Thiết Kế Tủ Điện Sử Dụng PLC S7_1200 và lập trình cho bài toán bãi gửi xe | Môn Đồ án điện tử cơ bản - Đại Học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

lOMoAR cPSD| 23136115
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Thiết kế, lắp ráp tủ điện điều khiển
sử dụng PLC S7_1200 và lập trình cho bài toán bãi gửi xe
Giáo viên hướng dẫn: Lý Văn Đạt
Sinh viên thực hiện : Lớp : 1 lOMoAR cPSD| 23136115
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
................................................................................................................................. Ngày... tháng ... năm ...
Chữ ký của giáo viên hướng dẫn (ký và ghi rõ họ tên) lOMoAR cPSD| 23136115 MỤC LỤC
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN......................................................5
1.1 Giới thiệu bãi giữ xe...................................................................................5
1.2 Lịch sử phát triển bãi giữ xe.....................................................................6
1.3 Phân loại bãi gửi xe....................................................................................6
1.4 Quy chuẩn về bãi gửi xe............................................................................8
1.5 Giới thiệu về hệ thống bãi gửi xe..............................................................9
1.5.1 Giới thiệu tổng quan............................................................................9
1.5.2 Ưu-nhược điểm..................................................................................10
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................12
2.1. Giới thiệu tổng quan về PLC................................................................12
2.2. Sơ lược về lịch sử PLC............................................................................13
2.3. Phân loại các PLC...................................................................................14
2.4. Cấu tạo PLC Siemens............................................................................16
2.5. Nguyên lý hoạt động..............................................................................19
2.6. Lập trình PLC Siemens.........................................................................21
2.6.1 Phần mềm TIA Portal......................................................................21
2.6.2. Ngôn ngữ lập trình...........................................................................22
2.7. Ưu điểm và nhược điểm của PLC hãng Siemens................................23
2.8. Các bộ KIT thực hành PLC...................................................................24
2.9 Lý do chọn đề tài.....................................................................................27
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO TỦ ĐIỆN.......................................29
3.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ............................................................................29
3.2. SƠ ĐỒ KHỐI..........................................................................................29
3.3. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ..................................................................................30
3.3.1. Thiết kế sơ đồ tủ điện.......................................................................30
3.3.2. Thiết kế sơ đồ bố trí thiết bị.............................................................31
3.3.3. Thiết kế sơ đồ kết nối.......................................................................32
3.4 Lập trình cho bài toán.............................................................................32
3.4.1 Lưu đồ thuật toán..............................................................................33
3.4.2 Bảng symbol.......................................................................................35
3.4.3 Sơ đồ kết nối.......................................................................................35
3.4.4 Chương trình điều khiển...................................................................35
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................38 lOMoAR cPSD| 23136115
Tài Liệu Tham Khảo.........................................................................................39
Phụ Lục..............................................................................................................40 lOMoAR cPSD| 23136115 LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay trước những sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật việc
áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng
rãi về mặt quy mô lẫn chất lượng. Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò
rất quan trọng không những giám nhẹ sức lao dộng cho con người mà còn góp
phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản
phẩm, chính vì thế ngành tự động hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như
vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi
trong các hệ thống công nghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Chiếm một vai trò rất quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật
điều khiển logic lập trình viết tắt là PLC. Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và
ngày càng chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Không
những thay thế được cho kỹ thuật điều khiển cơ cấu bằng cam và hoặc kỹ thuật rơ
le trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác.
Xuất phát từ thực tế đó, trong quá trình học tập tại trường, được sự chỉ bảo
và hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử và đặc biệt là
thầy giáo, TH.S "Lý Văn Đạt" em đã nhận được đồ án với đề tài: " Thiết kế, lắp
ráp tủ điện điều khiển sử dụng PLC S7_1200 và lập trình cho bài toán điều
khiển bãi gửi xe ". Để giúp cho sinh viên có thêm được những hiểu biết về vấn đề này.
