Chương 1: Tổng quan. Trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu đề tài, giới hạn và bố cục đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày cơ sở lý thuyết của PLC, động cơ Servo, biến tần và động cơ AC cho băng tải, từ đó đi vào cụ thể các thiết bị của Mitsubishi.
Hệ thống Van SMC cho cánh tay và cho bệ nâng. Chương 3: Tính toán. Bố trí linh kiện, sơ đồ khối, tính toán các thông số của thiết bị và lựa chọn các thiết bị phù hợp với công suất cho mô hình. Chương 4: Thi công mô hình.
Thi công mạch điều khiển và mạch động lực và phần cứng của mô hình đề tài. Từ đó xây dựng lưu đồ khối để viết chương trình điều khiển cho hệ thống. Tối ưu chương trình cho hệ thống giúp mô hình hoạt động ổn định và ít lỗi nhất. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Kết luận quá trình thực hiện mô hình, kết luận quá trình hoạt động mô hình, đưa ra hướng phát triển cho đề tài trong tương lai.
3 do an Trường ĐH SPKT TP.HCM Khoa Đào tạo Chất lượng cao CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về phần cứng của hệ thống 2. Tổng quan về PLC và PLC Mitsubishi Q2ASCPU-S1 2. Tổng quan về PLC PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình đầu tiên là thiết bị điều khiển logic khả trình xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1969 tại một hãng ôtô của Mỹ.
Bắt đầu chỉ đơn giản là một bộ logic thuần tuý ứng dụng để điều khiển các quá trình công nghệ, chủ yếu là điều khiển ON/OFF giống như hệ thống rơle, công tắc tơ thông thường mà không điều khiển chất lượng hệ thống. Kể từ khi xuất hiện đến nay PLC đã được cải tiến rất nhiều phiên bản: 1974: PLC đã sử dụng nhiều bộ vi xử lý như mạch định thời, bộ đếm dung lượng bộ nhớ 1976: Giới thiệu hệ thống đưa tín hiệu vào ra 1980: PLC phát triển các khối vào ra thông minh nâng cao điều khiển thuận lợi qua viễn thông, nâng cao phát triển phần mềm, lập trình dùng máy tính cá nhân. 1985: PLC được ghép nối thành mạng PLC Ngày nay PLC đã được cải tiến nhiều và đáp ứng tất cả các yêu cầu của điều khiển. PLC là một máy tính công nghiệp, dùng chương trình để điều khiển các quá trình hoạt động.
PLC thay thế hoàn toàn các phương pháp điều khiển truyền thống dùng các relay, contactor. Vì vậy PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, được xem như phương pháp điều khiển lý tưởng của các quá trình sản xuất. Trong hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như trái tim của hệ thống điều khiển. Có khâu trung gian có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu thông tin đầu vào rồi đưa các tín hiệu tới các thiết bị chấp hành.
Cấu trúc của PLC PLC cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình. Toàn bộ chương trình điều khiển sẽ được lưu vào trong bộ nhớ của PLC. Điều này làm cho PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu các chương trình hỗ trợ điều khiền, dữ liệu, các cổng ra/vào để kết nối với các đối tượng điều khiển… PLC gồm các thành phần cơ bản sau: 4 do an Trường ĐH SPKT TP.HCM Khoa Đào tạo Chất lượng cao Bộ nguồn cấp: có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới thành điện áp thấp hơn cung cấp cho PLC và các module khác. Điện áp này là 5V, 5A.
Đồng thời bộ nguồn này còn tích hợp bộ bảo vệ quá dòng. Bộ điều khiển trung tâm: là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ của chương trình. Dữ liệu được nhập ở ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian sau đó các kết quả này sẽ được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện việc xuất dữ liệu ra ở các ngõ ra. Bộ nhớ: lùng để chứa chương trình lưu trữ số liệu, đơn vị nhỏ nhất là bit.
Bộ nhớ là vùng lưu giữ hệ điều hành và vùng nhớ của người dùng (hệ điều hành là một phần mềm hệ thống mà nó kết nối PLC để PLC thực sự hoạt động được). Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Để PLC có thể hoạt động được ta cần phải có bộ nhớ để PLC lưu trữ chương trình. Nhiều trường hợp cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện thêm các chức năng khác.
Vùng nhớ đệm tạm thời sẽ lưu trữ trạng thái của các kênh xuất – nhập được gọi là RAM xuất - nhập. Lưu trữ tạm thời trạng thái của các chức năng bên trong : các bộ định thời (Timer), các bộ đếm (Counter), các Relay. Bộ nhớ gồm các loại sau: Bộ nhớ chỉ đọc (ROM): Bộ nhớ ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó chỉ được lập trình 1 lần. Do đó bộ nhớ này không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC vì vậy nó ít phổ biến hơn so với các loại bộ nhớ khác.
Bộ nhớ ghi đọc (RAM): Bộ nhớ của PLC là CMOSRAM, nó tiêu tốn ít năng lượng và được cấp pin dự phòng khi mất nguồn. Nhờ đó dữ liệu sẽ không bị mất khi ngăt nguồn đột ngột. Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như bộ nhớ ROM, tuy nhiên dung lượng của nó có thể được xóa đi nếu bi ảnh hưởng trực tiếp từ tia tử ngoại và khi đó ta phải viết lại toàn bộ chương trình cho bộ nhớ. Bộ nhớ chỉ đọc chương trình sẽ được xóa được bằng điện (EEPROM): Dữ liệu lưu trữ trên EEPROM có thể bị xóa và lập trình lại bằng điện, tuy nhiên nó sẽ giới hạn một số lần lập trình nhất định.
Các module xuất nhập: Khối xuất – nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong PLC với mạch ngoài. Module nhập nhận tín hiệu từ sensor 5 do an Trường ĐH SPKT TP.HCM Khoa Đào tạo Chất lượng cao và đưa vào trong CPU, module xuất sẽ đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành. Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 ÷ 15 VDC, trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn rất nhiều. Có nhiều loại ngõ ra như: ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac, ngõ ra dùng role.
Hệ thống Bus: Là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối các module trong PLC gọi là Bus, đây là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song với nhau. Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau. Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu. Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Ngoài ra PLC còn có các module phụ trợ như module giao tiếp mạng, module phát xung,…. Nguyên lý hoạt động của PLC CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi.
Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệ thống số nhị phân, do đó tốc độ quét vòng chương trình có thể đạt đến vài phần ngàn giây, các phần mềm dùng để lập trình PLC tích hợp cả phần biên dịch. Các dòng lệnh khi lập trình chúng ta đưa từ chương trình vào thì trình biên dịch sẽ chuyển đổi sang mã máy và ghi từng bit “0” hay bit “1” lên đúng vào vị trí có địa chỉ đã được quy ước trước trong PLC lên PC được thực thi xảy ra ngược lại và trình biên dịch đã làm xong nhiệm vụ của mình trước khi trả chương trình lên Monitor. Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus.
Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song. Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data Bus. Control Bus sẽ 6 do an Trường ĐH SPKT TP.HCM Khoa Đào tạo Chất lượng cao chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC.
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế. Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle).
Mỗi vòng quét được bắt đàu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo X, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối Main. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Y tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU.
Mỗi vòng quét có thể mô tả như sau: Hình 2.1: Hoạt động của PLC trong một vòng quét Chú ý: Bộ đệm X và Y không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm. Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳthuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông.
Trong vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét.