›
›

Đồ án Thiết Kế Hệ Thống Chuông Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy

pdf 71 trang huongle 1450
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Thiết Kế Hệ Thống Chuông Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_thiet_ke_he_thong_chuong_truyen_lenh_tren_tau_thuy.pdf

Nội dung text: Đồ án Thiết Kế Hệ Thống Chuông Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy

  1. LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển từ một nước nơng nghiệp lạc hậu với mục tiêu trở thành một nước cơng nghiệp. Do vậy, sử dụng các thiết bị tự động là nhu cầu khơng thể thiếu của mọi xí nghiệp, nhà máy. Bên cạnh đĩ, việc giao thơng vận tải cũng phát triển theo khơng kém, đặc biết đối với ngành hàng hải. Việc giao thơng trên biển, vận chuyển hàng hĩa, giao lưu trong nước và ngồi nước là vơ cùng quan trọng trong bước chuyển mình của đất nước đối với tồn quốc nĩi chung và thành phố Hải Phịng nĩi riêng. Với đề tài “Thiết Kế Hệ Thống Chuơng Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy” do Ths. Nguyễn Đồn Phong đưa ra,em đã thực hiện như sau: Nội dung đề tài: Chương 1. Tổng quan về tàu thủy và hệ thống lái tàu. Chương 2. Lựa chọn phương pháp thực hiện và thiết bị với giải pháp đã chọn. Chương 3. Xây dựng hệ thống 1
  2. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÀU THỦY VÀ HỆ THỐNG LÁI TÀU 1.1. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN TÀU THỦY Trong lịch sử phát triển tàu thủy, những con tàu đầu tiên của con người cĩ lẽ là những chiếc thuyền gỗ nhỏ. Cĩ nhiều loại thuyền gỗ, những chiếc thuyền gỗ đầu tiên được đĩng bằng các tấm gỗ ghép lại. Để di chuyển được trên mặt nước con người từ chỗ sử dụng mái chèo đã biết tận dụng sức giĩ bằng những cách buồm. Máy chèo và cánh buồm vừa làm nhiệm vụ đẩy thuyền, vừa làm nhiệm vụ điều chỉnh thuyền theo hướng đi đã định. Như vậy cĩ thể nĩi bộ phận lái đầu tiên cho tàu thủy là mái chèo và cách buồm. Khi con người đã làm được con thuyền lớn, đã tận dụng sức giĩ để đẩy thuyền đồng thời dùng cánh buồm để di chuyển thuyền theo hướng đi mong muốn. Sau đĩ người ta đã phát minh ra bánh lái đơn giản là một tấm gỗ đặt ở phần giữa của đuơi thuyền, nối với một tay cầm (cán gỗ) và được đẩy đi đẩy lại sang hai bên giống đuơi cá để điều khiển hướng đi của thuyền. Bánh lái được kết hợp với cánh buồm để điều khiển thuyền theo hướng đi mong muốn của mình. Khi sử dụng bánh lái đơn giản được nối với một tay cầm chúng ta thấy muốn điều khiển thuyền sang phải thì phải đẩy tay cầm sang bên trái, và ngược lại muốn điều khiển thuyền sang trái thì phải đẩy tay cầm sang trái. Điều khiển thuyền, đặc biệt là những con thuyền buồm lớn như vậy thấy "ngược tay và vất vả quá" nên con người đã thiết kế ra vơ lăng lái (tay cầm hình trịn) qua một hệ thống truyền động để cĩ thể lái tàu sang phải bằng cách quay vơ lăng sang phải, lái tàu sang trái bằng cách quay vơ lăng sang trái. Và đĩ là hệ thống máy lái của tàu cĩ chút “cơ giới hĩa”. 2
  3. Thời kỳ phát triển mạnh nhất của ngành hàng hải bắt đầu từ thế kỷ thứ 15, khi các thuyền buồm bằng gỗ cỡ lớn cĩ thể chạy được nhiều ngày trên biển, và mở ra thời kỳ thám hiểm hàng hải. Các đội thuyền buồm mạnh nhất thời bấy giờ là đội thuyền của Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha và Anh. Các cuộc thám hiểm và chinh phục các thuộc địa bằng thuyền buồm (gỗ) liên tiếp cho tới thế kỷ 19 khi tàu sắt thay thế thuyền gỗ. Thời kỳ này là thời kỳ lái tàu bằng hệ thống lái vơ lăng truyền động cơ học và sử dụng la bàn, thời kế, sextant và các bảng lịch thiên văn để điều khiển thuyền buồm. Một số nhà thám hiểm hàng hải nổi tiếng thời bấy giờ cĩ thể kể đến Magellan, Zheng Ho (Trung Quốc), Colombus, và James Cook. Vào cuối thế kỷ thứ 18 và đầu thế kỷ thứ 19, sự xuất hiện của máy hơi nước, của tàu sắt vá máy phát điện đã tạo ra một cuộc cách mạng cơng nghiệp ở Châu Âu, kéo theo sự ra đời của tàu sắt cỡ lớn chạy bằng hơi nước. Sự phát triển từ thuyền buồm bằng gỗ sang tài sắt chạy máy hơi nước đã nảy sinh nhu cầu phát triển hệ thống lái tốt hơn và phương pháp xác định trị trí tàu tốt hơn. Vào giữa thế kỷ thứ 19, nhà khoa học người Pháp J.B.L. Foucault tiến hành thí nghiệm với một bánh đà quay gắn trên các vịng các đăng (các vịng trịn nối khớp với nhau và nối với trục của bánh đà để bánh đá cĩ thể quay tự do theo các hướng). Thiết bị bánh đà quay trên vịng các đăng này được gọi là con quay (gyroscope). Qua thí nghiệm Foucault phát hiện ra đặc điểm quan trọng của con quay là khi nĩ tự quay nĩ vẫn duy trì hướng ban đầu của nĩ trong khơng gian mà khơng phụ thuộc vào chiều quay của trái đất. Từ thí nghiệm này đã mở đầu cho phát minh ra la bàn con quay điện vào năm 1890 do G.M. Hopkins. Sự ra đời của con quay điện đã làm phát sinh nhu cầu sử dụng con quay để tạo ra la bàn con quay dùng trong việc điều khiển tàu sắt và tàu ngầm vì khi sử dụng tàu sắt, la bàn từ trên tàu sắt bị ảnh hưởng của các nguồn từ trên tàu sắt, tàu 3
  4. ngầm và các thiết bị điện trên đĩ. La bàn điện (la bàn con quay) đã được hai người, H. Anschutz của Đức và E. Sperry của Mỹ (xem lịch sử hãng Sperry Marine), cùng đồng thời phát minh vào đầu thế kỷ 20 (1908 Anschutz được cấp bằng sáng chế la bàn con quay chỉ hướng bắc, 3 năm sau E. Sperry đựơc cấp bằng sáng chế về ballistic compass). 1.2. CÁC YẾU TỐ ĐẶC TÍNH HÌNH HỌC CỦA TÀU THỦY 1.2.1. Ba mặt cắt thân tàu thẳng gĩc với nhau Mặt cắt dọc giữa tàu: một mặt phẳng đứng dọc theo đường tâm của chiều dài tàu và một mặt đối xứng giữa mạn trái và phải của tàu. Mặt cắt ngang giữa tàu: mặt thẳng đứng ngang tại sườn giữa. Mặt đường nước thiết kế : mặt nằm ngang qua đường nước thiết kế. 1.2.2. Kích thước chủ yếu Chiều dài tồn bộ : khoảng cách nằm ngang tối đa giữa mũi và đuơi. Chiều dài giữa hai trụ: khoảng cách nằm ngang giữa hai đường thẳng gĩc, tức là sống mũi và sống đuơi . Chiều dài : chiều dài của đường nước thiết kế hoặc chiều dài của đường nước tải đầy. Chiều rộng thiết kế : chiều rộng tối đa tại đường nước thiết kế. Chiều cao mạn thiết kế: chiều cao thẳng đứng từ mặt trên của sống chính tới bề mặt của boong trên tại mặt cắt ngang sườn giữa tàu. Mớn nước : khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ mặt trên sống chính tới đường nước thiết kế. 4
  5. Mạn khơ : bằng chiều cao mạn trừ đi mớn nước. 1.2.3. Hệ số hình dáng tàu Chủ yếu cĩ bốn hệ số hình dáng tàu. Đĩ là hệ số đường nước thiết kế,hệ số mặt cắt ngang sườn giữa, hệ số lượng chiếm nước (cũng gọi là hệ số béo) và hệ số lăng trụ dọc. Hệ số hình dáng tàu giúp ta hiểu rõ hơn hình dáng thân tàu dưới nước và sự biến thiên của thân tàu dọc theo chiều dài và ảnh hưởng trực tiếp tới đặc tính hàng hải của tàu. Hiển nhiên, căn cứ vào mục đích, đặc tính, tốc độ và nhiều thứ khác của các loại tàu khác nhau mà ta phải chọn lựa các hệ số thích hợp. 1.3. TRỌNG TẢI VÀ LƯỢNG NƯỚC CHIẾM 1.3.1. Lượng chiếm nước Lượng chiếm nước sơ bộ cĩ thể phân chia thành lượng chiếm nước tàu khơng (lượng chiếm nước nhẹ tải) và lượng chiếm nước đầy tải. Lượng chiếm nước khơng tải là lượng chiếm nước mà trên tàu đã cĩ thuyền viên, đồ đạc cá nhân của thuyền viên, phụ tùng dự trữ, trang bị và lương thực dự trữ, nhưng khơng cĩ hàng hố, nhiên liệu và các thứ tiêu dùng khác, trong khi lượng chiếm nước đầy tải là lượng chiếm nước mà trên tàu đã cĩ hàng hố, định biên, nhiên liệu vân vân và đã đạt tới mức đầy đủ nhất. Ngồi ra với tàu chiến, người ta đã áp dụng để tính tốn trọng lượng của tàu hai khái niệm khác nữa là lượng chiếm nước thơng thường và lượng chiếm nước tiêu chuẩn. 1.3.2 Trọng tải Thơng thường chủ tàu thảo luận mặc cả với nhà máy đĩng tàu để đạt tới trọng tải lớn nhất cĩ thể cĩ, bởi vì, theo một ý nghĩa nào đĩ, trọng tải là một vấn đề tiền bạc. Như ta thấy, trọng tải là trọng lượng tối đa của hàng hố và hành 5
