Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều khiển tự động máy xấn tôn

................... 2.1.2 Các bộ cảm biến............................................ 2.2 Các thiết bị xuất............................................ 2.2.1 Một số cơ cấu điều khiển,điều chỉnh trong hệ thống thuỷ lực........................................... Chương III Lập trình PLC 3.1 Sơ đồ bậc thang.............................................. 3.2 Lập trình bậc thang PLC................................ 3.3 Các hàm lôgíc................................................ 3.3.1 Hàm AND...................................................... 3.3.2 Hàm OR......................................................... 3.3.3 Hàm NOT...................................................... 3.3.4 Hàm NOTAND.............................................. 3.3.5 Hàm NOR...................................................... 3.3.6 Hàm EXCLUSIVE (XOR)............................ 3.3.7 Mạch khoá..................................................... 3.3.8 Mạch nhiều ngõ ra......................................... 3.4 Các Rơle nội.................................................. 3.4.1 Rơle điều khiển chính.................................... 3.4.2 Đi tắt.............................................................. 3.5 Bộ định thời................................................... 3.5.1 Các loại đồng hồ định giờ ............................. 3.5.2 Lập trình đồng hồ định giờ............................ 3.6 Các bộ đếm (Counter).................................... 3.6.1 Các dạng bộ đếm .......................................... 3.6.2 Lập trình bộ đếm........................................... 3.7 Thanh ghi dịch chuyển.................................. Chương IV Giới thiệu về PLC OMRON 4.1 Cấu trúc cơ bản của PLC OMRON............... 4.2 Lập trình bằng Programming Coonsole......... 4.2.1 Khởi đầu với Programming Coonsole............ 4.2.2 Các chế độ hoạt động của PLC...................... 4.2.3 Xoá chương trình trong PLC.......................... 4.2.4 Tìm kiếm trong chương trình......................... 4.2.5 Xoá lệnh (Delete).......................................... 4.2.6 Chèn lệnh (Insert).......................................... 4.2.7 Theo dõi hoạt động của PLC......................... 4.3 Lập trình bằng Ledder Diagram.................... 4.3.1 Lập trình bằng sơ đồ bậc thang Ledder......... 4.3.2 Lệnh LD......................................................... 4.3.3 Lệnh Out........................................................ 4.3.4 Lệnh AND..................................................... 4.3.5 Lệnh OR........................................................ 4.3.6 Lệnh AND LD............................................... 4.3.7 Lệnh OR LD.................................................. 4.3.8 Lệnh AND NOT............................................ 4.3.9 Lệnh LD NOT............................................... 4.3.10 Network.......................................................... 4.3.11 Mạch chốt...................................................... Latching/self Holding CIRCUIT................... 4.3.12 Các quy tắc chung của sơ đồ Ledder diagram........................................................... 4.3.13 Lệnh OUT NOT (output not)......................... 4.3.14 Lệnh Set & Reset............................................ 4.3.15 Lệnh Keep (11).............................................. 4.3.16 Lệnh DIFU(13) & DIFD (14)........................ 4.3.17 Lệnh JMP (04) & JME (05)........................... 4.3.18 Lệnh chuyển dữ liệu MOV(21)...................... 4.3.19 Lệnh MVN (22) Move not 4.3.20 Lệnh tính BCD (Binary Code Decimal)-set carry STC (40) 4.3.21 Lệnh Clear carry (CLC (41)) 4.3.22 Lệnh ADD (30) 4.3.23 Lệnh SUB (31) trừ BCD 4.3.24 Lệnh MUL (32) nhân BCD 4.3.25 Lệnh DIV (33) chia BCD 4.3.26 LệnhCMP (20) lệnh so sánh 4.3.27 Bộ đếm lặp lại CNTR (12) 4.3.28 Lệnh High speed time (TIMH(15)) 4.3.29 Lệnh PRV (62) High Speed counter-Pvread 4.3.30 Lệnh Root (72) Lệnh canư bậc 2 4.3.31 Lệnh END (01) 4.4 Một số lệnh lập trình phổ biến khác của PLC OMRON 4.4.1 Bộ định thời Timer 4.4.2 Bộ đếm Counter 4.5 Lập trình bằng phần mềm Syswin trên máy tính 4.5.1 Phần mềm Syswin 4.5.2 Lập trình với Syswin 4.5.3 Đặt tên, kỹ hiệu mô tả (Symbol) cho các địa chỉ 4.5.4 Nạp chương trình vào PLC(Download Program to PLC) 4.5.5 Chạy chương trình PLC (Run) 4.5.6 Bổ xung các lệnh Timer và Counter vào chương trình 4.5.7 Theo dõi các hoạt động của chương trình 4.5.8 Lưu chương trình 4.5.9 Đọc chương trình PLC 4.6 Một vài ứng dụng với PLC OMRON 4.6.1 Điều khiển các pít-tông A, B, C theo thứ tự lần lượt 4.6.2 ứng dụng PLC để vận hành máy khoan tự động 4.6.3 Chương trình điều khiển trò chơi “Đường lên đỉnh Olympia” 4.6.4 Chương trình PLC ứng dụng điều khiển cửa ra vào ở bãi đậu xe 4.6.5 Mạch điều khiển động cơ băng tải 4.6.6 Hệ thống tự động bôi trơn dầu cho bánh xe 4.6.7 Chương trình điều khiển dây chuyền đóng gói 4.6.8 Mạch tự động điều khiển cửa kho Chương V ứng dụng PLC trong việc điều khiển tự động cho máy xấn tôn tại nhà máy khoá-Minh Khai-HN 5.1 Khảo sát máy hiện có tại nhà máy 5.1.1 Giới thiệu chung về máy xấn tôn tại nhà máy khoá Minh Khai 5.1.2 Sơ đồ kết cấu của máy 5.2 So sánh việc điều khiển hệ thống thuỷ lực máy xấn bằng PLC và bằng hệ thống tiếp điểm Rơ-le (Hệ thống điều khiển điện) 5.3 Phân bố các thiết bị vào ra cho việc điều khiển bằng PLC và xây dựng chương trình bậc thang 5.4 Lời nói đầu Nền sản xuất thế giới trong những năm gần đây được đặc trưng bởi cường độ cao của các quá trình sản xuất vật chất. Chất lượng và hiệu quả của các quá trình sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều trình độ kỹ thuật của công nghiệp chế tạo máy. Một nền công nghiệp chế tạo máy tiên tiến sẽ đảm bảo cho các ngành kinh tế các loại thiết bị có năng suất cao với chất lượng hoàn hảo. Để thực hiện tốt các nhiệm vụ của mình, công nghiệp chế tạo máy cần không ngừng hoàn thiện và nâng cao trình độ kỹ thuật của các quá trình sản xuất. Điều khiển tự động và tự động hóa là một trong những phương hướng phát triển chủ yếu của công nghiệp chế tạo máy. Tự động hoá và điều khiển tự động cho phép sử dụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao đối với các trang thiết bị gia công cơ khí. Việc ứng dụng thành công các thành tựu của lý thuyết điều khiển tối ưu, công nghệ thông tin, công nghệ máy tính, công nghệ điện điện tử và các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác trong những năm ngần đây đã đẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều khiển logic khả lập trình ( PLC ). Cũng từ đây đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển. Ngày nay ai cũng biết rõ rằng công nghệ PLC đóng vai trò quan trọng trong năng lượng cơ và làm bộ não cho các bộ phận cần tự động hoá và cơ giới hoá. Do đó điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) rất cần thiết đối với các kỹ sư cơ khí cũng như các kỹ sư điện , điện tử, từ đó giúp họ nắm được phạm vi ứng dụng rộng rãi và kiến thức về PLC cũng như cách sử dụng thông thường. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em được giao nhiệm vụ và nghiên cứu với đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC trong điều khiển tự động máy xấn tôn” Đây là một đề tài không hoàn toàn là mới nhưng nó rất phù hợp với thực tế sản xuất hiện nay, càng đi sâu nghiên cứu càng thấy nó hấp dẫn và thấy được vai trò của nó trong việc điều khiển tự động. Tuy nhiên do điều kiện tài liệu nói về PLC còn rất hạn chế hoặc chỉ là giới thiệu tổng quan, mặt khác để lập trình thành công PLC nó còn đòi hỏi một tầm hiểu biết nhất định về điện tử, tin học…nên em cũng gặp không ít khó khăn về mặt thời gian. Xác định rõ nhiệm vụ của mình em đã cố gắng hết sức, khắc phục khó khăn, tập trung tìm hiểu, học hỏi ở thầy giáo hướng dẫn và các thầy giáo khác trong bộ môn. Ngoài ra còn phải trang bị thêm về kiến thức Tin học và tự động hoá thuỷ khí để có thể giải quyết được nhiện vụ đặt ra. Kết quả thu được chưa nhiều do còn bị hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh nghiệm nhưng nó giúp em có thêm kiến thức mới để sau khi ra trường có nền tảng tiếp cận được với công nghệ mới. Trong quá trình làm đồ án do trình độ hiểu biết của em có hạn, nên nội dung đồ án không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo góp ý của các thầy cô cũng như mọi người quan tâm đến vấn đề này. Chương I Giới thiệu chung về điều khiển logic khả lập trình (PLC) 1.1. Khái niệm về PLC. PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic Controller Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ ( NEMA- National Electrical Manufactures Association) thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình. Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình. 1.2.Điểm mạnh và điểm yếu của PLC. a)Điểm mạnh của PLC Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau: PLC dễ dang tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế, người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình. Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle. Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không tiếp điểm. Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó. Ngô ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bên ngoài. Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính. Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ ngoài có thể làm việc được. Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băng catssete hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại. Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây, Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm. b) Điểm yếu của PLC Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá. Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle. 1.3.Cấu trúc của PLC : Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình. (Hình 1.1) Bộ xử lý Giao diện nhập Giao diện xuất Nguồn công suất Bộ nhớ Thiết bị lập trình Hình 1.1 Bộ xử lý của PLC : Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất. Bộ nguồn: Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao diện nhập và xuất. Bộ nhớ: Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý. Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ : Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng lưu trỡ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho chương trình của người dùng. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi. Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào, ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, vv… Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được ( EPROM ) Là các ROM có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú trong ROM. Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên để tránh mất mát chương trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ác quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi được cài đặt vào RAM chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module có khoá nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất ( I/O). Dung lượng lưu trữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhị phân có thể lưu trữ được. Như vậy nếu dung lượng bộ nhớ là 256 từ, bộ nhớ có thể lưu trữ 2568 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 25616 = 4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit. Thiếp bị lập trình. Thiết bị lập trình được sử dụng để nhập chương trình vào bộ nhớ của bộ xử lý. Chương trình được viết trên thiết bị này sau đó được chuyển đến bộ nhớ của PLC. Các phần nhập và xuất. Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể đến từ các công tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv… Các thiết bị xuất có thể đến các cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid vv… 1.4.cấu trúc bên trong cơ bản của PLC. Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/ xuất. CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý trung tâm được trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng từ 1 đến 8 MHz. Tần số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC được truyền dưới dạng các tín hiệu digital. Các đường dẫn bên trong truyền các tín hiệu digital được gọi là Bus. Về vật lý bus là bộ dây dẫn truyền các tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dây dẫn trên bản mạch in hoặc các dây điện trong cable bẹ. CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệu giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động điều khiển nội bộ. Bus hệ thống được sử dụng để truyền thông giữa các cổng và thiết bị nhập /xuất. Cấu trúc của PLC được minh hoạ như sơ đồ sau. CPU Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung CPU có: Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logic AND, OR,NOT,EXCLUSIVE- OR. Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chương trình. Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các phép toán. BUS Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị phân 1 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Thuật ngữ từ được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó. Vì vậy một từ 8 - bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8- bit này được truyền thông đồng thời theo dây song song của chúng. Hệ thống PLC có 4 loại bus. Bus dữ liệu: tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU. Bộ xử lý 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có thể thực hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết quả theo giá trị 8- bit. Bus địa chỉ: được sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ nhớ. Như vậy mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định. để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ được truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8-bit, hoặc số lượng địa chỉ phân biệt là 28*888888 = 256. Với bus địa chỉ 16 đường số lượng địa chỉ khả dụng là 65536. Bus điều khiển: bus điều khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng để điều khiển. Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hoá các hoạt động. Bus hệ thống: được dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và các thiết bị nhập/xuất. Bộ nhớ Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ như: bộ nhớ chỉ để đọc (ROM), bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được (EPROM). Các loại bộ nhớ này đã được trình bày ở trên. Chương II Các thiết bị nhập- xuất Các thiết bị nhập/ xuất trong PLC bao gồm: các tín hiệu digital và analog, Chẳng hạn các công tắc cơ dò tìm vị trí, các công tắc proximity, các công tắc quang điện, các bộ mã hoá, các công tắc nhiệt độ và công tắc áp xuất, các đồng hồ điện áp các biến áp vi sai tuyến tính, các đồng hồ biến dạng, các transitor nhiệt, các cặp nhiệt điện. Các thiết bị xuất gồm rơle, các thiết bị tiếp xúc, các van solenoid, và động cơ v.v… 2.1 Các thiết bị nhập: Một số các thiết bị nhập thông dụng cho PLC: 2.1.1 Công tắc cơ : Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng- mở, hoắc các tín hiệu là kết quả của tác động cơ học làm công tắc mở hoặc đóng. Loại công tắc này có thể được sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết gia công trên bàn máy, do chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng. Sự vắng mặt của chi tiết gia công được biểu thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu của chi tiết gia công được biểu thị bằng công tắc đóng. 2.1.2 các bộ cảm biến. Hiện nay các bộ cảm biến được sử dụng rộng rãi trong việc đưa tín hiệu đầu vào của PLC. Có rất nhiều loại cảm biến. bộ cảm biến quang điện: Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vận hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm sáng không cho chúng chiếu tới thiết bị dò hoặc theo kiểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phản chiếu chùm sáng lên thiết bị dò. Trong cả hai kiểu, cực phát bức xạ thông thường gọi là điốt phát quang (LED) thiết bị dò bức xạ có thể là các transistor quang thường là một cặp transistor. Cặp transistor này làm tăng độ nhạy của thiết bị tuỳ theo mạch được sử dụng đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đến mức cao hoặc mức thấp sau khi ánh sáng truyền đến transistor. Các bộ cảm biến được cung cấp dưới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của vật thể ở khoảng cách ngắn. Cảm biến nhiệt độ : Dạng đơn giản của cảm biến nhiệt độ có thể được sử dụng để cung cấp tín hiệu đóng – ngắt khi nhiệt độ đạt đến giá trị xác định đó là phần tử lưỡng kim. Phần tử này gồm hai dải kim loại khác nhau, ví dụ: đồng thau và sắt, được gắn với nhau. Hai kim loại này có hệ số dãn nở khác nhau. Khi nhiệt độ tăng dải lưỡng kim sẽ bị uốn cong do một trong hai kim loại có hệ số dãn nở nhiệt lớn hơn. khi nguội hiệu ứng uốn cong xảy ra theo chiều ngược lại. Sự chuyển động này của dải lưỡng kim có thể được sử dụng để ngắt các thiết bị tiếp xúc điện. Cảm biến áp suất: Các bộ cảm biến áp suất thông dụng cung cấp các đáp ứng liên quan đến áp suất là kiểu màng và kiều xếp. Kiểu màng gồm một đĩa mỏng bằng kim loại hoặc chất dẻo, được định vị theo chu vi. Khi áp xuất ở hai phía của màng khác nhau, tâm màng bị lệch. Độ lệch này tương ứng với chênh lệch áp suất ở hai phía và có thể phát hiện nhờ các đồng hồ biến dạng được gắn với màng hoặc sử dụng bộ lệch này để nén tinh thể áp điện. Khi tinh thể áp điện bị nén sẽ có sự dịch chuyển tương đối giữa các điện tích âm và các điện tích dương trong tinh thể đó và các bề mặt phía ngoài của các tinh thể sẽ tích điện và như vậy hiệu điện thế xuất hiện. Ví dụ về loại cảm biến này là bộ cảm biến Motorola MPX100AP hình 2.3 Bộ cảm biến này có chân không ở một phía của màng, do đó độ lệch của màng cung cấp giá trị áp suất tuyệt đối tác động lên phía bên kia màng. Tín hiệu ra là điện áp, tỉ lệ với áp suất tác động. Bộ cảm biến áp suất có thể được sử dụng để đo mức chất lỏng trong thùng chứa. áp suất do cột chất lỏng có chiều cao h so với mức nào đó là hrg trong đó r là tỉ trọng của chất lỏng và g là gia tốc trọng trường (hình 2.4) 2.2 Các thiết bị xuất. Các cổng ra của PLC có kiểu rơle hoặc bộ cách điện quang với các kiểu Transistor hoặc triac tuỳ theo các thiết bị được kết nối với chúng sẽ được đóng hoặc mở. Nói chung tín hiệu digital từ kênh suất của PLC được sử dụng để điều khiển thiết bị kích hoạt, sau đó thiết bị kích hoạt điều khiển quá trình nào đó. Thuật ngữ thiết bị kích hoạt được sử dụng cho thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành hoạt động có công suất cao hơn, sau đó hoạt động này sẽ điều khiển quá trình Hiện nay PLC được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thuỷ lực, chúng dùng trong việc điều khiển tự động các van điều khiển hướng vận hành bằng solennoid. Van này được sử dụng để điều khiển hướng lưu thông của khí nén hay dầu ép và cũng được sử dụng để vận hành các thiết bị khác, chẳng hạn như chuyển động của Piston trong xylanh. Hình 2.5 minh hoạ kiểu van cuộn được sử dụng để điều khiển chuyển động của Piston trong xylanh. Trong sơ đồ trên khí nén hoặc dầu thủy lực được nạp vào cổng P, cổng này được nối với nguồn áp suất từ bơm hoặc máy nén, và cổng T được nối kết để cho phép dầu tở về thùng chứa hoặc di vào hộp hệ thống thủy lực để đẩy không khí ra ngoài. Khi không có dòng điện chạy qua cuộn solenoid dầu thuỷ lực hoặc khí nén được nạp vào bên phải Piston và được xả ra ở bên trái , kết quả là Piston di chuyển về bên trái. Khi có dòng điện đi qua cuộn solenoid van cuộn chuyển dầu hoặc khí nén đến bên trái Piston và được xả ra ở bên phải. Piston dịch chuyển về bên phải. Sự dịch chuyển của piston có thể được sử dụng để đẩy bộ chuyển hướng hoặc thực hiện dạng dịch chuyển khác cần có công suất. 2.2.1 Một số cơ cấu điều khiển, điều chỉnh trong hệ thống thuỷ lực: Trong hệ thống dầu ép, ngoài cơ cấu biến đổi năng lượng ra còn có rất nhiều loại cơ cấu điều khiển và điều chỉnh làm các nhiệm vụ khác nhau, tùy theo công dụng Các cơ cấu đó có thể được chia ra làm ba loại chính Cơ cấu chỉnh áp Cơ cấu chỉnh lưu lượng Cơ cấu chỉnh hướng. Cơ cấu chỉnh áp. Cơ cấu chỉnh áp dùng để điều chỉnh áp suất, tức là cố định hoặc tăng, giảm trị số áp suất trong hệ thống. Van an toàn hay van tràn. Van an toàn dùng để đề phòng sự quá tải trong hệ thống dầu ép. Khi áp suất trong hệ thống vượt quá mức điều chỉnh van, van an toàn mở ra để đưa dầu về bể dầu do đó áp suất giảm xuống. Nhiều khi van an toàn còn làm nhiệm vụ giữ áp suất không đổi trong hệ thống dầu ép. Trong trường hợp này van an toàn đóng vai trò của van áp lực hoặc van tràn để xả bớt dầu thừa về bể dầu. Sơ đồ kết cấu và kí hiệu như hình 2.6 Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng. Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng dùng để xác định lượng chất lỏng chảy qua nó trong một đơn vị thời gian, và nhơ thế có thể điều chỉnh được vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống thuỷ lực . Van tiết lưu: Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu và do đó điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép. Sơ đồ kết cấu và kí hiệu như hình 2.7 Đây là một dạng van kim với đầu côn để có thể điều chỉnh được lưu lượng đi đến xilanh hay động cơ thuỷ lực. Chính vì vậy có thể điều chỉnh được vận tốc của xilanh. Cơ cấu điều khiển hướng. Cơ cấu điều khiển hướng là loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng, mở, nối liền hoặc ngăn cách các đường dẫn dầu về những bộ phận tương ứng của hệ thống thuỷ lực. Cơ cấu điều hướng thường dùng các loại sau. Van một chiều. Van một chiều dùng để điều khiển hướng chất lỏng đi theo một hướng và ở hướng kia dầu bị chặn lại. Trong hệ thống thuỷ lực van một chiều thường được đặt ở nhiều vị trí khác nhau tuỳ thuộc vào những mục đích khác nhau. Sơ đồ kết cấu và kí hiệu như hình 2.8 Van đảo chiều. Van đảo chiều là một loại cơ cấu điều khiển dùng đóng, mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều các xilanh truyền lực hay động cơ dầu bằng cách đổi hướng chuyển động của dầu ép. Nguyên tắc làm việc. Van đảo chiều có rất nhiều dạng khác nhau, nhưng dựa vào một số đặc điểm chung là số vị trí và số cửa để phân biệt chúng với nhau: Số vị trí: là số chỗ định vị con trượt của van. Thông thường van đảo chiều có hai hoặc ba vị trí, ở những trường hợp đặc biệt có thể có nhiều hơn. Số cửa (đường): là số lỗ để dẫn dầu vào hay ra. Số cửa của van đảo chiều thường dùng là 2, 3, 5, đôi khi dùng nhiều hơn. Van đảo chiều hai vị trí (2/2) Tử số chỉ số cửa, mẫu số chỉ số vị trí Sơ đồ và kí hiệu như hình 2.9 Kí hiệu mỗi vị trí là một ô vuông Các mũi tên trong các ô chỉ đường dẫn dầu qua các cửa. Các kí hiệu giống chữ T trong ô vuông là chỉ cửa dầu bị chặn b)Van đảo chiều 3 cửa hai vị trí (3/2) c)Van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí. Van đảo chiều 5 cửa 3 vị trí Một số môđun được sử dụng trong hệ thống thuỷ lực : Chương III Lập trình PLC Các chương trình dùng trong hệ thống dựa trên bộ xử lý phải được tải vào hệ thống theo mã máy, đây là chuỗi số theo mã nhị phân để biểu diễn các lệnh chương trình. Tuy nhiên, có thể sử dụng ngôn ngữ Assembly, là ngôn ngữ dựa trên thuật nhớ, ví dụ LD được sử dụng để cho biết hoạt động được yêu cầu để tải thêm dữ liệu tiếp theo LD, và chương trình máy tính (Assembler ) được dùng để diễn dịch thuật nhớ thành mã máy. Việc lập trình có thể được thực hiện ngay từ đầu bằng cách sử dụng các ngôn ngữ bậc cao ví dụ C, BASIC, PASCAL, FORTRAN, COBOL,…Các ngôn ngữ này sử dụng các hàm có sẵn và được biểu diễn bằng các từ đơn giản hoặc kí hiệu mô tả hàm. Ví dụ, trong ngôn ngữ C, kí hiệu & được sử dụng cho toán tử logic AND. Tuy nhiên việc sử dụng các phương pháp này để viết chương trình đòi hỏi một số kĩ năng lập trình nhất định, trong khi các PLC được nhắm đến người dùng là các kỹ sư, không đòi hỏi kiến thức quá cao về lập trình. Do dó việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc thang được nghiên cứu và ứng dụng. Đây là phương pháp viết chương trình, có thể chuyển thành mã máy nhờ phần mềm chuyên dùng cho bộ vi xử lý của PLC. Chương này giới thiệu phương pháp lập trình cho PLC một cách tổng quát bằng cách sử dụng các sơ đồ thang. 3.1 Sơ đồ bậc thang. Để giới thiệu về sơ đồ thang ta khảo sát sơ đồ mắc dây mạch điện như trên hình 3.1a Sơ đồ này trình bày mạch điện dùng để mở hoặc tắt động cơ điện Ta có thể vẽ lại sơ đồ này theo cách khác, sử dụng hai đường dọc để biểu diễn đường dẫn công suất vào và nối phần còn lại giữa hai mạch đó. Hình 3.1b Cả hai mạch đều có công tắc mắc nối tiếp với động cơ và động cơ được cấp điện khi đóng công tắc. Mạch được trình bày trên hình 3.1b được gọi là sơ đồ thang. Với sơ đồ này, nguồn điện cấp cho các mạch luôn luôn được trình bày bằng hai đường dọc, phần con lại của mạch là các đường ngang. Các đường công suất trông giống mặt đứng của thang và các đường ngang của mạch tương tự các nấc thang. Các nấc ngang chỉ cho thấy phần điều khiển của mạch. Các sơ đồ thường cho thấy vị trí vật lý tương đối của các bộ phận trong mạch và cách nối kết chúng. Các sơ đồ thang không nhằm mục đích trình bày vị trí thực tế mà chú trọng trình bày rõ ràng cách điều khiển. 3.2 Lập trình bậc thang PLC. Phương pháp lập trình PLC thông dụng dựa trên các sơ đồ thang. Việc viết chương trình tương đương với việc vẽ mạch chuyển mạch. Sơ đồ thang gồm hai đường dọc biểu diễn đường dẫn công suất. Các mạch nối kết theo đường ngang (các nấc thang) giữa hai đường dọc này. Để vẽ sơ đồ thang cần tuân theo các bước sau: Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được nối kết giữa hai đường này. Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển. Sơ đồ thang được đọc từ trái qua phải, từ trên xuống. Hình 3.2 minh hoạ sự quét do PLC thực hiện. Nấc thứ nhất được đọc từ trái sang phải, tiếp theo nấc thứ hai được đọc từ trái sang phải v.v…khi ở chế độ hoạt động PLC sẽ đi từ đầu đến cuối của chương trình thang, nấc cuối của chương trình thang được ghi chú rõ ràng sau đó chương trình lại được lặp lại từ đầu. Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc của chương trình được gọi là chu trình. Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất một ngõ ra. Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng vì vậy công tắc thường mở được trình bày trên sơ đồ thang ở trạng thái mở. Công tắc thường đóng được trình bày ở trạng thái đóng. Thiết bị bất kỳ có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang. Ví dụ có thể có rơle đóng mạch một hoặc nhiều thiết bị. Các mẫu tự và/hoặc các ._.số giống nhau được sử dụng để ghi nhãn mác cho thiết bị trong từng trường hợp. Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng, kí hiệu tuỳ theo nhà sản xuất PLC. Đó là địa chỉ ngõ vào hoặc ngõ ra trong bộ nhớ của PLC. Hình 3.3 trình bày các ký hiệu tiêu chuẩn được sử dụng cho thiết bị nhập và xuất. Ký hiệu này áp dụng cho mọi thiết bị được kết nối với ngõ vào. Hoạt động của ngõ vào tương đương với việc đóng hoặc mở công tắc. Các ngõ ra được biểu diễn chỉ bằng một kí hiệu, bất kể thiết bị được kết nối với ngõ ra. Để giải thích cách vẽ nấc sơ đồ thang, có thể xét trường hợp cấp điện cho thiết bị xuất, chẳng hạn động cơ tuỳ thuộc vào công tắc khởi động thường mở. Ngõ vào là công tắc và ngõ ra là động cơ. Hình 3.4 minh hoạ sơ đồ thang, bắt đầu với ngõ vào, có ký hiệu thường mở đối với các tiếp điểm của ngõ này. không có các thiết bị nhập khác và nét vẽ kết thúc với ngõ ra, được vẽ bằng kí hiệu O. khi công tắc đóng, có tín hiệu vào, ngõ ra của động cơ được kích hoạt. 3.3 Các hàm logic 3.3.1 Hàm AND. Hình 3.5 minh hoạ tình huống ngõ ra không được cấp công suất, trừ khi hai công tắc thường mở đều đóng. Cả công tắc A và công tắc B đều đóng là trạng thái logic AND. Ta có thể xem trạng thái này là sự biểu diễn hệ thống điều khiển có hai ngõ vào A và B. Chỉ khi A và B đều đóng mới có ngõ ra. Do đó, nếu sử dụng 1 để biểu thị tín hiệu đóng và 0 biểu diễn tín hiệu ngắt, để ngõ ra là 1 thì A và B phải là 1. Sự vận hành này được điều khiển bằng cổng logic AND. Quan hệ giữa các ngõ vào cổng logic và các ngõ ra được liệt kê trên bang chân lý sau: InputA Input B Output 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Hình 3.6 minh hoạ hệ thống cổng AND trên sơ đồ thang, bắt đầu với tập hợp các tiếp điểm thường mở, được ghi ngõ vào A là công tắc A, mắc nối tiếp với công tắc A là các tiếp điểm thường mở khác được ghi là ngõ vào B, để biểu diễn công tắc B. đường vẽ kết thúc với O để biểu diễn ngõ ra. Để có ngõ ra, ngõ vào A và ngõ vào B đều phải đóng. 3.3.2 Hàm OR. Hình 3.7 minh hoạ tình huống ngõ ra được cấp công suất khi công tắc thường mở A hoặc B đóng. Tình huống này mô tả cổng logic OR, trong đó, ngõ vào A hoặc ngõ vào B phải hoạt động để có ngõ ra. Bảng chân lý của công này như sau: InputA Input B Output 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Hình 3.8 minh họa hệ thống cổng logic OR trên sơ đồ thang, bắt đầu của sơ đồ thang là tiếp điểm thường mở A, ghi ngõ vào A, mắc song song với tiếp điểm A là kí hiệu tiếp điểm thường mở B. đường vẽ kết thúc với kí hiệu O biểu diễn ngõ ra. 3.3.3 Hàm NOT Hình 3.9 trình bày mạch điện được điều khiển bằng công tắc thường đóng. Khi có tín hiệu vào công tắc mở và tắt dòng điện vào mạch. Mạch này minh hoạ cổng NOT, trong đó ngõ ra xuất hiện khi không có ngõ vào và có ngõ vào khi không có ngõ ra. Cổng này đôi khi còn được gọi là bộ đảo. Bảng chân lý của cổng này như sau: Input A Output 0 1 1 0 Hình 3.10 minh hoạ hệ thống cổng NOT trên sơ đồ thang, ngõ vào A được mắc nối tiếp với ngõ ra O 3.3.4 Hàm NAND. Giả sử cổng NOT được bố trí sau cổng AND hình 3.11a. hệ quả là cổng NOT sẽ đảo ngược mọi tín hiệu ra từ cổng AND. Một trường hợp khác khi ta đặt cổng NOT trên từng ngõ vào của cổng OR ta cũng thu được kết quả như vậy (hình 3.11b). Bảng chân lý chung cho các trường hợp này như sau: InputA Input B Output 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Hình 3.12 minh họa sơ đồ thang của cổng NAND. Khi các tín hiệu vào của ngõ A và ngõ B đều là 0 thì ngõ ra sẽ là 1 hoặc một ngõ vào là 1 còn ngõ vào kia là 0 thì tín hiệu ra cũng sẽ là 1, còn nếu các ngõ vào A và B đều là 1 thi tín hiệu ra sẽ là 0 3.3.5 Hàm NOR Giả sử cổng NOT được bố trí sau cổng OR (hình 3.13a) hệ quả của cách bố trí này là cổng NOT sẽ đảo ngược các tín hiệu ra của cổng OR. Một cách bố trí khác cũng cho kết quả như vậy là đặt cổng NOT trên mọi ngõ vào của cổng AND (Hình 3.13b) Bảng chân lý của cổng này như sau: InputA Input B Output 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Tổ hợp cổng OR và cổng NOT được gọi là cổng NOR. Cổng này có ngõ ra là 1 khi ngõ vào A và B đều là 0. Hình 3.14 minh họa sơ đồ thang của hệ thống cổng NOR. Khi ngõ A và B đều không được kích hoạt thì ngõ ra sẽ là 1. 3.3.6 Hàm EXCLUSIVE OR ( XOR) Cổng OR cung cấp ngõ ra là 1 khi một hoặc cả hai ngõ vào là 1. Tuy nhiên, thỉnh thoảng cũng có nhu cầu cổng ra cung cấp ngõ ra là 1 khi một trong hai ngõ vào là 1 còn lại thì ngõ ra sẽ là 0. Cụ thể như bảng chân lý sau: InputA Input B Output 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Cổng này được gọi là cổng Exclusive OR hoặc XOR. Một phương pháp để thược hiện cổng XOR là bố trí các cổng NOR, AND, OR như trên hình 3.15 Hình 3.16 minh hoạ sơ đồ thang của hệ thống cổng XOR. Khi các ngõ vào A và B đều không được kích hoạt, ngõ ra sẽ là 0. Khi chỉ có ngõ vào A được kích hoạt, nhánh trên sẽ cho kết quả là 1. Khi chỉ có ngõ vào B được kích hoạt, ngõ ra sẽ có tín hiệu là 1 ở nhánh dưới. Khi cả hai ngõ A và B đều được kích hoạt sẽ không có ngõ ra. 3.3.7 Mạch khoá ( Mạch tự duy trì) Trong thực tế có các tình huống cần duy trì sự cung cấp công suất cho ngõ ra ngay cả khi ngõ vào ngừng hoạt động. Ví dụ: Động cơ được khởi động bằng cách nhấn công tắc kiểu nút bấm, kể cả khi các tiếp điểm của công tắc không đóng, động cơ vẫn phải tiếp tục chạy cho đến khi công tắc dừng kiểu nút bấm được nhấn. Thuật ngữ mạch khoá được áp dụng cho các mạch thực hiện hoạt động này. Đây là mạch tự duy trì, nghĩa là sau khi được cung cấp công suất mạch duy trì trạng thái đó cho đến khi nhận các tín hiệu vào khác. Hình 3.17 minh họa sư đồ thang của mạch khoá. Khi tiếp điểm của ngõ vào A đóng, ngõ ra xuất hiện, đồng thời khi đó tiếp điểm của ngõ ra cung đóng nhờ đó mạch được duy trì sự cung cấp năng lượng cho dù ngõ vào A có đóng. Cách duy nhất để tắt ngõ ra là sử dụng tiếp điểm thường đóng B. Để minh họa sự ứng dụng mạch khoá ta khảo sát động cơ được điều khiển bằng các công tắc khởi động, dừng kiểu nút bấm và bố trí đèn tín hiệu bật sáng khi động cơ được cấp nguồn và một đèn tín hiệu khác bật sáng khi động cơ không được cấp công suất. Hình 3.18 minh hoạ sơ đồ thang của mạch này theo chuẩn Mitsubishi. Khi X400 được đóng tạm thời, Y430 được cấp công suất và tiếp điểm của Y430 đóng. Điều này dẫn đến tình trạng khoá đồng thời đóng mạch Y431 (Đèn báo khi động cơ được cấp công suất) và khoá mạch Y432 ( Đèn báo khi động cơ không có công suất). Để tắt ngõ ra Y430 chỉ có thể tắt bằng tiếp điểm thường đóng X401. 