Ứng dụng điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình PLC trong điều khiển động cơ điện một chiều

ình 10 - 3 Đặt m = r = Ta có : m = Từ phương trình m= ta dựng được họ đường cong phụ thuộc giữa m và r như hình 10 - 4 Hình 10 - 4 Trong đó d là 1 tham số vùng giới hạn từ đường cong d = 0 trở lên là không thể thực hiện được vì ngay tại d = 0 mạch đã có Tư = ¥ tức là phải thuần cảm giá trị g = g’ chính là giá trị thực Do yêu cầu đóng ngắt với tần số cao khoảng vài trăm chu kỳ trong 1 giây (200 ¸ 300Hz) nên khóa T thường là thysistor nên ta có sơ đồ Hình 10 – 5 mô tả quá trình đóng ngắt này Thyristor Tc làm khóa T (hình 10 - 5) thyristor Tf làm nhiệm vụ ngắt TC cuộn cảm L và van V dùng để nạp cho tụ C có cực tính như hình 10 -5 trong thời gian TC dẫn D có nhiệm vụ duy trì dòng qua tải Hình 10 - 5 Nguyên lý làm việc Ơ trạng thái ban đầu cả hai thyristor Tc và Tf đều đóng không dẫn điện nên tụ điện chuyển mạch C chưa được nạp điện Muốn khởi động bộ khóa trước hết cho xung điều khiển mở thyristor Tf tụ điện C được nạp điện với trị số uc = E với cực tính ghi trong dấu lúc này điện áp trên tải u=0. Bộ băm để ở trạng thái sẵn sàng làm việc Để mở khóa T tại thời điểm ban đầu t = 0 ta cho xung điều khiển mở Tc điện áp trên tải lúc này u = E vì thyristor Tc mở nên tụ điện C được tích điện sẵn cũng phóng điện qua thyristor Tc, cuộn cảm L và diode V kết quả tụ điện được nạp theo cực tính ngược lại Tại thời điểm t=tđ muốn khóa thyristor chỉ cần cho xung điều khiển mở thyristor Tf, qua thyristor Tf lại điện áp trên tải bằng không u =0 vì Tf mở dẫn điện nên tụ C lại được nạp đến uc = E khi tụ nạp đầy thyristor Tf khóa lại quá trình lại được lặp lại cứ như vậy trên phụ tải hình thành các xung áp một chiều như hình 10-6 Tđ T u E t Hình 10 – 6: xung áp 1C Độ dài mở xung là Tđ là thời gian mở thyristor Tc ứng với khoảng thời gian gữa xung mở thyristor Tc và xung mở thyristor Tf có thể điều chỉnh độ dài xung Tđ theo ý muốn song Td không thể nhỏ hơn ½ chu kỳ của dao động L- C tức là phải bảo đảm Td >p chu kỳ băm Tc tương ứng với khoảng thời gian giữa 2 xung liên tiếp mở thyristor Tc. cũng có thể điều chỉnh chu kỳ băm theo ý muốn Đặc tính cơ: Để xây dựng đặc tính cơ cần tìm giá trị trung bình của điện áp Hình 10 -7 Ta có đường đặc tính cơ như hình 10 –7 III/ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG BỘ BIẾN ĐỔI VAN TỪ – ĐỘNG CƠ Sơ đồ nguyên lý của mạch D D Hình III -1 Trong sơ đồ hình những máy biến áp BA có chức năng biến đổi giá trị điện áp phù hợp với động cơ, nâng cao hệ số công suất các van không điều khiển D dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành một chiều và tạo thành sức từ hóa phản hồi trong kháng bão hòa (KBH) dùng để điều chỉnh giá trị sức điện động của bộ biến đổi tổ hợp kháng bão hòa và các van D tạo thành một van điều khiển ta xem xét hình: b) a) Hình III - 2 Ta có phương trình mạch điện hìnhIII –2 a xk biến đổi theo trạng thái từ của lõi thang ban đầu lõi được từ hóa cố định nhờ cuộn điều khiển Wđk đến một giá trị B0 nào đó hình – b -Bs£ B0 £ Bs. khi nguồn e dương dòng thuận qua van Db từ hóa lõi của kháng làm cho độ từ cảm biến thiên, lõi không bão hòa Xk rất lớn coi iRt = 0 ta có phương trình khi t = 0, B = B0 ta có B = B0 + Bm (1 - cosWt) WLV : số vòng của cuộn làm việc S: tiết diện lõi của kháng bão hòa Bm = E2m/ WWLVS : biên độ của từ cảm w : Tần số góc của dòng điện lưới Trong nửa chu kỳ dương từ cảm trong lõi kháng bão hòa sẽ biến thiên theo hình sin hìnhIII-2 b nó đạt giá trị bão hòa khi wt = a và B = BS Ta có góc bão hòa Tại wt = a B = Bs = const (lõi kháng bão hòa) thì Xk = 0 nên điện áp e đặt hết lên tải Rt E2m sinwt= iRt = ub Ub : điện áp ra của bộ biến đổi ta có đồ thị ub (wt) như hìnhIII-2c Đó chính là sức điệng động Rb của hệ biến đổi van từ trong nữa chu kỳ âm của sức điện động e van ngắt dòng từ hóa không có nên lõi bị khử từ bởi cuộn điều khiển và độ cảm B sẽ giảm dần về B0 còn áp trên tải ub» eb = 0 Giá trị trung bình của e được xác định : Nếu chỉnh lưu có số lần đập mạch là m (*) Từ phương trình (*) ta thấy khi thay đổi B0 từ -Bs ¸ + Bs ta sẽ điều chỉnh được sức điện động Eb từ 0 ¸ Ebm. Vì B0 do dòng điều khiển tạo ra B0 tỷ lệ với dòng điều khiển Iđk Nên ta có : Trong đó : Rb : điện trở trong Iư : dòng điện phản ứng a: hằng số tỷ lệ gữa Iđk và B0 IV/ ỨNG DỤNG LINH KIỆN BÁN DẪN TRONG MẠCH CHỈNH LƯU CẦU BA PHA HỖN HỢP KHÔNG ĐỐI XỨNG ĐỘNG CƠ Sơ đồ mạch. HìnhIV-1 Trong mạch này dùng Ba thyristor Th1, Th2 và Th3 và Ba diode D’1, D’2, D’3 Nguyên lý hoạt động của mạch: Các thyristor th1, th2 và th3 được điều khiển bằng các xung dòng điện điều khiển iG1, iG2, iG3 giống như ở mạch chỉnh lưu cầu ba pha dùng thyristor mỗi thyristor được gây mở chỉ khi nó có tín hiệu IG và điện áp trên cuộn dây thứ cấp nối với nó là lớn nhất trong số ba điện áp u1, u2, u3 ngoài ra ta cũng giả thuyết động cơ có điện cảm L lớn nên mạch làm việc trong chế độ liên tục cung cấp cho phụ tải với dòng điện phụ tải có trị số không đổi và bằng giá trị trung bình của nó I’d trong chế độ này thyristor sau khi được kích mở sẽ tiếp tục mở cho đến lúc một thyristor khác được kích mở còn mỗi diode trong ba diode D’1, D’2, D’3 sẽ mở trong khoảng thời gian mà điện áp trên cuộn dây thứ cấp nối với nó có giá trị bé nhất trong số điện áp u1, u2, u3 Khi góc mở chậm của thyristor a< p/3 ta có đồ thị biến thiên của điện áp và dòng điện chỉnh lưu như hình IV-2a Khi góc mở a> p/3 ta có đồ thị biến thiên của điện áp và dòng điện chỉnh lưu như hình IV-2b Trên đồ thị hìnhIV-2b biểu diễn các khoảng mở của mỗi thyristor và diode + Ta có thể thấy a< p/3 hìnhIV-2b trên đồ thị tồn tại những khoảng mở đồng thời thyristor và diode được nối với cùng một dây quấn thứ cấp Trong khoảng q3 £ q £ q4 thyristor và diode D’1 (cùng nối với pha 1) được mở đồng thời trong khoảng đó phụ tải lại nối tắt bởi th1 và D’1 và điện áp ở hai đầu phụ tải ud=0 + Khi a< p/3 hìnhIV–2a trong đồ thị không tồn tại những khoảng mở đồng thời hai thyristor và diode được nối với cùng một pha của nguồn điện. Do đó điện áp ud luôn luôn lớn hơn không Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lưu ud = um - un + Trong khoảng q1 £ q £ q3 thyristor th1 mở uM = u1 + Trong khoảng q3 £ q £ q5 thyristor th2 mở uM = u2 + Trong khoảng q5 £ q £ 2p và 0 £ q £ q1 và thyristor th3 mở uM = u3 Do đó giá trị trung bình của uM là Ta có: và Þ + Trong khoảng q2 £ q £ q4 diode D’3 mở uN = u3 + Trong khoảng q4 £ q £ q6 diode D’1 mở uN = u2 + Trong khoảng q6 £ q £ 2p và 0 £ q £ q2 diode D’2 mở uN = u2 Þ Ta có giá trị trung bình của un là : Khi và Như vậy Þ Khi thay đổi a từ 0 đến p ta có thể thay đổi điện áp chỉnh lưu từ Điện áp ngược cực đại : ungmax = um Dòng điện phụ tải Khi động cơ điện một chiều có sức phản điện động E điện cảm L điện trở R Ta có : E <  Chương IV: GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC) VÀ ỨNG DỤNG CỦA PLC GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC – PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Trong những năm gần đây bộ điều khiển lập trình PLC được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp ở nước ta như là một giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Hiện nay trong nước chưa có một giáo trình tiếng Việt nào giới thiệu đầy đủ về bộ điều khiển lập trình nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu. Trên cơ sở khảo sát những tài liệu kỹ thuật về bộ điều khiển lập trình của hãng Siemens em xin giới thiệu bộ điều khiển lập trình simatic S7- 2000 I/ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA CPU – (CENTRAL PROCCESS UNIT) Khái quát chung : PLC viết tắc của programmable logic controller là thiết bị điều khiển logic cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic qua một ngôn ngữ lập trình bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu: Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, tu sửa Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp Giao tiếp với các thiết bị thông tín máy tính, nối mạng các module mở rộng Giá cả phù hợp Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng Rơ le và thiết bị cồng kềnh nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các tác vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng, S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens cấu trúc theo kiển module có các module mở rộng các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 và CPU 214 về hình thức bên ngoài sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào ra và nguồn cung cấp CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra có khả năng mở rộng thêm bằng 2 module mở rộng CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng Cấu trúc CPU 212 512 từ đơn (word) tức là 1 kbyte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với Eprom. Vùng nhớ với tính chất như vậy được gọi là vùng nhớ non – volatile 512 từ đơn được lưu dữ liệu trong đó có 100 từ nhớ đọc/ ghi thuộc miền non – volatile 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic Có thể ghép nối 2 module để mở rộng số cổng vào/ra, bao gồm cả 2 module tương tự (analog) Tổng số cổng logic vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra 64 bộ tạo thời gian trễ (timer) trong đó có 2 timer có độ phân giải 1ms 8 timer có độ phân giải 10ms và 54 timer có độ phân giải 100ms 64 bộ đếm (counter) chia làm 2 loại loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi 368 bit nhớ đặc biệt sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu khác nhau bao gồm ngắt truyền thông ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống. Ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz) Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi Cấu trúc CPU 214 CPU 214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng 2048 từ đơn (4 kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi non – volatile để lưu chương trình (dùng nhớ có giao diện với EEPROM) 2048 từ đơn (4kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu (trong đó có 512 từ đầu thuộc miền EEPROM) IO.O, QO.O, VO.O, SMO.1 Tổng số cổng vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra Có 14 ngõ vào từ IO.O ¸ IO.1 và I1.O ¸ I1.5 Có 10 ngõ ra từ QO.O ¸ IO.1 và Q1.O ¸ Q1.1 Có thể gắn thêm 1 module mở rộng bao gồm cả module analog 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau 4 timer 1ms, 16 timer 10ms và 108 timer 100ms Có 128 bộ đếm chia làm hai loại + Chỉ đếm lên CTU + Vừa đếm lên vừa đếm xuống CTUD Có 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc + SMO.O : luôn ở trạng thái 1 + SMO.1 : bằng 1 trong vòng quét đầu tiên Các chế độ ngắt và xử lý ngắt gồm ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc xuống, ngắt thời gian ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung Có 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2kHz và 7kHz 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO (Pulse traisn output) : điều tần PWM (Pulse width modulation) : điều rộng xung 2 bộ chỉnh tương tự Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi Các đèn báo trên S7-200 CPU 214 + SF (đèn đỏ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc + Run (đèn xanh) : đèn xanh chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy + Stop (đèn vàng): đèn vàng chỉ định PLC đang ở chế độ dừng + Ix.x (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định ở trạng thái tức thời của cổng Ix.x (X.X = 0.0 ¸ 1.5) + Qy.y (đèn xanh): đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y (y.y = 0.0 ¸ 1.1) + TERM : cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc Run hoặcStop II/ CẤU TRÚC BỘ NHỚ : Bộ điều khiển lập trình S7-200 được chia thành 4 vùng nhớ. Với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao đọc và ghi trong phạm vi toàn vùng loại trừ các bít nhớ đặc biệt SM (Special Memory)chỉ có thể truy nhập để đọc. Vùng chương trình Vùng tham số Vùng dữ liệu Vùng đối tượng Chương trình Tham số Dữ liệu Chương trình Tham số Dữ liệu C EEPROM Bộ nhớ ngoài Hình II-1: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 Vùng chương trình : là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình vùng này thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được