  6. khách mà con tàu cĩ thể chuyên chở trong điều kiện lượng chiếm nước đầy tải. Hay nĩi một cách khác, trọng tải là lượng chiếm nước đầy tải trừ đi tổng của lượng chiếm nước khơng tải cộng với trọng lượng những thứ tiêu thụ trên tàu như nước, dầu Xét về thể tích của tàu,người ta phân thành trọng tải tổng cộng và trọng tải net, trọng tải hữu ích. Trọng tải tổng được tính dựa trên tổng thể tích của tất cả các phịng và khơng gian kín trên tàu cịn trọng tải net bằng trọng tải tổng trừ đi thể tích của những phịng và khơng gian khơng chứa hàng hố và hành khách. Cả hai trọng tải tổng và net được tính bằng hai cơng thức đơn giản như đã chỉ dẫn trong Cơng Ước Trọng Tải 1969. 1.4. CÁC ĐẶC TÍNH HÀNG HẢI 1.4.1 Tính nổi Một trong những đặc tính hàng hải quan trọng là tính nổi, một tính chất nêu rõ khả năng tàu nổi được trên mặt nước với điều kiện trọng tải nào đĩ. Khi chúng ta đề cập tới tính nổi trước hết chúng ta phải làm rõ hai thuật ngữ đĩ là sức nổi dự trữ và dấu hiệu đường nước cĩ tải. Như tất cả chúng ta đều biết tàu thủy khi đi biển đều cĩ một mạn khơ nào đĩ, đĩ là thể tích mà bất kì con tàu nào cũng dữ lại làm sức nổi dư thừa. Đĩ là mớn nước của tàu cho phép tăng len mà khơng làm chìm tàu. Sức nổi dư đĩ gọi là sức nổi dự trữ, hay nĩi chính xác hơn sức nổi dự trữ đo bằng mạn khơ, là thể tích kín nước của thân vỏ nằm trên đường nước cĩ tải. Về đường nước cĩ tải, đĩ là một loạt các đường nước tối đa của tàu trong các mùa khác nhau và thay đỏi tùy theo vùng hàng hải. 6
  7. 1.4.2 Tính ổn định Một đặc tính hàng hải nữa là tính ổn định, là khả năng con tàu bị nghiêng khi cĩ ngoại lực như giĩ, sĩng tác dụng và sẽ khơi phục lại vị trí ban đầu khi lực được giỡ bỏ. Tất nhiên tính ổn định cĩ tầm quan trọng to lớn với ngành đĩng tàu vì khiếm khuyết của nĩ luơn luơn dẫn tới những tổn thất to lớn về sinh mạng. Sự nghiêng của tàu cĩ thể phân thành nghiêng dọc và nghiêng ngang. Vì tâm nghiêng ngang luơn thiết yếu hơn tâm nghiêng dọc nên ta luơn phải nhấn mạnh tới ổn định ngang và thường giới hạn gĩc nghiêng nhỏ dưới 15 độ. Để cĩ được ổn định tốt, luơn chú ý tới hai điểm: Một mặt phải hạ thấp trọng tâm, mặt khác phải tăng chiều cao tâm nghiêng. Trọng tâm của tầu được tính tốn thơng qua việc thử nghiêng lệch, Việc thử được tiến hành trong nước tĩnh với thời tiết đẹp. 1.4.3 Tính tốc độ cao Một đặc tính hàng khác là tính tốc độ tức là khả năng của con tàu đạt được tốc độ cao nhất với lượng tiêu thụ cơng suất ít nhất. Trong hành trình, tàu thủy chủ yếu chịu tác động sức cản của nước. Chúng ta khơng bận tâm tới sức cản khơng khí vì nĩ quá nhỏ so với sức cản của nước trừ tàu cao tốc. 7
  8. Sức cản của nước mà tàu phải chịu gồm sức cản ma sát, sức cản xốy và sức cản do tạo sĩng. Cĩ hai cách để tăng tốc độ của tàu đĩ là giảm thiểu sức cản của nước và tăng cơng suất máy chính. Để thực hiện việc đĩ, mũi quả lê thường được áp dụng rộng rãi cho nhiều loại tàu và cơng suất danh định của máy chính thường lớn gấp hai lần cơng suất hữu hiệu của tàu. 1.4.4 Lắc ngang và lắc dọc Khi nổi trên mặt nước hay chạy trên biển,tàu sẽ lắc ngang hay lắc dọc do chuyển động của sĩng cũng như ảnh hưởng của giĩ,dịng và chân vịt. Kết quả của lắc ngang và lắc dọc quá mức là như sau: - Do lắc ngang tàu nghiêng quá mức ,nên tăng khả năng bị lật úp. - Cấu trúc thân tàu bị hư hỏng do lắc ngang và lắc dọc đột ngột cũng như hàng rời di chuyển mạnh và xấu hơn nữa, vỏ tàu bị vỡ. - Ảnh hưởng tới trang bị đẩy, tức là tăng sức cản của nước và giảm tốc độ do lắc ngang và lắc dọc -Tiếp đến là ảnh hưởng tới việc điều hành các loại máy mĩc dụng cụ -Cuối cùng, điều kiện làm việc vất vả sẽ làm thủy thủ bị say sĩng . Bởi vậy, ngay trong giai đoạn thiết kế, chúng ta phải xét tới lắc ngang và lắc dọc vì nĩ liên quan mật thiết tới tồn bộ đặc tính hàng hải. Như ta đã biết, chu kỳ lắc cĩ liên quan rất lớn tới chiều cao tâm nghiêng ban đầu, và trong mức độ nào đĩ, tính ổn định trái ngược với tính lắc. Cĩ điều kỳ lạ, nhiều người cĩ thể nghĩ là lắc mạnh khơng phải sinh ra từ ổn định kém. Bởi vậy người ta đã nghĩ ra nhiều thiết bị chống lắc, và đưa vào áp dụng rộng rãi để giảm lắc ngang và lắc dọc. Các 8
  9. thiết bị chống lắc hiện thường dùng trong thực tế là vây bên hơng,thiết bị giảm lắc và két nổi bên hơng. 1.4.5. Tính chống chìm Tính chống chìm xác định khả năng tàu vẫn nổi trên mặt nước, đủ sức nổi, tính ổn định và các đặc tính hàng hải khác trong trường hợp một hay vài khoang ngập nước. Nếu cĩ tai nạn xảy ra, sức nổi dự trữ là điều kiện chủ chốt để giữ cho tàu vẫn nổi. 1.4.6. Tính điều khiển Đặc tính hàng hải cuối cùng mà ta xét tới là tính điều khiển, đĩ là khả năng tàu giữ hay thay đổi hướng đi tùy theo ý định của người lái tàu.Tính điều khiển cĩ hai tính chất, đĩ là ổn định hướng đi và khả năng quay vịng. Ổn định hướng đi chỉ rõ khả năng tàu giữ hướng đã định cịn tính chất sau là khả năng tàu thay đổi hướng.Tàu đi biển địi hỏi tính ổn định hướng đi tốt trong khi tàu đi tầm ngắn lại địi hỏi tính quay trở tốt hơn. 1.5. KẾT CẤU THÂN TÀU Con tàu là một cơng trình to lớn nổi trên mặt nước với một số sàn gọi là boong tàu.Trong số đĩ boong trên là boong nằm trên cùng chạy liên tục từ mũi tới đuơi.Trong số các boong liên tục nằm dưới boong trên cĩ boong dưới.Trên boong trên cũng cĩ một số boong khác. Boong la bàn: trên đĩ cĩ đặt các thiết bị dẫn đường. Boong xuồng : trên đĩ cĩ xuồng cứu sinh,boong ở nơi cĩ các khu vực ở cho hànhkhách và thuyền viên.Vì đặc tính của kết cấu vỏ tàu,kết cấu nằm trên boong trên thường được gọi là thượng tầng trong khi những phần nằm dưới boong trên gọi là thân vỏ chính. 9
  10. Nhằm bố trí hợp lý và sử dụng đầy đủ khoảng khơng gian bên trong, thân tàu khơng những được cắt ra thành từng tầng bởi các boong mà cịn được phân cách thành hàng loạt các phịng,các khơng gian và ca bin bởi các bức tường mà ta gọi là vách ngăn. Thân vỏ chính, tùy theo vị trí khác nhau, được chia thành khu vực mũi, khu vực sườn giữa và đuơi tàu. Thơng thường mỗi một khu vực gồm đáy, mạn, boong và vách Một trong những cấu trúc cơ bản của kết cấu thân tàu là vỏ tàu, nĩ đảm bảo cho tàu cĩ sức nổi. Đĩ chính là kết cấu vỏ kín nước, là đối tượng chịu các ngoại lực khác nhau như sự uốn dọc tổng quát,áp lực nước,va đập sĩng, sự nén xiết của các khối băng Đáy tàu thường cĩ hai loại, đáy đơn và đáy kép. Đáy kép được tạo ra để chở dầu và nước để sao cho sử dụng hết khơng gian đáy cũng như để hạ thấp trọng tâm, cải thiện tính năng hàng hải và điều chỉnh độ nghiêng ngang và dọc thơng qua nước dằn tàu (balast). Trong kết cấu đáy, dầm trung tâm là một thành phần dọc nằm tại đường tâm đáy từ mũi về đuơi , đảm bảo sức bền dọc tổng cộng của thân tàu. Các tấm đáy đĩng vai trị các thành phần ngang chủ yếu ở đáy tàu , chịu áp lực nước và trọng lựơng của hàng hĩa và trang bị cũng như các ngoại lực cục bộ. Ngồi ra, tấm dọc đáy trong và các tấm đáy trong khác cũng được coi là kết cấu đáy. Về kết cấu mũi và đuơi, kết cấu mũi là vùng từ mũi tới 0.15 chiều dài tàu đo từ đường thẳng gĩc mũi tới đuơi, trong khi kết cấu đuơi là vùng nằm sau vách nhọn đuơi. Ngoại lực tác dụng vào kết cấu mũi là áp lực nước và va đập sĩng 10
  11. trong hành trình trong khi kết cấu đuơi chịu áp lực nước, dao động do chân vịt và va đập sĩng do chân vịt khuấy động. Cuối cùng chúng ta nĩi tới thượng tầng, như đã nhắc tới ở trên, đĩ là kết cấu thân tàu nằm trên boong trên. Thượng tầng điển hình chỉ là kết cấu mà hai thành bên của nĩ, bên trái và bên phải được nối tiếp cùng với các tấm tơn mạn. Một loại thượng tầng khác gọi là lầu lái cĩ chiều rộng nhỏ hơn chiều rộng của tàu và như vậy hai thành bên của nĩ khơng nối với tấm mạn. 1.6. TRANG BỊ CỦA TÀU Ngồi những thiết bị chính, người ta phải trang bị cho tàu những trang thiết bị khác nhau để thỏa mãn các nhu cầu trong hành trình, tại cảng, khi khai thác và an tồn. Tùy theo mục đích khác nhau của con tàu mà trang bị cũng thay đổi và thơng thường trang bị là thiết bị lái,neo cũng như cứu sinh, cẩu hàng và chằng buộc. 1.6.1. Thiết bị lái Lái là thiết bị cĩ tính quay trở tức là cĩ thể đảm bảo cho con tàu đi theo một hành trình đã định, đổi hướng hay thực hiện quay trở. Về tính hàng hải. Thành phần chủ yếu của thiết bị lái là vơ lăng lái, cơ cấu truyền động, máy lái, cơ cấu lái, bánh lái, trục lái, giá đỡ bánh lái, chặn gĩc lái và chỉ thị gĩc lái. Về cơ cấu dẫn động, máy lái và cơ cấu lái cĩ thể lựa chọn trong ba kiểu sau đây: cơkhí, thủy lực và dẫn động điện. Ngồi ra hiện nay, người ta đã sử dụng rộng rãi máy lái tự động là thiết bị nối máy lái truyền thống với la bàn điện và tự động căn chỉnh các sai số hành trình trong khi tàu chạy. 11
