERLOCK. KEEP 010.00 END (01) LAD STL LD 000.00 LD 00002 KEEP 010.00 END (01) 000.00 000.02 R S b) Ký hiệu: - Lệnh DIFFRENTIATE UP và DOWN - DIFU (13) & DIFD (14). a) Ý nghĩa: Lệnh DIFU (13) bật bit đi kèm lên ON trong một thơi gian ngắn (tạo một xung) khi điều kiện thực hiện chuyển từ OFF sang ON. Lệnh DIFD (14) bật bít đi kèm lên ON trong một thời gian ngắn (tạo một xung) khi điều kiện thực hiện chuyển từ ON sang OFF. b) Ký hiệu: DIFU B DIFD B DIFU (13), DIFD (14): Tên lệnh. B: Địa chỉ 14, 13: Số thứ tự của hàm đặc biệt. - Lệnh TIMER. a) Ý nghĩa: Khi đầu vào của bộ TIMER có mức logic là 1 thì bộ TIMER sẽ đếm giảm thời gian từ giá trị đặt trở về 0 các tiếp điểm sẽ tác động bật lên ON. Bộ TIMER và các tiếp điểm RESET khi tín hiệu đầu vào chuyển về OFF. b) Ký hiệu: TIM N SV LAD STL TIM N SV Trong đó: N: 0-127: Số của bộ TIMER. SV: 0-9999: Giá trị đặt của bộ TIMER có đơn vị tính bằng 0,1S. SV = 999,9 S - Bộ đếm lùi COUNTER. a) Ý nghĩa: Lúc khởi đầu giá trị đếm của bộ COUNTER là giá trị đặt. Mỗi khi cho một xung đầu vào chuyển từ OFF lên ON thì giá trị đặt của bộ COUNTER giảm đi một đơn vị khi giảm đến 0 các tiếp điểm của bộ COUNTER sẽ tác động và giữ nguyên trạng thái cho đến khi RESET. b) Ký hiệu: CNT N SV LAD STL CNT N SV CP R Trong đó: N = (0-127) số thứ tự của bộ COUNTER. SV: Nằm trong khoảng (0- 9999) giá trị đặt của bộ COUNTER. CP: Giá tri đưa xung đầu vào. R: Là chân RESET. - Lệnh copy dữ liệu MOVE. a) Ý nghĩa: Lệnh copy dữ liệu sẽ thực hiện copy hằng số hoặc dữ liệu ở nguồn sang work có địa chỉ xác định là D khi điều kiện thực thi là ON. Nội dung của work nguồn không bị thay đổi khi thực hiện lệnh này. MOVE S D LAD STL MOVE (21) S D b) Ký hiệu: Trong đó: S: Là địa chỉ của work nguồn hoặc một hằng số. D: Địa chỉ của work đích. - Lệnh đếm tiến/lùi - CNTR (12). a) Ý nghĩa: Bộ đếm sẽ tăng lên 1 mỗi khi đầu vào I I chuyển từ OFF sang ON. Khi giá trị tăng bằng giá trị đặt thì tiếp điểm của bộ CNTR sẽ tác động cho đến khi bộ đếm lại tiếp tục đếm tăng. Giá trị của bộ đếm giảm đi 1 mỗi khi đầu vào DI chuyển từ OFF sang ON. Khi giá trị của bộ đếm giảm bằng 0 thì các tiếp điểm của bộ đếm sẽ tác động, cho đến khi bộ đếm lại tiếp tục đếm giảm. Khi cả 2 đầu vào II và ID cùng chuyển từ OFF sang ON thì bộ đếm sẽ giữ nguyên giá trị. CNTR N SV LAD STL II DI R CNTR N SV b) Ký hiệu: Trong đó: N: Là số thứ tự của bộ đếm (0- 127) SV: Giá trị đặt của bộ đếm II : Đầu vào đếm tiến DI: Đầu vào đếm lùi R: Là chân RESET - Lệnh so sánh dữ liệu – CMP (20). a) Ý nghĩa: Khi đầu vào của lệnh so sánh là ON lệnh này sẽ so sánh dữ liệu của một lệnh quy định với dữ liệu của một kênh khác hoặc một hằng số. Nếu hằng số và dữ liệu so sánh bằng nhau thì cờ 255.06 đóng. Nếu hằng số lớn hơn dữ liệu của kênh