9.    Bộ định thời (Time)

   9.1    Giới thiệu

Bộ định thời được sử dụng trong các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn về thời gian. Đây là phần tử chức năng cơ bản của các bộ PLC và rất thường được sử dụng trong các chương trình điều khiển. Chẳng hạn như một băng tải khi có tín hiệu hoạt động sẽ chạy trong 10s rồi dừng lại, một van khí nén cần có điện trong 5s, nguyên liệu cần trộn trong thời gian 10 phút…Các PLC S7-200 có 256 Timer có địa chỉ từ T0 đến T255, chia làm 3 loại (xem thêm chương 4 Bộ điều khiển lập trình PLC S7-200) :

+ Timer đóng mạch chậm TON (On-delay Timer).

+ Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR (Retentive On-delay Timer).

+ Timer ngắt mạch chậm TOF (Off-delay Timer).

Khi sử dụng một timer chúng ta cần phải xác định các thông số sau:

• Loại timer (TON, TONR hay TOF)
• Độ phân giải của Timer. Có 3 độ phân giải là: 1ms, 10ms và 100ms
• Số của timer sẽ sử dụng, ví dụ T0, T37..cần tra bảng để biết loại timer sử dụng tương ứng với các số nào.
• Khai báo hằng số thời gian tương ứng với thời gian cần trì hoãn dựa vào độ phân giải của timer.
• Tín hiệu cho phép bắt đầu tính thời gian.

Ký hiệu chung của Timer S7-200 biểu diễn ở LAD như sau:

Ví dụ ta có

 Đây là loại On-delay timer, có tên gọi là T37, có độ phân giải là 100ms. Thời gian trì hoãn là : 10 x 100ms = 1s.

9.2   Timer đóng mạch chậm TON

Các Timer này được sử dụng khi có các yêu cầu trì hoãn một khoảng thời gian. Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic “0”.

On-Delay Timer (TON) thực hiện đếm thời gian khi ngõ vào IN ở mức logic “1”. Khi giá trị hiện hành (Txxx) lớn hơn hoặc bằng thời gian đặt trước PT (preset time), thì Timer Bit ở logic “1”. Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic “0”. Timer tiếp tục đếm dù đã đạt đến giá trị đặt PT, và dừng lại khi đếm đến giá trị max. 32767.

Để xóa timer, có thể sử dụng lệnh Reset (R). Lệnh Reset sẽ làm cho Timer Bit ở mức logic “0” và giá trị hiện hành của timer (Timer Current) =0.

Có 192 timer TON/TOF trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ở bảng sau:

Chú ý: Vì TON và TOF sử dụng cùng số timer, nên không thể đặt cho cả hai có cùng số Timer. Ví dụ đã đặt TON là T37 thì không được đặt TOF là T37.

Ví dụ: Bật công tắc I0.0 (NO) thì sau 5s ngõ ra Q0.0 lên mức 1.

Giản đồ thời gian:

Qua giản đồ trên ta nhận thấy để timer TON trì hoãn được hết thời gian đặt trước (ví dụ 5s) thì trạng thái tín hiệu tại ngõ vào IN cần được duy trì ở mức 1 trong suốt khoảng thời gian này. Nếu sau 5s mà ngõ vào IN vẫn duy trì ở mức 1 thì giá trị hằng số thời gian trong timer sẽ tiếp tục tăng cho tới khi đạt giá trị tối đa là 32767.

Để lấy  TON, ta nhấp  chuột vào  dấu (+) ở biểu tượng   trong cây lệnh. Sau đó trỏ chuột vào    giữ chuột trái, kéo và thả vào vị trí mong muốn. Nhập số Timer cho TON, điều kiện cho ngõ vào IN và giá trị ở PT theo mong muốn.

9.3   Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR

Các Timer này được sử dụng khi cần tích lũy một số khoảng thời gian rời rạc. Giá trị hiện hành TONR chỉ có thể bị xóa bằng lệnh Reset (R).

Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR (Retentive On-Delay Timer) thực hiện đếm thời gian khi ngõ vào IN ở mức logic “1”. Khi giá trị hiện hành (Txxx) lớn hơn hoặc bằng thời gian đặt trước PT (preset time), thì Timer Bit ở logic “1”. Giá trị hiện hành của TONR được giữ lại khi ngõ vào IN ở logic “0”. TONR được sử dụng để tích lũy thời gian cho nhiều chu kỳ ngõ vào IN ở mức “1”. Timer này vẫn tiếp tục đếm sau khi đã đạt đến giá trị đặt trước và dừng lại ở giá trị max. 32767.

Để xóa giá trị hiện hành của TONR và Timer Bit, ta sử dụng lệnh Reset (R).

Có 64 timer TONR trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như  ở bảng sau:

Ví dụ: Xét đoạn chương trình

9.4    Timer mở mạch chậm TOF

Sử dụng timer này khi cần trì hoãn thêm một khoảng thời gian rồi mới tắt ngõ ra kể từ khi tín hiệu ngõ vào IN xuống “0”. Timer TOF chỉ thực hiện đếm thời gian khi IN chuyển từ “1” xuống “0”.

Khi ngõ vào IN của Off-Delay Timer (TOF) ở logic “1”, thì Timer Bit ngay lập tức được đặt lên mức logic “1” và giá trị hiện hành được xóa về 0. Khi ngõ

vào IN xuống “0”, thì timer đếm cho đến khi thời gian trôi qua đạt đến giá trị thời gian đặt trước. Khi đạt đến giá trị đặt trước, Timer Bit được đặt về “0” và giá trị hiện hành dừng đếm. Nếu ngõ vào IN ở “0” trong khoảng thời gian ngắn hơn giá trị đặt trước, thì Timer Bit giữ ở “1”.

Để xóa timer, có thể sử dụng lệnh Reset (R). Lệnh Reset sẽ làm cho Timer Bit ở mức logic “0” và giá trị hiện hành của timer (Timer Current) =0.

Có 192 timer TON/TOF trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ở bảng sau:

Chú ý: Vì TON và TOF sử dụng cùng số timer, nên không thể đặt cho cả hai có cùng số Timer. Ví dụ đã đặt TON là T37 thì không được đặt TOF là T37.

Ví dụ: Xét đoạn chương trình

9.5   Ứng dụng Timer

9.5.1   Tạo xung có tần số theo mong muốn

Viết chương trình tạo xung theo mong muốn để sử dụng vào các mục đích khác nhau theo giản đồ xung sau:

9.5.2    Tạo Timer xung và timer xung có nhớ

9.5.2.1 Timer xung (Pulse timer)

Timer xung sẽ cho ngõ ra là một xung khi tín hiệu vào ở mức logic “1” có thời gian lớn hơn hay bằng thời gian đặt ở timer xung. Để dễ hình dung xem giản đồ thời gian của chương trình tạo timer xung với ngõ ra timer là Q0.0, ngõ vào tín hiệu là I0.0, thời gian xung là 5s như sau:

9.5.2.2 Timer xung có nhớ (Extended Pulse timer)

Timer xung sẽ cho ngõ ra là một xung khi có một xung tín hiệu vào. Để dễ hình dung xem giản đồ thời gian của chương trình tạo timer xung với ngõ ra timer là Q0.1, ngõ vào tín hiệu là I0.1, thời gian xung là 5s như sau:

9.5.3   Đảo chiều quay động cơ có khống chế thời gian

Mô tả hoạt động

Một động cơ điện 3 pha có thể đảo chiều quay. Khi ấn nút nhấn quay phải “S1” (NO) thì động cơ quay phải, đèn “H1” sáng báo động cơ quay phải. Khi ấn nút nhấn quay trái “S2” (NO) thì động cơ quay trái, đèn “H2” sáng báo động cơ quay trái. Động cơ có thể dừng bất cứ lúc nào nếu ấn nút nhấn dừng “S3” (NC) hoặc xảy ra sự cố quá dòng làm cho tiếp điểm (NC) của thiết bị bảo vệ “Q1” (motor CB) tác động. Khi dừng thì đèn báo “H0” sáng.

Việc đảo chiều quay không thể thực hiện được sau khi nút dừng “S3” được ấn và chưa hết 5s chờ cho động cơ dừng hẳn. Đèn báo chờ đợi “H3” sẽ chớp tắt với tần số 1Hz trong thời gian chờ động cơ dừng hẳn.

Sơ đồ mạch động lực và nối dây với PLC:

Ở chương 7, ta đã sử dụng PLC S7-200 loại DC/DC/DC. Ở chương này để giúp bạn đọc làm quen với nhiều loại ngõ ra, S7-200 được sử dụng là loại AC/DC/RLY (Xem thêm chương 5).

Do ngõ ra của PLC là loại relay nên ta có thể nối trực tiếp ngõ ra với cuộn dây của contactor điều khiển động cơ, tuy nhiên cần chú ý đến mạch an toàn cho các ngõ ra.

Phân tích:

• Trong các bài toán điều khiển động cơ, ta cần phải chú ý xem, nếu có sự cố xảy ra với các nút nhấn có làm cho động cơ hoạt động không theo mong muốn hay không. Để đề phòng trường hợp này xảy ra, người lập trình phải tạo ra một khóa.

Đối với mạch đảo chiều quay, có khống chế thời gian dừng (ở đây là 5s) thì khóa sẽ khống chế không cho động cơ khởi động không theo mong muốn cũng như sai chiều quay. Nếu khóa chưa được xóa về 0, thì không thể khởi động hay đảo chiều động cơ được. Trong bài toán này, khóa xóa về 0 khi cả 2 nút nhấn “S1” và “S2” không được tác động (ở trạng thái bình thường), hoặc thời gian chờ dừng đã hết. Khóa được chọn là M2.0

• Khi nút nhấn dừng “S3” được ấn, động cơ dừng và phải đợi trong thời gian 5s mới dừng hẳn, nên ta cần nhớ lại trạng thái này trong thời gian 5s để làm điều kiện SET cho khóa M2.0. Chọn memory bit M2.3.
• Để định thời 5s, sử dụng Timer TON. Chọn timer T33

9.5.4    Chiếu sáng Garage

Mô tả hoạt động

Đèn trước cửa Garage không được tắt ngay lập tức khi ấn công tắc, mà nó vẫn còn sáng thêm một khoảng thời gian nữa (khoảng 1 phút) để cho người đi.

9.5.5   Thiết bị rót chất lỏng vào thùng chứa

Sơ đồ công nghệ

Hình 9.2: Sơ đồ công nghệ thiết bị rót.

Mô tả hoạt động

Khi bật công tắc “S1” thì thùng từ kho chứa thùng rỗng sẽ được đưa vào băng tải, và băng tải vận chuyển thùng hoạt động. Khi một thùng rỗng đến dưới bồn chứa (được nhận biết bởi cảm biến “S2”) thì băng tải dừng. Van “Y1” mở rót chất lỏng trong bồn vào thùng. Sau thời gian 5s thì thùng chứa đầy. Van “Y1” đóng lại, một thùng rỗng sẽ được đưa vào băng tải và băng tải tiếp tục di chuyển cho đến khi nào thùng đến dưới bồn chứa thì dừng lại. Quá trình cứ lặp lại. Nếu chất lỏng trong bồn chứa hết thì còi “H1” sẽ báo với tần số 1Hz. Nếu thùng chứa trong kho hết thì băng tải cũng tự động dừng sau thời gian 15s kể từ thùng cuối cùng được rót đầy.

Chú ý: “Y2” là một solenoid được sử dụng để chặn thùng trong kho. Để thùng rớt vào băng tải chỉ cần solenoid có điện trong thời gian 100ms.

9.6   Câu hỏi và bài tập

BT9.1 Đèn hành lang hoặc đèn cầu thang có định thời.

Trên tường của các hành lang chung cư, trước mỗi cửa căn hộ có gắn một nút nhấn (giả sử hành lang có 6 căn hộ tương ứng 6 nút ấn từ S1 đến  S6) . Khi tác động nút nhấn thì đèn chiếu sáng hành lang (gồm có 6 đèn H1 đến H6) sẽ sáng trong thời gian 1 phút rồi sau đó tự động tắt. Nếu trong thời gian 1 phút mà có một nút nhấn nào đó được ấn tiếp tục thì đèn sẽ sáng thêm 1 phút nữa kể từ lúc ấn sau cùng. Yêu cầu:

1. Lập bảng xác định vào/ra
2. Vẽ sơ đồ nối dây vào/ra và nguồn cấp cho PLC S7-200 AC/DC/RLY.
3. Viết chương trình và sau đó nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.2     Tạo OFF-delay Timer

Từ một ON-delay timer, hãy viết chương trình tạo OFF-delay timer theo sơ đồ ở mục 9.4.