  12. 1.6.2. Thiết bị neo Tàu thuyền trong cảng nếu khơng được neo buộc sẽ bị trơi do tác dụng của giĩ, dịng chảy và sĩng va đập Thiết bị neo đĩng vai trị của thiết bị chằng buộc để chặn cho tàu khơng trơi, và trong những trường hợp cụ thể nào đĩ, nĩ cĩ thể dùng để điều hành tàu như một phương tiện phụ trợ nào đĩ. 1.6.3. Thiết bị cứu sinh Trong trường hợp xảy ra tai nạn trên biển, con tàu cần các loại thiết bị cứu sinh ngồi phát thơng điệp kêu cứu truyền bằng radio, để cĩ thể cứu hành khách và thuyền viên.Trong số đĩ cĩ xuồng cứu sinh, bè cứu, đai cứu và áo cứu sinh. Phương tiện cứu sinh quan trọng nhất là xuồng đặt đối xứng tại mạn trái và phải của boong tàu, với các cẩu chuyên dùng. 1.6.4. Thiết bị cẩu hàng Thiết bị cẩu hàng gồm một số các thiết bị chuyên dùng để bốc và dỡ hàng, ví dụ như bơm chuyển hàng lỏng, băng chuyền cho hàng khơ chở xơ và cần trục hay cẩu trục cho các các hàng lớn thường đĩng trong hịm hay container. 1.6.5. Thiết bị chằng buộc Thiết bị chằng buộc cũng gồm một số trang bị để buộc tàu vào vị trí đổ bộ lên bờ, buộc với bờ, với con tàu bên cạnh hay một phao nổi. Thành phần chính của thiết bị chằng buộc là dây buộc, cáp, cột buộc dây, thanh dẫn, tời 1.7. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TÀU THỦY 1.7.1. Chức năng, những yêu cầu cơ bản đối với hệ thống lái Nhằm đảm bảo an tồn cho tàu và tồn bộ thuyền viên, hệ thống lái phải được thiết kế sao cho thoả mãn các yêu cầu chung sau: - Ổn định hướng đi cho tàu. 12
  13. - Thay đổi hướng đi giúp tàu hành trình trên biển và điều động ra vào cảng được an tồn. - Phải cĩ khả năng làm việc an tồn, khơng bị hư hỏng trong mọi điều kiện thời tiết. - Phải cĩ mơ men quay cần thiết để thắng mơ men cản tối đa trên trụ lái. - Phải đảm bảo tốc độ bẻ lái theo quy định. - Phải cĩ thiết bị theo dõi, kiểm tra sự hoạt động của hệ thống. - Việc điều khiển, bảo quản, bảo dưỡng và sửa chữa dễ dàng, thuận tiện. - Kích thước trọng lượng nhỏ, giá thành đầu tư và chi phí khai thác thấp. Đồng thời, hệ thống lái cũng phải đảm bảo được những yêu cầu sau của Đăng kiểm Việt Nam: -Truyền động điện cho lái phải đảm bảo: - Mơ men quay của động cơ cĩ thể thay đổi trong giới hạn từ (0 ÷ 200)% Mđm. - Động cơ điện cĩ thể dừng dưới điện trong vịng 1 phút. - Cơng suất truyền động lái phải đảm bảo cĩ thể quay lái từ mạn này tới mạn kia khi tàu chạy với tốc độ trung bình. Nguồn điện cung cấp cho lái phải lấy từ bảng phân phối điện chính theo 2 đường đi cách xa nhau ở mức tối đa. Tất cả các mạch điện và máy điện của hệ 13
  14. thống truyền động điện cho lái phải cĩ bảo vệ đối với dịng ngắn mạch. Ngồi ra, phải lắp rơle nhiệt hoặc thiết bị khác nối với cịi để báo hiệu khi hệ thống quá tải. Một lúc điều khiển lái từ nhiều trạm. Nếu trạm điều khiển bằng tay đặt ở buồng lái thì trạm điều khiển bằng điện thứ hai khơng cần nữa. - Để điều khiển động cơ lai hệ thống hoặc động cơ quay bơm biến lượng phải dùng bộ khởi động từ, bộ này cĩ 2 nút điều khiển, một nút đặt ngay gần bộ khởi động và nút điều khiển từ xa đặt ở buồng lái hoặc ở bảng phân phối điện chính, nếu ở đây trực ban suốt ngày đêm. -Trong buồng lái cần cĩ đèn tín hiệu chỉ rõ máy lái đang hoạt động, nghĩa là khơng bị các thiết bị bảo vệ ngắn mạch. Nếu ở bảng điện chính cĩ trực ban suốt ngày đêm thì đèn tín hiệu cần đặt ở bảng điện chính. - Mỗi hệ thống lái, ngồi hệ thống lặp cần cĩ ngắt cuối để bánh lái khơng quay qua gĩc lớn nhất cho phép. Hệ thống cần đảm bảo cĩ khả năng khởi động động cơ theo chiều ngược lại sau khi bánh lái dừng lại ở một mạn nào đĩ bởi cơng tắc ngắt cuối. 1.7.2. Các yêu cầu đối với hệ thống lái tự động - Hệ thống lái tự động phải giữ cho con tàu đi theo một hướng đi cho trước với độ chính xác Δα ≤ ± 1 trong điều kiện tốc độ của tàu lớn hơn 6 hải lý/ h. - Biên độ dao động trung bình của con tàu so với hướng đi cho trước khơng vượt quá 1 nếu biển cĩ sĩng cấp 3 và tốc độ của tàu lớn hơn hoặc bằng 6 hải lý/h. Khơng vượt quá 2 ÷ 3 khi sĩng tới cấp 6. - Cho phép thay đổi hướng đi cho trước bằng cách điều chỉnh núm đặt hướng đi ở gĩc phù hợp (khơng vượt quá 5 mỗi lần điều khiển). 14
  15. - Cĩ khả năng điều chỉnh được các hệ số khuyếch đại của các khâu nằm trong hệ thống cho phù hợp với tình trạng mặt biển, tốc độ và trọng tải của tàu. - Ngồi chế độ tự động, hệ thống phải cĩ các chế độ lái lặp, lái đơn giản, lái sự cố để đảm bảo an tồn tối đa cho con tàu. - Phải cĩ thiết bị báo động bằng âm thanh khi hệ thống bị quá tải, gĩc lệch so với hướng đi cho trước quá lớn. - Hệ thống phải đảm bảo hoạt động bình thường ngay cả khi tàu bị lắc ngang tới 22, chu kỳ dao động là 8 - 22 giây và lắc dọc tới 10 với chu kỳ (6 ÷ 10) giây. Chịu được rung động riêng từ (5 ÷ 30)Hz. - Hệ thống đảm bảo hoạt động chính xác ngay cả khi nhiệt độ thay đổi từ - 10C ÷ +50C; độ ẩm của mơi trường tới (95 ÷ 98)%. - Khơng gây nhiễu quá nhiều đối với thiết bị radio 1.7.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái tự động Trên tàu thuỷ hiện nay, hệ thống lái tự động cĩ thể thực hiện được các chế độ lái sau: Chế độ lái tự động, lái lặp, lái đơn giản. 1.7.3.1. Chế độ lái tự động 1.7.3.1.1. Đối tượng của hệ thống lái tự động Trong chế độ này, đối tượng điều khiển là con tàu trong mơi trường nước với tốc độ khác nhau, chịu tác động của sĩng, giĩ, hải lưu và cĩ trọng tải khác nhau. Nếu gọi a là hướng đi thực, b là gĩc bẻ lái thì ta cĩ phương trình động của tàu là: Δp(T2p2 + T1p + 1) = Kc (1 + τp)β 15
  16. Trong đĩ: Kc - Hệ số truyền τ - Hằng số thời gian 2 T1, T2 - Các hằng số thời gian T1(s), T2(s ) - Hệ thống lái tự động phải cĩ tín hiệu phản hồi âm ứng với gĩc bẻ lái thì hệ thống mới hoạt động được. 1.7.3.1.2. Cấu trúc hệ thống lái tự động Sơ đồ cấu trúc đầy đủ của hệ thống lái tự động Với α0 - Hướng đi đặt trước α - Hướng đi thực tế của tàu Δα - Độ lệch hướng đi K1 - Khối tạo tín hiệu tỷ lệ K2dΔα /dt - Khối tạo tín hiệu vi phân 16
  17. K3∫Δαdt - Khối tạo tín hiệu tích phân KĐ - Khối khuyếch đại TH - Khối thực hiện trung gian ML - Máy lái BL, CT - Bánh lái, con tàu β - Gĩc quay của bánh lái K4 - Khối tạo tín hiệu tỷ lệ gĩc quay bánh lái K5dβ/dt - Khối tạo tín hiệu vi phân gĩc quay bánh lái f - Tác động của nhiễu (sĩng, giĩ, hải lưu ) y - Tín hiệu điều khiển tác động tới máy lái · Phương trình thuật tốn điều khiển: zy = K1Δα + K2dΔα/dt + K3∫Δα dt - K4β - K5dβ/dt 17
  18. Khi hướng đi cuả tàu trùng với hướng đi đặt trước (φ0 = φ) thì Δα = 0, β = 0, y= 0. Giả sử, nhiễu tác động làm tàu lệch khỏi hướng đi cho trước φ0 ≠ φ), khi đĩ, hướng đi thực tế α của tàu sẽ được phản ảnh qua la bàn về so sánh với gĩc lệnh lái α → Δα ≠ 0. Các tín hiệu tỷ lệ, vi phân, tích phân sau khi được đưa vào khâu khuyếch đại sẽ qua khối thực hiện trung gian tác động bẻ lái tàu đưa tàu trở về hướng đi ban đầu. Khi bánh lái quay, xuất hiện tín hiệu phản hồi K4β và K5dβ/dt làm giảm tín hiệu điều khiển y. Khi tàu trở về hướng đi đặt trước thì Δα = 0. Do cĩ quán tính, tàu cĩ xu hướng lệch khỏi hướng đi đặt trước theo hướng ngược lại một gĩc α1. Tín hiệu điều khiển đổi dấu làm bánh lái quay theo chiều ngược lại một gĩc β1 để đưa tàu trở về hướng đi đặt. Khi bánh lái quay lại xuất hiện K4β1 và K5dβ1/dt làm giảm tín hiệu điều khiển tổng. Tàu từ từ quay trở lại hướng đi đặt, Δα1 giảm dần về 0. Do tính quán tính, tàu lại bị lệch về phía ban đầu một gĩc Δα2 (Δα1 > Δα2) Quá trình cứ lặp lại như trên. Sau một số lần dao động, tàu sẽ trở lại hướng đi ban đầu. 1.7.3.2. Chế độ lái lặp · Sơ đồ khối cơ bản: Với β0 : Gĩc quay vơ lăng lái β : Gĩc bẻ lái K1 : Khối biến đổi tín hiệu đặt 18