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu bãi giữ xe
Bãi giữ xe, còn được gọi là bãi đỗ xe hoặc bãi đậu xe, là một khu vực
được thiết kế và quản lý để người dùng có thể để xe ô tô, xe máy hoặc các
phương tiện khác một cách an toàn và thuận tiện trong thời gian họ không sử
dụng. Bãi giữ xe có thể có nhiều hình dạng và quy mô khác nhau, từ những nơi
nhỏ như bãi đậu xe nhà dân đến các cơ sở đậu xe công cộng lớn, bãi đỗ xe tầng
hầm, bãi đỗ xe trên cao (parking lot), và nhiều loại khác. lOMoAR cPSD| 23136115
Các bãi giữ xe thường được quản lý bởi các cơ quan chính phủ địa
phương, chủ sở hữu tài sản hoặc bên thứ ba chuyên nghiệp (như các công ty
quản lý bãi đỗ xe). Chúng có thể được sử dụng cho nhiều mục đích, bao gồm: 1.
Đỗ xe tạm thời: Người dùng có thể đỗ xe tạm thời tại bãi giữ xe khi
họ đến thăm một địa điểm cụ thể như cửa hàng, văn phòng, sân bay, trường học hoặc bệnh viện. 2.
Đỗ xe thường ngày: Nhiều người sử dụng bãi giữ xe hàng ngày khi
họ đến làm việc hoặc thăm các địa điểm thường xuyên. 3.
Đỗ xe dài hạn: Các bãi giữ xe dài hạn thường được sử dụng bởi
người dùng có nhu cầu để xe trong thời gian dài, chẳng hạn như trong thời gian
nghỉ cuối tuần hoặc kỳ nghỉ dài hơn. 4.
Đỗ xe công cộng: Các bãi đậu xe công cộng thường nằm ở các vị trí
trung tâm và phục vụ nhiều người. Chúng có thể thu phí hoặc miễn phí tùy theo
chính sách của cơ quan quản lý. 5.
Bãi giữ xe riêng tư: Nhiều ngôi nhà và doanh nghiệp có bãi giữ xe
riêngtư để phục vụ nhu cầu đỗ xe của họ hoặc khách hàng.
Bãi giữ xe có thể được trang bị các thiết bị an ninh như camera, thiết bị đo
thời gian đỗ xe và cổng kiểm tra vé. Việc quản lý bãi giữ xe có thể giúp kiểm
soát lưu lượng xe, tăng cường an toàn và thu thuế, phí dịch vụ.
1.2 Lịch sử phát triển bãi giữ xe
Lịch sử phát triển bãi giữ xe bắt đầu từ thời kỳ khi người ta bắt đầu sử
dụng xe hơi và cần một nơi để đỗ chúng một cách an toàn và thuận tiện. Dưới
đây là một số điểm quan trọng trong lịch sử phát triển của bãi giữ xe: 1.
Thời kỳ xe ngựa và ngựa kéo: Trước khi ô tô trở nên phổ biến, người
dùng thường sử dụng xe ngựa hoặc xe kéo bởi ngựa. Khi đó, các bãi đậu xe cho
ngựa và các nhà cất giữ xe đã tồn tại. Tuy nhiên, chúng dành riêng cho phương
tiện thúc đẩy bằng ngựa. 2.
Sự xuất hiện của ô tô: Sau khi ô tô được phát triển vào cuối thế kỷ 19 và
đầu thế kỷ 20, cần phải có nơi để đỗ các phương tiện này. Các bãi đậu xe đầu lOMoAR cPSD| 23136115
tiên thường là những khu vực trống trải dọc theo đường phố và bên ngoài các công trình công cộng. 3.
Thời kỳ tăng cường quản lý: Với sự gia tăng của số lượng ô tô trong thập
kỷ 1920 và 1930, các thành phố đã bắt đầu quản lý bãi giữ xe công cộng. Họ
xây dựng các bãi đỗ xe chính quy và thiết lập các quy định về đỗ xe. Các bãi
đậu xe trên cao và tầng hầm bắt đầu xuất hiện để tiết kiệm diện tích đô thị. 4.
Công nghệ và tự động hóa: Thập kỷ 1950 và 1960 chứng kiến sự ra đời
của các thiết bị tự động hóa và công nghệ quản lý bãi đậu xe, bao gồm hệ thống
quản lý chỗ đỗ, cổng tự động và hệ thống thanh toán tự động. 5.
Phát triển bãi đỗ xe dài hạn và bãi giữ xe công nghiệp: Với sự gia tăng
của ngành công nghiệp và việc sử dụng ô tô cho mục đích kinh doanh, bãi đỗ xe
dài hạn và bãi giữ xe công nghiệp đã trở nên phổ biến. Các công ty chuyên
nghiệp quản lý bãi đỗ xe thường phát triển các khu vực lớn để phục vụ nhu cầu
của các khách hàng cá nhân và doanh nghiệp. 6.
Các ứng dụng di động và chia sẻ xe: Trong thời kỳ gần đây, các ứng dụng
di động như Uber, Lyft và các dịch vụ chia sẻ xe đã thay đổi cách người dùng
tìm kiếm và sử dụng bãi giữ xe. Các ứng dụng này cho phép người dùng đặt và
thanh toán cho việc đỗ xe một cách dễ dàng thông qua điện thoại di động.
Lịch sử phát triển của bãi giữ xe phản ánh sự thay đổi trong nhu cầu và
công nghệ giao thông, cũng như sự phát triển của các quy định và quản lý của
chính quyền địa phương..
1.3 Phân loại bãi gửi xe
Bãi gửi xe có thể được phân loại dựa trên nhiều yếu tố khác nhau, bao
gồm mục đích sử dụng, quy mô, loại hình, vị trí và nhiều yếu tố khác. Dưới đây
là một số phân loại phổ biến của bãi gửi xe: 1.
Bãi đỗ xe công cộng: Đây là các bãi gửi xe dành cho mục đích sử dụng
chung, thường nằm ở các vị trí trung tâm, quận phố, cửa hàng, sân bay, bến xe,
trường học, và các địa điểm công cộng khác. Chúng có thể thu phí hoặc miễn
phí, tùy thuộc vào chính sách của cơ quan quản lý. 2.
Bãi đỗ xe riêng tư: Các doanh nghiệp, tổ chức hoặc cá nhân có thể sở hữu
và quản lý bãi đỗ xe riêng tư để phục vụ nhu cầu của họ hoặc khách hàng. Đây
có thể là bãi đỗ xe của các cửa hàng, văn phòng, khách sạn, hoặc gia đình và cá nhân. 3.
Bãi đỗ xe tầng hầm: Bãi đỗ xe tầng hầm là những cấu trúc ngầm được sử
dụng để đỗ xe ô tô. Chúng thường được xây dựng ở các khu vực đông đúc và có
diện tích hạn chế trên mặt đất. lOMoAR cPSD| 23136115 4.
Bãi đỗ xe trên cao (parking lot): Đây là các khu vực mặt đất hoặc tầng cao
được dùng để đỗ xe. Bãi đỗ xe trên cao có thể nằm ở tầng cao của các tòa nhà,
trên nóc, hoặc ở các vị trí trên mặt đất. 5.
Bãi đỗ xe dài hạn: Bãi đỗ xe dài hạn thường được sử dụng bởi người dùng
có nhu cầu để xe trong thời gian dài, chẳng hạn trong thời gian nghỉ cuối tuần
hoặc kỳ nghỉ dài hơn. Chúng có thể nằm ở sân bay, cảng biển, hoặc các khu vực
đón và trả khách du lịch. 6.
Bãi đỗ xe thông minh: Các bãi đỗ xe thông minh sử dụng công nghệ để
theo dõi và quản lý sự sử dụng của bãi đỗ xe. Chúng bao gồm hệ thống cảm
biến, ứng dụng di động cho việc đặt chỗ đỗ xe và thanh toán tự động. 7.
Bãi đỗ xe dành cho xe máy: Ngoài việc đỗ xe ô tô, còn có các bãi đỗ xe
dành riêng cho xe máy. Chúng thường có kích thước nhỏ hơn và được thiết kế
để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng xe máy. 8.
Bãi đỗ xe ngầm: Đây là các bãi gửi xe được xây dựng ngầm dưới mặt đất,
thường nằm ở các trung tâm thương mại, tòa nhà chung cư, hoặc các khu vực đô thị đông đúc.
Phân loại của bãi gửi xe có thể thay đổi tùy theo vị trí địa lý và quy định địa phương. Bãi gửi xe ô tô lOMoAR cPSD| 23136115 Bãi gửi xe máy
1.4 Quy chuẩn về bãi gửi xe
Quy chuẩn về bãi gửi xe thường được đặt ra để đảm bảo an toàn, thuận
tiện và hiệu quả trong việc sử dụng các bãi đỗ xe. Quy chuẩn này thường được
xác định và thực hiện bởi cơ quan quản lý giao thông hoặc quản lý đô thị của
một khu vực cụ thể. Dưới đây là một số quy chuẩn phổ biến về bãi gửi xe: 1.
Kích thước và chiều cao của chỗ đỗ: Quy chuẩn này xác định kích thước
và chiều cao của các chỗ đỗ xe để đảm bảo phương tiện có thể đỗ và di chuyển
một cách an toàn. Chỗ đỗ ô tô thường có kích thước chuẩn, và các bãi đỗ xe cho
xe máy hoặc xe đạp cũng có quy định riêng. 2.
Dấu hiệu và sự hướng dẫn: Bãi đỗ xe cần được đánh dấu rõ ràng với các
biển báo giao thông và dấu hiệu hướng dẫn. Các bãi gửi xe thông qua công nghệ
cảm biến thường được trang bị các biển báo số, hiển thị số lượng chỗ đỗ trống
và hướng dẫn người dùng. 3.
Tiêu chuẩn về an toàn: Quy chuẩn này đảm bảo rằng các bãi đỗ xe được
thiết kế và duy trì sao cho an toàn cho người sử dụng. Nó có thể liên quan đến
sự phân loại của bãi đỗ xe, bãi đỗ xe cho người khuyết tật, cách thoát hiểm, hệ
thống cách ly lửa và khí, và các yếu tố an ninh khác. 4.
Tiêu chuẩn về truy cập: Để đảm bảo bãi đỗ xe phục vụ cho mọi người,
quy chuẩn thường đề cập đến tiêu chuẩn truy cập cho người khuyết tật, bao gồm
việc thiết lập các chỗ đỗ xe dành riêng cho họ và cải thiện lối vào và thoát ra. lOMoAR cPSD| 23136115 5.
Quy định về sự đỗ và dừng: Quy chuẩn này liên quan đến cách đỗ và
dừng xe trong và xung quanh bãi đỗ xe, bao gồm quy tắc về gian đoạn, quy tắc
ưu tiên, và cấm đỗ tại những nơi nhất định. 6.
Hệ thống quản lý và ghi dấu: Các bãi đỗ xe có thể được quản lý bằng cách
sử dụng hệ thống thanh toán tự động và cảm biến. Điều này giúp quản lý lưu
lượng xe, thu phí và cung cấp dữ liệu thống kê. 7.
Quy định về giá cả: Quy chuẩn có thể xác định giá cả để đỗ xe, có thể dựa
trên thời gian đỗ xe hoặc vị trí của bãi đỗ xe. Các quy định này cũng có thể quy
định các giảm giá hoặc miễn phí đối với các đối tượng nhất định, chẳng hạn như
người khuyết tật hoặc nhân viên cơ quan quản lý.
Những quy chuẩn này có thể khác nhau tùy theo vị trí địa lý và quy định
địa phương. Đối với người điều hành bãi đỗ xe và người sử dụng, tuân thủ quy
chuẩn này là quan trọng để đảm bảo an toàn và tiện ích khi sử dụng bãi đỗ xe.
1.5 Giới thiệu về hệ thống bãi gửi xe
1.5.1 Giới thiệu tổng quan
Bãi gửi xe là một khu vực được thiết kế và quản lý để người dùng có thể
đỗ xe ô tô, xe máy hoặc các phương tiện khác một cách an toàn và thuận tiện
trong thời gian họ không sử dụng. Bãi gửi xe có thể có nhiều hình dạng và quy
mô khác nhau và phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Dưới đây là một cái nhìn
tổng quan về bãi gửi xe: 1. Mục đích sử dụng: -
Đỗ xe tạm thời: Người dùng có thể sử dụng bãi gửi xe khi đến thăm
một địa điểm cụ thể như cửa hàng, văn phòng, sân bay, trường học hoặc
bệnh viện. - Đỗ xe hàng ngày: Nhiều người sử dụng bãi gửi xe hàng ngày
khi họ đi làm hoặc thăm các địa điểm thường xuyên. -
Đỗ xe dài hạn: Bãi gửi xe dài hạn thường được sử dụng bởi người
dùng có nhu cầu để xe trong thời gian dài, chẳng hạn trong thời gian nghỉ
cuối tuần hoặc kỳ nghỉ dài hơn. -
Đỗ xe công cộng: Các bãi gửi xe công cộng thường nằm ở các vị trí
trung tâm và phục vụ nhiều người. Chúng có thể thu phí hoặc miễn phí tùy
theo chính sách của cơ quan quản lý. 2. Loại hình: -
Bãi đỗ xe mặt đất: Là các bãi gửi xe trên mặt đất, thường nằm ở các
vị trí trung tâm hoặc ngoại ô. -
Bãi đỗ xe trên cao (parking lot): Bãi đỗ xe trên cao thường nằm ở các
tầng cao của các tòa nhà hoặc trong các khu vực trung tâm. -
Bãi đỗ xe dài hạn: Được sử dụng cho mục đích đỗ xe trong thời gian
dài, chẳng hạn trong kỳ nghỉ dài hơn. lOMoAR cPSD| 23136115 -
Bãi đỗ xe ngầm: Nằm dưới mặt đất và thường nằm ở các khu vực đô thị đôngđúc. 3. Quản lý: -
Bãi đỗ xe công cộng: Thường được quản lý bởi cơ quan chính phủ
địa phương hoặc bởi các công ty quản lý bãi đỗ xe chuyên nghiệp. -
Bãi đỗ xe riêng tư: Các doanh nghiệp hoặc cá nhân có thể sở hữu và
quản lý bãi đỗ xe riêng tư.
