Đồ án Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PLC S7 - 200 để điều khiển khởi động động cơ điện một chiều qua 3 cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian, không đảo chiều quay

số đều có trong S7-200 có thể mở rộng cổng vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một mốc xích. Địa chỉ của các vị trí của modul được xác định bằng kiểu vào/ra và vị trí của modul trong móc xích, bao gồm các modul có cùng kiểu. Ví dụ như một modul cổng ra không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như một modul số và ngược lại. Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào/ra của modul. 2.2. Địa chỉ và gán địa chỉ Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ các phần bit nhớ đặc biệt được ký hiệu bởi SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. -Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. -Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm,...cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non volatile đọc/ghi được. -Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông... Một phần của vùng nhớ này (200 byte đầu tiên đối vời CPU212, 1Kbyte đầu tiên đối với CPU214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. -Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu nonvolatile nhưng đọc/ghi được. 􀀀Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trong trong việc thực hiện một chương trình. 􀀀Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dư liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định. Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chưa cái đầu tiên của tên tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau: 􀀀 V: Variable memory 􀀀 I: Input image register 􀀀 O: Output image register 􀀀 M: Internal memory bits 􀀀 SM: Specical memory bits Tất cả miền này đều có thể truy nhập được theo từmg bit, từng byte, từng từ đơn (word – 2byte) hoặc từ kép (2 word) Truy xuất dữ liệu trong PLC Truy cập theo bit: Tên miền(+) địa chỉ byte (+) Ÿ (+) chỉ số bit. VD: I0.0, Q0.6, M10.2. Truy cập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền. VD:VB0, QB0, MB10 Truy cập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. VD:VW0, QW2, MW4 Truy cập theo từ kép: Tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. VD:VD0, QD2, MD4, ID0 2.3 Lập trình PLC S7-200 2.3.1: Phương pháp lập trình S7-200 biểu diễn chương trình dưới dạng một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh và khối chương trình theo thứ tự quy định. Các lệnh và khối này sẽ lần lượt được quét trong chương trình từ đầu đến cuối trong một vòng quét. PLC sẽ làm việc ngay tại vòng quét đầu tiên và từ đó thực hiện liên tục chu kỳ quét. Trong mỗi vòng quét nếu có một lệnh được gọi PLC sẽ nhận lệnh đó và thực hiện, nếu không quét kịp thì tại vòng quét tiếp theo sẽ thực hiện. Có ba phương pháp lập trình cơ bản: - Lập trình hình thang (LAB – Ladder Logic). - Phương pháp khối hàm (FBD – Funtion Block Diagram). - Phương pháp liệt kê câu lệnh (STL – Statement List). Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD hoặc FBD thì có thể chuyển sang dạng STL nhưng không phải mọi chương trình viết bằng STL đều có thể chuyển sang hai dạng kia. A. LAD: Là ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ mô phỏng theo mạch relay. Các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic. - Tiếp điểm: Mô tả các tiếp điểm dùng trong mạch relay, toán hạng của tiếp điểm dùng trong chương trình là bit. Có hai loại tiếp điểm: Tiếp điểm thường đóng Tiếp điểm thường mở - Cuộn dây: mô tả cuộn dây relay. Toán hạng sử dụng là bit. - Hộp: Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau làm việc khi có tín hiệu đến kích. Những hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các hàm tạo thời gian (Timer), hàm đếm (Counter) và các hàm toán học. - Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh. Thông thường các tín hiệu điện phải đi từ dây nóng qua thiết bị rồi đến dây trung hoà sau đó về nguồn, tuy nhiên trong phần mềm lập trình chỉ thể hiện dây nóng và bên trái và các đường nối đến thiết bị từ đó. B. STL: Phương pháp liệt kê lệnh là phương pháp lập trình bằng cách tập hợp các câu lệnh, mỗi câu lệnh thể hiện một chức năng của chương trình. Để tạo một chương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng ngăn xếp. Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau từ S0 – S8. Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bít đầu tiên (S0) và bit thứ hai (S1) của ngăn xếp. Giá trị logic mới đều có thể được gửi hoặc nối thêm vào ngăn xếp. Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit. Ngăn xếp và tên bit: S0: Bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp S1: Bit thứ hai của ngăn xếp S2: Bit thứ ba của ngăn xếp S3: Bit thứ tư của ngăn xếp S4: Bit thứ năm của ngăn xếp S5: Bit thứ sáu của ngăn xếp S6: Bit thứ bảy của ngăn xếp S7: Bit thứ tám của ngăn xếp S8: Bit thứ chín của ngăn xếp C. FBD: Là phương pháp lập trình khối hàm mô phỏng các lệnh và khối làm việc trong mạch số. Các phần tử cơ bản trong phương pháp này là các khối lệnh được liên kết với nhau. 2.1.2: Các lệnh cơ bản Lệnh vào / ra Lệnh Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. Toán hạng gồm: I, O, M, SM, V, C, T. Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1. Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 = Q0.0 Lệnh Load Not (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1 Dạng LAD Dạng STL LDN I0.0 = Q0.0 Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN: STL LAD Mô tả Toán hạng LD n n ┤├ Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi n = 1 n: I, Q, M, SM, (bit) T, C. LDN n n ┤/├ Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi n = 1 LDI n n ┤I├ Tiếp điểm thường mở sẽ đóng tức thời khi n = 1 n:1 LDNI n n ┤/I├ Tiếp điểm thường đóng sẽ mở tức thời khi n = 1 OUTPUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh. Nội dung ngăn xếp không bị thay đổi. LAD Mô tả Toán hạng n ─( ) Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi có dòng điều khiển đi qua n: I, Q, M, SM, T, C (bit) n ─( I ) Cuộn dây đầu ra được kích thích tức thời khi có dòng điều khiển đi qua n: Q (bit) Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm: Lệnh SET ( S ) và RESET ( R ) Hai lệnh này dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hay ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuôn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này. Mô tả lệnh S (Set) và R (Reset): STL LAD Mô tả Toán hạng S S-bit n S bit n ──( S ) Đóng một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit S-bit: I, Q, M, SM, T, C,V(bit) n (byte): IB, QB, MB, SMB, VB, AC R S-bit n S bit n ──( R ) Ngắt một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S-bit. Nếu S-bit lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xoá bit đầu ra của Timer/Counter đó. SI S-bit n S bit n ──( SI ) Đóng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit S-bit: Q (bit) n(byte): IB, QB, MB, SMB, VB, AC RI S-bit n S bit n ──( RI ) Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit. c. Các lệnh logic đại số Boolean: Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập các mạch logic (không có nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng hay các tiếp điểm thường mở. Trong STL có thể sử dụng lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh. AND (A) Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 A I0.1 = Q0.0 AND NOT (AN) Tín hiệu ra sẽ là nghịch đảo của tín hiệu vào. Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 AN I0.1 = Q0.0 OR (O) Tín hiệu ra sẽ bằng 1 khi ít nhất có một tín hiệu vào bằng 1. Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 O I0.1 = Q0.0 OR NOT (ON) Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 O I0.1 = Q0.0 d,Các lệnh về tiếp điểm đặc biệt: Tiếp điểm nào tác động cạnh xuống, tác động cạnh lên: Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị đỉnh của ngăn xếp). LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dòng cung cấp. Các tiếp điểm đặc biệt này không có toán hạng riêng của chúng vì thế phải đặt chúng phía trước cuộn dây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh trước và sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ, bởi vậy đối với CPU 224 có thể sử dụng nhiều nhất là 256 lệnh. Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 EU = Q0.0 LD I0.0 ED = Q0.1 LD I0.0 NOT = Q0.2 Biểu đồ thời gian: Hình 2.1.2: Giản đồ thời gian các tiếp điểm đặc biệt Tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt: - SM0.0: Vòng quét đầu tiên thì mở nhưng từ vòng quét thứ 2 trở đi thì đóng. - SM0.1: Ngược lại với SM0.0, vòng quét đầu tiên tiếp điểm này đóng, kể từ vòng quét thứ 2 thì mở ra và giữ nguyên trong suốt quá trình hoạt động. - SM0.4: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 phút. - SM0.5: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 giây. Các lệnh thời gian (Timer) Các lệnh điều khiển thời gian Timer : Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ. Nếu kí hiệu tín hiệu (logic) vào là x(t) và thời gian trễ tạo ra bằng Timer là τ thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ là x (t – τ) S7-200 có 64 bộ Timer (với CPU 212) hoặc 128 Timer (với CPU 214) được chia làm 2 loại khác nhau: - Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On-Delay Timer), kí hiệu là TON. - Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), kí hiệu TONR. - Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản ứng của nó đối với trạng thái ngõ vào. Cả hai Timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm có sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1, được gọi là thời điểm Timer được kích, và không tính khoảng thời gian khi đầu vào có giá trị logic 0 vào thời gian trễ tín hiệu đặt trước. Khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, TON tự động Reset còn TONR thì không. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phân giải 1ms, 10ms và 100ms. Thời gian trễ τ được tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer. Ví dụ có độ phân giải 10ms và giá trị đặt trước 50 thì thời gian trễ là 500ms. Cú pháp khai báo sử dụng Timer như sau: LAD Mô tả Toán hạng Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TON để tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T-bit có giá trị logic bằng1. Có thể Reset Timer kiểu TON bằng lệnh R hoặc bằng giá trị logic 0 tại đầu vào IN. Txx (Word) CPU 214: 32-63, 96-127 PT: VW, T, (Word) C, IW, QW, MW, SMW, C, hằng số. Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TONR để tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T-bit có giá trị logic bằng1. Chỉ có thể Reset Timer kiểu TONR bằng lệnh R cho T-bit. Txx (Word) CPU 214: 0-31, 64-95 PT: VW, TR, (Word) C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số. Khi sử dụng Timer TONR, giá trị đếm tức thời được lưu lại và không bị thay đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào có logic 0. Giá trị của T-bit không được nhớ mà hoàn toàn phụ thuộc vào số kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời và giá trị đặt trước. Khi Reset một Timer, T-word và T-bit của nó đồng thời được xóa và có giá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng có trạng thái logic 0. - Timer kiểu TON LAD STL FBD LD I0.0 TON T33, 50 - Timer kiểu TONR LAD STL FBD LD I0.0 TONR T33, 10 Hình 2.1.2: Giản đồ thời gian Timer của TON Hình 2.1.3: Giản đồ thời gian Timer của TONR Các lệnh đếm – Counter: Counter là bộ đếm thực chức năng đếm sườn xung, trong S7-200 các bộ đếm được chia làm 2 loại: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C- word. Khác với các bộ Timer, các bộ đếm CTU và CTUD đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộ đếm, được kí hiệu bằng chữ cái R trong LAD, hay được qui định là trạng thái logic của bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm được Reset khi tín hiệu xóa này có mức logic là 1 hoặc khi lệnh R (Reset) được thực hiện với C-bit. Bộ đếm được Reset cả C-word, C-bit đều nhận giá trị 0. Bảng lệnh đếm lên, đếm xuống : LAD Mô tả Toán hạng Khai báo bộ đếm tiến theo sườn lên của CU. Khi giá trị đếm tức thời C-word, Cxx lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C-bit (Cxx) có giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại. Cxx: (Word) CPU 214 : 0-47, 80-127 Pv(Word): VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số, *VD, *AC. Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến theo sườn lên của CU, đếm lùi theo sườn lên của CD. Khi giá trị đếm tức thời của C-word Cxx lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C-bit (Cxx) có giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm tiến khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại 32.767 và ngừng đếm lùi khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại -32.768. CTUD Reset khi đầu vào R có giá trị logic bằng 1. Cxx: (Word) CPU 214 : 48-79 PV (Word) : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, hằng số, *VD, *AC. Sử dụng bộ đếm CTU: LAD STL LD I0.0 LD I0.1 CTU C40, +5 Giản đồ thời gian: Hình 2.1.4: Giản đồ thời gian bộ đếm CTU. Sử dụng bộ đếm CTUD: LAD STL LD I0.0 LD I0.1 LD I0.2 CTUD C48, +5 Giản đồ thời gian: Hình 2.1.5: Giản đồ thời gian lệnh CTUD 2. Các lệnh nâng cao Các lệnh so sánh. Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, Word hay Dword của S7-200. Những lệnh so sánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng (=). Khi so sánh giá trị của byte thì không cần thiết phải để ý đến dấu của toán hạng, ngược lại khi so sánh các từ hay từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán hạng là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép. Trong STL những lệnh so sánh thực hiện phép so sánh byte, Word hay Dword. Căn cứ vào kiểu so sánh (=), kết quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng) hoặc bằng 1 (nếu sai) nên nó có thể được kết hợp cùng các lệnh LD, A, O. Để tạo ra được các phép so sánh mà S7-200 không có lệnh so sánh tương ứng (như so sánh không bằng nhau , so sánh nhỏ hơn ) ta có thể kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (= =, >=, <=). Nhóm lệnh so sánh : LAD Mô tả Toán hạng Tiếp điểm đóng khi n1= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2 (byte): VB, IB, QB, MB, SMB,AC, Const, *VD, *AC Tiếp điểm đóng khi n1>= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2 (Word): VW, T, C, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số, *VD, *AC Tiếp điểm đóng khi n1<= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2 (Dword): VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, hằng số, *VD, *AC Lệnh về cổng logic. Ngoài những lệnh ghép nối tiếp, song song và tổng hợp các tiếp điểm thì tập lệnh của S7-200 còn cung cấp các cổng logic AND, OR, EXOR thực hiện đối với byte (8 bit hay 8 tiếp điểm), Word (16 bit hay 16 tiếp điểm) và Double Word (32 bit hay 32 tiếp điểm). Sau đây là chi tiết của từng cổng: Lệnh AND byte : Dạng LAD Dạng STL ANDB VB0, VB1 Lệnh thực hiện phép AND từng bit của hai byte ngõ vào IN1 và IN2, kết quả được ghi vào một byte ở ngõ ra OUT, địa ngõ ra có thể giống ngõ vào. Toán hạng trong câu lệnh thuộc một trong các vùng địa chỉ sau: IN1: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC, Const IN2: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC Lệnh AND word: Lệnh thực hiện phép AND thừng bit của hai Word ngõ vào IN1 và IN2, kết quả được ghi vào 1 Word ở ngõ ra OUT, địa chỉ ngõ ra có thể khác ngõ vào. Toán hạng trong câu lệnh thuộc một trong các vùng địa chỉ sau: IN1: VW, T, C, IW, SMW, AC, Const IN2: VW, T, C, IW, QW, SMW, AC. Dạng LAD Dạng STL ANDW VW0, VW1 Lệnh AND dword : Dạng LAD Dạng STL ORB VB0, VB1 Lệnh OR byte. Dạng LAD Dạng STL ORB VB0, VB1 Lệnh thực hiện phép OR từng bit của hai byte ngõ vào IN1, IN2, kết quả thu được ghi vào 1 byte ở ngõ ra OUT, địa chỉ ngõ ra có thể khác ngõ vào. Toán hạng trong câu lệnh thuộc một trong các vùng địa chỉ sau: IN1: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC, Const IN2: VB, T, C, IB, QB, SMB, AC Lệnh OR word: Dạng LAD Dạng STL ORW VW0, VW2 Lệnh OR Double word: Dạng LAD Dạng STL ORDW VD0, VD4 Các lệnh di chuyển nội dung ô nhớ: Các lệnh di chuyển thực hiện việc di chuyển hoặc sao chép số liệu từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. Trong LAD và STL lệnh dịch chuyển thực hiện việc di chuyển hay sao chép nội dung 1 byte, 1 từ đơn, hoặc 1 từ kép từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. Lệnh trao đổi nội dung của 2 byte trong một từ đơn thực hiện việc chuyển nội dung của byte thấp sang byte cao và ngược lại chuyển nội dung của byte cao sang byte thấp của từ đó. MOV_B. Dạng LAD Dạng STL MOVB VB0, VB0 Lệnh sao chép nội dung của byte ở địa chỉ ngõ vào IN sang byte có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Địa chỉ của byte ngõ vào IN và địa chỉ byte ngõ ra OUT có thể giống nhau, thuộc các vùng sau: IN: VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const OUT: VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const MOV_W. Dạng LAD Dạng STL MOVW VW0, VW0 Lệnh sao chép nội dung của Word ở địa chỉ ngõ vào IN sang Word có địa chỉ ở ngõ ra OUT, địa chỉ ngõ ra có thể giống ngõ vào, nằm trong các vùng sau: IN: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, Const OUT: VW, IW, QW, MW, SMW, AC MOV_DW. Dạng LAD Dạng STL MOVDW VD0, VD0 Lệnh sao chép nội dung của Dword ở địa chỉ ngõ vào IN sang Dword có địa chỉ ở ngõ ra OUT, địa chỉ ngõ ra có thể giống ngõ vào, nằm trong các vùng sau: IN: VDW, IDW, QDW, MDWW, SMD, AC, Const OUT: VDW, IDW, QDW, MDW, SMDW, AC. MOV_R: (dịch chuyển số thực). Dạng LAD Dạng STL MOVR VD0, VD0 Lệnh sao chép nội dung của số thực chứa trong Double Word có địa chỉ ở ngõ vào IN sang Double Word có địa chỉ ở ngõ ra OUT, địa chỉ ngõ ra có thể khác ngõ vào, thường nằm trong các vùng sau: IN: VR, IR, QR, MR, SMR, AC, Const OUT: VR, IR, QR, MR, SMR, AC Lệnh chuyển đổi dữ liệu Lệnh chuyển đổi số nguyên hệ thập lục phân sang Led 7 đoạn. Dạng LAD Dạng STL SEG VB0, VB0 Lệnh này có tác dụng chuyển đổi các số trong hệ thập lục phân từ 0 đến F ( dạng nhị phân) chứa trong 4 bit thấp của byte có địa chỉ ở ngõ vào IN thành giá trị bit chứa trong 8 bit của byte có địa chỉ ở ngõ ra OUT tương ứng với thanh led 7 đoạn CK, địa chỉ ngõ ra có thể giống ngõ vào, nằm trong những vùng sau: IN: VB,IB, QB, MB, SMB, SC, Const OUT: VB, IB, AB, MB, SMB, AC Lệnh chuyển đổi số mã BCD sang số nguyên. Dạng LAD Dạng STL BCDI VW0 Lệnh này thực hiện phép biến đổi một số dạng mã BCD 16 bit chứa trong Word có địa chỉ ở ngõ vào IN sang số nguyên nhị phân 16 bit chứa trong Word có địa chỉ ở ngõ ra OUT, địa chỉ ngõ ra có thể giống ngõ vào, thường nằm trong trong các vùng sau: IN : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, Const OUT : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC. Lệnh chuyển đổi số nguyên sang mã BCD. Dạng LAD Dạng STL IBCD VW0 Lệnh này thực hiện phép biến đổi một số số nguyên dạng nhị phân 16 bit chứa trong Word có địa chỉ ở ngõ vào IN sang mã BCD 16 bit chứa trong Word có địa chỉ ở ngõ ra OUT, địa chỉ ngõ ra có thể giống ngõ vào, thường nằm trong trong các vùng sau: IN : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, Const OUT : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC. Lệnh lấy giá trị nghịch đảo. Dạng LAD Dạng STL Giá trị byte Giá trị Word Giá trị Double Word INVB VB0 INVW VW0 INVD VD0 Lệnh có tác dụng đảo giá trị từng bit của toán hạng