  19. K4β : Khối biến đổi tín hiệu phản hồi KĐ : Khối khuyếch đại TH : Khối thực hiện trung gian ML : Máy lái BL : Bánh lái CT : Con tàu y : Tín hiệu điều khiển con tàu α : Hướng đi thật của tàu Ta cĩ phương trình tín hiệu điều khiển: y = K1β - K4β = KΔβ Với Δβ = β0 – β là lượng thất phối. Ở chế độ này, vị trí của tay điều khiển cĩ thể quyết định được vị trí của bánh lái, khi tay điều khiển được quay đi một gĩc b thì bánh lái cũng quay đến gĩc b tương ứng. Khi Δβ = 0 (β0 = β), hệ thống làm việc ở chế độ cho trước. Khi bẻ vơ lăng lái đi một gĩc β1 ≠ β0 thì Δβ ≠ 0, tín hiệu điều khiển qua các phần tử trung gian đến máy lái thực hiện bẻ lái làm cho bánh lái quay. Khi gĩc bẻ lái β1 = β0 thì Δβ = 0, tín hiệu y = 0, khơng cĩ tín hiệu bẻ lái, bánh lái ngừng quay, hệ thống xác lập ở chế độ mới. 19
  20. Chế độ này thường được sử dụng khi tàu hành trình trên biển với sĩng, giĩ to. 1.7.3.3. Chế độ lái đơn giản Chế độ lái đơn giản được dùng khi tàu hoạt động trên biển trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc khi cĩ sự cố trong lái lặp, lái tự động. Ở chế độ này, vị trí bánh lái khơng phụ thuộc vào vị trí của tay điều khiển. Khi nào người điều khiển cịn tác động vào hệ thống thì bánh lái cịn quay và người điều khiển phải kiểm tra vị trí của bánh lái thơng qua thiết bị chỉ báo. - Nếu là lái điện cơ thì tay điều khiển tác động, cho phép nối đầu vào động cơ thực hiện để đảo chiều quay động cơ và hệ thống bẻ lái tới khi ngừng hoạt động. - Nếu lái điện thuỷ lực thì tay điều khiển tác động trực tiếp cấp nguồn điện vào bộ phân phối thuỷ lực, cấp đầu vào xylanh lực hoặc tác động cấp nguồn trực tiếp cho phần tử dịch tâm bơm biến lượng hệ thống bẻ lái sang trái, phải tuỳ thuộc vào chiều cấp dầu hay chiều dịch tâm bơm. Đối với chế độ lái đơn giản, tín hiệu bẻ lái tỷ lệ với thời gian tác động của người sử dụng. 1.7.4. Một số vấn đề về chỉnh định hệ thống lái 1.7.4.1. Các yêu cầu chung - Trước khi cho hệ thống hoạt động ở chế độ tự động cần kiểm tra độ chính xác của phần tử đo (la bàn). Chất lượng hoạt động của la bàn sẽ quyết định chất lượng hoạt động của hệ thống. - Tiến hành chỉnh định các thơng số hiệu chỉnh trong 3 trường hợp cần thiết sau: + Trọng tải tàu thay đổi: Khơng tải, tải trung bình và tồn tải. 20
  21. + Cĩ sự thay đổi tốc độ: Tồn tốc, tốc độ trung bình và tốc độ chậm. + Khi thời tiết thay đổi. - Khi chỉnh định, hệ thống lái tự động cần đạt được các chỉ tiêu sau: + Đảm bảo độ chính xác cho phép trong điều kiện gĩc bẻ lái nhỏ nhất để đảm bảo vận tốc khai thác của tàu. + Khi tàu hành trình trong sĩng giĩ to, khơng nên giảm độ dao động của tàu bằng cách tăng độ nhạy của hệ thống vì lúc đĩ số lần đĩng mở của hệ thống tăng quá lớn, khi đĩ, cần phải giảm độ nhạy của hệ thống. - Để thực hiện được các yêu cầu trên ta chỉnh bằng cách: Tiến hành chỉnh định từng thơng số một. Trước tiên, cần chỉnh định thơng số phản hồi gĩc bẻ lái sau đĩ tiến hành chỉnh tiếp các thơng số khác. - Điều chỉnh hệ số phản hồi gĩc bẻ lái K4: Khi tàu chạy tồn tải với tốc độ trung bình, nếu tàu lệch khỏi hướng đi cho trước một gĩc Δa nào đĩ, để tàu quay về hướng đi cũ, bánh lái phải được quay một gĩc b lớn hơn khi tàu chạy khơng tải, tức là phải điều chỉnh để giảm hệ số K4 đi. Khi tốc độ tàu tăng lên, lực cản trên bánh lái tăng, lúc này chỉ cần một gĩc bẻ lái nhỏ cũng duy trì được tàu ở hướng đi cho trước. Khi sĩng to, giĩ lớn thì giảm K4 đi, tuy nhiên, K4 chỉ giảm tới mức độ nhất định nếu hệ thống mất ổn định. - Điều chỉnh hệ số truyền khâu vi phân gĩc lệch hướng đi K2: Mặt biển càng yên càng cần tăng hệ số K2 để tăng độ nhạy cho hệ thống. Khi tàu gặp sĩng to, giĩ lớn cần giảm K2, đơi khi phải ngắt hẳn khâu đĩ ra khỏi hệ thống. Khi trọng tải tàu càng tăng thì càng cần giảm bớt K2. 21
  22. - Điều chỉnh hệ số truyền khâu tích phân gĩc lệch hướng đi K3: Khi thời tiết tốt cần tăng K3 để tăng độ chính xác cho hệ thống. Khi sĩng to, giĩ lớn, cần giảm hoặc ngắt hồn tồn khâu tích phân khỏi hệ thống. - Chỉnh hệ số truyền cả hệ thống: Ta cần quan tâm tới hệ số khuyếch đại, khi thời tiết tốt muốn tăng độ chính xác cần tăng hệ số khuyếch đại, ngược lại, khi thời tiết xấu ta giảm hệ số khuyếch đại đi. - Chỉnh vùng khơng nhạy K1: Thường vùng khơng nhạy nằm ở đầu vào của các tầng khuyếch đại đệm, khi mặt biển yên cần thu hẹp vùng khơng nhạy, khi thời tiết xấu điều chỉnh để tăng vùng khơng nhạy. Để việc lái tàu trở nên thuận tiện, người ta đã tạo ra một thiết bị dùng để giao tiếp tín hiệu lệnh giữa cabin(vị trí lái và điều khiển tàu) và buồng máy(vị trí điều khiển máy), đĩ là chuơng truyền lệnh. 22
  23. CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN VỚI GIẢI PHÁP ĐÃ CHỌN Hệ thống tay chuơng truyền lệnh gồm những nút lệnh và đèn tín hiệu giúp cho người lái tàu và thợ máy thơng tin liên lạc được với nhau trong khi tàu chạy bởi vì mơi trường trong buồng máy rất ồn khơng thể dùng tín hiệu thoại để liên lạc. Hệ thống chuơng truyền lệnh đáp ứng thơng tin về yêu cầu (ra lệnh) tốc độ cho máy chính từ cabin (buồng) lái xuống buồng máy và thơng tin trả lệnh từ buồng máy lên buồng lái. Khi cần ra lệnh người vận hành ấn nút hoặc dịch tay truyền lệnh tương ứng với yêu cầu. Các lệnh được chia làm 3 nhĩm: tiến (ahead), lùi (astern) và chế độ (mode). Mỗi nhĩm tiến và lùi đều cĩ 04 lệnh tương ứng với tốc độ yêu cầu: dead slow, slow, half, full. Sau khi ấn nút lệnh trên bất cứ trạm nào thì đèn tương ứng với lệnh ở hai trạm cùng sáng nhấp nháy, chuơng kêu cho đến khi người trả lệnh ở trạm khác trả đúng nút lệnh đã phát ra thì đèn lệnh ở hai trạm sáng liên tục, chuơng tắt. Nếu người trả lệnh khơng trả đúng lệnh thì hệ thống khơng thay đổi trạng thái trừ khi trả lệnh ngược với hướng phát lệnh [ví dụ: phát các lệnh ahead (astern) mà trả các lệnh astern (ahead)] thì đèn báo "ADD/WRONG WAY" sẽ sáng nhấp nháy. Để trở về trạng thái bình thường ta chỉ việc trả lại lệnh đúng với hướng phát lệnh hoặc đúng nút lệnh đã phát ở trạm kia. Tín hiệu lệnh từ chuơng truyền lệnh đưa ra để điều khiển tốc độ ở máy chính. Ở các tàu loại nhỏ khơng cĩ buồng điều khiển thì hệ thống chuơng truyền lệnh đặt ở hai vị trí cabin(vị trí điều khiển tàu) và đầu máy chính (vị trí điều khiển tốc độ máy chính). 23
  24. Ở các tàu lớn cĩ thêm một vị trí ở buồng điều khiển để các sĩ quan trực ca cĩ thể giám sát tốc độ tàu. Mỗi bộ chuơng truyền lênh gồm hai hoặc ba panel điều khiển và nhận lênh tùy theo từng loại tàu. 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1.1 Chuơng truyền lệnh dùng sensin đồng bộ Hình 2.1 Chuơng dùng sensin đồng bộ Đây là một thiệt bị dùng hệ thống sen-xin điện điều khiển hai bộ cơng tắc xoay bố trí ở buồng lái và buồng máy. Nguyên tắc của hệ thống là đĩng mở cơng tắc điện từ xa sao cho nếu hai vị trí tay chuơng ở hai đầu trùng nhau (cùng ở vị trí stop hoặc cùng ở dead slow ahead vân vân) thì cơng tắc điện sẽ đĩng và khơng cĩ chuơng kêu đèn sáng. Nếu một trong hai tay chuơng được dịch đi sang 24
  25. vị trí khác thì cơng tắc xoay của tay chuơng cịn lại sẽ ở vị trí mở dẫn tới việc đèn sáng chuơng kêu cho tới khi tay chuơng đĩ được đưa tới vị trí phù hợp. Hệ thống gồm Sensin phát và Sensin thu cĩ cấu tạo hồn tồn giống nhau, khơng nối trục với nhau mà chỉ nối với nhau về điện. Thiết bị dùng sensin rất nặng và cồng kềnh 2.1.2. Chuơng truyền lệnh dùng Rơle trung gian. Hình 2.2 Chuơng dùng Rơle trung gian Hệ thống chuơng truyền lệnh dùng Rơle khá đơn giản và dễ thực hiện,dễ thay thế,sửa chữa, tuy nhiên số lượng dây nối giữa hai panel điều khiển tương đối nhiều, viêc thay đổi chương trình điều khiển đồng nghĩa với việc thiết kế bộ điều khiển mới. 25
