Đồ án Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PLC-S5 để điều khiển khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây quấn qua 3 cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian, không đảo chiều quay

lí thời gian thực,Song song đó, sự phát triển mạnh mẽ về phần cứng cũng đạt được kết quả: Bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều module chuyên dùng hơn. Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển ngõ vào/ra ở xa bằng kĩ thuật truyền thông. Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công ngiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu xuất. Các họ PLC phát triển trừ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc Module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng bao gồm: Xử lý tín hiệu liên tục (Analog). Điều khiển động cơ servo, động cơ bước. Truyền thông. Tăng số lượng ngõ vào/ ra. Tăng bộ nhớ mở rộng. Với cấu trúc dạng modul cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và công suất ít nhất. 1.2 CẤU TRÚC VÀ HOẠT ĐỘNG CẢU MỘT PLC 1.2.1 Cấu trúc. Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Contral Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra. Trong đó: Thiết bị đầu vào là các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như: nút ấn, cảm biến, công tắc hành trình, Input, Output các cổng nối phía đầu vào ra của PLC hay của các Module mở rộng. Lập trình I N P U T S M Máy tính Maùy tính PG / PC M O U T P U T S CENTRAL PROCESSING UNIT PLC Cơ cấu chấp hành: gồm các thiết bị được điều khiển như: chuông, đèn, động cơ, van khí nén, Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc của PLC Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong của PLC Chương trình điều khiển: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output đầu ra theo tín hiệu Input đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều khiển được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dùng cầm tay hoặc chạy bằng phần mềm điều khiển trên máy tính sau đó được nạp vào PLC thông qua cáp nối giữa PLC với máy tính (hay PG). Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp. Processor Memory Power Supply Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát của CPU Có nhiều loại bộ nhớ để cho người sử dụng lựa chọn theo mục đích hay yêu cầu sử dụng: ROM ( Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc, không xóa dùng lưu trữ dữ liệu chương trình cố định, không thay đổi thường dùng cho nhà sản xuất PLC. RAM (Random Acess Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình cho người sử dụng. EPROM: ROM lập trình có thể xóa được. EEPROM: Electrically EPROM 1.2.2 Hoạt động của một PLC Về cơ bản hoạt động của 1 PLC khá đơn giản, đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU ( Như các Sensor, contact, tín hiệu động cơ,). Sauk hi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đưa tín hiệu điều khiển qua ngõ ra xuất ra các thiết bị được điều khiển. Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét dữ liệu hoặc trạng thái của các thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chương trình đưa ra thanh ghi lệnh để thi hành. Chương trình ở dạng STL (Stament List- dạng lệnh liệt kê) hay ở dạng LADDER (dạng hình thang) dữ được dịch ra ngôn ngữ máy cất trong chương trình. Khi thực hiện xong chương trình, tiếp đó là quá trình truyền thông nội bộ, kiểm lỗi và cuối cùng CPU sẽ gửi hoặc cập nhật (Update) tín hiệu tới các thiết bị được điều khiển thông qua ngõ ra. Một chu kì gồm: đọc tín hiệu ở ngõ vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu ngõ ra được gọi là chu kì quét (Scanning). Như vậy. tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thì lệnh không xử lý trực tiếp với cổng vào ra mà sẽ xử lý thông qua bộ nhớ đệm. Nếu có sử dụng ngắt thì chương trình con tương ứng từng tín hiệu ngắt sẽ được soạn thảo và cài đặt như 1 bộ phận chương trình. Chương trình ngắt chỉ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu ngắt và có thể xảy ra ở bất kì thời điểm nào trong vòng quét. Chuyển dữ liệu từ bộ đếm ảo ra ngoại vi Thực hiện chương trình Truyền thông và kiểm tra lỗi Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của 1 PLC là 1 vòng quét Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program Execution), PLC khi cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu này không dduojwcj truy xuất tức thời để đưa ra (Update) ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra phải theo hai bước: khi xử lý thực hiện chương trình, xử lý sẽ chuyển đổi các mức logic tương ứng ở ngõ ra trong “ chương trình nội”, các mức logic này sẽ chuyển đổi ON/OFF, tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra “thật” vẫn chưa được đưa ra. Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý, việc chuyển đổi các mức logic ( của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thật sự tác động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở ngõ ra. Thường việc thực thi một vòng quét chỉ xảy ra với một thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới 100ms, việc thực hiện 1 chu kì quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếp của thiết bị ngoại vi với PLC, vi xử lý chỉ có thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn 1 chu kỳ quét. Nếu thời gian tác động ở ngõ vào nhỏ hơn một chu kì quét thì vi xử lý xem như không có tín hiệu này. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể đáp ứng được các chức năng của dây truyền sàn xuất. Để khắc phục khoảng thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, dùng bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter) các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn với số lượng I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn. 1.3 PHÂN LOẠI 1.3.1 Phân loại theo hãng sản xuất. Trên thế giới có rất nhiều các hãng sản xuất PLC nổi tiếng như : Mitsubishi. Siemen. Omron. Idec. Fuji. Phân loại theo số lượng cổng vào ra và dung lượng bộ nhớ. Loại 1: micro PLC. Micro PLC thường được ứng dụng trong các dây truyền sản xuất nhỏ, các ứng dụng trực tiếp trong từng thiết bị đơn lẻ ( điều khiển băng tải nhỏ ). Tiêu chuẩn của 1 micro PLC như sau: 32 ngõ vào/ra. Sử dụng vi sử lí 8 bit. Thường dùng thay thể rowle. Bộ nhớ có dung lượng 1k. Ngõ vào ra là tín hiệu số. Có timer và counters. Thường được lập trình bằng các bộ lập trình bằng tay. Loại 2: PLC cỡ nhỏ. PLC cỡ nhỏ thường được sử dụng trong các hệ thống nhỏ ( điều khiển động cơ, dây chuyền sản xuất nhỏ) chức năng của các PLC này thường được giới hạn trong việc thực hiện chuỗi các mức logic, điều khiển thay thế rơ le. Ví dụ PLC của hãng simen loại nhỏ như S5-95U, S5-90U, S5-100U, S7-200 là các loại PLC nhỏ có số lượng ngõ vào /ra nhỏ hơn 256. Hình 1.5 PLC S5-100U của simen. Các tiêu chuẩn của 1 PLC cỡ nhỏ như sau: Có 256 ngõ vào ra . Dùng vi sử lí 8 bit. Thường dùng thay htees các rơ le. Dùng bộ nhớ 2K. Lập trình bằng ngôn ngữ dạng LAD hoặc liệt kê. Có timer, counters, thanh ghi dịch. Đồng hồ thời gian thực. Thường được lập trình bằng bộ lập trình bằng tay. Loại 3: PLC cỡ trung bình. PLC cỡ trung bình điều khiển được các tín hiệu tương tự, xuất nhập dữ liệu, ứng dụng được các thuật toán, thay đổi được các đặc tính của PLC nhờ vào hoạt động của phần cứng và phần mềm. PLC loại lớn của simen là các loại S7-300, S7-400 các loại này có số lượng ngõ vào /ra rất lớn. Hình 1.6 PLC S7-300 và S7-400 của hãng Siemens Các tiêu chuẩn của PLC cỡ trung bình như sau: Có khoảng 1024 ngõ vào ra. Dùng vi sử lí 8 bit Thay thế rơ le và điều khiển đươch tín hiệu tương tự. Bộ nhớ 4K và có thể nầng lên 8K. Tín hiệu ngõ vào ra là tương tự hoặc số. Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao. Có timer, counters, thanh ghi dịch . Có khả năng xử lí chương trình con ( qua lệnh JUMP). Thực hiện các thuật toán cộng, trừ, nhân, chia. Giao tiếp với các thiết bị khác qua cổng RS232. Có đường tín hiệu đặc biệt ở modul vào ra. Có khả năng hoạt động với mạng. Lập trình qua màn hình máy tính để dễ quan sát. 1.4 ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỀM VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA PLC. 1.4.1 Ưu điểm. Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các khái niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có những ưu điểm sau: – Giảm đến 80% số lượng dây nối. – Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp . – Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng. – Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng – Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển. – Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình. – Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này làm tăng tốc độ và năng suất PLC . – Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống. – Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học. – Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. – Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp. – Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. – Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, các Modul mở rộng. – Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ. – Giá bán cạnh tranh. Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động. 1.4.2 Nhược điểm. Giá thành cao ( phần cứng và phần mềm). Đòi hỏi người sử dụng phải có chuyên môn. So sánh đặc tính kĩ thuật giữa những hệ thống điều khiển Chỉ tiêu so sánh Rơ - le Mạch số Máy tính PLC Giá thành từng Chức năng Khá thấp Thấp Cao Thấp Kích thước vật ly 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 gia thiết kế lắp đặt Mất thời gian thiết kế Mất nhiều thời gian lập trình Lập trình và lắp đặt đơn giản Khả năng điều khiển tác vụ phức tạp Không Có Có Có Để thay đổi điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản Công tác bảo trì Kém -có rất nhiều công tắc Kém-nếu IC được hàn Kém -có nhiều mạch điện tử chuyên dùng Tốt-các modul được tiêu chuẩn hóa 1.4.3. Ứng dụng – Hệ thống nâng vận chuyển. – Dây chuyền đóng gói. – Các robot lắp giáp sản phẩm . – Điều khiển bơm. – Dây chuyền xử lý hoá học. – Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh. – Sản xuất xi măng. – Công nghệ chế biến thực phẩm. – Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn. – Dây chuyền lắp giáp Tivi. – Điều khiển hệ thống đèn giao thông. – Quản lý tự động bãi đậu xe. – Hệ thống báo động. – Dây chuyền may công nghiệp. CHƯƠNG 2. BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S5 2.1CẤU TẠO CỦA HỌ PLC STEP 5 PlC Step 5 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC hỗn hợp vừa đơn khối, vừa đa khối. Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ bản sau đó có thể ghép thêm các module mở rộng về phía bên phải, có các module mở rộng tiêu chuẩn S5-100U. Những module ngoài này bao gồm những đơn vị chức năng mà có thể hợp lại cho phù hợp với những nhiệm vụ kĩ thuật cụ thể. Đơn vị cơ bản Đơn vị cơ bản của PLC S5-95U như sau: . Hình 2.1. Hình khối mặt trước PLC S5-95U Trong đó: Ngăn để ắc quy. Công tắc để mở điện ắc quy. Công tắc nguồn. Bảng ổ cắm và đèn báo cho đầu vào , ra logic. Có: 16 đầu vào tử I32.0 đến I33.7, 16 đầu ra từ Q32.0 đến Q 33.7. Đầu nối nguồn 24v cho khối cơ bản. Giao diện đầu vào bộ ngắt IW59.0 đến IW59.3 và đầu vào bộ đếm IW36 đến IW 38. Giao diện nối tiếp với máy lập trình hay máy tính. Giao diện tiếp nhận modul nhớ ngoài. Giao diện cho đầu vào ra Analog. Công tắc chọn chế độ Run, Stop. Đèn báo chế độ STOP. Đèn báo chế độ RUN. Đèn báo lỗi. 2.1.2 Các modul vào/ra mở rộng. Khi quá trình tự động hoá đòi hỏi số lượng đầu và đầu ra nhiều hơn số lượng sẵn có trên đơn vị cơ bản hoặc khi cần những chức năng đặc biệt thì có thể mở rộng đơn vị cơ bản bằng cách gá thêm các module ngoài. Tối đa có thể gá thêm 8 module vào ra qua 8 vị trí có sẵn trên panen về phía phải. Thường Step 5 sử dụng các module mở rộng: + Module vào, ra số duy trì, + Module vào, ra số không duy trì lấy từ S5-100U, + Module vào, ra tương tự không duy trì lấy từ S5-100U, + Module thông tin không duy trì CCP. * Quy ước các chân của module mở rộng như hình 5.2. + Chân l: Dương nguồn (L+), + Chân 2: Âm nguồn (M), + Chân 4: Kênh số 0, + Chân 3: Kênh số 1, + Chân 6: Kênh số 2, + Chân 5 : Kênh số 3, + Chân 8: Kênh số 4, + Chân 7: Kênh số 5, + Chân 1 0 : Kênh số 6 + Hình 2.2 Sơ đồ modul mở rộng +Chân 9: Kênh số 7. 