đang so sánh thì cờ 255.05 sẽ đóng. Nếu hằng số nhỏ hơn dữ liệu của kênh đang so sánh thì cờ hay (bit) 255.07 sẽ đóng. CMP B1 B2 LAD STL b) Ký hiệu: CMP (20) B1 B2 Trong đó: B1, B2 là các hằng số hoặc địa chỉ của Word. - Thanh ghi dịch – SHIFT REGISTER – SET (10). ST: Word đầu tiên của thanh ghi dịch. E: Word cuối của thanh ghi dịch. I: Bít dịch (In put bit). P: Bít xung nhịp (Shifting pulese Input). R: Đầu vào xoá (Reset in put). Thanh ghi dịch được định nghĩa là các Word bắt đầu từ Word đầu tiên St cho đến Word cuối E (địa chỉ của Word cuối phải lớn hơn Word đầu AND Start Start 2.2. Lập trình bằng phần mềm Syswin trên máy tính. 2.2.1. Phần mềm Syswin. Syswin là một phần mềm lập trình cho PLC Omron dưới dạng Ladder Diagram thực thụ chạy trong Windows. Để cài đặt và chạy phần mềm này cần đảm bảo máy tính có cấu hình tối thiểu như sau: + Windows 3.1, 3.11, Windows 95, Windows 98 + >486 DX50 CPU + >8MB RAM + 10 MB đĩa cứng trống 2.2.2. Lập chương trình với Syswin. Khởi động chương trình. Chọn folder nơi lưu SYSWIN và khởi động chương trình như hình vẽ: Tạo chương trình mới. Từ menu file chọn New project để tạo chương trình mới: PLC Type CPM1 CPU All Series C Editor Ladder Project Program Interface Serial Communications Bridge Direct Modem Option Local Coding Option SYSMAC Way Chọn các mục trên ở hộp thoại New project Setup xong rồi bấm OK * Lập chương trình với phần mềm Syswin. Sau khi khởi động màn hình sẽ hiển thị như hình vẽ: F2 - Dùng chuột di đến thanh công cụ (Drawing Tool) và nhấn vào biểu tượng tiếp điểm (Contact) hoặc nhấn phím trên bàn phím để chọn lệnh này. Di chuột đến nơi cần đặt tiếp điểm trên sơ đồ và nhấn nút trái chuột. - Đánh vào địa chỉ 000.00 ở ô Address và nhấn phím OK trên hộp thoại trên. Màn hình sẽ hiện ra 1 network mới với tiếp điểm vừa nhập và ô chọn màu đen chuyển sang vị trí bên cạnh tiếp điểm này. - Làm tương tự như vậy với tiếp điểm tiếp theo. - Đánh vào ô Address địa chỉ 000.01 rồi ấn OK. Tiếp theo từ thanh công cụ chọn lệnh Output rồi di chuột đến vị trí cần đặt lệnh và nhấn nút trái chuột. - Đánh vào ô Address địa chỉ 010.00 rồi nhấn OK. Nhập lệnh OR bằng cách tạo ra 1 tiếp điểm nối song với tiếp điểm đầu tiên trên Network. Trên thanh công cụ chọn tiếp điểm Contact và đặt nó phía dưới tiếp điểm đầu tiên 000.00. - Gõ vào ô Address địa chỉ 000.02 và nhấn OK. . - F5 Tiếp theo nối tiếp điểm vừa tạo với tiếp điểm nằm trên bằng cách chọn công cụ rồi nhấn chuột vào vị trí nằm giữa hai dòng hoặc nhấn. Để xoá tiếp điểm CH 000.01 nhấn con trỏ chuột ở tiếp điểm này (hoặc dùng bàn phím di ô chọn đến tiếp điểm) (hoặc từ menu Delete). Nếu muốn phục hồi lại lệnh vừa bị xoá chọn Undo từ menu này. Từ hộp thoại hiện ra, chọn vị trí nơi sẽ chèn Network mới