  26. 2.1.3. Chuơng truyền lệnh dùng vi điều khiển Chuơng truyền lệnh dùng vi điều khiển sử dụng các thiết bị này nhỏ gọn, dễ dàng thay thế, nâng cấp chương trình, Tuy nhiên thiết bị này khơng thích hợp trong mơi trường độ ẩm cao trên tàu thủy. 2.1.4. Chuơng truyền lệnh dùng PLC Sử dụng hệ thống PLC step7 - 200, thiết bị khơng quá phức tạp, khơng cồng kềnh, dễ dàng thay thế, sửa chữa cũng như thay đổi, nâng cấp, đồng thời hệ thống cĩ khả năng chịu được mơi trường khắc nghiệt trên tàu thủy. Ta cĩ thể nhận thấy thiết bị chuơng truyền lệnh dùng PLC step7-200 cĩ khá nhiều ưu điểm và thích hợp nhất trong việc sử dụng trên tàu thủy. Vì vậy ta sử dụng PLC để thiết kế “tay chuơng truyền lệnh trên tàu thủy”. 2.2. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN VỚI GIẢI PHÁP LỰA CHỌN 2.2.1. Giới thiệu bộ PLC của Simatic 2.2.1.1. Giới thiệu PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: - Lập trình dể dàng , ngơn ngữ lập trình dễ học . - Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa. 26
  27. - Dung lượng bộ nhớ lớn để cĩ thể chứa được những chương trình phức tạp. - Hồn tồn tin cậy trog mơi trường cơng nghiệp . - Giao tiếp được với các thiết bị thơng minh khác như : máy tính , nối mạng , các mơi Modul mở rộng. - Giá cả cá thể cạnh tranh được. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đĩ việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình cơng nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . 2.2.1.2. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC 2.2.1.2.1. Cấu trúc Tất cả các PLC đều cĩ thành phần chính là : - Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( cĩ thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngồi EPROM ). - Một bộ vi xử lý cĩ cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC . - Các Modul vào /ra. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, 27
  28. 2.2.1.2.2. Nguyên lý hoạt động của PLC -Đơn vị xử ly trung tâm CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đĩ sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình , sẽ đĩng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và tồn bộ các hoạt động thực thi đĩ đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. -Hệ thống bus Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song : Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau. Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu. Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC . Nếu mơt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nĩ trên Address Bus , nĩ sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nĩ vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC . Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế. -Bộ nhớ PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp : Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. 28
  29. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay. Mỗi lệnh của chương trình cĩ một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này cĩ khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dịng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng . RAM (Random Access Memory ) cĩ thể nạp chương trình, thay đổi hay xĩa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuơi bị mất . EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ cĩ thể đọc chứ khơng ghi nội dung vào được. -Kích thước bộ nhớ : Các PLC loại nhỏ cĩ thể chứa từ 300 ÷1000 dịng lệnh tùy vào cơng nghệ chế tạo. Các PLC loại lớn cĩ kích thước từ 1K ÷ 16K, cĩ khả năng chứa từ 2000 ÷16000 dịng lệnh. Ngồi ra cịn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM. -Các ngỏ vào ra I / O Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) . Hầu hết các PLC cĩ điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. 29
  30. Mỗi đơn vị I / O cĩ duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản . Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đĩng hay ngắt mạch ở đầu ra . 2.2.2. Các hoạt động xử lý bên trong PLC Xử lý chương trình Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ . PLC cĩ bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau : Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ cơng việc này cĩ sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành . Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình. Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép tốn logic và kết quả sau đĩ sẽ xác định trạng thái của các đầu ra. Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các modul đầu ra. Xử lý xuất nhập Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I / O trong PLC : Cập nhật liên tục Điều nay địi hỏi CPU quét các lệnh ngỏ vào (mà chúng xuất hiện trong chương trình ), khoảng thời gian Delay được xây dựng bên trong để chắc chắn 30
  31. rằng chỉ cĩ những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngỏ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của chương trình , khi lệnh OUT được thực hiện thì các ngỏ ra cài lại vào đơn vị I / O, vì thế nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp. 2.3. PLC SIMATIC S7 - 200 2.3.1. Cấu trúc phần cứng của CPU 214 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMNS (CHLB Đức) cĩ cấu trúc theo kiểu Modul và cĩ các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-214. CPU-214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, cĩ khả năng thêm 7 modul mở rộng. Các chế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thơng, ngắt theo sườn lên hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. Tồn bộ vùng nhớ khơng bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp. -Các đèn báo trên S7-200 CPU214 SF (đèn đo): Đèn đo SF báo hieu hệ thong bị hong. RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vao trong máy. STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế đo dừng chương trình và đang thực hiện lại. 31
  32. -Cổng vào ra Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của cơng tắc. Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. -Chế độ làm việc PLC cĩ 3 chế độ làm việc: RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy cĩ sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP. STOP: Cưởng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc RUN hoặc STOP. -Cổng truyền thơng S7-200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx cĩ thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đĩ đi kèm với máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC1 qua cổng RS232 cần cĩ cáp nối PC / PPI với bộ chuyển đổi RS232 / RS485. 32
  33. 1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 5 4 3 2 1 4 Khơng sử dụng ····· 5 Đất 6 9 8 7 6 5 VDC (điện trở trong 100Ω) ···· 7 24 VDC (120 mA tối đa ) 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 Khơng sử dụng 2.3.2. Cấu trúc bộ nhớ Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ cĩ nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 cĩ tính năng động cao, đọc, ghi được trong tồn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ cĩ thể truy nhập để đọc. Vùng chương trình Là nguồn nhờ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi được. Vùng tham số Là miền lưu giữ các tham số như: từ khĩa, địa chỉ trạm, cũng giống như vùng chương trình, thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi được. Vùng dữ liệu Là miền nhớ động được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình. Nĩ cĩ thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word) hoặc theo từ kép (DW_ Double Word), vùng dữ liệu được chia thành những miền 33