2.2 ĐỊA CHỈ VÀ GÁN ĐỊA CHỈ Trong PLC các địa chỉ cần gửi thông tin đến hoặc lấy thông tin đi đều phải có địa chỉ để liên lạc. Địa chỉ là con số hoặc tổ hợp các con số đi theo sau chữ cái. Chữ cá chỉ loại địa chỉ, con số hoặc tổ hợp con số chỉ số hiệu địa chỉ. Trong PLC có những bộ phận được gán địa chỉ đơn như bộ thời gian (T), bộ đếm (C) và cờ (F), chỉ cần một trong 3 chữ cái đó kèm theo một số là đủ, ví dụ: T1, C32, F6... Các địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có địa chỉ phức, cách gán địa chỉ giống nhau. Xét cách gán địa chỉ cho các đầu vào, ra. Có hai loại đầu vào ra: + Đầu vào ra trên khối cơ bản (gắn liền với CPU), các đầu vào ra này có địa chỉ không đổi với S5-95U là I32.2 đến I33.7, Q32.0 đến Q33.3. 2.2.1. Địa chỉ vào/ra trên Module số. Khi lắp module số vào ra lên một khe nào lập tức nó được mang số hiệu của khe đó. Trên mỗi module thì mỗi đầu vào ra là một kênh, các kênh đều được đánh số. Địa chỉ của mỗi đầu vào ra là số ghép số hiệu khe và kênh, số khe đứng trước, số hiệu đứng sau, giữa hai số có dấu chấm. Số hiệu khe và kênh như hình 2.3 Khe số: 0 1 2 3, Đơn vị cơ bản 0 1 : 7 0 1 : 7 0 1 : 7 0 1 : 7 Hình 2.3 Số hiệu khe và kênh trên module số Mỗi đầu vào ra trên module số chỉ thể hiện được tại một thời điểm một trong hai trạng thái "1" hoặc "0". Như vậy, mỗi kênh của module số chỉ được biểu diễn bằng một bít số liệu, vì vậy địa chỉ của kênh trên module số còn được gọi là địa  chỉ bít, mỗi modul mang nhiều kênh tức là nhiều bit, thường là 8bit hay 1 byte, vì vậy địa chỉ khe còn gọi là địa chỉ byte. Module số có thể được lắp trên bất kì khe nào trên panel của PLC 2.2.2 địa chỉ vào ra trên module tương tự. Để diễn tả một giá trị tương tự phải cần nhiều bít. Trong PLC S5 người ta dùng 16 bít (một word). Các lệnh tương tự có thể được gán địa chỉ byte hoặc địa chỉ word khi dùng lệnh nạp hoặc truyền. Chỉ có thể lắp module tương tự vào khe 0 đến 7. Mỗi khe có 4 kênh, mỗi kênh mang 2 địa chỉ đánh số lừ 64 + 65 (đầu khe 0) đến 126 + 127 (cuối khe 7) như trên hình 2.4. Như vậy, mỗi kênh mang địa chỉ riêng không kèm theo địa chỉ khe, đọc địa chỉ kênh là đã biết nó nằm ở khe nào. Ví dụ: Một module tương tự lắp vào khe số 2 trên đó kênh số 0 mang địa chỉ byte 80 và 81. Hình 2.4 Địa chỉ module tương tự Đơn vị cơ bản 64+65 66+67 68+69 72+73 74+75 76+77 80+81 82+83 84+85 88+89 90+91 92+93 96+97 98+99 100+l01 l04+l05 106+107 l08+l09 112+113 114+115 116+117 120+121 122+123 124+125 2.3 CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH 2.3.1 Cấu trúc chương trình Các chương trình điều khiển với PLC S5 có thể được viết ở dạng đơn khối hoặc đa khối. Chương trình đơn khối Chương trình đơn khối chỉ viết cho các công việc tự động đơn giản, các lệnh được viết tuần tự trong một khối. Khi viết chương trình đơn khối người ta dùng khối OBI. Bộ PLC quét khối theo chương trình, sau khi quét đến lệnh cuối cùng nó quay trở lại lệnh đầu tiên. Chương trình đa khối (có cấu trúc). Khi nhiệm vụ tự động hoá phức tạp người ta chia chương trình điều khiển ra thành từng phần riêng gọi là khối. Chương trình có thể xếp lồng khối này vào khối kia. Chương trình đang thực hiện ở khối này có thể dùng lệnh gọi khối để sang làm việc với khối khác, sau khi đã kết thúc công việc ở khối mới nó quay về thực hiện tiếp chương trình đã tạm dừng ở khối cũ. Người lập trình có thể xếp lồng khối này vào khối kia thành lớp, tối đa là 16 lớp Nếu số lớp vượt quá giới hạn thì PLC tự động về trạng thái ban đầu. 2.3.2 Khối và đoạn (Block and Segment) Cấu trúc mỗi khối gồm có: Đầu khối gồm tên khối, số hiệu khối và xác định chiều dài khối. Thân khối: Thể hiện nội dung khối và được chia thành đoạn (Segment) thực hiện từng công đoạn của quá trình tự động hóa sản xuất. Mỗi đoạn lại bao gồm một số dòng lệnh phục vụ việc giải bài toán logic. Kết quả của phép logic được gửi vào RLO (Result of Logic Operation). Việc phân chia chương trình thành các đoạn cũng ảnh hưởng đến RLO. Khi bắt đầu một đoạn mới thì tạo ra một giá trị RLO mới, khác với giá trị RLO của đoạn trước. Kết thúc khối: Phần kết thúc khối là lệnh kết thúc khối BE. Các loại khối: Khối tổ chức OB ( Organisation Block): Khối tổ chức quản lý chương trình điều khiển và tổ chức việc thực hiện chương trình. Khối chương trình PB (Program Block): Khối chương trình sắp xếp chương trình điều khiển theo chức năng hoặc các khía cạnh kĩ thuật. Khối dãy SB (Sequence Block): Khối dãy là loại khối đặc biệt được điều khiển theo chương trình dãy và được xử lý như khối chương trình. Khối chức năng FB (Function Block): Khối chức năng là loại khối đặc biệt dùng để lập trình các phần chương trình điều khiển tái diễn thường xuyên hoặc đặc biệt phức tạp. Có thể gán tham số cho các khối đó và chúng có một nhóm lệnh mở rộng. Khối dữ liệu DB (Dâm Block): Khối dữ liệu lưu trữ các dữ liệu cần thiết cho việc xử lý chương trình điều khiển 2.4 BẢNG LỆNH CỦA S5-95U Các lệnh của chương trình S5 được chia thành ba nhóm là: 2.4.1 Nhóm lệnh cơ bản. Khối lệnh cơ bản gồm những lệnh sử dụng cho các chức năng, thực hiện trong các khối tổ chức OB, khối chương trình PB, khối dãy SB và khối chức năng FB. Ngoại trừ hai lệnh số học +F và –F chỉ được biểu diễn bằng phương pháp dãy lệnh STL, còn lại tất cả các lệnh cơ bản khác đều có thể được biểu diễn bằng ba phương pháp đó là bảng lệnh STL, lưu đồ điều khiển CSF và biểu đồ bậc thang LAD. 2.4.2 Nhóm lệnh bổ trợ Nhóm lệnh bổ trợ bao gồm các lệnh sử dụng cho các chức năng phức tạp, ví dụ như các lệnh thay thế, các chức năng thử nghiệm, các lệnh dịch chuyển hoặc chuyển đổi, Các lệnh bổ trợ dùng trong khối chức năng và được biểu diễn bằng phương pháp bảng lệnh STL. Chỉ có rất ít lệnh được sử dụng ở phương pháp lưu đồ. 2.4.3 Nhóm lệnh hệ thống. Các lệnh hệ thống được phép thâm nhập trực tiếp vào hệ thống điều hành và chỉ có thể được biểu diễn bằng phương pháp bảng lệnh STL. Chỉ khi thực sự am hiểu về hệ thống mới nên sử dụng các lệnh hệ thống. 