ở đây ta sẽ chèn Network mới vào phía dưới Network hiện hành nên sẽ chọn Below Current Network và ấn OK. . - Network mới này là lệnh END (01). Đặt con trỏ vào vị trí ô đầu tiên của Network sau đó bấm phím F8 để chèn lệnh Funtion vào ô trống đó. Để chọn lệnh cần thiết, có thể đánh mã lệnh (ở đây là 01), đánh tên lệnh hoặc lệnh Funtion từ một danh sách có sẵn bằng cách nhấn vào nút Select. Ngoài ra có thể tham khảo thêm về lệnh bằng cách nhấn vào nút Reference. Gõ END vào ô Funtion rồi ấn OK để kết thúc. Chương trình hoàn chỉnh ta vừa nhập có dạng hình dưới đây: 2.2.3. Đặt tên ký hiệu mô tả (Symbol) cho các địa chỉ. Để đặt tên ký hiệu mô tả cho các địa chỉ, trước tiên di ô chọn đến địa chỉ cần đặt tên, ô Adr ở cuối màn hình sẽ hiển thị địa chỉ hiện hành. Sau đó bấm vào ô Sym và đánh vào 1 tên cho địa chỉ này. Phần mô tả địa chỉ có thể đánh vào ô Com. Nêu tên vừa đặt bằng cách bấm nút Address CH000.00 CH000.01 CH010.00 Symbol Switch0 Switch1 Motor 2.2.4. Nạp chương trình vào PLC. - Nối máy tính PC với PLC qua bộ chuyển đổi và cáp RS 232C. Đầu cắm của bộ chuyển đổi sẽ nối vào cổng Peripheral port của PLC. - Từ menu online chọn Connect để kết nối với PLC. Sau khi máy tính đã kết nối được với PLC đèn COMM trên PLC sẽ nhấp nháy và các mục khác trên menu này trở thành màu đen (được phép chọn lựa). - Cũng từ menu Online Download program. Một hộp thoại sau đây hiện ra hỏi ta có muốn xoá bộ nhớ chương trình trong PLC không (Clean program memory) trước khi nạp. Nên tuỳ chọn mục này để tránh các vấn đề có thể xảy ra. Bấm OK để nạp chương trình vào PLC. - Khi việc nạp hoàn tất bấm nút OK ở hộp thoại sau để tiếp tục Chú ý: Không thực hiện được việc download vào PLC nếu PLC đang ở chế độ RUN. 2.2.5. Chạy chương trình (RUN). Chuyển PLC sang chế độ RUN hoặc MONITOR bằng lệnh PLC mode Chuyển từ STOP/PRG Mode sang MONITOR rồi bấm OK. PLC sẽ chuyển sang chế độ MONITOR Mode. Chú ý: Trong khi chương trình đang chạy có thể theo dõi cách hoạt động của chương trình bằng cách bấm vào nút monitoring 2.2.6. Bổ xung các lệnh Timer và counter. Trước hết chuyển chế độ của PLC sang PROGRAM mode. Máy tính sẽ hỏi thao tác này làm thay đổi chế độ PLC, có tiếp tục hay không, ta chọn YES. Bổ xung các lệnh Timer và Counter vào chương trình: a) Bổ xung một Network mới vào chương trình bằng cách chọn Insert Network. b) Trong Network mới thêm tiếp điểm có địa chỉ (Address) là 000.03 c) Bổ xung Timer vào bằng cách chọn và đặt nó sau tiếp điểm trên. Trong hộp thoại Timer mở ra nhập vào 000 là số thứ tự của Timer, trong ô Value nhập vào ô Timer giá trị #1000 (tức 100s) (chú ý phải có dấu #) Kết quả sau khi bổ xung lệnh Timer: d) Bổ xung tiếp một Network nữa vào chương trình bằng cách chọn Insert Network, Below