Đồ án Ứng dụng PLC và biến tần điều khiển thang máy 7 tầng

[50.00] Đặt tần số cực đại cho động cơ P014 Tần số nhẩy 1 (Hz) 0ữ 50.00 [0.00] Một tần số nhẩy có thể được đặt với thông số này để tránh các tác động cộng hưởng của bộ biến tần. Đặt P014 = 0 để huỷ bỏ chức năng này P015* Tái khởi động tự động 0 ữ1 [0] Đặt thông số này tới ‘1’ làm cho bộ biến tần tái khởi động một cách tự động sau khi nguồn cấp điện bị cắt, với điều kiện là nút RUN/ STOP vẫn đóng 0 = Vô tác dụng. 1 = Tái khởi động tự động P017* Kiểu chạy êm 1 ữ 2 [1] 1 = Tiếp tục kiểu chạy êm (như P004 đã định) 2 = Ngưng kiểu chạy êm, làm cho lệnh STOP được đáp ứng nhanh và yêu cầu giảm tần số. P018 Tái khởi động tự động sau lỗi 0 ữ 1 [0] Tự động tái khởi động sau khi có lỗi 0 = Vô tác dụng 1 = Bộ biến tần sẽ liên tục tái khởi động 5 lần sau khi có lỗi. Nếu lỗi không được khắc phục sau lần khởi động thứ 5, bộ biến tần sẽ để nguyên trạng thái lỗi. P021* Tần số tương tự cực tiểu (Hz) 0ữ 50.00 [0] Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự thấp nhất. VD: 0V/ 0mA hoặc 2V/ 4mA, được xác định bởi P023 và cách đặt các chuyển mạch lựa chọn DIP. P022* Tần số tương tự cực đại (Hz) 0ữ650.00 [50.00] Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự cao nhất. VD: 10V hoặc 20mA được xác định bởi P023 và cách đặt các chuyển mạch lựa chọn DIP P023* Kiểu đầu vào tương tự 1 0 ữ 3 [ 0] Đặt kiểu đầu vào tương tự cho đầu vào tương tự 1, liên quan đến vị trí DIP. 0 = 0 – 10V/ 0 – 20mA 1 = 2 – 10V/ 4 – 20mA 2 = 2 - 10V/ 4 – 20mA 3 = -10V +10V, -10V tương ứng với quay trái ở tốc độ đặt trong P021, +10V tương ứng với tốc độ quay phảI đặt trong P022 P075* Điện trở hãm (chỉ có trong MMV) 0 ữ 1 [0] 0 = Điện trở hãm ngoài không được nối 1 = Điện trở hãm ngoài có được nối Một điện trở hãm ngoài có thể được sử dụng để triệt tiêu công suất do động cơ phát sinh, làm tăng khả năng hãm và giảm tốc. Nó phải lớn hơn 40 (80) cho bộ biến tần VAC 400V nếu không bộ biến tần sẽ bị hư hại. Các điện trở đều có thể dùng được cho các bộ biến tần khác nhau. P077 Chế độ điều khiển 0 ữ3 [1] Điều khiển sự liên hệ giữa tốc độ động cơ và điện áp do bộ biến tần cung cấp, có thể lựa chọn 1 trong 4 cách sau đây: 0 = Đường cong V/f 1 = điều khiển dòng thông lượng (FCC) 2 = Đường cong bậc 2 V/f 3 = Điều khiển véc tơ P080 Hệ số công suất định mức cos 0.00ữ 1.00 [***] Các thông số này phải được đặt cho động cơ sử dụng. Đọc kỹ nhãn thông số của động cơ trên nhãn động cơ. Lưu ý: Các thông số đặt mặc định của bộ biến tần có thể biến đổi tuỳ theo công suất nguồn P081 Tần số định mức cho động cơ (Hz) 0 ữ 650 [50.00] P082 Tốc độ định mức Cho động cơ (vòng/phút) 0 ữ 9999 [***] P083 Dòng điện định mức cho động cơ ( A) 0.1ữ 300.0 [***] P084 Điện áp định mức cho động cơ (V) 0ữ1000 [***] P085 Công suất định mức Cho động cơ (Kw) 0.12ữ 50.0 [***] P087 Bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC 0 ữ 1 [0] 0 = Vô tác dụng 1 = Bảo vệ nhiệt cho động cơ bên ngoài PTC có tác dụng P088 Tự động điều chỉnh 0 ữ1 [0] Điện trở stator được sử dụng trong các tính toán điều chỉnh dòng của bộ biến tần. Chức năng này cho phép bộ biến tần thực hiện việc đo lường tự động điện trở stator, lưu giữ nó trong P089 và sau đó đặt lại P088 tới ‘0’. Nếu điện trở được tính quá cao đối với kích cỡ của bộ biến tần (ví dụ động cơ không được nối hoặc những động cơ nhỏ không thường xuyên được kết nối), bộ biến tần sẽ ngắt (mã lỗi F188 ) và sẽ bỏ giá trị P089 và đặt tới ‘1’. Nếu như vậy đặt P089 bằng tay và đặt P008 tới ‘0’ P089* Điện trở stator () 0.01ữ 199.99 Có thể sử dụng thay cho P088 để đặt điện trở bằng tay. Giá trị nhập vào nên là điện trở giữa 1 trong 2 pha. Cài đặt thông số khi sử dụng khác so với thông số mặc định Thông số (number) Giá trị (value) Nghĩa (meaning) P002 3.0 Thời gian gia tốc lên (ramp up time) P003 3.0 Thời gian gia tốc xuống (ramp down time) P004 0.7 Chế độ chạy êM(ramp smoothing) P006 2 đặt tần số cố định (fixed frequency operation) P007 0 điều khiển qua các đầu vào số (drive cotrol via digital inputs) P012 2.00 Tần số ra nhỏ nhất (minimum output frequency) P041 15.00 Tần số cố định 1=50HZ(Din1) (fixed frequency) P042 3.50 Tần số cố định 2=6HZ(Din2) (fixed frequency) P061 4 Thao tác hãm bên ngoài (operate external brake) P062 6 Hiển thị lỗi (fault indication) P063 0.5 Hãm 0.5s tại tần số nhỏ nhất trước khi khởi động (brake applied for 0.5s at minimum frequency before starting) P064 1.0 Hãm 1s tại tần số nhỏ nhất trước khi dừng (brake applied for 1.0 at minimum frequency before stopping) P075 1 Nối với điện trở hãM (brakingresistor value) P077 3 điều khiển véc tơ không (sensorless vector control mode) P080 0.86 Hệ số công suất định mức động cơ (motor rating plate power factor = 0.86) P082 1450 Tốc độ định mức động cơ (motor rating plate speed =1450) P083 34 Dòng điện định mức động cơ (motor rating plate current =34 A) P084 220 điện áp định mức động cơ (motor rating plate volltage=220V) P085 7.5 Công suất định mức động cơ (motor rating plate power = 7.5(kw) P087 1 bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC (enable motor PTC protection) Các bộ biến tần khi chế tạo, được cài đặt sẵn các thông số nhưng chỉ áp dụng cho các động cơ tiêu chuẩn của hãng. Khi sử dụng cho các động cơ khác ta phải cài đặt lại 1 số thông số để phù hợp với tính năng yêu cầu của hệ truyền động. Với biến tần MMV750/3 thuộc họ Micromaster vector sử dụng cho hệ thống, các thông số được cài đặt lại như bảng trên. b, Chuyển mạch lựa chọn DIP Có 5 chuyển mạch lựa chọn DIP có thể đặt phù hợp với thông số P023 hoặc P323 tuỳ theo chế độ làm việc của biến tần hình 3-6 thể hiện các vị trí chuyển mạch theo chế độ chuyển mạch khác nhau Hình 3-7 2, Vận hành cơ bản a, Khái quát - Bộ biến tần không có khoá nguồn chính vì vậy nó luôn luôn hoạt động khi khoá nguồn đóng. Nó chuyển sang trạng thái chờ với các đầu ra không hoạt động cho đến khi bấm nút RUN hoặc có tín hiệu ON qua đầu nối 5 (quay sang phải) hoặc đầu nối 6 (quay sang trái) xem phần các thông số. P051 – P005 và P356. - Nếu tần số đầu ra (P001 = 0) được chọn hiển thị trên màn hình, điểm đặt tương ứng được đặt hiển thị khoảng chừng 1.5 s mỗi lần khi bộ biến tần ngừng chạy. - Bộ biến tần được đặt chương trình tại nhà máy cho các ứng dụng tiêu chuẩn trên các động cơ chuẩn 4 cực. Khi sử dụng các động cơ khác cần phải nhập các thông số kĩ thuật từ bảng ghi công suất vào các thông số P080 tới P085. lưu ý không thể nhập các thông số này trừ khi P009 = P002 hoặc P003. -Nếu bộ biến tần sử dụng cho một động cơ 8 cực đặt P082 với tốc độ gấp 2 lần tốc độ danh định của động cơ. Nếu biết rằng điều này sẽ làm cho màn hình hiển thị gấp đôI số vòng trên phút thực tế khi P001 = P005 P 080 P 081 50Hz 220 0,61 0,12 2745 Cos 0,81 380 V/Y P 084 0,35A