Đề tài Khảo sát hệ thống cân băng định lượng nhà máy xi măng Cosevco Sông Gianh

. Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau. Do đó cách kết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp. Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcell và thường có các thông số như : tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá trị này có thể là từ 2mV/V đến 3 mV/V hoặc hơn tùy loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải… Tùy ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau . Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng. Sau đây là hình dạng của một số loại loadcell có trong thực tế. Hình4.27 :Giới thiệu hình ảnh một số loadcell có trong thực tế 4.3.Cảm biến đo vị trí Mạch đo vị trí đơn giản nhất là dùng biến trở. Điện áp ra : U0 = Un.α Để đảm bảo độ chính xác thì biến trở phải cuốn đều sao cho quan hệ giữa vị trí và điện áp tỷ lệ tuyến tính. Tuy vậy mạch đo vị trí này ít được áp dụng trong công nghiệp vì độ tin cậy kém Ngày nay cũng như trong hệ thống, để đo vị trí người ta sử dụng bộ Resolver U1s = Umsinωt A U2s = Umcosωt chia GF FD fH Sinωt Cosωt UD =1 B M H Đ ĐK Hình4.28 : Mạch đo vị trí dùng Resolver Resolver có rôto một pha và stato có hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc 900. Điện áp cấp cho hai cuộn dây stato cũng lệch nhau 900 điện: U1s = Umsinωt, U2s = Umcosωt (4-17) Khi rôto quay góc α, đầu ra của nó cảm ứng điện áp lệch pha so với U1s một góc α Ur = Um1sin(ωt – α) (4-18) + Máy đo góc tuyệt đối (Resolver): UU0SinωtSinϑ Máy đo góc tuyệt đối có cấu tạo gồm 2 phần : Phần động gắn với trục quay động cơ chứa cuộn sơ cấp được kích thích bằng sóng mang tần số (2 - 10Khz) qua máy biến áp quay. Phần tĩnh có hai cuộn dây quấn thứ cấp ta thu được tín hiệu điều biên UU0SinCostSinq và UU0SinCostCostq Đường bao của biên độ kênh tín hiệu ra chứa thông tin về vị trí tuyệt đối (góc q) của roto máy đo, có nghĩa là vị trí tuyệt đối của roto động cơ . Có hai cách thu thập thông tin về q. Cách thứ nhất là hiệu chỉnh sai góc thu được trên cơ sở so sánh góc được cài trong một vi mạch sẵn có. Các vi mạch này đo tín hiệu góc dạng số với độ phân giải 10 - 16bit/1 vòng và tín hiệu tốc độ quay dạng tương tự . Do cần sử dụng khâu điều chỉnh I hoặc PI để sửa sai lệch góc nên chiều rộng dải tần và độ phân giải cho phép phụ thuộc vào thông số của mạch điều chỉnh . Cách thứ hai có chất lượng cao hơn là dùng hai bộ biến đổi tương tự - số để lấy mẫu trực tiếp từ đỉnh tín hiệu điều chế . Trong trường hợp này cần đồng bộ chặt chẽ giữa thời điểm lấy mẫu và khâu tạo tín hiệu kích thích 2 - 10Khz .Sau đó dùng bộ lọc để chuyển xung chữ nhật thành tín hiệu kích thích hình sin. Ngoài ra phải có biện pháp giảm sai số truyền dẫn tín hiệu từ bộ cảm biến đặt ở động cơ đến bộ vi xử lý đặt ở bàn điều khiển. Độ phân giải của phép đo dùng máy đo góc tuyệt đối hoàn toàn phụ thuộc vào độ phân giải của bộ biến đổi tương tự số UU0SinωtSinϑ ϑ UU0Sinωt rotor UU0SinωtCosϑ Hình 4.29 :Sơ đồ nguyên lý máy đo góc Resolver 5.Màn hình LCD: Trong những năm gần đây, màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display) ngày càng được sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế các đèn LED (7 đoạn và nhiều đoạn). Đó là vì các nguyên nhân sau: Màn hình LCD có giá thành hạ Khả năng hiển thị số, ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với đèn LED Sử dụng thêm một bộ điều khiển làm tươi LCD Dễ dàng lập trình các ký tự và đồ hoạ LCD giới thiệu ở đây có 14 chân, chức năng của các chân được cho trong bảng : Chân Ký hiệu I/O Mô tả 1 VSS - Đất 2 VCC - Dương nguồn +5V 3 VEE - Nguồn điều khiển tương phản 4 RS l RS=0 chọn thanh ghi lệnh RS=1 chọn thanh ghidữ liệu 5 R/W L R/W=1 đọc dữ liệu.R/W=0 ghi 6 E I/O Cho phép 7 DB0 I/O Bus dữ liệu 8 bit 8 DB1 I/O Bus dữ liệu 8 bit 9 DB2 I/O Bus dữ liệu 8 bit 10 DB3 I/O Bus dữ liệu 8 bit 11 DB4 I/O Bus dữ liệu 8 bit 12 DB5 I/O Bus dữ liệu 8 bit 13 DB6 I/O Bus dữ liệu 8 bit 14 DB7 I/O Bus dữ liệu 8 bit VCC và VSS là chân nguồn +5V và chân đất, còn VEE được dùng để điều khiển độ tương phản của LCD RS (Register Select)-chọn thanh ghi: có hai thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD. Chân RS được dùng để chọn các thanh ghi này. Nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn, cho phép người dùng gửi một lệnh chẳng hạn như xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng.v.v. Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn và cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị lên LCD R/W (Read/Write)-Chân đọc/ghi: chân vào đọc/ghi cho phép người dùng đọc/ghi thông tin. R/W = 0 thì đọc còn R/W = 1 thì ghi E (Enable)-Chân cho phép: chân cho phép E được LCD sử dụng để chốt thông tin hiện có trên chân dữ liệu. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp được áp đến chân E để LCD chốt dữ liệu trên chân dữ liệu. Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns DB0÷DB7: đây là 8 chân dữ liệu 8 bit, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD Để hiển thị chữ cái và con số, mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến z và các con số từ 0 đến 9 được gửi đến các chân này khi bật RS = 1 Cũng có các mã lệnh được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ. Các mã lệnh này được liệt kê trong bảng sau: Bảng : Mã lệnh LCD Mã (Hexa) Lệnh đến thanh ghi của LCD 1 Xoá màn hình hiển thị 2 Trỏ về đầu dòng 4 Dịch con trỏ sang trái 6 Dịch con trỏ sang phải 5 Dịch hiển thị sang phải 7 Dịch hiển thị sang trái 8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị A Tắt hiển thị, bật con trỏ C Bật hiển thị, tắt con trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ 10 Dịch vị trí con trỏ sang trái 14 Dịch vị trí con trỏ sang phải 18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái 1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải 80 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ nhất C0 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ hai 38 Hai dòng và ma trận 5 x 7 Để gửi một lệnh bất kỳ nêu trên đến LCD, cần đưa chân RS = 