Đề tài Nghiên cứu về phần mềm S7 – 200

Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 1 Mở đầu 1. Đặt vấn đề. Đất n−ớc ta đang vào thời kì công nghiệp hoá hiện đại, hoá đất n−ớc. Đảng và nhà n−ớc đã chủ động khuyến khích các doanh nghiệp ứng dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất nhằm đ−a đất n−ớc phát triển. Trong đó tự động hoá đóng một vai trò quan trọng trong nhiệm vụ chung của đất n−ớc. Trong nền kinh tế n−ớc ta sản xuất nông nghiệp chiếm một phần lớn trong nền kinh tế đất n−ớc, mà sản phẩm sản xuất ra có sức cạnh tranh thấp. Để nâng cao chất l−ợng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh và giải quyết sản phẩm đầu ra cho nhân dân là việc hết sức quan trọng. Với xuất phát điểm có trình độ khoa học kỹ thuật và nền kinh tế lạc hậu nên việc sản xuất nông nghiệp của n−ớc ta chủ yếu là sản xuất thủ công, năng suất không cao, chất l−ợng sản phẩm không đồng đều, không đáp ứng đ−ợc với yêu cầu của thực tiễn trong nền kinh tế hiện nay. Từ những yêu cầu cấp thiết đó việc ứng dụng tự động hoá vào các dây chuyền sản xuất là một điều tất yếu nhằm giải phóng sức lao động và tăng năng suất, hiệu quả kinh tế. Tự động hoá sản xuất đã đ−ợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp. Trong ngành nông nghiệp n−ớc ta, tự động hoá quá trình sản xuất đã đ−ợc ứng dụng vào các quá trình sản xuất nh− bia, r−ợu, chè, dứa, n−ớc hoa quả…đã thu đ−ợc kết quả rất tốt nhằm thúc đẩy nền kinh tế n−ớc nhà. Đ−ợc sự quan tâm đầu t− của Đảng và Nhà n−ớc “Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao” đã đ−a vào ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động , đặc biệt là dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc và thu đ−ợc thành tích rất lớn. Từ việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất vào thực tế các công ty cần có những kỹ s− vận hành các dây chuyền sản xuất đó. Để có những con ng−ời có khả năng vận hành và làm chủ các dây chuyền sản xuất. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng tự động hoá vào trong các dây chuyền sản xuất đồng thời tạo ra các chuyên gia về lập trình cũng nh− tự động hoá, sẽ góp phần tích cực vào công cuộc xây dựng đất n−ớc. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 2 Nh− vậy tự động hoá là sự lựa chọn của các ngành sản xuất nhằm tạo ra sản phẩm có chất l−ợng, có khả năng cạnh tranh tốt. Đối với n−ớc ta nó là công cụ quan trọng nhằm phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất n−ớc. 2. Mục đích nghiên cứu. - Tìm hiểu về PLC. - Nghiên cứu về phần mềm S7 – 200. - Nghiên cứu về dây chuyền công nghệ sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - ứng dụng phần mềm SIMATIC S7 – 200 để thành lập ch−ơng trình điều khiển mô hình tự động điều khiển quá trình gia nghiệt tại khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. 3. Nội dung của đề tài. Do hạn chế về thời gian và các điều kiện khách quan nên đề tài chỉ nghiên cứu các nội dung chính sau. - Tìm hiểu hoạt động sản xuất, kinh doanh của công ty thực phẩm suất khẩu Đồng Giao. - Tìm hiểu dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - Tìm hiểu về PLC. - Tìm hiểu kỹ thuật lập trình PLC S7 – 200. - Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển tự động quá trình gia nhiệt của khâu tiệt trùng trong dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - Lập trình điều khiển bằng PLC, S7 – 200. - Thiết kế lắp giáp mô hình. - Kết nối và chạy thử mô hình. 4. Ph−ơng pháp nghiên cứu. Với mục đích và nội dung của đề tài để tiến hành làm đề tài dựa trên ph−ơng pháp nghiên cứu sau: - Kế thừa kết quả nghiên cứu đã có của các phần mềm để lập trình. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 3 - Kế thừa mô hình dây chuyền sản xuất đã có sẵn trong thực tiễn cụ thể là dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. - Sử dụng các cách lập trình khác nhau để tìm ra ph−ơng pháp đơn giản nhất, hiệu quả nhất. - Viết ch−ơng trình điều khiển. -Dụng cụ thiết bị làm đề tài gồm có: +Máy tính cá nhân PC. + Bộ điều khiển S7 – 200 với khối xử lý CPU224. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 4 Ch−ơng 1 . Tổng quan 1.1. Giới thiệu chung về PLC. - Kỹ thuật điều khiển tự động đang phát triển mạnh và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Tự động hoá ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất. Dựa trên sự phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính mà kỹ thuật điều khiển đã phát triển đến trình độ cao, đem lại hiệu quả kinh tế. Đã có rất nhiều kiểu điều khiển ra đời nh− điều khiển bằng cơ cấu cam, điều khiển bằng rơ le …Nh−ng phát triển mạnh mẽ và có khả năng phục vụ rộng rãi hơn cả là bộ điều khiển PLC. - B−ớc đầu phát triển PLC chỉ đơn thuần 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 PLC là thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng, các PLC phát triển rất nhanh chóng cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng các bộ xử lý nhanh và có dung l−ợng lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý tốc độ thấp và dung l−ợng nhỏ. Các cổng vào ra đã đ−ợc tăng lên cả số lẫn t−ơng tự. Với số l−ợng lớn các đầu vào/ra(số, t−ơng tự) giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều khiển logic mà có thể sử dụng hiệu quả trong quá trình điều khiển liên tục, đặc biệt có thể thực hiện cả những chức năng điều khiển phức tạp nh− luật điều khiển PI, PID…Về mặt cấu trúc PLC ngày nay đ−ợc chế tạo theo module để có thể mở rộng theo yêu cầu. Về phần mềm, cú pháp lệnh của các PLC ngày nay phát triển phong phú không đơn giản là các lệnh logic mà còn cả các lệnh toán học, truyền thông, bộ đếm, bộ định thời…Các loại PLC nói chung th−ờng có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối t−ợng sử dụng khác nhau. Nh−ng ngày nay thông dụng nhất vẫn là ba cách lập trình là: STL ngôn ngữ liệt kê lệnh, LAD ngôn ngữ hình thang, FBD ngôn ngữ hình khối. Nh− vậy, bộ PLC là thiết bị điều khiển sử dụng bộ nhớ để lập trình và l−u giữ cấu trúc lệnh thông qua các cổng vào ra để thực hiện các chức năng điều khiển. 1.1.1. Vai trò của bộ điều khiển PLC. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 5 Trong một hệ thống điều khiển tự động,PLC có vai trò rất quan trọng là nơi giữ các thuật toán điều khiển nơi thu nhận các tín hiệu từ các cảm biến và đ−a ra tín hiệu điều khiển. Cũng nh− rất nhiều thiết bị điều khiển khác nhau, nh− các Rơ le đơn giản đế các thiết bị điều khiển phúc tạp thì PLC đ−ợc sử dụng rộng rãi và có vai trò nh− sau: - PLC đ−ợc xem nh− trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với ch−ơng trình điều khiển đ−ợc chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC sẽ xác định trạng thái của hệ thống qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập. Sau đó d−a trên ch−ơng trình logic để xác định tiến trình hoạt động, đồng thời đ−a ra những tín hiệu điều khiển t−ơng ứng đế các thiết bị xuất. - Trong hệ thống điều khiển tự động,bộ điều khiển PLC đ−ợc coi nh− bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển với ch−ơng trình nạp vào trong PLC. - PLC có thể đ−ợc sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và đ−ợc lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông qua hệ thống mạng truyền thông, để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp. - Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của PLC để đọc đ−ợc các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng nh− các thiết bị nhập bằng tay. - Liên kết, ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với ch−ơng trình. - Phân phát các lệnh điều khiển đó đến địa chỉ thích hợp. - Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp đ−ợc với các thiết bị xuất, thiết bị chấp hành. Nh− vạy, PLC có vai trò quan trọng rất lớn trong ngành điều khiển tự động ngày nay đ−ợc ứng dụng rộng rãi và ngày càng phát triển hoàn thiện hơn. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 6 1.1.2.Ưu điểm của việc dùng PLC trong tự động hoá. Tr−ớc đây việc điều khiển thực hiện bằng các Rơle điện tử nối với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều tr−ờng hợp số l−ợng dây rất lớn lên rất bất tiện và thời gian làm việc của các Rơle có giới hạn. Sự ra đời của bộ PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng nh− các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có các −u điểm nh− sau: - Chuẩn bị vào hoạt động nhanh. Thiết kế kiểu Môdule cho phép thích nghi đơn giản với bất kỳ mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ kiện đã đ−ợc lắp ghép PLC vào t− thế sẵn sàng làm việc ngay. - Độ tin cậy cao và ngày càng tăng. Độ tin cậy của PLC ngày càng cao và tuổi thọ ngày càng tăng. Việc bảo d−ỡng định kỳ không phải thực hiện đối với PLC. - Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo ch−ơng trình. Việc lập trình đơn giản, chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập. - Sự đánh giá các yêu cầu là đơn giản. nếu biết đ−ợc số đầu vào và đầu ra cần thiết, thì có thể đành giá kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ là bao nhiêu. Từ đó có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn loại PLC, phù hợp với yêu cầu. - Xử lý t− liệu tự động. Trong nhiều bộ PLC, việc xử lý t− liệu đ−ợc tiến hành tự động làm cho việc thiết kế điện tử trỏ lên đơn giản. - Tiết kiệm không gian. Hệ thống điều khiển xử dụng PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với hệ điều khiển Rơle t−ơng đ−ơng, trong nhiều tr−ờng hợp không gian đ−ợc thu hẹp lại. - Khả năng tái tạo. Bộ PLC có thể sử dụng thuận lợi cho các máy đã làm việc ổn định mà càn có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà ng−ời ta có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành. - Sự cải biến thuận tiện. Những dây truyền điều khiển nếu chỉ muốn cải biến một bộ phận nhỏ trong chức năng điều khiển, có thể đ−ợc cải tạo một cách đơn giản băng cách sao chép,cải biến hoặc thêm vào những phần mới so với kỹ thuật điều Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 7 khiển bằng Rơle ở dây có thể giảm thời gian lắp ráp, do có thể lập trình các chức năng điều khiển tr−ớc hoặc trong khi lắp ráp bảng điều khiển. - Hệ thống điều khiển sử dụng PLC lắp đặt đơn giản hơn hệ dùng Rơle và giảm: + 80% số l−ợng dây nối + Công suất tiêu thụ điện năng của PLC là rất thấp có chức năng chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa đ−ợc nhanh chóng và dễ dàng. + Số l−ợng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển, số l−ợng tiếp điểm trong ch−ơng trình sử dụng không hạn chế. + Thời gian hoàn thành một ch−ơng trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến nâng cao năng suất sản xuất. + Có thể làm việc trong nhiều môi tr−ờng khác nhau. + Có thể tính toán giá trị kinh tế của hệ thống điều khiển tự động tr−ớc khi lắp đặt. + Đ−ợc ứng đụng điều khiển trong phạm vi rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. 