Đồ án Thiết kế điều khiển thang máy chở người năm tầng

. Sơ đồ gồm một cầu chỉnh lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một điôt gọi là điôt chặn. Bộ biến tần nguồn áp: Ta có cấu trúc BBT nguồn áp: - Bộ biến tần nguồn áp có nguồn cấp một chiều là nguồn áp, điện trở trong rất nhỏ. Dạng điện áp của nguồn áp xác định dạng điện áp ra trên tải, còn dạng dòng điện tải thì phụ thuộc các thông số của tải. Việc điều chỉnh điện áp ra ở trên tải được thực hiện dễ dàng bằng điều khiển qui luật mở van của phần nghịch lưu. Phương pháp điều khiển này thay đổi dễ dàng tần số mà không phụ thuộc vào lưới. - Nguyên lý của BBT nguồn áp bao gồm một mạch chỉnh lưu CL, chỉnh lưu điện áp xoay chiều ba pha thành điện áp một chiều. Điện áp một chiều này qua mạch lọc trung gian L sau đó đưa vào bộ nghịch lưu NL tạo ra điện áp xoay chiều ba pha có tần số và biên độ khác so với điện áp lưới. - Điều khiển tần số động cơ không đồng bộ với bộ biến tần nguồn áp: Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp với tần số nguồn cung cấp. Do đó, thay đổi tần số cung cấp cho động cơ sẽ thay đổi tốc độ đồng bộ và tương ứng là tốc độ của động cơ. Sức điện động cảm ứng trong stator (E) tỉ lệ với tích tần số cung cấp và từ thông khe hở trong không khí. Nếu bỏ qua điện áp rơi trên điện trở stator, có thể xem suất điện động E ằ điện áp nguồn cung cấp. Nếu giảm tần số nguồn nhưng giữ nguyên điện áp sẽ dẫn đến việc gia tăng từ thông khe hở không khí dẫn đến bão hoà mạch từ làm dòng từ hoá tăng, méo dạng dòng và áp cung cấp, gia tăng tổn hao lõi và tổn hao đồng stator và gây tiếng ồn có tần số cao. Ngược lại từ thông khe hở không khí giảm dưới định mức sẽ làm giảm khả năng tải của động cơ. Vì vậy, việc giảm tần số động cơ dưới tần số định mức thường đi đôi với việc giảm điện áp pha U sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi. + Thiết bị biến tần chỉ tạo ra được điện áp hình sin chữ nhật hoặc gần chữ nhật, chứa nhiều sóng hài. Muốn giảm nhỏ ảnh hưởng của sóng hài, người ta có thể dùng các bộ lọc, và như vậy, trọng lượng và giá thành của thiết bị biến tần sẽ cao. Điều mong muốn là làm thế nào để vừa điều chỉnh được điện áp ra mà vẫn giảm nhỏ được ảnh hưởng của các sóng hài bậc thấp. Biện pháp “ điều biến độ rộng xung” nhằm đáp ứng yêu cầu trên có nội dung chính như sau: + Tạo một sóng dạng sin um, ta gọi là sóng điều biến, có tần số bằng tần số mong muốn. + Tạo một sóng dạng tam giác, biên độ cố định up, ta gọi là sóng mang, có tần số lớn hơn nhiều (thường là bội ba) tần số của sóng điều biến. + Dùng một khâu so sánh để so sánh um và up. Các giao điểm của hai sóng này xác định khoảng tác động của xung điều khiển tiristor và transitor công suất. Người ta chia điều biến độ rộng xung thành hai loại: Điều biến độ rộng xung đơn cực và điều biến độ rộng xung lưỡng cực. Sơ đồ: Điều biến độ rộng xung đơn cực: + Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số 0 và +E trong nửa chu kì dương và 0 và -E trong nửa chu kì âm. + Giản đồ điều biến độ rộng xung đơn cực, một pha, tải R+L: Hình I.8 + Sóng hài trong điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải u là một hàm chu kì, lẻ. Khai triển Fourier của nó chỉ chứa các thành phần sóng sin. Biên độ của các sóng hài tính theo công thức: Khi n = 1, ta có: U2m = 0 Khi n = 3: Biên độ của các sóng hài có dạng tổng quát như sau: Trong đó: n = 1,3,5… ai - góc chuyển trạng thái, i biến thiên từ 1 đến k; ak - góc trạng thái cuối cùng trước p/2; Như vậy, đối với điều biến độ rộng xung đơn