3.3.8 Mạch nhiều ngõ ra. Với các sơ đồ thang, có thể có nhiều ngõ ra được kết nối với một tiếp điểm Hình 3.19 minh họa chương trình thang hệ thống này theo chuẩn của Mitsubishi. Các ngõ ra Y430, Y431,Y432 được cấp công suất khi các tiếp điểm X400, X402, X403 đóng theo thứ tự 3.4 Các RƠLE nội: Trong PLC có nhiều linh kiện được sử dụng để lưu giữ dữ liệu, và hoạt động như các Rơle, có khả năng đóng hoặc ngắt mạch để tắt hoặc mở các thiết bị. Đó là các Rơle nội. Các Rơle này không tồn tại dưới dạng các thiết bị chuyển mạch mà chỉ là các bit trong bộ nhớ lưu trữ hoạt động với chức năng Rơle. Đối với lập trình chúng được xem như là các ngõ vào và các ngõ ra của Rơle ngoài. Do đó ngõ vào đối với các công tắc ngoài có thể được sử dụng để cung cấp ngõ ra từ Rơle nội. Hệ quả là các tiếp điểm của Rơle nội được sử dụng phối hợp với các công tắc ngõ vào bên ngoài để tạo thành ngõ ra, ví dụ như kích hoạt động cơ… Để sử dụng, Rơle nội phải được kích hoạt trên một nấc chương trình sau đó tín hiệu ra của Rơle nội được sử dụng để vân hành các tiếp điểm chuyển mạch trên một hoặc nhiều nấc khác của chương trình đó. Các Rơle nội có thể được lập trình với số lượng tập hợp các tiếp điểm kết hợp theo yêu cầu. Để phân biệt Rơle nội với các Rơle ngoài, ngõ ra của Rơle nội và ngõ ra của Rơle ngoài được cấp các địa chỉ khác nhau. Hiện nay các nhà sản xuất PLC có khuynh hướng sử dụng các thuật ngữ khác nhau cho các Rơle nội và biểu diễn các điại chỉ của chúng theo các cách khác nhau Ví dụ: Mitsubishi sử dụng thuật ngữ Rơle phụ hoặc bộ đánh dấu và kí hiệu M100, M101,v.v… Siemens sử dụng thuật ngữ cờ hiệu và kí hiệu F0.0, F0.1 v.v… Với các chương trình thang, ngõ ra của Rơle nội cũng được biểu diễn bằng các kí hiệu của thiết bị xuất () hoặc O, kèm theo là địa chỉ của chúng. Cho biết đó là Rơle nội không phải là Rơle ngoại. Để minh họa công dụng của Rơle nội, ta xét tình huống sau. Hệ thống được kích hoạt khi hai tập hợp các điều kiện nhập khác nhau xuất hiện. Hệ thống này có thể được lập trình dưới dạng hệ thống cổng logic AND tuy nhiên nếu phải kiểm tra nhiều ngõ vào để mỗi trạng thái nhập đều có thể được thực hiện, việc sử dụng Rơle nội sẽ đơn giản hơn. các trạng thái của ngõ vào thứ nhất sẽ được sử dụng để cung cấp ngõ ra đến Rơle nội. Rơle này có các tiếp điểm kết hợp sẽ trở thành một phần của các điều kiện nhập đối với ngõ vào thứ hai. Hình 3.20 minh hoạ chương trình thang đối với tác vụ trên. Đối với nấc thứ nhất, khi ngõ vào In1 hoặc In3 được đóng cùng với ngõ vào In2, Rơle nội IR1 sẽ được kích hoạt. Điều này dẫn đến các tiếp điểm của IR1 sẽ đóng, sau đó nếu ngõ vào In4 được kích hoạt sẽ có tín hiệu ra từ ngõ ra Out1. Loại tác vụ này có thể được yêu cầu để tự động nâng thanh chắn khi có người đến gần từ một trong hai phía. Ngõ vào In1 và In3 là các ngõ vào từ các bộ cảm biến quang điện dùng để phát hiện có người đang vào hoặc ra từ một trong hai phía của thanh chắn, ngõ vào In1 được kích hoạt từ một phía của thanh chắn và ngõ vào In3 được kích hoạt từ phía khác. Ngõ vào In2 là công tắc cho phép hệ thống hạ xuống. Như vậy, khi ngõ vào In1 hoặc ngõ vào In3 và ngõ vào In2 được kích hoạt, Rơle IR1 sẽ có ngõ ra. Điều này sẽ đóng các tiếp điểm của Rơle. Nội nếu ngõ ra In4, có thể là công tắc giới hạn phát hiện thanh chắn đã đóng, ngõ ra In4 sẽ được kích hoạt và đóng mạch. Hệ quả là có ngõ ra từ Out1, động cơ nâng thanh chắn. Nếu công tắc giới hạn phát hiện thanh chắn đã mở sẵn, có người đi qua thanh chắn, công tắc giới hạn sẽ mở. Do đó, ngõ ra Out1 không được cấp công suất và đối trọng có thể hạ thanh chắn. Rơle nội cho phép liên kết hai bộ phận của chương trình. Bộ phận thứ nhất phát hiện sự hiện diện của người và bộ phận thứ hai phát hiện thanh chắn ở vị trí nâng hay hạ. Một ứng dụng khác của Rơle nội là cài đặt lại mạch khoá. Hình 3.21 minh họa chương trình thang thực hiện tác vụ trên. Khi các tiếp điểm của ngõ vào In1 được đóng tạm thời ngõ ra ở Out1 xuất hiện. Điều này làm đóng các tiếp điểm của Out1, nhờ đó duy trì ngõ ra này, ngay cả khi ngõ vào In1 mở. Khi đóng ngõ vào In2, Rơle nội IR1 được cấp công suất và làm mở các tiếp điểm của IR1, đây là các tiếp điểm thường đóng. Do đó, ngõ ra Out1 bị ngắt mạch và không còn bị khoá. 3.4.1 Rơle điều khiển chính: Khi điều khiển quá nhiều ngõ ra, đôi khi cần đóng hoặc mở toàn bộ một hoặc nhiều phần trong chương trình thang. Điều này có thể đạt được bằng cách ghép các tiếp điểm của cùng một Rơle nội trong mỗi nấc sao cho sự vận hành của Rơle nội đó sẽ ảnh hưởng đến tất cả các tiếp điểm, hoặc sử dụng Rơle điều khiển chính. Hình 3.22 minh họa việc sử dụng Rơle chính để điều khiển một phần của chương trình thang. Khi không có tín hiệu vào ngõ vào In1, Rơle nội MC1 trên ngõ ra không được cấp năng lượng, vì vậy các tiếp điểm của Rơle này mở. Điều đó có nghĩa là tất cả các nấc giữa vị trí được thiết kế để vân hành và nấc bố trí MCR cài đặt lại của MC1 hoặc Rơle điều khiển chính bị ngắt mạch. Giả sử MC1 được thiết kế để vận hành từ nấc chứa MC1, có thể hình dung MC1 phải được bố trí trên đường công suất, vì vậy các nấc 2 và 3 là mở. Khi các tiếp điểm của ngõ vào 1 đóng, Rơle chính MC1 được cấp công suất. Khi đó tất cả các nấc giữa MC1 và nấc có MCR cài đặt lại MC1 được đóng mạch. Các ngõ vào 2 và 3 không thể đóng mạch các ngõ ra 1 và 2 nếu Rơle điều khiển chính 1 chỉ tác động trong phạm vi giữa nấc được thiết kế để vận hành Rơle này và nấc bố trí MCR1. 3.4.2 Đi tắt. Chức năng thường được áp dụng trong PLC là đi tắt có điều kiện. Nếu các điều kiện thích hợp được đáp ứng, chức năng này cho phép bỏ qua môt phần của chương trình thang. Hình 3.23 minh hoạ chức năng đi tắt một cách khái quát. Khi có tín hiệu vào In1, tiếp điểm của ngõ vào này đóng và có tín hiệu ra đến Rơle đi tắt, cho phép chương trình đi tắt đến nấc kết thúc tắt, bỏ qua các nấc chương trình trung gian. Do đó trong trường hợp này khi có tín hiệu vào In1, chương trình đi tắt đến nấc 4 và tiếp tục với các nấc 5,6.v.v… Khi không có tín hiệu vào In1, Rơle đi tắt không được cấp năng lượng và chương trình tiếp tục với các nấc 2,3.v.v… Tính năng này cho phép thiết kế các chương trình đáp ứng một điều kiện xác định cho trước. Cụ thể ta có thể xây dụng một chương trình đáp ứng điều kiện xác lập cho trước như sau: Nếu nhiệt độ trên 600C quạt sẽ mở còn nếu nhiệt độ dưới 600C quạt sẽ không hoạt động. Hình 3.24 minh hoạ chương trình thang của hệ thống nêu trên theo chuẩn của Mitsubishi. Lệnh đi tắt được ký hiệu bằng CJP (đi tắt có điều kiện )và vị trí đến của đi tắt được kí hiệu là EJP (kết thúc đi tắt). Điều kiện để có thể đi tắt là có tín hiệu vào X400. Khi đi tắt xảy ra, các nấc có các ngõ vào X401 và X403 được bỏ qua và chương trình tiếp tục với các nấc sau lệnh kết thúc đi tắt có địa chỉ phù hợp với lệnh khởi đầu đi tắt. Trong trường hợp này là EJP700. 3.5 Bộ định thời. Trong nhiều tác vụ điều khiển có yêu cầu điều khiển theo thời gian, ví dụ động cơ hoặc bơm có thể được điều khiển để vận hành trong khoảng thời gian xác định, hoặc được đưa vào vận hành sau một khoảng thời gian. Do đó, các PLC đều có các bộ định thời đếm từng phần dây hoặc dây bằng cách sử dụng các đồng hồ bên trong CPU . Các nhà sản xuất PLC không thống nhất về cách lập trình các đồng hồ định giờ và vai trò của chúng. Điểm chung là xem các đồng hồ định giờ như là các Rơle với các cuộn dây. khi được cấp công suất sẽ đóng hoặc mở các tiếp điểm sau một khoảng thời gian xác lập trước. Vì vậy đồng hồ định giờ được coi là ngõ ra đối với nấc có sự điều khiển được thực hiện qua cặp tiếp điểm ở vị trí khác. Một số nhà sản xuất khác lại xem bộ định thời là khối trì hoãn, khi được chèn vào nấc sẽ làm trễ các tín hiệu trong nấc đó đến ngõ ra. 3.5.1 Các loại đồng hồ định giờ. Trong các PLC có nhiều loại đồng hồ định giờ nhưng có thể chia chúng thành các loại như sau: Đồng hồ định giờ hoạt động trễ. Đây là loại đồng hồ định giờ hoạt động sau khoảng thời gian trễ nhất định. Đồng hồ định giờ ngưng trễ. Loại đồng hồ này tiếp tục cho phép các tín hiệu tiếp tục hoạt động trong khoảng thời gian xác định trước khi dừng. Đồng hồ định giờ xung. Loại đồng hồ này hoạt động hoặc ngừng trong khoảng thời gian xung xác định. Trong các bộ PLC cỡ nhỏ thì hai loại đồng hồ định giờ hoạt động trễ và đồng hồ ngưng trễ được dùng rộng rãi. 3.5.2 Lập trình đồng hồ định giờ. Đồng hồ định giờ hoạt động trễ. Hình 3.25 minh hoạ sơ đồ thang có đồng hồ định giờ hoạt động trễ. Đồng hồ này tương tự Rơle có cuộn dây được cấp công suất khi ngõ vào In1 xuất hiện (nấc 1). Sau thời gian trễ được cài đặt trước, đồng hồ này đóng các tiếp điểm trên nấc 2 nhờ đó Out2 xuất hiện sau thời gian cài đặt trước tính từ khi In1 xuất hiện. Để hiểu rõ công dụng của đồng hồ định giờ, có thể khảo sát chương trình thang được trình bày trên hình 3.26. Khi ngõ vào In1 hoạt động, ngõ ra Out1 đóng mạch. Các tiếp điểm kết hợp với ngõ ra này sẽ khởi động đồng hồ định giờ. Các tiếp điểm của đồng hồ định giờ sẽ đóng sau khoảng thời gian trễ cài đặt trước. Khi điều đó xảy ra ngõ ra Out2 đóng mạch. Đồng hồ ngừng trễ. Hình 3.27 minh hoạ cách sử dụng đồng hồ khởi động trễ. Với cách bố trí như trên khi có tín hiệu vào tức thời đến In1, ngõ ra Out1 và đồng hồ định thời đều được kích hoạt, do đó ngõ vào bị khoá bằng tiếp điểm của Out1, nên ngõ ra này vẫn tiếp tục hoạt động.Sau khoảng thời gian xác lập trước các tiếp điểm thường đóng của đồng hồ định giờ mở và ngắt ngõ ra Out1. Như vậy ngõ ra khởi động và duy trì hoạtđộng cho đến khi hết thời gian trễ. 3.6 Các bộ đếm (counter). Bộ đếm cho phép đếm tần xuất tín hiệu vào. Bộ đếm có thể được sử dụng trong trường hợp đếm các sản phẩn di chuyển trên băng truyền, và số sản phẩm cần chuyển vào thùng. Bộ đếm có thể đếm số vòng quay của trục, hoặc số người đi qua cửav.v… Bộ đếm được cài đặt theo giá trị số cho trước, khi nhận được số xung vào bằng giá trị này, bộ đếm sẽ vận hành các tiếp điểm tương ứng, các tiếp điểm thường mở (NO) sẽ đóng, còn các tiếp điểm thường đóng (NC) sẽ mở. 3.6.1 Các dạng bộ đếm Các nhà sản xuất PLC sử dụng các bộ đếm theo những cách khác nhau. Một số chọn bộ đếm lùi (CTD) hoặc đếm tới (CTU) và cài đặt lại. Xem bộ đếm như cuộn dây Rơle và là ngõ ra trên nấc sơ đồ thang. Như vậy trong PLC có hai loại bộ đếm cơ bản. Đó là bộ đếm ngược và bộ đếm xuôi. Bộ đếm ngược đếm từ giá trị xác lập trước đến zero. Nghĩa là sự kiện được trừ dần đi từ giá trị cài đặt khi đạt đến giá trị zero các tiếp điểm của bộ đếm thay đổi trạng thái. Bộ đếm xuôi. Bộ đếm này đếm từ giá trị zero đến giá trị cài đặt trước. Nghĩa là các sự kiện được cộng dồn cho đến giá trị cài đặt trước. Các tiếp điểm của bộ đếm thay đổi trạng thái. 3.6.2 Lập trình bộ đếm . Hình 3.28 minh hoạ mạch đếm cơ bản. khi có xung tín hiệu vào đến In1, mạch đếm được cài đặt lại. Khi có tín hiệu vào đến In2, mạch đếm bắt đầu hoạt động. Giả sử mạch đếm được xác lập là 10 xung, khi In 2 nhận được 10 xung tín hiệu vào, các tiếp điểm của mạch đếm sẽ đóng và có tín hiệu ra từ Out1. Nếu ở thời điểm bất kì trong quá trình đếm, có tín hiệu vào đến In1 thì bộ đếm được cài đặt lại và bắt đầu đếm lại từ đầu với giá trị đếm 10 xung. Để hiểu rõ công dụng của bộ đếm ta khảo sát ví dụ sau: Điều khiển máy chuyển tải 6 lon đồ hộp theo đường dẫn đến nơi đóngthùng, sau đó chuyển 12 lon theo đường dẫn đến nơi đóng thùng khác. Tấm đổi hướng có thể được điều khiển bằng bộ cảm biến tế bào quang, cung cấp tín hiệu ra mỗi khi có lon đồ hộp đi qua. Vì vậy số xung từ bộ cảm biến này được đếm và sử dụng để điều khiển bộ chuyển hướng. Hình 3.29 trình bày chương trình thang được lập trình theo chuẩn của Mitsubishi. Khi có tín hiệu vào đến X400, cả hai bộ đếm đều được cài đặt lại. Tín hiệu vào X400 có thể do công tắc nút bấm để khởi động băng truyền. Tín hiệu vào cần đếm là X401. Tín hiệu này có thể xuất phát từ bộ cảm biến tế bào quang, khi phát hiện có lon đồ hộp đi dọc theo băng truyền. Bộ đếm C460 bắt đầu đếm sau khi đóng X400. Khi bộ đếm C460 đếm được 6 lon, các tiếp điểm của bộ đếm C460 sẽ đóng và cung cấp tín hiệu ra ở Y430. Đây có thể là cuộn Solenoid được sử dụng để kích hoạt bộ chuyển hướng nhằm chuyển hướng các lon vào thùng này hoặc thùng khác. như vậy bộ chuyển hướng có thể ở vị trí chuyển hướng 6 lon đầu di chuyển trên băng truyền vào thùng 6 lon sau đó tấm chuyển hướng dịch chuyển để cho các lon tiếp theo đến thùng 12 lon. Khi ngừng đếm, bộ đếm C460 đóng các tiếp điểm tương ứng cho phép bộ đếm C461 bắt đầu đếm. Khi bộ đếm C461 đếm được 12 xung đến X401 các tiếp điểm của C461 sẽ đóng. điều này đẫn đến việc cài đặt lại toàn bộ cả hai bộ đếm và quá trình tự lập lại. 3.7 Thanh ghi dịch chuyển. Thuật ngữ thanh ghi được sử dụng đối với các thiết bị điện tử, trong đó dữ liệu có thanh thể được lưu trữ. Rơle nội là thiết bị loại này. Thanh ghi dịch chuyển gồm nhiều Rơle nội gộp theo nhóm, thông thường là 8, 16 hoặc 32, cho phép các bit được lưu trữ di chuyển rừ Rơ le này đến Rơ le khác. Mỗi Rơ le có thể được mở hoặc đóng, các trạng thái này được thiết kế dưới dạng 0 và 1. Thuật ngữ bit được sử dụng cho số nhị phân. Vì vậy nếu có 8 Rơ le nội trong thanh ghi, thanh ghi có thể lưu trữ 8 trạng thái 0/1 Mỗi Rơ le nội có thể lưu trữ một trạng thái đóng ngắt. Giả sử trạng thái của thanh ghi ở thời điểm nào đó là: Nghĩa là Rơ le 1 đóng, Rơ le 2 ngắt, Rơ le 3,4 đóng, Rơ le 5,6 ngắt, Rơ le 7 đóng, Rơ le 8 ngắt. cách sắp xếp này được gọi là thanh ghi 8 bit. Các thanh ghi có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu xuất phát từ các nguồn nhập khác ngoài các thiết bị đóng- ngắt, chẳng hạn các công tắc. Thanh ghi dịch chuyển có thể dịch chuyển các bit được lưu trữ. Các thanh ghi dịch chuyển cần có ba tín hiệu vào, thứ nhất để tải dữ liệu vào vị trí thứ nhất của thanh ghi, thứ hai là lệnh dịch chuyển dữ liệu theo chiều dọc một vị trí của thanh ghi và thứ ba là cài đặt lại hoặc xoá việc ghi dữ liệu. Để minh hoạ điều này ta xem tình huống sau: Lúc đầu thanh ghi 8 bit có các trạng thái như sau: Giả sử thanh ghi nhận tín hiệu vào 0. Đây là tín hiệu vào đến Rơ le nội thứ nhất Nếu thanh ghi nhận thêm tín hiệu dịch chuyển, tín hiệu voà này sẽ nhập vào vị trí thứ nhất trên thanh ghi và tất cả các bit sẽ dịch chuyển theo chiều dọc một vị trí. Bit cuối cùng đi ra ngoài và mất đi. Như vậy tập hợp các Rơ le nội lúc đầu là đóng, ngắt, đóng, đóng, ngắt, ngắt, đóng, ngăt. thì bây giờ là: ngắt, đóng,ngắt, đóng, đóng, ngắt, ngắt, đóng, ngắt. Việc gộp các Rơ le nội thành nhóm để tạo thành thanh ghi dịch chuyển do PLC thực hiện một cách tự động, khi chức năng thanh ghi được chọn. Sau đây ta xét một ví dụ về thanh ghi dịch chuyển cho việc theo dõi các sản phẩm. Ta sử dụng một bộ cảm biến để theo dõi và phát hiện sản phẩm hỏng di chuyển dọc theo băng truyền, và khi sản phẩm đó đến vị trí thích hợp, cơ cấu loại bỏ sẽ được kích hoạt để loại bỏ sản phẩm đó ra khỏi băng truyền. Hình 3.30 là sơ đồ chương trình thang được viết theo ngôn ngữ của Mitsubshi. Khi phát hiện sản phẩm không đạt yêu cầu, tín hiệu xung xuất hiện ở ngõ vào X400. tín hiệu này nhập trạng thái 1 vào thanh ghi dịch chuyển ở Rơ le nội M140.Khi các sản phẩm dịch chuyển, dù có lỗi hay không, đều có xung tín hiệu vào ở X401. tín hiệu này dịch chuyển trạng thái 1 dọc theo thanh ghi. Khi trạng thái 1 đến Rơ le nội M144 sẽ kích hoạt ngõ ra Y430 và cơ cấu loại bỏ sẽ loại sản phẩm hỏng ra khỏi băng truyền. Khi sản phẩm đã bị loại bỏ, tín hiệu vào X403 xuất hiện. Tín hiệu này sẽ cài đặt lại cơ cấu loại bỏ để các sản phẩm tiếp theo không bị loại bỏ cho đến khi có tín hiệu loại bỏ đến M144. Để thực hiện điều này, một tín hiệu ra được cung cấp cho Rơ le nội M100, Rơ le này khoá chặt ngõ vào X403 và ngắt ngõ ra loại bỏ Y430. ở đây chỉ biểu diễn các thành phần cơ bản của hệ thống. Hệ thống thực tế gồm nhiều Rơ le nội hơn để đảm bảo cơ cấu loại bỏ bị ngắt khi các sản phẩm đạt yêu cầu di chuyển dọc theo băng truyền và không cho phép tín hiệu vào từ X400 khi sản phẩm đang dịch chuyển. Chương IV Giới thiệu về PLC OMRON OMRON là một công ty của Nhật Bản được thành lập năm 1933. OMRON được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu thế giới về công nghệ tự động hoá. Các thiết bị tự động của OMRON có chất lượng cao, được sản xuất với công nghệ mới nhất và rất đa dạng: từ công tắc đơn giản, rơle các lọai , bộ định thời, bộ đếm, cảm biến, kiểm soát nhiệt độ…cho tới các thiết bị điều khiển chương trình hiện đại. Tất cả có gần 20.000 mặt hàng khác nhau, liên tục được cải tiến. 4.1 Cấu trúc cơ bản của PLC OMRON PLC OMRON có bốn thành phần cơ bản sau: a) Input Area: Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên ngoài (Input devices) sẽ được lưu trong vùng nhớ này. b) Output Area: Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ được lưu tạm trong vùng nhớ này. Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lý lệnh và đưa ra tín hiệu điều khiển thiết bị ngoài ( Output devices). c) Bộ xử lý trung tâm (CPU): là nơi xử lý mọi hoạt động của PLC, bao gồm việc thực hiện chương trình d)Bộ nhớ (Memory): là nơi lưu chương trình điều khiển và các trạng thái nhớ trung gian trong quá trình thực hiện Mạch đầu vào ( Input Unit) Là mạch điện tử làm nhiệm vụ phối ghép chuyển đổi giữa tín hiệu điện đầu vào (Input) và tín hiệu số sử dụng bên trong PLC. Kết quả của việc xử lý sẽ được lưu ở vùng nhớ Input Area. Mạch đầu vào được cách ly về điện với các mạch trong của PLC nhờ các diốt quang. Bởi vậy nếu có hư hỏng mạch đầu vào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của CPU. Mạch đầu ra ( Output Unit) Mạch điện tử đầu ra sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC ( trong vùng nhớ Output Area) thành các tín hiệu điều khiển như đóng mở rơle. Các thiết bị ra vào thường gặp Công tắc trên bộ CPM 1 PLC training kit sẽ lấy nguồn tờ đầu ra Power supply output 24 V DC có sẵn của PLC với dòng ra tổng cộng tối đa là 0.3 A. các công tắc này mô phỏng các đầu vào số (là các đầu vào chỉ có hai trạng thái) trong thực tế bằng cách bật tắt bằng tay các công tắc này, do vậy thuận tiện trong viêc thử nghiệm hay đào tạo. Dưới đây là một ví dụ khi đấu dây đầu vào với các thiết bị có trong thực tế thay cho công tắc mô phỏng: Cách nối đầu dây vào số của PLC có thể có ba dạng sau: Đầu vào là tiếp điểm Rơle (Relay) Đầu vào là Transistor kiểu NPN. Đầu vào là Transistor kiểu PNP. Chú ý Dòng vào của các đầu vào IN00000-IN00002 = 12mA Dòng vào của các đầu vào khác bằng 5mA Khi đầu vào của PLC ở mức ON, các đèn tương ứng trong PLC đều sáng Các địa chỉ bộ nhớ trong PLC. Tất cả các đầu vào cũng như các bộ lưu trữ khác trên PLC khi sử dụng trong chương trình đều thông qua các địa chỉ nhớ tương ứng. Các địa chỉ bộ nhớ được tổ chức thành các nhóm gồm 16 bit gọi là word hay chennal (CH). Mỗi bít có giá trị 0 hoặc 1. Các bit được đánh số từ 00 đến 15 từ phải qua trái. Địa chỉ đầy đủ của mỗi bit sẽ được ký hiệu bằng năm chữ số. 3 chữ số đầu từ trái qua là ký hiệu của chennal, hai chữ số tiếp theo là số thứ tự của bit. Khi tham chiếu đến từng bit này ta phải định địa chỉ của từng chennal (word) và số của bit trong word. Các vùng nhớ ( Memory Area ) trong PLC CPM1. Các vùng nhớ thường dùng trong bộ CPM1. CH000 - CH009 Input Area ( Các đầu vào) CH010 - CH019 OutputArea ( Các đầu ra) CH200 – CH 239 Word Area (Vùng nhớ hỗ trợ tự do) SR240 – SR 255 Speial Registers TR0 – TR 7 Temporaty Registers (Relays) HR00 – HR19 Holding Registers (Relays) AR00 – AR15 Auxiliary Registers (Relays) LR00 – LR15 Link Registers ( Relays) TIM/CNT00 -TIM/ CNT127 Timer/ Counter ( Địa chỉ dạng bit và word của timer và counter. DM0000 – MD1023 Data Memory Read/Write- Vùng nhớ cho phép đọc hoặc ghi DM6144 – DM6599 Data memory Read Only – Vùng nhớ chỉ cho phép đọc DM6600 – DM6655 Data memory PLC Setup– Vùng nhớ lưu thiết bị lập trình của PLC Với bộ Training kit các địa chỉ bit trong word CH00 từ bit ô đến bit 11 là cho các đầu vào, còn trong word CH010 các bit 00 đến 7 là cho các đầu ra. Khi viết trong chương trình, các địa chỉ này thường được viết dưới dạng: Ví dụ 000.01 (có dấu chấm giữa địa chỉ của word và số bit trong word) hoặc 00001 ( không có dấu chấm) 4.2 Lập trình bằng Programming Console Programming console là một bộ bàn phím lập trình cầm tay cho PLC của OMRON dùng ngôn ngữ lập trình dạng dòng lệnh Mnemonic. Nó cung được dùng để đọc chương trình bộ nhớ và thiết lập các chế độ hoạt động của PLC. Bộ Programming Console được nối vào cổng Peripheral Port của PLC dùng cáp đi kèm, qua đây Programming Console sẽ nhận được nguồn nuôi từ PLC, đồng thời có thể ghi đọc chương trình PLC 4.2.1 Khởi đầu với Programming Console. Khi nối Programming Console với PLC màn hình của Programming Console sẽ hỏi Password Sau khi nhập như trên ta sẽ thấy xuất hiện số 00000; Đây là số thứ tự của bước lập trình đầu tiên của PLC. Nếu bấm tiép phím có hình mũi tên xuống ta sẽ thấy các bước tiếp theo của chương trình đã có sẵn của PLC. 4.2.2 Các chế độ hoạt động của PLC Ta có thể chuyển đổi chế độ hoạt động của PLC một cách dễ dàng bằng cách xoay chìa khoá trên bàn phím ã Chế độ Program. Là chế độ để lập và sửa chương trình cho PLC. Chương trình của PLC sẽ không được thực hiện trong bước này. ã Chế độ theo dõi Monitor. Là chế độ trong đó chương trình của PLC sẽ được thực hiện, đồng thời các địa chỉ của bộ nhớ trong PLC có thể đặt lại trực tiếp từ bộ lập trình như các bit vào ra ( I/O Bits ), Các timer, Counter, và vùng nhớ DM. ã Chế độ RUN Là chế độ mà chương trình điều khiển trong PLC được thực hiện ( chạy ) và nội dung bên trong PLC chỉ có thể theo dõi chứ không thể sửa đổi từ bên ngoài. Đây là chế độ nên đặt sau khi chương trình đã được nhập và kiểm tra đúng đắn. 4.2.3 Xóa chương trình trong PLC. Để xóa chương trình trong PLC ta làm như sau: Chuyển sang chế độ Program mode. b) bấm nút CLR để màn hình hiển thị 00000 c) Bấm lần lượt các nút sau để xoá chương trình trong bộ nhớ của PLC Ví dụ về cách lập một chương trình Địa chỉ Lệnh và tham số 00000 LD 00000 00001 AND 00001 00002 OUT 01000 00003 LD 00002 00004 AND 00001 00005 OUT 01001 00006 END ( 01) Thao tác cuối cùng vừa rổi là để nạp lệnh END ( kết thúc ). Tất cả các chương trình đều phải kết thúc bằng lệnh này, nếu không có PLC sẽ báo lỗi. Sau khi nhập xong, bấm các mũi tên xuống và lên để kiểm tra chương trinh vừa nhập. Để chạy chương trình, chuyển khoá trên Programming console sang Run hoặc Monitor. 