DW có địa chỉ ngõ vào IN rồi ghi kết quả vào Dword có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Lệnh này còn được gọi là lệnh lấy giá trị bù của một số. Lệnh tăng giảm một đơn vị. Lệnh cộng số nguyên 1 vào nội dung byte, Word, Double Word. Dạng LAD Dạng STL INCB VB0 INCW VW0 INCD VD0 Những lệnh này có tác dụng cộng số nguyên 1 với nội dụng byte, Word, Double Word có địa chỉ ở ngõ vào IN, kết quả được ghi vào byte, Word, Double Word có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Ngõ vào IN và ngõ ra OUT có thể cùng địa chỉ. Lệnh này có sử dụng các bit nhớ đặc biệt SM1.0, SM1.1, SM1.2 để báo trạng thái kết quả phép tính theo nguyên tắc sau: Kết quả tính SM 1.0 SM 1.1 SM 1.2 = 0 1 Số âm 1 > byte 1 Lệnh trừ số nguyên 1 vào nội dung byte, Word, Double Word. Dạng LAD Dạng STL DECB VB0 DECW VW0 DECD VD0 Những lệnh này có tác dụng lấy nội dụng byte, Word, Double Word có địa chỉ ở ngõ vào IN trừ đi 1đơn vị, kết quả được ghi vào byte, Word, Double Word có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Ngõ vào IN và ngõ ra OUT có thể cùng địa chỉ. Lệnh này có sử dụng các bit nhớ đặc biệt SM1.0, SM1.1, SM1.2 để báo trạng thái kết quả phép tính theo nguyên tắc sau: Kết quả tính SM 1.0 SM 1.1 SM 1.2 = 0 1 Số âm 1 > byte 1 Các lệnh số học Lệnh cộng số nguyên 16 bit. Dạng LAD Dạng STL +I VW0, VW2 Lệnh thực hiện cộng các số nguyên 16 bit IN1 và IN2, kết quả là số nguyên 16 bit được ghi vào OUT, IN1 + IN2 =OUT, ngõ vào IN1, IN2 và ngõ ra VW2 có thể cùng địa chỉ, thuộc các vùng nhớ sau: IN1,IN2: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, Const OUT: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW Lệnh trừ số nguyên 16 bit. Dạng LAD Dạng STL -I VW0, VW2 Lệnh thực hiện phép trừ các số nguyên 16 bit IN1 và IN2, kết quả là số nguyên 16 bit được ghi vào OUT, IN1 - IN2 =OUT, ngõ vào IN1, IN2 và ngõ ra VW2 có thể cùng địa chỉ, thuộc các vùng nhớ sau: IN1, IN2: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, Const OUT: VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW Lệnh nhân số nguyên 16 bit. Dạng LAD Dạng STL MUL VW0, VW2 Lệnh này thực hiện phép nhân 2 số nguyên 16 bit IN1, IN2. Kết quả 32 bit chứa trong từ kép OUT (4 byte). Lệnh chia số nguyên 16 bit. Dạng LAD Dạng STL DIV VW0, VW2 Lệnh này thực hiện phép chia số nguyên 16 bit IN1 cho số nguyên 16 bit IN2. Kết quả 32 bit chứa trong từ kép OUT (4 byte) gồm thương số ghi trong mảng 16 bit từ bit 0 đến bit 15 và phần dư cũng 16 bit ghi trong mảng từ bit 16 đến bit 32. Trong lệnh này có sử dụng các bít nhớ đặc biệt để báo trạng thái: Kết quả tính SM1.0 SM1.1 SM1.2 SM1.3 = 0 1 Báo tràn 1 Số âm 1 Mẫu = 0 1 Lệnh truy cập đồng hồ thời gian thực. Trong thiết bị lập trình S7-200 từ CPU 214 trở đi thì trong CPU có một đồng hồ ghi giá trị thời gian thực gồm các thông số về năm, tháng, giờ, phút, giây và ngày trong tuần. Đồng hồ được cấp điện liên tục bởi nguồn Pin 3V. Khi thực hiện lập trình cho các hệ thống tự động điều khiển cần cập nhật giá trị đồng hồ thời gian này ta phải thông qua 2 lệnh sau: Lệnh đọc: Dạng LAD Dạng STL TODR VB0 Lệnh này đọc nội dung của đồng hồ thời gian thực rồi chuyển sang mã BCD và lưu vào bộ đệm 8 byte liên tiếp nhau theo thứ tự như sau: Byte 0 Năm ( 0 – 99) Byte 4 Phút ( 0 – 59) Byte 1 Tháng ( 1 – 12) Byte 5 Giây (0 – 59) Byte 2 Ngày ( 1 – 31) Byte 6 Không sử dụng Byte 3 Giờ ( 0 – 23) Byte 7 Ngày trong tuần (1 - 7) Trong đó byte đầu tiên được chỉ định bởi toán hạng T trong câu lệnh, byte 7 chỉ sử dụng 4 bit thấp để lưu giá trị các ngày trong tuần. Lệnh ghi: Dạng LAD Dạng STL TODW VB0 Lệnh này có tác dụng ghi nội dung của bộ đệm 8 byte với byte đầu tiên được chỉ định trong toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực. Trong đó T thuộc một trong những vùng nhớ sau: VB, IB, QB, MB, SMB. Nếu cần chỉnh sử các thông số về năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây, ngày trong tuần thì điều chỉnh các byte như sau: T Byte 0 Năm ( 0 – 99) T + 1 Byte 1 Tháng ( 1 – 12) T + 2 Byte 2 Ngày ( 1 – 31) T + 3 Byte 3 Giờ ( 0 – 23) T + 4 Byte 4 Phút ( 0 – 59) T + 5 Byte 5 Giây (0 – 59) T + 6 Byte 6 Không sử dụng T + 7 Byte 7 Ngày trong tuần (1 - 7) CHƯƠNG 3 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU 3.1: Cấu tạo, nguyên lý làm việc, ứng dụng 3.1.1: Cấu tạo của động cơ một chiều Hình 3.1.1: Mặt cắt dọc động cơ điện. Cấu tạo: 1- vỏ máy ( gông từ ) 2- cực từ chính 3- dây quấn cực từ chính 4- cực từ phụ 5- dây quấn cực từ phụ 6- dây quấn phần ứng 7- lõi sắt phần ứng 8- rãnh phần ứng 9- răng phần ứng 10- má cực từ Phần tĩnh (stator): Đây là phần đứng yên của máy, nó bao gồm các bộ phận chính sau: - Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1mm ép lại và tán chặt. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này nối nối tiếp vói nhau. - Cực từ phụ: cực từ phụ đặt giữa các tự từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều. Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ dược gắn vào vỏ nhờ những bulông. - Gông từ: gông từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy. Trong máy điện nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày uốn và hàn lại. Trong máy điện lớn thường dùng thép đúc. Có khi trong máy điện nhỏ dùng gang làm võ máy. - Các bộ phận khác: + Nắp máy: để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm phải điện. Trong máy điện nhỏ và vừa, nắp máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi. Trong những trường hợp này nắp thường làm bằng gang. + Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá. Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ. Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định chặt lại. Phần quay (roto ): Đây là phần quay (động) của động cơ gồm có các bộ phận sau: - Lõi sắt phần ứng: Là lõi sắt dùng để dẫn từ. Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5mm phủ cách điện mỏng ở hai lớp mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào. + Trong những máy cỡ trung bình trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục. + Trong những máy hơi lớn thì lõi sắt thường được chia thành từng đoạn nhỏ. Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục. khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt. + Trong máy điện nhỏ , lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục. - Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy điện nhỏ thường dùng dây có thiết diện tròn. Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây có tiết diện chữ nhật dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép. Để tránh khi bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn. Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakelit. - Cổ góp: Cổ góp còn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có hình đuôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dầy 0.4 đến 1.2mm và hợp thành hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành góp có cao hơn lên một tí để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp được dễ dàng. - Các bộ phận khác: Gồm có cánh quạt và trục máy: + Cánh quạt: Dùng để quạt gió làm nguội máy. Máy điện một chiều thường chế theo kiểu bảo vệ. Ở hai đầu nắp máy có lỗ thông gió. Cánh quạt lắp trên trục máy, khi máy quay cánh quạt hút gió từ ngoài vào máy. Gió đi qua vành góp, cực từ, lõi sắt và dây quấn rồi qua quạt gió ra ngoài làm nguội máy. + Trục máy: Là phần trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi. Trục máy thường làm bằng thép cacbon tốt. Các thông số định mức: Chế độ làm việc định mức của máy điện là chế độ làm việc trong những điều kiện mà xưởng chế tạo đã qui định. Chế độ đó được đặc trưng bằng những đại lượng ghi trên nhãn máy và gọi là những đại lượng định mức. Trên nhãn máy thường ghi những đại lượng sau: Công suất định mức Pdm (kw hay w); Điện áp dịnh mức Udm (V ); Dòng điện định mức Idm ( A ); Tốc độ định mức ndm (vg/ph); Ngoài ra còn ghi kiểu máy, phương pháp kích từ, dòng điện kích từ và các số liệu về dòng điện sử dụng Cần chú ý là công suất định mức của động cơ ở đây là công suất cơ đưa ra ở đầu trục động cơ. 3.1.2: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều: - Động cơ điện một chiều là một máy điện biến đổi năng lượng điện của dòng một chiều thành cơ năng. Trong quá trình biến đổi đó, một phần năng lượng của dòng xoay chiều bị tiêu tán do các tổn thất trong mạch phần ứng và mạch kích từ, phần còn lại năng lượng được biến thành cơ năng trên trục động cơ. - Khi có dòng điện một chiều chạy vào dây quấn kích thích và dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trường ở phần tĩnh. Từ trường này có tác dụng tương hỗ lên dòng điện trên dây quấn phần ứng tạo ra mômen tác dụng lên roto làm cho roto quay. Nhờ có vành đổi chiều nên dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành dòng một chiều đưa vào dây quấn phần ứng. Điều này làm cho lực từ tác dụng lên thanh dẫn dây quấn phần ứng không bị đổi chiều và làm động cơ quay theo một hướng. - Công suất ứng với mômen điện từ đưa ra đối với động cơ gọi là công suất điện từ và bằng: Pdt = M . ω = Eư .Iư Trong đó: M : là mômen điện từ ; Iư : Dòng điện phần ứng ; Eư : Suất điện động phần ứng ; ω : Tốc độ góc phần ứng ; và ω = ; 3.1.3: Ứng dụng của động cơ một chiều Ngày nay động cơ điện được dùng trong hấu hết mọi lĩnh vực, từ các động cơ nhỏ dùng trong lò vi sóng để chuyển động đĩa quay, hay trong các máy đọc đĩa, đến các đồ nghề như máy khoan, hay các máy gia dụng như máy giặt, sự hoạt động của thang máy hay các hệ thống thông gió cũng dựa vào động cơ điện. Ở nhiều nước động cơ điện được dùng trong các phương tiện vận chuyển, đặt biệt trong các đầu máy xe lửa. stator và rotor của một động cơ điện 3 pha. Trong công nghệ máy tính: Động cơ điện được sử dụng trong các ổ cứng, ổ quang (chúng là các động cơ bước rất nhỏ). 