Nội dung

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, sự đa dạng của các linh kiện điện tử số, các thiết bị điều khiển tự động, các công nghệ cũ đang dần dần đƣợc thay thế bằng các công nghệ hiện đại. Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình vi điều khiển, hệ thống tự động điều khiển, vi xử lý, PLC… các thiết bị điều khiển từ xa… đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, các dây chuyền sản xuất. Trong nền sản xuất công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp nhu cầu định lƣợng thành phần của các hỗn hợp là rất lớn. Trong thực tế, có rất nhiều thiết bị và phƣơng pháp để định lƣợng thành phần các chất, nhƣng để có một hệ thống điều khiển quá trình định lƣợng với giá cả thích hợp là rất cần thiết trong điều kiện Trong điều kiện hiện nay, việc kết hợp giữa thông tin là một giải pháp để tăng tính cạnh tranh của một sản phẩm công nghiệp đó là sản phẩm của cơ điện tử. Để tăng năng suất quá trình định lƣợng và khuấy trộn thì vấn đề áp dụng điều khiển tự động là không thể thiếu đƣợc. Thế nhƣng vấn đề lựa chọn thiết bị cũng nhƣ phƣơng pháp điều khiển sao cho đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt ra đồng thời tăng năng suất của quá trình là một vấn đề phức tạp đòi hỏi ngƣời thiết kế am hiểu về cơ khí cũng nhƣ kiến thức về điều khiển tự động. Với nhu cầu trên, em đƣợc giao đề tài “Nâng cấp và hoàn thành Bài thí nghiệm bình trộn nhiên liệu tại phòng thí nghiệm trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng” để giúp cho các sinh viên hiểu biết thêm về vấn đề này. 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC 1.1. TỔNG QUAN VỀ PLC. 1.1.1. Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Control) (Bộ điều khiển logic khả trình) Hình thành từ nhóm các kỹ sƣ hãng General Motors năm 1968 với ý tƣởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thoả mãn các yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. - Dễ dàng sửa chữa thay thế. - Ổn định trong môi trƣờng công nghiệp. - Giá cả cạnh tranh. Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) (hình 1.1) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Tƣơng đƣơng một mạch số. Nhƣ vậy, với chƣơng trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trƣờng xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chƣơng trình 2 điều khiển đƣợc lƣu nhớ trong bộ nhớ PLC dƣới dạng các khối chƣơng trình (khối OB, FC hoặc FB) và thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét. Hình 1.1: Thiết bị điều khiển logic khả trình. Để có thể thực hiện đƣợc một chƣơng trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng nhƣ một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lƣu chƣơng trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với đối tƣợng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trƣờng xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác nhƣ bộ đếm (Counter), bộ định thì (Timer)... và những khối hàm chuyên dụng. 3 Hình 1.2: Hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Hình 1.3: Hệ thống điều khiển dùng PLC. 4 1.1.2. Phân loại. PLC đƣợc phân loại theo 2 cách: - Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu nhƣ Siemen, Omron, Misubishi, Alenbrratly... - Version: Ví dụ: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, Logo. PLC Misubishi có các họ: Fx, Fxo, Fxon 1.1.3. Các bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng. 1.1.3.1. Các bộ điều khiển. Ta có các bộ điều khiển: Vi xử lý, PLC và máy tính. 1.1.3.2. Phạm vi ứng dụng. a. Máy tính. - Dùng trong những chƣơng trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao. - Có giao diện thân thiện. - Tốc độ xử lý cao. - Có thể lƣu trữ với dung lƣợng lớn. b. Vi xử lý. - Dùng trong những chƣơng trình có độ phức tạp không cao (vì chỉ xử lý 8 bit). - Giao diện không thân thiện với ngƣời sử dụng. - Tốc độ tính toán không cao. - Không lƣu trữ hoặc lƣu trữ với dung lƣợng rất ít. c. PLC. - Độ phức tạp và tốc độ xử lý không cao. - Giao diện không thân thiện với ngƣời sử dụng. - Không lƣu trữ hoặc lƣu trữ với dung lƣợng rất ít. - Môi trƣờng làm việc khắc nghiệt. 5 1.1.4. Các lĩnh vực ứng dụng PLC. PLC đƣợc sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, máy công nghiệp, thiết bị y tế, ôtô (xe hơi, cần cẩu) 1.1.5. Các ƣu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC. - Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic nhƣ kiểu dùng rơ le. - Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chƣơng trình (phần mềm) điều khiển. - Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống. - Nhiều chức năng điều khiển. - Tốc độ cao. - Công suất tiêu thụ nhỏ. - Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt. - Có khả năng mở rộng số lƣợng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng. - Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới. - Giá thành không cao. Chính nhờ những ƣu thế đó, PLC hiện nay đƣợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lƣợng và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất, giảm năng lƣợng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mái trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trƣờng của sản phẩm. 6 1.1.6. Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình. Các loại PLC nói chung thƣờng có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tƣợng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 5 ngôn ngữ lập trình cơ bản. Đó là: - Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những ngƣời quen thiết kế mạch logic. - Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thƣờng của máy tính. Một chƣơng trình đƣợc ghép gởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”. - Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). 7 Đây cũng là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những ngƣời quen thiết kế mạch điều khiển số. - Ngôn ngữ GRAPH. Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ họa. Cấu trúc chƣơng trình rõ ràng, chƣơng trình ngắn gọn. Thích hợp cho ngƣời trong ngành cơ khí vốn quen với giản đồ Grafcet của khí nén. Hình 1.4: Ngôn ngữ lập trình GRAPH. - Ngôn ngữ High GRAPH. Hình 1.5: Ngôn ngữ lập trình High GRAPH. 8 1.2. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ S7. 1.2.1. Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200. PLC Simentic S7-200 có các thông số kỹ thuật sau: Đặc trƣng cơ bản của các khối vi xử lý CPU212 và CPU214 đƣợc giới thiệu trong bảng: 1.2.2. Các tính năng của PLC S7-200. - Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp. - Có nhiều loại CPU. - Có nhiều Module mở rộng. - Có thể mở rộng đến 7 Module. - Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau. - Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus. 9 - Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module. - Không quy định rãnh cắm. - Phần mềm điều khiển riêng. - Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module. - Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp. 1.2.3. Các module của S7-200. Hình 1.6: CPU 214. Hình 1.7: Cấu trúc các đầu đấu nối của CPU 214 * Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module, có nhiều loại CPU: CPU212, CPU 214, CPU 215, CPU 216... Hình dáng CPU 214 thông dụng nhất đƣợc mô tả trên (hình 1.6) * Các Module mở rộng (EM) (Etrnal Modules) - Module ngõ vào Digital: 24V DC, 120/230V AC 10