current network và nhấn OK. e) Thêm 1 tiếp điểm có Address mà 000.04 vào Network này. f) Bổ xung counter vào chương trình bằng cách chọn và định vị con trỏ chuột ngay sau tiếp điểm trên. Nhập vào số của Counter là 1 và Value là DM0000 rồi nhấn OK. g) Bổ xung chân nối đầu vào Reset cho Counter bằng cách chọn tiếp điểm Nhập vào địa chỉ 000.05 cho tiếp điểm này. h) Sau đó thực hiện nạp chương trình vào PLC (Download Program) i) Chuyển PLC sang chế độ Monitor mode hoặc Run mode k) Bấm monitor để theo dõi. Chú ý: Nếu lúc này thử bật công tắc 000.04 thì bộ đếm không đếm gì cả bởi giá trị đặt là nội dung trong DM0000 là 0. 2.2.7. Theo dõi hoạt động của chương trình. a) Theo dõi trạng thái tiếp điểm. Bấm đúp chuột vào một ô trống trong vùng theo dõi, gõ địa chỉ 000.00 vào ô Address của hộp thoại Edit Value rồi bấm nút Read b) Theo dõi địa chỉ dạng word: bấm đúp chuột vào ô trống bên cạnh trong vùng theo dõi và gõ vào DM0000 rồi bấm nút Read. Lúc này giá trị của DM0000 sẽ là 0 vì nó chưa được thiết lập 1 giá trị nào lúc chạy. c) Để đặt giá trị cho DM0000, bấm đúp chuột vào ô DM0000 trên vùng theo dõi. Nhập giá trị 10 vào ô Value trong hộp thoại mở ra rồi bấm nút Write để ghi giá trị này vào PLC. Thanh ghi DM0000 có giá trị là 10. d) Bây giờ nếu bật khoá 000.05 giá trị của bộ đếm Counter sẽ bị Reset về 10 là giá trị của DM0000. e) Bật tắt khoá CH000.04 nhiều lần ta sẽ thấy bộ giá trị của Counter sẽ giảm dần từ giá trị 10 2.2.8. Lưu chương trình. Từ menu File chọn save project as Chọn thư mục lưu File và gõ tên file vào hộp file name rồi nhấn OK để lưu. 2.2.9. Đọc chương trình từ PLC (Upload Program from PLC). Từ menu file chọn New Project, nhấn OK để tạo chương trình. Từ menu online chọn Upload program rồi nhấn OK để đọc chương trình từ PLC lên máy tính. Chương trình hiện trong bộ nhớ PLC sẽ được hiển thị trên màn hình sau đó có thể thực hiện lưu chương trình này vào đĩa làm một bản lưu hoặc thực hiện các thay đổi như bình thường. CHƯƠNG 3 ỨNG DUNG PLC CPM1A XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 3.1. Đặt vấn đề Trong xã hội văn minh ô tô chiếm một phần không nhỏ trong lưu thông, những tiện ích vượt trội của ô tô so với các loại phương tiện giao thông khác là không thể phủ nhận (chở được nhiều người hơn, chủ động thời gian, đỡ bụi và đỡ ồn hơn, …). Trên thế giới ô tô là phương tiện giao thông chính từ lâu. Với tốc độ phát triển như hiện nay của nước ta, chẳng bao lâu nữa ô tô là phương tiện giao thông chính. Vì vậy việc thiết kế gara với cửa tự động cho ô tô là điều hết sức cần thiết cho cuộc sống của con người. Do cửa gara cho ô tô vào/ra đóng mở tự động nên tiết kiệm thời gian và tránh được cảm giác ngại và phiền toái khi sử dụng. Xã hội đang thay đổi từng ngày từng giờ, với cuộc sống hiện đại ngày nay thì tiết kiệm được một chút thời gian và bớt đi phiền toái là điều đáng quý và trân trọng. Vậy bài toán đặt ra là: Giả sử sức chứa trong bãi đỗ là 10 xe, cửa vào, cửa ra bãi đỗ xe riêng biệt. Cửa vào và ra mở, đóng tự động khi có xe vào và xe ra, cửa vào chỉ mở khi trong bãi còn sức chứa. 3.2. Xác định yêu cầu công nghệ Đây là bước quan trọng cho các nhà lập trình. Đầu tiên người lập trình phải đi tìm hiểu, phân tích hoạt động của hệ thống điều khiển (quá trình công nghệ), thứ tự hoạt động cũng như vai trò của từng thiết bị trong hệ thống. Để đơn giản hoá, chúng ta mô phỏng quá trình công nghệ qua lưu đồ thuật toán sau: Cửa vào mở Sensor 3 enso 1, xe vào Bộ đếm + thêm 1 giá trị Xe qua cửa Cửa vào đóng S Cửa vào đóng S Kết thúc Cửa ra đóng Sensor 3, x a Sensor 4 Đầy xe (Đèn đỏ) Bộ đếm giảm 1 giá trị Xe qua cửa Cửa ra mở Cửa ra đóng S S Đ Bắt đầu Đ Đ Đ Đ Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển gara 3.3. Các yêu cầu của mô hình Mục đich chế tạo mô hình gara ô tô hoạt động tốt, từ đó có thể thiết kế được gara ô tô tự động thật trong thực tế. Do đó mô hình cần đạt được các yêu cầu sau: - Kích thước vừa phải, gọn gàng. - Hệ thống cơ khí hoạt động tốt. - Hệ thống điện tốt, hoạt động đúng yêu cầu công nghệ - Dùng PLC để điều khiển chương trình hoạt động cho cửa. - Yêu cầu mô hình càng giống với gara thật càng tốt. 3.4. Lựa chọn thiết bị cho mô hình Hệ thống bao gồm: Nút ấn ON, OFF, cảm biến quang, động cơ 1 chiều DC, rơ le một chiều, cánh cửa, bộ nguồn, công tắc hành trình, đèn báo…Khi xe đi vào hay đi ra cảm biến quang nhận tín hiệu tác động hệ thống cửa tự động đóng, mở. TT Tên thiết bị Số lượng 1 PLC CPM1A 01 2 Cảm biến quang 04 3 Động cơ điện một chiều 02 4 Biến áp 220V/ 6; 9; 12; 24V -3A 01 5 Rơ le điện một chiều + chân đế 04 6 Cánh cửa 02 7 Nút bấm 02 8 Đèn báo 03 9 Công tắc hành trình 04 10 Bộ nguồn 1 chiều 01 3.4.1 Bộ điều khiển lập trình (PLC) CPM1A của Omron Bộ lập trình (progamable logic control) CPM1A của Omron Kích thước nhỏ gọn Có thể mở rộng lên tới 160 I/O Nhiều loại CPU: 10, 20, 30, 40 I/O Ngõ ra phát xung 2kHz, ngõ vào đếm tốc độ cao: 5kHz 1 pha, 2.5kHz 2 pha Khối mở rộng 8in, 8out, 20 I/O hoặc 40 I/O. Các module A/D, D/A, nhiệt độ, mạng Profibus, DeviceNet, Compobus-S Phần mềm lập trình Syswin 3.3; Syswin 3.4 miễn phí. 3.4.2 Lựa chọn cánh cửa Chọn loại cửa trượt đóng mở tự động gồm 2 cánh cửa được đóng mở tự động thông qua bộ điều khiển PLC Hình 3.2: Cửa trượt đóng mở tự động gồm 2 cánh cửa Cảm biến quang * Cảm biến quang gồm có: Một bộ phát quang và một bộ thu quang: + Bộ phát quang có thể sử dụng ánh tia hồng ngoại, ánh sáng đỏ, lazer. + Bộ thu quang có thể sử dụng tranzitor quang, diode quang. Dạng hình