Báo cáo Gia nhiệt máy tiệt trùng trong dây truyền sản xuất nước dứa

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 1 Mở đầu 1. Đặt vấn đề. Đất n−ớc ta đang vào thời kì công nghiệp hoá hiện đại, hoá đất n−ớc. Đảng và nhà n−ớc đã chủ động khuyến khích các doanh nghiệp ứng dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất nhằm đ−a đất n−ớc phát triển. Trong đó tự động hoá đóng một vai trò quan trọng trong nhiệm vụ chung của đất n−ớc. Trong nền kinh tế n−ớc ta sản xuất nông nghiệp chiếm một phần lớn trong nền kinh tế đất n−ớc, mà sản phẩm sản xuất ra có sức cạnh tranh thấp. Để nâng cao chất l−ợng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh và giải quyết sản phẩm đầu ra cho nhân dân là việc hết sức quan trọng. Với xuất phát điểm có trình độ khoa học kỹ thuật và nền kinh tế lạc hậu nên việc sản xuất nông nghiệp của n−ớc ta chủ yếu là sản xuất thủ công, năng suất không cao, chất l−ợng sản phẩm không đồng đều, không đáp ứng đ−ợc với yêu cầu của thực tiễn trong nền kinh tế hiện nay. Từ những yêu cầu cấp thiết đó việc ứng dụng tự động hoá vào các dây chuyền sản xuất là một điều tất yếu nhằm giải phóng sức lao động và tăng năng suất, hiệu quả kinh tế. Tự động hoá sản xuất đã đ−ợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp. Trong ngành nông nghiệp n−ớc ta, tự động hoá quá trình sản xuất đã đ−ợc ứng dụng vào các quá trình sản xuất nh− bia, r−ợu, chè, dứa, n−ớc hoa quả…đã thu đ−ợc kết quả rất tốt nhằm thúc đẩy nền kinh tế n−ớc nhà. Đ−ợc sự quan tâm đầu t− của Đảng và Nhà n−ớc “Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao” đã đ−a vào ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động , đặc biệt là dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc và thu đ−ợc thành tích rất lớn. Từ việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất vào thực tế các công ty cần có những kỹ s− vận hành các dây chuyền sản xuất đó. Để có những con ng−ời có khả năng vận hành và làm chủ các dây chuyền sản xuất. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng tự động hoá vào trong các dây chuyền sản xuất đồng thời tạo ra các chuyên gia về lập trình cũng nh− tự động hoá, sẽ góp phần tích cực vào công cuộc xây dựng đất n−ớc. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 2 Nh− vậy tự động hoá là sự lựa chọn của các ngành sản xuất nhằm tạo ra sản phẩm có chất l−ợng, có khả năng cạnh tranh tốt. Đối với n−ớc ta nó là công cụ quan trọng nhằm phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất n−ớc. 2. Mục đích nghiên cứu. - Tìm hiểu về PLC. - Nghiên cứu về phần mềm S7 – 200. - Nghiên cứu về dây chuyền công nghệ sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - ứng dụng phần mềm SIMATIC S7 – 200 để thành lập ch−ơng trình điều khiển mô hình tự động điều khiển quá trình gia nghiệt tại khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. 3. Nội dung của đề tài. Do hạn chế về thời gian và các điều kiện khách quan nên đề tài chỉ nghiên cứu các nội dung chính sau. - Tìm hiểu hoạt động sản xuất, kinh doanh của công ty thực phẩm suất khẩu Đồng Giao. - Tìm hiểu dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - Tìm hiểu về PLC. - Tìm hiểu kỹ thuật lập trình PLC S7 – 200. - Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển tự động quá trình gia nhiệt của khâu tiệt trùng trong dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - Lập trình điều khiển bằng PLC, S7 – 200. - Thiết kế lắp giáp mô hình. - Kết nối và chạy thử mô hình. 4. Ph−ơng pháp nghiên cứu. Với mục đích và nội dung của đề tài để tiến hành làm đề tài dựa trên ph−ơng pháp nghiên cứu sau: - Kế thừa kết quả nghiên cứu đã có của các phần mềm để lập trình. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 3 - Kế thừa mô hình dây chuyền sản xuất đã có sẵn trong thực tiễn cụ thể là dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - Sử dụng các cách lập trình khác nhau để tìm ra ph−ơng pháp đơn giản nhất, hiệu quả nhất. - Viết ch−ơng trình điều khiển. -Dụng cụ thiết bị làm đề tài gồm có: +Máy tính cá nhân PC. + Bộ điều khiển S7 – 200 với khối xử lý CPU224. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 4 Ch−ơng 1 . Tổng quan 1.1. Giới thiệu chung về PLC. - Kỹ thuật điều khiển tự động đang phát triển mạnh và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Tự động hoá ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất. Dựa trên sự phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính mà kỹ thuật điều khiển đã phát triển đến trình độ cao, đem lại hiệu quả kinh tế. Đã có rất nhiều kiểu điều khiển ra đời nh− điều khiển bằng cơ cấu cam, điều khiển bằng rơ le …Nh−ng phát triển mạnh mẽ và có khả năng phục vụ rộng rãi hơn cả là bộ điều khiển PLC. - B−ớc đầu phát triển PLC chỉ đơn thuần đ−ợc thiết kế để thay thế cho các hệ điều khiển dùng Rơ le, công tắc tơ đơn thuần. Tuy nhiên trong quá trình phát triển PLC là thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng, các PLC phát triển rất nhanh chóng cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng các bộ xử lý nhanh và có dung l−ợng lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý tốc độ thấp và dung l−ợng nhỏ. Các cổng vào ra đã đ−ợc tăng lên cả số lẫn t−ơng tự. Với số l−ợng lớn các đầu vào/ra(số, t−ơng tự) giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều khiển logic mà có thể sử dụng hiệu quả trong quá trình điều khiển liên tục, đặc biệt có thể thực hiện cả những chức năng điều khiển phức tạp nh− luật điều khiển PI, PID…Về mặt cấu trúc PLC ngày nay đ−ợc chế tạo theo module để có thể mở rộng theo yêu cầu. Về phần mềm, cú pháp lệnh của các PLC ngày nay phát triển phong phú không đơn giản là các lệnh logic mà còn cả các lệnh toán học, truyền thông, bộ đếm, bộ định thời…Các loại PLC nói chung th−ờng có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối t−ợng sử dụng khác nhau. Nh−ng ngày nay thông dụng nhất vẫn là ba cách lập trình là: STL ngôn ngữ liệt kê lệnh, LAD ngôn ngữ hình thang, FBD ngôn ngữ hình khối. Nh− vậy, bộ PLC là thiết bị điều khiển sử dụng bộ nhớ để lập trình và l−u giữ cấu trúc lệnh thông qua các cổng vào ra để thực hiện các chức năng điều khiển. 1.1.1. Vai trò của bộ điều khiển PLC. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 5 Trong một hệ thống điều khiển tự động,PLC có vai trò rất quan trọng là nơi giữ các thuật toán điều khiển nơi thu nhận các tín hiệu từ các cảm biến và đ−a ra tín hiệu điều khiển. Cũng nh− rất nhiều thiết bị điều khiển khác nhau, nh− các Rơ le đơn giản đế các thiết bị điều khiển phúc tạp thì PLC đ−ợc sử dụng rộng rãi và có vai trò nh− sau: - PLC đ−ợc xem nh− trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với ch−ơng trình điều khiển đ−ợc chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC sẽ xác định trạng thái của hệ thống qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập. Sau đó d−a trên ch−ơng trình logic để xác