Vùng tham số : là vùng lưu giữ các tham số như : từ khóa, địa chỉ trạm… cũng giống như vùng chương trình thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được Vùng dữ liệu : là vùng nhớ động được sử dụng cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính nó được truy cập theo từng bit từng byte vùng này được chia thành những vùng nhớ với các công dụng khác nhau. Vùng I (Input image register): là vùng nhớ gồm 8 byte I (đọc /ghi) : I.O ¸ I.7 Vùng Q (Output image register): là vùng nhớ gồm 8 byte Q (đọc /ghi) : Q.O ¸ Q.7 Vùng M (Internal memory bits): là vùng nhớ gồm có 32 byte M (đọc /ghi) : M.O ¸ M.31 Vùng V (Variable memory ): là vùng nhớ gồm có 4096 byte V (đọc /ghi) : V.O ¸ V.4095 Vùng SM : (special memory): là vùng nhớ gồm 86 byte chia làm 2 phần SMO ¸ SM29 chỉ đọc SMO ¸ SM85 chỉ ghi Vùng đối tượng : là timer (định thì), counter (bộ đếm) tốc độ cao vàv các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng vùng này không thuộc kiểu non – volatile nhưng đọc ghi được. Timer (bộ định thì) : đọc/ ghi Tf ¸ T127 Counter (bộ đếm): đọc/ ghi Cf ¸ C127 Bộ đệm vào analog (đọc) : AIWO ¸ AIW3O Bộ đệm ra analog (ghi) : AQWO ¸ AQW3O Accumulator (thanh ghi) :ACO ¸ AC3 Bộ đếm tốc độ cao : HSCO ¸ HSC2 Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word – 2byte), từ kép (Double word) III/ CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH : Chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (End) Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là lệnh (End) Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc End Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt bằng cách viết như vậy cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình có thể trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính Main program . . . End { stop} Thực hiện trong 1 vòng quét SBR (n) {no ¸ 255}chương trình con . . . Ret Thực hiện khi được chương trình chính gọi INT (n) {no ¸ 255}chương trình xử lý ngắt . . . Ret Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt IV/ PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH : S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh chương trình bao gồm một dãy các lệnh S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối trong một vòng. Một vòng như vậy gọi là dòng quét (scan) Một vòng quét (Scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào và sau đó thực hiện chương trình, vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7-200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lập. Giai đoạn nhập dữ liệu từ ngoại vi Giai đoạn chuyển dữ liệu ra ngoại vi Giai đoạn truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi Giai đoạn thực hiện chương trình Hình IV –1 : Thực hiện chương trình theo vòng quét trong S7-200 Cách lập trình cho S7-200 dựa trên hai phương pháp cơ bản : phương pháp hình thang (ladder logic – viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (statement list viết tắc là STL) - Chương trình được viết theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tạo ra một chương trình theo, kiểu STL tương ứng và ngược lại Phương pháp LAD : LAD là ngôn ngữ lập trình đồ họa những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần cơ bản dùng để biểu diễn lệnh lôgic như sau: - Tiếp điểm : là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm rơle các tiếp điểm có thể thường đóng , thường mở - Cuộn dây (coil) : là biểu tượng mô tả rơle mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle Hộp (box) : là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp thường là các bộ thời gian (timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học Mạng LAD : là đuờng nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang nguồn bên phải dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. Phương pháp liệt kê lệnh STL : Phương pháp liệt kê (STL) là phương pháp thực hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC Để tạo một chương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng của ngăn xếp logic của S7-200 (S0 ¸ S8). Ngăn xếp lôgic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau. Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp, đều chỉ làm việc với bít đầu tiên hoặc với bít đầu và bit thứ hai của ngăn xếp (S0 ¸ S1) giá trị logic mới đều có thể được gửi vào ngăn xếp V/ CÚ PHÁP LỆNH CƠ BẢN TRONG S7-200 Lệnh vào ra : (Input/ Output) Load (LD) : lệnh LD nạp giá trị của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xép có giá trị cũ còn lại ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bít (như hình V-1) C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 m C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Trước Sau LDN Hình V-2 : Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện hiệu lệnh LDN Bị đẩy ra khỏi ngăn xếp C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 m C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Trước Sau LD Hình V-1 : Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện hiệu lệnh LD Bị đẩy ra khỏi ngăn xếp Load not (LDN) : lệnh LDN nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bít (hình V-2) Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho LAD như sau : LAD MÔ TẢ TOÁN HẠNG n Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng Nếu n =1 n : I, Q, M, SM, T, C, V (bit) n Tiếp điểm thườngđóng sẽ mở Khi n =1 I n Tiếp điểm thường mở sẽ đóng tức thời khi n = 1 n: I n Tiếp điểm thường đóng sẽ mở tức thời khi n =1 Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho STL như sau LỆNH MÔ TẢ TOÁN HẠNG LD n Lện nạp giá trị logic của điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp n : I, Q, M, SM, T, C, V (bit) LDN n Lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo của điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp LDI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n và bit đầu tiên trong ngăn xếp n: I (bit) LDNI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic nghịch đảo vào điểm n vào bit đầu tiên n LAD MÔ TẢ TOÁN HẠNG n I Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi có dòng điện điều khiển đi qua n : I, Q, M, SM, T, C, V (bit) Cuộn dây đầu ra được kích tức thời khi có dòng điều khiển đi qua n : Q (bit) + Mô tả lệnh output bằng STL STL MÔ TẢ TOÁN HẠNG = n Lệnh = sao chép giá trị của đỉnh ngăn xếp tới tiếp điểm n được chỉ dẫn trong lệnh n : I, Q, M, SM, T, C, V (bit) =I n Lệnh = I (immediate) sao chép tức thời giá trị của đỉnh stack tới tiếp điểm n được chỉ dẫn trong lệnh n :Q bit Lệnh ghi/ xóa giá trị cho tiếp điểm: Set (S) và Reset (R) lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD logic điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm Trong STL lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết kế nếu bit này có giá trị bằng 1 các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 ¸ 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này – mô tả lệnh S và R bằng LAD LAD MÔ TẢ TOÁN HẠNG Bit n S S Đóng một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S – bit S-bit : P, Q, M, SM, T, C, V (bit) n : PB, QB, MB, SMB, VB, AC, hằng số, *VD*AC Bit n R S Ngắt một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S bit lại chỉ vào timer và counter thì lệnh sẽ xóa bit đầu ra của timer/ counter Bit n S I S Đóng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S bit S bit : Q bit n: PB, QB, MB, SMB, VB, AC, hằng số, *VD*AC Bit n R I S Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S bit Mô tả các lệnh set (S) và reset (R) bằng STL STL MÔ TẢ TOÁN HẠNG S – S.bit – n Ghi giá trị logic và một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S.bit S-bit : P, Q, M, SM, T, C, V (bit) n : PB, QB, MB, SMB, VB, AC, hằng số, *VD R – S.bit – n Xóa một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S. bit. Nếu S.bit lại chỉ vào timer counter thì lệnh sẽ xóa bit đầu ra của timer counter SI – S.bit – n Ghi tức thời giá trị lôgic 1 vào một mãng gồm n bit kể từ địa chỉ S.bit S bit : Q bit n: IB, QB, MB, SMB, VB, AC, hằng số, *VD RI – S.bit - n Xóa tức thời một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S.bit Ví dụ : mô tả S và R trong LAD và STL Q2 .0 Q2.1 .K1 S Q2.2 .K1 R Q1.0 .K3 R Lad STL IO.O LD I0 . 0 = Q2. 0 S Q2 . 1 K1 R Q2 . 2 K1 R Q1 . 0 K3 Các lệnh logic đại số boolean Các lệnh đại số boolean cho phép tạo lập được các mạch logic không có nhớ. Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểm thường mở. STL có thể sử dụng các lệnh A (And) và O (OR) cho các hàm số hoặc các lệnh AN (And not); ON (Or not) cho các hàn kín giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh LỆNH MÔ TẢ TOÁN HẠNG O n A n Lệnh thực hiện toán tử Ù(A) và Ú(O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp n: I, Q, U, SM, T, C, V AN n ON n Lệnh thực hiện toán tử Ù(A) và Ú(O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên của ngăn xếp kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp AI n OI n Lệnh thực hiện toán tử Ù(A) và Ú(O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp n : I bit ANI n ONI n Lệnh thực hiện toán tử Ù(A) và Ú(O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp Ngoài những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm S7-200 còn có 5 lệnh đặc biệt biểu diễn các phép tính của đại số boolean cho các bit trong ngăn xếp được gọi là các lệnh Strack logic. Đó là lệnh ALD (And load), OLD (Orload), LPS (logic push), LRD (logic read) và LPP (logic pop). Lệnh stack logic được dùng để tổng hợp sao chụp hoặc xóa các mệnh đề logic LAD không có bộ đếm dành cho lệnh strack logic. STL sử dụng các lệnh stack logic để thực hiện phương trình tổng thể có nhiều biểu thức con, bảng sau tóm tắt cú pháp gọi các lệnh Stack logic trong STL LỆNH MÔ TẢ TOÁN HẠNG ALD Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và thứ hai của ngăn xếp bằng phép tính logic và kết quả ghi lại vào bit đầu tiên giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên 1 bit Không có OLD Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và thứ hai của ngăn xếp bằng phép tính logic và kết quả ghi lại vào bit đầu tiên giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên 1 bit Không có LPS Lệnh logic sao chụp giá trị của các bit đầu vào bit thứ hai trong ngăn xếp giá trị còn lại của ngăn xếp bị đẩy xuống 1 bit. Bit cuối cùng bị đẩy ra khỏi ngăn xếp Không có LRD Lệnh sao chép giá trịv của bit thứ hai vào bit đầu tiên trong ngăn xếp các giá trị còn lại của ngăn xếp giữ nguyên vị trí Không có LPP Lệnh kéo ngăn xếp lên 1 bit giá trị của bit sau được chuyển cho bít trước Không có a- Lệnh AND (A) và OR (O) Lệnh A và O phối hợp giá trị của một tiếp điểm n với giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp kết quả phép tính được đặt lại vào bit đầu tiên trong ngăn xếp giá trị của các bit còn lại trong ngăn xếp không bị thay đổi b- Lệnh AND AD và OR O XORW XORD lệnh thực hiện các thuật tón logic And, Or, Exclusive Or của đại số boolean trên 2 byte hoặc 4 byte Lệnh có tiếp điểm đặc biệt : có thể dùng các lệnh có tiếp điểm đặc biệt để phát hiện trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị của đỉnh ngăn xếp) LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt để tác động vào dòng cung cấp các tiếp điểm đặc biệt, không có toán hạng riêng của chính chúng và vì thế phải đặt chúng vào vị trí phía trước của cuộn dây hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp dương/ âm( các lệnh sườn trước sau) có nhu cầu về bộ nhớ bởi vậy đối với CPU 214 là 256 lệnh - Mô tả lệnh tiếp điểm đặc biệt trong LAD và STL LAD STL Not Q0.1 I0.0 1 Net work1 LD I0.0 Not = Q0.1 3 2 N Q0.3 I0.0 P Q0.2 I0.0 Net work2 LD I0.0 Eu = Q0.2 Net work3 LD I0.0 Eu = Q0.3 5. Các lệnh điều khiển timer Timer là hệ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ S7-200 có 128 timer (với CPU 214) được chia làm hai loại khác nhau Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On Delay Timer) ký hiệu TON Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive on Delay Timer)ký hiệu TONR Hai kiểu timer các S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau trong phản ứng của nó đối với trạng thái tín hiệu đầu vào Cả hai kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu từ thời điểm có sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái từ 0 lên 1 gọi là thời điểm timer được kích và không tính thời gian khi đầu vào có giá trị logic 0 mà thời gian trễ tín hiệu được đặt trước Khi đầu vào có giá trị logic bằng 0. TON tự động reset còn TONR thì không tự động reset Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian Timer TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với ba độ. Phân giải khác nhau độ phân giải 1ms, 10ms, 100ms. Thời gian trễ t được tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ timer được chọn và giá trị đặt trước cho timer Ví dụ một bộ timer có độ phân giải bằng 10ms và gá trị đặt trước là 50 thì thời gian trễ sẽ là t = 500ms. Các loại timer của S7-200 (đối với CPU 214) theo TON, TONR LỆNH ĐỘ PHÂN GIẢI GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI CPU 214 TON 1ms 32,767s T32, T96 10ms 327,67s T33¸T36, T97¸T100 100ms 3276,7s T37¸T63, T101¸T127 TONR 1ms 32,767s T0, T64 10ms 327,67s T1¸T4, T65 ¸T68 100ms 3276,7s T5¸T31, T64 ¸T95 Cú pháp khai báo sử dụng timer trong LAD, STL LAD STL TOÁN HẠNG IN PT TON Txx TON – TXX – PT TXX CPU 32¸ 63 (WORD) 96¸ 127 PT : VW, T, IW, QW,MV (WORD) SMW, AC, AIW, VD *AC, hằng số IN PT TONR Txx TONR – TXX – PT TXX CPU 0 ¸ 31 (WORD) 64 ¸ 95 PT : VW, T, C, IW,QW, (WORD) MW, SMW Chú ý : Khi sử dụng timer TONR giá trị tức thời được lưu lại và không bị thay đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào có logic 0 giá trị của bit không được nhớ mà hoàn toàn phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời và giá trị đặt trước 6. Các lệnh điều khiển counter Counter là bộ đếm hiện chức năng sườn xung trong S7-200 các bộ đếm của S7-200 được chia làm hai loại bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến và lùi (CTUD) Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu số sườn xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm gọi là thanh ghi C-WORD Nội dung của C-Word gọi là giá trị đến tức thời của bộ đếm luôn được so sánh với giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt này thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào một bit đặc biệt của nó được gọi là C bit trường hợp giá trị đặc trước C bit có giá trị logic là 0 Các bộ counter đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộ đếm được ký hiệu bằng chữ R trong LAD hay được quyđịnh trạng thái logic của bit bắt đầu tiên của ngăn xếp trong STL bộ đếm được reset khi tín hiệu bị xóa này có mức logic 1 hoặc khi lệnh R (reset) thực hiện với Cbit. Khi bộ đếm được reset cả CWORD và Cbit đều nhận giá trị 0 CU Cbit PV R C word Giá trị tức thời Hình 6-1 : Bộ đếm CTU của S7-200 Bộ đếm CTUD đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm tiến ký hiệu là CU trong LAD hoặc bit thứ 3 của ngăn xếp trong STL và đếm lùi khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm lùi được ký hiệu là CD trong LAD hoặc bit thứ 2 của ngăn xếp trong STL Khi đầu vào logic của chân xóa ký hiệu bằng R trong LAD hoặc bit thứ nhất của ngăn xếp trong STL có giá trị logic là 1 hoặc bằng lệnh reset với C bit của bộ đếm. CTUD có giá trị đếm tức thời đúng bằng giá trị đang đếm và được lưu trong thanh ghi 2byte C-Word của bộ đếm. Giá trị đếm tức thời luôn được so sánh với giá trị đặt trước PV của bộ đếm Nếu giá trị đếm tức thời lớn hơn bằng giá trị đặt trước thì Cbit có giá trị logic bằng 1 còn các trường hợp khác giá trị logic bằng 0 CU Cbit PV CD R C word Hình 6-2 : Bộ đếm CTUD của S7-200 Bộ đếm tiến CTU có miền giá trị đến tức thời từ 0 ¸ 32.767 Bộ đếm tiến lùi CTUD có miền giá trị đến tức thời từ là –32,768 ¸ 32.768 Lệnh khai báo sử dụng Bộ đếm trong LAD như sau : LAD STL TOÁN HẠNG CU PV R CTU CXX CTU Cxx PV Cxx CPU 214 0 ¸ 47 80 ¸ 127 PV: VW, T, C, IW, QW (Word) MW, SMW, AC, AIW CU CD PV R CTUD CXX CTUD Cxx PV Cxx CPU 214 48 ¸ 79 PV: VW, T, C, IW, QW (Word) MW, SMW, AC, AIW Hằng số 7. Các lệnh dịch chuyển ô nhớ : Các lệnh dịch chuyển thực hiện việc di chuyển hoặc sao chép số liệu từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. Trong LAD và trong STL lệnh dịch chuyển thực hiện việc di chuyển hay sao chép nội dung một byte, một từ đơn, hoặc một giá trị thực từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ Lệnh trao đổi nội dung của hai byte trong một từ đơn thực hiện việc chuyển nội dung của byte thấp sang byte cao và ngược lại MOV – B (LAD) lệnh sao chép nội dung của byte in sang byte out MOVB (STL) Cú pháp lệnh MOVB trong STL và MOV – B trong LAD LAD STL TOÁN HẠNG EN IN OUT MOV B MOWB In Out IN VB, IB,QB, MB, SMB (byte) AC hằng số *VD *AC OUT VB, IB,QB, MB, SMB (byte) AC *VD *AC MOV – W (LAD) MOVW (STL) Lệnh sao chép nội dung của từ đơn IN sang từ đơn OUT Cú pháp lệnh MOV – V (LAD) MOV – W trong STL LAD STL TOÁN HẠNG EN IN OUT MOV-W MOVW In Out IN VW, T,C ,IW, QW, MW, (từ đơn) SMW, AC, AIW, hằng số *VD *AC Out VW, T,C, IW,QW, MW, SMW, AC, AIW VI/ SO SÁNH VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC CHỈ TIÊU SO SÁNH RƠLE KHÔNG TIẾP ĐIỂM PLC Giá thành từng chức năng Khá thấp Thấp Thấp Kích thước vật lý Cồng kềnh Rất gọn Rất gọn Tốc độ điều khiển Chậm Nhanh Nhanh Khả năng chống nhiễu Khá tốt Tốt Tốt Lắp đặt Mất thời gian thiết kế và lắp đặt Mất thời gian thiết kế Lập trình và lắp đặt đơn giản Khả năng điều khiển tác vụ phức tạp Không Có Có Dễ thay đổi điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Công tác bảo trì Kém có nhiều công tắc Kém nếu IC hàn bị Tốt các module được tiêu chuẩn hóa B- ỨNG DỤNG PLC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. I/ ỨNG DỤNG PLC KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU QUAY THUẬN QUAY, NGHỊCH QUA BA CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ. Mạch động lực. Hình I-1: Mạch động lực . THIẾT BỊ NGOÀI THIẾT BỊ TRONG PLC GHI CHÚ ON/OFF IO.O Ngõ vào on/off MT IO.1 Ngõ vào mở thuận MN IO.2 Ngõ vào mở nghịch 1K QO.3 Ngõ ra loại địên trở phụ 2K QO.4 Ngõ ra loại địên trở phụ 3K QO.5 Ngõ ra loại địên trở phụ 2.Nguyên lý hoạt động . Đe động cơ có thể hoạt động