trụ cỡ M18. Điều chỉnh độ nhạy cho loại phản xạ khuếch tán (-D32, -D12) Ðầu ra: NPN hoặc PNP 30VDC, 100mA Khoảng cách phát hiện: * Phản xạ khuyếch tán:  10cm (NPN: E3F3-D11; PNP: E3F3-D31), 30cm (NPN: E3F3-D12; PNP: E3F3-D32) * Phản xạ gương: 2m (NPN: E3F3-R61; PNP: E3F3-R81) * Thu phát: 5m. (NPN: E3F3-T61; PNP: E3F3-T81) Nguồn cấp: 10-30 VDC Hình 3.3: Cảm biến quang 3.4.3 Động cơ một chiều liền hộp giảm tốc  - Kích thước 60mm - Công suất động cơ 10W - Điện áp 12 V - Tỷ số truyền i = 3 ~ 750 - Bộ điều chỉnh tốc độ: 90~1350v/ph Hình 3.4: Động cơ một chiều liền hộp giảm tốc  3.4.4 Máy biến áp 3A - Điện áp vào: 0V – 250V AC - Điện áp ra :  0V – 6V – 9V – 12V - 24V AC - Dòng định mức 3 A Hình 3.5: Máy biến áp 3A 3.4.5 Rơ le điện từ một chiều Rơle là một loại thiết bị điện tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơ le dùng để đóng/ cắt nguồn cho các động cơ ở đầu ra của PLC. Hình 3.6: Rơ le điện từ một chiều 3.4.6 Công tắc hành trình Tiếp điểm: 15A, 480VAC Tần số hoạt động: Cơ: 240 lần/phút; Điện: 20 lần/phút Điện trở cách điện: 100 MΩ min. (ở 500 VDC) Điện trở tiếp xúc: 5 mΩ max. Tiêu chuẩn: UL/CSA Hình 3.7: Công tắc hành trình 3.4.7 Bộ nguồn một chiều Sử dụng bộ chỉnh lưu cầu biến dòng điên xoay chiều thành điên một chiều. §Ó æn ®Þnh ®iÖn ¸p cấp cho động cơ điện một chiều ta dïng IC æn ¸p 7812: U~ 12V¸ 35V 12V¸ 35V CL 7812 7912 C1 C2 2200 m 35V 2 3 2200 m 35V 1 3 2 1 C3 C4 1000 m 16V 1000 m 16V O +12V -12V Hình 3.8: Cầu 1 pha đi ốt và Mạch ổn áp đối xứng dùng IC 7812 , 7912 3.5. Xác định và phân định và đấu nối đầu vào / ra cho PLC 3.5.1. Đầu vào PLC. Đầu vào Địa chỉ Nút ấn khởi động M 000.00 Nút ấn dừng ST 000.01 Cảm biến quang 1(S1) Vào cửa 000.02 Cảm biến quang 2(S2) Qua cửa 000.03 Cảm biến quang 3(S3) Ra cửa 000.04 Cảm biến quang 4(S4) Qua cửa 000.05 Công tắc hành trình 1(HT1) 000.06 Công tắc hành trình 2(HT2) 000.07 Công tắc hành trình 3(HT3) 000.08 Công tắc hành trình 4(HT4) 000.09 3.5.2. Đầu ra PLC. Đầu vào Địa chỉ Đèn báo nguồn (đèn xanh) Đx 010.00 Rơ le điều khiển động cơ 1 quay thuận (1R) 010.01 Rơ le điều khiển động cơ 1 quay ngược (2R) 010.02 Rơ le điều khiển động cơ 2 quay quay thuận (3R) 010.03 Rơ le điều khiển động cơ 2 quay ngược (4R) 010.04 Đèn báo Gara đầy xe (đèn đỏ) (Đđ) 010.05 AC 220V DC 24V DC 24V Đx 1R 2R 3R 4R Đđ ST S1 S2 S3 S4 HT1 HT2 HT3 HT4 M 3.5.3. Đấu nối vào/ ra PLC Hình 3.9: Sơ đồ đấu nối vào/ ra PLC 3.6. Lập trình mạch điện với phần mềm Syswin * Lập trình theo ngôn ngữ bậc thang: * Lập trình theo ngôn ngữ STL: LD 253.13 AND NOT CNT099 OUT 010.00 LD 000.00 OR 200.00 AND NOT 000.01 OUT 200.00 LD 200.00 AND NOT CNT099 OUT TR0 AND 000.02 LD TR0 AND 010.01 OR LD AND NOT 010.02 AND NOT 000.06 OUT 010.01 LD TR0 AND 000.03 LD TR0 AND 