KWh 60Hz 400V/Y 0,34A 0,14KW Cos 0,81 3310/min SF - 115 /min VDE 0530 P 083 P 082 P 085 Hình 3-8: Ví dụ nhãn ghi công suất động cơ tiêu chuẩn. Chú ý: Đảm bảo rằng động cơ được ghi cấu hình chính xác, ví dụ trong các ví dụ trên các thông số được ghi theo cấu hình liên kết với đầu nối tam giác điện áp 220V b. Kiểm tra ban đầu - Kiểm tra tất cả các dây dẫn được nối chính xác và thiết bị phải được đặt ở vị trí an toàn. - Đóng nguồn cấp điện cho biến tần. - Đảm bảo an toàn trước khi khởi động động cơ, ấn nút RUN trên biến tần màn hình sẽ hiển thị 5.0 và động cơ bắt đầu quay biến tần sẽ gia tốc lên 5 Hz trong 1s. - Đảm bảo rằng động cơ quay đúng chiều yêu cầu cần ấn nút. FORWARD/ REVERSE nếu cần. - ấn nút STOP trên biến tần màn hình sẽ hiển thị 0.0 động cơ giảm tốc độ dần và kết thúc quá trình dừng sau 1s. b, Hướng dẫn 10 thao tác cơ bản Step/Action Buttion Display 1. cấp nguồn cho biến tần 0.0 ữ 5.0 2. ấn nút nhập thông số P P000 3. ấn nút đến khi P005 được hiển thị P005 4. ấn nút P để hiển thị điểm đặt tần số hiện thời (Giá trị mặc định của nhà máy là 5 Hz) P P005.0 5. ấn nút để đạt giá trị điểm đặt tần số theo yêu cầu ví dụ 35 Hz 035.0 6. ấn nút P để lưu giá trị vừa đặt của bộ nhớ vào biến tần P 7. ấn nút để quay về P000 P000 8. ấn nút P để thoát khỏi thủ tục đặt thông số màn hình sẽ hiển thị chuyển đổi giữa giá trị tần số ra hiện thời và giá trị tần số đặt P 0.0 35.0 9. Khởi động biến tần bằng nút RUN, trục động cơ sẽ quay và màn hình hiển thị tần số đang gia tốc lên giá trị tần số đạt 35 Hz. Chú ý: Điểm đặt tần số sẽ đạt được sau 7s (mặc định thời gian tốc độ đặt bởi P002 là 10s để đạt tới tần số 50 Hz là giá trị tần số động cơ lớn nhất được đặt mặc định trong P013). Nếu cần có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng các nút (Đặt P011 = 001 để lưu giá trị đặt tần số mới của biến tần khi biến tần ngừng chạy) 0.0 10. Dừng biến tần bằng nút STOP. Động cơ sẽ giảm tốc độ và dừng lại. 35.0 Phương pháp cơ bản để cài đặt biến tần được miêu tả dưới đây, phương pháp này sử dụng 1 điểm đặt tần số (digital) và chỉ yêu cầu thay đổi thông số tối thiểu từ giá trị mặc định giả sử một động cơ 4 cực tiêu chuẩn của động cơ siemens được nối với biến tần (nếu sử dụng động cơ kiểu khác xem lại phần vận hành cơ bản) 3.1.2.5 Các chế độ vận hành 1, Điều khiển số Digital Đối với cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển số quá trình diễn ra như sau: - Nối đầu nối khởi động chính tới đầu nối 5 qua một công tắc tắt/ mở bình thường, nó sẽ làm cho bộ biến tần quay theo chiều kim đồng hồ (mặc định). - Lắp vỏ vào và đóng nguồn chính cấp cho biến tần đặt thông số P009 tới P002 hoặc P003 để cho tất cả các thông số đều điều chỉnh được. - Kiểm tra thông số P006 được đặt tới P000 để định rõ điểm đặt số digital. - Đặt thông số P007 tới P000 để định rõ đầu vào số (VD: DIN1, đầu nối 5 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển đặt trước mất hiệu lực. - Đặt thông số P005 tới điểm đặt tần số mong muốn. - Đặt thông số P080 tới P085 theo đúng như bảng công suất trên động cơ. - Đặt công tắc tắt/ mở bên ngoài vị trí đóng (ON) bộ biến tần bây giờ sẽ điều khiển động cơ ở tần số do P005 đặt. 2, Điều khiển tương tự Đối với cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển tương tự quá trình diễn ra như sau: - Nối đầu nối điều khiển 9 tới đầu nối 5 qua một công tắc tắt/ mở bình thường, nó