cực, để điện áp tải không chứa các sóng hài bậc 3,5 và 7 cần phải có: Điều biến độ rộng xung lưỡng cực: + Điện áp ra trên tải là một chuỗi xung, độ rộng khác nhau, có trị số ±E. Tỷ số giữa biên độ sóng điều biến và biên độ sóng mang, kí hiệu là M, được gọi là tỷ số điều biến, M = Am / Ap. Điều chỉnh Am cũng chính là điều chỉnh độ rộng xung. Khi M = 1 thì điện áp ra tải có biên độ lớn nhất. Muốn giảm nhỏ điện áp ra, ta giảm nhỏ Am. + Giản đồ điều biến độ rộng xung lưỡng cực, tải R+L: Hình I.9 + Sóng hài trong điện áp tải: Nếu chuyển gốc toạ độ sang O’, điện áp tải có dạng chu kỳ, lẻ, chỉ chứa các thành phần sin. Biên độ sóng hài được tính theo công thức: U2m = 0 Biểu thức tổng quát của biên độ sóng hài của điều biến độ rộng xung lưỡng cực: Khi u bắt đầu bằng một xung dương. Khi u bắt đầu bằng một xung âm. Nếu muốn loại trừ sóng hài bậc 3 và 5 cần phải có: 1 - 2cos3a1 + 2cos3a2 = 0 1 - 2cos5a1 + 2cos5a2 = 0 Bằng phương pháp tính gần đúng tìm được a1 = 230 616, a2 = 3303. Như vậy điện áp ra chỉ chứa sóng cơ bản và các sóng hài bậc cao 7,9,11… Có thể xem: * Các BBT hiện nay được chế tạo chọn bộ, các BBT này thông thường bao gồm: hệ thống mạch có thể là tiristor hoặc có thể là tranzitor và một trung tâm điều khiển CPU ứng dụng công nghệ one-chip. Trung tâm điều khiển này làm nhiệm vụ đóng mở các van bán dẫn mạch lực, có khả năng giao tiếp với thế giới bên ngoàI và truyền thông với các thiết bị khác. Ngoài ra trong BBT còn có bộ phận bảo vệ cho các van. I.4.2.2.Chọn biến tần: Dựa theo các yêu cầu về thang máy và các số liệu đã tính toán với động cơ, chúng em chọn biến tần loại 3G3MV-A4075 + Môdul điều khiển trở phanh hãm PLKEB47P5 + 75W/780W của hãng OMRON có các thông số như sau: Điện áp danh định: 3 pha 400VAC. Cấu trúc bảo vệ: Loại kín lắp trên tường (NEMA1 và IP20). Công suất tải động cơ tối đa: 7,5KW. a.Các chức năng thuận tiện khi sử dụng biến tần 3G3MV - A4075: + Dễ dàng thiết lập thông số ban đầu và thao tác với núm chỉnh FREQ ở mặt điều khiển trước. + Dễ bảo trì, quạt làm mát có thể dễ dàng sửa và thay thế. Tuổi thọ của quạt có thể kéo dài bằng cách chỉ bật lên khi biến tần bắt đầu hoạt động. + Triệt tiêu sóng hài: có thể nối với cuộn kháng DC vốn hiệu quả hơn cuộn kháng AC thông thường; hoặc có thể kết hợp cả hai để tăng hiệu quả. + Tương thích với RS - 422/485 và Compobus/D: Các bộ 3G3MV đều có sẵn RS - 422/485 cho truyền tin nối tiếp theo giao thức ModBus. Ngoài ra 3G3MV có thể lắp thêm một card mạng Compobus/D tuỳ chọn cho giao tiếp với mạng DeviceNet. Chỉ một trong hai loại truyền tin trên là có thể sử dụng tại một thời điểm. b.Kí hiệu: Hình I.10. Trong đó: Hình I.11. c.Sơ đồ nối dây: Hình I.12. Sơ đồ nối dây của biến tần. Trong sơ đồ nối dây ở trên ta có: U/T1, V/T2, W/T3: Đầu ra motor. R/L1, S/L2, T/L3: S1: Đầu vào quay thuận/Dừng. S2,S3: Đầu vào đa chức năng 1. SC: Đầu vào chung logic trình tự. d.Hành trình của thang máy: Hình I.13 Hành trình lên: + Ban đầu khi thang máy đi lên thì: Cấp điện cho phanh điện từ: KB ON Tiếp điểm 10001: Kín Tiếp điểm 10002: ON Tiếp điểm 10003: ON Tiếp điểm 10004: ON Tiếp điểm 10005: OFF + Khi gần đến tầng thì biến tần điều khiển động cơ giảm tốc, lúc đó: Tiếp điểm 10001: Kín Tiếp điểm 10002: ON Tiếp điểm 10003: ON Tiếp điểm 10004: OFF Tiếp điểm 10005: ON + Khi dừng thì: Cắt phanh điện từ: KB OFF Tiếp điểm 10001: Kín Tiếp điểm 10002: OFF Hành trình xuống: tương tự như hành trình lên. e.