4.2.4 Tìm kiếm trong chương trình. Chước năng tìm kiếm (Search) được dùng để tìm kiếm nhanh một lệnh hoặc một địa chỉ trong chương trình. Sau đó ta có thể thực hiện các thao tác như xoá lệnh, sửa lệnh hay địa chỉ. Ví dụ: Trong chương trình sau có hai lệnh AND 00001 ở hai dịa chỉ khác nhau Địa chỉ Lệnh và tham số 00000 LD 00000 00001 AND 00001 00002 OUT 01000 00003 LD 00002 00004 AND 00001 00005 OUT 01001 00006 END ( 01) Để tìm đến địa chỉ lệnh AND 00001 ta làm như sau: Mỗi lần ấn phím SRCH sẽ đưa ta đến nơi gặp lệnh cần tìm kế tiếp. 4.2.5 Xóa lệnh ( Delete ). Để xóa lệnh đang được hiển thị trên Display của Programming console, ta bấm các phím như sau: Chú ý: Khoá chuyển trên Programming console phải được đặt về vị trí Program mode. Ví dụ cần xóa lệnh dưới đây. Địa chỉ Lệnh và tham số 00000 LD 00000 00001 AND 00001 00002 OUT 01000 00003 LD 00002 00004 AND 00001 00005 OUT 01001 END ( 01) Bấm mũi tên xuống cho đến khi gặp lệnh LD 00002 Bấm lần lượt DEL sau đó là mũi tên lên để xóa lệnh này. Sau khi LD 00002 được xóa, lệnh bên dưới này là AND 00001 sẽ được dịch lên địa chỉ 00003 và chư._.đầu ra chuyền cho motor của cửa kho mở hay đóng. Phân bố các thiết bị vào ra: Inputs Devices output Devices 00000 Untrosonic switch 01000 Motor to raise door 00001 Photoelectric switch 01001 Motor to lower door 00002 Door upper limit switch 00003 Door lower limit switch Sơ đồ thang Chương V ứng dụng PLC trong việc điều khiển tự động cho máy xấn tôn tại nhà máy khoá minh khai 5.1 Khảo sát máy hiện có tại nhà máy 5.1.1 Giới thiệu chung về máy xấn tại nhà máy khóa Minh Khai. Máy xấn tại nhà máy khoá Minh Khai là máy xấn thuỷ lực được điều khiển bằng hệ thống điện. Bao gồm các mạch điện và hệ thống các tiếp điểm Rơ le. Máy xấn do Trung Quốc sản xuất năm1998. Máy này tạo ra các sản phẩm nhờ việc ép định hình (xấn) từ phôi liệu ban đầu là thép tấm thông qua lực ép thuỷ lực từ các Piston. áp suất lớn nhất được tạo ra từ bơm Piston hướng trục là P = 23 Mpa. 5.1.2 Sơ đồ kết cấu của máy: Sơ đồ kết cấu của máy được chia làm ba bộ phận chính như sau: Sơ đồ kết cấu cơ khí: Sơ đồ kết cấu của hệ thống thuỷ lực và bộ điều khiển: a) Sơ đồ kết cấu cơ khí của máy: Sơ đồ kết cấu cơ khí của máy được thể hiện qua một số bản vẽ chính như sau: Trong đó: 1 Thân máy 2 Hệ thống thuỷ lực 3 Trục khuỷu 4 Sống trượt 5 Lưỡi dập 6 Cữ chặn 7 Bàn đỡ phôi 8 Trụ trượt 9 Bộ vít me đai ốc 10 Tay quay cơ khí 11 Tủ điện Trong đó 1 Mô tơ 4 Xi lanh 3 2 Xi lanh 1 5 Trục vit 3 Xi lanh 2 6 Công tắc hành trình 1 Tay quay 6 Trục vít 2 Gối đỡ khuôn 7 Đĩa căng xích 3 Vít me đai ốc 8 Xích truyền động 4 Trụ trượt 9 Bộ bánh răng truyền động 5 Cữ chặn 10 Mô tơ Tính toán bộ truyền chuyển động của cữ chặn Cơ câu điều khiển cữ chặn: 1.Bộ truyền đai: Do cơ cấu điều khiển không có yêu cầu gì đặc biệt nên ta chọn loại đai và động cơ như sau +Đai: đai thang bằng cao su. Kí hiệu: O (Nga) +Động cơ: 4A có các thông số kỹ thuật sau Kí hiệu: 4A71B6Y3 Công suất:0,55 Kw Số vòng quay: 920 v/ph Chọn tỉ số truyền: u = = 2 d1 = 80 mm d2 = u.d1 =2.80 = 160 mm khoảng cách trục: a ³ (1,5 á 2)(d1 +d2) = 480 mm Ta chọn a = 480 mm Góc ôm trên bánh chủ động được tính theo công thức sau: 2.Bộ truyền bánh răng : Ta chọn : + Tỉ số truyền: u = 4 + Mô đun cặp bánh răng : m = 2 + Số răng bánh răng chủ động : Z1 = 21 răng Số răng bánh răng bị động : Z2 = Z1.u = 21x4 = 84 răng Đường kính vòng chia bánh răng chủ động: d1 = m.Z1 = 2.21 = 42 mm Đường kính vòng chia bánh răng bị động: d2 = m.Z2 = 2.84 = 168 mm Khoảng cách trục: aW = m.(Z1+Z2)/2 = 2.(42+84)/2 = 126 mm 3.Bộ truyền xích: Do yêu cầu của bộ truyền là phải dẫn động cho hai trục mang cữ chặn có số vòng quay bằng nhau nên tỉ số truyền là: u = 1 Do tải trọng nhỏ không yêu cầu độ chính xác quá cao nên ta chọn loại xích con lăn, +Bước xích p = 24,5 mm +Số răng bánh mỗi đĩa xích là: Z1 = Z2 = 15 răng Đường kính đĩa xích được tính theo công thức: b) Kết cấu của hệ thống thuỷ lực Hệ thống thuỷ lực của máy xấn như sau: Trong đó: 1 Động cơ ba pha 10 Van tiết lưu 2 Bơm dầu 11 Đồng hồ đo áp suất 3 Van tiết lưu (điều chỉnh lưu lượng) 12 Van an toàn 4 Van tiết lưu đường dầu về 13 Van điều áp 5 Van đảo chiều 4 của 3 vị trí 14 Piston hành trình kép 6 Van đảo chiều 4 của 3 vị trí 15 Piston đơn 7 Van một chiều 16 Van một chiều 8 Van an toàn 17 Lọc dầu 9 Cụm van điều áp 18 Thùng dầu Nguyên lý làm việc: Khi bơm dầu được bật dầu được hút qua bộ lọc dầu và đến bộ chia để đi đến các van khi có tín hiệu cho phép. Công suất để điều khiển các van được cấp từ bộ điều khiển điện nhằm đóng mở các van trong hệ thống thuỷ lực. Hành trình xuống. Khi cuôn Yv1a và cuộn Yv3 được cấp công suất, các cuộn này mở từ đó dầu có thể đi qua các van này ( theo chiều mũi tên được kí hiệu trong van ) rồi đi đến xi lanh. Trong khi đó dầu được thoát ra ở phía dưới và đi về bể dầu, khiến cho Piston chuyển động xuống dưới. Khi Piston đi xuống và chạm vào công tắc giới hạn xuống, sự chạm này làm mở cuộn Yv1a và Yv2b do đó các Piston đi xuống chậm hơn. ở đây xảy ra quá trình ép định định hình ( tạo sản phẩm). Sau khi quá trình ép định hình đã hoàn tất ta cần lấy sản phẩm ra và cung cấp phôi mới khi đó cuộn Yv1b được cấp công suất. Đó là quá trình lên. Để máy ở chế độ hoạt động không tải (treo) thì cuộn Yv2a luôn được cấp công suất. Cụm van tràn 13 có tác dụng giữ một áp suất nhất định trong hệ thống và có nhiệm vụ xả bớt áp suất khi hệ thống quá tải. Các van tiết lưu có trong hệ thống có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng khiến cho các Piston chuyển động đều hơn. Từ đó ta có bảng trạng thái theo sơ đồ thuỷ lực trên. Tinh toán và chọn các bộ phận trong hệ thống thuỷ lực: Các thông số cho trước: Vận tốc của khối trượt: ở chế độ xuống nhanh v = 60 mm/s: ở chế độ xuống chậm v = 10 mm/s: ở chế độ lên v = 60 mm/s: Đường kính Piston nhỏ: d1 = 15 cm. Đường kính Piston lớn : d2 = 18 cm. Trọng lượng của khối trượt: G = 1000 Kg. Lực ép cần để xấn ( cao nhất) P = 1300 KN. Cần tính: áp suất bơm pb: lưu lượng bơm: Qb: công suất động cơ: Nđc: ị loại bơm và loại động cơ: Gọi f là diện tích bề mặt của Piston nhỏ: F là diện tích bề mặt của Piston lớn: pb: là áp suất của bơm: Ta có phương trình cân bằng lực: Trong đó: Tổng diện tích bề mặt của các Piston là: Sdt: Từ đó: Lưu lượng bơm và lưu lượng tự chảy do chênh lệch áp suất giữa thùng dầu và xilanh: Qtt= SFxilanh.v Lưu lượng nhỏ nhất ứng với vmin: vmin= 10 mm/s = 600 mm/ phút = 0.6 m/ ph. Lưu lượng lớn nhất ứng với vmax: vmax= 60 mm/s = 3600 mm/ phút = 3.6 m/ ph. Do trong quá trình xấn dầu chỉ do bơm cung cấp nên Qttmin chính bằng lưu lượng dầu do bơm cung cấp đã bị tổn thất trong hệ thống thuỷ lực. Để bù lại phần tổn thất ta lấy lưu lượng của bơm là 40 lít/phút. Tính công suất của động cơ: Gọi N là công suất truyền động của bàn trượt: Ta có: N= P.v/60 [w] P [N] v [m/ph]. Với: w. Vậy ta chọn bơm là bơm Pitông hướng trục: +Kí hiệu: HếP – 50M (Nga) +Lưu lượng lớn nhất: 50 Lít/ phút. +áp suất làm việc lớn nhất: P = 250 MPa +Công suất truyền động N = 12.5 Kw. +Số vòng quay trục bơm n = 960 vg/ phút. +Hiệu suất: h = 0.8 ị Công suất cần thiết của động cơ điện là : Vậy cần chọn động cơ điện có thông số như sau: +Công suất 15.5 Kw 220/380V 50Hz +Số vòng quay: n = 960 vòng/ phút. Hoặc ta có thể chọn động điện cơ và bơm dầu của Việt Nam hay Liên Xô sản xuất với công suất và vòng quay phù hợp. Tính toán bơm piston hướng trục cấu tạo và nguyên lý làm việc Trên hình vẽ trình bày sơ đồ kết cấu của một bơm hướng trục có liên kết giữa piston và đĩa nghiêng 2 là liên kết tỳ . Bơm thực hiện việc phân phối chất lỏng bằng đĩa phân phối3 . Bloc xilanh1 quay cùng trục và nghiêng với đĩa nghiêng 2 một góc a . Góc a này được điều chỉnh nhờ một cơ cấu phụ4 . Các lò xo 5 làm nhiệm vụ đẩy các piston luôn tỳ vào đĩa nghiêng. Kết cấu bơm pisotn hướng trục có liên kết giữa piston và đĩa nghiêng Khi bloc xilanh quay độ nghiêng giữa trịc của bloc xi lanh và của đĩa nghiêng tạo nên hành trình chuyển động của các piston . Mỗi cặp piston – xilanh thực hiện việc hút đẩy chất lỏng theo nguyên lý hút đẩy của một bơm piston đơn . Khi điều chỉnh góc nghiêng a sẽ cho phép điều chỉnh lưu lượng của bơm. b.Lưu lượng của bơm piston hướng trục * Lưu lượng rung bình Lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm piston hướng trục được tính theo công thức sau : Trong đó : d- đương kính của piston; s- hành trình cả piston; z- số piston; s = D.sing = Dx. tgg D - đường kính của đĩa nghiêng; Dx - đường kính của mặt trụ trên đó phân bố các đường trục của các xilanh. Vì vậy : Hoặc : *Lưu lượng tức thời Để tính lưu lượng tức thời của bơm , chúng ta sẽ tìm phương trình chuyển động và xác định vận tốc tức thời của các piston. Giả thiết tại thời điểm ban đầu , tay quay ở vị trí A . Khi đĩa nghiêng quayđược một góc j ( cungAB ) , thì piston dịch chuyển được một đoạn x (hình vẽ ): x = AB’.sing = (OA – OB’).sing = (OA – OBcosj).sing = (R - R cosj).sing x = R(1 - cosj). sing Trong đó , R là bán kính làm việc của đĩa nghiêng ( bán kính tay quay) . sơ đồ tính lưu lượng của bơm piston hướng trục Như vậy, vận tốc chuyển động của piston trong xi lanh sẽ là : v= = R.w sing sinj Lưu lượng tức thời của mỗi piston là : Lưu lượng tức thời của m piston trong hành trình đẩy sẽ là : Qj = R.wsing.