  34. nhớ nhỏ với các cơng dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng Anh, đặc trưng cho cơng dụng riêng của chúng như sau: V : Variable Memory. I : Input image register. O : Output image regiter. M : Internal Memory bits. SM : Special Memory bits. Tất cả các miền này đều cĩ thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng từ (word) hoặc từ kép (double word). Vùng đối tượng Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC. Vùng này khơng thuộc kiểu Non-Volatile nhưng đọc / ghi được . 2.3.2.1. Mở rộng cổng vào ra CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Modul. Các modul mở rộng tương tự và cĩ thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nĩ các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một mĩc xích. Các modul mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương tự với số đầu vào/ra của modul . 2.3.2.2. Cấu trúc chương trình của S7-200 Cĩ thể được lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm : Step 7 – Micro / Dos Step 7 – Micro / Win 34
  35. Những phần mềm này đều cĩ thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG 7xx và các máy tính cá nhân. Các chương trình cho S7-200 phải cĩ cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) và sau đĩ đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt. Các chương trình xử lý ngắt cũng là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử dụng phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND). Các chương trình được nhĩm lại thành một nhĩm ngay sau chương trình chính, sau đĩ đến các chương trình xử lý ngắt. Cũng cĩ thể do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt ở sau chương trình chính. 2.3.2.3. Thực hiện chương trình của S7-200 PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vịng lặp được gọi là vịng quét (scan). Mỗi vịng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vịng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc MEND. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thơng nội bộ và kiểm lỗi. Vịng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. 4. Chuyển dữ liệu từ bộ 1. Nhập dữ liệu từ đệm ảo ra ngoại vi ngoại vi vào . 2.Thực hiện 3. Truyền thơng và chương trình tự kiểm tra lỗi 35
  36. Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vịng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và cĩ thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vịng quét. 2.3.2.4. Các tốn hạng lập trình cơ bản Cĩ 6 phần tử lập trình cơ bản, mỗi phần tử cĩ cơng dụng riêng. Để dễ dàng xác định thì mỗi phần tử được gán cho mộ ký tự: I : Dùng để chỉ ngõ vào vật lý nối trực tiếp vào PLC. Q : Dùng để chỉ ngõ ra vật lý nối trực tiếp từ PLC. T : Dùng để xác định phần tử định thời cĩ trong PLC. C : Dùng để xác định phần tử đếm cĩ trong PLC. M và S : Dùng như các cờ hoạt động như bên trong PLC. Tất cả các phần tử (tốn hạng) trên cĩ hai trạng thái ON hoặc OFF (1 hoặc 0). Cuộn dây cĩ thể được dùng để điều khiển trực tiếp ngõ ra từ PLC (như phần tử Q) hoặc cĩ thể điều khiển bộ định thì, bộ đếm hoặc cờ (như phần tử M, S). Mỗi cuộc dây được gắn với các cơng tắc. Các cơng tắc này cĩ thể là thường mở hoặc thường đĩng. Các ngõ vào vật lý nối đến bộ điều khiển lập trình (phần tử I) khơng cĩ cuộn dây để lập trình. Các phần tử này chỉ cĩ thể dùng ở dạng các cơng tắc mà thơi (loại thường đĩng và thường mở). 36
  37. 2.4. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7 - 200 2.4.1. Phương pháp lập trình S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương trình bao gồm một dãy các tập lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lập trình cuối trong một vịng quét (scan). Một vịng quét (scan cyele) được bắt đầu bằng một việc đọc trạng thái của đầu vào, và sau đĩ thực hiện chương trình. Vịng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra. Trước khi bắt đầu một vịng quét tiếp theo S7-200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thơng. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp. Cách lập trình cho S7-200 nĩi riêng và cho các PLC nĩi chung dựa trên hai phương pháp cơ bản. Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement list, viết tắt là STL). Phương pháp hình thang (LAD): LAD là một ngơn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau: Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mơ tả các tiếp điểm cuả rơ le Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đĩng Cuộn dây (coil): Là biểu tượng mơ tả rơ le được mắc theo chiều dịng điện cung cấp cho rơ le. 37
  38. Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hồn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây trung hịa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường khơng được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEPTMICRO/DOS hoặc STEPT – MICRO/WIN. Dịng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đĩng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. Phương pháp liệt kê lệnh (STL): Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. 2.4.2. Các tốn hạng và giới hạn cho phép của CPU 214 Phương pháp truy nhập Giới hạn cho phép của các tốn hạng Truy nhập bit (địa chỉ byte, V (0.0 4095.7) chỉ số bit) I (0.0 7.7) Q (0.0 7.7) M (0.0 31.7) SM (0.0 85.7) T (0 127) C (0 127) Truy nhập bit VB (0 4.095) IB (0 7) 38
  39. MB (0 31). SMB (0 85) AC (0 3) Hằng số Truy nhập từ đơn VW (0 4094) T (0 127) C (0 127) IW (0 6) QW (0 6) MW (0 30) SMW (0 84) AC (0 3) AIW (0 30) AQW (0 30) Hằng số Truy nhập từ kép VD (0 4092) ID (0 4) QD (0 4) MD (0 28) SMD (0 82) AC (0 3) 39
  40. HC (0 2) Hằng số. Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình Các lệnh vào ra Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bít đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cũ cịn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bít. Load Not (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm vào trong bít đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cịn lại trong ngằn xếp bị đẩy lùi xuống một bít. Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho LAD như sau: LAD Mơ tả Tốn hạng LD n Tiếp điểm thường mở sẽ n: I, Q, M, SM, T, C, được đĩng nếu n = 1. V LDN n Tiếp điểm thường đĩng (bit) sẽ mở khi n = 1. 40
  41. LDI n Tiếp điểm thường mở sẽ n: I đĩng tức thời khi n = 1 LDNI n Tiếp điểm thường đĩng sẽ mở tức thời khi n = 1 Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho STL như sau: Lệnh Mơ tả Tốn hạng LD n Lệnh nạp giá trị logic n (bít): I, Q, M, SM, T, của điểm n vào bít đầu C, V tiên trong ngăn xếp. LDN n Lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. LDI n Lệnh nạp tức thời giá trị n: I logic của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. LDNI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic nghịch đảo của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. 41
  42. OUTPUT (=) Lệnh sao chép nội dung của bít đầu tiên trong ngăn xếp vào bít được chỉ định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp khơng bị thay đổi. Mơ tả lệnh bằng LAD như sau: LAD Mơ tả Tốn hạng n Cuộn dây đầu ra ở trạng n: I, Q, M, SM, T, C, ( ) thái kích thích khi cĩ V dịng điều khiển đi qua. (bít) n Cuộn dây đầu ra được n: Q ( ) kích thích tức thời khi cĩ (bít) dịng điều khiển đi qua. Mơ tả bằng lệnh STL như sau: STL Mơ tả Tốn hạng Lệnh = sao chép giá trị của n: I, Q, M, SM, T, = n đỉnh ngăn xếp tới tiếp điểm C, V n được chỉ dẫn trong lệnh. (bít) Lệnh = I (immediate) sao n: Q = I n chép tức thời giá trị của (bít) đỉnh stack tới tiếp điểm n được chỉ dẫn trong lệnh. 42
  43. 2.4.3. Các lệnh ghi / xĩa giá trị cho tiếp điểm SET (S) ; RESET (R): Lệnh dùng để đĩng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dịng điện đĩng hoặc ngắt các cuộc dây đầu ra. Khi dịng điều khiển đến các cuộc dây thì các cuộn dây đĩng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm). Trong STL, lệnh truyền trạng thái bít đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bít này cĩ giá trị =1, các lệnh S và R sẽ đĩng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp khơng bị thay đổi bởi các lệnh này. 2.4.4. Các lệnh logic đại số (BOOLEAN) Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic (khơng cĩ nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thơng qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đĩng và các tiếp điểm thường mở. STL cĩ thể sử dụng các lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh. Lệnh Mơ tả Tốn hạng Lệnh thực hiện tốn tử ^ (A) và V n: I, Q, M, SM, T, C, O n (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm V n và giá trị bít đầu tiên trong ngằn A n (bit) xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu trong ngăn xếp. 43