1.1.3 Giá trị kinh tế của PLC. Ngày nay trong thời đại kinh tế việc đầu t− một dây truyền sản xuất ngoài yếu tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến kinh tế ( chi phí đầu t− ) của ph−ơng án. Sự ra đời của PLC có một giá trị kinh tế to lớn và đó là −u điểm rõ rệt so với điều khiển bằng Rơle, thực tế việc sử dụng hệ PLC thấp hơn nhiều so với hệ điều khiển băng Rơle. Mặt hạn chế của PLC đòi hỏi có một đội ngũ nhân viên, có một trình độ kỹ thuật cao, có kinh nghiệm, hiểu biết về PLC để thiết kế lập trình và điều khiển. Tuy nhiên với −u điểm hơn hẳn so với hệ điều khiển bằng Rơle thì hệ điều khiển bằng PLC đ−ợc sử dụng rộng rãi và ngày càng phát triển. D−ới đây là những −u và khuyết điểm của hệ điều khiển băng PLC và điều khiển bằng rơle cả về kinh tế lẫn kỹ thuật: Điều khiển bằng Rơle Điều khiển băng PLC Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 8 Ưu điểm: - Lắm biết đ−ợc và tin cậy trong thời gian dài. - Lắm biết đ−ợc mức độ tin cậy. - Nhiều bộ phân đã tiêu chuẩn hoá. -Rất ít nhạy cảm với nhiễu. - Kinh tế với hệ thống nhỏ. Nh−ợc điểm: - Thời gian lắp đặt lâu - Thay đổi khó khăn. - Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp. - Có h− hao trong sử dụng, do đó cần bảo quản th−ờng xuyên. - Kích th−ớc lớn. Tốn nhiều dây dẫn. - Công suất tiêu thụ lớn. - Công nhân sửa chữa tay nghề cao. Ưu điểm: - Độ tin cậy cao nhờ sử dụng các phần tử tiếp xúc. - Thay đổi dễ dàng qua công nghệ phích cắm. - Kích th−ớc nhỏ, lắp đặt đơn giản. - Thay đổi nhanh quy trình điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng. - Có thể nối mạng với máy tính Nh−ợc điểm: -Giá thành tạo dựng cao bộ thiết bị lập trình th−ờng giá đắt Những −u điểm trên của bộ điều khiển bằng PLC giúp nó đứng vững và ngày càng phát triển trong các ngành sản xuất. Đặc biệt nó đ−ợc ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất và đã thay thế toàn bộ hệ điều khiển băng Rơle trong các đây truyền sản xuất hiện đại. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 9 1.1.4 Cơ sở và khả năng phát triển của PLC PLC phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính và dựa trên sự kế thừa các hệ điều khiển cổ điển bằng Rơle, trục cam… Sơ đồ thể hiện cơ sở phát triển của PLC. Các phần tử đầu vào Bộ điều khiển Phần tử chấp hành Từ sự khắc phục các nh−ợc điểm tr−ớc của các hệ thống điều khiển tr−ớc cùng sự phát triển của khoa học công nghệ tích hợp PLC hiện nay có dung l−ợng rất lớn và có tốc đọ xử lý nhanh. Làm cho PLC trơ thành phần tử tự động hoá thông dụng đáp ứng tất cả các yêu cầu công nghệ. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và sự cạnh tranh của các hãng sản xuất làm cho giá thành của PLC ngày càng hạ, làm cho việc đầu t− ban đầu đ−ợc thấp, đem lại hiệu quả kinh tế. Do vậy PLC có khả năng phát triển rộng rãi và ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp cũng nh− nông nghiệp. 1.1.5 ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC Do PLC có rất nhiều −u điểm, hiên nay PLC đ−ợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau nh−: Rơle Công tắc tơ Rơle thời gian Bộ đếm…. Động cơ, công tắc tơ Van thuỷ lực, khí nén bộ hiển thị … PLC Động cơ, công tắc tơ Van thuỷ lực, khí nén bộ hiển thị … Nút ấn. Công tắc Công tắc hành trình cảm biến quang điện Nút ấn. Công tắc Công tắc hành trình cảm biến quang điện Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 10 - Hệ thống vận chuyển. - Dây truyền đóng gói. - Điều khiển bơm. - Công nghệ sản xuất giấy. - Dây truyền sản xuất thuỷ tinh. - Công nghệ chế biến thực phẩm. - Các dây truyền lắp ráp. - Kiểm tra quá trình sản xuất. Ngoài những ứng dụng trên PLC còn d−ợc ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong ngành nông nghiệp thì " Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao" Sử dụng PLC điều khiển các dây truyền sản xuất, điển hình là dây truyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. Do điều kiện có hạn lên không thể nêu hết các ứng dụng của PLC đ−ợc và ngày nay nó đ−ợc ứng dụng rất nhiều tạo điều kiện tăng năng suất, giải phóng sức lao động cho công nhân và nâng cao chất l−ợng sản phẩm. 1.2 Cơ sở kỹ thuật số Khi lập trình cho PLC ng−ời lập trình có thể sử dụng nhiều ph−ơng thức viết ch−ơng trình. Tuy nhiên PLC là phần tử điều khiển logic do đó ng−ời lập trình cần hiểu các kiến thức cơ sở về kỹ thuật số. 1.2.1 Các hệ đếm Chúng ta th−ờng sử dụng rất nhiều hệ đếm, thông th−ờng quen dùng nhất vấn là hệ thập phân. Tuy nhiên trong lập trình PLC ngoài hệ thập phân còn có rất nhiều các hệ đếm khác nh−: - Hệ nhị phân: Hệ đếm cơ số 2, sử dụng hai con số 0 và 1 để biểu diễn các giá trị. Ví dụ: số 9 biểu diễn là: 1001 - Hệ bát phân: Đây là hệ đếm cơ số 8, sử dụng tám con số 0,1,2,3,4,5,6,7 để biểu diễn các giá trị. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 11 - Hệ thập phân: Là hệ đếm cơ số 10 sử dụng 10 con số từ 0 đến 9 để biểu diễn các giá trị. - Hệ thập lục phân: Là hệ đếm cơ số 16 sử dụng 16 con số 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E.F để biểu diễn các giá trị. 1.2.2 Kiểu dữ liệu Một ch−ơng trình ứng dụng trong PLC có thể đ−ợc sử dụng các kiểu dữ liệu khác nhau. PLC l−u giữ dữ liệu trong các bộ nhớ, các dữ liệu này có thể đ−ợc l−u trữ ở nhiều dạng khác nhau. Do đó d−ới đây chỉ trình bày các kiểu dữ liệu th−ờng đ−ợc sử dụng. Kiểu số tự nhiên Kiểu số tự nhiên không dấu Kiểu số tự nhiên có dấu Kích th−ớc Thập thân Hexadexima Thập thân Hexadexima Byte ( 8 bit) 0 ữ255 0 ữ FF -128 ữ127 80 ữ 7F Word (16 bit) 0 ữ65535 0 ữ FFFF -32768 ữ32767 8000 ữ7FFF Double word 0 ữ4294961295 0ữFFFFFFFF -2147483648 ữ2147483647 80000000 ữ7FFFFFFF Kiểu số thực: PLC sử dụng 32 bit để mã hoá các số thực, do đó ta có các giá trị: + 1175495E- 38 ữ + 3402823E + 38(D−ơng) - 1175495E- 38 ữ - 3402823E + 38(Âm) 1.2.3. Đại số Boole 1. Định nghĩa: Ta biết biên Boole là loại hàm số mà miền giá trị của nó chỉ có 2 phần tử và phần tử của chúng là 0 và 1. Xét 1 tập hợp (B) với tất cả các biến Boole với 3 phép tính And(^), Or(V), Not(_). Thì biến Boole trong tập hợp đó luôn có giá trị là 1 sẽ là phần tử đơn vị đối Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 12 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. BX ∈∀ . Tính chất 2: X = X.X = X^X. BX ∈∀ . Tính chất 3: X .X = 0. BX ∈∀ . Tính chất 4:1VX = 1. BX ∈∀ . Tính chất 5: 0VX = X. Tính chất 6: X VX = 1. Tính chất 7: X.Y = yxx + 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. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 13 Giả sử xét phần tử AND hai đầu vào.(Kí hiệu hai đầu vào là S1 và S2, đầu ra là H1) 24V S2 S1 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 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 S1 S2 H1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 S1 S2 H1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 14 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 K1 K1 H1 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 K1 S2 K1 H1 0V Hình 1.4: Mạch điện logic NAND Ta có: H1= 21 SS ∧ . H1= 2.1 SS . NOR 24V S1 S2 K1 S1 H1 0 1 0 1 1 0 1 0 S1 S2 H1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 15 K1 H1 0V Bảng chân lý Hình 1.5: Mạch điện logic NOR Ta có: H1= 21 SS ∨ . H1= 21 SS + . 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. S1 S2 H1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 16 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 . Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 17 No Yes No Yes Hình 1.6: Thiết kế mô hình điều khiển trên PLC Ch−ơng trình đúng Sửa chữa ch−ơng trình Kết nối các thiết bị I/O vào PLC Kiểm tra tất cả các dây nối Chạy thử ch−ơng trình Kiểm tra Nạp ch−ơng trình vào EPROM Tạo tài liệu ch−ơng trình Kết thúc Xác định yêu cầu của hệ thống. Vẽ l−u đồ điều khiển Liên kết các đầu vào / ra t−ơng ứng với các đầu I/O của PLC Soạn thảo ch−ơng trình. Nạp ch−ơng trình vào PLC Chạy mô phỏng và tìm lỗi Chạy tốt Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 18 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 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. PLC Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 19 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: 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 . Đầu vào tín hiệu Bộ nhớ Thiết bị lập trình Bộ xử lý Nguồn cung cấp Đầu ra tín hiệu Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 20 - 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: Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 21 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 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 22 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 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 23 Còn gọi là các thanh nghi, bên trong bộ vi xử lý, đ−ợc sử dụng để l−u giữ thông tin, l−u giữ ch−ơng trình cho các hoạt động điều khiển. Trong PLC có hai loại bộ nhớ. - Bộ nhớ ROM là vùng nhớ vĩnh cửu để chứa các thông tin hệ thống, bộ nhớ ROM chỉ đọc, cung cấp dung l−ợng dữ liệu cho hệ điều hành và dữ liệu cố định đ−ợc CPU sử dụng. - Bộ nhớ RAM để chứa ch−ơng trình lập trình và là vùng nhớ đệm. Chứa các thông tin từ các thiết bị vào ra của hệ thống. Ch−ơng trình lập trình chứa trong RAM có thể thay đổi đ−ợc bởi ng−ời lập trình, tuy nhiên để ngăn chặn việc mất thông tin khi mất điện nguồn, một pin đ−ợc sử dụng làm nguồn nuôi cho vùng nhớ này (thông th−ờng pin này sẽ duy trì đ−ợc hoạt động của RAM khoảng từ 1 đến 2 năm khi mất điện nguồn ch−ơng trình có thể lập trình bởi các thiết bị lập trình và từ đó đ−ợc nạp vào RAM khi PLC thực hiện ch−ơng trình, CPU sẽ không lấy thông tin vào ra trực tiếp từ các đầu vào/ra mà lấy từ vùng nhớ đệm, thông tin của các đầu vào/ra trong vùng nhớ đệm sẽ đ−ợc cập nhật sau mỗi chu trình quét nhờ khối vào/ra. 4. Thiết bị vào ra Để bảo vệ PLC tất cả các đầu vào/ra trong PLC đều ghép cách ly, các đầu vào th−ờng ghép cách ly bằng Octocoupler, tín hiệu vào có thể là 5V, 24V và do đó có thể đ−a trực tiếp từ các phần tử đầu vào. Đầu ra th−ờng sử dụng rơle có mức điện áp 24V hoặc 220V thông th−ờng các rơle này chịu đ−ợc dòng điện khoảng 2A do đó nếu dùng PLC để điều khiển những thiết bị có dòng điện lớn hơn cần sử dụng các rơle trung gian hoặc côngtắctơ. Thiết bị vào ra cung cấp giao diện giữa hệ thống và thế giới bên ngoài, cho phép thực hiện kết nối thông qua các kênh vào/ra, thiết bị vào và thiết bị ra. 1.3.5. Ngôn ngữ lập trình trên PLC Để biểu diễn ch−ơng trình điều khiển trên PLC, có ba ph−ơng pháp biểu diễn là: Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 24 - Sơ đồ hình thang LAD ( Ladder Diagram): Ph−ơng pháp này có cách biểu diễn ch−ơng trình t−ơng tự nh− sơ đồ tiếp điểm dùng rơle trong sơ đồ điện công nghiệp. - L−u đồ hệ thống điều khiển FBD (Function Block Diagram): Ph−ơng pháp này có cách biểu diễn ch−ơng trình nh− sơ đồ không tiếp điểm dùng các cổng logic. Theo ph−ơng pháp này, các tiếp điểm ghép nối tiếp đ−ợc thay thế bằng cổng AND(&), các tiếp điểm ghép song song đ−ợc thay thế bằng cổng OR(>=1), các tiếp điểm th−ờng đóng thì có cổng NOT(-1). Ph−ơng pháp này thích hợp cho đối t−ợng sử dụng có kiến thức về điện tử - đặc biệt về mạch số. - Liệt kê danh sách lệnh STL (Statement List): Ph−ơng pháp STL dùng các từ viết tắt gợi nhớ để lập công thức cho việc điều khiển, t−ơng tự với ngôn ngữ assembler ở máy tính. Ph−ơng pháp này thích hợp cho đối t−ợng làm việc trong lĩnh vực tin học. Ba ph−ơng pháp biểu diễn ch−ơng trình điều khiển trên PLC để dành cho ng−ời sử dụng thuộc 3 lĩnh vực: - Ngành Điện công nghiệp th−ờng dùng ph−ơng pháp LAD - Ngành Điện tử th−ờng dùng ph−ơng pháp FBD - Ngành Tin học th−ờng dùng ph−ơng pháp STL Có loại PLC có thể sử dụng cả ba ph−ơng pháp biểu diễn trên( nh− Simatic S5), có loại chỉ sử dụng đ−ợc hai ph−ơng pháp biểu diễn (simatic S7), hay có loại chỉ sử dụng đ−ợc một ph−ơng pháp biểu diễn ( nh− Logo và Easy). Ngoài các loại ngôn ngữ đã giới thiệu ở trên thì còn có các loại ngôn ngữ sau: + Ngôn ngữ lập trình SCL(Structured Control Language) kiểu viết ch−ơng trình này sử dụng ngôn ngữ Pascal rất phù hợp với những ng−ời đã viết các ch−ơng trình bằng ngôn ngữ máy tính. + Ngôn ngữ lập trình S7 - Graph. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 25 + Ngôn ngữ lập trình S7 - HiGraph. Đây là loại ngôn ngữ viết ch−ơng trình rất phù hợp cho các bài toán làm việc có tính tuần tự. Tại mỗi thời điểm chỉ có một b−ớc đ−ợc thực hiện với kiểu lập trình này ng−ời lập trình phải sử dụng ph−ơng pháp lập trình có cấu trúc. Ch−ơng 2: Nghiên cứu điều khiển và lập trình bằng PLC S7 – 200 2.1. Khái niệm chung về Simatic S7 – 200 2.1.1. Giới thiệu chung. PLC , viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển logic lập trình đ−ợc, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. S7 – 200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng siemens(CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này đ−ợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối xử lý trung tâm CPU. Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì các PLC hiện nay đã có rất nhiều loại CPU khác nhau nh− CPU214, CPU 224….Để phân biệt các CPU này ng−ời ta dựa vào số l−ợng đầu vào và đầu ra của các CPU và nguồn cung cấp. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 26 S7 -200 có nhiều loại module mở rộng khác nhau nh− : EM231, EM232, EM235…. Do điều kiện thực tế của đề tài chung ta sử dụng SIMATIC S7 -200 với CPU224. Vì vậy trong đề tài chung ta đi tìm hiểu tổng quát về cấu trúc của Simatic S7 – 200 với CPU224. 2.1.2. Cấu trúc của Simatic S7 – 200 CPU224 S7 – 200 với CPU 224 có đầy đủ các tính năng kỹ thuật của S7 – 200 thế hệ tr−ớc nó và những cải tiến về kỹ thuật v−ợt trội thế hệ tr−ớc. + Đặc điểm kỹ thuật của CPU 224. - Với kích th−ớc nhỏ gọn tiết kiệm rất nhiều không gian, có −u điểm là sử dụng một cách thuận tiện đơn giản là có thể kết nối trực tiếp với cảm biến và bộ mã hoá với dòng điện 280mA có thể sử dụng nh− một dòng điện tải - Tích hợp đầu vào/ra số: CPU 224 có 14 đầu vào và 10 đầu ra Hình 2.1: Simatic S7 - 200 với khối vi xử lý 224 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 27 - Bộ nhớ ch−ơng trình 8 KB bộ nhớ dữ liệu 5 KB. - Có 7 module mở rộng thêm các cổng vào và cổng ra bao gồm cả module Analog - Có tối đa 94 đầu vào số, 74 đầu ra số, 28 đầu vào t−ơng t ự và 7 đầu ra t−ơng tự. - Có 256 bộ timer chia làm ba loại có độ phân giải khác nhau, 4 bộ timer 1ms, 16 bộ timer 10ms và 236 bộ timer 100ms. - Có 256 bộ đếm có thể đếm tiến, đếm lùi hoặc cả đếm tiến và đếm lùi. - Hai bộ điều chỉnh t−ơng tự - Hai bộ phát xung tốc độ cao, tần số 20KHz cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM. - Tốc độ xử lý logíc 0,37 sμ . - Các chế độ ngắt và xử lý ngắt , ngắt truyền thông, ngắt theo s−ờn lên hoặc ngắt s−ờn xuống của xung, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. - Để ghép nối CPU 224 với máy lập trình có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối CPU 224 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. - Có thể mở rộng cổng vào ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó cách module mở rộng về phía bên phải CPU làm thành một móc xích. - Các chế độ ngắt và xử lý ngắt cho phép PLC thực hiện các quá trình với tốc độ cao, phản ứng kịp thời với các sự kiện bên trong và bên ngoài. - CPU 224 không thể lập trình bằng việc sử dụng Step7 – Micro/Dos. Để lập trình cần phải thông qua bộ giao diện nối tiếp của thiết bị lập trình PC, đòi hỏi một cáp PC/PPI. Khi sử dụng phần mềm lập trình Step7- Micro/Win32, việc lập trình có thể thông qua Simatic CPS CP 551 hoặc CP561 hoặc giao diện MPI của thiết bị lập trình. - Để việc ứng dụng các PLC đ−ợc hiệu quả và khả năng làm việc của của PLC với quy trình công nghệ phức tạp mà đối t−ợng điều khiển có số l−ợng đầu vào/ra là rất lớn hay dạng tín hiệu khác nhau. Do vậy các PLC đ−ợc thiết kế theo Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 28 kiểu module. Các CPU đ−ợc két nối thêm nhiều loại module mở rộng khác nhau. Các module mở rộng vào/ra số hoặc các cổng vào ra t−ơng tự, tăng khả năng điều khiển cho các bộ PLC. + Mô tả các đèn báo trên S7 -200 của CPU 224 - Đèn đỏ SF: Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng, đèn SF sáng khi PLC có hỏng hóc. - Đèn xanh RUN: Đèn xanh run chỉ PLC đang ở chế độ làm việc và và thực hiện ch−ơng trình đ−ợc nạp vào trong PLC . - Đèn vàng STOP: Chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng ch−ơng trình đang thực hiện lại. - Đèn xanh Ix.x: Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của của cổng Ix.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. -Đèn xanh Qy.y. Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. + Cổng truyền thông. Các CPU của S7 – 200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối chín chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc đổ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600baud. Tốc độ truyền cùng cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300 -38400 baud. Bộ chuyển đổi RS232 – RS485 phục vụ ghép nối truyền thông trực tiếp giữa máy tính và PLC. Ghép nối máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. Sau đây là sơ đồ cổng truyền thông. Chân Giải thích Chân Giải thích 1 Đất 6 5VDC ( điện trở trong 100Ω) Hình 2.2 : Sơ đồ chân của cổng truyền thông. 5 4 3 2 1 9 8 7 6 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 29 2 24VDC 7 24VDC (120mA tối đa) 3 Truyền và nhập dữ liệu 8 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 9 Không sử dụng 5 Đất +Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC. Các PLC S7 – 200 có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho CPU. - Run cho phép PLC thực hiện ch−ơng trình trong bộ nhớ. PLC S7 – 200 sẽ rời khỏi chế độ Run và chuyển sang chế độ Stop nếu trong máy có sự cố, hoặc trong ch−ơng trình gặp lệnh Stop thậm trí ngay khi công tắc ở chế độ Run. Do đó nên quan sát trạng thái thực tại của PLC thông qua đèn báo - Stop c−ỡng bức PLC dừng công việc thực hiện ch−ơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ Stop, ở chế độ Stop PLC cho phép hiệu chỉnh lại ch−ơng trình hoặc nạp một ch−ơng trình mới. - Term cho phép máy lập trình tự quyết định một chế làm việc cho PLC hoặc ở Run hoặc ở Stop. + Cấu trúc bộ nhớ của CPU224. Bộ nhớ của S7 – 200 đ−ợc chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ của S7 – 200 có tính năng động cao đọc và ghi d−ợc trong toàn vùng loại trừ các Bit nhớ đặc biệt đ−ợc ký hiệu bởi SM chỉ có thể truy nhập để đọc. Vùng nhớ đ−ợc mô tả trên hình vẽ d−ới đây. EEPROM Miền nhớ ngoài Ch−ơng trình Ch−ơng trình Ch−ơng trình Tham số Tham số Tham số Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Vùng đối t−ợng Tụ Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 30 Hình 2.3: Cấu trúc bộ nhớ của CPU - Vùng ch−ơng trình: Là miền bộ nhớ đ−ợc sử dụng để l−u trữ các lệnh của ch−ơng trình. Vùng này thuộc kiểu Non – Volatile đọc/ghi đ−ợc. - Vùng tham số: Là miền l−u giữ các tham số nh− từ khoá , địa chỉ trạm…Cũng giống nh− vùng ch−ơng trình vùng tham số thuộc kiểu Non – Volatile đọc/ghi đ−ợc. -Vùng dữ liệu: Đ−ợc sử dụng để cất các dữ liệu của ch−ơng trình bao gồm các kết quả các phép tính hằng số đ−ợc định nghĩa trong ch−ơng trình, bộ đếm truyền thông…Vùng dữ liệu là một miền nhớ động, nó có thể truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn….. Vùng dữ liệu lại đ−ợc chia ra thành những miền nhớ nhỏ có công dụng khác nhau. Đó là các miền sau: V – Vairable Memory(miền nhớ) I – Input Image Reister(bộ đệm cổng vào) O – Output Image Reister(bộ đệm cổng ra) M – Internal Memory Bits(vùng nhớ nội) SM – Special Menory Bits(vung nhớ đặc biệt) -Vùng đối t−ợng: Đ−ợc sử dụng để l−u giữ dữ liệu cho các đối t−ợng lập trình nh− các giá trị tức thời, giá trị đặt tr−ớc của bộ đếm hay timer…Dữ liệu kiểu đối t−ợng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối t−ợng chỉ đ−ợc nghi theo mục đích cần sử dụng đối t−ợng đó. Trong bốn vùng nhớ của CPU S7 - 200 trên thì vùng nhớ dữ liệu, vùng nhớ đối t−ợng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một ch−ơng trình mà ta soạn thảo và điều khiển. + Kết nối PLC. Để tìm hiểu và ứng dụng PLC trong các dây chuyền sản xuất ta cần biết cách ghép nối PLC với các thiết bị ngoại vi nh− cảm biến hay các cơ cấu chấp hành. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 31 Việc kết nối nguồn cung cấp cho CPU và nối các đầu vào ra cho CPU đ−ợc thể hiện trên hình sau: Hình 2.3: Sơ đồ kết nối PLC Qua sơ đồ ta thấy nguồn cung cấp cho các đầu vào và ra của CPU là 24VDC. Các đầu cuối của S7 – 200 đ−ợc nối đất để đảm bảo an toàn và để khử nhiễu cho tín hiệu. Nguồn cung cấp cho cảm biến cũng là 24VDC cũng là nguồn một chiều có thể sử dụng làm nguồn nuôi cho các Module mở rộng, sử dụng cho các đầu vào cơ sở, các cuộn Rơle mở rộng. +Các module mở rộng Simatic S7 – 200 có rất nhiều loại module mở rộng. Tiêu biểu là các module EM231, EM232, EM235…Các module mở rộng t−ơng tự và số có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các module mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thanh một móc xích. Địa chỉ của các vị trí của các module đ−ợc xác định cùng kiểu. Các module mở rộng số hay t−ơng tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm, t−ơng tự với số đầu vào/ra của module. D−ới đây là một số module mở rộng của S7 – 200 : Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 32 Đ ể hiểu thê m về cách ghép nối các mod ule mở rộng thi ta tìm hiểu cách ghép nối của hai module mở rộng đó là: EM231, EM235 Sơ đồ nối thiết bị vào/ra của Module mở rộng nh− sau: Loại Module Số l−ợng đầu vào Số l−ợng đầu ra Tín hiệu đầu vào Tín hiệu đầu ra Kích th−ớc Rộng x cao x sâu (mm) EM221 8 0 24VDC 0 EM222 8 0 0 24VDC 46 x 80 x62 EM223 4 ữ 16 4 ữ 16 24VDC 24VDC (46 ữ 173,3) x 80 x 62 EM231 4 0 Analog 0 71,2 x 80 x62 EM232 0 2 Analog Analog 46 x 80 x 62 EM235 4 1 Analog Analog 71,2 x 80 x62 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 33 2.2.Vòng quét ch−ơng trình. PLC thực hiện ch−ơng trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lập đ−ợc gọi là một vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét d−ợc bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện ch−ơng trình. Trong từng vòng quét ch−ơng trình đ−ợc thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc MEND. Sau giai đoạn thực hiện ch−ơng trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét đ−ợc kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Hình 2.4: Vòng quét Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đếm ảo Thực hiện ch−ơng trình Truyền thông và tự kiểm tra lỗi Chuyển dữ liệu từ bộ đếm ảo ra ngoại vi Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 34 Thời gian cần thiết để PLC thực hiên đ−ợc một vòng quét gọi là thời gian vòng quét thời gian vòng quét không cố định tức là không phải vòng quét nào cũng đ−ợc thực hiện trong khoảng thời gian nh− nhau. Thời gian vòng quét phụ thuộc vào số lệnh trong ch−ơng trình đ−ợc thực hiện và khối l−ợng đ−ợc truyền thông trong vòng quét đó. Trong thời gian thực hiện vòng quét nếu có tín hiệu báo ngắt thì ch−ơng trình sẽ dừng lại để thực hiện xử lý ngắt ở bất kỳ giai đoạn nào. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông th−ờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. 2.3.Cấu trúc ch−ơng trình. Các ch−ơng trình cho PLC S7 – 200 phải có cấu trúc bao gồm ch−ơng trình chính( Main program) và sau đó đến các ch−ơng trình con và ch−ơng trình xử lý ngắt. Ch−ơng trình chính đ−ợc kết thúc bằng lệnh kết thúc ch−ơng trình(MEND). Ch−ơng trình con là một bộ phận của ch−ơng trình, các ch−ơng trình phải đ−ợc viết sau lệnh kết thúc ch−ơng trình đó là lệnh (MEND). Các ch−ơng trình xử lý ngắt cũng là một bộ phận của ch−ơng trình. Nếu cần sử dụng phải viết sau lệnh kết thúc ch−ơng trình chính(MEND). Các ch−ơng trình con đ−ợc nhóm lại thành thành một nhóm ngay sau ch−ơng trình chính, sau đó đến các ch−ơng trình xử lý ngắt. Cũng có thể trộn lẫn các ch−ơng trình con và ch−ơng trình xử lý ngắt ở sau ch−ơng trình chính Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 35 Hình 2.4: Cấu trúc chung của ch−ơng trình. 2.4 Ngôn ngữ lập trình của S7 – 200. Các loại PLC nói chung th−ờng có nhiều ph−ơng pháp lập trình nhằm phục vụ các đối t−ợng khác nhau. Đối với S7 – 200 có hai ph−ơng pháp cơ bản. -Ph−ơng pháp hình thang (LAD):Đây là dạng ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa thích hợp với những ng−ời quen thiết kế mạch điều khiển logic. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD t−ơng ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơ le. Trong ch−ơng trình LAD , các phần tử cơ bản biểu diễn lệnh logic là: + Tiếp điểm: Là biểu t−ợng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le Tiếp điểm th−ờng mở Tiếp điểm th−ờng đóng + Cuộn dây (coil): là biểu t−ợng ⎯( )⎯ mô tả rơle đ−ợc mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle. + Hộp (Box): Là biểu t−ợng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm th−ờng biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải mắc theo đúng chiều dòng điện. Main program MEND in program END SBRO Ch−ơng trình con thứ RET nhất SBRn Ch−ơng trình con thứ RET n+1 INT 0 Ch−ơng trình xử lý ngắt RET I thứ nhất INT n Ch−ơng trình xử lý ngăt RET I thứ n + 1 Thực hiện trong vòng quét Thực hiện ch−ơng trình chính gọi Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 36 + Mạng LAD: Là đ−ờng nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đ−ờng nguồn bên trái sang đ−ờng nguồn bên phải. Dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. +Ph−ơng pháp liệt kê lệnh (STL): Là ph−ơng pháp thể hiện ch−ơng trình d−ới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong ch−ơng trình kể cả các lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC . 2.2.3 Cú pháp lệnh S7-200 Trong S7-200 có một khối l−ợng lệnh t−ơng đối lớn chúng đ−ợc chia làm ba nhóm chính. - Nhóm các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn xếp. - Nhóm các lệnh chỉ thực hiện đ−ợc khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị bằng 1. - Nhóm các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh. Cả ba nhóm lệnh này cũng miêu tả sự t−ơng ứng của nội dung ngăn xếp khi lệnh đ−ợc thực hiện. Nh− đã nói ở trên các lệnh sử dụng trong S7-200 là rất lớn mà thời gian cũng nh− phạm vi nghiên cứu hẹp vì vậy chúng tôi chỉ đ−a ra một số lệnh quan trọng trong quá trình điều khiển. Có ứng dụng nhiều tới viết ch−ơng trình điều khiển cho mô hình. 1. Lệnh vào/ra * Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị logic cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bít. * Load Not (LDN): Là lệnh 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 bit . Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 37 *OUTPUT(=): Là lệnh sao chép nội dung của bít đầu tiên trong ngăn xếp vào bít đ−ợc chỉ định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi. Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho LAD nh− sau: LAD Mô tả Toán hạng n  Tiếp điểm th−ờng mở sẽ đóng khi n = 1 n \ Tiếp điểm th−ờng đóng sẽ mở khi n = 1 n:I, Q, M, SM(bít) T, C n I Tiếp điểm th−ờng mở sẽ đóng tức thời khi n = 1 n \I Tiếp điểm th−ờng đóng sẽ mở tức thời khi n = 1 n: I Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho STL nh− sau: Lệnh Mô tả Toán hạng LD n Lệnh náp giá trị logic của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp LDN n Lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp n(bít):I, Q, M, SM, T, C, V LDI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. LDNI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic n:I Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 38 nghịch đảo của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. 2. Các lệnh ghi xoá giá trị cho tiếp điểm - SET (S): lệnh dùng để đóng các điểm gián đoạn đã đ−ợc thiết kế. - RESET (R): Lệnh dùng để ngắt các điểm gián đoạn đã đ−ợc thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm). Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp các điểm thiết kế. Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này. 3.Các lệnh logic đại số Boolean Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập đ−ợc các mạch logic (không có nhớ). Trong LAD các lệnh này đ−ợc biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm th−ờng đóng và các tiếp điểm th−ờng mở. STL có thể sử dụng các lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh . 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, đ−ợc gọi là các lệnh Stack logic. Đó là các lệnh ALD (And load), OLD (Or load), LPS (Logic push), LRD (Logic read) và LPP (Logic pop). Lệnh Stack logic đ−ợc dùng để tổ hợp, sao chụp hoặc xoá các mệnh đề logic. LAD không có bộ đếm dành cho lệnh Stack logic. STL sử dụng các lệnh Stack logic để thực hiện ph−ơng trình tổng thể có nhiều biểu thức con. Bảng lệnh logic đại số boolean Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 39 Lệnh Chức năng Toán hạng O n A n Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả đ−ợc ghi vào bít đầu tiên của ngăn xếp. n: I,Q,M,SM, T,C,V AN n ON n Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả đ−ợc ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp. AI n OI n Lệnh thực hiện tức thời toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả đ−ợc ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp. n: I (bit) ANI n ONI n Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V(O) giữa giá trị lo gic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả đ−ợc ghi lai vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. N: I (bit) Các lệnh Stack logic nh− các lệnh: - Lệnh ALD ( And Load): Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và bit thứ hai của ngăn xếp bằng phép tính logic A. Kết quả ghi lại vào bit đầu tiên trong ngăn xếp giá trị còn lại của ngăn xếp đ−ợc kéo lên một bit. Ví dụ: LAD STL Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 40 I1.0 I1.1 Q1.1 I1.2 LD I 1.0 LD I 1.1 O I 1.2 ALD = Q 1.1 - Lệnh OLD ( Or Load): Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và bit thứ hai trong ngăn xếp bằng phép tính logic O. Kết quả đ−ợc ghi lại vào bit đầu tiên trong ngăn xếp, giá trị còn lại của ngăn xếp đ−ợc kéo lên một bit. Ví dụ: LAD STL I0.1 I0.2 Q0.1 I0.3 I0.4 LD I0.1 LD I0.2 LD I0.3 A I0.4 OLD AND = Q0.1 Tuy nhiên trong nhiều tr−ờng hợp ta có thể dựa vào tính giao hoán của các phép tính A và O trong đại số Boolean có thể biến đổi mạch logic phức tạp thành mạch Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 41 logic đơn giản sao cho khi lập trình Simatic S7-200 chúng ta không cần dùng các lệnh Stack logic nữa. 4. Các lệnh so sánh. Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển đ−ợc thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, từ hay từ kép của S7 – 200. LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh các giá trị của byte, từ và từ kép ( giá trị thực hoặc nguyên). Những lệnh so sánh th−ờng là: so sánh bằng (=), lớn hơn hoặc bằng (>=), nhỏ hơn hoặc bằng (<=). Kết quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng) và bằng 1 (nếu sai) do đó chúng đ−ợc kết hợp với các lệnh logic LD, A, O để tạo ra đ−ợc các phép so sánh nh−: khác (), lớn hơn (>), nhỏ hơn (<). Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD nh− sau: - Lệnh so sánh bằng. n1 n2 = = x Tiếp điểm đóng khi n1 = n2. Trong đó: x là B (byte); I (Integer); D (double Integer); R (Real). N toán hạng theo byte: VB, IB, QB, MB, SMB. - Lệnh so sánh > = n1 n2 > = x Tiếp điểm đóng khi n1> =n2. Trong đó n là toán hạng: VW, QW, IW, MW, SMW - Lệnh so sánh < = n1 n2 < = x Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 42 Tiếp điểm đóng khi n1<=n2. Trong đó toán hạng n: VD, ID, QD, SMD, MD, hằng số. 5. Lệnh điều khiển Timer Timer là tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn th−ờng đ−ợc gọi là khâu trễ. Là nhóm lệnh chỉ thực hiện đ−ợc khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1. S7-200 có 64 Timer (với CPU 212), 128 Timer (với CPU 214) đ−ợc chia làm hai loại khác nhau hoặc 256 Timer (với CPU224) đó là: Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On –Delay Timer) ký hiệu là TON. - Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On Delay Timer) ký hiệu là TONR. Hai loại TON và TONR sẽ làm việc để tạo thời gian trễ mong muốn khi tín hiệu tại thời điểm có s−ờn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1 đ−ợc gọi là thời điểm Timer đ−ợc kích. Đối với bộ timer kiểu TON nó sẽ tự động reset khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, còn đối với bộ timer kiểu TONR thì nó không tự động reset mà việc reset lại chỉ đ−ợc thực hiện bằng lệnh R. Timer TON đ−ợc dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian ( miền liên thông), còn đói với Timer TONR thời gian trễ sẽ đ−ợc tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Khi sử dụng Timer TON hoặc Timer TONR chúng ta phải chú ý đến độ phân giải của chúng để đặt thời gian sao cho phù hợp. Timer TON và Timer TONR bao gồm ba loại với ba độ phân giải khác nhau: độ phân giải 1ms, 10ms và 100ms. Thời gian trễ  đ−ợc tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer đ−ợc chọn và giá trị đặt tr−ớc cho Timer. Ví dụ: Khi ta cho bộ timer có độ phân giải 10ms và giá trị đặt tr−ớc là 60 thì thời gian trễ là: =60*10ms =600ms. Timer của S7-200 có những tính chất cơ bản sau. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 43 - Các bộ Timer đ−ợc điều khiển bởi một cổng vào và giá trị đếm tức thời. Giá trị đếm tức thời của Timer đ−ợc nhập trong thanh ghi 2 Byte (gọi là T-Word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer đ−ợc kích. Giá trị đặt tr−ớc của các bộ Timer đ−ợc ký hiệu trong LAD và STL là PT. Giá trị đếm tức thời của thanh ghi T- Word th−ờng xuyên đ−ợc so sánh với giá trị đặt tr−ớc của Timer. - Mỗi bộ Timer ngoài thanh ghi 2 byte T-Word l−u giá trị đếm tức thời còn có một bit, ký hiệu là T- bit, chỉ trạng thái logic đầu ra. Giá trị logic của bit này phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời với giá trị đặt tr−ớc. - Trong khoảng thời gian tín hiệu x(t) có giá trị logic 1, giá trị đếm tức thời T-Word luôn đ−ợc cập nhật và thay đổi tăng dần cho đến khi nó đạt giá trị cực đại. Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hay bằng giá trị đặt tr−ớc thì T- bit có giá trị logic 1. ứng với mỗi loại CPU và độ phân giải chúng ta có giá trị giới hạn của bộ Timer và đ−ợc ký hiệu riêng, tuỳ theo ta sử dụng lệnh ton hay TONR. Bảng giá trị giới hạn của bộ timer nh− sau: Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU212 CPU214 CPU224 1ms 32,767s T32 T32, T96 T32, T96 10ms 327,67s T33 ữT36 T33ữT36, T97 ữT100 T33ữT36, T97 ữT100 TON 100ms 3276,7s T37ữT63 T37ữT63, T101ữT127 T37ữT63, T101ữT255 1ms 32,767s T0 T0, T64 T0, T64 10ms 327,67s T1ữT4 T1 ữ T4, T65 ữT68 T1ữT4, T65 ữT68 TON R 100ms 3276,7s T5ữT31 T5 ữT31, T69 ữT95 T5ữT31, T69ữT95 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 44 6. Lệnh điều khiển bộ đếm Counter Counter là bộ đếm thể hiện chức năng đếm theo s−ờn xung trong S7 – 200. Bộ đếm Counter đ−ợc chia làm hai loại: bộ đếm tiến, ký hiệu (CTU) và bộ đếm tiến lùi, ký hiệu (CTUD). Bộ đếm tiến CTU đếm số s−ờn lên của tín hiệu logic đầu vào tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic 0 lên 1 của tín hiệu. Số s−ờn xung đếm d−ợc ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm giọ là C_Word. C_Word đ−ợc gọi là giá trị đếm tứ thời của bộ đếm và nó luôn đ−ợc so sánh với giá trị đặt tr−ớc của bộ đếm d−ợc ký hiệu là PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt tr−ớc thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào bit đặc biệt C_bit. Bộ đếm tiến cũng nh− bộ đếm tiến lùi đều có phân lối với tín hiệu điều khiển xoá để thực hiện việc đặt lại chế đọ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộ đếm đ−ợc ký hiệu bằng chữ cái đầu R trong LAD hoặc qui định là trạng thái logic bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm đ−ợc Reset khi tín hiệu xoá có tín hiệu logic là 1 hoặc khi lệnh R đ−ợc thực hiện với C_bit. Với tính năng đa dạng, linh hoạt và dễ sử dụng của Simatic S7 – 200 chúng tôi ứng dụng nó để thành lập ch−ơng trình điều khiển. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 45 Ch−ơng III Tìm hiểu quy trình công nghệ dây chuyền Sản xuất n−ớc dứa cô đặc 3.1 Tổng quan về hoạt động sản xuất của nhà máy 3.1.1. Khái quát sự hình thành và phát triển của công ty Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao tiền thân là Nông tr−ờng quốc doanh Đồng Giao. Là một doanh nghiệp nhà n−ớc đ−ợc thành lập vào ngày 26 tháng 12 năm 1955, theo quyết định của bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, nông tr−ờng trực thuộc Tổng công ty rau quả Việt Nam. Trụ sở chính: Ph−ờng Trung Sơn – Thị xã Tam Điệp – Ninh Bình Công ty có tổng số vốn kinh doanh là: 107.695.000.000đ, ngành nghề sản xuất kinh doanh là: Trồng dứa quả, sản xuất và kinh doanh: đồ hộp dứa, n−ớc dứa cô đặc, d−a chuột, ngô bao tử, vải hộp, n−ớc lạc tiên, n−ớc ổi, … Tổng số cán bộ công nhân viên hiện nay là 1.238 ng−ời, với diện tích tự nhiên 5.600ha, trong đó đất canh tác cây công nghiệp là 2.500ha. Do nhu cầu của sản xuất kinh doanh năm 1978 công ty đ−ợc Bộ nông nghiệp cho đầu t− xây dựng một nhà máy dứa đông lạnh xuất khẩu, thiết bị của Nhật Bản. Đây là mô hình sản xuất kinh doanh Nông – Công nghiệp – xuất khẩu khép kín đầu tiên của n−ớc ta. Đến năm 1999 đ−ợc sự quan tâm của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đầu t− nâng cấp dây chuyền sản xuất đồ hộp hiện đại của Cộng Hòa Liên Bang Đức và Mỹ với công suất 10.000tấn/năm. Năm 2000 lắp đặt một dây chuyền n−ớc dứa cô đặc với công suất 5.000tấn/năm, một dây chuyền n−ớc quả tự nhiên, một dây chuyền dứa lạnh IQF đáp ứng tiêu thụ hết sản phẩm dứa quả t−ơi và thị tr−ờng chính của công ty là khách hàng quốc tế khó tính nh− Tây Âu và thị tr−ờng Mỹ. Đến nay công ty đã có b−ớc tiến v−ợt bậc, trong quá trình phát triển của mình đã đạt doanh thu trên 31 tỷ đồng. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 46 Trong quá trình tồn tại và phát triển Công ty đã luôn tự hoàn thiện mình để tăng hiệu quả sản xuất kinh doanh nhằm mở rộng thị tr−ờng. Nhất là đồ hộp và n−ớc dứa cô đặc đã đứng vững đ−ợc thị tr−ờng Nhật, Mỹ, Tây Âu. Sự lớn mạnh của Công ty đ−ợc thể hiện qua tổng doanh thu lên tới gần 40 tỷ đồng. L−ơng cán bộ công nhân bình quân đạt 600.000 đ/ng−ời/tháng. 3.1.2 Chức năng nhiệm vụ của công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao – Ninh Bình. - Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao có quyền đầu t−, liên kết, góp vốn cổ phần, kinh doanh xuất nhập khẩu, du lịch, dịch vụ xăng dầu… - Công ty có nghĩa vụ và quyền sử dụng có hiệu quả, bảo toàn và phát triển vốn. - Công ty thực hiện chế độ hạch toán độc lập, tự chủ sản xuất và kinh doanh phù hợp với luật doanh nghiệp và các quy định của pháp luật. - Công ty có t− cách pháp nhân đầy đủ, có tài khoản tại ngân hàng, có con dấu riêng để giao dịch theo quy định của nhà n−ớc. Công ty có quyền đầu t− các vùng nguyên liệu, các dự án dài, trung và ngắn hạn. Đ−ợc quyền vay vốn ngân hàng, hoặc huy động vốn và chịu trách nhiệm về tài chính. - Nhập khẩu và xuất khẩu các hàng hoá mà mình sản xuất ra mà Nhà n−ớc khuyến khích.Công ty có quyền quản lý và sử dụng vốn do Nhà N−ớc và các nguồn vốn khác để thực hiện các mục tiêu, nhiệm vụ sản xuất kinh doanh do tổng công ty rau quả Việt Nam giao. - Th−ơng mại chủ yếu xuất khẩu đồ hộp các loại n−ớc dứa cô đặc, bán buôn, bán lẻ n−ớc quả tự nhiên thông qua các hợp đồng với các bạn hàng. 3.1.3 Cơ cấu tổ chức bộ máy của công ty Tổ chức bộ máy quản lý tại công ty đ−ợc bố trí theo sơ đồ sau: Ban giám đốc Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 47 Hình 3.1: Sơ đồ tổ chức chỉ đạo sản xuất tại “Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao” Theo điều luật về tổ chức bộ máy hoạt động của doanh nghiệp, công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao – Ninh Bình, có bộ máy quản lý bao gồm: - Giám đốc công ty: là ng−ời đại diện pháp nhân của công ty, chịu trách nhiệm về toàn bộ kết quả lao dộng sản xuất kinh doanh và nghĩa vụ đối với Nhà n−ớc. Giám đốc là ng−ời điều hành mọi hoạt động của công ty theo chế độ “một thủ tr−ởng”. - Các phó giám đốc: Giúp giám đốc tổ chức, điều hành một số lĩnh vực của công ty theo sự phân công của Giám đốc công ty. - Phòng kế hoạch đầu t− : Thực hiện lập kế hoạch sản xuất kinh doanh trên cơ sở các báo cáo tài chính, thực hiện việc giao kết đầu t− với các đơn vị trong và ngoài n−ớc. - Phòng tài chính kế toán: Giúp Giám đốc tổ chức, quản lý và thực hiện công tác kế toán, hạch toán thống kê của công ty. Phòng kế hoạch đầu t−. Phòng kỹ thuật Phòng tổ chức hành chính Phòng tài chính kế toán Phòng maketing Văn phòng Phân x−ởng sản xuất n−ớc dứa cô đặc. Phân x−ởng sản xuất đồ hộp. Phòng bảo vệ. Phòng, ban nguyên liệu. Các đội sản xuất nông nghiệp. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 48 - Các phòng ban, kinh doanh, chuyên môn nghiệp vụ: Giúp giám đốc thực hiện tổ chức thực hiện sản xuất kinh doanh của công ty theo sự phân công của giám đốc. - Phòng tổ chức hành chính: Chăm lo đời sống cho CBCNV, chịu trách nhiệm tham m−u với giám đốc về công tác nhân sự, đối nội, đối ngoại của Công ty, quản lý thông tin, văn th− l−u trữ, phục vụ ph−ơng tiện đi lại của lãnh đạo, cán bộ công nhân viên công ty. - Phòng kỹ thuật :Đảm bảo tốt việc tham m−u cho giám đốc công ty. Bộ phận trực tiếp nghiên cứu quản lý về lĩnh vực khoa học kỹ thuật, đổi mới công nghệ trong hoạt động sản xuất và quản lý tát cả các hoạt động về khoa học kỹ thuật trong hoạt động sản xuất kinh doanh của công ty. - Văn phòng :Chịu trách nhiệm th−ờng xuyên cập nhật các thông tin từ các phòng ban trực thuộc công ty. Là nơi thu nhận các dữ liệu xem xét và đánh giá sơ bộ trình cho ban giám đốc. Văn phòng là nơi tổng hợp dữ liệu của toàn công ty, hoàn thành mọi hồ sơ, chiến l−ợc chính sách mới. Là nơi l−u trữ và cung cấp thông tin cho toàn công ty. - Phòng bảo vệ: Bảo vệ tài sản, sản phẩm, phòng cháy chữa cháy, quản lý về công tác an toàn lao động. Đảm bảo an ninh trật tự trong toàn công ty và trong khu vực nơi công ty sản xuất kinh doanh. - Nhà máy sản xuất dứa hộp n−ớc cô đặc xuất khẩu: Có nhiệm vụ sản xuất đồ hộp dứa, vải, d−a, n−ớc dứa cô đặc phục vụ xuất khẩu n−ớc quả tự nhiên phục vụ nội tiêu. Tạo mẫu mã sản phẩm mới có chất l−ợng cao chiếm thị phần trong n−ớc và n−ớc ngoài. - Các đội sản xuất nông nghiệp: Có nhiệm vụ sản xuất và đáp ứng đầy đủ nguyên liệu dứa quả t−ơi, đạt chất l−ợng cho nhà máy hoạt đông bình th−ờng hết công suất tạo nhiều sản phẩm xuất khẩu. - Các phòng nguyên liệu bên ngoài công ty: Có nhiệm vụ tìm hiểu, vận động khuyến khích bà con nông dân trong và ngoài tỉnh Ninh Bình và các tỉnh lân cận trồng nhiều nguyên liệu dứa quả có chất l−ợng để đ−a về nhà máy của công ty để Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 49 chế biến đồ hộp, n−ớc dứa cô đặc đáp ứng xuất khẩu ra n−ớc ngoài và tiêu thụ trong n−ớc. 3.1.4 Các đặc điểm kinh doanh của công ty - Đặc thù về ngành nghề kinh doanh của công ty là trồng cây công nghiệp, chế biến và kinh doanh thực phẩm xuất khẩu. - Đặc thù về sản phẩm là đồ hộp : Dứa, ngô, d−a, n−ớc quả tự nhiên và n−ớc dứa cô đặc phục vụ theo nhu cầu, thi hiếu của thị tr−ờng và ng−ời tiêu dùng trong n−ớc cũng nh− quốc tế. - Đặc thù về tính thời vụ của hoạt động kinh doanh th−ờng vào tháng 5, 6, 7 là thời điểm chính vụ và các tháng 11, 12, 1, 2, 3, 4 là dứa xử lý trái vụ. - Công nghệ kinh doanh là trình độ chuyên môn nghiệp vụ, kinh nghiệm sản xuất, kinh doanh, kết hợp với các thiết bị hiện đại của thông tin. - Nhìn chung công ty từ khi đi vào cơ chế kinh tế thị tr−ờng, không ngừng đổi mới trang, thiết bị hiện đại, đã và đang ổn định, phát triển năm sau cao hơn năm tr−ớc và nhất là phát triển có chiều rộng và chiều sâu về mọi mặt hoạt động. - Thị tr−ờng của công ty không những đáp ứng đ−ợc nhu cầu của đất n−ớc mà còn xuất khẩu sang nhiều n−ớc đặc biệt thị tr−ờng Mỹ chiếm 65% sản phẩm xuất khẩu của công ty. Công ty còn xuất khẩu sang một số n−ớc Châu Âu. - Môi tr−ờng kinh doanh của công ty chủ yếu là phải tự tìm kiếm thị tr−ờng, tìm đối tác và hoàn toàn tự tạo nguồn khách hàng, hoạt động chủ yếu theo cơ chế thị tr−ờng. - Khách hàng của công ty là các doanh nghiệp Nhà N−ớc, các doanh nghiệp t− nhân, các thành phần kinh tế khác thuộc phạm vi cả n−ớc và các công ty, các tập đoàn kinh tế n−ớc ngoài. - Các nhà cung cấp của công ty: Tất cả các thành phần kinh tế có chức năng sản xuất, kinh doanh, song chủ yếu là các đơn vị sau: + Công ty Tetra pak – Thuỵ Điển + Tổng công ty rau quả Việt Nam + Tổng công ty hoá chất Việt Nam Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 50 + Tổng công ty bảo vệ thực vật Việt Nam + Công ty phân lân Lâm Thao – Phú Thọ + Công ty bao bì Hà Nội… 3.1.5 Đặc điểm về môi tr−ờng và nguồn lực của công ty 1. Điều kiện địa lý và tự nhiên Những yếu tố đóng góp vai trò quan trọng, tác động tới hiệu quả sản xuất kinh doanh. Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đặt trụ sở tại: Ph−ờng Trung Sơn – thị xã Tam Điệp – tỉnh Ninh Bình. Công ty nằm cách Hà Nội 100Km, với một vị trí thuận lợi về giao thông, trên quốc lộ 1A Bắc vào Nam, đó là thuận lợi rất lớn cho quá trình hoạt động sản xuất kinh doanh và quá trình quan hệ với khách hàng. Các khách hàng trong n−ớc và quốc tế ngày nay càng ngày càng biết nhiều đến Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao. Đối với cán bộ công nhân viên, công ty tạo mọi điều kiện để mọi ng−ời phát huy hết khả năng, năng lực của mình, để sản xuất trên mảnh đất đầy tiềm năng và thế mạnh mà thiên nhiên ban tặng. Từ đó đã thúc đẩy sản xuất, kích thích kinh doanh tạo tiền đề cho mọi thắng lợi của Công ty. 2. Đặc điểm về vốn: Đối với bất kỳ Công ty nào muốn hoạt động xuất khẩu, kinh doanh đều phải có vốn và cần vốn. Vốn là nhu cầu không thể thiếu đ−ợc của các doanh nghiệp. Để xét một Công ty mạnh hay yếu, một yếu tố đó là phải xem xét đến cơ cấu vốn của nó. Cơ cấu vốn thể hiện năng lực của công ty. Cụ thể cơ cấu vốn của Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đ−ợc thể hiện qua bảng sau: Bảng 1: Tình hình biến động vốn của Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao Năm 2000 Năm 2001 So sánh Chỉ tiêu Số tiền TT Số tiền TT Số tiền TT Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 51 1.Vốn kinh doanh 15600 17,59 20800 19,31 5200 1,73 - Vốn l−u động 4600 5,18 5800 5,39 200 0,21 - Vốn cố định 11000 12,41 15000 13,93 4000 1,52 2.Vốn vay 73066 82,40 86895 80,68 13828 -1,72 - Vay ngắn hạn 68030 76,73 65331 60,66 -2699 -16,07 - Vay dài hạn 5036 5,67 21564 20,02 16528 14,35 3.Tổng vốn kinh doanh 88666 100 107695 100 19029 Qua số liệu ở trên ta thấy: Nguồn vốn kinh doanh năm 2001 tăng hơn năm 2000 là 1,73%, mức tăng là: 5200 triệu đồng. Đến năm 2004 doanh thu của công ty đạt 92 tỷ đồng Điều này cho thấy Công ty tăng quy mô nguồn vốn kinh doanh của mình lên. Tỷ trọng vốn vay của Công ty năm 2000 là 82,40%, năm 2001 là 80,68%, chứng tỏ vốn vay của Công ty năm 2001 giảm so với năm 2000 là 1,72%. Nh−ng tổng số vốn vay của Công ty năm 2001 tăng so với năm 2000 là 19029 triệu đồng. Điều đó chứng tỏ một dấu hiệu tốt về tính tự chủ trong kinh doanh, Công ty đã mở rộng sản xuất trong kinh doanh, đó là cơ sở mang lại hiệu quả của Công ty trong sản xuất kinh doanh. Giảm bớt l−ợng tiền vay nhất là vay ngắn hạn phần nào giảm bớt lãi vay, góp phần tăng lợi nhuận cho Công ty điều đó thể hiện khả năng tự chủ về tài chính tốt hơn năm 2000. 3. Về tài sản Công ty đến nay đã có một khu chế xuất khép kín t−ơng đối hoàn chỉnh. Đó là dây truyền sản xuất lớn: Đồ hộp với công suất 10000 tấn SP/năm, cô đặc với công suất 5000 tấn SP/năm, lạnh với công suất 5000 tấn SP/năm và n−ớc quả với công suất 2500 tấn SP/năm. Công ty còn có hơn 2500ha đất canh tác có thể chủ Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 52 động trong sản xuất và kí kết hợp đồng với khách hàng về chất l−ợng cũng nh− về số l−ợng. 4. Về con ng−ời Công ty TPXK Đồng Giao vốn tiền thân là nông tr−ờng Đồng Giao với bề dày truyền thống hơn 40 năm xây dựng và tr−ởng thành luôn giữ vững truyền thống đoàn kết gắn bó từ Giám đốc đến công nhân. Có một tập thể lãnh đạo trẻ khoẻ đầy sáng tạo và nhiệt tình, đã vững b−ớc v−ợt qua nhiều khó khăn thử thách tr−ớc sự thay đổi cơ chế, sự nghiệt ngã của cơ chế thị tr−ờng. Đó chính là truyền thống, là tài sản vô giá của Công ty mà không dễ gì mua nổi. 5.Về vùng nguyên liệu. Công ty đã chú trọng rất nhiều về vấn đề nguyên liệu của công ty để có một th−ơng hiệu bền vững trên thị tr−ờng. Do đó công ty dã chủ động với nguyên liệu sản xuất, một loạt những biện pháp hấp dẫn đ−ợc Công ty đ−a ra nhằm khuyến khích phát triển cây dứa, tạo vùng nhiên liệu cán bộ công nhân đ−ợc nhận quỹ đất, h−ởng theo năng lực. Đối với bà con nông dân Công ty đã giúp đỡ giống, phân bón, h−ớng dẫn kỹ thuật và có chế độ th−ởng hợp lý. Toàn bộ dứa của nhân dân đã kí hợp đồng đ−ợc công ty thu mua với giá phù hợp với thị tr−ờng. Ngoài 1500ha dứa của công ty, công ty còn mở rộng vùng nguyên liệu dứa tại tỉnh Thanh Hoá, Hoà Bình, Vĩnh Phúc, Lào Cai…Hai loại dứa đ−ợc công ty chú trọng đầu t− và phát triển khuyến khích nhân dân trồng nhiều đó là dứa Cayen và dứa Queen. Ngoài dứa còn có ngô ngọt, d−a bao tử, và các loại cây trồng khác của nhân dân. 3.2. Quy trình công nghệ và hoạt động của dây chuyền chế biến n−ớc dứa cô đặc 3.2.1. Quy trình công nghệ Sơ đồ quy trình công nghệ nh− Sơ đồ 3.2 3.2.2. Hoạt động của dây chuyền 1. Khu vực trích ép a. Sơ đồ nh− Sơ đồ 3.3 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 53 b. Nguyên liệu: Nguyên liệu sản xuất là dứa quả, có kí hiệu là HD.75 – 03.CĐ. c. Bồn rửa: Dứa đ−ợc tập trung tại nơi tập kết sau đó đ−ợc đ−a vào bồn rửa. Tr−ớc khi tiến hành rửa phải chuẩn bị n−ớc đầy đủ, kiểm tra độ sạch của n−ớc theo tiêu chuẩn (TCVN 5945 – 1995). Trong quá trình sản xuất cho n−ớc chảy luân l−u đảm bảo l−u l−ợng của n−ớc đạt 5 m3/ h. d. Băng tải quả: Dứa từ bồn rửa đ−ợc đ−a vào băng tải quả. Tại đây 4 dàn phun n−ớc rửa đ−ợc mở ra với áp lực của n−ớc đạt 6 bar. Với hệ thống rửa này điều kiện đặt ra là dứa sau khi rửa phải đảm bảo điều kiện không còn bụi phấn và bùn đất. e. Băng tải chọn: Từ băng tải quả đứa đ−ợc đ−a đến băng tải chọn. Tại đây có 8 công nhân sẽ có nhiệm vụ loại bỏ các quả sâu, thối, ủng dập, có mùi men, tạp chất… f. Trích ép lần 1 (Polyfruit): sau khi dứa đ−ợc rửa sạch sẽ đ−ợc vận chuyển tới thiết bị Extractor. Tại đây quả dứa đ−ợc bổ đôi, ép nạo phần thịt sau đó bơm sang máy lọc ép sơ bộ. Phần vỏ đ−ợc đ−a đi trích ép lần 2 nhờ vít tải. g. Trích ép lần 2 (polypress): ở giai đoạn này phần vỏ đ−ợc ép lại một lần nữa, n−ớc dứa đ−ợc đ−a xuống máy lọc sơ bộ nhờ bơm piston còn bã đ−ợc thải ra ngoài. h. Máy lọc sơ (Brown): máy lọc này có nhiệm vụ ép lọc sơ bộ thịt quả trong n−ớc dứa đảm bảo % thịt quả không quá 30%. N−ớc dứa sau khi lọc đ−ợc đ−a vào bồn chứa 300lít. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 54 Sơ đồ 3.2: Sơ đồ quy trình công nghệ của dây chuyền chế biến n−ớc dứa cô đặc Khu Vực trích ép Khu vực tinh lọc Khu vực cô - tank chứa 3,4,5 KHU vực tiệt trùng Khu vực rót Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 55 Sơ đồ 3.3: khu vực trích ép Nguyên liệu Bồn rửa Băng tải chải quả Băng tải chọn Máy lọc sơ bộ Trích ép lần 1 Trích ép lần 2 Bồn chứa 300lit Thùng ch−a bã Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 56 Sơ đồ 3.4: Khu vực tinh lọc Bồn chứa 300lit Bình chứa1 Bình chứa 2 Gia nhiệt Ly tâm Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 57 Sơ đồ 3.5 : Khu vực cô - Bình chứa 3,4,5 Gia nhiệt Bình chứa 2 Hiệu ứng 1 Thùng chứa bã Máy làm lạnh Bình chứa 3, 4,5 Hiệu ứng 2 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 58 2. Khu vực tinh lọc (Decanter) a. Sơ đồ dây chuyền nh− Sơ đồ 3.4 b. Gia nhiệt: Để tăng hiệu quả ly tâm, giảm độ nhớt, đồng thời diệt trùng sơ bộ n−ớc dứa đ−ợc gia nhiệt sơ bộ tr−ớc khi đ−a vào ly tâm. Thiết bị gia nhiệt là thiết bị kiểu ống lồng ống ( ống chứa n−ớc dứa ở bên trong còn ống chứa n−ớc nóng ở bên ngoài). N−ớc nóng và n−ớc dứa chuyển động ng−ợc chiều nhau. Nhiệt độ gia nhiệt là 65o C. c. Bình chứa 1: Dịch quả sau khi gia nhiệt đ−ợc chứa vào bình chứa 1. Khi ngừng máy, thời gian l−u dịch quả không đ−ợc lớn hơn 2h, nếu thời gian l−u lớn hơn 2h thì phải lấy mẫu kiểm tra tr−ớc khi tiếp tục sản xuất. d. Máy ly tâm – Bình chứa 2: Dịch quả từ bình chứa 1 đ−ợc bơm sang máy ly tâm, tại đây máy sẽ tách phần lớn thịt quả ra khỏi dịch quả sao cho phần thịt quả trong dịch quả đạt tiêu chuẩn đặt hàng. Dịch lọc xong đ−ợc chứa vào bình chứa 2, phần bã lọc ra đ−ợc đ−a ra thùng chứa bã thông qua bơm đẩy. Khi ngừng máy ta cũng chú ý đến thời gian l−u giữ nh− đối với bình chứa 1. 3. Khu vực cô - Bình chứa 3, 4, 5 a. Sơ đồ dây chuyền nh− Sơ đồ 3.5 b. Gia nhiệt :Dịch quả đ−ợc bơm từ Tank 2 đến bộ gia nhiệt, gia nhiệt đến 92o C tr−ớc khi đ−a vào cô và l−u giữ 30 giây, đây là b−ớc thanh trùng lần thứ nhất. Sau đó hạ nhiệt độ dịch quả xuống 72o C. c. Hiệu ứng 1 – Hiệu ứng 2: Dịch quả ở nhiệt độ 72o C đ−ợc bơm sang hệ thống cô, tại đây dịch quả đ−ợc gia nhiệt nhờ hệ thống cô dạng tấm bản kiểu màng dâng. Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra nh− sau: + Hơi đi từ trên xuống + Dịch quả đi từ d−ới lên Trong giai đoạn này yêu cầu l−u l−ợng dịch quả là 6000l/h, độ chân không đạt 16 Kpa Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 59 * Hiệu ứng 1: + Tác nhân sử dụng để gia nhiệt là hơi (dạng Steam) + Dịch quả sau khi đ−ợc bốc hơi nhờ hiệu ứng 1 độ đ−ờng (BX) sẽ tăng lên từ 12oBX đến 25oBX. + Nhiệt độ hơi : t < 100 oC + áp suất hơi : P < 700KPa *Hiệu ứng 2: + Tác nhân sử dụng để gia nhiệt là hơi thứ (dạng Vapour) + Dịch quả sau khi đ−ợc bốc hơi nhờ hiệu ứng 2 độ BX tăng từ 25o BX đến 65o BX. + Nhiệt độ hơi : t < 78 oC + Hơi đ−ợc bốc lên từ sản phẩm trong quá trình cô đặc chứa h−ơng dứa và hơi n−ớc. Hơi n−ớc đ−ợc ng−ng tụ nhờ hệ thống n−ớc mát Cooling Tower. N−ớc ng−ng tụ đ−ợc bơm hồi về bộ gia nhiệt để tận dụng nhiệt. H−ơng dứa đ−ợc tinh lọc bằng hệ thống Aroma. Sau khi tinh lọc h−ơng đ−ợc phối trộn trở lại với sản phẩm . Sản phẩm sau khi phối h−ơng đ−ợc đ−a đi làm lạnh nhanh xuống khoảng 25o C – 30oC và đ−ợc bơm trữ vào các bình chứa bán thành phẩm 3, 4, 5. 4. Khu vực tiệt trùng - Bán thành phẩm đ−ợc bơm vào máy thanh trùng với l−u l−ợng 1500l/h. - Thiết bị thanh trùng là loại ống lồng ống, tác nhân sử dụng để thanh trùng là n−ớc nóng . - Sản phẩm đ−ợc thanh trùng ở nhiệt độ 95oC, l−u giữ khoảng 30 giây sau đó đ−ợc hạ dần nhiệt độ bằng n−ớc mát Cooling tower (32oC) và n−ớc đá Shiller (2oC) xuống 30oC. - Ngoài ra khu vực này còn có nhiều chế độ làm việc khác nhau cụ thể nh− sau: + Chế độ gia nhiệt có biểu đồ làm việc nh− sau t0C 1100 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 60 920 300 1800s t(giây) + Chế độ sản xuất có biểu đồ làm việc nh− sau: t0C 950 300 30s t(giây) + Chế độ vệ sinh bằng NaOH (CIP) có biểu đồ làm việc nh− sau: t0C 800 300 1200s t(giây) + Chế độ vệ sinh bằng HNO3 co biểu đồ làm việc nh− sau: t0C 700 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 61 300 1200s t(giây) 5. Khu vực rót - Sản phẩm sau khi tiệt trùng đ−ợc đ−a đi rót (nhiệt độ sản phẩm không v−ợt quá 40oC). - Thiết bị rót có hai đầu rót. - Tr−ớc khi rót sản phẩm vào túi Aseptic đầu rót đ−ợc tiệt trùng bằng hơi đến nhiệt độ 140oC. - Sau khi rót xong trọng l−ợng sản phẩm đạt 260kg hoặc 265kg (sai lệch khoảng 1kg). - Quy cách đóng sản phẩm : +Túi Aseptic loại 265lít : 01 túi. + Túi PE loại 250lít : 01 túi. + Thùng phi sắt loại 200lit : 01 thùng( thùng phi có nắp khoá). 6. Bảo quản Sản phẩm đã đ−ợc đóng vào phi hoàn chỉnh có trọng l−ợng đạt yêu cầu sẽ đ−ợc vận chuyển vào kho lạnh giữ bảo quản ở nhiệt độ từ 0oC đến 10oC. Ch−ơng 4. Nghiên cứu thiết kế và lập trình cho mô hình điều khiển tự động quá trình gia nhiệt tại khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất. 4.1. Lựa chọn đối t−ợng. Dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc đ−ợc công ty “Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao” đầu t− là một dây chuyền hiện đại trong nghành thực phẩm của n−ớc Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 62 ta. Với dây chuyền sản xuất khép kín với nhiều khâu khác nhau trong đó mỗi khâu đ−ợc điều khiển bởi các ch−ơng trinh điều khiển khác nhau. Mỗi khâu đ−ợc điều khiển bởi các ch−ơng trình điều khiển riêng biệt. Trong đó khâu tiệt trùng giữ một vai trò quan trọng đối với sản phẩm nó ảnh h−ởng trực tiếp tới chất l−ợng sản phẩm, vệ sinh an toàn thực phẩm và bảo quản. 4.1.1. Đối t−ợng Trong thời gian thực tập và tìm hiểu dây chuyền công nghệ tại công ty “Thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao”, từ thực tế cung nh− các điều kiện khách quan, cùng với sự lựa chọn sao cho phù hợp với đề tài và nhiệm vụ của đề tài. Do vậy,đối t−ợng đ−ợc lựa chọn để thực hiện xây dựng mô hình điều khiển là quá trình gia nhiệt tại khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. Cụ thể: - Quá trình gia nhiệt thanh trùng cho sản phẩm. -Quá trình hạ nhiệt cho sản phẩm để đ−a đi bảo quản. 4.1.2.Mục đích lựa chọn đối t−ợng. Khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất là một khâu đ−ợc điều khiển tự động hoàn toàn,nhiệt độ của sản phẩm đ−ợc điều khiển một cách chính xác để đảm bảo yêu cầu của sản phẩm. Để điều khiển nhiệt độ của sản phẩm các thiết bị điều khiển đ−ợc sử dụng là các PLC. Do đó khâu tiệt trùng đáp ứng đ−ợc yêu cầu điều khiển của thiết bị lập trình. Mặt khác, trong khâu tiệt trùng nhiệt độ ảnh h−ởng trực tiếp đế chất l−ợng thanh trùng của sản phẩm. Nhiệt độ thay đổi liên tục không ổn định. Việc điều khiển các van hơi n−ớc nóng, van n−ớc đá cũng phải thực hiện một cách liên tục và linh hoạt. Mà việc điều khiển dựa vào sự thay đổi của nhiệt độ.Từ đó ta chọn đối t−ợng là các quá trình gia nhiệt trong khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc. 4.2 công nghệ của khâu tiệt trùng. 4.2.1.Yêu cầu kỹ thuật. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 63 Tịêt trùng là môt trong những ph−ơng pháp bảo quản sản phẩm bằng cách tiêu diệt vi khuẩn có trong sản phẩm, là khâu quan trọng có tác dụng quyết định tới khả năng bảo quản và chất l−ợng sản phẩm. Tiệt trùng đ−ợc áp dụng phổ biến trong các ngành sản xuất đồ hộp rau quả, thịt cá sữa …Hiện nay có rất nhiều ph−ơng pháp tiệt trùng: tiệt trùng bằng ph−ơng pháp nâng cao nhiệt độ, tiệt trùng bằng thuốc sát trùng, bằng siêu âm … nh−ng trong dây chuyền mà ta nghiên cứu sử dụng ph−ơng pháp tiệt trùng bằng nhiệt độ. Với ph−ơng pháp tiệt trùng đó thì có các yêu cầu kỹ thuật sau: - Phải tiêu diệt đ−ợc tất cảc các loại vi khuẩn có hại trong sản phẩm, đảm bảo l−ợng vi khuẩn còn sống sót thấp đến mức không thể phát triển để làm hỏng sản phẩm. - Không đ−ợc làm giảm giá trị sản phẩm bao gồm cả về dinh d−ỡng và giá trị cảm quan. - Các bộ phận làm việc của máy khi tiếp xúc với sản phẩm không gây hại cho sản phẩm và ng−ợc lại không bị sản phẩm ăn mòn. 4.2.2. sơ đồ công nghệ. Trong thực tế thì máy tiệt trùng của dây chuyền sản xuất rất hiện đại và phức tạp với rất nhiều chế độ làm việc khác nhau và làm việc một cách tuần tự và làm việc linh hoạt tuần hoàn liên tục không gián đoạn. Các chế độ làm việc nh− chế độ gia nhiệt cho hệ thống chế độ chờ làm việc chế độ làm việc và chế độ vệ sinh đ−ờng ống. Từ thực tế của máy tiệt trùng ta có sơ đồ chức năng của từng khối là: Thùng chứa Động cơ Hệ thống gia nhiệt Hệ thống hạ nhiệt 1 Hệ thống hạ nhiệt 2 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 64 Hình 4.1: Sơ đồ khối chức năng của khâu tiệt trùng. Mỗi khối trên có nhiệm vụ khác nhau nh− sau: -Thùng chứa có nhiệm vụ chứa sản phẩm bán thành phẩm từ khâu cô đem đi thanh trùng và có tác dung giúp công nhân kiểm tra xem n−ớc dứa cô có đủ độ đ−ờng so với yêu cầu của khách hàng. - Động cơ có nhiệm vụ hút n−ớc dứa từ thùng chứa tới thiết bị thanh trùng. - Hệ thống gia nhiệt có nhiệm vụ nâng nhiệt độ của sản phẩm lên nhiệt độ thanh trùng là 950C và l−u giữ sản phẩm trong khoảng 30 giây. - Hệ thống hạ nhiệt 1 là dùng n−ớc tháp để hạ nhiệt sản phẩm khi đã thanh trùng xuống còn 320C. - Hệ thống hạ nhiệt 2 là dùng n−ớc đá để hạ nhiệt của sản phảm xuống 300C là nhiệt độ đ−ợc đem đi bảo quản của sản phẩm. -Động cơ 2 dùng để hút n−ớc dứa sau khi đã thanh trùng xong tới máy rót đóng vào túi để bảo quản. - Máy rót làm nhiệm vụ rót sản phẩm vào túi để đem bảo quản và đ−a ra thị tr−ờng. Từ sơ đồ chức năng ở trên ta có sơ đồ mô hình công nghệ của quá trình gia nhiệt của khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất và sơ đồ trên hình 4.2 chỉ mô tả một phần các thiết bị của khâu chỉ ở chế độ làm việc và đồ mang tính chất mô phỏng và t−ợng tr−ng. Máy rótĐộng cơ Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 65 Hình 4.2: Sơ đồ công nghệ quá trình gia nhiệt tại máy tiệt trùng Sơ đồ gồm có: - Thùng chứa n−ớc dứa bán thành phẩm sau khi cô. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 66 - Các máy bơm: ĐC1, ĐC2, ĐC3, ĐC4, ĐC5 . - Cảm biến xá định nhiệt độ sản phẩm. - Thiết bị gia nhiệt kiểu ống lồng ống. - Van hơi n−ớc nóng và van n−ớc đá. - Nồi hơi cấp nhiệt, tháp n−ớc, máy làm lạnh. - Máy rót. 4.2.3.Thiết bị gia nhiệt. Ta biết trong khâu tiệt trùng bao gồm có các bộ phận chính là bộ phận tạo nhiệt, bộ phận tiệt trùng, bộ phân hạ nhiệt bằng n−ớc tháp và n−ớc đá. - Trong dây chuyền sản xuất thì bộ phận tạo nhiệt đ−ợc dùng là thiết bị tạo nhiệt bằng n−ớc nóng gồm có lò tạo hơi, hệ thống đ−ơng ống dẫn. Hệ thống này đ−ợc nối với bộ phận tiệt trùng nhờ van áp suất, có đồng hồ kiểm tra áp suất. Nhiệt độ tiệt trùng phụ thuộc chủ yếu vào áp suất hơi n−ớc nóng do thiết bị tạo ra. Khi áp suất cao thì nhiệt độ tiệt trùng cao và ng−ợc lại. - Bộ phận tiệt trùng, bộ phận hạ nhiệt trong khâu tiệt trùng đều sử dụng thiết bị gia nhiệt kiểu ống lồng ống Alfa – Laval làm việc liên tục ở áp suất hơi n−ớc cao hơn áp suất khí quyển. Các khoang chứa n−ớc quả thông với nhau, còn các khoang mang chất tải nhiệt hay n−ớc làm nguội đ−ợc thông với nhau. Do n−ớc dứa chảy qua trong khoang kín bằng một lớp mỏng, lại đ−ợc truyền nhiệt từ hai mặt nên thời gian thanh trùng rất nhanh. Nh− vậy, với thiết bị thanh trùng nhanh nh− vậy mới đáp ứng đ−ợc yêu cầu làm việc liên tục của dây chuyền sản xuất và với năng suất cao. 4.3.nguyên lý hoạt động. N−ớc dứa sau khi cô đ−ợc phối trộn h−ơng dứa sau đó đem làm lạnh nhanh xuống khoảng 25 – 30oC đ−ợc bơm trữ vào bình chứa bán thành phẩm. Khi n−ớc Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 67 dứa đ−ợc bơm vào binh chứa ta ấn nút start báo hiệu n−ớc dứa đã sẵn sàng đồng thời nồi hơi cấp nhiệt, tháp n−ớc, máy làm lạnh cũng đã sẵn sàng hoạt động. Máy bơm 1 và máy bơm 2 hoạt động. Máy bơm 1 bơm n−ớc dứa từ bình chứa qua hệ thống gia nhiệt kiểu ống lồng ống. Đồng thời lúc đó, máy bơm 2 hoạt động hút n−ớc nóng tuần hoàn qua hệ thống gia nhiệt kiểu ống lồng ống. Để tăng hiệu quả gia nhiệt hai dòng n−ớc nóng và n−ớc dứa chuyển động ng−ợc chiều nhau. Nhiệt độ của sản phẩm đảm bảo ở 95oC tại đầu ra thiết bị gia nhiệt kiểu ống lồng ống này ta đặt một cảm biến nhiệt độ để xác định nhiệt độ sản phẩm và gửi tín hiệu về PLC. Khi nhiệt độ sản phẩm nhỏ hơn 95oC, PLC sẽ tác động mở van hơi cấp nhiệt làm nóng n−ớc, n−ớc nóng lên sẽ đ−ợc đi gia nhiệt cho sản phẩm. Ng−ợc lại khi nhiệt độ lớn hơn 95oC thì PLC sẽ tác động đóng van hơi cấp nhiệt cho n−ớc, làm giảm nhiệt độ sản phẩm xuống. Quá trình đó đ−ợc diễn ra một cách liên tục nhờ cảm biến nhiệt và sự điều khiển của PLC, đảm bảo cho nhiệt độ của sản phẩm đúng yêu cầu. Quá trình này diễn ra liên tục d−ợc l−u giữ trong khoảng 30 giây sau đó máy bơm 3 hoạt động hút n−ớc tháp từ tháp n−ớc vào thiết bị giảm nhiệt độ cho sản phẩm hạ nhiệt sản phẩm xuống còn khoảng 32oC quá trình này đ−ợc chảy một cách tuần hoàn mà không cần sự điều khiển của PLC . Sau đó máy bơm n−ớc đá là máy bơm 4 hoạt động bơm n−ớc đá vào thiết bị hạ nhiệt cho sản phẩm xuống còn khoảng 30oC. Thiết bị hạ nhiệt của sản phẩm bằng n−ớc tháp và n−ớc đá cũng là thiết bị kiểu ống lồng ống. Tại đầu ra của thiết bị ống lồng ống hạ nhiệt độ của sản phẩm bằng n−ớc đá ta cung đặt một cảm biến nhiệt độ. Nh− ở quá trình gia nhiệt cảm biến nhiệt này cung làm nhiệm vụ là cung cấp tín hiệu về cho PLC điều khiển van n−ớc đá thay cho van hơi n−ớc nóng. Nhiệt độ sản lớn hơn 30oC thì PLC sẽ tác động mở van n−ớc đá làm n−ớc lạnh lên rồi đi hạ nhiệt cho sản phẩm. Ng−ợc lại nếu nhiệt độ nhỏ hơn 30oC thì PLC tác động đóng van n−ớc đá ngừng làm lạnh cho n−ớc. Quá trình này cũng diễn ra một cách liên tục và không bi gián đoạn. Khi kết thúc ch−ơng quá trình thanh trùng này thì máy bơm 5 hoạt động và hút n−ớc dứa ra máy rót để rót vào túi mang đi bảo quản Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 68 4.4 Xây dựng sơ đồ thuật toán Để xây dựng ch−ơng trình điều khiển quá trình gia nhiệt tại khâu gia nhiệt của dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc ta xây dựng sơ đồ thuật toán: T > 950C T< 950C T > 300C T < 300C Bình chứa, tháp n−ớc, máy lạnh ĐC1, ĐC2 hoạt động Hệ thống đèn 1 sáng Van tắt Đóng T = 950C Van sáng Mở ĐC3 hoạt động Hệ thống đèn 2 sáng ĐC4 hoạt động Hệ thống đèn 3 sáng T = 300C Van tắt Đóng Van sáng Mở ĐC5 hoạt động Đèn máy giót sáng Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 69 Hình4.3: Sơ đồ thuật toán công nghệ quá trình gia nhiệt tại khâu tiệt trùng 4.5 Điều khiển lập trình bằng PLC Thiết bị lập trình ta sử dụng là Simatic S7 - 200 CPU224. Từ sơ đồ thuật toán của quá trình gia nhiệt ta lập đ−ợc ch−ơng trình điều khiển mô hình. Để thuận lợi trong việc viết ch−ơng trình điều khiển ta sử dụng các ký hiệu cho các phần tử và phân công tín hiệu vào ra nh− trong bảng sau: Phân công tín hiệu vào Địa chỉ Phần tử I0.0 I0.1 Aiw0 AIW2 Khởi động hệ thống (Start) Dừng hệ thống (Stop) Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ Phân công tín hiệu ra Địa chỉ Phần tử Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Sản phẩm đ−a tới thùng đ−a đi thanh trùng Máy lạnh, tháp n−ớc làm việc. Máy hút n−ớc dứa, n−ớc nóng hoạt động Sản phẩm đ−ợc đ−a gia nhiệt Điều khiển van hơi Máy hút n−ớc tháp hoạt động, n−ớc dứa đ−ợc hạ nhiệt Điều khiển van n−ớc đá Máy hút n−ớc đá hoạt động,n−ớc dứa đ−ợc hạ nhiệt Máy hút n−ớc dứa đến máy rót N−ớc dứa đến máy rót Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 70 Ch−ơng trình điều khiển mô hình đ−ợc viết nh− sau: NETWORK 1 LD I0.0 AN I0.1 O Q0.0 S Q0.0, 1 TON T37, +50 NETWORK 2 LD T37 S Q0.1, 1 TON T38, +100 NETWORK 3 MOVW +0, AC0 AENO MOVW AIW0, AC0 AENO ITD AC0, AC0 AENO DTR AC0, AC1 AENO DIV +32767, AC1 AENO MUL +10, AC1 AENO AR<= AC1, 1.0 S Q0.2, 1 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 71 NETWORK 4 LD T38 S Q0.3, 1 TON T39, +100 NETWORK 5 LD T39 S Q0.4, 1 TON T40, +100 NETWORK 6 MOVW +0, AC0 AENO MOVW AIW0, AC0 AENO ITD AC0, AC0 AENO DTR AC0, AC1 AENO DIV +32767, AC1 AENO MUL +10, AC1 AENO AR>= AC1, 1.0 S Q0.5, 1 NETWORK 7 LD T40 Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 72 S Q0.6, 1 TON T41, +20 NETWORK 8 LD T41 S Q0.7, 1 4.6. Thiết kế và lắp ráp mô hình 4.6.1 Mục đích của việc thiết kế và lắp ráp mô hình Khi nghiên cứu các dây chuyền sản xuất, đặc biệt là các dây chuyền đã đ−ợc tự động hoá. Việc nghiên cứu các thiết bị điều khiển trong dây chuyền sản xuất là rất quan trọng và cần thiết. Các thiết bị điều khiển hoạt động ra sao, cấu tạo của các thiết bị đó nh− thế nào, hoạt động và sự phối hợp của các thiết bị điều khiển với các thiết bị khác trong dây chuyền sản xuất … nh− thế nào? Tất cả những điều đó sẽ trở lên đơn giản hơn rất nhiều khi ta thiết kế và lắp ráp mô hình điều khiển dây chuyền sản xuất đó. Từ việc thiết kế này cũng giúp cho chúng ta sáng tạo hơn và học hỏi đ−ợc nhiều kiến thức thực tế hơn. Đặc biệt là sự khác nhau giữa lý thuyết và thực tế về tự động hoá. 4.6.2 Thiết kế các thiết bị trong mô hình Do điều kiện các thiết bị của dây chuyền khá hiện đại và phức tạp nên mô hình chỉ có thể đ−ợc thiết kế d−ới dạng bảng điều khiển. Trong đó các thiết bị đ−ợc mô phỏng bằng đèn hoặc mô tơ nhỏ. Cụ thể: - Các máy bơm đ−ợc mô phỏng bằng các mô tơ điện một chiều với điện áp 12V. - Các thiết bị khác nh− thùng chứa, bình cấp nhiệt, tháp n−ớc, máy làm lạnh đ−ợc mô phỏng bằng các hệ thống đèn led. - Van hơi và thiết bị trao đổi nhiệt đ−ợc mô phỏng bằng đèn Led. - Để tạo nhiệt độ cho cảm biến nhiệt ta sử dụng các đèn 220V công suất 40W. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 73 - Các đ−ờng biểu diễn sản phẩm và n−ớc nóng đ−ợc mô phỏng bằng các đèn LED màu khác nhau trên mô hình. 4.6.3 Thiết kế cảm biến nhiệt 1. Các định nghĩa và đạc tr−ng của cảm biến Các đại l−ợng vật lý là các đối t−ợng đo l−ờng nh− nhiệt độ áp suất gọi là các đại l−ợng cần đo m. Sau khi tiến hành các công đoạn thực hiện để đo m (cùng các ph−ơng tiện điện tử để xử lý). Ta nhận đ−ợc các đại l−ợng t−ơng ứng đầu ra. Đại l−ợng điện này cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để nhận biết m. việc đo đạc đ−ợc m là nhờ các cảm biến. Cảm biến là mọi thiết bị chịu tác động của đại l−ợng cần đo m không có tính chất điện và cho một đặc tr−ng mang bản chất điện (nh− điện tích , điện áp), dòng điện trở kháng ký hiệu là δ .Đặc tr−ng của δ là đại l−ợng cần đo m. δ = F(m) Trong đó δ là đại l−ợng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến. m là đại l−ợng đầu vào hay kích thích. Việc đo đại l−ợng δ cho phép nhận biết giá trị m. Biểu thức (*) trên là dạng lý thuyết vật của định luật vật lý biểu diễn sự hoạt động của cảm biến đồng thời là dạng số của biểu diễn sự phụ thuộc của nó vào cấu tạo (hình học và kích th−ớc), vật liệu cảm biến đôi khi còn phụ thuộc vào môi tr−ờng và chế độ sử dụng (nhiệt độ, nguồn nuôi). Đối với mọi cảm biến, để có thể khai thác biểu thức trên cần phải chuẩn bị cảm biến với một loạt các giá trị đã biết chính xác của m. Để sử dụng, ng−ời ta chế tạo cảm biến sao cho có sự liên hệ tuyến tính giữa biến thiên đầu ra δΔ và biến thiên đầu vào mΔ . δΔ = δ . mΔ (**) Trong đó δ : là độ nhạy cảm biến Đại l−ợng cần đo (m) Cảm biến Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 74 Đại l−ợng điện (S) Một trong những vấn đề quan trọng khi thiết kế và sử dụng cảm biến là làm sao cho độ nhạy δ của chúng không đổi nghĩa là δ ít phụ thuộc vào yếu tố sau: - Giá trị của đại l−ợng cần đo (độ tuyến tính) và giải thông. - Thời gian sử dụng - ảnh h−ởng của các đại l−ợng vật lý khác của môi tr−ờng xung quanh vì cảm biến là một phần tử của mạch điện, có thể coi cảm biến: + Hoặc nh− một máy phát trong đó δ là điện tích, điện áp hay dòng điện gọi là cảm biến tích cực. + Hoặc nh− một trở kháng, trong đó δ là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung gọi là cảm biến thụ động. 2. Cảm biến nhiệt. Do nội dung của đề tài chúng ta chi sử dụng cảm biến nhiệt do vậy chung ta cần tìm hiểu rõ về nguyên lý và sơ đồ điện của cảm biến nhiệt. - Vai trò của cảm biến nhiệt. Trong dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc mà chung ta nghiên cứu thì nhiệt độ luôn đóng vai trò quyết định đến chất l−ợng sản phẩm của đầu ra. Mà ta đã biết trong tất cả các đại l−ợng vật lý, nhiệt độ đ−ợc quan tâm nhiều nhất vì nhiệt độ đ−ợc đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của vật chất. Dụng cụ đo nhiệt độ đơn giản nhất là sử dụng nhiệt kế sử dụng hiện t−ợng dãn nở nhiệt. Để chế tạo các bộ cảm biến nhiệt độ ng−ời ta sử dụng nhiều các nguyên lý cảm biến khác nhau nh−: Các nhiệt điện trở, nhiệt ngẫu, ph−ơng pháp dựa trên sự giãn nở của vật rắn, chất lỏng hoặc khí hoặc dựa trên tốc độ âm. Để đo đ−ợc trị số chính xác của nhiệt độ là vấn đề không đơn giản. Đa số các đại l−ợng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng với cùng một đại l−ợng cùng bản chất. Những đại l−ợng nh− vậy gọi là đại l−ợng mở rộng bởi vì chúng có thể đ−ợc xác định bằng bội số hoặc −ớc số của đại Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện – Tr−ờng DHNNI - HN 75 l−ợng chuẩn (đại l−ợng so sánh). Ng−ợc lại, nhiệt độ là đại l−ợng gia tăng: việc nhân hoặc chia nhiệt độ không có một ý nghĩa vật lý rõ ràng. Nhiệt độ là đại l−ợng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật phụ thuộc vào nhiệt độ. Có nhiều cách đo nhiệt độ, trong đó có thể liệt kê các ph−ơng pháp chính sau đây: + Ph−ơng pháp quang dựa trên sự phân bố phổ bức xạ nhiệt độ do dao động nhiệt ( hiệu ứng Doppler). + Ph−ơng pháp cơ dựa trên sự giãn nở của vật rắn, của chất lỏng hoặc khí (với áp suất không đổi), hoặc dựa trên tốc độ âm. + Ph−ơng pháp điện dựa trên sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng Seebeck, hoặc dựa trên sự thay đổi tần số dao động của thạch anh. Trong dây truyền sản xuất cảm biến nhiệt đ−ợc sử dụng một rất nhiều hầu hết ở các khâu nh− gia nhiệt sơ bộ, khâu cô, khâu tiệt trùng. Trong máy tiệt trùng thì khi sản phẩm đ−ợc gia nhiệt qua hệ thống gia nhiệt, nhiệt độ của sản phẩm sẽ đ−ợc thu nhận qua Sensor. Nhiệt độ do sensor thu nhận đ−ợc sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện là tín hiệu Analog và đ−ợc đ−a tới cổng nhập của PLC. Tại đây tín hiệu đ−ợc đọc vào và xử lý để điều khiển, tác động lên đối t−ợng thông qua mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành điều khiển các van hơi n−ớc nóng và van n−ớc đá để đảm bảo nhiệt độ của sản phẩm đúng với yêu cầu kỹ thuật của dây chuyền sản xuất. Việc đo nhiệt độ đ−ợc tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh−: + Cặp nhiệt điện. + Nhiệt kế điện kế kim loại. + Nhiệt điện trở kim loại. + Nhiệt điện trở bán dẫn. + Cảm biến thạch anh. Do trong đề tài nhiệt độ chỉ biến thiên trong khoảng từ 00C đến 1000C lên việc sử dụng các IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là một ph−ơng pháp thông dụng Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh H