Đề tài Quá trình hình thành đại cương về phương pháp giảm nhiệt máy trong dây truyền sản xuất

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng với phép tính And, t−ơng ứng biến luôn có giá trị 0 là phần tử đơn vị của phép tính Or. Nên ta có: x^1 = 1^x = x. Với mọi x thuộc B. xV 0 = 0Vx = x. Với mọi x thuộc B. Định nghĩa: Không giới hạn quy định của bảng chân lý về các phép tính And, Or, Not nếu trên (B) ta xác định đ−ợc 3 phép tính And, Or, Not thoả mãn. 1) xVy = yVx. 2) xV(y^z) = (xVy)^z. 3) (x^y)V(xVy) = x. Mọi x, y, z thuộc B thì tập B cùng 3 phép tính đó sẽ đ−ợc gọi là đại số Boole. 2.Tính chất: Một đại số Boole B với 3 phép tính And, Or, Not có các tính chất sau: Tính chất 1: X = X.∀X ∈ B . Tính chất 2: X = X.X = X^X. ∀X ∈ B . Tính chất 3: X .X = 0. ∀X ∈ B . Tính chất 4:1VX = 1. ∀X ∈ B . Tính chất 5: 0VX = X. Tính chất 6: X VX = 1. Tính chất 7: X.Y = xx + y 1.2.4. Các phần tử lôgic cơ bản. Trong kĩ thuật số cũng nh− trong việc điều khiển bằng PLC thì ng−ời ta th−ờng dùng các phép tính cơ bản là AND ( ∧ ), OR ( ∨ ), NOT , NAND, NOR. Ta có các quan hệ lôgic là: • Phần tử AND. Là phần tử có nhiều đầu vào và một đầu ra, đầu ra có giá trị lôgic bằng 1 khi tất cả các đầu vào bằng 1. Lớp tự động hoá 46 12 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Giả sử xét phần tử AND hai đầu vào.(Kí hiệu hai đầu vào là S1 và S2, đầu ra là H1) 24V S1 S2 H1 S2 0 0 0 0 1 0 S1 1 0 0 1 1 1 H1 0V Bảng chân lý Hình 1.1: Mạch điện lôgic and Vậy Nếu cả hai khoá S1 và S2 đều đóng mạch thì đèn mới sáng. Vậy sơ đồ điện trên thể hiện quan hệ lôgic AND. H1 = S1 ∧ S2 H1 = S1.S2 Phần tử OR: Là phần tử có nhiều đầu vào và một đầu ra. Có giá trị bằng 1 khi ít nhất một trong các đầu vào bằng 1. 24V S1 S2 H1 S1 S2 0 0 0 0 1 1 1 0 1 H1 1 1 1 0V Bảng chân lý. Hình1.2: Mạch điện logic OR Trong đó nếu S1 hoặc S2, hoặc cả S1, S2 đều đóng thì đều làm đèn H1 sáng nh− nhau. Sự đóng mạch của công tắc S1, S2 làm đèn sáng là quan hệ lôgíc OR. H1= S1+ S2 Lớp tự động hoá 46 13 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng H1=S1+ S2 Phần tử NOT: Là phần tử có 1 đầu vào và một đầu ra, tín hiệu ra là phủ định tín hiệu vào. 24V S1 H1 S1 K1 0 1 0 1 1 0 K1 H1 1 0 0V Bảng chân lý. Hình1.3: Mạch điện logic NOT Khoá S1 mở mạch thì đèn sáng. Còn S1 mở thì đèn sáng. H1= S 1 Phần tử NAND và phần tử NOR: Đây là hai phần tử AND phủ định( AND Not) và OR phủ định(OR Not). 24V NAND S1 S2 H1 S1 K1 0 0 1 S2 0 1 1 1 0 1 K1 H1 1 1 0 0V Hình 1.4: Mạch điện logic NAND Ta có: H1= S1∧ S2. H1= S1.S2 . NOR 24V S1 S2 K1 Lớp tự động hoá 46 14 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN S S H Báo cáo tốt nghiệp 1 2 Lê Mạnh 1Hùng 0 0 1 K1 H1 0 1 0 1 0 0 0V 1 1 0 Bảng chân lý Hình 1.5: Mạch điện logic NOR Ta có: H1= S1∨ S2. H1= S1+ S2 . 1.3. Các b−ớc thiết kế hệ thống điều khiển lôgic. Việc lập trình cho các hệ thống điều khiển bằng PLC ngày càng đ−ợc sử dụng rộng rãi. Có rất nhiều ph−ơng án để thiết kế, nh−ng để thuận tiện cho học viên thì ng−ời ta đã đ−a ra các b−ớc chung thiết kế hệ thống điều khiển lôgíc. 