BT9.3     Điều khiển Đèn và Quạt hút

Trong một phòng vệ sinh có trang bị một đèn chiếu sáng và một quạt hút khí. Khi vào phòng, bật công tắc lên vị trí “ON” thì đèn sáng. Nếu ở trong phòng lâu hơn thời gian 3 phút thì quạt hút tự động hoạt động. Khi ra khỏi phòng bật công tắc về vị trí “OFF” thì đèn tắt. Nếu quạt hút đã hoạt động thì sau khi đèn tắt khoảng 5 phút nó mới tự động dừng. Yêu cầu:

1. Lập bảng xác định vào/ra
2. Vẽ sơ đồ nối dây PLC với ngoại vi
3.  Viết chương trình điều khiển và nạp vào PLC để kiểm tra

BT9.4     Điều khiển bơm nước

* Chế độ tự động:

Khi đặt công tắc “S1” về vị trí “Auto”, thì bơm nước hoạt động tự động. Nếu nước xuống dưới mức “min” (phát hiện bởi cảm biến “S4”) thì bơm sẽ được đóng điện bởi contactor K1. Khi nước trong bồn lên đến vị trí “max” thì contactor mất điện và động cơ bơm nước dừng. Ở chế độ tự động thì đèn H1 tắt.

Nhằm loại trừ sự sóng sánh của mặt nước khi bơm làm cho cảm biến báo mực nước ở vị trí “max” không chính xác, thì động cơ bơm nước cần phải kéo dài thời gian hoạt động thêm 1s nữa rồi mới dừng hẳn cho cả hai trường hợp “Manual” và “Auto”.

Yêu cầu:

1. Vẽ sơ đồ mạch động lực nối contactor với động cơ bơm nước 3pha
2. Lập bảng xác định vào/ra
3. Vẽ sơ đồ nối dây PLC
4. Viết chương trình điều khiển và nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.5     Điều khiển cửa lò

Một cửa lò có chức năng “mở, đóng và ở vị trí bất kỳ” được điều khiển bởi một cylinder. Ở vị trí bình thường thì cửa lò được đóng.

• Khi tác động nút nhấn “S1” (NO) thì cửa lò mở ra và khi đến công tắc hành trình giới hạn mở cửa “S4” (NC) thì dừng lại.
• Nếu cửa đã mở ra ở vị trí giới hạn mở cửa “S4” thì sẽ tự động đóng lại sau thời gian 6s hoặc nút nhấn đóng cửa “S2” (NO) được ấn.
• Khi đến giới hạn cửa đóng “S5” (NC) thì việc đóng cửa kết thúc.
• Quá trình đóng cửa dừng ngay lập tức nếu cảm biến L1 (NO) bị tác động. Nhưng nếu cảm biến quang không bị tác động thì quá trình đóng cửa vẫn tiếp tục.
• Khi cửa lò đang dịch chuyển có thể dừng bằng cách ấn nút dừng “S3” (NC).

Sơ đồ công nghệ

Yêu cầu:

1. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC
2. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.6    Điều khiển quá trình khởi động động cơ rotor dây quấn

Nhằm tránh dòng điện khởi động cao trong các động cơ rotor dây quấn có gắn thêm các điện trở phụ.

Khi tác động nút nhấn mở máy “S1” (NO), thì contactor K1 có điện. Các contactor K2, K3 và K4 bắt đầu đóng lần lượt cách nhau một khoảng thời gian là 5s. Khi contactor cuối cùng là K4 được đóng thì rotor được ngắn mạch và động cơ hoạt động ở chế độ định mức.

Khi tác động nút nhấn “S0” (NC) thì động cơ dừng.

Sơ đồ công nghệ

Yêu cầu:

1. Lập bảng xác định vào/ra
2. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại DC/DC/DC
3. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.7     Giám sát hoạt động băng tải bằng cảm biến phát xung

Một băng tải được truyền động thông qua một động cơ. Khi băng tải hoạt động thì cảm biến giám sát băng tải “S2” phát xung có điện áp 24V với tần số 10Hz. Khi băng tải đứng yên thì “S2” phát ra tín hiệu “0”.

Khi có lỗi xảy ra, ví dụ băng tải bị kẹt, tín hiệu giám sát không phát ra, ta cũng không biết là động cơ có tắt hay không. Trong trường hợp này, động cơ kéo băng tải phải dừng ngay lập tức và chuông báo băng tải bị lỗi “H1” vang với tần số 2Hz.

• Băng tải khởi động bằng nút nhấn “S1” (NO).
• Băng tải dừng bằng nút nhấn “S0” (NC).

Yêu cầu:

1. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại DC/DC/DC
2. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.8     Giám sát hoạt động băng tải bằng thời gian

Một băng tải vận chuyển sản phẩm được truyền động thông qua một động cơ. Sản phẩm trên băng tải được nhận biết bởi hai cảm biến “S2” và “S3”.

Thời gian tối đa để sản phẩm di chuyển từ “S2” đến “S3” là 3s. Nếu vượt quá thời gian này thì băng tải xem như bị lỗi. Khi bị lỗi thì động cơ kéo băng tải dừng ngay lập tức và một chuông báo phát ra với tần số 3Hz.

• Băng tải khởi động bằng nút nhấn “S1” (NO).
• Băng tải dừng bằng nút nhấn “S0” (NC).

Sơ đồ công nghệ

Yêu cầu:

1. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại DC/DC/DC
2. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.9     Khởi động Sao-tam giác

Thực hiện trình tự khởi động tự động sao-tam giác của một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc với PLC theo sơ đồ hình 9.8.

Khi ấn nút nhấn “S1” (NO), thì động cơ hoạt động ở chế độ sao (K1 và K2 đóng). Và sau một thời gian đặt trước (giả sử 10s), thì tự động chuyển sang chế độ tam giác (K2 mất điện, K3 có điện).

Khi ấn nút “S0” (NC) thì động cơ dừng ngay lập tức. Trong trường hợp quá tải (được báo bởi tiếp điểm nhiệt F2) thì động cơ cũng dừng.

Sơ đồ mạch động lực

Yêu cầu:

1. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại AC/DC/RLY
2. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.10     Kiểm tra chất lượng sản phẩm

Đồ hộp được vận chuyển trên một băng tải. Các hộp cách nhau một khoảng nhỏ. Các hộp đã được đóng nắp cần được kiểm tra tình trạng đổ đầy.

Việc kiểm tra chất lượng được thực hiện với một nguồn phát tia Gamma, đầu thu sẽ phát tín hiệu “1” nếu hộp không được đổ đầy. Việc đo được thực hiện xong nếu công tắc hành trình S1 bị tác động (phát ra tín hiệu “1”). Trường hợp hộp không được đổ đầy thì sau thời gian đo 2s, van Y1 điều khiển Cylinder đẩy hộp kém chất lượng ra ngoài.

Sơ đồ công nghệ

Yêu cầu:

1. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại AC/DC/RLY.
2. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra.

BT9.11     Điều khiển đèn giao thông

Một giao lộ có lối đi dành cho người đi bộ và ô tô hoạt động ở hai chế độ ngày và đêm.

* Chế độ ngày

Đèn hoạt động hoàn toàn tự động theo giản đồ thời gian hình 9.10. Chế độ ngày được chọn khi công tắc S1 ở logic “1”.

* Chế độ đêm

Khi đặt công tắc S1 ở logic “0” thì bộ điều khiển chuyển sang hoạt động ở chế độ đêm. Khi chuyển sang chế độ đêm thì chế độ ngày bị cắt ngay lập tức. Tất cả các đèn đều tắt, chỉ có đèn vàng ở đường dành cho ô tô chớp tắt với tần số 1Hz.

Sơ đồ công nghệ và giản đồ thời gian