Phân tích tính tính công nghệ trong kết cấu của chi tiết

ở số hạng thứ hai. Các giá trị của K2 nằm trong khoảng từ 103 đến 104. Trên hình 2.10 biểu diễn sự thay đổi điện trở của các đầu đo silic loại P và loại N. Hình 2.10 - Sự phụ thuộc không tuyến tính của điện trở vào biến dạng a)silic loại P; b) silic loại N Từ đồ thị có thể thấy rằng đầu đo loại P tuyến tính hơn khi nó chịu tác động của lực kéo, và đầu đo loại N tuyến tính hơn khi bị nén. Từ biểu thức (*) có thể suy ra biểu thức của hệ số đầu đo K: Hệ số đầu đo K phụ thuộc vào biến dạng, nhưng có thể xác định một giá trị cực đại của biến dạng mà nhỏ hơn giá trị này có thể xem K là hằng số. + ảnh hưởng của nhiệt độ: Hệ số đầu đo giảm khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên khi pha tạp mạnh, hệ số đầu đo ít phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nồng độ pha tạp cỡ Nd = 1020 cm-3 thì K hầu như không phụ thuộc vào nhiệt độ (xem lại hình 5.9). Đối với hai model đầu đo Kulite, các thông số của K như sau: - Model H: K biảm 23% khi ΔT = 55o C. - Model K: K là hằng số. Trong hệ thống thiết kế thì các cảm biến biến dạng chính là các Loadcell. 2.2.3-Nguyên lý đo tốc độ quay của bánh xe. Việc đo hay theo dõi tốc độ nói chung trong tất cả các máy móc thiết bị vì nguyên nhân an toàn hoặc để khống chế các điều kiện đặt trước cho hoạt động của máy móc thiết bị. Từ việc đo tốc độ quay của bánh xe từ đó ta có thể biết được tốc độ (vận tốc)của xe. Tốc độ quay n (vòng/phút) đ v (m/phút) = n x 2pR. Tốc độ kế quang là cảm biến đo vận tốc đơn giản nhất, gồm một nguồn sáng và một đầu thu quang (photodiode hoặc phototransistor). Đây là tốc độ kế vòng loại xung. Trong tốc độ kế xung đo tốc độ quay, vật trung gian thường dùng là đĩa gắn liền với trục quay cần đo tốc độ. Đĩa này có cấu tạo tuần hoàn: bề mặt của đĩa được chia thành p phần bằng nhau (chia theo góc ở tâm), mỗi phần mang một dấu hiệu đặc trưng như lỗ, đường vát, răng. Một cảm biến thích hợp được đặt đối diện với vật trung gian để ghi nhận một cách ngắt quãng khi có một dấu hiệu đi qua và mỗi lần như vậy nó cung cấp một xung tín hiệu. Biểu thức của tần số f của các tín hiệu xung này được viết dưới dạng: F = p. N. Trong đó f là tần số (Hz), p là số lượng dấu hiệu trên đĩa và N là số vòng quay của đĩa trong một giây. Phải lựa chọn loại cảm biến thích hợp để ghi nhận tín hiệu liên quan đến bản chất của vật quay và các dấu hiệu trên đó: Cảm biến từ trở biến thiên sử dụng khi vật quay là sắt từ. Cảm biến Hall hoặc cảm biến từ điện trở dùng trong trường hợp vật quay là một hay nhiều nam châm, hoặc khi vật quay tạo thành màn chắn từ một cách tuần hoàn giữa một nam châm bất động và một cảm biến. Cảm biến quang cùng một nguồn sáng được dùng khi trên vật trung gian quay có các lỗ, đường vát hoặc mặt phản xạ. Ưu điểm của tốc độ kế xung là: Có cấu tạo đơn giản, chắc chắn, chịu đựng tốt trong môi trường độc hại (bức xạ hạt nhân), thông tin thu nhận là tần số nên có khả năng chống nhiễu, chống suy giảm và dễ biến đổi sang dạng tần số. Mạch đo bao gồm một máy đo tần số hoặc bộ biến đổi tần số-điện áp. Bộ biến đổi tần số-điện áp gồm: Tầng phối hợp trở kháng và tạo dạng tín hiệu xung. Mạch monostable: với mỗi xung đo tầng trước cung cấp nó cho một xung có biên độ và độ dài T0 cố định. T0 phải nhỏ hơn chu kỳ lặp ngắn nhất. Bộ lọc thấp tần có điện áp ra là thành phần một chiều bằng giá trị trung bình của các xung đo monostable phát ra tỉ lệ với f.T0. Trong tốc độ kế quang thì vật quay phải cắt các vùng phản xạ được bố trí tuần hoàn trên một hình tròn được chiếu bằng tia sáng, hoặc là vật được gắn với một đĩa có các phần trong suốt xen kẽ các phần chắn sáng đặt giữa nguồn sáng và đầu thu quang. Đầu thu quang nhận được một thông lượng biến điệu và nó phát ra tín hiệu có tần số tỷ lệ với tốc độ quay nhưng biên độ của tín hiệu này không phụ thuộc vào w. Phạm vi của tốc độ đo phụ thuộc vào hai yếu tố chính: Số lượng lỗ trên đĩa quay. Dải thông lượng của đầu thu quang và của mạch điện tử. Giả sử để đo tốc độ nhỏ ~0,1 vòng/phút phải dùng đĩa có số lượng lỗ rất lớn khoảng 500á1000. Trong trường hợp cần đo tốc độ lớn cỡ 105 á 106 vòng/phút phải sử dụng loại đĩa chỉ có 1 lỗ, khi đó chính tần số của mạch điện là đại lượng xác định tốc độ cực đại Vmax có thể đo được. Trong hệ thống này Encoder được sử dụng có các thông số ở bảng 5. Sử dụng đầu ra kiểu kép với 2 đầu ra là W và Y để đếm tiến và đếm lùi số xung.Mỗi vòng quay của trục thì encoder sẽ đếm được 500 xung Đầu ra đơn: Đầu ra kép: Hình 2.11-Các kiểu đầu ra của Encoder Thứ tự Đặc điểm Đầu ra-A-□-A Đầu ra-A-□-ABZ 1 Điện áp DC 2~24V 2 Ripple Max 3%rms Max 3%rms 3 Công suất Max 40 mA Max 60 mA 4 Tín hiệu ra Tín hiệu đơn Tín hiệu kép 5 Tỉ số công suất 50 ±25% 6 Chiều rộng tín hiệu - 50-150% 7 Chênh lệch thời gian Max.3μs/50cm cáp 8 Kiểu loại Đầu ra transistor 9 Cường độ dòng vào Max 10mA 10 Cường độ dòng ra Max 30mA 11 Điện áp vào Max.Nguồn 2,5V 12 Điện áp ra Max.0,4V 13 Điện áp tải Max DC 30V 14 Giới hạn tải của trục Đồng tâm 5kg Lệch tâm 3 kg 15 Vòng quay tối đa 5000 vòng/phút 16 Nhiệt/độ ẩm làm việc (-10~50) độ C 35~85%RH 17 Điện trở Min 50MΩ 18 Khối lượng Toàn bộ 220Kg Bảng 5 2.2.3-Nguyên lý đo cường độ chiếu sáng của đèn xe. Để thực hiện phép đo quang nói chung ta có thể sử dụng các cảm biến quang. Cảm biến quang được sử dụng để chuyển thông tin từ tia hồng ngoại (IR), ánh sáng nhìn thấy và tia tử ngoại (UV) thành tín hiệu điện. Lợi dụng ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt. ánh sáng bao gồm các hạt photon năng lượng Wf =h . n (h=6,626.10-34J.s) chỉ phụ thuộc duy nhất vào tần số. Khi một điện tử hấp thụ một photon có năng lượng Wf ≥ Wl (năng lượng liên kết của các điện tử trong nguyên tử) thì nó được giải phóng. Việc điện tử được giải phóng ra khỏi nguyên tử cũng tức là khi đó bước sóng của ánh sáng chiếu vào đủ ngắn để làm bật điện tử ra khỏi nguyên tử. Từ đó ta có thể biết được bước sóng ngưỡng của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng điện tử. n ≥ đ lÊ. Khi chiếu sáng chất điện môi và bán dẫn tinh khiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử-lỗ trống. Đối với trường hợp bán dẫn pha tạp, khi bị chiếu sáng nó sẽ giải phóng điện tử (nếu pha tạp dono) hoặc lỗ trống (nếu pha tạp acxepto). Nguyên lý cơ bản của các cảm biến quang là dựa trên hiện tượng giải phóng hạt dẫn dưới tác dụng của ánh sáng bằng hiệu ứng quang điện gây nên sự thay đổi tính chất điện của vật liệu. Đặc trưng của các cảm biến điện trở là sự phụ thuộc của điện trở vào thông lượng bức xạ và phổ của bức xạ đó. Các tế bào quang dẫn là một trong những cảm biến quang có độ nhạy cao. Cơ sở vật lý của tế bào quang dẫn là hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện nội: hiện tượng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu dưới tác động của ánh sáng làm tăng độ dẫn của vật liệu. Xét một tấm bán dẫn phẳng có thể tích V pha tạp với nồng độ các donor Nd có mức năng lượng nằm dưới vùng dẫn một khoảng Wd. - Độ dẫn trong tối được biển diễn bởi biểu thức: s0= q . m . n0 - Trong đó m là độ linh động của điện tử và q là giá trị tuyệt đối của điện tích của điện tử. Khi nhiệt độ tăng độ linh động giảm nhưng mật độ n0 tăng bởi vì sự kích thích nhiệt lớn rất lớn và ảnh hưởng của nó quyết định đối với độ dẫn. - Khi chất bán dẫn bị chiếu sáng, các photon sẽ ion hoá các nguyên tử donor giải phóng ra g điện tử trong một giây trong một đơn vị thể tích. Các điện tử này sẽ bổ sung vào số các điện tử được giải phóng do kích thích nhiệt. Thông thường bức xạ chiếu tới đủ lớn để số điện tử do các photon giải phóng sẽ lớn hơn rất nhiều so với số điện tử được giải phóng do nhiệt. - Số điện tử g được tính theo biểu thức: . Trong đó A và L là kích thước hình học của tấm bán dẫn. G là số điện tử được giải phóng trong một đơn vị thời gian. Trong những điều kiện như vậy có thể rút ra phương trình động học cho mật độ của điện tử ở điều kiện cân bằng dưới tác dụng của chiếu sáng: Độ dẫn tương ứng với nồng độ điện tử ở điều kiện cân bằng s = q . m . n Cảm biến quang thường được chế tạo bằng các bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc bán dẫn pha tạp: - Đa tinh thể: CdS; CdSe; CdTe; PbS; PbSe; PbTe. - Đơn tinh thể: Ge; Si (tinh khiết hoặc pha tạp Au, Cu, Sb, In). Cảm biến quang sử dụng trong hệ thống là loại cảm biến quang có kí hiệu (NSL19-M51, Silonex). Điện trở R có được từ độ sáng L (đơn vị Lux) được tính như sau: lgR=-0,75.lgL +5 Khi đo ta được điện trở R, từ đó ta tính ra được độ sáng L (lux) 2.3-Giới thiệu chung về bộ điều khiển PLC PLC là cụm từ viết tắt tiếng Anh: Programmable Logic Control tức là bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được. PLC là loại thiết bị cho phép xây dựng các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện các thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, 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. Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện lặp theo chu trình lặp. Mỗi vòng quét có 4 giai đoạn bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Các bộ PLC thường gặp: ã Các họ Siries 90tm cuả hãng Fanme Nhật Bản. ã Các họ CQM1, CPM1, CPM1A và SRM1 của hãng OMRON Nhật Bản. ã Họ Simatic S5, Simatic S7 của hãng Sienmens của cộng hoà liên bang Đức. Các bộ PLC được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất công nghiệp, giao thông và đời sống …. ã Công nghiệp cơ khí: * Gia công bao bì; * Dây chuyền sản xuất xi măng. ã Công nghiệp thực phẩm: * Các thiết bị sản xuất nước ngọt và hoa quả; * Các thiết bị sản xuất thức ăn gia súc. ã Công nghiệp nhẹ: * Ngành nhuộm; * Dệt, Thêu. ã Trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS …. Một số nhà máy ở nước ta đã đưa bộ điều khiển Simatic S5 của hãng Sienmes vào điều khiển sản xuất. Như nhà máy thuỷ điện Hoà Bình đã đưa vào để điều khiển các cơ cấu điều hoà công suất của các tổ máy điện. Công ty dầu khí Việt Xô Petro dùng các bộ PLC để điều khiển các thiết bị sản xuất khí đốt và dầu nhờn. Công ty thuốc lá Thăng Long, Công ty dệt 19/5, Công ty dệt 8/3 sử dụng bộ PLC để điều khiển dây chuyền sản xuất tự động…. Vì vậy, nghiên cứu ứng dụng PLC vào điều khiển máy móc và các dây chuyền sản xuất là điều tất yếu nhưng cũng là vấn đề mới mẻ cần tìm hiểu và nghiên cứu. 2.3.1-Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC. Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lí (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên 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, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như: bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer),… và những khối hàm chuyên dụng. Bộ nhớ chương trình Khối vi xử lí trung tâm + Hệ điều hành Timer Bộ đếm Bit cờ Cổng vào ra I/O Bộ đệm I/O Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Quản lí ghép nối Hình 2.12- Nguyên lý chung về cấu trúc bộ PLC 2.3.2-Khả năng và ưu điểm của điều khiển bằng PLC so với các loại điều khiển khác. Trong quá trình phát triển của khoa học kỹ thuật trước đây người ta mới chỉ phân biệt 2 phạm trù kỹ thuật: điều khiển bằng cơ khí và điều khiển bằng điện tử. Nhưng từ cuối thập kỷ 20 người ta đã đưa ra những chỉ tiêu chi tiết để phân biệt các loại kỹ thuật điều khiển. Bởi vì trong thực tế sản xuất cần đòi hỏi điều khiển tổng thể những hệ thống máy chứ không phải điều khiển từng máy đơn lẻ. Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy. Từ “khả lập trình” nghĩa là có thể lập trình được-đã nói lên một mối liên hệ chặt chẽ với máy tính, trong đó các ngôn ngữ lập trình như FORTRAN, COBOR, PASCAL,…đã được sử dụng. Nó bao hàm cả khả năng giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ. Từ “điều khiển” hàm ý mục tiêu ứng dụng trong công nghiệp của PLC, nghĩa là tạo lập, gửi đi và tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát, kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng cụ thể của máy đã được ứng dụng PLC trong hệ thống. Kỹ thuật điều khiển Logic khả trình phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính từ năm 1968 á 1970 và đã từng bước tiếp cận và phát triển theo nhu cầu của công nghiệp. Quy trình lập lúc ban đầu được trang bị để sử dụng trong các xí nghiệp điện tử, ở đó trang bị kỹ thuật và tay nghề thành thạo đã được kết hợp với nhau. Đến nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những người sử dụng nó không cần giỏi những kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được. Trình độ của khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng hay khó khăn cũng là một chỉ tiêu quan trọng để xếp hạng hệ thống điều khiển. ở đây có sự phân biệt giữa những bộ điều khiển mà người dùng có thể thay đổi được quy trình hoạt động so với các bộ điều khiển không thể thay đổi được quy trình hoạt động có nghĩa là điều khiển theo quy trình cứng. Tùy theo kết cấu của hệ thống và cấu tạo các thành phần mà mỗi phạm trù điều khiển trên đây lại chia làm nhiều loại điều khiển khác nhau. So sánh PLC và bộ điều khiển bằng dây nối cứng: * Bộ điều khiển bằng dây nối cứng: Là bộ điều khiển mà các phần tử chuyển mạch được nối với nhau bằng dây dẫn điện. Với các bộ điều khiển loại này ta bắt buộc phải biết rõ nhiệm vụ cần thực hiện trước khi nối dây giữa các phần tử chuyển mạch để tạo nên hệ thống điều khiển. Mỗi khi cần có sự thay đổi một phần tử chức năng hoặc muốn mở rộng ta bắt buộc phải thay đổi lại cấu trúc cũng như sơ đồ đấu nối dây. Đối với những hệ thống lớn thì công việc này thực sự là phức tạp và giá thành sẽ rất cao. * Bộ điều khiển lập trình được (PLC): Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình khi ta muốn thực hiện quá trình điều khiển. Nếu cần có sự thay đổi hay mở rộng chức năng ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong và không cần biết về bất cứ sự thay đổi nào mang tính chất vật lý. Ưu điểm nổi bật của các sản phẩm PLC là tính mềm dẻo và khả năng mở rộng chức năng bằng những module chuẩn để giải quyết những vấn đề phức tạp về điều khiển trong thực tế một cách nhanh chóng và kinh tế. 2.3.3-Lý do sử dụng PLC. Trước kia bộ PLC rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập trình rất phức tạp. Vì những lý do đó mà nó chỉ được dùng cho những thiết bị đặc biệt có sự yêu cầu kỹ thuật cao. Do giảm giá liên tục kèm theo tăng khả năng của PLC dẫn đến kết quả là sự phát triển rộng rãi của việc áp dụng kỹ thuật PLC. Bây giờ nó thích hợp cho một phạm vi rộng các loại thiết bị máy móc. Sự hấp dẫn của PLC trên thị trường được khẳng định cho những áp dụng rộng rãi nói trên bởi có độ tin cậy cao, lập trình dễ dàng, chương trình điều khiển có thể thay đổi được một cách linh hoạt, giá thành rẻ... Những ưu điểm chính của việc ứng dụng kỹ thuật PLC: ã Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế modun cho phép với bất kì mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ kiện đã được lắp ghép thì bộ PLC vào tư thế sẵn sàng làm việc ngay. ã Độ tin cậy cao và ngày càng tăng: các thành phần điện tử có tuổi thọ cao hơn các thiết bị cơ điện tử. Không phải bảo dưỡng định kỳ như các thiết bị Rơle. ã Sự đánh giá các nhu cầu là đơn giản: Nếu như các con số đúng của đầu vào và đầu ra cần thiết thì có thể đánh giá kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ tối đa là bao nhiêu. Do đó cũng có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp. ã Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển Rơle tương đương, trong nhiều trường hợp không gian được thu hẹp vì có nhiều bộ phận được giảm bớt. ã Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều máy PLC với những quy cách kỹ thuật của bộ điều khiển giống hệt nhau thì làm chi phí lao động sẽ rất thấp so với bộ điều khiển Rơle. Điều đó là do giảm phần lớn lao động lắp ráp. Hơn nữa người ta ưa dùng PLC hơn các loại khác không chỉ vì nó có thể sử dụng thuận lợi cho các máy mà vì nó còn có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà người ta có thể thay đổi, cải tiến trong quá trình vận hành. ã Sự cải biến thuận tiện: Những bộ điều khiển nếu chỉ muốn cải biến một phần nhỏ trong dãy chức năng có thể tái tạo một cách đơn giản bằng sao chép, cải biến hoặc thêm vào những phần mới. Những phần trong chương trình vẫn sẵn sàng sử dụng được thì vẫn được dùng lại mà không cần thay đổi gì. So với kỹ thuật rơle, ở đây có thể giảm phần lớn thời gian lắp ráp bởi vì có thể lập trình các chức năng điều khiển trước hoặc trong khi lắp ráp bằng điều khiển. ã Nhiều chức năng: Người ta thường hay dùng PLC cho tự động linh hoạt bởi vì nó có thể dễ dàng thuận tiện trong tính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay đổi các thông số. Một lý do nữa là nó đã được nối sẵn với một máy tính mạnh. Như vậy bộ điều khiển PLC có tính linh hoạt cao hơn, tính mềm dẻo hơn so với các bộ điều khiển bằng dây nối cứng. Đồng thời PLC sẽ dễ dàng thuận tiện cho người sử dụng và giảm rất nhiều chi phí. * Giá trị kinh tế. Lắp đặt bộ PLC đơn giản hơn rất nhiều so với lắp đặt hệ Rơle. Sử dụng bộ điều khiển PLC rất kinh tế do sự phát triển của các bản thiết kế ngày càng rẻ hơn và tăng số lượng của PLC ứng dụng trong mọi lĩnh vực. Hơn nữa khi so sánh giá cả thì phải tính đến cả giá bán của các bộ phận phụ không thể thiếu được như panen lập trình, máy in, băng ghi ... và cả việc đào tạo nhân viên kỹ thuật. Một điều quan trọng là phải dùng đội ngũ nhân viên kĩ thuật lành nghề có kinh nghiệm, có hiểu biết tốt về phần mềm để thiết kế lập trình và thao tác bộ điều khiển PLC và phần mềm dùng cho những mục đích đặc biệt là cực kì đắt giá. Tuy nhiên nhiều cái đã trở nên khả thi nhờ phần mềm rẻ đi. Nhiều nhà chế tạo PLC cung cấp