định tiến trình hoạt động, đồng thời đ−a ra những tín hiệu điều khiển t−ơng ứng đế các thiết bị xuất. - Trong hệ thống điều khiển tự động,bộ điều khiển PLC đ−ợc coi nh− bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển với ch−ơng trình nạp vào trong PLC. - PLC có thể đ−ợc sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và đ−ợc lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông qua hệ thống mạng truyền thông, để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp. - Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của PLC để đọc đ−ợc các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng nh− các thiết bị nhập bằng tay. - Liên kết, ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với ch−ơng trình. - Phân phát các lệnh điều khiển đó đến địa chỉ thích hợp. - Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp đ−ợc với các thiết bị xuất, thiết bị chấp hành. Nh− vạy, PLC có vai trò quan trọng rất lớn trong ngành điều khiển tự động ngày nay đ−ợc ứng dụng rộng rãi và ngày càng phát triển hoàn thiện hơn. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 6 1.1.2.Ưu điểm của việc dùng PLC trong tự động hoá. Tr−ớc đây việc điều khiển thực hiện bằng các Rơle điện tử nối với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều tr−ờng hợp số l−ợng dây rất lớn lên rất bất tiện và thời gian làm việc của các Rơle có giới hạn. Sự ra đời của bộ PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng nh− các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có các −u điểm nh− sau: - Chuẩn bị vào hoạt động nhanh. Thiết kế kiểu Môdule cho phép thích nghi đơn giản với bất kỳ mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ kiện đã đ−ợc lắp ghép PLC vào t− thế sẵn sàng làm việc ngay. - Độ tin cậy cao và ngày càng tăng. Độ tin cậy của PLC ngày càng cao và tuổi thọ ngày càng tăng. Việc bảo d−ỡng định kỳ không phải thực hiện đối với PLC. - Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo ch−ơng trình. Việc lập trình đơn giản, chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập. - Sự đánh giá các yêu cầu là đơn giản. nếu biết đ−ợc số đầu vào và đầu ra cần thiết, thì có thể đành giá kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ là bao nhiêu. Từ đó có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn loại PLC, phù hợp với yêu cầu. - Xử lý t− liệu tự động. Trong nhiều bộ PLC, việc xử lý t− liệu đ−ợc tiến hành tự động làm cho việc thiết kế điện tử trỏ lên đơn giản. - Tiết kiệm không gian. Hệ thống điều khiển xử dụng PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với hệ điều khiển Rơle t−ơng đ−ơng, trong nhiều tr−ờng hợp không gian đ−ợc thu hẹp lại. - Khả năng tái tạo. Bộ PLC có thể sử dụng thuận lợi cho các máy đã làm việc ổn định mà càn có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà ng−ời ta có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành. - Sự cải biến thuận tiện. Những dây truyền điều khiển nếu chỉ muốn cải biến một bộ phận nhỏ trong chức năng điều khiển, có thể đ−ợc cải tạo một cách đơn giản băng cách sao chép,cải biến hoặc thêm vào những phần mới so với kỹ thuật điều Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 7 khiển bằng Rơle ở dây có thể giảm thời gian lắp ráp, do có thể lập trình các chức năng điều khiển tr−ớc hoặc trong khi lắp ráp bảng điều khiển. - Hệ thống điều khiển sử dụng PLC lắp đặt đơn giản hơn hệ dùng Rơle và giảm: + 80% số l−ợng dây nối + Công suất