đóng cầu dao cấp điện cho mạch kích từ và các tiếp điểm của mạch phần ứng.Khi ta nhấn nút mở máytheo chiều thuận (MT) động cơ sẽ chạy thuận và khởi động thuận với toàn bộ điện trở phụ(Rf) trong mạch phần ứng sau thời gian 2s tiếp điểm 1k đóng lại loại một phần điện trở phụ rf1 ra khỏi mạch phần ứng ,sau thời gian 4s tiếp điểm 2K đóng lại loại tiếp điệ n trở phụ rf2 ra khỏi mạch phần ứng,sau thời gian 6s tiếp điểm 3K đóng lại loại hết điện trở phụ ra khỏi mạch phần ứng kết thúc quá trình khởi động động cơ làm việc với điện áp định mức 3.Sơ đồ kết nối plc với thiết bị ngoài 4.Chương trình điều khiển lập trình PLC trong LAD. 5.Chương trình điều khiển lập trình plc trong STL. NETWORK 1 LD I0.0 EU S Q0.0, 1 NETWORK 2 LDN I0.0 EU R Q0.0, 1 NETWORK 3 LD Q0.0 = M0.0 NETWORK 4 LD M0.0 LD I0.1 O Q0.1 ALD AN Q0.2 = Q0.1 NETWORK 5 LD M0.0 LD I0.2 O Q0.2 ALD AN Q0.1 = Q0.2 NETWORK 6 LD Q0.1 O Q0.2 TON T32, +200 NETWORK 7 LD T32 = Q0.3 TON T33, +20 NETWORK 8 LD T33 = Q0.4 TON T35, +20 NETWORK 9 LD T35 = Q0.5 NETWORK 10 MEND II.ỨNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. 1.Sơ đồ mạch động lực. HìnhII-1 Mạch động lực THIẾT BỊ NGOÀI THIẾT BỊ PLC GHI CHÚ Stop IO.O Ngõ vào dừng Run IO.1 Ngõ vào chạy T2 QO.2 Ngõ ra kích xung th2 T1 QO.3 Ngõ rakích xung th1 SƠ ĐỒ KẾT NỐI THIÊT BỊ NGOÀI VỚI PLC 2.Nguyên lý làm việc của mạch. Để động cơ làm việc transistor dẫn xung điều khiển cho th2 mở,tụ điện c1 được nạp đến điện áp nguồn VDC sau đó kích xung điều khiển th1 mở dẫn điện cấp nguồn cho động cơ(M) hoạt động .Đồng thời tụ điện c1 được tích điện theo chiều ngược lạiqua cuộn dây L và diode D1. Muốn khóa th1 cho xung dònng điện điều khiển mở th2 để điện áp trên tụ C1 được đặt ngược lên thyristor th1 khóa th1 lại .Khi điều khiển đóng mở thyristor th1 và th2 một cách chu kỳ theo quy luật khác nhau có thể điều chỉnh điện áp trung bình đặt vào động cơ từ đó ta sẽ có tốc độ động cơ tương ứng. 3-Chương trình điều khiển PLC trong LAD Chương trình điều khiển PLC trong STL CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN GÓC KÍCH SCR NETWORK 1 LDN I0.0 EU R Q0.0, 1 NETWORK 2 LD I0.0 EU S Q0.0, 1 NETWORK 3 LD Q0.0 = Q0.1 NETWORK 4 LD Q0.1 AN T38 TON T37, +5 NETWORK 5 LD T37 = Q0.2 TON T38, +5 NETWORK 6 LD Q0.1 AN T40 TON T39, +10 NETWORK 7 LD T39 = Q0.3 TON T40, +10 NETWORK 8 MEND III/ ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG. Sơ đồ hệ thống KHAY BANG TAI 2 BĂNGTẢI 2 BĂNGTẢI 1 BĂNGTẢI O MÔ TƠ 3 MÔ TƠ 2 MÔ TƠ 1 3LS 4LS 2LS 1LS 2- Nguyên lý làm việc của hệ thốn Khi khay đi tới băng tải 1 đóng tiếp điểm hành trình 1LS lại động cơ 3 được cấp điện chạy thuận kéo cửa lên ,tới khi đụng công tắc hành trình 3LS thì động cơ 3 dừng lại .Sau đó động cơ 2 và động cơ 1 hoạt động đẩy khay từ băng tải 1 sang băng tải 2 khi khay qua băng tải 1 tới băng tải 2 mở công tắc hành trình 2LS trên băng tải 2 ra động cơ 1 và động cơ 2 ngừng hoạt động băng tải 1 và băng tải 2 dừng lại động cơ 3 bắt đầu hoạt động kéo cửa xuống tới khi đụng công tắc hành trình 4LS thì động cơ 3 dừng lại. Sơ đồ kết nối thiết bị plc với thiết bị ngoài . THIẾT BỊ NGOÀI THIẾT BỊ PLC CHÚ THÍCH Run IO.O Ngõ vào chạy Stop IO.1 Ngõ vào dừng Băng tải 1 IO.2 Ngõ vào chạy băng tải 1 Băng tải 2 IO.3 Ngõ vào chạy băng tải 2 Raise door IO.4 Ngõ vào chạy cửa lên Lower door IO.5 Ngõ vào chạy cửa xuống 1LS IO.6 Công tắc hành trình băng tải 1 2LS IO.7 Công tắc h ành trình băng tải 2 3LS I1.O Công tắc hành trình cửa lên 4LS I1.1 Công tắch ành trình cửa xuống Lamp QO.O Ngõ ra đèn báo hoạt động 1M QO.1 Ngõ ra băng tải 1 chạy 2M QO.2 Ngõ ra băng tải 2 chạy 3MT QO.3 Ngõ ra cửa kéo lên 3MN QO.4 Ngõ ra cửa kéo xuống 2-Chương trình điều khiển PLC trong LAD Chương trình điều khiển PLC trong STL. CHƯƠNG TRÌNH STL ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NETWORK 1 LD I0.0 O Q0.0 AN I0.1 = Q0.0 NETWORK 2 LD I0.6 = Q0.5 NETWORK 3 LD I0.2 AN Q0.0 LDN I0.7 O Q0.5 A I1.0 A Q0.0 OLD = Q0.1 NETWORK 4 LD I0.3 LD Q0.1 A Q0.0 OLD = Q0.2 NETWORK 5 LD I0.4 AN Q0.0 LD Q0.5 A Q0.0 OLD AN I1.0 AN Q0.4 = Q0.3 NETWORK 6 LD I0.5 AN Q0.0 LDN Q0.1 A Q0.0 OLD AN I1.1 AN Q0.3 = Q0.4 NETWORK 7 MEND ChươngV: TÌM HIỂU MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU I/ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ QUAY THUẬN, QUAY NGHỊCH Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển và mạch động lực như hình V-1. Trong mạch này ứng dụng chủ yếu là transistor công suất và các diode công suất. Các transistor Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q10, Q11, Q12 : là loại C828 Các transistor Q6, Q7, Q8, Q9 : là loại R468 Diode D1, D2, D3, D4, D6 là loại 4N4007 Mạch dùng mạch so sánh vi sai Q1 và Q2 Nguyên lý hoạt động của mạch như sau: Ta có mức điện áp chuẩn (điện áp mong muốn điều chỉnh bởi biến trở VR1) được tạo bởi DZ1, R2 và R1 Khi điện áp chỉnmh lưu 2 bán kỳ của diode D1, D2 thấp hơn so với ở mức điện áp chuẩn thì dòng điện đi qua R6 đến cực B của Q2 thấp dẫn đến Q2 phân cực nghịch nên Q2 ở trạng thái ngắt. Khi Q2 ở trạng thái ngắt thì dòng điện đi từ D1® R1® R4® R30® R9. Đến cực B của transistor Q3 nên Q3 được phân cực thuận Q3 dẫn khi Q3 dẫn dòng điện đi từ D1® R1® R10® R3® R9 ® mass nên điện áp đặt trên R11 thấp Transistor Q4 phân cực nghịch, Q4 ngắt (khóa) dòng được đi từ D1® R1® R12® R14® R15 ® mass nên tại cực B của Q5 có dòng điện phân cực thuận cho Q5, Q5 dẫn điện dòng điện đi từ D5 ® R16 ® Q5 ® R17 : Q6 ngắt điện vì điện áp trên cực B của Q6= 0 nên dòng điện tại cực B của Q7 phân cực thuận cho Q7, Q7 dẫn điện. Động cơ DC nhận một điện áp âm dòng điện đí từ động cơ DC ® R18® Q7 ® mass. Vậy động cơ DC được nối mass Cũng tại thời điểm điện áp chỉnh lưu của diode D1 D2 thấp hơn so với điện áp chuẩn nên Q1 dẫn nên điện áp đặt lên cực B của Q12 bằng không nên Q12 phân cực nghịch Q12 ngắt. Nên điện áp của mạch chỉnh lưu đặt lên cực B và điện trở R26. Phân cực cho Q11, Q11 phân cực thuận. Q11 dẫn điện áp đặt lên điện trở R23 thấp làm cho Q10 phân cực nghịch Q10 ngắt kéo theo Q9 ngắt, lúc này điện áp chỉnh lưu đặt lên D6 dẫn làm cho Q8 dẫn làm cho led 2 sáng động cơ được cấp nguồn dương từ D4 ® Q8 ® động cơ. Nên động cơ được quay thuận Khi ta điều chỉnh biến trở VR1 có điện áp đặt vào cực B của transistor Q1 nhỏ hơn điện áp đặt vào cực C của transistor Q1 lúc này Q1 phân cực nghịch Q1 ngư ng dẫn dòng điện chỉnh lưu đi từ D1 ® R1 ® R3 ® R29® R28 ® mass tại cực B của transistor Q12 có điện áp làm cho Q12 phân cực thuận dẫn dòng điện chỉnh lưu đi từ D1® R1® R27 ® R12® R25 ® mass. Khi Q12 dẫn điện đặt lên cực B của Q11 giảm làm cho Q11 phân cực nghịch Q11 ngưng dẫn, khi Q11 ngưng dẫn điện áp chỉnh lưu đặt lên cực B của transistor Q10 và điện trở R23 phân cực thuận cho Q10, Q10 dẫn điện làm cho cực B của Q8 có điện áp giảm Q8 phân cực nghịch Q8 ngắt, khi Q10 dẫn điện cực B của Q9 có .điện áp phân cực cho Q9, Q9 dẫn điện động cơ được cấp nguồn mass cho động cơ qua Q9. Tại thời điểm này điện áp của mạch chỉnh lưu được so sánh qua mạch khuếch đại vi sai Q1 Q2 điện áp tại cực B của Q2 so sánh với điện áp cực E của Q2 điện áp tại cực B cao hơn lúc này Q2 được phân cực thuận Q2 dẫn điện nên dòng điện trên cực B Q3 giảm Q3 phân cực nghịch ngắt. Điện áp chỉnh lưu đặt lên cực B của Q4 tạo cho Q4 được phân cực thuận Q1 dẫn điện dòng điện trên điện trở R14 và 0 cực B của Q5 giảm nên Q5 phân cực ngược Q5 ngắt, khi Q5 ngắt thì Q7 cũng ngắt điện áp chỉnh lưu từ diode D5 đặt vào diode D3 và transistor Q6 phân cực thuận Q6 dẫn điện cấp nguồn dương cho động cơ từ D4 ® R19® Q6® động cơ. Vậy động cơ quay nghịch đến LED 1 sáng II/ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG CÁCH ĐIỀU KHIỂN SCR Sơ đồ mạch như hìnhV-2 Trong sơ đồ này việc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách điều khiển SCR thực chất là điều khiển góc mở a kích cho SCR từ đó làm thay đổi điện áp đặt vào động cơ. Khi ta nhấn nút start cuộn dây Rơle M có điện đóng tiếp điểm M ở dưới SCR lại và mở các tiếp điểm thường đóng ra động cơ bắt đầu khởi động khi đường 1 dương SCR đã được kích, dòng điện sẽ được đi qua câu trị fuse chỉnh lưu diode 4SR qua tiếp điểm M đặt vào phần ứng động cơ. Cuộn dây kích từ động cơ được nắn điện áp 2 bán kỳ cấp điện cho cuộn kích từ field khi đường 1 dương diode 1SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ + Khi đường 2 dương diode 2SR nắn điện dương cấp nguồn cho cuộn kích từ mạch được bảo vệ bằng 2 diode zenzer (thy) bảo vệ sự tăng vọt điện áp đặt lên SCR vậy (thy) là một ổn áp xoay chiều tự nối tắt khi điện áp cao nhưng không chập mạch ,khi nối tắt dòng điện tăng lên sẽ làm cầu chì fuse chảy nhanh. Khi ấn nút dừng cuộn dây rơle coil M mất điện mở tiếp điểm M dưới SCR ra và đóng tiếp điểm M lại. Điện trở 2R là điện trở hãm khi đóng tiếp điểm M động cơ sẽ bị hãm động năng và ngừng ngay. Khi ta điều chỉnh biến trở VR ở mức cao dòng điện qua transistor Q1 nhỏ (Q1 đóng vai trò như một biến trở) tụ điện 4C được nạp chậm qua hai điện trở 15R và 13R, tụ điện C phóng yếu làm cho kích SCR trễ như hình V-2a phần ứng động cơ nhận một điện áp thấp tốc độ động cơ quay chậm Dòng điện phần ứng Dòng điện phần ứng a)UJT kích trễ b)UJT kích sớm HÌNH V-2 Khi ta điều chỉnh biến trở ở mức thấp dòng điện đi qua cực E của transistor lớn tụ điện 4C nạp nhanh hơn. Khi đó SCR được kích sớm hơn dòng điện lớn hơn chạy trong phần ứng động cơ sinh ra môment lớn ® tốc độ động cơ quay nhanh như hình V-2b. Điều chỉnh điện áp ở biến trở là điều chỉnh tốc độ mong muốn còn để ổn định động cơ ta có phản hồi điện áp từ phần ứng động cơ điện áp phản hồi này qua điểm K qua điện trở 4R. Khi động làm việc với tải tăng tốc độ động cơ giảm (khi đó biến trở VR chỉnh cố định) dòng điện tăng nên điện áp giảm phản hồi qua 4R về chân B của transistor 1Q làm cho 1Q dẫn mạch tụ 4C được nạp nhanh và SCR được kích sớm để nâng tốc độ động cơ lên bằng với tốc độ yêu cầu Khi tại điểm K có điện áp cao điện áp phản hồi về chân 1Q tăng làm 1Q dẫn yếu 4C nạp chậm kích mở trễ cho SCR để cấp điện áp cho phần ứng tới khi cân bằng tốc độ theo yêu cầu, tụ 3C tụ san bằng điện áp. Tụ 2C tụ cho phép thời gian mở máy. Tốc độ sẽ tăng chầm chậm III/ MẠCH ĐIỀU CHỈNH VÀ ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Sơ đồ mạch như hình IV-3 Khi cấp nguồn V vào biến áp BA thứ cấp của biến áp có điện áp cung cấp cho mạch chỉnh lưu, nhưng động cơ chưa được cấp điện vì 2 thyristor chưa được kích mở. Tại mạch điều khiển cũng được cấp nguồn bởi bộ nắn điện D3, D4 tụ điện C7 sẽ được nạp điện tại cực B của T2 điện áp nhỏ dần nhỏ đến một giá trị nào đó T2 dẫn điện điện áp tại ngõ vào (-) của Op amp OP1 giảm dẫn đến điện áp ở ngõ ra của OP1 là tăng (OP1 : khuếch đại đảo) diode D3 dẫn điện nạp điện cho tụ C8 khi tụ C8 nạp bằng giá trị Vc (+) thì UJT sẽ cho tụ C8 xả qua tại cuộn dây sơ cấp của biến áp xung BAX1 có một điện áp xung cuộn dây thứ cấp của biến áp xung BAX2 có xung để kích thyristor th1 và thyristor th2 Th1 và th2 dẫn điện cấp điện một chiều cho phần ứng động DC Động cơ bắt đầu hoạt động Động cơ sẽ quay với tốc độ được đặt bởi biến trở VR4 sẽ điều chỉnh điện áp phân cực cho T2 T2 dẫn yếu điện áp ngõ vào ( - ) OP1 tăng điện áp ngõ ra OP1 giảm tụ điện C8 nạp chậm th1 và th2 bị kích trở tốc độ động cơ chạy chậm T2 dẫn mạnh điện áp ngõ vào (-) OP1 giảm điện áp ngõ ra OP1 tăng tụ điện C8 nạp nhanh th1 và th2 sẽ được kích sớm động cơ sẽ chạy nhanh Khi điều chỉnh biến trở VR3 ta có thể điều chỉnh độ phân cực của transistor T3 lúc đó điều chỉnh được thời gian nạp của tụ điện C7, điều chỉnh được thời gian nạp của tụ C7 là điều chỉnh được mức độ tăng tốc và giảm tốc của động cơ còn VR3 là biến trở thay đổi độ ổn định của hệ thống. Khi động cơ làm việc mà tải tăng tốc độ động cơ giảm dòng điện phần ứng tín hiệu này được phản hồi qua điện trở R17 và R18 đến Op amp OP2 (nếu dòng điện lớn khi khởi động thì tụ điện C4 sẽ bảo vệ chưa cắt khi động cơ đang khởi động) tăng OP2 là khuếch đại không đảo nên dòng điện ngõ ra OP2 tăng dòng điện này sẽ qua R21®VR2 ® R4 ® ngõ vào ( + ) OP1 tăng làm cho ngõ ra OP1 cũng tăng tụ điện C8 nạp nhanh kích th1 và th2 mở sớm tăng điện áp cho phần ứng động cơ để động cơ ổn định tốc độ khâu này là khâu phản hồi dương dòng VR1 là biến trở chỉnh tinh lấy tốc độ chuẩn VR2 là biến trở hiệu chỉnh tốc độ đáp ứng ngõ vào OP1 Khi tải nhẹ tốc độ động cơ tăng dòng điện phần ứng tăng điện áp đặt trên R11 và R12 tăng tín hiệu này được phản hồi về ngõ vào ( - ) của OP1 qua điện trở R7, R2 sẽ có điện áp tăng ngõ ra của OP1 sẽ có điện áp giảm tụ điện C8 nạp chậm Kích mở th1 và th2 trễ – điện áp cung cấp cho phần ứng động cơ giảm xuống tốc độ động cơ giảm xuống cho tới khi ổn định. Đây là khâu phản hồi âm áp của động cơ Các tụ C1, C2 và C5, C6 là các tụ bảo vệ chống nhiễu cho Opamp OP1, OP2 Các diode D1 D2 và D8 D7 là các diode bảo vệ ngõ vào opamp OP1 OP2 Chương VI : KẾT LUẬN TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI I/ TÓM TẮT CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU Sau 8 tuần nỗ lực nghiên cứu và vận dụng kiến thức đã học tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật, em đã hoàn thành đề tài “Ứng dụng linh kiện điện tử công suất trong điều khiển động cơ một chiều” được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trọng Thắng đề tài có nội dung như sau : Giới thiệu một số linh kiện bán dẫn công suất lớn. Ứng dụng của linh kiện bán dẫn công suất trong điều khiển động cơ điện một chiều Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC và ứng dụng bộ điều khiển lập trình trong điều khiển động cơ Tìm hiểu một số mạch điều khiển động cơ trong thực tế sản xuất II/ TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Do thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế có hạn nên việc phân tích các sơ đồ mạch ứng dụng của điện tử công suất và bộ điều khiển lập trình plc và chưa được phong phú sâu sắc, việc tính toán các linh kiện đòi hỏi phải có thời gian chính vì lẽ đó nên đồ án đã có một số hạn chế trên. III/ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI: Với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý và kỹ thuật điện tử đề tài này có thể được phát triển sâu hơn và kết hợp với hệ thống vi xử lý để điều khiển động cơ điện một cách hoàn hảo, tin cậy. TÀI LIỆU THAM KHẢO Điện tử công suất và điều khiển động cơ điện Tác giả CYRIR W LANDER Người DỊCH : LÊ VĂN DOANH NXB KHKT Hà Nội – 1997. Điện tử công suất ĐỖ XUÂN TÙNG – TRƯƠNG TRI NGỘ NXB Xây Dựng Hà Nội – 1999 Điện tử công suất NGUYỄN BÍNH NXB KH KT Hà Nội 1993 4- Truyền động điện BÙI QUỐC KHÁNH - NGUYỄN VĂN LIỄN – NGUYỄN THỊ HIỀN NXB KHKT - Hà Nội 5- Cơ sở truyền động tự động BÙI ĐÌNH TIẾU - PHẠM DUY NHI NXBKHKT Hà Nội 1983 6- Tự động hóa với simatic S7-200 Dr Ing : NGUYỄN DOÃN PHƯỚC Dr Ing : PHẠM XUÂN MINH NXB Nông Nghiệp HN - 1997 7- Bộ điều khiển lập trình vận hành và ứng dụng PTS : LÊ HOÀI QUỐC KS : CHUNG TẤN LÂM 8- Electronic in industry Tác giả:George M. c Hute NXB : M.c Graw Hill 1979 PHỤ LỤC BẢNG 1 –1 : CÁC THÔNG SỐ CỦA MỘT SỐ DIODE CÔNG SUẤT KÝ HIỆU LOẠI DIODE Ia (A) UKAmax (V) Dva (V) Iq+ (A) tk (mS) 1N4004 1 400 1,1 1N4007 1 1000 1,1 BY255 3 1300 1,1 BYW77200 30 200 0,85 500 RA20048 4800 200 49000 16 BẢNG 1-2. GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ TRANSISTOR CÔNG SUẤT LOẠI TRANSISTOR UCE (V) ECEbh (V) ICmax (A) Ic (A) IB (A) PT (W) Ton (ms) Toff (ms) BUX46NPN 450 1,5 6 2,5 0,5 85 1 3,8 BUX85NPN 450 1 2 1 0,2 40 BDY55NPN 60 2,5 15 10 3,3 117 0,5 2 BUX47ANPN 450 1,5 9 5 1 125 1 3,8 BUX98NPN 450 1,5 30 16 3,2 250 1 3,8 ESM 4014NPN 450 1,5 150 90 18 1200 1,5 5 BẢNG 1-3. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ LOẠI THYRISTOR LOẠI THYRISTOR Iahd (A) Ibtb (A) Ungmax (V) Dua (V) IGT (mA) Tk (ms) TYN806 8 3,8 600 1,6 15 TBW48-800 50 32 800 1,8 60 TN933-14 1900 1210 1400 1,35 200 20 BT 153 6 4 500 40 15 TF 91514 (Z) 1560 955 1400 1,75 200 30 BẢNG 1-4. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ LOẠI TRI AC LOẠI TRIAC uađm (V) Iađm (A) IGT (mA) IN (mA) Dua (V) BTA06400 400 6 5 15 1,65 IGAL610 1000 60 100 60 2 IAG250-600 600 10 50 50 BẢNG 1-5 TOÁN HẠNG VÀ GIỚI HẠN CHO PHÉP CỦA CPU 212 VÀ CPU 214 PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP GIỚI HẠN CHO PHÉP CỦA TOÁN HẠNG CPU212 CPU214 Truy nhập bit (địa chỉ byte chỉ số bit) V I Q M SM T C (0.0 đến 1023.7) đến 7.7) (0.0 đến 7.7) đến 15.7) (0.0 đến 45.7) (0 đến 63) (0 đến 63) V I Q M SM T C (0.0 đến 4095.7) đến 77) đến 77) đến 31.7) đến 85.7) (0 đến 127) (0 đến 127) (0 đến 127) Truy nhập byte VB IB MB SMB AC Hằng số (0 đến 1023) (0 đến 7) (0 đến 15) (0 đến 45) (0 đến 3) VB IB MB SMB AC Hằng số (0 đến 4095) (0 đến 7) (0 đến 31) (0 đến 85) (0 đến 3) Truy nhập từ đơn (địa chỉ byte cao) VW T C IW QW MW SMW AC AIW AQW Hằng số (0 đến 1022) (0 đến 63) (0 đến 63) (0 đến 6) (0 đến 6) (0 đến 14) (0 đến 44) (0 đến 3) (0 đến 30) (0 đến 30) VW T C IW QW MW SMW AC AIW AQW Hằng số (0 đến 4094) (0 đến 127) (0 đến 127) (0 đến 6) (0 đến 6) (0 đến 30) (0 đến 84) (0 đến 3) (0 đến 30) (0 đến 30) Truy nhập từ kép (địa chỉ byte cao) VD ID QD MD SMD AC HC Hằng số (0 đến 1020) (0 đến 4) (0 đến 4) (0 đến 12) (0 đến 42) (0 đến 3) (0) VD ID QD MD SMD AC HC Hằng số (0 đến 4092) (0 đến 4) (0 đến 4) (0 đến 28) (0 đến 82) (0 đến 3) (0 đến 2) BẢNG 1-6 : CÁC LỆNH SO SÁNH LAD MÔ TẢ TOÁN HẠNG < = B n1 n2 < = I n1 n2 < = D n1 n2 < = B n1 n2 > = B n1 n2 > = I n1 n2 > = D n1 n2 > = B n1 n2 = = B n1 n2 = = I n1 n2 = = I n1 n2 = = B n1 n2 Tiếp điểm đóng khi n1 = n2 B = Byte I = Integer D = Double R = Real n1, n2 VB, IB, QB, MB (byte) SMB, AC, Const, *VD*. AC Tiếp điểm đóng khi n1 ³ n2 B = Byte I = Integer D = Double R = Real n1, n2 VW, T, C, IW (từ) QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số *VD. *AC Tiếp điểm đóng khi n1 £ n2 B = Byte I = Integer D = Double R = Real n1, n2 VD, ID, QD, MD (từ) SMD, AC, HC, hằng số *VD. *AC BẢNG 1-7. TẠO KHOẢNG THỜI GIAN TRỄ 300MS BẰNG BA LOẠI TIMER KHÁC NHAU LAD STL / TON IN T32 K300 -PT Q0.0 T32 ( ) Q0.0 1 2 Dùng Timer 1ms Network1 LDN Q0.0 TON T32 K300 Network2 LD T32 = Q0.0 \ TON IN T37 K3 - PT Q0.0 T37 ( ) Q0.0 1 2 / TON IN T33 K30 - PT Q0.0 T33 ( ) Q0.0 1 2 Dùng timer 10s Network1 LDN Q0.0 TON T3 K30 Network2 LD T33 = Q0.0 Dùng timer 100ms Network1 LDN Q0.0 TON T37 K3 Network2 LD T37 = Q0.0