  44. Lệnh thực hiện tốn tử ^ (A) và V AN n (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu ON n tiên trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu trong ngăn xếp. Lệnh thực hiện tức thời tốn tử ^ n: 1 AI n (A) và V (O) giữa giá trị logic của (bit) tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên OI n trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu trong ngăn xếp. Lệnh thực hiện tức thời tốn tử ^ ANI n (A) và V (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá ONI n trị bít đầu tiên trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu trong ngăn xếp. Ngồi những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7-200 cịn cĩ 5 lệnh đặc biệt biểu diễn các phép tính của đại số Boolean cho các bit trong ngăn xếp, được gọi là các lệnh stack logic. Đĩ là các lệnh ALD (And load), OLD (Or load), LPS (Logic push), LRD (Logic read) và LPP (Logic pop. AND (A) OR (O) 44
  45. Lệnh A và O phối hợp giá trị logic của một tiếp điểm n với giá trị bít đầu tiên của ngăn xếp. Kết quả phép tính được đặt lại vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. Giá trị của các bít cịn lại trong ngăn xếp khơng bị thay đổi. Luật tính tốn của các phép tính logic And và Or như sau: x y x ^ y x v y (And) (Or) 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 Tác động của lệnh AND và OR vào ngăn xếp như sau Trước A Sau m= c0 ^ c1 c0 m c1 C1 c2 C2 c3 C3 c4 C4 c5 C5 45
  46. c6 C6 c7 C7 c8 C8 Trước O Sau m= c0 v c1 c0 m c1 C1 c2 C2 c3 C3 c4 C4 c5 C5 c6 C6 c7 C7 c8 C8 2.4.5. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt: Cĩ thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dịng cung cấp (giá trị của đỉnh ngăn xếp). LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt để tác động vào dịng cung cấp. Các tiếp điểm đặc biệt khơng cĩ tốn hạng riêng của chính chúng và vì thế phải đặt chúng vào vị trí phía trước của cuộn dây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm 46
  47. chuyển tiếp dương/âm (các lệnh sườn trước và sườn sau) cĩ nhu cầu về bộ nhớ, nên đối với CPU 214 là 256 lệnh. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt được biểu diễn như sau trong LAD LAD Mơ tả Tốn hạng Tiếp điểm đảo trạng thái của dịng Khơng cĩ cung cấp. Nếu dịng cung cấp cĩ NOT tiếp điểm đảo thì nĩ bị ngắt mạch, nếu khơng cĩ tiếp điểm đảo thì nĩ thơng mạch. Tiếp điểm chuyển đổi dương cho Khơng cĩ P phép dịng cung cấp thơng mạch trong một vịng quét khi sườn xung điều khiển chuyển từ 0 lên 1 Tiếp điểm chuyển đổi âm cho phép Khơng cĩ N dịng cung cấp thơng mạch trong một vịng quét khi sườn xung điều khiển chuyển từ 1 xuống 0. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt được biểu diễn như sau trong STL STL Mơ tả Tốn hạng NOT Lệnh đảo giá trị của bít đầu tiên trong Khơng cĩ ngăn xếp. 47
  48. EU Lệnh nhận biết sự chuyển tiếp trạng thái Khơng cĩ từ 0 lên 1 trong một vịng quét của đỉnh ngăn xếp. Khi nhận được sự chuyển tiếp như vậy đỉnh ngăn xếp sẽ cĩ giá trị bằng 1 trong một vịng quét. ED Lệnh nhận biết sự chuyển tiếp trạng thái Khơng cĩ từ 1 xuống 0 trong một vịng quét của đỉnh ngăn xếp. Khi nhận được sự chuyển tiếp như vậy đỉnh ngăn xếp sẽ cĩ giá trị bằng 1 trong một vịng quét. 2.4.6. Các lệnh điều khiển Timer Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ. S7-200 cĩ 128 Timer (CPU-214) được chia làm 2 loại khác nhau, đĩ là: - Timer tạo thời gian trễ khơng cĩ nhớ (Timer on delay), ký hiệu là TON. - Timer tạo thời gian trễ cĩ nhớ (Timer on delay retentive), ký hiệu là TONR. Khi đầu vào cĩ giá trị logic bằng 0, TON tự động reset cịn TONR thì khơng tự reset. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thơng), cịn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phân giải 1ms, 10 ms, 100 ms. Thời gian trễ r được tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer. Ví dụ một bộ Timer 48
  49. cĩ độ phân giải bằng 10 ms và giá trị đặt trước 10 ms thì thời gian trễ sẽ là r = 500 ms Timer của S7-200 cĩ những tính chất cơ bản sau: Các bộ Timer được điều khiển bởi một cổng vào và giá trị đếm tức thời. Giá trị đếm tức thời của Timer được nhớ trong thanh ghi 2 byte (gọi là T-word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer được kích. Giá trị đặt trước của các bộ Timer được ký hiệu trong LAD và STL là PT. Giá trị đếm tức thời của thanh ghi T-word thường xuyên được so sánh với giá trị đặt trước của Timer. Mỗi bộ Timer, ngồi thanh ghi 02 byte T-word lưu giá trị đếm tức thời, cịn cĩ 1 bít, ký hiệu bằng T-bít, chỉ trạnh thái logic đầu ra. Giá trị logic của bít này phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời với giá trị đặt trước. Trong khoảng thời gian tín hiệu x (t) cĩ giá trị logic 1, giá trị đếm tức thời trong T-word luơn được cập nhật và thay đổi tăng dần cho đến khi nĩ đạt giá trị cực đại. Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước, T-bít cĩ giá trị logic 1. Các loại Timer của S7-200 (đối với CPU 214) chia theo TON, TONR và độ phân giải bao gồm: Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU 214 1 ms 32,767s T32 T96 TON 10 ms 327,67s T33 T36; T97 T100 100 ms 3276,7s T37 T63; T101 T127 1 ms 32,767s T0 T64 TONR 10 ms 327,67s T1 T4; T65 T68 49
  50. 100 ms 3276,7s T5 T31; T69 T95 Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong LAD như sau: LAD Mơ tả Tốn hạng Khai báo Timer số hiệu xx Txx : T32 T63 kiểu TON để tạo thời gian trễ T96 T127 tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị TON Txx đặt trước PT thì T-bít cĩ giá trị logic bằng 1. Cĩ thể reset PT: VW, T, C, IW, IN Timer kiểu TON bằng lệnh R QW, MW, SMW, hoặc bằng giá trị logic 0 tại AC, AIW, VD đầu vào IN *AC, Hằng số. PT 1 ms T32 T96 10 ms T33 T36; T97 T100 100 ms T37 T63; T101 T127 Khai báo Timer số hiệu xx Txx : T0 T31 kiểu TONR để tạo thời gian T64 T95 trễ tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị 50
  51. đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T- PT: VW, T, C, IW, bít cĩ giá trị logic bằng 1. Chỉ TONR _Txx QW, AIW, SMW, cĩ thể reset kiểu TONR bằng AC, AIW, VD lệnh R cho T-bít IN *AC, Hằng số. 1 ms T0 T64 10 ms T1 T4 ; PT T65 T68 100 ms T5 T31; T69 T95 Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong STL như sau: TON, TONR khai báo sử dụng Timer của S7-200, lệnh khai báo sử dụng Timer là lệnh cĩ điều kiện. Tại thời điểm khai báo tín hiệu đầu vào cĩ giá trị logic bằng giá trị logic của bít đầu tiên trong ngăn xếp. STL Mơ tả Tốn hạng Khai báo Timer số hiệu xx kiểu Txx: T32 T63 TON Txx n TON để tạo thời gian trễ tính từ T96 T127 khi bít đầu tiên trong ngăn xếp cĩ giá trị logic 1. Nếu như giá trị n (word) : VW, T, đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng C, IW,QW, MW, giá trị đặt trước n thì T-bít cĩ giá SMW trị logic bằng 1. Cĩ thể reset Timer kiểu TON bằng lệnh R AC, AIW, VD 51
  52. hoặc bằng giá trị logic 0 tại đầu *AC, Hằng số vào. 1 ms T96 10 ms T97 T100 100 ms T101 T127 Khai báo Timer số hiệu xx kiểu Txx :T0 T31 TONR Txx TONR để tạo thời gian trễ tính từ T64 T95 n khi bít đầu tiên trong ngăn xếp cĩ giá trị logic 1. Nếu như giá trị n (word) :VW, T, đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng C, IW,QW, AIW, giá trị đặt trước n thì T-bít cĩ giá SMW, trị logic bằng 1. Chỉ cĩ thể reset Timer kiểu TONR bằng lệnh R AC, AIW, VD cho T-bít *AC, Hằng số 1 ms T64 10 ms T65 T68 100 ms T69 T95 Chú ý: Khi sử dụng Timer kiểu TONR, giá trị đếm tức thời được lưu lại và khơng bị thay đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào cĩ logic 0. Giá trị của T-bít khơng được nhớ mà hồn tồn phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời và giá trị đặt trước. Các Timer được đánh số từ 0 đến 127 (đối với CPU 214). Một Timer được đặt tên là Txx, trong đĩ xx là số hiệu của Timer. Txx đồng thời cũng là địa chỉ hình 52
  53. thức của T-word và T-bít vẫn được phân biệt với nhau nhờ kiểu lệnh sử dụng với Txx. Khi dùng lệnh làm việc với từ, Txx được hiểu là địa chỉ của T-word, ngược lại khi sử dụng lệnh làm việc với tiếp điểm, Txx được hiểu là địa chỉ của T-bít. Một Timer đang làm việc cĩ thể được đưa lại về trạng thái khởi động ban đầu. Cơng việc đưa một Timer về trạng thái ban đầu được gọi là reset Timer đĩ. Khi reset một bộ Timer, T-word và T-bít của nĩ đồng thời được xĩa và cĩ giá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng cĩ trạng thái logic bằng 0. Cĩ thể reset bất cứ bộ Timer của S7-200 bằng lệnh R (reset). Điều đĩ nĩi rằng khi dùng lệnh R cho T-bít của một Timer, Timer đĩ sẽ được đưa về trạng thái ban đầu và lệnh R cho một Txx vừa xĩa T-word vừa xĩa T-bít của Timer đĩ. Cĩ hai phương pháp để reset một Timer kiểu TON: Xĩa tín hiệu đầu vào. Dùng lệnh R (reset). Dùng lệnh R là phương pháp duy nhất để reset các bộ Timer kiểu TONR. Đặt giá trị 0 cho giá trị đếm tức thời của một Timer cũng khơng thể xĩa T-bít của Timer đĩ. Cũng như vậy, khi đặt một giá trị logic 0 cho T-bít của một Timer khơng thể xĩa giá trị đếm tức thời của Timer đĩ. Cú pháp reset một timer Txx bằng lệnh R là R Txx K1 Chú ý rằng lệnh R thuộc nhĩm lệnh cĩ điều kiện. Timer của S7-200 X(t) T-Bit Giá trị đếm tức thời T-word Giá trị đặt trước 53
  54. 2.4.7. Các lệnh điều khiển Counter Counter là bộ đếm hiện chức năng đếm sườn xung trong S7-2000. Các bộ đếm của S7-2000 được chia ra làm 2 loại: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được, được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-word. Nội dung của C-word, gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm, luơn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm được ký hiệu là PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước này thì bộ đếm báo ra ngồi bằng cách đặt giá trị logic 1 vào một bít đặc biệt của nĩ, được gọi là C-bít. Trường hợp giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bít cĩ giá trị logic là 0. Khác với các bộ Counter, các bộ đếm CTU đều cĩ chân nối với tín hiệu điều khiển xĩa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (reset) cho bộ đếm, được ký hiệu bằng chữ cái R trong LAD hay được qui định là trạng thái logic của bít đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm được reset khi tín hiệu xĩa này cĩ mức logic là 1 hoặc khi lệnh R (reset) được thực hiện với C-bít. Khi bộ đếm được reset, cả C-word và C-bít đều nhận giá trị 0. Bộ đếm CTU của S7-200 CU C-Bit Giá trị đếm tức thời C-word PV R 54
  55. Bộ đếm tiến / lùi CTUD đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm, ký hiệu là CU trong LAD hoặc bít thứ 3 của ngăn xếp trong STL, và đếm lùi khi gặp sườn của xung vào cổng đếm lùi, được ký hiệu là CD trong LAD hoặc bít thứ 2 của ngăn xếp trong STL. Giống như bộ đếm CTU, bộ đếm CTUD cũng được đưa về trạng thái khởi phát ban đầu bằng 2 cách. Khi đầu vào logic của chân xĩa, ký hiệu bằng R trong LAD hoặc bít thứ nhất của ngăn xếp trong STL, cĩ giá trị logic là 1 hoặc, Bằng lệnh R (reset) với C-bít của bộ đếm. Lệnh khai báo sử dụng bộ đếm trong LAD như sau: LAD Mơ tả Tốn hạng Khai báo bộ đếm tiến theo Cxx:C0 C47 sườn lên của CU. Khi giá trị CTU Cxx C80 C127 đếm tức thời C-word Cxx lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước CU PV (word) : VW PV, C-bít (cxx) cĩ giá trị logic , T, C, IW, QW, bằng 1. Bộ đếm được reset khi PV MW, SMW, AC, đầu vào R cĩ giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm khi C- AIW, Hằng số, word Cxx đạt giá trị cực đại *VD, *AC R 32.767. Khi báo bộ đếm tiến/lùi, đếm Cxx : C48 C79 tiến theo sườn lên của CU và 55
  56. đếm lùi theo sườn lên của CD. PV (word):VW,T Khi giá trị đếm tức thời C- , C , IW, QW, CTUD Cxx word Cxx lớn hơn hoặc bằng MW, SMW, giá trị đặt trước PV, C-bít AC,A IW, Hằng CU (cxx) cĩ giá trị logic bằng 1. số, *VD, *AC Bộ đếm ngừng đếm tiến khi PV C-word đạt giá trị cực đại 32.767 và ngừg đếm lùi khi C- word đạt giá trị cực tiểu R 32.767 CTUD reset khi đầu vào R cĩ giá trị logic bằng 1. Lệnh khai báo sử dụng bộ đếm trong STL như sau: STL Mơ tả Tốn hạng Khai báo bộ đếm tiến theo sườn lên Cxx : C0 C47 cùa CU. Khi giá trị đếm tức thời C- C80 C127 word lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước n, C-bít cĩ giá trị logic bằng CTU Cxx n n (word):VW , T , 1. Bộ đếm được reset khi đầu ngăn C , IW , QW , xếp cĩ giá trị logic bằng 1. Bộ đếm MW, SMW, AC, ngừng đếm khi C-word đạt giá trị AIW, Hằng số. cực đại 32.767. *VD, *AC Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến Cxx: C48 C79 56
  57. theo sườn lên của CU và đếm lùi theo sườn lên của CD. Khi giá trị n (word) : VW, T, đếm tức thời C-word, Cxx lớn hơn CTUD Cxx C, IW ,QW, hoặc bằng giá trị đặt trước n, C-bít n MW, SMW, AC, cĩ giá trị logic bằng 1, bộ đếm AIW, Hằng số, ngừng đếm tiến khi C-word đạt giá *VD, *AC trị cực đại 32.767 và ngừng đếm lùi khi C-word đạt được giá trị cực tiểu 32.767 CTUD reset khi bít đầu của ngăn xếp cĩ giá trị logic bằng 1. 57
  58. CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1. MẠCH CẤP NGUỒN Hình 3.1 Mạch cấp nguồn cho hệ thống 58
  59. 3.2. CHỨC NĂNG ĐẦU VÀO RA Stt Tiếp điểm Chức năng 1 I0.0 Phát lệnh tiến hết máy 2 I0.1 Phát lệnh tiến nửa máy 3 I0.2 Phát lệnh tiến chậm 4 I0.3 Phát lệnh tiến rất chậm 5 I0.4 Phát lệnh lùi hết máy 6 I0.5 Phát lệnh lùi nửa máy 7 I0.6 Phát lệnh lùi chậm 8 I0.7 Phát lệnh lùi rất chậm 9 I1.0 Dừng 10 I1.1 Trả lời 11 Q0.0 Đèn báo tiến hết máy 12 Q0.1 Đèn báo tiến nửa máy 13 Q0.2 Đèn báo tiến chậm 14 Q0.3 Đèn báo tiến rất chậm 15 Q0.4 Đèn báo lùi hết máy 16 Q0.5 Đèn báo lùi nửa máy 17 Q0.6 Đèn báo lùi chậm 18 Q0.7 Đèn báo lùi rất chậm 19 Q1.0 Đèn báo dừng 59
  60. Hình 3.2 Chuơng thiết kế sử dụng PLC 60
  61. 3.3. SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI ĐẦU VÀO RA Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối đầu vào ra 61
  62. 3.4. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn 62
  63. 3.5. SẢN PHẨM HOÀN THIỆN Hình 3.4 Sản phẩm hồn thiện 63
  64. 3.6. CHƯƠNG TRÌNH THỰC HIỆN 64
  65. KẾT LUẬN Sau một thời gian thực hện đề tài tốt nghiệp, được sự giúp đỡ hướng dẫn của thầy giáo Thạc Sĩ Nguyễn Đồn Phong cùng các thầy cơ giáo trong bộ mơn Điện Tự Động Cơng Nghiệp, với sự nỗ lực của bản thân và kiến thức của mình sau bốn năm học. Đến nay em đã hồn thành được bản đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài: “ Thiết Kế Hệ Thống Chuơng Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy”. Trong bản đồ án này em đã tìm hiểu và giải quyết được các vấn đề sau:  Thu thập đầy đủ các tài liệu về tàu thủy, thiết bị PLC step7 200.  Thiết kế hệ thống chuơng truyền lệnh sủ dụng PLC. Tuy nhiên do trình độ cịn cĩ hạn nên khơng thể tránh được những thiếu sĩt, em mong được sự đĩng gĩp của thầy cơ giáo và các bạn Em xin cảm ơn các thầy cơ trong khoa Điện - Điện Tử, đặc biệt cảm ơn thầy Ths. Nguyễn Đồn Phong đã hướng dẫn tận trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp vừa qua. EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN ! Hải Phịng, ngày 14 tháng 10 năm 2010 Sinh Viên : Đồn Quang Hưng 70
  66. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. PGS. TS. Nguyễn Đức Ân, KS. Nguyễn Bân(2005), Lý thuyết tàu thủy tập 1,2, Nhà xuất bản Giao Thơng Vận Tải Hà Nội. 2. KalassVan Dokkum, Ship knowledge Shipdesign,contruction and operation, Nhà xuất bản Dokmar Maritime, WWW.DOKMAR.COM 3. Mai Xuân Vũ, Nguyễn Thu Thiên, Sổ tay hướng dẫn lập trình PLC, Nhà xuất bản Trẻ. 4. Trần Thế San(2005), Hướng dẫn thiết kế mạch và lập trình PLC, Nhà xuất bản Đà Nẵng. 5. Trần Cơng Nghị(2003), Thiết kế tàu thủy, Nhà xuất bản ĐH Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. 6. TS Phạm Tiến Tỉnh(2006), Lý thuyết thiết kế tàu thủy, Nhà xuất bản Giao Thơng Vận Tải. 71