0, còn để gửi dữ liệu thì bật RS = 1. Sau đó, gửi một sườn xung cao xuống thấp đến chân E để cho phép chốt dữ liệu trong LCD. 6.Truyền tin: Khi bộ vi xử lý truyền tin với thế giới bên ngoài thì nó cấp dữ liệu dưới dạng từng byte (8 bit) một. Trong một số trường hợp, chẳng hạn như máy in thì thông tin được lấy từ bus dữ liệu 8 bit của máy tính và gửi tới bus dữ liệu 8 bit của máy in. Phương pháp này chỉ thực hiện được khi đường cáp không quá dài vì nếu cáp quá dài sẽ làm suy giảm thậm chí làm méo tín hiệu. Để truyền tin nối tiếp, người ta sử dụng một đường dữ liệu thay cho bus dữ liệu 8 bit của truyền tin song song, nhờ vậy không chỉ làm cho giá thành hạ hơn nhiều mà còn mở ra một khả năng để hai máy tính ở cách rất xa nhau vẫn có thể truyền thông với nhau qua đường điện thoại Để tổ chức truyền tin nối tiếp, trước hết byte dữ liệu được chuyển thành các bit nối tiếp nhờ thanh ghi dịch vào-song song-ra-nối tiếp. Tiếp theo, dữ liệu được truyền qua một đường dữ liệu đơn. Như vậy ở đầu thu cũng phải có một thanh ghi dịch vào-nối tiếp-ra-song song để nhận dữ liệu nối tiếp và sau đó gói chúng thành từng byte một Khi cự ly truyền ngắn thì tín hiệu số có thể được truyền. Đây cũng chính là phương pháp mà bàn phím IBM-PC vẫn sử dụng để truyền dữ liệu đến bảng mạch chính. Tuy nhiên để truyền dữ liệu đi xa qua các đường truyền chẳng hạn như đường điện thoại thì truyền dữ liệu nối tiếp yêu cầu một mođem để điều chế (chuyển các số 0 và 1 về tín hiệu âm thanh) và sau đó giải điều chế (chuyển các số 0 và 1 về tín hiệu âm thanh) và sau đó giải điều chế (chuyển tín hiệu âm thanh về các số 0 và1) Các chế độ thu phát dữ liệu : Truyền tin có hai phương pháp; Đồng bộ và dị bộ. Phương pháp đồng bộ chuyển mỗi lần một khối dữ liệu (các ký tự), còn phương pháp dị bộ chỉ truyền từng byte một. Có thể viết phần mềm sử dụng một trong hai phương pháp này . Tuy nhiên, chương trình máy tính dạng này thường rất dài và buồn tẻ. Vì lý do đó mà nhiều nhà sản xuất đã cho ra thị trường các loại IC chuyên dụng phục vụ cho truyền dữ liệu nối tiếp. Những IC này các bộ thu - phát dị bộ tổng hợp UART (Universal Asynchronous Synchronous Receiver Transmitter) và bộ thu - phát đồng - dị bộ tổng hợp USART (Universal Synchronous-Asynchronous Receiver Transmitter) . CHƯƠNG 5 GIỚI THIÊU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KIỂM TRA PHÉP ĐO DISOCONT 5.1 Khái niệm: Hình5.1: Hệ thống điều khiển DISOCONT: DISOCONT là một hệ thống môđun điện tử dùng để trang bị trong hệ thống cân, đo lường của hệ thống cấp liệu. Khi liệu được cấp là chất rắn và để cân đo lượng liệu một cách liên tục thì DISOCONT có ứng dụng tối ưu nhất. DISOCONT được trang bị với một môđun truyền thông thích hợp tối ưu trong cấu trúc tự động hóa thông qua fieldbus. DISOCONT sử dụng cho tất cả các phép đo lường và các hàm điều khiển; được trang bị với các cổng dịch vụ phục vụ cho việc kết nối của máy tính hay bộ phận điều khiển . Truyền thông Fieldbus với những môđun vào/ra trong hệ thống cho phép truyền tất cả các dữ liệu đến nơi điều khiển. Các môđun vào/ra được kết nối qua hệ thống truyền thông đưa đến hệ thống điều khiển, hệ thống điều khiển xử lý các thông tin của dữ liệu, qua bộ chuyển đổi tương tự số A/D tín hiệu số được truyền đến PLC để điều khiển cơ cấu chấp hành. Bộ phận điều khiển hiển thị rõ trên màn hình với các tham số, đồ thị điều khiển hoặc các tham số đã được chuẩn hóa và các thông số cài đặt. - Yêu cầu cấu hình PC : + CPU: Pentium + Bộ nhớ: 16Mbyte cho Windows 95, 24 MB cho Windows NT + Dung lượng bộ nhớ : 50MB + Màn hình: VGA, 32768 màu + Hệ điều hành Windows 95 hoặc Windows NT 4.0 Hệ thống DISOCONT có thể giám sát chặt chẽ quá trình làm việc của hệ thống cân băng như tốc độ cấp liệu thực tế (T/h),lượng liệu được cấp trong một đơn vị thời gian. Từ những tín hiệu phản hồi về lấy từ cơ cấu chấp hành, DISOCONT có chức năng khuếch đại, chuyển đổi tín hiệu, hiển thị, truyền tín hiệu về bộ điều khiển xử lý đồng thời nhận tín hiệu điều khiển,chuyển đổi tín hiệu để đưa đến cơ cấu điều khiển. DISOCONT gồm có các bộ phận VSE, bộ phận điều khiển được sử dụng cho thao tác trực tiếp VLB, bộ phận cục bộ VLG,và bộ VEA là môđun vào/ ra bổ sung thêm số lượng đầu vào cho hệ thống. Các bộ phận này được kết nối với nhau qua hệ thống fieldbus để tạo thành một vòng khép kín tối ưu hóa cho quá trình làm việc một hệ thống. 5.2 Giới thiệu các đơn vị hệ thống: 5.2.1. Bộ điều khiển cục bộ VLG 20110: Bộ điều khiển cục bộ VLG 20110 là bộ điều khiển phục vụ cho thao tác làm việc tại chổ của người trực tiếp vận hành ở đó, nó được gắn một bên cân băng định lượng. Đây là bộ điều khiển có thể điều chỉnh trực tiếp bằng tay, nó phục vụ cho quá trình điều chỉnh tốc độ băng tải khi có trường hợp khẩn cấp mà các bộ điều khiển khác bị sự cố, bộ phận này gồm năm nút có tác dụng điều khiển tốc độ động cơ kéo băng tải và độ mở của van xả liệu. - Khoá chuyển đổi S1 cho chúng ta lựa chọn cách thức làm việc Local/Remote (tại chổ/từ xa) - Khoá chuyển đổi R1: Điều khiển tốc độ động cơ truyền động - Khoá chuyển đổi S2.... S4 :Là những khoá điều khiển các bộ phận phụ. Hình 5.2: Sơ đồ bộ điều khiển cục bộ VLG 20110 Mô tả bộ điều khiển cục bộ VLG 20110: Kích thước 160x360x90mm trọng lượng 4.5 kg Nhiệt độ làm việc -25...50oC Bảng 5.1 5.2.2. Khối VSE 20100: Đây là một bộ phận thực hiện toàn bộ nhiệm vụ cần thiết của bộ điều khiển đo lường. Khối VSE được cài đặt một thẻ nhớ VSM và tất cả các thông số được lưu giữ tại thẻ nhớ này. Thẻ nhớ VSM có chức năng lưu giữ thông tin, truyền về bộ điều khiển lập trình PLC xử lý, đồng thời cũng là nơi thu nhận thông tin điều khiển từ PLC truyền về để làm nhiệm vụ điều khiền các cơ cấu chấp hành. Hình 5.3 : Sơ đồ điều khiển khối VSE 20100 5.2.2.1.Modun hệ thống DC-1 (P/N VSE 20100): Môđun thu nhận và điều khiển dữ liệu (CPU) Những đặc tính bao gồm: + Kho phần mềm: EPROM. + Kho tham số : ROM. +Nguồn điện cung cấp: 24 VDC hoặc 230VAC + Load Cell : Điên trở của Load Cell 350 + Kết nối với Load Cell: Cáp thường + Nguồn điện Load Cell: 12VAC + A/D: 14 bit + Chuyển đổi tương