đồ án: thiết kế hệ thống điều khiển tự động, chương 1

Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý phải điều khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo ra một sản phẩm mong muốn. Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng một mạch điều khiển...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
đồ án: thiết kế hệ thống điều khiển tự động, chương 1 Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu vÒ PLC I.1 Më ®Çu Trong c¸c hÖ thèng s¶n xuÊt, trong c¸c thiÕt bÞ tù ®éng vµ b¸n tù ®éng, hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®ãng vai trß ®iÒu phèi toµn bé c¸c ho¹t ®éng cña m¸y mãc thiÕt bÞ. C¸c hÖ thèng m¸y mãc vµ thiÕt bÞ s¶n xuÊt th−êng rÊt phøc t¹p, cã rÊt nhiÒu ®¹i l−îng vËt lý ph¶i ®iÒu khiÓn ®Ó cã thÓ ho¹t ®éng ®ång bé hoÆc theo mét tr×nh tù c«ng nghÖ nhÊt ®Þnh nh»m t¹o ra mét s¶n phÈm mong muèn. Tõng ®¹i l−îng vËt lý ®¬n lÎ cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng mét m¹ch ®iÒu khiÓn c¬ së d¹ng t−¬ng tù hay gi¸n ®o¹n. §iÒu khiÓn nhiÒu ®¹i l−îng vËt lý ®ång thêi chóng ta kh«ng thÓ dïng c¸c m¹ch ®iÒu khiÓn t−¬ng tù mµ ph¶i sö dông hÖ thèng ®iÒu khiÓn l« gÝc. Tr−íc ®©y c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn l« gÝc ®−îc sù dông lµ hÖ thèng l« gÝc r¬ le. Nhê sù ph¸t triÓn nhanh chãng cña kü thuËt ®iÖn tö, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn l« gÝc kh¶ lËp tr×nh PLC (Programmable Logic Controller) ®· xuÊt hiÖn vµo n¨m 1969 thay thÕ c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn r¬ le. Cµng ngµy PLC cµng trë nªn hoµn thiÖn vµ ®a n¨ng. C¸c PLC ngµy nay kh«ng nh÷ng cã kh¶ n¨ng thay thÓ hoµn toµn c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn lo gÝc cæ ®iÓn, mµ cßn cã kh¶ n¨ng thay thÕ c¸c thiªt bÞ ®iÒu khiÓn t−¬ng tù. C¸c PLC ®−îc sö dông réng r·i trong c«ng nghiÖp. Chøc n¨ng chÝnh cña PLC lµ kiÓm tra tr¹ng th¸i cña c¸c ®Çu vµo vµ ®iÒu khiÓn c¸c qu¸ tr×nh hoÆc c¸c hÖ thèng m¸y mãc th«ng qua c¸c tÝn hiÖu trªn chÝnh ®Çu ra cña PLC. Tæ hîp l« gÝc cña c¸c ®Çu vµo ®Ó t¹o ra mét hay nhiÒu tÝn hiÖu ra ®−îc gäi lµ ®iÒu khiÓn l« gÝc. C¸c tæ hîp l« gÝc th−êng ®−îc thùc hiÖn theo tr×nh tù ®iÒu khiÓn hay cßn gäi lµ ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®−îc l−u trong bé nhí cña PLC cã thÓ b»ng c¸ch lËp tr×nh b»ng thiÕt bÞ cÇm tay nèi trùc tiÕp víi PLC hoÆc lËp tr×nh trªn m¸y tÝnh c¸ nh©n nhê c¸c phÇn mÒm chuyªn dông vµ truyÒn vµo PLC qua m¹ng hay qua c¸p truyÒn d÷ liÖu. Bé xö lý tÝn hiÖu, th−êng lµ c¸c bé vi xö lý tèc ®é cao, thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn theo chu kú. Kho¶ng thêi gian thùc hiÖn mét chu tr×nh ®iÒu khiÓn tõ lóc kiÓm tra c¸c tÝn hiÖu vµo, thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh lo gÝc hoÆc ®¹i sè ®Ó cã ®−îc tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, cho ®Ðn khi ph¸t tÝn hiÖu ®Õn ®Çu ra ®−îc goi lµ chu kú thêi gian quÐt. PLC trong c«ng nghiÖp th−êng cã cÊu h×nh ®¬n gi¶n nhÊt, bëi v× c¸c ch−¬ng tr×nh tr×nh ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ hay m¸y mãc th−êng ®−îc ho¹t ®éng 24/24 vµ kh«ng cÇn bÊt cø sù can thiÖp cña con ng−êi trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn. PLC chØ dõng quÐt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn khi ng¾t nguån hoÆc khi c«ng t¾c ngõng ®−îc kÝch ho¹t. S¬ ®å khèi ®¬n gi¶n ho¸ cña PLC ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 1.1. 