trọn gói bộ phần mềm đã được thử nghiệm. Nhưng việc thay thế và/hoặc thêm các phần mềm cho các nhu cầu riêng là không thể tránh khỏi và khi đó đòi hỏi kĩ năng phần mềm. Chẳng hạn do một công ty phần mềm sản xuất thì điều tối quan trọng là mọi yêu cầu phải được xác định chính xác và dễ dàng từ lúc bắt đầu. 2.3.4-Các module chính của PLC. Trong thực tế vì các đối tượng điều khiển có số lượng đầu vào/ra khác nhau và dạng tín hiệu cũng khác nhau cho nên để tăng tính linh hoạt và mềm dẻo trong thiết kế mà các bộ điều khiển PLC được cấu tạo trên cơ sở các module. Số luợng và chủng loại module được sử dụng có thể khác nhau nhưng bất kỳ một bộ điều khiển PLC nào cũng cần phải có một module chính là module CPU và module nguồn cung cấp PS (Power supply module). Bên canh đó ta có thể lắp thêm các module tín hiệu (Signal module), module chức năng (Function module),module truyền thông (Communication module), module giao tiếp (Interface module). a/ Module CPU. Module CPU gồm có bộ vi xử lý trung tâm, hệ điều hành, bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình và các cổng truyền thông. Các cổng truyền thông này có chức năng chính là phục vụ nối mạng phân tán đồng thời thông qua cổng truyền thông người lập trình có thể truyền chương trình điều khiển vào trong bộ nhớ chương trình của PLC. Bộ vi xử lý trung tâm của CPU có chức năng thu thập số liệu và các thông tin từ đối tượng điều khiển, sau đó nó tiến hành xử lý thông tin và các tín hiệu này theo những quy luật nhất định để đưa ra các tín hiệu điều khiển tương ứng. Bộ xử lý thông tin còn có chức năng điều khiển và giám sát việc truyền thông giữa các module hoặc giữa các PLC với nhau, phát hiện và kiểm tra lỗi. Bộ nhớ dữ liệu có chức năng lưu giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả các phép tính, các hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông. Bộ nhớ chương trình của PLC được sử dụng để lưu giữ các lệnh của chương trình điều khiển. b/ Module nguồn cung cấp. Các module nguồn của PLC thường có các thông số như sau: - Điện áp vào: 120/230 VAC, 50/60Hz - Điện áp ra: DC24V - Cường độ dòng điện thường có 3 loại khác nhau: 2A, 5A, 10A. Thực chất module nguồn là một bộ chỉnh lưu. Đầu vào của bộ chỉnh lưu là nguồn điện xoay chiều, đầu ra của bộ chỉnh lưu là nguồn điện 1 chiều. Nguồn điện 1 chiều này được sử dụng để cung cấp nguồn cho module CPU và các module mở rộng khác. c/ Module tín hiệu. Module tín hiệu là một loại module mở rộng có chức năng cung cấp các tín hiệu vào ra. Các tín hiệu này có thể là số hoặc tương tự. Các tín hiệu vào ra số chỉ có hai giá trị logic 0 và 1. Hai giá trị này được sử dụng thay thế cho hai trạng thái logic của rơle. Giá trị logic 0 đặc trưng cho trạng thái mở của rơle, giá trị logic 1 đặc trưng cho trạng thái đóng của rơle. Các tín hiệu vào ra tương tự thường là một trong hai dạng tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Vì bộ điều khiển PLC chỉ làm việc với các tín hiệu số cho nên thực chất các module tín hiệu vào tương tự chính là các bộ biến đổi AD (Analog to Digital) và các module tín hiệu ra tương tự chính là các bộ biến đổi DA (Digital to Analog). d/ Module chức năng. Module chức năng là loại module điều khiển chuyên dụng như Module điều khiển động cơ bước, Module điều khiển động cơ Secvo… Hiện nay để phục vụ cho mục đích điều khiển các máy công cụ CNC nhiều hãng sản xuất PLC đã đưa ra các module điều khiển CNC chuyên dụng như Hãng Siemens đưa ra module điều khiển SINUMERIK 802S là một bộ điều khiển NC cho 3 trục ăn dao và một trục quay được điều khiển tốc độ theo vòng kín. e/ Module truyền thông. Module truyền thông làm nhiệm vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. 