tự I/O: Giá trị đầu ra là 4 - 20mA + Số nhập vào : 24VDC. + Các đầu ra số: 24 - 230VAC + Cổng truyền thông: RS232 +Truyền thông Fielbus : Profibus, DeviceNet, Modbus, Ethemet Hình 5.4: Bộ điều khiển VLB20120 VLB 20120 5.2.3.Bộ phận VLB20120: Là bộ điều khiển được sử dụng cho việc giám sát hoạt động của bộ DISOCONT . Đây là bộ điều khiển được sử dụng trực tiếp thay cho điều khiển bằng máy tính . VLB gồm một màn hình LCD hiển thị tất cả các thông tin cần thiết của quá trình đo lường và điều khiển, tín hiệu được xử lý và hiển thị ra đèn LED 7 đoạn trên màn hình. Một bàn phím điều khiển gồm có các phím chức năng nhằm phục vụ cho việc dò tìm và thay đổi giá trị khối lượng cài đặt của nhà máy như: trọng lượng Max, độ sai số cho phép. Đây vừa là nơi cho ta thấy được kết quả trên màn hình, qua đó giám sát được quá trình hoạt động của hệ thống cân băng. Hình 5.5 : Sơ đồ bộ điều khiển VLB 20120: 5.2.3.1.Mô tả chung: bộ điều khiển VLB 20120 Kích thước 260x160x110mm Bộ cấp điện DC (Một chiều) 24V... 300V ±20% Bộ cấp điện AV (Xoay chiều) 110V...230V,-20%+10%,47...63Hz Cầu chì 4 A Công suất 4 W Phạm vi nhiệt độ làm việc -20oC...50oC Phạm vi nhiệt độ bảo vệ -20oC...60oC Bảng5.2 5.2.3.2. Đặt địa chỉ thanh dẫn cục bộ: Địa chỉ cài đặt qua phần mềm. Thanh dẫn cục bộ được đặt điện trở cuối nhằm triệt tiêu tín hiệu phản xạ tránh hiện tượng xung đột tín hiệu. 5.2.3.3. Thanh dẫn cục bộ: Cách ly Bộ cách ly quang Tốc độ bod 125kBit/s...500kBit/s Nguồn cung cấp 24V DC, 250mA Tình trạng LED báo truyền thông làm việc Đầu nối Khoảng cách 3.5mm, max 1,5mm2 Bảng5.3 5.3. Các thông số của các đơn vị: 5.3.1. Những thuyết minh chung: Nguồn cung cấp một chiều 24V... 300V ±20% Nguồn cung cấp xoay chiều 110V... 230V/-20%, +10%, 47... 63Hz Cầu chì bảo vệ 4 A Nguồn dùng cho cầu chì 16A thiết bị dây chảy, kiểu C, DIN60898 Công suất 20W Phạm vi nhiệt độ làm việc -25 oC... 50 oC Phạm vi nhiệt độ bảo vệ -25 oC... 75 oC Đầu ra điện áp (của VLG) 24VDC, 250mA Bảng5.4 5.3.2. Load cell (L/C): Nguồn điện áp kích thích L/C +/- 6V AC Độ nhạy của L/C 1... 3 mV/V Kết nối L/C Cáp thường Tín hiệu L/C truyền qua cáp 100ms Số L/C tối đa 4 (350) Khoảng cách tối đa của cáp 500m Độ phân giải 24 bit Đầu nối Khoảng cách 3.5mm, tối đa 1.5mm2 Bảng5.5 5.3.3. Đầu vào nhị phân : Số đầu vào 2 Bộ kiểm tra Phím tắt Tần số 0.03Hz... 2,9 kHz Nguồn vào điện áp lớn nhất 20.... 30V 4-7mA Trở kháng vào 5kΩ Đầu nối Khoảng cách 3.5mm, tối đa 1.5mm2 Bảng5.6 5.3.4. Đầu ra nhị phân: Số đầu ra 4 Cách ly Bộ cách ly quang Điện áp 24V...250V=/~ Dòng điện Max. 1A Sự chuyển mạch DC:50...250W( phụ thuộc vào điện áp) 240W với 30VDC. AC:2000VA max. Đầu nối Khoảng cách 5mm Bảng5.7 5.3.5. Đầu vào tương tự : Số đầu vào 1 Dòng đầu vào 0/4mA...20mA /50 Điện áp đầu vào 0…10V/100k Tốc độ cập nhật 100ms Đầu nối Khoảng cách 5mm 5.3.6. Đầu ra tương tự : Số đầu ra 1 Giá tri đầu ra 0/4mA...20mA (max.11V) Cách ly Bộ cách ly quang Tải max. 500 Tốc độ cập nhật 100ms Đầu nối Khoảng cách 5mm Bảng5.9 5.3.7.Giao tiếp RS-232: Cách ly Bộ cách ly quang Tốc độ bod 150kBit/s Cáp 3 x 2 x 0,23mm2 Nguồn cung cấp tải 24V DC, 40mA Tình trạng LED báo truyền thông làm việc Đầu nối Khoảng cách 5mm Bảng5.10 5.3.8. Thanh dẫn cục bộ (Local Bus): Cách ly Không Giao tiếp RTS,CTS Tốc độ bod 300Bd...115kBd Đầu nối Khoảng cách 5mm Bảng5.11 Hình5.6: Sơ đồ kết nối các bộ phận 5.4 Hệ thống cấp liệu được trang bị bộ phận DISOCONT:PLC Plant control L/C Động cơ Bukenr 24V DC... 230V AC 24V DC... 230V AC Local Bus Fleldbus module Nguồn điện RS 232 I/O VSE Nguồn điện Local bus VLB VLG FC AUX Cấu hình của PC 5.4.1. Kết nối giữa VSE20100 với PC. Dùng mạng PPI để kết nối nối tiếp nhằm thực hiện việc điều khiển trao đổi dữ liệu. Đường truyền thông là một cáp điện, vị trí của nó tùy thuộc vào việc giao tiếp. Hiện có giao tiếp RS 232 (V.24), 20mA, và RS 485. Tốc độ truyền từ 300bit/s đến tối đa 19,2Kbit/s đối với giao tiếp 20mA, 76,8 Kbit/s đối với RS 232 và RS 422/485. Chiều dài cáp tùy thuộc vào thiết kế giao tiếp và tốc độ truyền. Chiều dài 10m cho RS 232. 1000m cho giao tiếp 20mA với 9,6Kbit/s và 1200m cho RS 422/485 với 19.2Kbit/s. 5.4.2 Kết nối giữa VSE 20100 và PLC S7-200. Bộ phậnVSE 20100 được trang bị một môđun vào/ra số để giao tiếp và thực hiện truyền các thông tin thu nhận được của các bộ phận về PLC S7-200 để xử lý các tín hiệu và điều khiển. Đây cũng chính là tín hiệu phản hồi về để điều khiển các cơ cấu chấp hành. Tất cả các khối xử lý trung tâm S7- 200 đều được trang bị môđun giao tiếp PPI (point- to- point interface). Giao tiếp PPI đồng thời cũng cho phép liên kết nhiều khối xử lý trung tâm S7-200 (có thể đến 31 CPU, nếu sử dụng bộ lặp thì số trạm trong mạng có thể đến 125) và kết nối với thiết bị lập trình, hiển thị hoặc vận hành. - Trao đổi dữ liệu theo nguyên tắc chủ /tớ . - Tốc độ truyền thông chậm, từ 9600 bit/s đến 19200 bit/s Trước khi thực hiện việc truyền thông, cần phải khai báo PPI Protocol trong byte đặc biệt SMB30, tốt nhất tại vòng quét đầu tiên. - PPI Protocol là bộ xác lập kiểu truyền tin nối tiếp 11 bít cho PLC, bao gồm: 1 bít start (bắt đầu của một message) 8 bít dữ liệu 1 bít kiểm tra chẵn lẻ 1 bít stop (kết thúc của một message) Cho phép truyền thông giữa một chủ với nhiều tớ hoặc nhiều chủ với nhiều tớ. 5.4.3. Kết nối giữa VSE20100 và bộ điều khiển cục bộ VLG20110: - Bộ phận VSE20100 được gắn các môđun I/O cho phép mở rộng hệ thống để giao tiếp với các bộ phận khác như bộ điều khiển cục bộ VLG20110, Loadcell. Môđun I/O có thể kết nối đến 128 ngõ vào/ra bao gồm 64 ngõ vào và 64 ngõ ra. + Môđun I/O kết nối với các môđun vào/ra ở xa bằng cáp xoắn đôi hoặc cáp thường. + Khoảng cách truyền xa 200m + khi một trạm ở xa bị sự cố nhưng hệ thống không bị ngừng hoạt động, các đèn báo lỗi giúp xác định nhanh chóng trạm bị lỗi. 5.4.4. Kết nối giữa VSE 20100 và bộ điều khiến VLB 20120: VSE được nối với VLB qua một thanh dẫn cục bộ, giao tiếp qua môđun CAN, môđun này chỉ nhận những tín hiệu số mà không nhận các tín hiệu khác.VLB nhận các thông số từ bộ cân điện tử của hệ thống cân băng và hiển thị ra đèn LED bảy đoạn. 5.4.5 Giao tiếp giữa biến tần với động cơ: - Biến tần và đông cơ được nối với nhau bằng những cáp điện bình thường, tốc độ động cơ được điều khiển bởi sự thay đổi tần số của biến tần. - Động cơ được dùng ở đây là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, loại động cơ này có rất nhiều ưu điểm như giá thành thấp, vận hành đơn giản, độ bền cao... 5.4.6 Kết nối giữa đầu cân và VSE 20100: - Tín hiệu truyền về đầu cân là tín hiệu tương tự có giá trị từ 0 đến 10V hoặc 4 đến 20mA qua môđun tương tự, môđun tương tự này được liên kết với VSE 20100 qua một môđun mở rộng I/O, từ đây tín hiệu này được truyền về PLC. Để truyền tín hiệu này về PLC cần phải qua một bộ biến đổi AD chuyển thành tín hiệu số đưa đến PLC để thực hiện chức năng xử lý và điều khiển biến tần, đây cũng chính là tín hiệu phản hồi về. 5.4.7 Kết nối Encode Với PLC: - Encode là một bộ mã hóa, tín hiệu truyền đến PLC là tín hiệu số dưới dạng mã nhị phân, cáp dùng kết nối ở đây là cáp bình thường. 5.4.8 Kết nối giữa đầu cân và cảm biến trọng lượng: - Dùng cáp thường để kết nối các cảm biến trọng lượng với đầu cân, cách đấu các đầu dây này do nhà chế tạo thiết kế, giá trị dòng hoặc áp của đầu cân sẽ thay đổi khi tải trọng của băng tải thay đổi. 5.4.9. Giao tiếp gữa biến tần và PLC S7-200 Biến tần và PLC được giao tiếp qua giao thức USS. Thư viện lệnh của STEP-7-Micro/Win cung cấp 14 chương trình con, ba thủ tục ngắt và một tập lệnh( gồm 8 lệnh) hỗ trợ cho giao thức USS. Sử dụng lệnh USS –UNIT để lựa chọn Port 0 cho cả USS hoặc PPI. Sau khi đã lựa chọn Port 0 cho truyền thông với chuẩn USS, không được sử dụng Port 0 cho bất kỳ mục đích khác. +Các lệnh USS tác động đến tất cả các bit SM Với truyền thông Freeport qua port 0 + Các lệnh USS sử dụng 14 chương trình con và 3 thủ tục ngắt. + Các giá trị của USS yêu cầu 400byte của miền nhớ V. Địa chỉ bắt đầu được ấn định bởi người sử dụng và các phần còn lại dành cho các giá trị khác. + Vài lệnh trong USS yêu cầu một bộ truyền thông 16 byte. Chẳng hạn với một tham số cho lệnh, cần phải cung cấp một điạ chỉ bắt đầu trong miền nhớ V của bộ đếm này. + Khi thực hiện các phép tính, các lệnh USS sử dụng các thanh ghi AC0 đến AC3. Cũng có thể sử dụng các thanh ghi trong chương trình, tuy nhiên các giá trị của các thanh ghi sẽ bị thay đổi bởi lệnh USS. + Các lệnh USS sẽ làm tăng bộ nhớ của chương trình lên đến 3450 byte. Tuỳ thuộc vào lệnh USS mà dung lượng của bộ nhớ có thể tăng từ 2150 byte đến 3450 byte. + Các lệnh USS không thể sử dụng trong chương trình con. CHƯƠNG 6 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH - PLC (PROGAMMABLE LOGIC CONTROLLER) 6.1 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình: Hiện nay nhu cầu về bộ điều khiển linh hoạt và có giá trị thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình PLC (programmble lôgic control). Đây là hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thông dùng rơ le và thiết bị cồng kềnh, nó tạo khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dự trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những tác vụ khác như bộ định thì, đếm... làm tăng khả năng cho những hoạt động phức tạp. Bộ nhớ chuơng trình Bộ nhớ dử liệu Đơn vị điều khiển Khối ngỏ vào Khối ngỏ ra Mạch giao tiếp Mạch công suầt và cơ cấu tác động Nguồn cung cấp Hình 6.1: Sơ đồ khối bên trong Panel lập trình Về phần cúng PLC tương tự như máy tính truyền thông và chúng có những đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp. Khả năng chống nhiễu tốt. Cấu trúc dạng modun do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modun mở rộng vao/ra) và thêm chức năng (nối đúng). Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngỏ ra được chuẩn hóa. Ngôn ngữ lập trình chuyên dụng ladder, inotruction, funetionchat dễ hiểu và dễ sử dụng. Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong bộ điều khiển các máy móc công nhgiệp và trong điều khiển quá trình. 6.2 Những khái niệm cơ bản: + Bộ điều khiển lập trình lý tưởng của một nhóm kỹ sư hảng generral motors vào năm 1968 và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỷ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. + Để lập trình và thay đổi chương trình điều khiển sử dụng thích hợp trong nhà máy. + Cấu trúc dạng modun đế dễ dàng bảo trì và sữa chữa. + Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp. + Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơle chức năng tương đương. + Giá cạnh tranh. Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm đến các kỹ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu và khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp làm cho PLC có nhiều chức năng từ tập lệnh (các lệnh logic đơn giản) được hổ trợ thêm về các lệnh định thì, tác vụ đếm. Sau đó là các lệnh xử lý tín hiệu. + Đồng thời về việc phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả như bộ nhớ lớn hơn về số lượng, số lượng ngỏ và ra nhiều modun chuyên dùng hơn. Vào những năm 1976 PLC có khả năng điều khiển ngõ vào ra bằng kỹ thuật truyền thông (= 200m). Các họ PLC của các hảng sản xuất phát triển từng loạt hoạt động độc lập chỉ với 20 ngỏ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước đến PLC có cấu trúc modun nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dụng khác. + Xử lý tín hiệu được liên tục (analog). + Điều khiển động cơ servo, động cơ bước. + Truyền thông. + Số lượng ngõ vào/ra. + Bộ nhớ mở rộng. Với cấu trúc modun cho phép chùng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển PLC với chi phí và công sức ít nhất. 6.1. PC hay PLC. Một số thuật ngữ dùng để mô tả bộ điều khiển lập trình. + PC programmable controler (ANH). + PLC programmable logic controler (Mỹ). + PBS programble binsay system ( THỤY ĐIỂN). Thuật ngữ PC thể hiện ý nghĩa tổng quát nhất về bộ điều khiển lập trình những thuật ngữ PLC để phân biệt với máy tình cá nhân. 6.2. So sánh với các hệ thống điều khiển khác. Chỉ tiêu so sánh Rơle Mạch số Máy tính PLC Giá thành Khá thấp Thấp Cao Thấp Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Khả năng chống nhiễu Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt Lắp đặt Mất thời gian thiết kế và lắp đặt Mất thời gian thiết kế Mất nhiều thời gian lập trình Lập trình và lắp đặt đơn giản Khả năng điều khiển các tác vụ phức tạp Không Có Có Có Thay đổi điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản Công tác bảo trì Kém Kém Kém Tốt 6.3. Cấu trúc phần cứng của PLC. GPLC bao gồm ba khối chức năng cơ bản: bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ và các cổng vào ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình, trạng thái ngõ ra được cập nhật và lưu giữ 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 tương ứng. 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 thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Bộ nhớ chương trình EEPROM Tự chọn Bộ đệm Bộ đệm Bộ nhớ chương trình EEPROM Nguồn pin CPU Bộ xử lý Clock Bộ nhớ hệ thống ROM Bộ nhớ dữ liệu RAM Khối vào ra Mạch chốt Mạch giao tiếp Bộ đếm Bộ lọc Mạch cách Panel lập trình Bộ đệm Bus địa chỉ Bus điều khiển Bus địa chỉ Bus điều khiển Kênh ngỏ vào Kênh ngỏ ra 6.3.1. Bộ xử lý trung tâm CPU. GĐây là bộ 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, một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock (đồng hồ), tần số chuẩn cho CPU thường là 1 hay 8 MHz còn tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý được sử dụng. 6.3.2. Bộ nhớ và các bộ phận khác. GTất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau : 0 ROM (Read Only Memory): đây là bộ nhớ đơn giản nhất (loại này chỉ đọc), nó gồm các thanh ghi, mỗi thanh ghi lưu trữ một từ với một tín hiệu điều khiển, ta có thể đọc một từ ở bất kỳ một vị trí nào. ROM là bộ nhớ không thay đổi được mà chỉ được nạp chương trình một lần duy nhất. 0 RAM (Random Access Memory) : là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, đây là bộ nhớ thông dụng nhất để cất giữ chương trình và dữ liệu của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM có thể bị thay đổi khi mất điện. Do đó điều này được giải quyết bằng cách nuôi RAM bằng một nguồn pin riêng. 0 EEPROM (Electronic Erasable Progammable Read Only Memory): Đây là bộ nhớ mà nó kết hợp sự truy xuất linh hoạt của RAM và ROM trên cùng một khối, nội dung của nó có thể có thể xoá hoặc ghi lại bằng điện tuy nhiên cũng chỉ được vài lần. Bộ nguồn cung cấp : Bộ nguồn cung cấp của PLC sử dụng hai loại điên áp AC hoặc DC, thông thường dùng cấp điện áp 100V đến 240V và tần số 50/60Hz, những nguồn DC thì có giá trị 4V, 24V. Nguồn nuôi cho bộ nhớ thường là nguồn pin để mở rộng thời gian lưu giữ các dữ liệu có trong bộ nhớ, nó tự chuyển sang trang thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt và nó phải thay vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 0 Cổng truyền thông: PLC luôn dùng cổng truyền thông để trao đổi giữ liệu chương trình, các loại cổng truyền thông thường dùng là RS 232, RS 432, RS 485. Tốc độ truyền thông tiêu chuẩn là 9600 baud. 0 Dung lượng bộ nhớ: Đối với PLC loại nhỏ thì bộ nhớ có dung lượng cố định (thường là 2K), dung lượng chỉ đủ đáp ứng khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp do giá thành bộ nhớ giảm liên tục do các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn cho các sản phẩm của họ. 6.3.4. Khối vào ra. GMọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong của PLC có mức điện áp 5V DC (điện áp cho TTL, CMOS) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều, thường là 24V DC đến 240V DC với dòng lớn. GNhư vậy khối vào ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC với mạch công suất bên ngoài, kích hoạt các cơ cấu tác động : Nó thực hiện sự chuyển đổi mức điện áp tín hiệu và cách ly. Tuy nhiên khối vào ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ (≤ 2A) nên không cần các công suất trung gian hay rơ le trung gian. GLoại này ta có thể lựa chọn các thông số cho các ngõ vào/ra với các yêu cầu điều khiển cụ thể: FLoại ngõ ra dùng rơ le: có thể nối với cơ cấu tác động làm việc với điện áp DC hay AC, cách ly dạng cơ nên đáp ứng chậm. Tuổi thọ phụ thuộc dòng tải qua rơle và tần số đóng tiếp điểm. & Ngõ vào: 24V DC; 110V AC hoặc 220V AC. & Ngõ ra: Dạng rơle, transitor hay triac. FLoại ngõ ra dùng triac: Kết nối được giữa cơ cấu tác động làm việc với điện áp AC hoặc DC có giá trị từ 5V đến 242V, chịu được dòng nhỏ hơn so với dùng rơle nhưng tuổi thọ cao và tần số đóng mở lớn. FLoại ngõ ra dùng transitor: Chỉ nối cơ cấu tác động làm việc với điện áp từ 5V đến 30V DC, tuổi thọ cao và tần số đóng mở lớn. GTất cả các ngõ vào/ra đều được cách ly quang trên các khối vào ra. Mạch cách ly quang dùng một diốt phát quang và một transitor quang. Mạch này cho phép tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn, hơn nữa mạch này có tác động chống nhiễu khi chuyển công tắc và bảo vệ quá áp từ nguồn điện cung cấp (có thể lên tới 1500V). 6.3.4. Thiết bị lập trình. GTrên các PLC loại lớn thường lập trình bằng cách dùng VDU (Visual Display Unit) với đầy đủ bàn phím, màn hình được nối với PLC thông qua cổng nối tiếp, thường là RS 422, các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập trình dạng ngôn ngữ LADDER kể cả chú thích trong môi tường soạn thảo chương trình làm cho chương trình dể đọc hơn. Hiện nay máy vi tính được sử dụng rất phổ biến để lập trình cho PLC, với CPU xử lý nhanh, màn hình đồ hoạ chất lượng cao, bộ nhớ lớn và giá thành ngày càng hạ. Máy vi tính rất lý tưởng cho việc lập trình bằng ngôn ngữ ladder. Ngoài ra bộ lập trình cầm tay thường được sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa, bảo trì. 6.4. Khái niệm cơ bản về lập trình PLC: Yêu cầu chính của ngôn ngữ lập trình là phải dễ hiểu dễ sử dụng trong việc lập trình điều khiển, điều này ý muốn nói rằng phải có cấp cao với đặc điểm là các lệnh và các cấu trúc chương trình thể hiện được các tác vụ điều khiển không phức tạp và không mất nhiều thời gian để nắm bắt ngôn ngữ so với các ngôn ngữ cấp cao khác hiện được sử dụng trên máy tính. Sơ đồ điều khiển dạng bậc thang là phương pháp phổ biến nhất để mô tả mạch rơle lôgic. Ngôn ngữ lập trìng ladder có dạng giống như sơ đồ mạch điện bậc thang gọi là ngôn ngữ ladder rất phù hợp để tạo các chương trình điều khiển lôgic. Đối với những người thiết kế máy đã quen thuộc với các hệ thống rơle truyền thông. 6.4.1. Giải thích chương trình ladder: (a) Nút ấn khởi động (b) Nút ấn dừng (c) Công tắc an toàn Động cơ (d) Công tắc quay tải Ở đây ta giải thích mối quan hệ mạch điện vật lý vói chương trình ladder. Ta xét mạch điều khiển động cơ như hình vẽ Hình 6.4: Mạch điện ladder truyền thông điều khiển động cơ. Y001 (a) (b) (c) (d) Động cơ Hình 6.5: chương trình ladder tuơng đương. Như vậy ta thấy chương trình ladder gồm hai cột dọc biểu diển nguồn điện logic cùng với các ký hiệu công tắc logic đều được biểu diễn bằng ba công tắc tơ thường mở, một công tắc tơ logic thường đóng và một rơle logic (ngỏ ra logic động cơ) Điều cần thiết cho công việc thiết kế cho chương trình ladder là phải lập tài liệu về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng một cách nhanh chóng và chính xác. 6.4.2. Ngõ vào và ngõ ra: Ngõ vào và ngõ ra là các bộ nhớ một bít, các bus có ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái ngõ ra vật lý, ngõ vào nhận trực tiếp tín hiệu cảm biến và ngõ ra là các rơle trasistor, triac. Các não vào ra cần được ký hiệu và đánh số để có địa chỉ xác định và duy nhất. Mỗi hảng sản xuất có cách đánh số riêng nhưng về ý nghĩa cơ bản là giống nhau. X0 Q0 PLC X1 Q1 6.4.3. Rơle: Thực chất là một bộ nhớ một bít và có tác dụng như rơle phụ trợ vật lý trong mạch điều khiển dùng rơle truyền thông nên được gọi là rơle logic (trong thuật ngữ, phần cứng máy tính nó được gọi là rơle và được ký hiệu là M và được đành số thập phân M0; M500;...M800). + Phân loại rơle logic: - Rơle chốt (latched relay): rơle được chốt là rơle duy trì được trạng thái khi không cấp điện cho PLC. Loại rơle này được ứng dụng trong trường hợp sau: nếu nguồn cung cấp bị hỏng khi rơle đang ở trạng thái hoạt động thì tất cả các ngõ ra đều tắt (off), trạng thái off vẫn được duy trì kích hoạt. Khi PLC được cung cấp điên trở lại thực hiện được trạng thái đó trong chương trình thì ta không kích trực tiếp các nhỏ ra mà phải dùng rơle được chốt làm trạng thái trung gian kích các ngõ ra. + Rơle trạng thái (state relay) được sử dụng trong điều khiển trình tự và thường được gọi là trạng thái STL (STEP LADDER) được ký hiệu là S và được đành số thấp phân là S0; S10; S22. + Rơle chuyên dùng (specal): rơle dùng để điều khiển quan sát trạng thái hoạt động bên trong PLC và được gọi là cờ chuyên dùng. + Cờ chuyên dùng giám sát: M8000: M8000= 1 PLC đang ở trạng thái chạy (run). M8002: M8002 =1 PLC đang chuyển từ trạng thái stop về trạng thái run. M8013: Xung đồng hồ một giây nghĩa là trạng thái chuyển đổi tuần tự với một chu kì một giây. + Cơ chế dùng điều khiển . M8003: Lên một thì tất cả các trạng thái ngõ ra được duy trì khi PLC ngừng hoạt động. M8200: Dùng điều khiển bộ đếm lên xuống. 6.4.4. Thanh ghi (regiser): Thực chất là bộ nhớ 16 bit dược dùng để lưu trữ số liệu, thanh được kí hiệu là D và đánh số thập phân: DO; D200; D800: D8002 ... * Phân loại: + thanh ghi dữ liệu (data register): thanh ghi loại này thường được lưu trữ thông thường trong khi tính toán dữ liệu trên PLC. + Thanh ghi chốt (latched register): Thanh ghi này duy trì nội dung (chốt) cho đến khi nó được lưu chồng bằng một nội dung mới, khi PLC chuyển từ trạng thái RUN sang STOP thì dữ liệu trên các thanh ghi vẫn được duy trì. + Thanh ghi chuyên dụng (special regiser): dùng để lưu trữ kết quả dữ liệu điều khiển và giám sát trong trạng thái hoạt động bên trong PLC thường dùng với các cờ chuyên dùng các thanh ghi này có thể sử dụng trong chương trình ladder. Ngoài ra các trạng thái hoạt động của hệ thống PLC hoàn toàn có thể xác định được. + Thanh ghi tập tin (thanh ghi bộ nhớ chương trình proram memory register) chiếm từ khối 500 bước bộ nhớ chương trình được sử dụng đối với các ứng dụng mà chương trình điều khiển cần xử lý nhiều số liệu (các thanh ghi RAM có sẵn không đủ đáp ứng). + Thanh ghi điều chỉnh được từ biến trở bên ngoài (external adchusting register): trên các thanh PLC có sẵn các biến trở dùng để điều khiển nội dung của một thanh ghi dành riêng nội dung các thanh ghi này có giá trị từ 0÷255 tương ứng với vị trí biến trở tối thiểu và tối đa. + Thanh ghi chỉ mức (idev rgister): thanh ghi này dùng để hiệu chỉnh chỉ số các toán hạng logic (thanh ghi, cờ, bộ đếm định thì) một cách tùy động. Ký hiệu là N Z. DI: thanh ghi đã được đánh số cố định. DIV: Thanh ghi được đánh số tùy động nghĩa là DVL=D (L=V) 6.4.5. Bộ đếm: Bộ đếm (countes): được dùng để đếm các sự kiện, bộ đếm trên PLC. Được gọi là bộ đếm logic vì nó là bộ nhớ trong PLC. Được tổ chức như là bộ đếm vật lý, số lượng bộ đếm có thể sử dụng. Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C0,C128,C235... Phân loại: + Bộ đếm lên, xuống, lên xuống, đếm pha, đếm tốc độ cao. + Về dung lượng có bộ đếm 16 bít.32 bít... + Về loại có bộ đếm chốt. 6.4.6. Bộ đếm thời gian (time): Được dùng để định thì các sự kiện, bộ định trên PLC được gọi là bộ định thì logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC được tổ chức có tác dụng như bộ định thì vật lý, số lượng bộ định thì tùy thuộc vào PLC. Thực chất nó là bộ đếm xung kích chu kì thay đổi, chu kì xung kích bằng đơn vị ms hoặc s và được gọi là bộ phân giải. Ý nghĩa của bộ phân giải là có độ phân giải cao thì sẽ định thì được thời gian lớn. Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân: T0,T200,T246. Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải. + Độ phân giải 100ms Û khoảng thời gian định thì từ 1® 3276.7s. + Độ phân giải từ 10ms Û khoảng thời gian định thì từ 1 ® 327.67s. + Độ phân giải từ 1ms Û khoảng thời gian định thì từ 1® 32.767s. 6.4.7. Tập lệnh trong PLC: Kỹ thuật lập trình PLC phổ biến nhất là vẽ sơ đồ ladder thể hiện mạch logic (logic ladder) sau đó chuyền đổi sang chương trình dòng lệnh (tructions), những lệnh có thể thiết lập từ thiết bị chuyên dụng dùng lập trình nối với PLC qua cổng lập trình (progrmming posp), các lệnh này tham số lệnh liên quan đến ngõ vào/ra thanh ghi bộ đếm, bộ định thì và các tác vụ khác. Tập lệnh bao gồm lệnh cơ bản (bass instructions) và lệnh ứng dụng. Lệnh ứng dụng được lập trình từ các lệnh cơ bản cấp bạo (24 bộ lệnh) và được cập nhật thường xuyên. Tập lệnh của các hãng khác khác nhau từ khóa (tên lệnh) nhưng tương tự nhau về hoạt động. Lệnh được tạo bởi 2 phần: Tên lệnh và tham số lệnh. Lệnh cơ bản chỉ có thể chỉ có tên lệnh, thực hiên chức năng rẽ nhánh, hợp thành. Ngoài tên lệnh còn có thêm một hoặc hai tham số thực hiện các chức năng cơ bản. Lệnh ứng dụng có ít nhất một tham số nguồn và tham số đích. + tham số nguồn nhận tác động của lệnh. + Tham số đích dùng để lưu kết qủa tác động của lệnh tuơng tự. 6.5.Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên PLC: 6.5.1. Cơ chế hoạt động: GKhi chương trình được nạp vào PLC chúng được đặt trong một vùng nhớ riêng được gọi là bộ nhớ chương trình. GBộ xử lý có thanh ghi bộ đếm lệnh dùng để trỏ đến lệnh kế tiếp sẽ được thi hành khi CPU thực thi một lệnh nào đó. Khi một lênh được lấy từ CPU thì nó được đặt vào thanh ghi lệnh để giải mã các vi lệnh bên trong CPU. GKhi PLC được sử dụng đặt chế độ chạy chương trình thì bộ đếm lệnh chỉ đến 000, vị trí lệnh đầu tiên như hình vẽ trên. Bộ xử lý lấy lệnh giải mã và thi hành lệnh, trường hợp này là LD I0.0, bộ xử lý kiểm tra phần tử đầu tiên của mạch logic, công tắc thường mở và ngõ vào I0.0, trạng thái của ngõ vào được giữ trong cổng đệm của ngõ vào. Vì vậy CPU sẽ quét bộ nhớ RAM và ghi giá trị I0.0 vào bộ nhớ tạm sau đó bộ đếm chương Hệ thống Bus RAM Ngõ Ngõ vào Logic X0 0 X1 0 X2 1 RAM Ngõ Ngõ ra Logic Y0 0 Y1 0 Y2 1 Logic ngõ vao CPU ALU Thanh ghi Thanh Ghi lệnh LD X000 Bộ đếm lệnh 000 X000 X000 Khối Ngõ vào X000 X000 Khối ngõ ra Chương trình điều khiển trong RAM Bước Lệnh 00 LD I0.0 01 AND I0.0 02 OUTQ0.0 ... n END Thực hiện sao chép và trở về Trạng thái ngõ vao được lưu vào RAM Ngõ vào Trạng thái ngõ ra được lưu vào khối ngõ ra Hình 6.6: Sơ đồ xử lý tín hiệu trong CPU trình sẽ tự động tăng lên 1 để chỉ đến lệnh kế tiếp AND I0.0 và thực thi lệnh này. Bộ xử lý lại tiếp tục quét RAM ngõ vào để biết trạng thái I0.0 và lưu kết quả tạm thời. Kế tiếp bộ đếm chương trình tăng lên giá trị 2, lệnh OUT Q0.0 được thi hành và CPU chuyển kết quả logic của tác vụ trước đó, tác vụ I0.0 và I0.1 vào RAM cho ngõ ra Q0.0.Hoạt động này cứ tiếp tục như thế cho đến khi toàn bộ chương trình được đặt lại giá trị 000, chương trình được thi hành (quét) lại từ đầu, nghĩa là theo một chu kỳ liên tục. Bộ đếm chương trình có thể tăng lên một khoảng giá trị (không tăng lên 1 như thường lệ) do lập trình bằng lệnh nhảy (JMP) vì thế đoạn chương trình sẽ không được xử lý. 6.5.2. Phương pháp xử lý : GCó 2 phương pháp xử lý tín hiệu vào/ra trên PLC : Cập nhật liên tục và xử lý một khối.  0 Phương pháp thứ nhất : Cập nhật liên tục. Trong phương pháp này CPU phải mất một khoảng thời gian để đọc trạng thái của các ngõ vào sẽ được xử lý. Khoảng thời gian trên thường là 3ms, nhằm tránh tác động xung nhiễu gây ra bởi công tắc ngõ vào. Các ngõ ra được kích trực tiếp (nếu có) theo sau tác vụ kiểm tra logic. Trạng thái ngõ ra được chốt trong khối ngõ ra, nên trạng thái của chúng duy trì đến lần cập nhật kế tiếp. Bắt đầu Lấy lệnh giãi mã và thực hiện lệnh Kiểm tra trạng thái các công tắc ngõ vào Chuyển sang lệnh kế tiếp Kiểm tra trạng thái ngõ ra Chuyển sang lệnh kế tiếp Cập nhật hay kích hoạt ngõ ra v.v... Mất 5µs Mất 3µs Mất 5µs Mất 3µs Mất 5µs Mất 3µs Thời gian quét ngõ vào và đáp ứng 0 Phương pháp thứ hai : Xử lý một khối. Trường hợp các PLC loại lớn có hàng trăm ngõ vào ra, vì CPU chỉ xử lý xung lênh trong chương trình, trạng thái của từng ngõ vào được kiểm tra riêng biệt để xác định ảnh hưởng của nó lên chương trình. Theo trên, khi khoảng thời gian để thực hiện tác vụ này là 3ms và tổng thời gian quét của toàn bộ chương trình gọi là chu kỳ quét hay thời gian quét sẽ tăng tỷ lệ thuận khi số ngõ vào tăng. Bắt đầu Lưu : Tất cả trạng thái ngõ vào bộ nhớ RAM Lấy lệnh, giải mã và thực hiện lệnh Lưu tất cả trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ RAM vào khối ngõ ra và trạng thái ngõ vào trong bộ nhớ RAM vào khối ngỏ ra tương ứng. Thời gian phụ thuộc độ lớn của chương trình (một bước mất khoảng 5s) Mất khoảng thời gian cố định 5ms Thời gian quét ngõ vào và đáp ứng GĐể thực thi chương trình được nhanh hơn, việc cập nhật trạng thái ngõ vào và ngõ ra có thể được thực hiện tại một thời điểm đặc biệt nào đó trong quá trình xử lý chương trình. Ở đây một vùng nhớ RAM được dùng như vùng nhớ đệm giữa CPU với khối đệm ngõ vào ra.Từng ngõ vào và ra được cấp phát một ô nhớ trong vùng RAM này. Trong khi lưu trạng thái các ngõ vào/ra và CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng thái của chúng vào RAM, tác vụ này được thực hiện vào đầu và cuối chu kỳ quét chương trình. Khi chương trình được thực hiện, trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong RAM được đọc ra, các tác vụ logic được thực hiện theo các trạng thái trên, và kết quả của các trạng thái ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra. Sau đó vào cuối chu kỳ quét, quá trình cập nhật trạng thái vào/ra chuyển tất cả các trạng thái từ RAM vào khối ngõ ra tương ứng. Kích các ngõ ra trên khối vào/ra , khối ngõ ra được chốt, nên chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kỳ quét kế tiếp. GTác vụ cập nhật trạng thái vào/ra trên được thực hiện bởi CPU bằng một đoạn chương trình con được lập trình sẵn bởi nhà sản xuất. Như vậy chương trình con sẽ được thực hiện vào cuối chu kỳ quét hiện hành và đầu chu kỳ quét kế tiếp. Lúc đó trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật CHƯƠNG 7 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH SIMANTIC S7-200 7.1 Cấu hình cứng: Như trên đã nói PLC (Programmable Logic Controled),là thiết bị điều khiển logic lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngư lập trình. S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemans,(CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu môdun và có các modun mở rộng. Các modun này được sữ dụng cho nhiều nhữmg ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xữ lý CPU 212 và CPU 214. Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp. - CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng hai môdun mở rộng. - CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modun mở rộng. S7-200 có nhiều loại modun mở rộng khác nhau. 7.1.1. CPU212 bao gồm: - 512 từ đơn (word) tức 1 Kb để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM. - 512 từ đơn để lưu dữ liệu trong đó có 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc miền nonvolatile. 8 cổng vào lôgic và 8 cổng ra logic. - có thể nối thêm 2 modun để mở rộng số cổng vào/ra, bao gồm các modun tương tự (analog). - Tổng số cổng vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. - 64 bộ tạo thời gian trể (Timer) trong đó có 2 timer có độ phân giải 1ms, 8 timer có độ phân giải 10ms và 54 timer có độ phân giải 100ms. - 64 bộ đếm (Counter) chia làm hai loại: lọai chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi. - 368 bít nhớ đặc biệt sử dụng làm các bít trạng thái hoặc các bít đặt chế độ làm việc. - Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo tín hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2 kHz). Bộ nhớ không bit mất dữ liệu khoảng thời gian 50 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. 7.1.2. CPU214 bao gồm: - 2048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM). - 2048 từ đơn (4 Kbyte) kiểu đọc/ghi để lưu dữ liệu, tronh đó có 512 từ đầu thuộc miền no-volatile. - 14 cổng vào logic và 10 cổng ra logic. - Có thể ghép nối thêm 7 modun để mở rộng số cổng vào/ra, bao gồm cả modun tương tự (analog). - Tổng số cổng vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. - 128 bộ tạo thời gian trể (Timer) trong đó có 4 Timer có độ phân giải 1ms, 16 Timer có độ phân giải 10ms và Timer có độ phân giải 100ms. - 128 bộ đếm (Copunter) chia làm hai loại: loại chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi. - 688 bit nhớ đặc biệt sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc. - Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu nhắt khác nhau bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo tín hiệu của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. - 3 bộ đềm tốc độ cao với nhịp 2kHz và 7 kHz. 2 bộ phát xung nhanh chọn dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM. 2 bộ điều chỉnh tương tự. - Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. Mô tả các đèn báo trên S7-200, CPU214: SF (đèn đỏ): báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC có hỏng hóc. RUN (đèn xanh): chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy. STOP (đèn vàng): chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại. I x.x (đèn xanh): Đèn xanh của cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng I x.x(x.x 0.0:1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Q y.y (đèn xanh): Đèn xanh của cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Q y.y (y.y 0.0 : 1.1 Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. 7.1.3. Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc giao ghép nối thiết bị lập trình hoặc các tram PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38400 baud 1 2 3 4 5 8 9 6 7 Chân Giải thích 5 4 3 2 1 9 8 7 6 Đất 24 VDC Truyền và nhận dữ liệu Không sử dụng Hình 5.1: Sơ đồ chân của cổng truyền thông Đất 5 VDC (điện trỏ trong 100) 24 VDC (tối đa 120 mA) Truyền và nhận dữ liệu Không sử dụng. Để ghép nối S7-200 với máy tính PC hoặc với các loại lập trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/485. 7.1.3.Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC: Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía bên cạnh các cổng ra của S7-200. Có ba vị trí cho phép chọn: RUN cho phép PLC thực hiện chương trình tổng bộ nhớ. PLC S7-200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí khi ngay cả công tắc ở chế độ RUN. Nếu quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. STOP cưỡng bức PLC ngừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong hai chế độ làm việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP. 7.1.4. Chỉnh định tương tự: Điều chỉnh tương tự (1 bộ trong CPU 212 và 2 bộ trong CPU 214) cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình. Núm chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra. Thiết bị chỉnh định có thể quay 170 độ . 7.1.5. Bin và nguồn nuôi bộ nhớ : Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới. Nguồn pin có thể được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các giữ liệu có trong bộ nhớ . Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị càn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 7.1.6.Chương trình: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN HOẠT ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG Khởi động Chế độ hoạt động tự động Nhập các thông số định lượng: công suất = tấn/h, % đá vôi, % đá sét, % đá ba zan, % quặng sắt Tính toán tốc độ đặt trên động cơ băng tải đá vôi, động cơ băng tải đá sét, động cơ băng tải đá bazan, động cơ băng tải quặng sắt Giá trị cài đặt 2 Giá trị cài đặt 1 Giá trị cài đặt 3 Giá trị cài đặt 4 Tín hiệu từ loadcell 1 Tín hiệu từ ecoder 1 Tính giá trị hồi tiếp 1 Tín hiệu từ loadcell 2 Tín hiệu từ ecoder 2 Tính giá trị hồi tiếp 2 Tín hiệu từ loadcell 3 Tín hiệu từ ecoder 3 Tính giá trị hồi tiếp 3 Tín hiệu từ loadcell 4 Tín hiệu từ ecoder 4 Tính giá trị hồi tiếp 4 Bộ so sánh 1 Biến tần 1 Băng tải 1 Bộ so sánh 2 Bộ so sánh 3 Bộ so sánh 4 Van cấp liệu 1 Biến tần 2 Van cấp liệu 2 Van cấp liệu 3 Biến tần 3 Van cấp liệu 4 Biến tần 4 Băng tải 2 Băng tải 3 Băng tải 4 CHƯƠNG TRÌNH LAD GIẢN ĐỒ THỜI GIAN I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 VD136<VD120 VD136>VD120 VD136=VD120 VD140<VD124 VD140>VD124 VD140=VD124 VD144<VD128 VD144>VD128 VD144=VD128 VD148<VD132 Q2.2 Q2.1 Q2.0 Q1.6 Q1.5 Q1.4 Q1.3 Q1.2 Q1.1 Q1.0 Q0.7 Q0.6 Q0.4 Q0.3 Q0.2 Q0.1 Q0.0 VD148=VD132 VD148>VD132