2.5 CÚ PHÁP MỘT SỐ LỆNH CƠ BẢN CỦA S5 2.5.1 Nhóm lệnh logic cơ bản. Khi thực hiện lệnh đầu tiên của một loạt phép toán logic thì nội dung của đối tượng lệnh được lấy vào sẽ được nạp ngay vào RLO (kết quả của phép toán logic) mà không cần thực hiện phép toán. Đối tượng của các lệnh logic là: I, Q, F, T, C a, Lệnh AN. Lập trình dạng STL A I 32.0 AN I 32.1 A I 32.2 = Q 32.0 Hình 2.5. Lệnh AN BE b, Lệnh ON Lập trình dạng STL O I 32.0 ON I 32.1 O I 32.2 = Q 32.0 BE Hình 2.6 Lệnh ON c, Lệnh O giữa hai lệnh A. Lập trình dạng STL A I 32.0 A I 32.1 O A I 32.2 Hình 2.7 Lệnh O giữa hai lệnh A A I 32.3 = Q 32. BE 2.5.2 Nhóm lệnh Set và Reset. Các lệnh set và reset để lưu giữ hoặc xoá bỏ kết quả của phép toán logic được hình thành trong bộ xử lý. Đối tượng của các lệnh này là I, Q, F. Ví dụ A I 32.0 S Q 32.0 A I 32.1 R Q 32.0 NOP0 BE hình 2.8 Lệnh Set/reset Khi đầu vào I32.0 có thì đầu ra Q32.0 có và được giữ lại cho dù I32.0 mất, chỉ khi I32.l có thì lại xoá nhớ làm Q32.0 về không.. Lệnh NOP 0 là lệnh giũa chỗ cho phương pháp LAD. Vì có đầu ra Q chưa dùng, muốn phương pháp LAD vẽ được hình thì phải đưa lệnh NOP 0 vào. 2.5.3 Nhóm lệnh thời gian. Chương trình điều khiển sử dụng các lệnh thời gian để theo dõi, kiểm soát và quản lý các hoạt động có liên quan đến thời gian. a.Nạp giá trị thời gian Khi một bộ thời gian được khởi phát thì nội dung trong ACCU1 (dạng từ 16 bít) được dùng làm giá trị tính thời gian. Do đó, muốn dùng các lệnh thời gian phải nạp giá trị thời gian cần đặt vào ACCU1 trước khi bộ thời gian hoạt động. Có thể nạp các kiểu dữ liệu sau dùng cho các lệnh thời gian: + KT: giá trị thời gian hằng số. + DW: từ (word) dữ liệu. + IW: từ (word) đầu vào. + QW: từ (word) đầu ra. + FW: từ (word) cờ. Trừ loại KT các loại còn lại phải ở dạng mã BCD. b.Đọc giá trị thời gian hiện hành. Có thể dùng hai lệnh L và LD để đưa giá trị thời gian hiện hành của bộ thời gian T vào ACCU1 để xử lý. L Tl % đọc giá trị thời gian dạng nhị phân. LD Tl % đọc giá trị thời gian dạng BCD. Nạp thời gian hằng số: LKT 40.2 Số 40: hệ số ( có thể gán từ 0 đến 999). Số 2: là mã, có 4 mã: 0 tương ứng 0,01s; 1 tương ứng là 0,1s; 2 tương ứng là 1s; 3 tương ứng là 10s; c. Các lệnh: 1, Bộ thời gian xung SP. Bộ thời gian được khởi phát lên 1 tại sười lên của RLO khi RLO là 1 thì bộ thời gian vẫn duy trì trạng thái 1 cho đến khi đạt giá trị đặt mới xuống. Nhưng khi RLO về không thì bộ thời gian về không ngay. Lập trình dạng STL (có thể lập trình dạng LAD và kiểm tra lại dạng STL). A I 32.0 L KT 500.0 NOP 0 NOP 0 NOP 0 A T 1 = Q 32.0 BE Hình2.9 Giản đồ thời gian và dạng LAD lệnh SP Khi lập trình còn 3 chân R,BI và DE chưa sử dụng thì phải dùng lệnh NOP để giữ chỗ. Chân R là để xóa giá trị thời gian hiện hành, chân BI là chân để lấy giá trị thời gian dạng nhị phân, chân DE là chân để lấy giá trị thời gian hiện thời dạng mã BCD, có thể dùng lệnh L hoặc LD để đọc giá trị thời gian. 2.Bộ thời gian mở rộng SE. Bộ thời gian xung mở rộng SE được khởi phát lên 1 tại sườn lên của RLO  sau đó không phụ thuộc RLO nữa cho đến khi đủ thời gian đặt mới về không. Lập trình dạng STL C DB 3 L KT 500.0 T IW 16 A I 33.0 L IW 16 SE T 2 NOP0 NOP0 NOP0 A T2 Hình 2.10 Giản đồ thời gian lệnh SE = Q 33.0 BE 3. Bộ thời gian bắt đầu trễ SD. Thời gian bắt đầu chậm hơn so với sườn lên của RLO một khoảng bằng thời gian đặt trong lệnh. Khi RLO về không thì bộ thời gian cũng bị đặt ngay về không. Lập trình dạng STL. C DB 3 L KT 50.1 T FW 16 A I 33.0 L F W16 NOP0 NOP0 NOP0 = Q 33.0 BE Hình 2.11 Giản đồ thời gian lệnh SD 2.5.4 Nhóm lệnh đếm. a. Nạp giá trị đếm. Cũng như bộ đếm thời gian khi một bộ đếm được lệnh khởi phát thì nội dung trong ACCUI ( dạng từ 15 bit) được dùng làm giá trị đếm. do đó, muốn dùng các lệnh đếm phải nạp giá trị đếm vào ACCU I trước khi bộ đếm hoạt động. Có các kiểu dữ liệu sau dùng cho các lệnh đếm: + KC: giá trị hằng số. + DW: từ (word) dữ liệu. + IW: từ (word) đầu vào. + QW: từ (word) đầu ra. + FW: từ (word) cờ. Trừ loại KC các loại còn lại phải ở dạng mã BCD. Nạp giá trị đếm hằng số. L KC 38 Số đếm từ 0 đến 999 Nạp số đếm dưới dạng đầu vào, đầu ra, hoặc từ dữ liệu: Ví dụ muốn nạp một giá trị đếm từ một từ dữ liệu DW2 vào ACCU1, viết lệnh sau: L DW2. Như vậy, trước khi thực hiện lệnh này thì giá trị đếm đã được lưu sẵn trong từ dữ liệu DW2 dưới dạng mã BCD. Đối tượng của lệnh: Cả hai lệnh đếm chỉ có một đối tượng là bộ đếm C vvới các số hiệu tùy thuộc loại PLC b. Các lệnh đếm. 1. Lệnh đếm xuống Số đếm giảm đi một đơn vị lúc xuất hiện một sườn lên của RLO. Khi RLO về không số đếm không bị ảnh hưởng. A I 32.1 CD C 1 NOP 0 A I 32.2 L CK 7 S C 1 Hình 2.12. Lệnh đếm xuống CD NOP 0 NOP 0 NOP 0 A C 1 BE Lệnh đếm lên CU. Số đếm tăng một đơn vị lúc đầu xuất hiện sườn lên của RLO. Khi về không số đếm không bị ảnh hưởng. A I 32.1 CU C 1 NOP0 NOP0 NOP0 A I 33.1 R C 1 NOP 0 NOP 0 A C 1 = Q 33.1 BE Hình 2.13. Lệnh đếm lên CU CHƯƠNG 3. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 3.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 3.1.1 Khái niệm Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều ,làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ , có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong máy . Động cơ không đồng bộ 3 pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt vì chế tạo đơn giản , giá rẻ , độ tin cậy cao , vận hành đơn giản , hiệu suất cao , và gần như không cần bảo trì. Dải công suất rất rộng từ vài Watt đến 10.000hp . Các động cơ từ 5hp trở lên hấu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là một pha . Cấu tạo Giống như các loại máy điện quay khác ,động cơ không đồng bộ ba pha gồm có các bộ phận chính sau : + phần tỉnh hay còn gọi là stato + phần quay hay còn gọi là roto Hình 3.1 Động cơ không đồng bộ ba pha Phần tĩnh (hay phần Stator) Trên Stator có vỏ, lõi thép và dây quấn Vỏ máy Võ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn .Thường võ máy làm bằng gang . Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn ( 1000 kw ) thường dung thép tấm hàn lại làm vỏ máy ,tùy theo cách làm nguội ,máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau . Lõi thép Lõi thép là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên để giảm bớt tổn hao , lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại . Khi đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cả tấm thép tròn ép lại . Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dùng những tấm thép hình rẻ quạt ( hinh 3.2 ) ghép lại thành khối tròn . Hình 3.2 Tấm thép hình rẻ quạt Hình 1.2 tấm thép hình rẻ quạt Mỗi lõi thép kỹ thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên .Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một khối nếu lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8 cm đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt .Mặt trong cùa lá thép có sẽ rảnh để dặt dây quấn . Dây quấn Dây quấn stator được đặt vài các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi thép . Dây quấn phấn ứng là phần dây bằng đồng được trong các rãnh phần ứng và làm thành một hoặc nhiều vòng kín .Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng . Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong toàn bộ giá thành của máy. + Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm : - Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cần thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt . - Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn - Dây quấn phấn ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau : + Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp + Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp Trong một số máy cở lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa hai dây quấn xếp và song . Phần quay (hay Rotor) Phần này gồm 2 bộ phận chính là: Lõi thép và dây quấn rotor. Lõi thép. Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ở stator lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy .Phía ngoài của lá thép có sẽ rãnh để đặt dây quấn . Dây quấn. Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn va roto kiểu lồng sóc: Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn (hình 3.3 ) cũng giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từ dây quấn stator .Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao ( Y ) và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục .Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động Cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ . Hình 3.3 Rotor kiểu dây quấn Rotor kiểu lồng sóc ( hình 3.4 ) : Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu .Với động cơ nhỏ ,dây quấn rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát .Các động cơ công suất trên 100kw thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch . Hình 3.4 Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ Khe hở Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ ( từ 0,2mm đến 1mm trong máy điện cở nhỏ và vừa ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào ,và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của máy tăng cao . 3.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở không khí suất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện ; p là số cặp cực ; tốc độ từ trường quay ) .Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng diện I2 chạy qua . Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở . Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment . Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor . Trong những phạm vi tồc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau . Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm vi tốc độ . Hệ số trượt s của máy : s = = Như vậy khi n = n1 thì s = 0 , còn khi n = 0 thì s = 1 ; khi n > n1 ,s 1 Hình 3.5 Quá trình tạo Moment của máy điện không đồng bộ 3.2.1 Rotor quay cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n<n1 Giả thuyết về chiều quay n1 của từ trường khe hở Φ và của rotor n .Theo quy tắc bàn tay phải , xác đinh được chiều sức điện động E2 và I2 ; theo quy tắc bàn tay trái , xac định được lực F và moment M . Ta thấy F cùng chiều quay của rotor , nghĩa lá điện năng đưa tới stator , thông qua từ truờng đã biến đổi thành cơ năng trên trục quay rotor theo chiều từ trường quay n1 , như vậy đông cơ làm việc ở chế độ động cơ điện . 3.2.2 Rotor quay cùng chiều nhưng tốc độ n>n1. Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ vượt tốc độ dồng bộ n > n1 .Lúc đó chiều từ trường quay quét qua dây quấn rotor sẽ ngược lại , sức điện động và dòng điện trong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều nên chiều của M cũng ngược chiều n1 , nghĩa là ngược chiều với rotor , nên đó là moment hãm . Như vậy máy đã biến cơ năng tác dụng lên trục động cơ điện ,do động cơ sơ cấp kéo thành điện năng cung cấp cho lưới điện ,nghĩa là động cơ làm việc ở chế độ máy phát . 3.2.3 Rotor quay ngược chiều n<0. Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay ngược chiều từ trường quay, lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độ động cơ .Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại . Trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào , vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp .Chế độ làm việc này gọi là chế độ hãm điện từ . 3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG 3.3.1 Phương pháp đổi đấu dây quấn Trong quá trình vận hành động cơ điện khi khởi động chúng ta cần quan tâm đến hai vấn đề * Giảm thấp dòng điện khởi động(qua hệ thống dâydẫn chính vào dây quấn stato động cơ ) ngay thời điểm khởi động . * Phương pháp giảm thấp dòng điện khởi động thực chất là giảm thấp điện áp cung cấp vào động cơ tại thời diểm khởi động . Theo lý thuyết chúng ta có được quan hệ :moment ( hay ngẫu lực) khởi động tỷ lệ thuận với bình phương giá trị điện áp hiệu dụng cấp vào động cơ ,như vậy giảm giá trị dòng điện khởi động dẫn tới hậu quả giảm thấp giá trị của moment khởi động. Trong thực tế các biện pháp giảm dòng khởi động có thể chia làm hai dạng như sau * Giảm điện áp nguồn cấp vào dây quấn stato bằng phương pháp : biến áp giảm áp ,hay lắp đặt các phấn tử hạn áp(cầu phân áp)dùng điện trở hay điện cảm . * Sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha,dùng linh kiện điện tử điều chỉnh thay dổi điện áp hiệu dụng nguồn áp 3 pha cấp vào động cơ .Hệ thống khởi động này được gọi là phương pháp khởi động mền (soft start) cho động cơ Các phương pháp ra dây trên stato của động cơ không đồng bộ 3 pha : Ø Động cơ 3 pha 6 đầu dây ra ( đấu vận hành theo một trong hai cấp điện áp nguồn 3 pha tương ứng so với sơ đồ đấu Y hay r Ø Động cơ 3 pha 9 đầu dây ra ( đấu vận hành theo một trong hai phương pháp : đấu Y nối tiếp – Y song song , rnối tiếp -r song song . ) 3.3.2 Dùng điện trở mở máy ở mạch roto. Hình 3.6 Sơ đồ mở máy ĐC KĐB qua 3 cấp điện trở và đặc tính cơ của nó Đây là sơ đồ mở máy với các điện trở roto tương ứng. Để đảm bảo quá trình mở máy như đã xét sao cho các điểm chuyển đặc tính ứng với cùng 1 mô men thì các điện trở tham gia vào mạch rotolúc mở máy phải dược tính chọn cẩn thận theo phương pháp riêng. 