tiêu thụ điện năng của PLC là rất thấp có chức năng chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa đ−ợc nhanh chóng và dễ dàng. + Số l−ợng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển, số l−ợng tiếp điểm trong ch−ơng trình sử dụng không hạn chế. + Thời gian hoàn thành một ch−ơng trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến nâng cao năng suất sản xuất. + Có thể làm việc trong nhiều môi tr−ờng khác nhau. + Có thể tính toán giá trị kinh tế của hệ thống điều khiển tự động tr−ớc khi lắp đặt. + Đ−ợc ứng đụng điều khiển trong phạm vi rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. 1.1.3 Giá trị kinh tế của PLC. Ngày nay trong thời đại kinh tế việc đầu t− một dây truyền sản xuất ngoài yếu tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến kinh tế ( chi phí đầu t− ) của ph−ơng án. Sự ra đời của PLC có một giá trị kinh tế to lớn và đó là −u điểm rõ rệt so với điều khiển bằng Rơle, thực tế việc sử dụng hệ PLC thấp hơn nhiều so với hệ điều khiển băng Rơle. Mặt hạn chế của PLC đòi hỏi có một đội ngũ nhân viên, có một trình độ kỹ thuật cao, có kinh nghiệm, hiểu biết về PLC để thiết kế lập trình và điều khiển. Tuy nhiên với −u điểm hơn hẳn so với hệ điều khiển bằng Rơle thì hệ điều khiển bằng PLC đ−ợc sử dụng rộng rãi và ngày càng phát triển. D−ới đây là những −u và khuyết điểm của hệ điều khiển băng PLC và điều khiển bằng rơle cả về kinh tế lẫn kỹ thuật: Điều khiển bằng Rơle Điều khiển băng PLC Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 8 Ưu điểm: - Lắm biết đ−ợc và tin cậy trong thời gian dài. - Lắm biết đ−ợc mức độ tin cậy. - Nhiều bộ phân đã tiêu chuẩn hoá. -Rất ít nhạy cảm với nhiễu. - Kinh tế với hệ thống nhỏ. Nh−ợc điểm: - Thời gian lắp đặt lâu - Thay đổi khó khăn. - Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp. - Có h− hao trong sử dụng, do đó cần bảo quản th−ờng xuyên. - Kích th−ớc lớn. Tốn nhiều dây dẫn. - Công suất tiêu thụ lớn. - Công nhân sửa chữa tay nghề cao. Ưu điểm: - Độ tin cậy cao nhờ sử dụng các phần tử tiếp xúc. - Thay đổi dễ dàng qua công nghệ phích cắm. - Kích th−ớc nhỏ, lắp đặt đơn giản. - Thay đổi nhanh quy trình điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng. - Có thể nối mạng với máy tính Nh−ợc điểm: -Giá thành tạo dựng cao bộ thiết bị lập trình th−ờng giá đắt Những −u điểm trên của bộ điều khiển bằng PLC giúp nó đứng vững và ngày càng phát triển trong các ngành sản xuất. Đặc biệt nó đ−ợc ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất và đã thay thế toàn bộ hệ điều khiển băng Rơle trong các đây truyền sản xuất hiện đại. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 9 1.1.4 Cơ sở và khả năng phát triển của PLC PLC phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính và dựa trên sự kế thừa các hệ điều khiển cổ điển bằng Rơle, trục cam… Sơ đồ thể hiện cơ sở phát triển của PLC. Các phần tử đầu vào Bộ điều khiển Phần tử chấp hành Từ sự khắc phục các nh−ợc điểm tr−ớc của các hệ thống điều khiển tr−ớc cùng sự phát triển của khoa học công nghệ tích hợp PLC hiện nay có dung l−ợng rất lớn và có tốc đọ xử lý nhanh. Làm cho PLC trơ thành phần tử tự động hoá thông dụng đáp ứng tất cả các yêu cầu công nghệ. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và sự cạnh tranh của các hãng sản xuất làm cho giá thành của PLC ngày càng hạ, làm cho việc đầu t− ban đầu đ−ợc thấp, đem lại hiệu quả kinh tế. Do vậy PLC có khả năng phát triển rộng rãi và ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp cũng nh− nông nghiệp. 1.1.5 ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC Do PLC có rất nhiều −u điểm, hiên nay PLC đ−ợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau nh−: Rơle Công tắc tơ Rơle thời gian Bộ đếm…. Động cơ, công tắc tơ Van thuỷ lực, khí nén bộ hiển thị … PLC Động cơ, công tắc tơ Van thuỷ lực, khí nén bộ hiển thị … Nút ấn. Công tắc Công tắc hành trình cảm biến quang điện Nút ấn. Công tắc Công tắc hành trình cảm biến quang điện Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 10 - Hệ thống vận chuyển. - Dây truyền đóng gói. - Điều khiển bơm. - Công nghệ sản xuất giấy. - Dây truyền sản xuất thuỷ tinh. - Công nghệ chế biến thực phẩm. - Các dây truyền lắp ráp. - Kiểm tra quá trình sản xuất. Ngoài những ứng dụng trên PLC còn d−ợc ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong ngành nông nghiệp thì " Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao" Sử dụng PLC điều khiển các dây truyền sản xuất, điển hình là dây truyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. Do điều kiện có hạn lên không thể nêu hết các ứng dụng của PLC đ−ợc và ngày nay nó đ−ợc ứng dụng rất nhiều tạo điều kiện tăng năng suất, giải phóng sức lao động cho công nhân và nâng cao chất l−ợng sản phẩm. 1.2 Cơ sở kỹ thuật số Khi lập trình cho PLC ng−ời lập trình có thể sử dụng nhiều ph−ơng thức viết ch−ơng trình. Tuy nhiên PLC là phần tử điều khiển logic do đó ng−ời lập trình cần hiểu các kiến thức cơ sở về kỹ thuật số. 1.2.1 Các hệ đếm Chúng ta th−ờng sử dụng rất nhiều hệ đếm, thông th−ờng quen dùng nhất vấn là hệ thập phân. Tuy nhiên trong lập trình PLC ngoài hệ thập phân còn có rất nhiều các hệ đếm khác nh−: - Hệ nhị phân: Hệ đếm cơ số 2, sử dụng hai con số 0 và 1 để biểu diễn các giá trị. Ví dụ: số 9 biểu diễn là: 1001 - Hệ bát phân: Đây là hệ đếm cơ số 8, sử dụng tám con số 0,1,2,3,4,5,6,7 để biểu diễn các giá trị. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 11 - Hệ thập phân: Là hệ đếm cơ số 10 sử dụng 10 con số từ 0 đến 9 để biểu diễn các giá trị. - Hệ thập lục phân: Là hệ đếm cơ số 16 sử dụng 16 con số 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E.F để biểu diễn các giá trị. 1.2.2 Kiểu dữ liệu Một ch−ơng trình ứng dụng trong PLC có thể đ−ợc sử dụng các kiểu dữ liệu khác nhau. PLC l−u giữ dữ liệu trong các bộ nhớ, các dữ liệu này có thể đ−ợc l−u trữ ở nhiều dạng khác nhau. Do đó d−ới đây chỉ trình bày các kiểu dữ liệu th−ờng đ−ợc sử dụng. Kiểu số tự nhiên Kiểu số tự nhiên không dấu Kiểu số tự nhiên có dấu Kích th−ớc Thập thân Hexadexima Thập thân Hexadexima Byte ( 8 bit) 0 ữ255 0 ữ FF -128 ữ127 80 ữ 7F Word (16 bit) 0 ữ65535 0 ữ FFFF -32768 ữ32767 8000 ữ7FFF Double word 0 ữ4294961295 0ữFFFFFFFF -2147483648 ữ2147483647 80000000 ữ7FFFFFFF Kiểu số thực: PLC sử dụng 32 bit để mã hoá các số thực, do đó ta có các giá trị: + 1175495E- 38 ữ + 3402823E + 38(D−ơng) - 1175495E- 38 ữ - 3402823E + 38(Âm) 1.2.3. Đại số Boole 1. Định nghĩa: Ta biết biên Boole là loại hàm số mà miền giá trị của nó chỉ có 2 phần tử và phần tử của chúng là 0 và 1. Xét 1 tập hợp (B) với tất cả các biến Boole với 3 phép tính And(^), Or(V), Not(_). Thì biến Boole trong tập hợp đó luôn có giá trị là 1 sẽ là phần tử đơn vị đối Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 12 với phép tính And, t−ơng ứng biến luôn có giá trị 0 là phần tử đơn vị của phép tính Or. Nên ta có: x^1 = 1^x = x. Với mọi x thuộc B. xV 0 = 0Vx = x. Với mọi x thuộc B. Định nghĩa: Không giới hạn quy định của bảng chân lý về các phép tính And, Or, Not nếu trên (B) ta xác định đ−ợc 3 phép tính And, Or, Not thoả mãn. 1) xVy = yVx. 2) xV(y^z) = (xVy)^z. 3) (x^y)V(xVy) = x. Mọi x, y, z thuộc B thì tập B cùng 3 phép tính đó sẽ đ−ợc gọi là đại số Boole. 2.Tính chất: Một đại số Boole B với 3 phép tính And, Or, Not có các tính chất sau: Tính chất 1: X = X. BX ∈∀ . Tính chất 2: X = X.X = X^X. BX ∈∀ . Tính chất 3: X .X = 0. BX ∈∀ . Tính chất 4:1VX = 1. BX ∈∀ . Tính chất 5: 0VX = X. Tính chất 6: X VX = 1. Tính chất 7: X.Y = yxx + 1.2.4. Các phần tử lôgic cơ bản. Trong kĩ thuật số cũng nh− trong việc điều khiển bằng PLC thì ng−ời ta th−ờng dùng các phép tính cơ bản là AND (∧ ), OR (∨ ), NOT , NAND, NOR. Ta có các quan hệ lôgic là: • Phần tử AND. Là phần tử có nhiều đầu vào và một đầu ra, đầu ra có giá trị lôgic bằng 1 khi tất cả các đầu vào bằng 1. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 13 Giả sử xét phần tử AND hai đầu vào.(Kí hiệu hai đầu vào là S1 và S2, đầu ra là H1) 24V S2 S1 H1 0V Bảng chân lý Hình 1.1: Mạch điện lôgic and Vậy Nếu cả hai khoá S1 và S2 đều đóng mạch thì đèn mới sáng. Vậy sơ đồ điện trên thể hiện quan hệ lôgic AND. H1 = S1∧S2 H1 = S1.S2 Phần tử OR: Là phần tử có nhiều đầu vào và một đầu ra. Có giá trị bằng 1 khi ít nhất một trong các đầu vào bằng 1. 24V S1 S2 H1 0V Bảng chân lý. Hình1.2: Mạch điện logic OR Trong đó nếu S1 hoặc S2, hoặc cả S1, S2 đều đóng thì đều làm đèn H1 sáng nh− nhau. Sự đóng mạch của công tắc S1, S2 làm đèn sáng là quan hệ lôgíc OR. H1= S1+ S2 S1 S2 H1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 S1 S2 H1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 14 H1=S1+ S2 Phần tử NOT: Là phần tử có 1 đầu vào và một đầu ra, tín hiệu ra là phủ định tín hiệu vào. 24V S1 K1 K1 H1 0V Bảng chân lý. Hình1.3: Mạch điện logic NOT Khoá S1 mở mạch thì đèn sáng. Còn S1 mở thì đèn sáng. H1= S 1 Phần tử NAND và phần tử NOR: Đây là hai phần tử AND phủ định( AND Not) và OR phủ định(OR Not). 24V NAND S1 K1 S2 K1 H1 0V Hình 1.4: Mạch điện logic NAND Ta có: H1= 21 SS ∧ . H1= 2.1 SS . NOR 24V S1 S2 K1 S1 H1 0 1 0 1 1 0 1 0 S1 S2 H1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 15 K1 H1 0V Bảng chân lý Hình 1.5: Mạch điện logic NOR Ta có: H1= 21 SS ∨ . H1= 21 SS + . 1.3. Các b−ớc thiết kế hệ thống điều khiển lôgic. Việc lập trình cho các hệ thống điều khiển bằng PLC ngày càng đ−ợc sử dụng rộng rãi. Có rất nhiều ph−ơng án để thiết kế, nh−ng để thuận tiện cho học viên thì ng−ời ta đã đ−a ra các b−ớc chung thiết kế hệ thống điều khiển lôgíc. 1.3.1. Xác định tín hiệu vào và ra. B−ớc thứ hai là phải xác định vị trí kết nối giữa các thiết bị vào ra với PLC. Tín hiệu vào có thể là tiếp điểm, cảm biến thiết bị ra có thể là rơle điện từ, môtơ, đèn báo. Mỗi vị trí kết nối đ−ợc đánh số t−ơng tự ứng với PLC sử dụng các thiết bị vào/ra có chức năng riêng biệt nhau ta cần lựa chọn sao cho các bộ cảm biến và các bộ chấp hành có thể đ−ợc nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm các thiết bị phụ trợ. 1.3.2.Viết ph−ơng trình điều khiển. Các PLC hiện có trên thị tr−ờng hầu hết đang sử dụng 3 cách viết thông th−ờng đó là LAD, STL và FBD. Tuỳ theo yêu cầu của công nghệ mà ta viết ch−ơng trình điều khiển cho phù hợp. 1.3.3.Nạp ch−ơng trình vào bộ nhớ. Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp vào ra nếu cần. Sau đó nạp ch−ơng trình soạn thảo từ các thiết bị lập trình vào bộ nhớ của PLC. Sau khi hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạy ch−ơng trình mô phỏng hoạt động hệ thống. S1 S2 H1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 16 1.3.4.Chạy ch−ơng trình . Tr−ớc khi khởi động hệ thống cần phải chắc chắn dây nối từ PLC đến các thiết bi ngoại vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực hiện các b−ớc tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đ−a vào hoạt động thực tế. Từ các b−ớc thiết kế hệ thống trên để đơn giản và dễ hiểu, quy trình điều khiển có thể mô tả theo l−u đồ . Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 17 No Yes No Yes Hình 1.6: Thiết kế mô hình điều khiển trên PLC Ch−ơng trình đúng Sửa chữa ch−ơng trình Kết nối các thiết bị I/O vào PLC Kiểm tra tất cả các dây nối Chạy thử ch−ơng trình Kiểm tra Nạp ch−ơng trình vào EPROM Tạo tài liệu ch−ơng trình Kết thúc Xác định yêu cầu của hệ thống. Vẽ l−u đồ điều khiển Liên kết các đầu vào / ra t−ơng ứng với các đầu I/O của PLC Soạn thảo ch−ơng trình. Nạp ch−ơng trình vào PLC Chạy mô phỏng và tìm lỗi Chạy tốt Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 18 1.4. Những vấn đề chung về PLC. 1.4.1. PLC. PLC ( Programable Logic Cotrol ) là mộ thiết bị điều khiển sử dụng một bộ nhớ có thể lập trình, bộ nhớ này sẽ l−u giữ các cấu trúc lệnh (Logic, thời gian, bộ đếm các hàm toán học…) để thực hiện chức năng điều khiển. Ch−ơng trình điều khiển Tín hiệu vào Tín hiệu điều khiển Tín hiệu đ−a vào PLC đ−ợc lấy từ các thiết bị nh− các cảm biến (Sensor), công tắc …Tín hiệu đầu ra PLC có thể đ−ợc sử dụng để điều khiển một đối t−ợng (động cơ, van…) hoặc la cả một quá trình điều khiển. Thời kỳ đầu PLC đ−ợc thiết kế để thay thế cho các hệ điều khiển dùng Rơ le, công tắc tơ đơn thuần tuy nhiên trong quá trình phát triển, với một −u điểm lớn là có thể chỉnh sửa lại ch−ơng trình điều khiển tuỳ ý mà không mất nhiều công sức cũng nh− các chi phí, bởi vậy có thể đ−ợc ứng dụng rất linh hoạt, PLC ngày nay đã phát triển và có những khả năng để có thể điều khiển các hệ điều khiển phức tạp. Đặc biệt PLC ngày nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những ng−ời sử dụng nó không cần giỏi những kiến thức điện tử mà chỉ cần lắm vững công nghệ sản xuất để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình đ−ợc. Nh− vậy PLC có thể coi nh− một máy tính và có đặc điểm nh− sau: - Đ−ợc thiết ké với cấu trúc đơn giản, có thể làm việc trong môi tr−ờng công nghiệp, nông nghiệp ( Chịu đ−ợc tiếng ồn, nhiệt độ, độ ẩm cao và độ dung động) - Các tín hiệu vào ra đ−ợc cách ly về điện với bộ điều khiển có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra. - Lập trình đơn giản, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chỉ thuần tuý thực hiện chức năng logic. PLC Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 19 Ra đời năm 1968 với 20 đầu nhận tín hiệu vào ra số ngày nay PLC đã đ−ợc chế tạo theo module để có thể mở rộng theo yêu cầu và có thể làm việc với một số l−ợng lớn các đầu vào và thực hiện đ−ợc nhiều chức năng điều khiển. 1.4.2. Cấu trúc phần cứng PLC. Vì cấu trúc của bộ điều khiển khả lập trình đ−ợc dựa trên cùng một nguyên lý với kiến trúc máy tính. Cho nên PLC có năm thành phàn cơ bản: Đơn vị xử lý trung tâm, bộ nhớ, bộ nguồn nuôi, khối vào ra tín hiệu và thiết bị lập trình. Sơ đồ khối cơ bản nh− hình sau: Hình1.7: Hệ thống PLC - Bộ xử lý trung t