3.2: Các phương pháp khởi động Quá trình mở máy là quá trình đưa tốc độ động cơ điện từ n=0 đến tốc độ n=nđm. Yêu cầu khi mở máy: - Dòng điện mở máy (Imm) phải được hạn chế đến mức thấp nhất. - Moment mở máy (Mmm) phải đủ lớn. - Thời gian mở máy phải nhỏ. - Biện pháp và thiết bị mở máy phải đơn giản vận hành chắc chắn. Từ các yêu cầu trên chúng ta có các phương pháp mở máy sau đây: - Mở máy trực tiếp (U = Uđm). - Mở máy bằng biến trở. - Mở máy bằng điện áp thấp đặt vào phần ứng (U < Uđm). Trong tất cả mọi trường hợp khi mở máy bao giờ cũng phải bảo đảm từ thông F = Fđm nghĩa là biến trở mạch kích từ Rđc phải ở trị số nhỏ nhất để sau khi đóng điện, động cơ được kích thích tối đa và lớn nhất. Phải đảm bảo không để đứt mạch kích thích vì trong trường hợp đó F = 0, M = 0 động cơ không quay được và do đó sức phản điện động Eư = 0 ® Iư = U/Rư rất lớn làm cháy dây quấn và vành góp. A, Mở máy trực tiếp: Nếu khởi động động cơ 1 chiều kích từ độc lập bằng cách đóng trực tiếp thì tốc độ ban đầu bằng 0 do vậy dòng khởi động ban đầu rất lớn (Imm Iđm) Như vậy nó đốt nóng động cơ và gây sụt áp điện lưới, hoặc làm chuyển mạch khó khăn, momen mở máy lớn sẽ tạo ra những xung động lực làm cho động cơ không tốt về mặt cơ học. Trường hợp sẽ xấu hơn khi ta mở máy, đảo chiều hay hãm động cơ. B, Mở máy bằng biến trở Để đảm bảo an toàn khi mở máy người ta thường chọn: Imm ≤ Icp = 2,5 Iđm Muốn thế người ta thường đưa thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng ngay khi bắt đầu khởi động ngay sau đó loại dần các cấp điện trở để đưa động cơ lên tốc độ định mức. Công suất động cơ lớn thì chọn Imm nhỏ. Trong quá trình mở máy thì tốc độ của động cơ tăng dần, sức điện động của động cơ cũng tăng dần và dòng điện giảm dần. Eư = K.Ф.ω Do đó momen mở máy giảm đặc tính cơ đặc thể hiện như hình sau: Khi bắt đầu cấp điện cho động cơ với toàn bộ điện trở khởi động, momen ban đầu của động cơ sẽ có giá trị là Mmm. Momen này lớn hơn momen cản tĩnh Mc do đó động cơ bắt đầu được tăng tốc, tốc độ càng tăng lên thì momen càng giảm xuống theo đường cong ab. Trong quá trình đó momen động giảm dần nên hiệu quả gia tốc cũng giảm theo. Đến với một mức độ nào đó ứng với điểm b tiếp điểm 1G đóng lại cấp điện trở đầu tiên bị loại. Và ngay sau đó động cơ lại được tăng tốc động cơ lại làm việc ứng với điểm c và tiếp điểm 2G đóng lại loại cấp điện trở thứ 2 và cứ tiếp tục như vậy khi đạt lên tốc độ định mức thì lúc đó loại hết 3 cấp điện trở. Hình 3.2.1: Đặc tính khởi động bằng biến trở C, Mở máy bằng điện áp thấp: Umm < Uđm Trong các thiết bị công suất lớn, biến trở mở máy rất cồng kềnh và đưa lại năng lượng tổn hao lớn, nhất là khi phải mở máy luôn. Nên trong một số thiết bị người ta dùng mở máy không biến trở bằng cách ha điện áp đặt vào động cơ lúc mở máy. Dùng tổ máy phát - động cơ nguồn điện áp có thể điều chỉnh được của máy phát cung cấp cho phần ứng của động cơ, trong khi đó mạch kích thích của máy phát và động cơ phải được đặt dưới 1 điện áp độc lập khác. Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ kích từ độc lập. Thường được kết hợp với điều chỉnh n. CHƯƠNG4 ỨNG DỤNG PLC S7-200 ĐỂ KHỞI ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ THEO NGUYÊN TẮC THỜI GIAN 4.1. 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 một chiều qua ba cấp điện trở thì ta có thể thực hiện theo các nguyên lý như sau: A. 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... Hình 4.1.1: Đặc tính khởi động động cơ ĐMđl theo nguyên tắc thời gian. 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. B. 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 4.1.2: 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. C. 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 theonguyên tắc thời gian lập trình bằng PLC. 4.2: Phương án cũ sử dụng mạch điều khiển rơie Mạch động lực: + CKT + Đ K3 H RN 2K3 H 3K3 H 1K3 H r1 H r2 H r3 H Hình 4.2.1: Sơ đồ mạch lực khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập qua ba cấp điện trở + Các thiết bị trong sơ đồ: Động cơ một chiều (kích từ độc lập). RN: Rơle nhiệt bảo vệ quá tải. K3, 1K3, 2K3, 3K3: Tiếp điểm của các côngtắctơ tương ứng. r1, r2, r3: Các điện trở phụ khởi động. Mạch điều khiển: K H RTh1 H ON H OFF H K2 H 1K2 H K1 H RTh1 H 1K H 1K1 H RTh2 H 2K2 H RTh2 H 2K H 2K1 H RTh3 H 3K2 H RTh3 H 3K H 3K1 H RN H Hình 4.2.2: Sơ đồ mạch điều khiển khởi động động cơ một chiều qua ba cấp điện trở + các thiết bị trong mạch điều khiển: ON: Nút ấn khởi động. OFF: Nút ấn dừng. K, 1K, 2K, 3K: Cuộn hút của các côngtăctơ tương ứng. RTh1, RTh2, RTh3: Các rơle thời gian và tiếp điểm tương ứng. RN: Tiếp diểm của rơle nhiệt. Nguyên lý hoạt động: Để khởi động ta ấn nút ON lúc này côngtăctơ K có điện, tiếp điểm K1 đóng lại tự duy trì cho K, tiếp điểm K2 đóng lại cấp điện cho rơ le thời