010.02 OR LD AND NOT 010.01 AND NOT 000.07 OUT 010.02 LD 200.00 OUT TR0 AND 000.04 LD TR0 AND 010.03 OR LD AND NOT 010.04 AND NOT 000.08 OUT 010.03 LD TR0 AND 000.05 LD TR0 AND 010.04 OR LD AND NOT 010.03 AND NOT 000.09 OUT 010.04 LD 010.01 LD 010.03 LD 000.01 AND NOT CNT099 CNTR 099 #0010 LD CNT099 OUT 010.05 END 3.7. Chạy mô phỏng Hình 3.10: Mạch khi cấp nguồn ấn nút khởi động Hình 3.11: Mạch khi có xe vào gara Hình 3.12: Mạch khi có xe ra gara Hình 3.13: Mạch khi gara đầy xe 3.8. Vận hành mô hình 3.8.1. Một số hình ảnh mô hình sau khi chế tạo 3.8.2. Vận hành Ấn nút ON điện được cung cấp tới PLC và các thiết bị trong hệ thống, gara sẵn sàng hoạt động, khi có xe vào cảm biến quang S1 phát hiện cánh cửa vào sẽ mở đến khi gặp công tắc hành trình H1 dừng lại. Khi xe vào qua cửa cảm biến S2 phát hiện, động cơ sẽ tự động đảo chiều đóng cửa lại đến gặp công tắc hành trình H2 dừng lại. Hệ thống cứ vậy hoạt động tới khi ta ấn nút OFF thì hệ thống dừng hẳn. KẾT LUẬN Kết thúc khóa học, em đã được Khoa điện và các thầy, các cô hướng dẫn giao cho đề tài tốt nghiệp: “Ứng dụng PLC xây dựng mô hình điều khiển bãi đỗ xe tự động”. Sau khi nhận đồ án, bằng những kiến thức đã được trang bị, sự tham khảo các tài liệu kỹ thuật, nhất là được sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của thầy Đặng Văn Tuệ đã giúp cho em có thể hoàn thành được các yêu cầu đặt ra ban đầu của đề tài. Các vấn đề cơ bản đã được nghiên cứu và thực hiện: - Tìm hiểu chung về tình hình giao thông tại Việt Nam, giới thiệu một số loại bãi đỗ xe tự động trên thế giới. - Nghiên cứu, tìm hiểu sâu hơn về PLC và phần mềm Syswin cùng với những ứng dụng của chúng trong các quá trình tự động hóa. - Ứng dụng PLC xây dựng được mô hình điều khiển bãi đỗ xe tự động với yêu cầu đặt ra là: Sức chứa trong bãi đỗ là 10 xe, cửa vào, cửa ra bãi đỗ xe riêng biệt. Cửa vào và ra mở, đóng tự động khi có xe vào và xe ra, cửa vào chỉ mở khi trong bãi còn sức chứa. Làm đồ án tốt nghiệp là một nhiệm vụ hết sức quan trọng do đó em đã cố gắng, xong do thời gian và kiến thức của mình có hạn nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Vậy em kính mong được sự quan tâm, giúp đỡ, đóng góp ý kiến quý báu của các thầy, các cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Đặng Văn Tuệ cùng toàn thể các thầy, các cô trong khoa đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Hải Dương, ngày 05 tháng 11 năm 2012 Người thực hiện Tài liệu tham khảo 1. Giáo trình thực hành điện nâng cao, Trường Đại học Sao Đỏ. 2. Giáo trình thực hành PLC, Trường Đại học Sao Đỏ. 3. Hướng dẫn sử dụng CPM1A và phần mềm Syswin 3.3 (2006), Văn phòng đại diện OMRON Việt Nam.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docdo_an_5_11_0365.doc