1 I.1 I.2 Cuén hót C«ng t¾c M« ®un M« ®un Vµo CPU Ra §Ìn tÝn hiÖu §iÖn ¸p 110 V hoÆc 220 V H×nh 1.1 S¬ ®å khèi cña mét bé PLC ®¬n gi¶n. 2 Trªn ®Çu vµo cña PLC cã thÓ cã c¸c kªnh tÝn hiÖu t−¬ng tù hoÆc c¸c kªnh tÝn hiÖu sè. C¸c kªnh tÝn hiÖu nµy xuÊt ph¸t tõ c¸c c¶m biÕn, tõ c¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh, c«ng t¾c ®ãng ng¾t m¹ch ®iÖn hoÆc tõ c¸c biÕn l« gÝc t−¬ng øng víi c¸c c¸c tr¹ng th¸i cña m¸y mãc, thiÕt bÞ. TÝn hiÖu vµo ®−îc bé xö lý trung t©m xö lý nhê c¸c phÐp tÝnh l« gÝc hay sè häc vµ kÕt qu¶ lµ c¸c tÝn hiÖu ra. C¸c tÝn hiÖu tÝn hiÖu ra lµ c¸c tÝn hiÖu truyÒn ®iÖn n¨ng ®Õn cho c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh nh− cuén hót, ®Ìn hiÖu, ®éng c¬ vv. §iÖn ¸p trªn ®Çu vµo cña PLC lµ ®iÖn ¸p c«ng suÊt thÊp, t−¬ng øng víi møc tõ 0V ®Õn 5V mét chiÒu. Khi ta nèi c¸c ®Çu vµo cã møc ®iÖn ¸p cao h¬n 5V, th−êng ph¶i dïng c¸c kªnh cã c¸c m¹ch chuyÓn ®æi ®Ó biÕn ®iÖn ¸p vµo thµnh ®iÖn ¸p t−¬ng ®−¬ng víi møc +/- 5VDC. §iÖn ¸p trªn ®Çu ra cña PLC cã thÓ cã nhiÒu møc ®iÖn ¸p kh¸c nhau, nh−ng ®Òu cã møc n¨ng l−îng thÊp. NÕu cÇn ph¶i ®iÒu khiÓn c¬ cÊu chÊp hµnh cã møc n¨ng l−îng cao h¬n, ta ph¶i sö dông c¸c thiÕt bÞ khuyÕch ®¹i c«ng suÊt. I.2 lÞch sö ph¸t triÓn cña PLc Vµo kho¶ng n¨m 1968, c¸c nhµ s¶n xuÊt « t« ®· ®−a ra c¸c yªu cÇu kü thu©t ®Çu tiªn cho thiÕt bÞ ®iªï khiÓn l« gÝc kh¶ lËp tr×nh. Môc ®Ých ®Çu tiªn lµ thay thÕ cho c¸c tñ ®iªu khiÓn cång kÒnh, tiªu thô nhiÒu ®iÖn n¨ng vµ th−êng xuyªn ph¶i thay thÓ c¸c r¬ le do háng cuén hót hay gÉy c¸c thanh lß xo tiÕp ®iÓm. Môc ®Ých thø hai lµ t¹o ra mét thiÒu bÞ ®iÒu khiÓn cã tÝnh linh ho¹t trong viÖc thay ®æi ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn. C¸c yªu cÇu kü thuËt nµy chÝnh lµ c¬ së cña c¸c m¸y tÝnh c«ng nghiÖp, mµ −u ®iÓm chÝnh cña nã lµ sù lËp tr×nh dÔ dµng bëi c¸c kü thuËt viªn vµ c¸c kü s− s¶n xuÊt. Víi thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh, ng−êi ta cã thÓ gi¶m thêi gian dõng trong s¶n xuÊt, më réng kh¶ n¨ng hoµn thiÖn hÖ thèng s¶n xuÊt vµ thÝch øng víi sù thay ®æi trong s¶n xuÊt. Mét sè nhµ s¶n xuÊt thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn trªn c¬ së m¸y tÝnh ®· s¶n xuÊt ra c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh cßn gäi lµ PLC. Nh÷ng PLC ®Çu tiªn ®−îc øng dông trong c«ng nghiÖp « t« vµo n¨m 1969 ®· ®em l¹i sù −u viÖt h¬n h¼n c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn trªn c¬ së r¬ le. C¸c thiÕt bÞ nµy ®−îc lËp tr×nh dÔ dµng, kh«ng chiÕm nhiÒu kh«ng gian trong c¸c x−ëng s¶n xuÊt vµ cã ®é tin cËy cao h¬n c¸c hÖ thèng r¬ le. C¸c øng dông cña PLC ®· nhanh chãng réng më ra tÊt c¶ c¸c ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt kh¸c. Hai ®Æc ®iÓm chÝnh dÉn ®Õn sù thµnh c«ng cña PLC ®ã chÝnh lµ ®é tin cËy cao vµ kh¶ n¨ng lËp tr×nh dÔ dµng. §é tin cËy cña PLC ®−îc ®¶m b¶o bëi c¸c m¹ch b¸n dÉn ®−îc thiÕt kÕ thÝch øng víi m«i tr−êng c«ng nghiÖp. C¸c m¹ch vµo ra ®−îc thiÕt kÕ ®¶m b¶o 3 kh¶ n¨ng chèng nhiÔu, chÞu ®−îc Èm, chÞu ®−îc dÇu, bôi vµ nhiÖt ®é cao. C¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh ®Çu tiªn cña PLC t−¬ng tù nh− s¬ ®å thang trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn l« gÝc, nªn c¸c kü s− ®· lµm quen víi s¬ ®å thang, dÔ dµ ...