gian RTh1 và sẵn sàng cấp điện cho mạch điều khiển phía dưới, tiếp điểm K3 trên mạch lực đóng lại. Như vậy phần ứng động cơ được nối với nguồn một chiều qua ba cấp điện trở phụ. Sau thời gian chỉnh định tiếp điểm thường mở đóng chậm RTh1 đóng lại cấp điện cho côngtăctơ 1K, tiếp điểm 1K1 đóng lại tự duy trì cho 1K và cấp điện cho rơle thời gian RTh2, tiếp điểm 1K2 mở ra ngắt điện rơle RTh1, đồng thời tiếp điểm 1K3 trên mạch lực đóng lại ngắt điện trở r1 ra khỏi mạch phần ứng. Sau thời gian chỉnh định tiếp điểm thường mở đóng chậm RTh2 đóng lại cấp điện cho côngtăctơ 2K, tiếp điểm 2K1 đóng lại tự duy trì cho 2K và cấp điện cho rơle thời gian RTh3, tiếp điểm 2K2 mở ra ngắt điện rơle RTh2, đồng thời tiếp điểm 2K3 trên mạch lực đóng lại ngắt tiếp điện trở r2 ra khỏi mạch phần ứng. Sau thời gian chỉnh định tiếp điểm thường mở đóng chậm RTh3 đóng lại cấp điện cho côngtăctơ 3K, tiếp điểm 3K1 đóng lại tự duy trì cho 3K, tiếp điểm 3K2 mở ra ngắt điện rơle RTh3, đồng thời tiếp điểm 3K3 trên mạch lực đóng lại ngắt nốt điện trở r3 ra khỏi mạch phần ứng. Quá trình khởi động kết thúc. Để dừng động cơ ta ấn nút OFF lúc này côngtăctơ K mất điện, tiếp điểm K1, K2 mở ra ngắt điện mạch điểu khiển, đồng thời tiếp điểm K3 trên mạch lực mở ra cắt phần ứng động ra khỏi nguồn một chiều. Mạch động lực và mạch điều khiển trở về trạng thái ban đầu. 4.3. 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. 4.3.1: Lựa chọn thiết bị phần cứng A, Lựa chọn PLC Đối với những bài toán lập trình nhỏ đơn giản ta nên sử dụng các PLC cỡ nhỏ có số đầu vào ra phù hợp theo yêu cầu và mục đích của công việc. Ở đây ta sử dụng PLC họ S7-200 của Siemens là dòng PLC cỡ nhỏ rất thông dụng hiện nay có độ tin cậy cao và giá thành phù hợp. Cụ thể ở đây ta dùng loại CPU222AC, model 6ES7212-1BB23-0XB0. + Một số đặc điểm của CPU 222AC: -Ngõ vào: tích cực mức 1 ở cấp  điện áp +24VDC (15VDC – 30VDC). -Ngõ ra rơ le. -Số ngõ vào trên CPU: 8 -Số ngõ ra trên CPU: 6 -Ưu điểm của loại này là ngõ ra rơ le, do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp (có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V, 220V. ). -Tuy nhiên, nhược điểm của nó: do ngõ ra rơ le nên thời gian đáp ứng của rơ le không được nhanh cho ứng dụng điều rộng xung, hoặc output tốc  độ cao. -Vùng nhớ chương trình :4KB -Vùng nhớ dữ liệu :2KB -Các ngôn ngữ chương trình :LAD, FBD và STL. -Số Timer: 256 (0-255) -Số counter: 256 (0-255) -Bảo vệ chương trình :3 mức mật khẩu -Thiết lập lệnh :các lệnh logic bit, các lệnh so sánh, các bộ thời gian, các bộ đếm, các đồng hồ, toán học điểm cố định, toán học điểm trôi, các lệnh số học, các lệnh dịch chuyển, các lệnh tạo bảng, các lệnh logic bit, các lệnh dịch chuyển, xoay, các lệch chuyển đổi, các lệnh điều khiển chương trình, các lệnh ngắt và truyền thông, các lệnh làm việc với ngăn xếp. -Tốc độ thực hiện lệnh: 0,37μs -Số đầu vào /ra số lớn nhất: 128DI/128DO -Số đầu vào /ra tương tự lớn nhất: 16AI/16AO -Nguồn cấp: 100÷ 230VAC -Có tối đa 2 modul mở rộng. -Khả năng lưu trữ dữ liệu khi mất điện: 50 giờ. B, 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 4.3.2: Lập trình điều khiển hệ thống A, Sơ đồ thuật toán: + Chú thích: Cấp nguồn cho động cơ ta sử dụng côngtăctơ K Ngắt điện trở r1 ra khỏi mạch phần ứng ta dung côngtắctơ 1K. Ngắt điện trở r2 ra khỏi mạch phần ứng ta dung côngtăctơ 2K. Ngắt điện trở r3 ra khỏi mạch phần ứng ta dung côngtăctơ 3K. Cấp nguồn cho động cơ Timer đếm >=5s Ngắt điện trở r1 Timer đếm >=10s Ngắt điện trở r2 Ngắt điện trở r3 Timer đếm ==15s Khởi động B, Phân công đầu vào, ra: Địa chỉ Chú thích I0.0 Nút ấn OFF (thường mở). I0.1 Nút ấn ON (thường mở). I0.2 Tiếp điểm của rơle nhiệt RN. Q0.0 Cuộn hút của côngtăctơ K. Q0.1 Cuộn hút của côngtăctơ 1K. Q0.2 Cuộn hút của côngtăctơ 2K. Q0.3 Cuộn hút của côngtăctơ 3K. C, Mạch đấu phần cứng: 1L 0.0 0.1 0.2 0.3 ˜ 2L 0.4 0.5 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 2M 0.4 0.5 0.6 0.7 N L1 AC M L+ OFF ff ON RN K 1K 2K 3K CPU 222 D, Trương trình điều khiển: >=I T37 >=I T37 T37 150 PT IN TON 100 ms Q0.0 Q0.3 Q0.1 Q0.1 Q0.2 Q0.2 Q0.3 Q0.3 50 100 150 ==I T37 Q0.0 Q0.0 I0.0 I0.1 I0.2 Network 1 Network 2 + Giải thích chương trình: Tiếp điểm rơle nhiệt RN luôn đóng nên tiếp điểm I0.2 trong chương trình luôn thông. Khi ta ấn nút ON (thường mở) thì có tín hiệu điện áp ở mức cao đưa vào chân I0.1 làm tiếp điểm I0.1 trong chương trình thông, đầu ra Q0.0 có điện làm các tiếp điểm Q0.0 đóng lại, đầu ra Q0.0 được tự duy trì đồng thời cấp tín hiệu cho timer T37 (do Q0.3 thường đóng), timer bắt đầu đếm. Khi giá trị đếm đạt đến 5s thì đầu ra Q0.1 có điện và được tự duy trì. Khi giá trị đếm đạt 10s thì đầu ra Q0.2 có điện và được tự duy trì. Khi giá trị đếm đạt 15s thì đầu ra Q0.3 có điện và được tự duy trì, đồng thời tiếp điểm thường đóng Q0.3 mở ra ngắt tín hiệu vào Timer 37, giá trị đếm của nó trở về 0.