sẽ làm cho biến tần quay theo chiều kim đồng hồ (mặc định). - Nối một triết áp 4.7 K tới các đầu nối điều khiển như trong hình 5.1 và 5.3 hoặc nối chân 2 (0V) tới chân 4 và đưa một tín hiệu từ 0 10V vào giữa chân 2 (0V) và chân 3 (AIN+). - Đặt SW1 của chuyển mạch lựa chọn DIP vào vị trí đầu vào điện áp (V). - lắp vỏ vào và đóng nguồn chính cho bộ biến tần, đặt thông số P009 tới 002 hoặc 003 để cho tất cả các thông số đều điều chỉnh được. - Kiểm tra thông số P006 được đặt tới 001 để định rõ điểm đặt tương tự. - Đặt thông số P007 tới 000 để định rõ đầu vào số (ví dụ: DIN1, đầu nối 5 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển mặt trước mất hiệu lực. - Đặt thông số P021 và P022 để định rõ các mức đặt thông số đầu ra cực đại và cực tiểu. - Đặt thông số P080 tới P085 theo đúng như bảng công suất trên động cơ. - Đặt công tắc tắt / mở bên ngoài vị trí đóng (ON). Quay triết áp (hoặc điều chỉnh điện áp tương tự) cho đến khi tần số mong muốn hiển thị trên bộ biến tần. 3, Các chế độ điều khiển động cơ Các biến tần MMV và MDV có 4 chế độ điều khiển khác nhau theo quan hệ điều khiển giữa điện áp do biến tần cấp ra với tốc độ động cơ, chế độ điều khiển của động cơ được lựa chọn trong thông số P007 . - Điều khiển theo quan hệ tuyến tính điện áp/ tần số . - Điều khiển dòng từ thông (FCC) được sử dụng để duy trì từ thông của động cơ. - Điều khiển véc tơ không gian, bộ biến tần sẽ tính toán sự thay đổi của điện áp đầu ra để duy trì tốc độ của động cơ theo yêu cầu. Các chế độ này được miêu tả rõ hơn sau đây: a, Chế độ điều khiển tuyến tính điện áp/ tần số (V/F)(P007 = 0 hoặc 2) Chế độ này được sử dụng cho động cơ đồng bộ hoặc nhiều động cơ nối song song với nhau, mỗi động cơ nên lắp riêng một rơle quá tải, nhiệt. Nếu 2 hay nhiều động cơ được điều khiển đồng thời bởi 1 biến tần. Trong nhiều trường hợp khi sử dụng các thông số mặc định của nhà máy thì giá trị điện trở stator được mặc định trong P089 sẽ thích hợp với công suất định mức mặc định trong P085, mục đích của biến tần và động cơ thường khác nhau do đó nếu đặt P008 = 1 để thực hiện thủ tục tự động điều chỉnh điện tử stator bằng dòng liên tục P078 và tăng dòng khởi động P079 tuỳ thuộc vào giá trị điện trở stator, giá trị này quá cao sẽ làm ngắt do quá dòng và quá nhiệt động cơ. b, Chế độ điều khiển dòng từ thông (SCC)(P007 = 1) Chế độ điều khiển dòng từ thông được điều khiển bằng cách giám sát và duy trì từ thông động cơ liên tục. Điều này đảm bảo cho hệ thống đạt được đặc tính và hiệu suất tốt nhất. SCC không phức tạp như FVC do đó dễ thực hiện c, Chế độ điều khiển véc tơ không gian (SVC)(P007 = 3) - Khi chế độ điều khiển véc tơ không gian SVC được lựa chọn (P007 = 3) bộ biến tần sử dụng phương pháp nội suy động cơ kết hợp với việc đo dòng chính xác để tính toán vị trí và tốc độ của rotor, điều đó cho phép tối ưu hoá điện áp và tần số đưa vào động cơ để cải thiện đặc tính truyền động. - Mặc dù kông có phản hồi vị trí hay tốc độ điều khiển vẫn là hệ thống mạch vòng kín vì nó so sánh đặc tính nội suy của động cơ với đặc tính yêu cầu. Do đó hệ thống phải được cài đặt rất cẩn thận và ổn định tạo ra đặc tính truyền động tốt nhất. 4, Cài đặt chế độ kiểu SVC - Đặt các thông số P080 – P085 đúng theo bảng công suất động cơ. - Lựa chọn chế độ điều khiển véc tơ không gian (P007 = 3). - Đảm bảo động cơ làm mát và cho lệnh RUN. Màn hình sẽ hiển