3.3.3 Giảm dòng khởi động dùng điện cảm giàm áp cấp vào dây quấn. Trường hợp này để giảm áp cấp vào dây quấn stator tại lúc khởi động.Chúng ta đấu nối tiếp điện cảm ( có giá trị điện kháng )Xmm với dây quấn stator . Do tính chất moment tỉ lệ bình thường điện áp cấp vào động cơ, thường chúng ta chọn các cấp giảm áp : 80%, 64%, và 50% cho động cơ .Tương ứng với các cấp giảm áp này , moment mở máy chỉ còn khoản 65%, 50%, và 25% giá trị moment mở máy khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức vào dây quấn stator . 3.3.4 Giảm dòng khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu giảm áp. Với các phương pháp giảm dòng mở máy dùng Rmm hay Xmm,dòng điện mở máy qua dây quấn cũng chính la dòng điện qua dây nguồn . Khi sử dụng biến áp giảm áp đặt vào dây quấn stator lúc khởi động ,dòng điện mở máy qua dây quấn giảm thấp .Nhưng dòng điện này chỉ xuất hiện phía thứ cấp biến áp còn dòng điện qua dây nguồn chính là dòng qua sơ cấp biến áp. Với biến áp giảm áp, dòng điện phía sơ cấp sẽ có giá trị thấp hơn dòng điên phía thứ cấp. Tóm lại khi dùng máy biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động , dòng điện mở máy qua dây nguồn sẽ thấp hơn dòng điện mở máy khi dùng phương pháp giảm dòng với Rmm hay Xmm. Khi dùng biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động thời gian hoạt động của máy biến áp tồn tại rất ngắn ; chúng ta có thề sử dụng một trong các dạng biến áp tự ngẫu sau : + Biến áp tự ngẫu loại 3 pha 3 trụ + Biến áp tự ngẫu 3 pha do . Tương tự trường hợp đã nêu trong các danh mục trên , máy biến áp giảm áp được bố trí nhiều cấp điện áp ra tương ứng với các mức 80%, 64% và 50% giá trị moment mở máy trực tiếp chỉ còn khoản 65%, 50%, 25% giá trị moment mở máy trực tiếp (khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức cấp vào stator ). 3.4 ỨNG DỤNG Trong công nghiệp: các máy khoan cầm tay, máy cắt, hệ thống thông gió, Trong nông nghiêp: máy say, máy sát, máy bơm nước, CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG PLC-S5 KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA ROTO DÂY QUẤN 4.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM STEP 5 Khởi động máy tính, bật công tắc khối nguồn của PLC. Chạy trình step5 từ file chương trình như hình 4.1. Màn hình bắt đầu soạn thảo có dạng như hình 4.1 Hình 4.1 Giao diện của phần mềm lập trình PLC S5 Vào File\ Project\ Set để đặt tham số sau: Chọn PLC\ Mode để kết nối với PLC. Chọn Blocks\ Representation để đặt chế độ soạn thảo STL. Chọn Blocks\ Program file để tạo file mới sau đó ấn enter. Vào Edit\ Step5 block hoặc ấn F1 màn hình soạn thảo có dạng như hình 4.3. Block list: vào tên của khối hoặc nhiều khối đẻ soạn thảo. Updata assignment: nếu được chọn thì file biểu tượng *ZO.INI thay đổi thì file nguồn *ZO.SEQ cũng được điều chỉnh. Confirm before overwriting: nếu dduwwocj chọn thì khi ghi đè máy sẽ hỏi lại để khẳng định, không được chọn thì khối sửa đổi được ghi đè lên ngay sau khi ấn enter. Hình 4.2 Màn hình trước khi soạn thảo chương trình Trong mục Source chọn PLC để kết nối trực tiếp với PLC. Trong mục Selection\ Block list vào khối OB1 để soạn thảo sau đó ấn Edit. Nếu làm việc với file mới thì vào luôn màn hình Edit,nếu làm việc với file cũ thì máy vào màn hình Output. Hình 4.3 Màn hình soạn thảo chương trình Trong đó: F1(Disp Symb): cho phép thay đổi hoặc đặt tên các kí hiệu hoặc chú thích các toán hạng dùng trong khối chương trình soạn thảo. F2(Reference): hiển thị tham chiếu chéo. F3(Search): tìm kiếm các toán hạng đơn lẻ trong khối đang soạn thảo. F5(Seg Fct): hiện các chức năng soạn thảo cho phép làm việc với các đoạn của khối. F6(Edit): chuyển sang các chế độ soạn thảo. F7(Enter): lưu giữ khối nếu có sự thay đổi hoặc chuyển về menu chính. F8(Cancel): trở về menu chính. Shift –F1(Addresses): hiện địa chỉ tương đối của các lệnh trong khối. Shift –F2(Lib-no): cho phép vào số thư viện. Shift –F3(Symb-off): cho phép hiển thị toán hạng dưới dạng tuyệt đối. Shift –F4(Symb-com): cho phép hiển thị dòng chú thích kí hiệu toán hạng. Shift –F5(→LAD): cho phép chuyển đổi các dạng STL,CSF,LAD. Shift –F6(Seg com): cho phép vào và soạn thảo chú thích ,tiêu đề các đoạn chương trình trong khối. Shift –F7(Save): lưu trữ khối soạn thảo vào file. Shift –F8(Help): vào phần trợ giúp. Tiến hành soạn thảo: Để vào 1 câu lệnh ta không cần quan tâm đến cấu trúc mà có thể ấn liên tục liền nhau, hết 1 dòng ấn enter máy sẽ tự động chèn vào các kí tự còn trống. Soạn thảo hết 1 đoạn ấn F6 để sang 1 đoạn mới. Kết thúc chương trình phải có lệnh BE. Ấn Shirt-F5 để xem chương trình dạng LAD hoặc CSF. Ấn Shirt-F7 để lưu chương trình vào trong PLC. 4.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN Theo yêu cầu công nghệ của máy, cơ cấu sản xuất, các hệ thống truyền động điện tự động đều được thiết kế tính toán để làm việc ở những trạng thái (hay chế độ) xác định. Những trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện tự động có thể được đặc trưng bằng các thông số như: tốc độ làm việc của các động cơ truyền động hay của cơ cấu chấp hành máy sản xuất, dòng điện phần ứng của động cơ hay dòng kích thích của động cơ điện một chiều, mômen phụ tải trên trục của động cơ truyền động.... Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà các thông số trên có thể lấy các giá trị khác nhau. Để tự động điều khiển hoạt động của truyền động điện, hệ thống điều khiển phải có những cơ cấu, thiết bị thụ cảm được giá trị các thông số đặc trưng cho chế độ công tác của truyền động điện (có thể là môđun, cũng có thể là cả về dấu của thông số). Nếu phần tử thụ cảm được tốc độ, ta nói rằng hệ điều khiển theo nguyên tắc tốc độ, nếu có phần tử thụ cảm được thời gian của quá trình (từ một mốc thời gian nào đó) ta nói rằng hệ điều khiển theo nguyên tắc thời gian. Tương tự có hệ điều khiển theo nguyên tắc nhiệt độ, theo mômen, theo chiều công suất... Với yêu cầu công việc là điều khiển khởi động động cơ không đồng bộ ba pha roto dâu quấn qua ba cấp điện trở thì ta có thể thực hiện theo các nguyên lý như sau: 4.2.1 Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian. Nội dung. Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của mạch động lực biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái của hệ thống. Những phần tử thụ cảm được thời gian để phát tín hiệu cần được chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi của đối tượng. Ví dụ như tốc độ, dòng điện, mômen của mỗi động cơ được tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể. Những phần tử thụ cảm được thời gian có thể gọi chung là rơle thời gian. Nó tạo nên được một thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào (mốc 0) đầu vào của nó đến khi nó phát được tín hiệu ra đưa vào phần tử chấp hành. Cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu điện từ, khí nén, cơ cấu điện tử, tương ứng là rơle thời gian kiểu con lắc, rơle thời gian điện từ, rơle thời gian khí nén và rơle thời gian điện tử... Nhận xét về điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc thời gian. - Ưu điểm của nguyên tắc điều khiển theo thời gian là có thể chỉnh được thời gian theo tính toán và độc lập với thông số của hệ thống động lực. Trong thực tế ảnh hưởng của mômen cản MC của điện áp lưới và của điện trở cuộn dây hầu như không đáng kể đến sự làm việc của hệ thống và đến quá trình gia tốc của truyền động điện, vì các trị số thực tế sai khác với trị số thiết kế không nhiều. Thiết bị của sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy cao ngay cả khi phụ tải thay đổi, rơle thời gian dùng đồng loạt cho bất kỳ công suất và động cơ nào, có tính kinh tế cao. Nguyên tắc thời gian được dùng rất rộng rãi trong truyền động điện một chiều cũng như xoay chiều. 4.2.2. Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ. Nội dung. Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc trưng quan trọng xác định trạng thái của hệ thống truyền động điện. Do vậy, người ta dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm được chính xác tốc độ làm việc của động cơ - gọi là rơle tốc độ. Khi tốc độ đạt được đến những trị số ngưỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện đến trạng thái mới yêu cầu. Rơle tốc độ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, cũng có thể dùng máy phát tốc độ. Đối với động cơ điện một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc độ thông qua sức điện động của động cơ. Đối với động cơ điện xoay chiều có thể thông qua sức điện động và tần số của mạch rôto để xác định tốc độ. Hình sau trình bày sơ lược cấu tạo của rơle tốc độ kiểu cảm ứng. Rôto (1) của nó là một nam châm vĩnh cửu được nối trục với động cơ hay cơ cấu chấp hành. Còn stato (2) cấu tạo như một lồng sóc và có thể quay được trên bộ đỡ của nó. Trên cần (3) gắn vào stato bố trí má động (11) của 2 tiếp điểm có các má tĩnh là (7) và (15). Hình 4.4: Cấu tạo rơle tốc độ kiểu cảm ứng. Khi rôto không quay các tiếp điểm (7),(11) và (15),(11) mở, vì các lò xo giữ cần (3) ở chính giữa. Khi rôto quay tạo nên từ trường quay quét stato, trong lồng sóc có dòng cảm ứng chạy qua. Tác dụng tương hỗ giữa dòng này và từ trường quay tạo nên mômen quay làm cho stato quay đi một góc nào đó. Lúc đó các lò xo cân bằng (4) bị nén hay kéo tạo ra một mômen chống lại, cân bằng với mômen quay điện từ. Tuỳ theo chiều quay của rôto mà má động (11) có thể đến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay (15). Trị số ngưỡng của tốc độ được điều chỉnh bởi bộ phận (5) thay đổi trị số kéo nén của lò xo cân bằng. Khi tốc độ quay của rôto bé hơn trị số ngưỡng đã đặt, mômen điện từ còn bé không thắng được mômen cản của các lò xo cân bằng nên tiếp điểm không đóng được. Từ lúc tốc độ quay của rôto đạt giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng đã đặt thì mômen điện từ mới thắng được mômen cản của các lò xo làm cho phần tĩnh quay, đóng tiếp điểm tương ứng theo chiều quay của rôto. Nhận xét về điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ. Ưu điểm là đơn giản và rẻ tiền, thiết bị có thể là côngtăctơ mắc trực tiếp vào phần ứng động cơ không cần thông qua rơle. - Nhược điểm là thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc nhiều vào mômen cản MC, quán tính J, điện áp lưới U và điện trở cuộn dây côngtăctơ. Các côngtăctơ gia tốc có thể không làm việc vì điện áp lưới giảm thấp, vì quá tải hoặc vì cuộn dây quá phát nóng, sẽ dẫn đến quá phát nóng điện trở khởi động, có thể làm cháy các điện trở đó. Khi điện áp lưới tăng cao có khả năng tác động đồng thời các côngtăctơ gia tốc làm tăng dòng điện quá trị số cho phép. Trong thực tế ít dùng nguyên tắc này để khởi động các động cơ, thường chỉ dùng nguyên tắc này để điều khiển quá trình hãm động cơ. 4.2.3. Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện. Nội dung. Dòng điện trong mạch phần ứng động cơ cũng là một thông số làm việc rất quan trọng xác định trạng thái của hệ truyền động điện. Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường của hệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái quá tải cũng như phản ánh trạng thái đang khởi động hay đang hãm của động cơ truyền động. Trong quá trình khởi động, hãm, dòng điện cần phải đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng điện có thể phải giữ không đổi ở một trị số nào đó theo yêu cầu của quá trình công nghệ. Ta có thể dùng các côngtăctơ có cuộn dây dòng điện hoặc rơle dòng điện kiểu điện từ hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện để điều khiển hệ thống theo các yêu cầu trên. Dòng điện mạch phần ứng động cơ dùng làm tín hiệu vào trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phần tử thụ cảm dòng điện nói trên. Khi trị số tín hiệu vào đạt đến giá trị ngưỡng xác định có thể điều chỉnh được của nó thì nó sẽ phát tín hiệu điều khiển hệ thống chuyển đến những trạng thái làm việc yêu cầu. Nhận xét về điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc dòng điện. - Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, sự làm việc của sơ đồ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cuộn dây côngtăctơ, rơle. - Nhược điểm: Độ tin cậy thấp, có khả năng đình chỉ gia tốc ở cấp trung gian nếu động cơ khởi động bị quá tải, dòng điện không giảm xuống đến trị số nhả của rơle dòng điện. Điều khiển hãm ngược động cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi đảo chiều theo nguyên tắc dòng điện. Nguyên tắc dòng điện được ứng dụng chủ yếu để tự động điều khiển quá trình khởi động động cơ một chiều kích thích nối tiếp và động cơ xoay chiều rôto dây quấn. Nhận xét : Trên thực tế điều khiển động cơ bằng nguyên tắc tốc độ bằng phương pháp gián tiếp rất khó khăn, do vậy trong khi khởi động có thể làm gián đoạn quá trình khi khởi động, do điện áp có thể quá cao hoặc quá thấp như vậy điện áp điều khiển không chính xác. Điều khiển bằng phương pháp tốc độ gây tốn kém về kinh tế, chi phí lắp đặt và vận hành cao do vậy phương pháp điều khiển này chủ yếu là dùng trong những chế độ hãm. Ưu điểm hơn cả là phương pháp điều khiển theo nguyên lý thời gian vì sự đơn giản, kinh tế và phù hợp với mọi công suất. Chọn phương án: Vậy ta nên sử dụng phương pháp điều khiển theo nguyên tắc thời gian lập trình bằng PLC. 4.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ 3 PHA ROTO DÂY QUẤN Sơ đồ mạch động lực b. Sơ đồ mạch điều khiển Hình 4.5 Sơ đồ mạch mở máy động cơ 3 pha roto dây quấn Các thiết bị trong mạch lực và mạch điều khiển: CD: Cầu dao đóng cắt mạch điện. ĐC: Động cơ KĐB roto dây quấn. RN: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải động cơ. R1,R2,R3: Điện trở khởi động. D, KĐ: Nút dừng và khởi động. 1Tg, 2Tg, 3Tg: Rơ le thời gian phục vụ quá trình mở máy. 1K, 2K, 3K: Công tắc tơ dùng loại điện trở phụ. Nguyên lý khởi động Để khởi động ta ấn nút khởi động KĐ cuộn hút K được cấp điện, động cơ được khởi động với 3 cấp điện trở phụ. Tiếp điểm K4 để tự duy trì, tiếp điểm K5 để cấp điện cho các rơ le thời gian. Sau 1 khoảng thời gian 1Tg đống lại cấp điện cho 1K loại điện trở phụ R1 ra khỏi mạch roto, tương tự như vậy cho đến khi loại hết điện trở R3 ra khỏi mạch roto, động cơ làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên. Khi muốn dừng ấn D động cơ được cắt ra khỏi lưới và dừng tự do. 4.4 PHƯƠNG ÁN THAY THẾ Ngày nay nhờ kỹ thuật điện tử và tin học phát triển người ta đã chế tạo các bộ điều khiển logic khả trình. Việc khống chế khởi động, hãm và điều chỉnh tốc độ đều thực hiện bằng các mạch số khả trình rất thuận tiện và linh hoạt. Với việc khởi động động cơ một chiều ta có thể sử dụng PLC để điều khiển Chọn thiết bị thực: STT Tên thiết bị Số lượng Mục đích sử dụng 1 PLC S7-200 CPU222AC 1 bộ Điều khiển hệ thống 2 Nút ấn thường hở 2 cái Khởi động và dừng hệ thống 3 Khởi động từ đơn (gồm côngtăctơ K và rơle nhiệt RN) 1 bộ Đóng cắt nguồn cho động cơ một chiều. 4 Côngtăctơ 3 bộ Để đóng cắt các điện trở phụ trong mạch phần ứng. 5 Hộp đựng thiết bị đủ chỗ cho lắp và đi dây cho các thiết bị PLC, côngtắctơ và máng đi dây. Sử dụng loại tủ có IP phù hợp 1 cái 4.4.1 Phân công đầu vào/ra Symbol Address Comment D I32.0 Dừng máy KĐ I32.1 Mở máy K Q32.0 Cuộn dây cấp nguồn K1 Q32.1 Cuộn dây K1 K2 Q32.2 Cuộn dây K2 K3 Q32.3 Cuộn dây K3 4.4.2 Sơ đồ đấu nối phần cứng Hình 4.6 Sơ đồ đấu nối phần cứng PLC S5 4.4.3 Chương trình điều khiển PLC Hình 4.7 Chương trình điều khiển bằng PLC S5 Kết Luận và Hướng Phát triển Kết luận Qua thời gian thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Th.s Nguyễn Đắc Nam cùng sự giúp đỡ rất nhiều của quý thầy cô trong khoa, nhóm đã cố gắng hoàn thành đồ án đúng theo yêu cầu và thời gian quy định. Trong đồ án chúng em đã thực hiện được những công việc sau: Khảo sát phần lý thuyết: - Giới thiệu tổng quát về PLC. - Giới thiệu về phần cứng, cấu tạo, và tập lệnh của PLC – S5 - Giới thiệu về động cơ không đồng bộ ba pha roto dây quấn Cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng. Các phương pháp khởi động Nội dung - Viết chương trình điều khiển khởi động động cơ KĐB 3 pha roto dây quấn Mô phỏng trên phần mềm - Lập bản vẽ phần cứng và chương trình điều khiển. Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên có những phần nhóm chưa làm được như: Tìm và mô phỏng trên phần mềm Step 5. Đây cũng chính là hạn chế của đề tài này Ưu điểm của phương pháp - Chương trình hoạt động ổn định, không bị nhiễu. - Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập. Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển Hướng phát triển của đề tài Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thật và đất nước ta đang chuyển mình sang nền sản xuất công nghiệp. Do đó, để đáp ứng với nhu cầu thực tế thì chúng ta cần phải nghiên cứu thêm chương trình hiển thị thời gian và liên kết nhiều động cơ khác với nhau. Ngoài ra, còn có thể dựa trên đồ án này để viết thêm nhiều chương trình khác có thể ứng dụng trong thực tế chẳng hạn như: thay đổi tốc độ động cơ, thực hiện quá trình hãm,... Trong quá trinhf hoàn thành đề tài, chúng em đã trình bày một cách ngắn gọn, dễ hiểu và có hệ thống giúp cho các bạn được thuận lợi cho quá trình nghiên cứu và ứng dụng. Do thời gian và kiến thức còn nhiều hạn chế, chúng em rất mong quý thầy cô và các bạn trong khoa đóng góp ý kiến để chúng em hoàn thành tốt hơn những phần được giao sau. Một lần nữa Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Nguyễn Đắc Nam giảng viên khoa điện-điện tử đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này Phú Thọ, ngày 18 tháng 4 năm 2016 Sinh viên thực hiện Nguyễn Hồng Thanh