Đặt đường cong V/f (n11 đến n17): Đặt đường cong V/f sao cho mômen đầu ra motor được điều chỉnh đến mức mômen tải yêu cầu. 3G3MV có sẵn chức năng tăng momen tự động . Do đó một mức tối đa là 150% momen bình thường có thể được đưa ra đầu ra ở tần số 3Hz mà không cần thay đổi thông số mặc định nếu không cần phải thay đổi đặc tính momen. Ta có bảng khoảng đặt, đơn vị đặt các giá trị tần số, điện áp. Khoảng đặt Đơn vị đặt n11 Tần số max ( FMAX) 50 - 400 (Hz) 0.1 Hz n12 Điện áp max (VMAX) 1 - 255 (V) 1V n13 Tần số điện áp max (FA) 0.2 - 400 (Hz) 0.1 Hz n14 Tần số ra giữa (FB) 0.1 - 399,9 (Hz) 0.1 Hz n15 Điện áp tần số ra giữa (VC) 1 - 255 (V) 1V n16 Tần số ra min (FMIN) 0.1 - 10.0 (Hz) 0.1 Hz n17 Điện áp tần số ra min (VMIN) 1 - 50 (V) 1V Hình I.14. Chú ý: Tải trục đứng hay tải với ma sát trượt lớn có thể yêu cầu mômen cao ở tốc độ thấp. Nếu không đủ mômen ở tốc độ thấp, tăng điện áp ở dải tốc độ thấp khoảng 1V, với điều kiện là không có quá tải để phát hiện. Nếu phát hiện thấy có quá tải, hãy giảm giá trị đặt hay xem xét đến một loại biến tần có công suất cao hơn. Theo tính toán ở phần trên, ta tính được f1stator,U1; f2stator,U2; f3stator,U3 để từ đó ta đặt được đường cong V/f: + (Hz) đ (Hz) + (Hz) (Hz) + (Hz) (Hz) Chương II Vấn đề điều khiển thang máy II.1.Yêu cầu chung về điều khiển: 1.Yêu cầu về kĩ thuật: Thang máy phải dễ điều khiển, làm việc tin cậy, có độ bền vững và tuổi thọ lớn, dừng chính xác ở sàn tầng. 2.Yêu cầu về an toàn: Đối với thang máy chở người, yêu cầu về an toàn là yếu tố quan trọng nhất vì nếu chẳng may xảy ra sự cố thì sự mất an toàn có thể trả giá bằng tính mạng của hành khách. Để đảm bảo thang máy làm việc tuyệt đối an toàn thì mọi bộ phận của thang máy phải đạt độ tin cậy cao nhất. Giữa phần cơ và phần điện của thang máy phải có khoá liên động chặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thoả mãn các yêu cầu về an toàn thì phần điện mới được phép hoạt động. 3.Yêu cầu về kinh tế: Thang máy phải có vốn đầu tư vừa phải tương ứng với loại nhà, chi phí vận hành ít. 4.Yêu cầu về công nghệ: + Thang máy phải dễ điều khiển và hiệu chỉnh ( tính đơn giản cao ). + An toàn tuyệt đối cho người và thiết bị. + Yêu cầu về dừng chính xác cao, không gây khó chịu cho hành khách, phạm vi điều chỉnh tốc độ từ 3:1 đến 10:1. 5.Yêu cầu về truyền động: Có thể nói một trong những yêu cầu cơ bản đối với hệ truyền động thang máy là phải đảm bảo cho buồng thang chuyển động êm. Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi hãm. Các tham số chính đặc trưng cho chế độ làm việc của thang máy là: Tốc độ di chuyển: v [m/s] Gia tốc: a [m/s2] Độ dật: r [m/s3] * Tốc độ di chuyển của buồng thang: quyết định năng suất của thang máy, có ý nghĩa quan trọng, nhất là đối với các nhà cao tầng. * Đối với các nhà cao tầng, tối ưu nhất là dùng thang máy cao tốc (v = 3,5 m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang đạt gần bằng tốc độ định mức nhưng việc tăng tốc độ lại dẫn đến tăng giá thành của thang máy. Nếu tăng tốc độ của thang máy v = 0,75 m/s lên v = 3,5 m/s, giá thành tăng lên 4 á 5 lần. Vì vậy, tuỳ theo độ cao của toà nhà mà chọn thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu. * Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy, nghĩa là tăng gia tốc. Nhưng khi gia tốc lớn có thể gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách ( như chóng mặt, sợ hãi, nghẹt thở,…) vì vậy gia tốc tối ưu là a Ê 2 m/s2. * Một đại lượng nữa quyết định sự di chuyển êm của buồng thang là tốc độ tăng của gia tốc khi mở máy và tốc độ của gia tốc khi hãm máy đó chính là độ dật r: r = da dt = d2v dt2 Khi gia tốc a Ê 2 m/s2 thì độ dật không được quá 20 m/s3. Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ trung bình và tốc độ cao biểu diễn trên hình II.1. Hình II.1.Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường s, tốc độ v và độ dật r theo thời gian. Biểu đồ trên chia làm 5 giai đoạn: mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng. * Thang máy làm việc tin cậy trong mọi điều kiện nghiệt ngã của môi trường nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác. Phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh. Hình II.2 biểu diễn mối quan hệ giữa mômen cản tĩnh và tốc độ: Mc = f(w). Nhìn vào đồ thị ta thấy: Khi w = 0 thì Mc lớn; Mc = ( 2á 2,5) Mcđm 6.Yêu cầu về cơ cấu hãm: * Buồng thang dừng chính xác: Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây những hiện tượng sau: Đối với thang máy chở khách làm cho khách ra, vào khó khăn; tăng thời gian ra, vào của hành khách dẫn đến giảm năng suất. Đối với thang máy chở hàng gây khó khăn trong việc xếp và boóc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng. * Buồng thang không được rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo. * Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang khi tốc độ di chuyển vượt quá (20á 40)% tốc độ định mức. 7.Yêu cầu về mômen quán tính: Phụ tải của thang máy là phụ tải thế năng. Động cơ truyền động cho thang máy phải làm việc với phụ tải ngắn hạn. 8.Yêu cầu về vận hành: Không được vận hành trong trạng thái bất thường, nếu cần đảo chiều phải êm, tốc độ không được giảm đột ngột. II.2. Chọn thiết bị điều khiển: II.2.1.Tổng quan về PLC: II.2.1.1.Giới thiệu về PLC: 1.PLC (Program mable Logic Controler - Bộ điều khiển lập trình): Thực chất là một máy tímh công nghiệp đặt tại dây truyền sản xuất. Hiện nay PLC không những tín hiệu logic mà còn xử lý những tín hiệu analog (tương tự) thực hiện các luật điều khiển trong các bộ điều chỉnh tự động PI, PID, Fuzzy hoặc các mạch vòng điều khiển như mạch vòng tốc độ, mạch vòng vị trí. 2.Hệ thống điều khiển PLC: * Hệ thống điều khiển là tập hợp các dụng cụ thiết bị điện tử được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sự chỉnh đổi nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất. Nó thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn.Với những thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi hệ thống tự động hoá hoàn toàn đó là PLC. * PLC được sử dụng để kết hợp với máy tính chủ. Ngoài ra nó còn được giao diện để kết nối vối các thiết bị khác (như bảng điều khiển động cơ, quận dây, hiển thị LED,…). Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lí, điều khiển hệ thống lớn.Ngoài ra nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng vai trò rất quan trọng. PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu không được kết nối với các thiết bị cảm ứng (sensor) và nó cũng không cho phép bất kì máy móc nào hoạt động nếu đầu ra của PLC không được kết nối với động cơ , rơle,… 3.Đặc điểm của bộ điều khiển PLC : PLC là một máy tính công nghiệp , PLC được chế tạo ở các dạng modul chuẩn dễ dàng lắp ráp và bảo dưỡng. PLC là những thiết bị có độ bền cao đối với môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt. Dễ sử dụng và giao tiếp . PLC thực chất là một hệ vi xử lí có cấu trúc đặc biệt. 4.Khả năng làm việc của bộ điều khiển chương trình của PLC : + Điều khiển chuyên gia giám sát : Thay cho điều khiển rơle. Thời gian đếm . Thay cho các PANEL điều khiển mạch in. Điều khiển tự động , bán tự động bằng tay các máy và các quá trình. + Điều khiển dãy: Các phép toán số học. Cung cấp thông tin. Điều khiển PID. Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất). Điều động cơ chấp hành. Điều khiển động cơ bước. + Điều khiển mềm dẻo: Điều hành quá trình và báo động. Phát hiện lỗi và điều hành. Ghép nối với máy tính (RS 232C/ RS 242). Máy in ghép nối . Mạng tự động hoá xí nghiệp. Mạng cục bộ . Mạng mở rộng. FA.EMS.CIM. 5.Ưu và nhược điểm khi sử dụng PLC trong các hệ điều khiển: + Khi sử dụng PLC trong hệ điều khiển lôgic truyền thống: Ưu điểm : - Tính tác động nhanh cao. - Dễ thực hiện với các sơ đồ đơn giản. - Sử dụng trong các mạch công suất lớn. Nhược điểm: Tính không bền dẻo thể hiện: - Mỗi cấu trúc vật lý của hệ thực hiện một hàm điều khiển lôgic duy nhất. - Muốn thay đổi hàm điều khiển phải thay đổi cấu trúc vật lý. + Thực hiện hàm điều khiển logic bằng chương trình: Ưu điểm: Tính mềm dẻo cao thể hiện: - Mỗi cấu trúc vật lý có thể thực hiện các hàm điều khiển khác nhau tuỳ thuộc vào chương trình. - Để thay đổi hàm điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình mà không cần thay đổi cấu trúc vật lý. Nhược điểm: - Tính tác động nhanh không cao vì nó thực hiện bằng chương trình. 6.Vai trò của PLC: * Trong một hệ thống điều khiển tự động PLC được xem như là bộ não của hệ thống điều khiển. Với một chương trình cụ thể ( đã được lưu trong bộ nhớ của PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống bao gồm: Kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập. Dựa vào chương trình logic để xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu. * PLC được dùng để kiểm tra hệ thống từ đơn giản đến phức tạp hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá trình phức tạp. 7.Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá: Thời gian lắp đặt công trình ngắn hơn. Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính. Có thể tính toán chính xác giá thành. Cần ít thời gian huấn luyện. Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng. Dễ bảo trì các chỉ thị vào và ra giúp xử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn. Độ tin cậy cao. Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển. Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn,… II.2.1.2. Các thiết bị vào/ra dùng cho PLC: 1.Các thiết bị vào: Sự thông minh của một hệ thống tự động phụ thuộc vào khả năng đọc tín hiệutừ các cảm biến tự động từ PLC. Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao, phím,… Ngoài ra PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động như: công tắc, trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biến tốc độ,… Các tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái logic ON/OFF hoặc tín hiệu analog. Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các modul nhập. 2.Các thiết bị ra: Trong hệ thống tự động hoá nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thíêt bị ra thì hệ thống sẽ không hoạt động. Các thiết bị ra là: động cơ, cuộn dây, rơle,… Thông qua các hoạt động của cuộn dây, motor PLC sẽ có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản cho đến phức tạp.Các loại thiết bị ra này làm một phần kết cấu của hệ thống tự động hoá vì thế nó ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất của hệ thống. Tuy nhiên các thiết bị ra khác như: đèn pilot, còi và các báo động chỉ cho biết các mục đích khác như: báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào, các PLC thiết bị ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC. II.2.1.3. Đặc điểm chung của các bộ điều khiển khả trình PLC: 1.Bộ điều khiển khả trình PLC (Program mable Logic Controler): Bộ điều khiển PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle, công tắc tơ và các thiết bị cồng kềnh. Nó tạo ra khả năng điều khiển các thiết bị một cách dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình bằng tệp lệnh cơ bản. Ngoài ra PLC còn có thể thực hiện các nhiệm vụ khác như: định thời gian,… làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp. 2.Sơ đồ khối bên trong PLC: 3.Thời gian quét: * PLC làm việc theo kiểu vòng quét. Quá trình đọc các đầu vào thực hiện chương trìnhvà đưa tín hiệu đầu ra gọi là quét. Thời gian quét là quá trình liên tục và tuần tự từ đọc đầu vào, đánh giá và quyết định logic điều khiển và đưa tín hiệu ra. Đặc điểm của thời gian quét là nó cho ra bộ điều khiển phản ứng với đầu vào và xử lý chính xác logic điều khiển nhanh hay chậm. Thời gian cần thiết cho một lần quét thay đổi từ 1ms đến 30ms. Hình II.4. Sơ đồ vòng quét. * Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian quét: Thời gian quét phụ thuộc vào độ dài chương trình ứng dụng. Việc sử dụng các hệ thống I/O từ xa sẽ làm tăng thời gian quét do phải truyền tín hiệu từ đầu ra I/O đến hệ thống từ xa. Việc điều hành chương trình điều khiển cũng làm tăng thêm thời gian quét bởi vì bộ xử lý trung tâm (CPU) phải giữ trạng thái của các cuộn dây và các tiếp điểm đến CRT hoặc đến các phần tử khác. 4.Hoạt động của PLC: Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trình trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển ở các đầu ra cho các thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào/ra PLC cho phép nó kết nối trực tiếp với những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở các cổng ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở các cổng vào mà không cần có các mạch giao tiếp, các rơle trung gian. Tuy nhiên khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn thì cần phải có các mạch điện tử công suất trung gian. 5.Ưu điểm khi sử dụng PLC: * Sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây. Nếu có sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua các thiết bị lập trình thông dụng. * Khi sử dụng PLC thì thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống đòi hỏi phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. II.2.1.4.Cấu trúc phần cứng của PLC: * Phần cứng PLC tương tự như một máy tính, chúng có đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển công nghiệp như: Khả năng chống nhiễu tốt. Cấu trúc dạng môdul cho phép dễ dàng ghép nối và thay thế, tăng khả năng ( nối thêm môdul mở rộng vào ra ), thêm chức năng ( nối thêm các môdul chuyên dùng ). Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở cổng vào và cổng ra được chuẩn hoá. Thực hiện các logic điều khiển phức tạp mà hệ thống điều khiển rơle, công tắc tơ không thể thực hiện được. Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng là LADDER, STL, FUNCTIONCHART dễ hiểu và dễ sử dụng. * PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ xử lý trung tâm. Bộ nhớ. Khối vào/ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ điện, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng tháI của chúng và thông qua chương trình. Trạng thái ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm, sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng mở các “tiếp điểm” để kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy sự hoạt động của các thiết bị điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình có trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua các thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc bằng máy tính với các phần mềm chuyên dụng. 1.Bộ xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit ): CPU điều khiển và quản lý toàn bộ tất cả các hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối ra thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới sự điều khiển của PLC thường là 1 MHz hay 8 MHz tuỳ thuộc vào bộ xử lý thường dùng. Tần số xung clock xác định hoạt động của PLC và được dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống. 2.Bộ nhớ: ã Tất cả các loại PLC đều sử dụng loại bộ nhớ sau: + ROM ( READ ONLY MEMORY ): Bộ nhớ chỉ đọc dùng để lưu giữ chương trình điều hành. + RAM ( RANDON ACCESS MEMORY ): Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên dùng để lưu giữ tạm thời các giá trị logic khi chương trình thực hiện. + EEROM ( ELECTRONIC EARSABLE PROGRAM MABLE READ ONLY MEMORY ): Bộ nhớ này thường dùng để lưu giữ chương trình công nghệ. Đối với PLC loại nhỏ thông thường bộ nhớ có dung lượng cố định thường khoảng 2 KByte. Dung lượng này là đủ cho khoảng 80% hoạt động điều khiển trong công nghiệp. ã Cấu trúc vùng nhớ trong PLC: a.Vùng nhớ IR: Vùng nhớ này được chia làm hai vùng nhớ: + Vùng xuất nhập: Các Bit trong vùng này được phân bố đều cho các ngõ nhập và xuất. Chúng phản ánh trạng tháI ON/OFF của tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra. Các Bit nhập bắt đầu từ IR 0000 và các Bit xuất bắt đầu từ IR 1000. + Vùng làm việc: Đối với các CPM2 CPU thì tất cả các Bit nằm trong khoảng IR 020 đến IR 049 và IR 200 đến IR 207 không sử dụng các chức năng đặc biệt mà nó được sử dụng như các Bit làm việc. Các Bit làm việc reset khi CPU bị mất nguồn hoặc bắt đầu làm việc hoặc ngừng. b.Vùng nhớ SR: Các Bit này hoạt động như là các cờ để liên hệ hoạt động của PLC. c.Vùng nhớ TR: Khi một sơ đồ phức tạp không thể lập trình bằng mã gợi nhớ thì các Bit này được sử dụng để lưu giữ tạm thời điều kiện thực hiện tại điểm rẽ nhánh. Chúng chỉ được sử dụng cho mã gợi nhớ khi lập trình trực tiếp sơ đồ hình thang bằng cách sử dụng phần mềm Ladder Support Software (LSS) hoặc phần mềm Sysmac Support Software (SSS) thì các Bit TR sẽ được xử lý một cách tự động. Các Bit TR giống nhau không thể sử dụng quá một lần trong cùng một hệ lệnh nhưng có thể sử dụng lại trong bộ các Bit TR không thể kiểm tra từ các thiết bị ngoại vi. d.Vùng nhớ HR: Các Bit trong vùng nhớ này sẽ giữ lại trạng thái ON/OFF của nó khi PLC mất nguồn hoặc khi PLC ngừng hoạt động. Các Bit này có thể sử dụng như các Bit làm việc. e.Vùng nhớ LR: Khi PLC liên kết 1:1 với PLC khác, các Bit này được sử dụng để chia dữ liệu. Trong các Bit này LR có thể được dùng để liên kết dữ liệu. f.Vùng nhớ DM: Dữ liệu được đề xuất trong các khối word, vùng DM được chia làm 2:1 vùngcó thể sử dụng tự do, vùng còn lại được sử dụng với những chức năng riêng biệt. g.Vùng nhớ TC (TIMER - CNT): Vùng này dùng để quản lý thời gian và đếm với TIM, TIMH, CNT và CNTR.Các số giống nhau được sử dụng cho cả TIMER và COUNTER, mỗi số chỉ được sử dụng duy nhất một lần trong chương trình máy ứng dụng. Không được sử dụng hai số TC giống nhau thậm chí đối với các lệnh khác nhau. 3.Khối vào/ra: * Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5VDC và 15VDC ( điện áp cho TTL và CMOS ) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều thường là 24VDC đến 240VDC với dòng lớn. * Khối vào/ra có vai trò