thị CAL cho biết nó đang xác định điện trở stator của động cơ. Sau vài giây động cơ sẽ chạy, việc xác định tự động chỉ xẩy ra trong lần đầu khởi động khi P007 được đặt tới 3. Nó có thể cưỡng bức thực hiện bằng cách thay đổi P007 hoặc đặt P008 = 1 việc ngắt quá trình tự động kiểm tra bằng cách tắt nguồn hoặc huỷ lệnh RUN có thể gây ra lỗi và việc tự động điều chỉnh có thể được lặp lại nếu các thông số của động cơ bị thay đổi thì việc kiểm tra tự động sẽ được thực hiện lại. - Giống như mọi hệ thống điều khiển, SVC cũng cần phải ổn định bằng việc cài đặt các thông số giới hạn khuếch đại tỷ lệ (P386 ) và khuếch đại tích phân (P387) các giá trị thực và giá trị đặt được xác định bằng cách kiểm tra tuy nhiên lên thực hiện các thủ tục sau: - Khi biến tần làm việc trong những điều kiện tiêu chuẩn tăng giá trị của P386 (tỷ lệ) lên cho đến khi tín hiệu không ổn định đầu tiên xuất hiện giảm giá trị này xuống một tí (khoảng 10%) đến khi tín hiệu ổn định xuất hiện trở lại như một nguyên tắc giá trị đặt tối ưu mong muốn tỷ lệ với quán tính tải. Ví dụ: P386 = (Quán tính tải + Quán tính trục động cơ )/ (Quán tính trục động cơ) - Bây giờ có thể điều chỉnh giá trị P387 (tích phân) khi biến tần làm việc trong điều kiện tiêu chuẩn, tăng giá trị của P387 lên đến khi tín hiệu tốc độ không ổn định đầu tiên xuấy hiện. Giảm giá trị này xuống một tý (khoảng 30%) đến khi tín hiệu ổn định xuất hiện trở lại. -Nếu lỗi F016 xuất hiện có nghĩa là SVC không ổn định cần tiếp tục điều chỉnh hoặc tiến hành lại thủ tục tự động kiểm tra.Điện áp liên kết một chiều cũng có thể là nguyên nhân gây mất ổn định trong chế độ điều khiển SVC (mã lỗi F011). Chú ý: Chế độ này có tác dụng điều khiển từ thông tốt nhất và tạo ra mô men cao hơn. 5. Dừng động cơ Việc dừng động cơ có thể được thực hiện bằng nhiều cách: - Huỷ bỏ lệnh ON hoặc ấn OFF (O) trên tấm bảng mặt trước làm cho biến tần giảm tốc độ theo gía trị đặt trước (P003). - OFF2 – Làm cho động cơ từ từ dừng lại (dừng tự do)(P051 – P055 hoặc P356 được đặt tới 4 ). - OFF3 – Làm cho động cơ dừng nhanh (P051 – P055 hoặc P356 được đặt tới 5). - Phanh hãm dùng điện một chiều 250% làm cho động cơ dừng ngay lập tức sau khi huỷ bỏ lệnh ON (xem P037). - Hãm bằng điện trở cho MMV (xem P075). - Hãm kết hợp (xem P066). 3.1.3 Cài đặt biến tần điểu khiển động cơ. Để cài đặt tốc độ động cơ cho biến tần ta dựa vào yêu cầu công nghệ của thang máy: Với thang máy ta sử dụng 2 cấp tốc độ đó là tốc độ thấp và tốc độ cao: Biểu đồ làm việc tối ưu của thang máy tốc độ thấp và tốc độ cao biểu diễn trên hình vẽ sau: Biểu đồ này có thể chia ra 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của buồng thang: Mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, buồng thang đến tầng và hãm dừng. Nhưng chế độ hãm và mở máy của biến tần nó phụ thuộc vào thời gian giảm tốc có thể đặt được, ở đây ta chỉ quan tâm đến các cấp tốc độ của thang máy. Như vậy ta chỉ quan tâm đến 2 cấp tốc độ của thang máy. Với biến tần siemen MMV ta dựa vào biểu đồ mã hoá nhị phân của nó để cài đặt tốc độ. Với 2 cấp tốc độ nhưng theo 2 chiều lên xuống nên sẽ có 4 giá trị của tần số , vì vậy ta sẽ có 4 bit với 2 giá trị đầu vào . Ta chọn giá trị đầu vào số với DIN3, DIN4 là tín hiệu để điều khiển tốc độ ở đây với 2 giá trị đầu vào ta có 4 trạng thái tốc độ nhưng ta chỉ quan tâm đến 2 cấp tốc độ do vậy ta chỉ cần 2 trạng thái. DIN3 DIN4 Đầu ra Chức năng P046 0 0 -10 Hz P047 0 1 10 Hz Tốc độ thấp P048 1 0 -50 Hz P049 1 1 50 Hz Tốc độ cao Từ các tần số đã xác định được ta đi cài đặt cho biến tần : Thông số Giá trị ý nghĩa P006 2 Giá trị tần số của động cơ được lấy theo giá trị của tần số cố định . P007 0 RUN, JOG, REVERSE Mất tác dụng. Việc điều khiển được thông qua các đầu vào số. P047 10 Tần số cố định tốc độ thấp P049 50 Tần số cố định tốc độ cao P051 17 Động cơ quay thuận (hướng lên) với đầu vào điều khiển đầu số là DIN1. P052 17 Động cơ quay ngược (hướng xuống) với đầu vào điều khiển đầu số là DIN2. P055 17 Dừng động cơ với đầu vào điều khiển là DIN 5 P356 5 Dừng khẩn cấp với đầu vào điều khiển là DIN6 3.1.4 Sơ đồ ghép nối biến tần-động cơ Hình 3-9: Sơ đồ ghép nối biên tần động cơ 2.2 Giới thiệu về PLC S7-300 PLC viết tắt của Progammable Logic Control là thiết bị điều khiển logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Trên cơ sở phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tin học, cụ thể là kỹ thuật máy tính, kỹ thuật điều khiển lôgíc khả lập trình đã phát triển mạnh và ngày càng chiếm vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, không những thay thế cho kỹ thuật điều khiển bằng cơ cấu cam, kỹ thuật Rơle trước kia mà chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác như chức năng chuẩn đoán v.v Kỹ thuật này điều khiển có hiệu quả với từng máy làm việc độc lập cũng như với các hệ thống máy sản xuất linh hoạt phức tạp khác .Căn cứ theo lịch sử phát triển của kỹ thuật máy tính và cấu trúc chung của một bộ điều khiển khả trình PLC (dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý) chúng ta có thể thấy rằng kỹ thuật điều khiển sử dụng PLC ra đời vào khoảng những năm 1960 - 1970. Và từ đó kỹ thuật này đã từng bước phát triển và tiếp cận dần tới các nhu cầu công nghiệp. Trong giai đoạn đầu thì các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải nắm vững kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao như ngày nay thì các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao và đang dần được thay thế cho hệ thống điều khiển Rơle và các hệ thống điều khiển lôgíc cổ điển khác. Ngày nay khi lĩnh vực điều khiển được mở rộng đến cả quá trình sản xuất phức tạp, đến các hệ thống điều khiển tổng thể với các mạch vòng kín, đến các hệ thống xử lý số liệu và điều khiển kiểm tra tập trung hoá. Hệ thống điều khiển lôgíc thông thường không thể thực hiện điều khiển tổng thể được. Do vậy các bộ điều khiển khả lập trình hoặc điều khiển bằng máy vi tính đã trở nên cần thiết và chúng ta sẽ gặp nhiều ứng dụng của các thiết bị này trong các thiết bị sản xuất tự động cũng như những hệ thống điều khiển hiện đại khác. Đặc trưng của kỹ thuật PLC là việc sử dụng vi mạch để xử lý thông tin. Các ghép nối logic cần thiết trong quá trình điều khiển được xử lý bằng phần mềm do người sử dụng lập nên và cài đặt vào. Chính do đặc tính này mà người sử dụng có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hóa khác nhau trên cùng một bộ điều khiển và hầu như không phải biến đổi gì ngoài việc nạp những chương trình khác nhau. Với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan). Để thực hiện một chương trình điều khiển tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó để phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như là bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và các khối hàm chuyên dụng. Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Bộ nhớ chương trình Bộ đệm vào/ ra Timer Bộ đếm Bit cờ Bus của PLC Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Cổng vào ra onboard Quản lý ghép nối Hình 3-10: Nguyên lý chung về cấu trúc của PLC 2.2.1 Cấu tạo chung của PLC 2.2.1.1 Cấu tạo của PLC PLC có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modulle nối ghép: - Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o Chân cắm vào Chân cắm ra ổ cáp nối với bên ngoài Hình 3-11: Cấu tạo PLC kiểu hộp đơn nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện vào/ra. Kiểu hộp đơn thường vẫn có khả năng ghép nối được với các module ngoài để mở rộng khả năng của PLC. Kiểu hộp đơn như hình 3-11 - Kiểu module gồm các module riêng cho mỗi chức năng như module nguồn, module xử lý trung tâm, module ghép nối, module vào/ra, module mờ, module PID... các module được lắp trên các rãnh và được kết nối với nhau. Kiểu cấu tạo này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau được gộp vào các module riêng biệt. Việc sử dụng các module tuỳ thuộc công dụng cụ thể. Kết cấu này khá linh hoạt, cho phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cách bổ sung các module vào/ra hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ (Hình 3-12). Bộ nguồn Bộ xử lý Các module vào/ra... Hình 3-12 Kiểu module 2.2.1.2 Cấu hình phần cứng Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào/ra và thiết bị lập trình. Sơ đồ hệ thống như Hình 46 Bộ xử lý Bộ nhớ Thiết bị lập trình Nguồn cung cấp Giao diện vào Giao diện ra Hình 3-13: Cấu hình phần cứng của PLC 2.2.1.3 Giao diện vào/ra Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Nút bấm và các công tắc logic Bộ chuyển mạch, công tắc hành trình, giới hạn Các tham số điều khiển như t0 áp suất, áp lực Các tín hiệu báo động ... Bộ PLC Các cuộn hút Các đèn Các van Hình 3-14: Sơ đồ khối tín hiệu vào/ra PLC Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện.... Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ... Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tụctín hiệu logic... Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện như hình 3-14 Các kênh vào/ra đã có các chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác. Hình 3-15: Nguyên lý cách ly tín hiệu vào của PLC Hình 3-16: Nguyên lý cách ly tín hiệu ra Tín hiệu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang như hình 3-15. Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V, 220V. Các PLC cơ nhỏ thường chỉ nhận tín hiệu 24V. Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiểu rơle như Hình 49a, cách ly kiểu quang như hình 49b. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24v, 100mA; 110v, 1A một chiều; thậm chí 240v, 1A xoay chiều tuỳ loại PLC. Tuy nhiên, với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đổi bằng cách lựa chọn các module ra thích hợp. 2.2.2 Các modul của PLC S7-300 PLC Step 7-300 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC đa khối. Thông thường dể tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các modul. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán . Song tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU. Còn modul còn lại là những modul nhận , truyền tín hiệu với đối tượng điêù khiển ác modul chức năng chuyên dụng như PID, điêù