[ sinj + sin(j + a )+ ... + sin(j + m.a )] = R.wsing. Trong đó a = là góc giữa hai piston kề nhau hình vẽ : Sơ đồ tính lưu lượng tức thời của bơm piston hướng trục – góc giữa hai piston kề nhau Trong hình vẽ (dưới) là đồ thị lưư lượng tức thời của một bơm piston hướng trục . Cũng như bơm piston hướng kính. hệ số không lưu lượng của bơm piston hướng trục sẽ giảm theo chiều tăng của số piston và trong một khoảng lân cận liên tíêp của số piston, dao động lượng của bơm có số piston lẻ nhỏ hơn so với bơm có số piston chẵn . Việc điều chỉnh góc nghiêng giữa trục bloc xilanh và đĩa nghiêng (để điều chỉnh lưu lương) được tiến hành trong một khoảng với giá trị giới hạn là : gmax <200 đối với bơm. gmax <300 đối với động cơ Sở dĩ hạn chế góc gmax không quá lớn vì khi tăng góc g hành trình của các piston sẽ tăng nhưng lực tác dụng lên các cổ cũng tăng. Lưu lượng tức thời của bơm piston hướng trục Môme quay của bơm Trong bơm piston hướng trục,áp lực của lỏng lên bề mặt piston, thông qua đĩa nghiên tạo nên một mô men tác dụng lên trục bơm. Gọi P là áp lực chất lỏng tác dụng lên piston: P = p. P được phân thành hai lực thành phần (hình 3.41 ) như sau : P = P.sing N = P.cosg Lực Q trong mặt phẳng đĩa nghiêng được phân thành lực vòng T và một lực hướng tâm . Lực vòng T này sẽ tạo nên momen trên trục máy : M0 = R.T M0 = R.P.sing sinj hay M0 = Rx.P.tgg sinj Trong đó R – bán kính của đĩa nghiêng ( R = D/2) T = Q .sinj Rx – bán kính của mặt trụ phân bố các trục xi lanh Sơ đồ tính momen quay của bơm piston hướng trục. Tổng momen của m piston trong hành trình đẩy là : Mj = = R.P.sing.[ sinj + sin(j + a )+ ... + sin(j + m.a )] Mj = R.P.sing So sánh công thức tính lưu lượng tức thời và công thức tính momen tức thời chúng ta thấy qui luật biến thiên của mômen tức thời giống như đối với lưu lượng tức thời . Khi lưu lượng đạt giá trị cưc đại , mômen cũng đạt giá trị cực đại , khi lưu lượng có giá trị cực tiểu , mômen cũng có giá trị cực tiểu Tính toán bể dầu. Cơ sở để tính toán bể dầu là đảm bảo nhiệt độ T của dầu không vượt quá một giới hạn là 55 á 600 C sau thời gian làm việc t giờ, ta dùng công thức được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt, nếu như giả thiết nhiệt độ dầu khi khởi động bằng nhiệt độ không khí: Trong đó: T0 : Nhiệt độ không khí xung quanh ( 0C ). K = 633 (kcal/ giờ): là tổng nhiệt lượng được sản ra do tổn thất công suất trong hệ thống dầu ép k hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào môi trường làm nguội: - ở bể dầu đặt trong thân máy: k = 8,7 ( kcal/ m2 0C giờ). - ở bể dầu đặt ngoài không khí k = 13 ( kcal/ m2 0C giờ). - ở bể dầu làm nguội bằng quạt không khí k = 20 ( kcal/ m2 0C giờ). - ở bể dầu làm nguội bằng nước lưu thông k = 95 á 150 ( kcal/ m2 0C giờ). F là diện tích bề mặt truyền nhiệt của bể dầu (m2), có thể lấy gần đúng: F = F1+ F2/ 2 Trong đó: F1: diện tích bề măt tiếp xúc với dầu (m2). F2: diện tích bề mặt không tiếp xúc với dầu (m2). c ằ 0,45 kcal/ kg.0C: là tỉ nhiệt của dầu. c1: tỉ nhiệt của vật liệu làm bể dầu ( kcal/ kg.0C). Trường hợp làm bằng gang c1 = 0,12 ( kcal/ kg.0C). - Trường hợp làm bằng thép c1 = 0,11 (kcal/ kg.0C). - G trọng lượng bể dầu (kg). Từ công thức (1) ta có thể xác định nhiệt độ ổn định của dầu, khi t đ à Thực nghiệm đã cho thấy rằng nhiệt độ của dầu tính từ công thức (2) so với nhiệt độ tính từ công thức (1) trong thời gian một ca làm việc chỉ sai lệch 5 á10 %, vì thế trong thực tế người ta dùng công thức (2) để xác định kích thước của bể dầu. Ta xét mối quan hệ của bề mặt truyền nhiệt F trong công thức (2) với thể tích dầu cần thiết V. Giả thiết là: Chiều ngang bể dầu: a (m). Chiều dài bể dầu: b = k1.a(k1 – hệ số tỉ lệ). Chiều cao bể dầu: H = k2.a. Chiều cao mực dầu: h = 0,8H = 0,8.k2.a Thì diện tích bề mặt tiếp xúc với dầu ( kể cả đáy bể dầu ) có thể viết như sau: F1 = a2( k1 + 2.0,8.k2 + 2.0,8.k1.k2 ) Và diện tích bề mặt không tiếp xúc với dầu ( kể cả nắp bể). F2 = a2( k1 + 2.0,2.k2 + 2.0,2.k1.k2 ) Vì điều kiện truyền nhiệt ở hai loại bề mặt trên là không như nhau nên ta lấy bề mặt truyền nhiệt của bể dầu theo công thức: F = F1 + F2/2 = a2( 1,5k1 + 1,8.k2 + 1,8.k1.k2) (3) Thể tích của dầu ở trong bể: V = a.b.h = 0,8.k1.k2.a3 (4) Từ công thức này ta rút ra trị số a và thay vào công thức (3), ta có: Nếu thay đổi k1 = 1 á 3 và k2 = 1 á 2 thì a = 6 á 6,9. Ta lấy trị số trung bình a = 6,4 ứng với k1 = 2,65 và k2 = 1, khi đó quan hệ giữa bề măt truyền nhiệt và thể tích dầu như sau: Thay (6) vào (2) ta có: Từ đây ta có thể xác định thể tích dầu cần thiết : Nhiệt độ dầu giới hạn không quá 55 á 60 0C, và nếu nhiệt độ trung bình trong phân xưởng thay đổi từ 20 á 25 0C, thì DT = 35 0C. Với bể dầu đặt ngoài không khí của máy ta chọn: k = 13 (kcal/ m2 0C giờ). Thay các giá trị tìm được vào công thức (7) ta được: Thay V vào (6) ta có: Thay F vừa tìm được vào công thức (3) ta có: 1,391 = a2(1,5k1 + 1,8k2 +1,8k1k2) = a2(1,5.2,65 + 1,8.1 + 1,8.2,65.1) = a2.10,545 Chọn a = 40 ( cm ) đ b = k1.a = 2,65.40 = 106 ( cm ), chọn b = 110 ( cm ) đ H = k2.a = 1.40 = 40 ( cm ), chọn H = 50 ( cm ) đ h = 0,8.H = 0,8.40 = 32 ( cm ), chọn h = 40 ( cm ) Thể tích dầu cần thiết là: V = a.b.h = 40.110.50 = 220000 ( cm3 )= 220 ( lit ) 3. Chọn loại dầu sử dụng. a) Yêu cầu đối với loại dầu sử dụng. Hệ thống dầu ép làm việc trong giới hạn vận tốc, áp suất và nhiệt độ khá lớn. Trong điều kiện làm việc như thế, dầu dùng trong hệ thống dầu ép phải thoả mãn hàng loạt các yêu cầu mới có thể đảm bảo cho các cơ cấu làm việc được bình thường. Dựa trên những kinh nghiệm thực tế, các yêu cầu đối với dầu có thể tóm tắt như sau: - Có khả năng bôi trơn tốt trong khoảng thay đổi lớn của nhiệt độ và áp suất - Độ nhớt ít phụ thuộc vào nhiệt độ - Có tính trung hoà (tính trơ) với các bề mặt, hạn chế được khả năng xâm nhập của khí, nhưng dễ dàng tách khí ra. - Phải có độ nhớt thích hợp ứng với điều kiện chắn khít và khe hở của các chi tiết di trượt nhằm đảm bảo độ rò dầu bé nhất, cũng như tổn thất ma sát ít nhất. - Dầu cần phải ít sủi bọt, ít bốc hơi khi làm việc, ít hoà tan trong nước và không khí, dầu dẫn nhiệt tốt. Trong những yêu cầu trên dầu khoáng vật được thoả mãn đầy đủ nhất. Hiện nay có rất nhiều loại dầu khác nhau phục vụ cho các hệ thống truyền động dầu ép. Các loại dầu này được chế tạo với những chất phụ gia khác nhau nhằm cải thiện những đặc tính như: Độ nhớt, độ bền hoá học và cơ học. Trong khi sử dụng chất lượng của dầu được đánh giá bằng độ nhớt và độ bền. b) Lựa chọn loại dầu. Trên thực tế ngành công nghiệp dầu mỏ đã sản xuất được rất nhiều loại dầu khác nhau phục vụ cho những hệ thống dầu ép có những yêu cầu khác nhau. Do đó khi thiết kế hệ thống dầu ép, việc lựa chọn loại dầu sử dụng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố và vì thế khó đề ra nguyên tắc đồng nhất để lựa chọn, mà chỉ dựa trên những nguyên tắc tổng quát. Dưới đây xét đến một số loại dầu thông dụng được dùng trong hệ thống dầu ép (trong bảng đặc tính các loại dầu). Nguyên tắc chung để lựa chon dầu là hệ thống làm việc với áp suất cao cần dầu có độ nhớt cao, và làm việc với vận tốc cao cần dầu có độ nhớt thấp. Từ đó ta lựa chọn loại dầu sử dụng là dầu công nghiệp 30 có các đặc tính như sau: Trọng lượng riêng ở 200c ằ900 Kg/m3 Độ nhớt ở 600c 27 á 33 (cSt) Nhiệt độ ngưng tụ: -150c Giới hạn nhiệt độ làm việc 50c á 600c. 3. Bộ lọc dầu. Khi làm việc dầu bị nhiễm bẩn do các chất bẩn từ bên ngoài vào, hoặc do chất bẩn trong bản thân dầu tạo nên. Những chất bẩn ấy sẽ làm kẹt các khe hở, các tiết diện chảy có kích thước nhỏ trong cơ cấu dầu ép gây nên những trở ngại và hư hỏng trong hoạt động của hệ thống dầu ép. Do đó trong các hệ thống dầu ép đều dùng bộ lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên trong các cơ cấu đó. Bộ lọc thường đặt ở ống hút của bơm dầu. Trường hợp cần dầu tinh khiết hơn đặt thêm một bộ nữa ở cửa ra của bơm và một ở cửa ra của hệ thống dầu ép. Tuỳ thuộc vào kích thước của chất bẩn có thể lọc được, bộ lọc dầu có các loại sau: - Bộ lọc thô: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,1 (mm). - Bộ lọc trung bình: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,01 (mm). - Bộ lọc tinh: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,005 (mm). -Bộ lọc đặc biệt tinh: có thể lọc những chất bẩn có kích thước đến 0,001 (mm) Trong máy công cụ thường sử dụng bộ lọc trung bình và bộ lọc tinh, bộ lọc đặc biệt tinh được dùng trong phòng thí nghiệm. Dựa vào kết cấu ta có thể phân biệt được các loại bộ lọc dầu như sau : bộ lọc lưới, bộ lọc lá, bộ lọc giấy, bộ lọc nỉ, bộ lọc nam châm… Ta đi xét các loại thông dụng nhất. a). Bộ lọc lưới. Là bộ lọc dầu đơn giản nhất, cấu tạo gồm một khung cứng và lưới bằng đồng bao quanh. Dầu từ ngoài xuyên qua các mắt lưới và lỗ để vào ống hút. Hình dáng và kích thước của bộ lọc lưới rất khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí và công dụng của bộ lọc. - Do sức cản của lưới nên dầu khi qua bộ lọc bị giảm áp suất, khi tính toán tổn thất áp suất có thể lấy Dp = 0,3 á 0,5 (bar). - Lưới để làm bộ lọc dùng loại có số lỗ từ 3100 á 17000 trên 1cm2, với lưới có số lỗ 17000 trên 1 cm2 có thể lọc được chất bẩn có kích thước trên 0,05 (mm). Nhược điểm của bộ lọc lưới là chất bẩn dễ bám vào mắt lưới và khó tẩy ra. Do đó thường dùng để lọc thô, như lắp vào ống hút của bơm.Trường hợp này phải dùng bộ lọc tinh ở ống ra. b). Bộ lọc lá. - Bộ lọc lá là bộ lọc dầu dùng những lá thép mỏng để lọc dầu, đây là loại được dùng sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống dầu ép của máy công cụ. - Kích thước chất bẩn được lọc phụ thuộc vào chiều dầy lá thép, bề dầy này thuờng là: 0,08; 0,12; 0,20 và 0,3 (mm). - Số lá thép cần thiết sử dụng phụ thuộc vào lưu lượng cần lọc, chúng có giá trị lớn nhất là 1000 á 1200 (lá). Tổn thất áp suất lớn nhất Dp = 4 (bar), lưu lượng lọc có thể là 8 á 100 (lít/ ph). - Bộ lọc lá chủ yếu được dùng để lọc thô, ưu điểm là khi tách chất bẩn không cần dừng máy và tháo bộ lọc ra ngoài. c). Bộ lọc giấy. - ở những hệ thống dầu ép đòi hỏi độ sạch của dầu cao, phải dùng bộ lọc bằng giấy hoặc nỉ, dạ. Những bộ lọc này có thể lọc được những chất bẩn có kích thước lớn hơn 0,005 (mm), đặc biệt có thể chế tạo những bộ lọc có thể lọc chất bẩn có kích thước lớn hơn 0,002 (mm). - Bộ lọc giấy có thể chế tạo với lưu lượng Q = 10 á 120 (lit/ ph) với áp suất lớn nhất pmax = 210 (bar). Nhược điểm của nó là chóng bẩn và việc tẩy sạch phức tạp hơn các loại trên. d). Tính toán bộ lọc dầu. Để tính toán bộ lọc dầu, người ta dùng công thức tính lưu lượng chảy qua lưới lọc. Trong đó : Q = 50 (l/ph) là lưu lượng qua bộ lọc dầu. A (cm2) diện tích toàn bộ bề mặt lọc. Dp = p1 – p2 = 0,4 (bar) là hiệu áp của bộ lọc. h = 27.10-2 [poise] độ nhớt động lực của dầu. a [ l/ cm2ph] hệ số lọc, đặc trưng cho lượng dầu chảy qua bộ lọc trên đơn vị diện tích và thời gian [l/ cm2ph]. Giá trị cụ thể tuỳ thuộc vào đặc điểm của bộ lọc với bộ lọc sử dụng là bộ lọc lưới ta có a = 0,05 [ l/ cm2ph]. Ta chọn bộ lọc dầu trên cơ sở diện tích A được suy ra từ công thức trên. Thay số ta được: 4. Đường ống dẫn dầu. - Để nối liền các phần tử điều khiển với các cơ cấu chấp hành, với hệ thống biến đổi năng lượng ( bơm dầu, động cơ dầu ) người ta dùng các ống dẫn, ống nối. - ống dẫn dùng trong hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực phổ biến là ống dẫn cứng (ống đồng, ống thép) và ống mềm (vải cao su và ống mềm kim loại có thể làm việc ở nhiệt độ 1350C). - ống dẫn cần đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất trong ống nhỏ nhất - ống đồng có ưu điểm là dễ làm biến đổi hình dáng nhưng đắt. Vì thế với những ống dẫn có tiết diện lớn và không cần uốn cong nhiều người ta thường dùng ống thép, thí dụ như ở ống dẫn chính, ống hút và ống nén của bơm dầu. Trong hệ thống dầu ép thường có những bộ phận di động. Để nối liền chúng với những bộ phận cố định người ta dùng các loại ống mềm. Nhược điểm của loại ống này là thể tích bị thay đổi khi áp suất tăng. Dù là loại ống nào thì cũng phải đảm bảo các điều kiện sau: - Đảm bảo độ bền cơ học và tổn thất áp suất nhỏ nhất. - Các ống dẫn càng ngắn càng tốt, ít bị uốn cong để tránh sự biến dạng của tiết diện và sự đổi hướng chuyển động của dầu. Xuất phát từ phương trình lưu lượng dầu chảy qua ống: Với: Q [lít/phút] v : vận tốc chảy trong ống : v(m/s) Ta có đường kính ống là: Vận tốc chảy trong ống thường dùng: ống hút : v=1,5 á 2 m/s ống nén : v=3 á 5 m/s Để kiểm tra bền của ống người ta dùng công thức sau: ở đây [s] :ứng suất cho phép của vật liệu làm ống. Vật liệu làm ống là thép Đồng : Gang : P : áp suất lớn nhất của dầu trong ống [bar] s : Bề dày của thành ống Như vậy ta tính cho đoạn ống hút: Pmax = 23 Mpa = 230 bar Ta lấy vận tốc của dầu trong ống hút là: vhút = 2 m/s ị Ta lấy dhút = 10 mm. Chọn vật liệu làm ống hút là thép ị Ta có : ị Vậy ta chọn bề dầy của ống hút là : s = 3 mm. Tính toán cho đoạn ống nén: Chọn vận tốc của đoạn ống nén là: vnén = 4 m/s ị Lấy dnén =8 mm. Chọn vật liệu làm ống nén là thép ị Ta có : ị Vậy ta chọn bề dầy của ống hút là :s = 2.5 mm. 5- Chọn cơ cấu điều khiển và điều chỉnh a)Van an toàn Van an toàn dùng để đề phòng quá tải trong hệ thống dầu ép Khi áp suất dầu trong hệ thống dầu ép vượt quá mức điều chỉnh van an toàn mở ra để đưa dầu về bể dầu do đó áp suất giảm xuống . Số lượng van sử dụng là 4 cái . vị trí được xác định trên sơ đồ thuỷ lực Cơ sở chọn van - Lưu lượng lớn nhất Qmax = 50 (l/ph) - áp suất lớn nhất Pmax = 230 (bar) - Tổn thất áp suất qua van Dp = 2 (bar) b). Van tiết lưu Van tiết lưu dùng để điều chỉnh lưu lượng dầu do đố điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành trong hệ thống dầu ép Van tiết lưu có thể đặt ở đường vào huặc đường ra của cơ cấu chấp hành Van tiết lưu có hai loại chính là van tiết lưu điều chỉnh dọc trục và van tiết lưu điều chỉnh quanh trục. Cơ sở chọn van tiết lưu: - Lưu lượng lớn nhất Qmax = 50 (l/ph). - áp suất lớn nhất Pmax = 230 (bar) - Tổn thất áp suất qua van Dp = 2 (bar) Ký hiệu van tiết lưu được chọn là G77 – 14, nó được đặt ở đường ra của cơ cấu chấp hành, có các đặc tính sau: - Lưu lượng 0,1 á 70 (l/ph). - áp suất lớn nhất:230 (bar) c). Van đảo chiều Van đảo chiều là một loại cơ cấu điều khiển dùng để đóng mở các ống dẫn để khởi động các cơ cấu biến đổi năng lượng, dùng để đảo chiều chuyển động của các xilanh truyền lực hay động cơ dầu bằng cách thay đổi hướng chuyển động của dầu ép. Các thông số đặc trưng lựa chọn van đảo chiều : - Lưu lượng lớn nhất Qmax = 50 (l/ph) - áp suất lớn nhất Pmax = 230 (bar) - Tổn thất áp suất qua van Dp = 2 (bar) Ký hiệu van đảo chiều được chọn là: HV02542A – 220, có các đặc tính sau: - áp lực làm việc lớn nhất 230 bar. - Lưu lượng lớn nhất 50 (l/ph). - Tổn thất qua van 2 bar. d) Van một chiều điều khiển được hướng chặn: Nguyên lý hoạt động: Khi dầu chảy từ A qua B van thực hiện theo nguyên lý van một chiều nhưng khi dầu chảy từ B qua A thi phải có tín hiệu điều khiển tín hiệu bên ngoài tác động vào cửa X. Các thông số đặc trưng lựa chọn van một chiều: Ký hiệu van một chiều được chọn là: Van ở vị trí 16 trong mạch thuỷ lực: Kí hiệu G51-25, có các đặc tính sau: - áp lực làm việc lớn nhất 230 bar. - Lưu lượng lớn nhất 150 (l/ph). - Tổn thất qua van 2 bar. Van ở vị trí 7 trong mạch thuỷ lực: Kí hiệu G51-24, có các đặc tính sau: - áp lực làm việc lớn nhất 230 bar. - Lưu lượng lớn nhất 70 (l/ph). - Tổn thất qua van 2 bar. Các ký hiệu thường dùng trong sơ đồ thuỷ lực Động cơ và bơm Cơ cấu phân phối con trượt cơ cấu điều khiển Cơ cấu điều chỉnh áp suất Cơ cấu điều chỉnh lưu lượng Van một chiều Các cơ cấu khác 5.2 So sánh việc điều khiển hệ thống thuỷ lực cho máy xấn bằng PLC và bằng hệ thống tiếp điểm Rơ le ( hệ thống điều khiển điện). Một vấn đề đặt ra ở đây nữa là tại sao phải ứng dụng PLC cho máy. a) Phương pháp điều khiển bằng PLC. Như phần trình bày về lý thuyết PLC ở các chương trước. Việc điều khiển bằng PLC có những ưu điểm sau: Các bộ PLC có kết cấu nhỏ gọn điều này rất thích hợp cho các máy móc công nghiệp thay vì phải sử dụng các thiết bị truyền dẫn cồng kềnh như Rơ le , các công tắc cứng, các đường dây cứng. Bộ PLC đặc trưng cho một máy tính có sự tiêu hao điện năng thấp, tốc độ truy cập nhanh và có tính linh hoạt cao. Bộ PLC được trang bị một ngôn ngữ lập trình rất tiện dụng cho người sử dụng đó là ngôn ngữ lập trình bậc thang. Chính nhờ đó đã tạo ra tính linh hoạt cho PLC. Khi muốn thay đổi tính chất của công việc thì PLC có thể được lập trình lại để cho phù hợp với công việc đó. Các bộ PLC rất thích hợp cho việc điều khiển bất kỳ một hệ thống thuỷ lực nào. Khả năng chịu đựng trong môi trường làm việc tốt, khi dùng PLC có thể kiểm soát được môi trường trong các xí nghiệp, toà nhà… PLC có độ tin cậy cao, ít bị hỏng hơn so với các Rơ le , sửa chữa cũng nhanh chóng và gọn gàng hơn. Mặt khác giá của một bộ PLC cũng không phải là quá đắt ví dụ: giá của một bộ PLC CPM1 của hãng OMRON khoảng 350$, với kinh phí trên ta chỉ có thể mua được vài chục Rơ le trong khi đó bộ CPM1 có thể thay thế đến hàng trăm Rơ le . b) Phương pháp điều khiển bằng các Rơ le. ở phương pháp này tính chất công việc vẫn được thực hiện tốt tuy nhiên nó có một số nhược điểm sau: khá cồng kềnh, chiếm một khoảng không gian khá lớn. Mức độ tự động hoá còn chưa cao. Độ tin cậy của hệ thống còn chưa cao đặc biệt là trong môi trường làm việc không tốt. Ví dụ như môi trường có độ ẩm cao…. Khi có sự cố thì rất khó khăn trong việc sửa chữa và thay thế do hệ thống dây và tiếp điểm Rơ le quá lớn. Sự tiêu hao năng lượng lớn. Lớn hơn rất nhiều so với PLC. Tuy nhiên bên cạnh đó phương pháp điều khiển bằng các Rơ le tiếp điểm cũng có ưu điểm như : Trong các hệ thống thuỷ lực nhỏ thì việc sử dụng các Rơ le tiếp điểm lại mang lại hiệu quả cao hơn về mặt kinh tế. Từ những đặc điểm và tính chất trên. Việc ứng dụng PLC cho máy xấn để thay thế việc điều khiển hệ thống thuỷ lực theo phương pháp cũ là hoàn toàn thích hợp và đúng đắn, bên cạch đó nó cũng phù hợp với xu hướng tự động hoá hiện nay. Trong thực tế hiện nay thì PLC không chỉ được ứng đụng trong việc điều khiển thuỷ lực mà còn được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác. 5.3 Phân bố các thiết bị vào ra cho việc điều khiển bằng PLC và xây dựng chương trình thang. Xuất phát từ sư đồ thuỷ lực và bảng trạng thái của máy ta cần phải xây dựng một chương trình thang cho PLC . Ghi chú: Các lện được sử dụng trong chương trình thang được viết theo chuẩn PLC CPM1 của OMRON. Phân bố các thiết bị vào ra: Các thiết bị vào: Địa chỉ Thiết bị vào 00000 Công tắc khởi động động cơ 00001 Công tắc tắt động cơ 00002 Sensor đo áp suất dầu 00003 Công tắc tắt trạng thái treo 00004 Công tắc chuyển sang trạng thái II 00005 Công tắc chuyển sang trạng thái III 00006 Bàn đạp phải 00007 Công tác giới hạn hành trình ép 00008 Bàn đạp trái 00009 Công tác giới hạn hành trình trên 00010 Công tác giới hạn xuống chậm Các thiết bị ra: Địa chỉ Thiết bị ra 01000 Động cơ ba pha 01001 Cuộn Solenoid Yv2a 01002 Cuộn Solenoid Yv1a 01003 Cuộn Solenoid Yv4 01004 Cuộn Solenoid Yv2b 01005 Cuộn Solenoid Yv3 01006 Cuộn Solenoid Yv1b Các thiết bị ra khác: Địa chỉ Thiết bị khác TIM000, 001, 003 #0050 Bộ định thời ép định hình 5 giây TIM002, 004 #0020 Bộ định thời xả áp lực 2 giây TIM005 #0450 Bộ định thời lấy sản phẩm 45 giây 20000 Rơ le phụ 20001 Rơ le phụ 20002 Rơ le phụ 20003 Rơ le phụ 20004 Rơ le phụ Các lệnh trong PLC OMRON Kết Luận: Với hơn 100 trang thuyết minh và hơn 15 bản vẽ nhóm sinh viên làm đồ án tốt nghiệp chúng em đã giải quyết được những công việc sau: -Giới thiệu tổng thể về PLC cũng như đặc tính và phạm vi ứng dụng của PLC trong lĩnh vực điều khiển tự động. -Giới thiệu về các phương pháp lập trình chung cho PLC (phương pháp bậc thang) cùng một số ứng dụng nhỏ. -Giới thiệu và phương pháp lập trình cho PLC của hãng OMRON trên phần mềm Syswin và bằng Console qua các lệnh lập trình phổ biến. Từ những tiền đề trên em đã ứng dụng vào công việc điều khiển tự động cho máy xấn tôn do Trung Quốc sản xuất hiện đang sử dụng tại nhà máy khoá Minh Khai.Nhưng do thời gian bị hạn chế, cũng như kiến thức và kinh nghiệm bản thân còn ít cho nên các quá trình tự động của máy chưa được hoàn thiện. Nhóm sinh viên chúng em mới cải tiện và tự động được phần ép định hình của máy. Còn phần điều khiển cối và cữ chặn vẫn chưa được điều khiển tự động mà vẫn phải điều khiển cơ thuần tuý. Và từ đay cũng mở ra một phương hướng nghiên cứu trong tương lai đó là tự động hoá toàn bộ máy xấn theo cả hai trục OX và OY Trong quá trình làm đồ án do kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn rất hạn chế nên không tránh khỏi một số sai sót, kính mong các thầy cô trong bộ môn nhận xét và đóng góp ý kiến. Đó sẽ là những kinh nghiệm, tri thức hết sức quý báu giúp chúng em trong công việc thực tế sau này. Tài liệu tham khảo: Tên tài liệu Tác giả 1. Máy thuỷ lực thể tích Ts. Hoàng Thị Bích Ngọc 2. Hệ thống điều khiển bằng thuỷ lực Ts. Nguyễn Ngọc Phương Ths.Huỳnh Nguyễn Hoàng 3.Truyền động dầu ép trong máy cắt kim loại Nguyễn Ngọc Can-Bộ môn máy cắt KL-ĐHBK-HN 4. Điều khiển lôgíc lập trình PLC Khoa Cơ khí CTM-ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật-TPHCM 5.Tự động hoá quá trình sản xuất Pgs.Ts. Trần Văn Địch Pgs.Ts. Trần Xuân Việt Ts. Nguyễn Trọng Doanh Ths. Lưu Văn Nhang 6. Power Pneumatics Michael J Pinches & Brian J Callear 7. Programming Tool for OMRON Programmable Logic Controllers Hãng OMRON 8. CPM1A Programmable Controllers Operation Manual Hãng OMRON 9. CPM2A Programmable Controllers Operation Manual Hãng OMRON 10. Cảm biến và ứng dụng Dương Minh Trí 11. Cảm biến trong kỹ thuật đo lường và điều khiển Lê Văn Doanh Phạm Thượng Hàn Nguyễn Văn Hoà Võ Thanh Sơn Đào Văn Tân ._.