4. Công nghệ và tiện ích: -
Bãi gửi xe thông minh: Các bãi gửi xe thông minh sử dụng công nghệ
để quản lý và theo dõi việc đỗ xe, cung cấp thông tin về số lượng chỗ trống
và hỗ trợ trong việc thanh toán. -
Ứng dụng di động: Nhiều bãi gửi xe hỗ trợ việc đặt chỗ và thanh toán
thông qua ứng dụng di động, tạo sự thuận tiện cho người sử dụng.
Bãi gửi xe đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý lưu lượng xe và đảm bảo an
toàn và thuận tiện cho người sử dụng.
1.5.2 Ưu-nhược điểm
Bãi gửi xe có nhiều ưu điểm và nhược điểm, tùy thuộc vào mục đích sử
dụng và quản lý của từng bãi gửi xe cụ thể. Dưới đây là một số điểm mạnh và
điểm yếu phổ biến của bãi gửi xe: **Ưu điểm của bãi gửi xe:** 1.
**An toàn cho xe**: Bãi gửi xe cung cấp một nơi an toàn để đỗ xe, giúp
tránhmất cắp và hỏng hóc do thời tiết và môi trường. 2.
**Giảm tắc nghẽn giao thông**: Bãi gửi xe tạo ra những nơi riêng để đỗ
xe, giúp giảm tắc nghẽn giao thông và cải thiện lưu lượng giao thông. 3.
**Bảo vệ môi trường**: Bãi gửi xe có thể giảm thiểu lưu lượng xe chạy
vòng quanh để tìm chỗ đỗ, giúp giảm ô nhiễm không khí và tiết kiệm năng lượng. 4.
**Dễ quản lý và sắp xếp**: Bãi gửi xe có thể được quản lý hiệu quả bằng
cách sử dụng công nghệ và hệ thống theo dõi chỗ đỗ trống. 5.
**Thu thuế và thu phí**: Bãi gửi xe có thể tạo nguồn thu thuế cho chính
quyền địa phương và thu phí cho quản lý bãi gửi xe, giúp cải thiện dịch vụ. 6.
**Tiện ích cho người sử dụng**: Các bãi gửi xe hiện đại thường có tiện ích
như hệ thống thanh toán tự động, cảm biến đỗ xe, và ứng dụng di động để giúp
người sử dụng dễ dàng tìm kiếm và thanh toán chỗ đỗ xe.
**Nhược điểm của bãi gửi xe:** lOMoAR cPSD| 23136115 1.
**Giới hạn không gian**: Bãi gửi xe có thể tốn diện tích đô thị quý báu
và gây ra thiệt hại cho môi trường tự nhiên, đặc biệt nếu xây dựng trên diện tích rộng lớn. 2.
**Chi phí quản lý và vận hành**: Quản lý và duy trì một bãi gửi xe có thể
đòihỏi một số chi phí liên quan đến bảo dưỡng, an ninh, và quản lý hệ thống. 3.
**Thời gian tìm kiếm chỗ đỗ**: Trong một số trường hợp, người sử dụng
có thể mất thời gian để tìm kiếm chỗ đỗ xe trong bãi gửi xe đông đúc. 4.
**Không đủ chỗ đỗ trong các thời điểm cao điểm**: Trong các thời điểm
cao điểm hoặc trong những sự kiện lớn, có thể xảy ra tình trạng thiếu chỗ đỗ xe trong bãi gửi xe. 5.
**Tác động đến môi trường**: Xây dựng và vận hành bãi gửi xe có thể
gây ratác động đến môi trường, chẳng hạn như sự tiêu thụ năng lượng và sự rò rỉ
dầu máy và chất độc từ xe.
Tổng cộng, bãi gửi xe có thể giải quyết nhiều vấn đề liên quan đến đỗ xe
và giao thông, nhưng cần được quản lý và thiết kế một cách thông minh để tận
dụng lợi ích và giảm thiểu nhược điểm.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu tổng quan về PLC
-Trong thực tiễn, ngành tự động hóa (TĐH) đã luôn có vai trò đặc biệt trong
các lĩnh vực sản xuất như: điều khiển các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, các nhà
máy chế biến lọc dầu, các nhà máy hóa chất ...
-Ngoài ra, TĐH còn được áp dụng trong hầu hết các dây chuyền sản xuất tự
động, cụ thể là trong sản xuất công nghiệp nhẹ; công nghiệp tàu thủy; công nghiệp
chế tạo lắp ráp ô tô, xe máy; khai thác khoáng sản và luyện kim; chế tạo máy; lĩnh
vực y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng…
-Cùng với sự phát triển của ngành điện - điện tử - tin học, “Tự động hóa trong
công nghiệp” ngày nay đã đóng góp một phần khá quan trọng trong nền kinh tế
Việt Nam. Với sự xuất hiện của nhiều tập đoàn tên tuổi trong lĩnh vực điện, điện
tử, tự động đã làm cho thị trường thiết bị tự động ngày càng trở nên đa dạng. lOMoAR cPSD| 23136115
PLC – thiết bị điều khiển logic lập trình, đã du nhập vào Việt nam trên 10 năm
và nay đã trở thành khái niệm phổ cập trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.
Thị trường PLC luôn được coi là thị trường bền vững nhất, với mức tăng trưởng
là 4,6% liên tục từ 2003 đến 2008, và ngày càng phát triển cho đến nay.Thậm chí
khái niệm PLC dã không còn bao hàm là chữ viết tắt của “Điều khiển logic khả
trình nữa”. Khả năng truyền thông, bộ nhớ lớn và tốc độ cao của CPU đã biến
PLC trở thành một sản phẩm tự động hóa tiêu chuẩn. Một thiên đường mới với
PAC (Program Automation Controller) sẽ làm thay đổi bộ mặt của tự động hóa
công nghiệp ở lớp điều khiển.
2.2. Sơ lược về lịch sử PLC lOMoAR cPSD| 23136115
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) được hình thành
từ nhóm các kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968, với ý tưởng ban đầu
là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:
• Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
• Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa.
• Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường công nghiệp. • Giá cả cạnh tranh
Tuy nhiên, thiết bị này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp
nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống . Vì vậy các nhà thiết kế từng bước
cải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập
trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại
vi hổ trợ cho công việc lập trình.
Để đơn giản hóa việc lập trình, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay
(Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này
đã tạo ra được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình. Trong
giai đoạn này các thiết bị điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế
hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận
hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống,
tiêu chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The Diagram Format).
Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập
trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh
về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực…
Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho
hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng : •
Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển
các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông. • Bộ nhớ lớn hơn. •
Nhiều loại Module chuyên dùng hơn.
Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng
lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc
độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được
chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của
PLC được mở rộng hơn.
2.3. Phân loại các PLC
-Theo hãng sản xuất
Các nhãn hiệu như Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, Allen
Bradley, ABB, Festo,…
-Theo version: (Chỉ tính của hãng Siemens) lOMoAR cPSD| 23136115
PLC Siemens có các họ như Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200,S71500.
+Logo: Là dòng sản phẩm cho các ứng dụng nhỏ khoảng 16-24 I/O
• S7-200: Là dòng sản phẩm trung bình có ứng dụng cho các dự án với I/O khoảng 128.
• S7-300 và S7-400: Là dòng sản phẩm cao cấp cho các dự án lớn, có
số lượng I/O lớn, viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, thời gian đáp ứng nhanh. • S7-1200:
- Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7-200, truyền thông qua cổng
Ethernet có thể kết nối PC-PLCs, PLCs-HMI, PLCs-PLCs. lOMoAR cPSD| 23136115
- Tốc độ truyền thông profinet 10/100Mbits/s, tích hợp tính năng đo
lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình.
S7-1500: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7300, S7-400 vừa được ra mắt
trong thời gian gần đây với những ưu điểm vượt trội.
Theo số lượng các đầu vào/ra
Căn cứ vào số lượng các đầu vào/ ra, ta có thể phân PLC thành 4 loại sau:
– Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ ra
– PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ ra– PLC trung bình có đến 1024
kênh vào/ ra – PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra.
2.4. Cấu tạo PLC Siemens
PLC là loại thiết bị cho phép thực hện linh hoạt các thuật toán điều khiển số
thông qua các ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng
mạch số. Như vậy, với chương trình này, 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, với máy tính, hoặc các thiết bị ngoại vi khác...) lOMoAR cPSD| 23136115
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 có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có
chức năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ xử lý (CPU), một bộ điều
hành,bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu,... Ngoài ra, PLC còn phải có
các cổng vào/ra để giao tiếp được các 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 còn cần phải có thêm
các khối chức năng đặc biệt khác như: bộ đếm (counter), bộ định thời (timer)...và
những khối hàm chuyên dụng khác.
PLC được thiết kế sẵn thành bộ và chưa được cố định với một nhiệm vụ
nào.Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, counter,... được nhà sản
xuất tích hợp trong bộ PLC và kết nối với nhau bằng chương trình cho mỗi một
nhiệm vụ điều khiển cụ thể nào đó. Có nhiều thiết bị điều khiển và được phân biệt
với nhau qua các chức năng sau: - Các ngõ vào/ra - Dung lượng bộ nhớ - Bộ đếm (counter) - Bộ định thời (timer) - Bít nhớ
- Các khối chức năng đặc biệt - Tốc độ xử lý
- Loại xử lý chương trình.
Các thiết bị điều khiển lớn thì được lắp thành các module riêng. Đối với các
thiết bị điều khiển nhỏ, chúng được lắp đặt chung trong một bộ. Các bộ điều khiển
này có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định.
Thiết bị điều khiển được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở
bộ phận ngõ vào của thiết bị tự động. Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua
chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình. Kết quả xử lý được đưa
ra bộ phận ngõ ra của thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều
khiển ở dạng tín hiệu
- PLC bao gồm các thành phần chính sau: lOMoAR cPSD| 23136115
• CPU (Central Processing Unit):
CPU là bộ xử lý trung tâm của PLC và chịu trách nhiệm thực hiện các
lệnh điều khiển. Nó là nơi xử lý logic và tính toán các tín hiệu điều khiển
từ chương trình PLC. CPU có thể thực hiện các phép toán logic, phép toán
số học và các lệnh điều khiển khác để thực hiện nhiệm vụ điều khiển hệ thống.
• RAM (Random Access Memory):
RAM là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên và được sử dụng để lưu trữ
chương trình điều khiển và các dữ liệu tạm thời. Trong RAM, PLC lưu trữ
chương trình điều khiển hiện tại và các biến tạm để thực hiện các phép toán
và quyết định điều khiển. Khi PLC được khởi động lại, dữ liệu trong RAM sẽ bị mất . • ROM (Read-Only Memory):
ROM là bộ nhớ chỉ đọc và được sử dụng để lưu trữ chương trình điều
khiển và các dữ liệu cố định. Chương trình điều khiển trong ROM không
thể bị xóa hoặc thay đổi và được PLC sử dụng để khởi động và thực thi các
chương trình điều khiển cơ bản khi nó được bật. ROM cũng có thể chứa
các thông tin cố định khác, chẳng hạn như các bảng biểu đồ, các hằng số
hay các dữ liệu tham chiếu. • I/O (Input/Output): lOMoAR cPSD| 23136115
Các cổng I/O là các cổng kết nối với các thiết bị ngoại vi bên ngoài,
bao gồm cảm biến và bộ điều khiển. Các cổng đầu vào (input) được sử dụng
để nhận tín hiệu từ các cảm biến và các nguồn tín hiệu khác. Các cổng đầu
ra (output) được sử dụng để điều khiển các thiết bị đầu ra như động cơ, van,
đèn và các thiết bị khác. PLC sẽ đọc tín hiệu từ các cổng đầu vào và dựa
trên chương trình điều khiển để đưa ra quyết định và điều khiển các cổng đầu ra tương ứng.
Thông tin xử lý trong PLC được lưu trữ trong bộ nhớ của nó. Mỗi phần
tử vi mạch nhớ có thể chứa một bit dữ liệu. Bít dữ liệu (data binary digital)
là một chữ số nhị phân, chỉ có thể là một trong hai giá trị 0 hoặc 1. Tuy
nhiên các vi mạch nhớ thường được tổ chức thành nhóm để có thể chứa 8
bít dữ liệu. Mỗi chuỗi 8 bít dữ liệu được gọi là một byte. Mỗi mạch nhớ là
1 byte (byte nhớ), được xác nhận bởi một con số gọi là địa chỉ (address).
Byte nhớ đầu tiền có địa chỉ 0. Dữ liệu chứa trong byte nhớ gọi là nội dung.
Địa chỉ của một byte nhớ là cố định và mỗi byte nhớ trong PLC có một
địa chỉ riêng của nó. Địa chỉ của byte nhớ khác nhau sẽ khác nhau, nội dung
chứa trong một bute nhớ là đại lượng có thể thay đổi được. Nội dung byte
nhớ chính là dữ liệu được lưu trữ tức thời trong bộ nhớ.
Để lưu giữ một dữ liệu mà một byte nhớ không thể chứa hết được, thì
PLC cho phép một cặp 2byte nhớ cạnh nhau được xem xét như một đơn vị
nhớ và được gọi là một từ đơn (word). Địa chỉ thấp hơn 2 byte nhớ được
dùng làm địa chỉ của từ đơn.
Trong một PLC, bộ xử lý trung tâm có thể thực hiện một số thao tác như:
- Đọc nội dung các vùng nhớ (bit, byte, word, double word).
- Ghi dữ liệu vào vùng nhớ (bit, byte, word, double word).
Trong thao tác đọc, nội dung ban đầu của vùng nhớ không thay đổi
mà chỉ lấy bản sao của dữ liệu để xử lý.
Trong thao tác ghi, dữ liệu được ghi vào trở thành nội dung của vùng
nhớ và dữ liệu ban đầu bị mất đi.
2.5. Nguyên lý hoạt động
PLC (Programmable Logic Controller) hoạt động dựa trên nguyên lý điều
khiển logic, trong đó các tín hiệu đầu vào được nhận, xử lý và dựa trên đó, các
tín hiệu đầu ra được tạo ra để điều khiển các thiết bị trong hệ thống tự động
hóa. Phân tích chi tiết về nguyên lý hoạt động của PLC: lOMoAR cPSD| 23136115
Thu thập tín hiệu đầu vào:
- PLC nhận các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến hoặc thiết bị đầu vào
khác trong hệ thống. Các tín hiệu đầu vào này có thể là tín hiệu kỹ thuật số
(nhị phân) hoặc tín hiệu analog (liên tục). Cảm biến có thể đo các thông số
như áp suất, nhiệt độ, mức nước, v.v. và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện truyền tới PLC.
Xử lý tín hiệu đầu vào:
- Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào, PLC sẽ xử lý chúng theo chương
trình điều khiển đã được lập trình trước. CPU của PLC sẽ thực hiện các
phép toán logic và tính toán dựa trên các lệnh điều khiển trong chương
trình. Điều này bao gồm việc so sánh giá trị của tín hiệu đầu vào với các
giá trị ngưỡng, thực hiện các phép toán logic như AND, OR, NOT và thực
hiện các phép toán số học.
Đưa ra tín hiệu đầu ra:
- Dựa trên kết quả xử lý tín hiệu đầu vào, PLC sẽ tạo ra các tín hiệu đầu
ra để điều khiển các thiết bị trong hệ thống tự động hóa. Các tín hiệu đầu
ra có thể là tín hiệu điện, tín hiệu điều khiển cho động cơ, van, đèn hoặc
các thiết bị khác. PLC sẽ gửi các tín hiệu điều khiển này thông qua các cổng
I/O để điều khiển các thiết bị tương ứng. Lặp lại quá trình:
- Quá trình thu thập tín hiệu đầu vào, xử lý và đưa ra tín hiệu đầu ra
được lặp lại liên tục và tuần tự theo tốc độ xử lý của PLC. CPU của PLC
thực hiện các vòng lặp này nhanh chóng để đảm bảo hệ thống điều khiển
hoạt động một cách liên tục và ổn định.