2.3.5-Các kiểu dữ liệu được sử dụng trong PLC. Một chương trình điều khiển viết cho PLC có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau: - BOOL: là kiểu dữ liệu chỉ có hai giá trị là 0 hoặc 1 (đúng hoặc sai). Kiểu dữ liệu này được sử dụng cho biến hai trị. - BYTE: là kiểu dữ liệu gồm 8 bit thường được sử dụng để biểu diễn một số nguyên dương có giá trị trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ký tự. - WORD: là kiểu dữ liệu gồm 2 byte được sử dụng để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 đến 65535. - DWORD: là kiểu dữ liệu gồm 4 byte được sử dụng để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 đến 4294836255. - INT: là kiểu dữ liệu gồm 2 byte được sử dụng để biểu diễn một số nguyên có dấu trong khoảng từ -32768 đến 32767. - DINT: là kiểu dữ liệu gồm 4 byte được sử dụng để biểu diễn một số nguyên có dấu trong khoảng từ -2147483648 đến 2147483647. - REAL: là kiểu dữ liệu gồm 4 byte được sử dụng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động. - CHAR: là kiểu dữ liệu có độ dài 1 byte được sử dụng để biểu diễn các ký tự. 2.3.7-Nguyên tắc hoạt động của PLC. PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp (scan) được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm vào ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc chương trình. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển nội dung của bộ đệm ra ảo tới các cổng ra. Vòng quét chương trình được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Thời gian để PLC thực hiện một vòng quét không cố định, nghĩa là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian bằng nhau. Độ dài thời gian của một vòng quét phụ thuộc vào số lượng các lệnh được xử lý và truyền thông trong vòng quét đó. Ngoài ra thời gian vòng quét còn phụ thuộc rất nhiều vào các tín hiệu báo ngắt được kích hoạt trong vòng quét đó. Tín hiệu báo ngắt là các tín hiệu xuất hiện khi có tác động từ bên ngoài hoặc khi có lỗi xảy ra. Khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt, bộ vi xử lý trong module CPU sẽ kích hoạt chương trình xử lý ngắt tương ứng. Chương trình xử lý ngắt là một kiểu chương trình con chỉ có thể được gọi bởi các tín hiệu báo ngắt do đó chương trình xử lý ngắt còn có tên gọi khác là chương trình phục vụ ngắt. Có nhiều dạng tín hiệu ngắt khác nhau như ngắt truyền thông, ngắt thời gian, ngắt chu kỳ, Ngắt phần cứng, ngắt khi có lỗi… Các khối chương trình xử lý ngắt này có thể được thực hiện tại bất kỳ thời điểm nào trong vòng quét chứ không chỉ trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn như trong giai đoạn thực hiện chương trình, nếu xuất hiện tín hiệu ngắt chu kỳ thì bộ vi xử lý sẽ ngừng thực hiện chương trình chính để thực hiện chương trình phục vụ tín hiệu ngắt chu kỳ. Sau khi thực hiện xong chương trình phục vụ tín hiệu ngắt chu kỳ bộ vi xử lý sẽ quay trở về tiếp tục thực hiện chương trình chính. Với cách thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ lớn khi có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét đó. Vì vậy để đảm bảo tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, chương trình con phục vụ tín hiệu báo ngắt không nên viết quá dài và không nên lạm dụng chương trình xử lý ngắt. 2.3.8-Cấu trúc chương trình. Chương trình viết cho PLC được lưu giữ trong vùng nhớ chương