1.3.1. Xác định tín hiệu vào và ra. B−ớc thứ hai là phải xác định vị trí kết nối giữa các thiết bị vào ra với PLC. Tín hiệu vào có thể là tiếp điểm, cảm biến thiết bị ra có thể là rơle điện từ, môtơ, đèn báo. Mỗi vị trí kết nối đ−ợc đánh số t−ơng tự ứng với PLC sử dụng các thiết bị vào/ra có chức năng riêng biệt nhau ta cần lựa chọn sao cho các bộ cảm biến và các bộ chấp hành có thể đ−ợc nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm các thiết bị phụ trợ. 1.3.2.Viết ph−ơng trình điều khiển. Các PLC hiện có trên thị tr−ờng hầu hết đang sử dụng 3 cách viết thông th−ờng đó là LAD, STL và FBD. Tuỳ theo yêu cầu của công nghệ mà ta viết ch−ơng trình điều khiển cho phù hợp. 1.3.3.Nạp ch−ơng trình vào bộ nhớ. Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp vào ra nếu cần. Sau đó nạp ch−ơng trình soạn thảo từ các thiết bị lập trình vào bộ nhớ của PLC. Sau khi hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạy ch−ơng trình mô phỏng hoạt động hệ thống. Lớp tự động hoá 46 15 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng 1.3.4.Chạy ch−ơng trình . Tr−ớc khi khởi động hệ thống cần phải chắc chắn dây nối từ PLC đến các thiết bi ngoại vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực hiện các b−ớc tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đ−a vào hoạt động thực tế. Từ các b−ớc thiết kế hệ thống trên để đơn giản và dễ hiểu, quy trình điều khiển có thể mô tả theo l−u đồ . Lớp tự động hoá 46 16 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Xác định yêu cầu của hệ thống. Kết nối các thiết bị I/O vào PLC Vẽ l−u đồ điều khiển Kiểm tra tất cả các dây nối Liên kết các đầu vào / ra t−ơng ứng với các đầu I/O của PLC Chạy thử ch−ơng trình Soạn thảo ch−ơng trình. Kiểm tra Nạp ch−ơng trình vào PLC No Ch−ơng trình Sửa chữa đúng ch−ơng trình Yes Chạy mô phỏng và tìm Nạp ch−ơng trình lỗi vào EPROM Tạo tài liệu ch−ơng trình Chạy tốt No Yes Kết thúc Hình 1.6: Thiết kế mô hình điều khiển trên PLC Lớp tự động hoá 46 17 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng 1.4. Những vấn đề chung về PLC. 1.4.1. PLC. PLC ( Programable Logic Cotrol ) là mộ thiết bị điều khiển sử dụng một bộ nhớ có thể lập trình, bộ nhớ này sẽ l−u giữ các cấu trúc lệnh (Logic, thời gian, bộ đếm các hàm toán học…) để thực hiện chức năng điều khiển. Ch−ơng trình điều khiển Tín hiệu vào PL C Tín hiệu điều khiển Tín hiệu đ−a vào PLC đ−ợc lấy từ các thiết bị nh− các cảm biến (Sensor), công tắc …Tín hiệu đầu ra PLC có thể đ−ợc sử dụng để điều khiển một đối t−ợng (động cơ, van…) hoặc la cả một quá trình điều khiển. Thời kỳ đầu PLC đ−ợc thiết kế để thay thế cho các hệ điều khiển dùng Rơ le, công tắc tơ đơn thuần tuy nhiên trong quá trình phát triển, với một −u điểm lớn là có thể chỉnh sửa lại ch−ơng trình điều khiển tuỳ ý mà không mất nhiều công sức cũng nh− các chi phí, bởi vậy có thể đ−ợc ứng dụng rất linh hoạt, PLC ngày nay đã phát triển và có những khả năng để có thể điều khiển các hệ điều khiển phức tạp. Đặc biệt PLC ngày nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển tới mức những ng−ời sử dụng nó không cần giỏi những kiến thức điện tử mà chỉ cần lắm vững công nghệ sản xuất để chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình đ−ợc. Nh− vậy PLC có thể coi nh− một máy tính và có đặc điểm nh− sau: - Đ−ợc thiết ké với cấu trúc đơn giản, có thể làm việc trong môi tr−ờng công nghiệp, nông nghiệp ( Chịu đ−ợc tiếng ồn, nhiệt độ, độ ẩm cao và độ dung động) - Các tín hiệu vào ra đ−ợc cách ly về điện với bộ điều khiển có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra. - Lập trình đơn giản, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chỉ thuần tuý thực hiện chức năng logic. Lớp tự động hoá 46 18 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Ra đời năm 1968 với 20 đầu nhận tín hiệu vào ra số ngày nay PLC đã đ−ợc chế tạo theo module để có thể mở rộng theo yêu cầu và có thể làm việc với một số l−ợng lớn các đầu vào và thực hiện đ−ợc nhiều chức năng điều khiển. 1.4.2. Cấu trúc phần cứng PLC. Vì cấu trúc của bộ điều khiển khả lập trình đ−ợc dựa trên cùng một nguyên lý với kiến trúc máy tính. Cho nên PLC có năm thành phàn cơ bản: Đơn vị xử lý trung tâm, bộ nhớ, bộ nguồn nuôi, khối vào ra tín hiệu và thiết bị lập trình. Sơ đồ khối cơ bản nh− hình sau: Thiết bị lập trình Bộ nhớ Đầu vào Bộ xử lý Đầu ra tín tín hiệu hiệu Nguồn cung cấp Hình1.7: Hệ thống PLC - Bộ xử lý trung tâm bao gồm bộ vi xử lý,có nhiệm vụ phân tích các tín hiệu vào và thực hiện công việc điều khiển, tuỳ theo ch−ơng trình điều khiển l−u trữ, trong bộ nhớ có thể truyền thông cũng nh− gửi tín hiệu đến đầu ra t−ơng ứng. - Bộ nhớ là nơi l−u trữ ch−ơng trình điều khiển bằng các bộ phận l−u giữ điện tử nh− RAM, ROM, EPROM. Đ−ợc sử dụng cho các hoạt động điều khiển, d−ới sự kiểm tra của bộ vi xử lý - Bộ nguồn nuôi là đơn vị dùng để chuyển đổi nguồn xoay chiều (AC) thành nguồn một chiều (DC) để cung cấp cho CPU và các khối vào ra . Lớp tự động hoá 46 19 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng - Thiết bị lập trình đ−ợc dùng để viết ch−ơng trình điều khiển và chuyển xuống PLC. - Khối vào/ra tín hiệu làm nhiệm vụ truyền nhận thông tin từ CPU với các thiết bị bên ngoài. Các tín hiệu vào ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu số, tín hiệu alalog. 1.4.3.Cơ cấu chung của hệ thống PLC Ngày nay sự phát triển của khoa học công nghệ các PLC đ−ợc chế tạo sao cho phù hợp với từng dây chuyền sản xuất. Các PLC hiện nay đ−ợc chế tạo theo hai cơ cấu thông dụng đó là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép. Kiểu hộp đơn đ−ợc chế tạo để sử dụng cho các dây chuyền sản xuất không phức tạp và có đầy đủ các bộ phận cơ bản của PLC là bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ. Các PLC này là các plc Logo giá thành rẻ tạo thuận tiện cho việc điều khiển các dây chuyền ít phức tạp. Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối t−ợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra cũng nh− chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đ−ợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng th−ờng chia nhỏ thành các module. Kiểu module này tối thiểu bao giờ cũng phải có các module chính đó là module CPU các module còn lại là những module nhận truyền tín hiệu với đối t−ợng điều khiển và các module chức năng chuyên dụng. Tất cả các module đ−ợc gá trên những thanh ray (Rack). Việc sử dụng các module tuỳ thuộc vào từng bài toán kiểu module này rất linh hoạt không hạn chế về bộ nhớ và số l−ợng đầu vào/ra. Với hai loại PLC là kiểu module và kiểu hộp đơn thì các ch−ơng trình ứng dụng trong sản xuất đ−ợc nạp vào bộ nhớ của PLC nhờ các thiết bị lập trình. Nh− vậy việc sử dụng hai loại PLC trên đ−ợc áp dụng vào các bài toán điều khiển khác nhau nh−ng các ch−ơng trình chỉ đ−ợc nạp vào bộ nhớ của PLC khi đã hoàn chỉnh trên thiết bị lập trình. 1.4.4. Cấu trúc bên trong của PLC. Một PLC điển hình có cấu tạo nh− hình vẽ: Lớp tự động hoá 46 20 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Hình 1.8: Cấu trúc bên trong của PLC Ta thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao gồm một bộ vi xử lý trung tâm CPU(Central Processing Unit), bộ nhớ (RAM, ROM), khối vào ra, khối phát xung nhịp (Clock), pin và các hệ thống Bus. cpu thực hiện trao đổi, xử lý các tín hiệu vào ra, theo ch−ơng trình đã đ−ợc soạn thảo để điều khiển dây chuyền sản xuất. Toàn bộ hoạt động của PLC đ−ợc điều khiển bởi CPU, nó đ−ợc cung cấp bởi một khối xung nhịp, do đó tốc độ của CPU sẽ phụ thuộc vào tốc độ của khối phát xung nhịp và th−ờng khối phát xung nhịp có tần số vào khoảng từ 1 đến 8 mhz, xung nhịp này sẽ cung cấp cho tất cả các khối trong PLC để đồng bộ hoá quá trình hoạt động của các khối này với CPU. Các tín hiệu trong PLC đ−ợc truyền thông qua các đ−ờng dẫn các đ−ờng dẫn này đ−ợc gọi là hệ thống Bus. Bus gồm có Bus địa chỉ, Bus điều khiển, Bus vào ra, Bus dữ liệu để chuyển tải các thông tin điều khiển. Các Bus vào ra mang thông tin từ các Lớp tự động hoá 46 21 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng đầu vào ra. Các PLC có cấu tạo bên trong khá phức tạp do đó ta tìm hiểu cụ thể nh− sau: 1.CPU Cấu hình của CPU tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý, cơ bản CPU có: - Bộ thuật toán và logic (ALU) làm nhiệm vụ xử lý dữ liệu,thực hiện các phép toán số học và các phép toán logic. - Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý đ−ợc xử dụng để l−u trữ thông tin liên quan đến việc viết ch−ơng trình điều khiển. - Bộ điều khiển đ−ợc sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các phép toán. 2.BUS. Là tất cả các thông tin hay sự trao đổi các dữ liệu trong PLC đều đ−ợc thực hiện qua hệ thống Bus, thông tin đ−ợc truyền theo dạng nhị phân, nhóm bit….Hệ thông Bus trong PLC có bốn loại. - Bus dữ liệu tải dữ liệu đ−ợc sử dụng trong quá trình xử lý của CPU dùng để thu nhận thông tin từ các thiết bịn ngoại vi nh− cảm biến…truyền tín hiệu tới các thiết bị điều khiển. Bộ xử lý 8 bit có thể thực hiện phép toán giữa các số 8 bit và phân phối kết quả theo số 8 bit. - Bus địa chỉ: Dùng để xác định địa chỉ dữ liệu trong bộ nhớ. Nh− vậy mỗi dữ liệu có thể đ−ợc định vị trong bộ nhớ. Nh− vậy, mỗi vị trí nhớ đ−ợc gán một địa chỉ duy nhất. Bus địa chỉ mang theo thông tin cho biết địa chỉ sẽ đ−ợc truy cập. - Bus điều khiển đ−ợc CPU sử dụng để chuyển tải các thông tin điểu khiển …Ví dụ, CPU sử dụng để chuyển các tín hiệu điều khiển báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ các thiết bị nhập hoặc điều khiển lấy các dữ liệu từ bộ nhớ, và tải các xung nhịp để đồng bộ hoá quá trình hoạt động của các khối với CPU. - Bus vào/ra đ−ợc dùng để truyền thông giữa các cổng vào/ra và thiết bị vào/ra. 3. bộ nhớ Lớp tự động hoá 46 22 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN