Dùng các lệnh từ cơ bản đến nâng cao của PLC để lập trình kết nối điều khiển thiết bị ngoại vi

CHÖÔNG 01 1.1.CAÁU TRUÙC CUÛA MOÄT HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN TÖÏ ÑOÄNG: Vôùi söï phaùt trieån khoa hoïc kyõ-thuaät hieän nay, moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng ñöôïc hình thaønh töø caùc thaønh phaàn nhö sau: CÔ CAÁU HOÏAT ÑOÄNG : Bao goàm caùc thieát bò hay caùc khí cuï nhö sau: Ñoäng cô ñieän. Kích thuûy löïc, khí neùn. Valve ñieän töø . . . . CAÙC CAÛM BIEÁN: Nhieäm vuï cuûa caùc caûm bieán duøng thu thaäp döû lieäu; caùc caûm bieán coù theå thuoäc caùc daïng nhö sau: Tieáp ñieàm haønh trình. Teá baøo quang ñieän. Nhieät trôû (Thermistor). Caûm bieán phaùt hieän tieáp caän (magnetic pick-up). ….. . . CAÙC THIEÁT BÒ LAÄP TRÌNH HAY THIEÁT BÒ NOÁI KEÁT : Nhieäm vuï cuûa caùc thieát bò laäp trình hay noái keát laø xöû lyù caùc döû lieäu ghi nhaän ñöôïc töø caùc caûm bieán vaø caáp caùc tín hieäu ñeán cô caáu tieàn hoïat ñoäng (caùc boä Driver) ñeå ñieàu khieån cô caáu hoïat ñoäng. Vôùi caùc thieát bò laäp trình chuùng ta coù theå söû duïng caùc daïng sau: PLC (Programmable Logic Controller). Boä vi ñieàu khieån (Micro Controller). Caùc maïch ñieän töû ñieàu khieån, söû duïng phoái hôïp caùc maïch töông ñoàng (analog) vaø maïch soá (digital). Caùc thieát bò keát noái thöôøng tìm thaáy treân heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng coå ñieån tröôùc ñaây bao goàm: Relay, contactor. Caùc thieát bò duøng khí neùn, thuûy löïc. . . . . . CAÙC CÔ CAÁU TIEÀN HOÏAT ÑOÄNG (TAÀNG ÑEÄM- DRIVER): Nhieäm vuï cuûa caùc thieát bò trong cô caáu naøy laø ñieàu khieån coâng suaát. Khi nhaän tín hieäu töø caùc thieát bò laäp trình, caùc thieát bò trong cô caáu tieán hoïat ñoäng ñieàu khieån thay ñoåi traïng thaùi hay caùc cheá ñoä cuûa thieát bò trong cô caáu hoïat ñoäng . Caùc thieát bò trong taàng ñeäm hay tieàn hoïat ñoäng coù theå laø: contactor; boä bieán taàn; boä phaân chia khí neùn. . . HÌNH 1.1: Sô ñoà moâ taû caáu truùc cuûa heä thoáng töï ñoäng. CAÙC BOÄ PHAÄN GIAO TIEÁP: Ngoøai caùc thaønh phaàn thuoäc voøng ñieàu khieån kín treân, ñeå coù theå thöïc hieän sö giao tieáp giöûa con ngöôøi ñeán caùc maùy moùc thieát bò trong heä thoáng töï ñoäng; chuùng ta phaûi söû duïng ñeán caùc boä giao tieáp. Moät caùc toång quaùt caùc thieát bò hay khí cuï thuoäc boä phaän giao tieáp bao goàm: Nuùt nhaán, contact. . Baøn phím vaø maùy tính PC. Maøn hình coù laäp trình. Handhold (boä baøn phím laäp trình beân ngoøai) Trong hình 1.1; chuùng ta coù moät löu ñoà moâ taû töông quan giöûa caùc khaâu thaønh phaàn trong heä thoáng ñieåu khieån töï ñoäng,. Trong ñoù, chuùng ta coù theå thaáy ñöôïc heä thoáng ñieàu khieån thöïc chaát bao goàm hai khaâu chính: Khaâu chaáp haønh. Khaâu ñieàu khieån. KHAÂU CHAÁP HAØNH: Thao taùc hay taùc ñoäng leân nguyeân lieäu hoaëc saûn phaåm. Khaâu chaáp haønh bao goàm caùc boä khôûi ñoäng, maùy coâng cuï, maùy cô cho pheùp thöïc hieän caùc quaù trình cheá bieán saûn phaåm. Chuùng ta coù theå hình dung khaâu chaáp haønh qua caùc thí duï sau: Ñoäng cô ñieän khôûi ñoäng caùc baêng chuyeàn vaän chuyeån. Kích khí neùn ñieàu khieån ñònh höôùng chuyeån caùc kieän haøng. Kích thuûy löïc ñaûm baûo ñoùng môû maùy daäp. . . . KHAÂU ÑIEÀU KHIEÅN: Khaâu ñieàu khieån coù chöùc naêng : Taïo ra caùc tín hieäu (hay caùc lònh) ñieàu khieån khaâu chaáp haønh. Nhaän caùc thoâng tin phaûn hoài vaø coù chöùc naêng phoái hôïp caùc thao taùc hay caùc haønh ñoäng. Khaâu ñieàu khieån coù theå thöïc hieän theo moät trong hai daïng coâng ngheä nhö sau: logic keát noái hay logic laäp trình. Keát noái logic coù theå xem nhö moät daïng xöû lyù caùc thoâng tin theo daïng song song (ñoàng thôøi); cuøng moät luùc chuùng ta coù theå yeâu caàu thöïc hieän nhieàu taùc vuï, hay taùc ñoäng leân nhieàu thaønh phaàn trong heä thoáng (xem sô ñoà moâ taû trong hình 1.2). Vôùi coâng ngheä logic keát noái , söï vaän haønh cuûa heä thoáng ñöôïc xaùc laäp baêng phöông phaùp noái keát giöûa caùc thaønh phaàn ñieàu khieån khaùc nhau. Nhö vaäy, khi thay ñoåi quaù trình vaän haønh, chuùng ta baét buoäc phaûi thay ñoåi söû keát noái giöûa caùc thaønh phaàn (thay ñoåi noái keát phaàn cöùng). Vôùi coâng ngheä logic laäp trình, söï vaän haønh cuûa heä thoáng xaùc laäp theo chöông trình ñònh tröôùc vaø thöïc thi theochu kyø baèng boä vi xöû lyù. Khi thay ñoåi quaù trình vaän haønh cuûa heä thoáng, chuùng ta coù theå thay ñoåi chöông rtình maø khoâng caàn thay ñoåi caùc keát noái boä caûm bieán vaø thieát bò tieàn khôûi ñoäng. HÌNH 2.2: Caùc coâng ngheä ñieàu khieån 1.2.CAÁU TRUÙC CUÛA MOÄT PLC: PLC laø thuaät ngöû vieát taét töø danh töø : PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER. Caáu truùc toång quaùt cuûa moät PLC bao goàm caùc thaønh phaàn sau: Boä nguoàn. Bus (Traïm). Boä nhôù. Boä vi xöû lyù CPU. Caùc ngoû vaøo vaø ra. BOÄ NGUOÀN: coù nhieäm vuï cung caáp ñieän aùp caàn thieát töø nguoàn ñieän löôùi xoay chieàu thoâng duïng 110V (hay 220V) hoaëc nguoàn aùp moät chieàu 24V ñeán caùc board maïch ñieän töû cuûa PLC. BUS(TRAÏM): laø taäp hôïp caùc lieân keát ñieän theo daïng song song (caùc ñöôøng lieân keát naøy coù theå döôùi daïng maïch in hay caùp nhieàu sôïi ruoät). Soá löôïng daây daån caáu taïo neân BUS phuï thuoäc vaøo taûi löôïng cuûa caùc tín hieäu thoâng tin ñeán BUS (khi truyeàn döû lieäu 8 bits ta caàn caùp coù 8 sôïi ruoät; khi truyeàn duû lieän 16 bits ta caàn caùp 16 ruoät). Ta coù hai loïai BUS: xoay chieàu (AC) vaø moät chieàu (DC). BOÄ NHÔÙ: Boä nhôù thöôøng ñöôïc chia thaønh hai nhoùm chính: Boä nhôù ñoäng (RAM : Random Access Memory) ñaây laø boä nhôù khoâng coá ñònh caùc döû lieäu. Caùc döû lieäu ñöôïc ñoïc vaø ghi bôûi boä vi xöû lyù trong suoát quaù trình PLC hoïat ñoäng. Boä nhôù tænh (ROM : Read Only Memory) ñaây laø boä nhôù coù caùc döû lieäu coá ñònh; caùc döû lieäu naøy chæ ñöôïc ñoïc bôûi boä vi xöû lyù trong suoát quaù trình PLC hoïat ñoäng. Vôùi boä nhôù tænh (tuøy theo loïai ROM) ta coù theå coù caùc daïng nhö sau: PROM (ROM Programmable) : khoâng theå xoùa. EPROM : boä nhôù cuûa ROM coù theå xoùa baèng tia cöïc tím. EEPROM : boä nhôù cuûa ROM coù theå xoùa baèng ñieän. Dung löôïng cuõa boä nhôù ñöôïc bieåu dieån baèng soá töø hay soá byte maø boä nhôù coù theå chöùa ; trong ñoù moãi töø töông öùng vôùi 1 byte chöùa 8 bits. Ñôn vò ño löôøng cuûa boä nhôù thöôøng ñöôïc tính theo KILO BYTE (1 KB töông öùng 210 = 1024 bytes). Caáu truùc beân trong boä nhôù coù theå moâ taû ñôn giaûn nhö sau (xem hình 1.3) Muoán truy xuaát ñoïc döû lieäu trong boä nhôù, ta thöïc hieän trình töï sau ñaây: Ñaàu tieân nhaäp tín hieäu maû ñòa chæ caàn truy xuaát vaøo caùc bus ñòa chæ. Phaùt tín hieäu choïn löïa cheá ñoä ñoïc vaøo ñöôøng tín hieäu ñoïc/ ghi. Khi coù ñaày ñuû caùc tín hieäu treân, boä nhôù seõ xuaát caùc döõ lieäu ñang löu tröû treân caùc bus döû lieäu. HÌNH 1.3: Caáu truùc beân trong moät boä nhôù. VI XÖÛ LYÙ (CPU): Thuaät ngöû CPU ñöôïc vieát taét töø danh töø Central Processing Unit . Ñaây laø boä phaän ñaàu naûo cuûa PLC, nhieäm vuï cuûa CPU laø lieân keát thöôøng xuyeân caùc chöông trình ñang chöùa trong boä nhôù. Quaù trình hoïat ñoäng cuûa CPU ñöôïc toùm taét ñôn giaûn nhö sau: Theo chöông trình ñaõ ñöôïc naïp saún, CPU kieåm tra caùc thoâng tin vaø caùc soá lieäu nhaän ñöôïc töø caùc module nhaäp (input), caùc cô quan ñieàu khieån, caûm bieán. . . Phaùt lònh ñieàu khieån ñeán caùc cô caáu tieàn hoïat ñoäng thoâng qua caùc module xuaát (output). CAÙC NGOÛ VAØO VAØ RA: Khi PLC lieân keát vôùi caùc module beân ngoøai treân caùc ngoû vaøo vaø ra, ta coù theå phaân chia phöông phaùp lieân keát thaønh hai daïng: Daïng logic. Daïng truyeàn döû lieäu. Khi caùc ngoû vaøo ra daïng logic: module treân ngoûa vaøo cho pheùp ghi nhaän (baét- capture) caùc traïng thaùi cuûa caûm bieán.; ñoàng thôøi chuyeån ñoåi tín hieäu ñieän nhaän ñöôïc sang caùc traïng thaùi logic (0 hay 1). Taïi caùc module treân ngoû ra cho pheùp taùc ñoäng leân caùc cô caáu khôûi ñoäng ñöôïc lieân keát vôùi noù; ñoàng thôøi caùc module ngoû ra coù theå chuyeån ñoåi caùc traïng thaùi logic (0 hay 1) sang caùc tín hieäu ñieän (xem hình 1.4). HÌNH 1.4: Caùc ngoû ra vaø vaøo lieân keát theo daïng logic. Khi caùc ngoû vaøo vaø ra lieân keát theo daïng truyeàn döû lieäu; treân caùc ngoû vaøo hay ra ta coù theå thöïc hieän theo moät trong hai phöông aùn truyeàn döû lieäu song song hay noái tieáp. Töông öùng vôùi moãi phöông phaùp truyeàn döû lieäu naøy, treân moãi ngoû vaøo hay ra ta caàn coù boä noái keát giöûa thieát bò ngoïai vi vôùi boä vi xöû lyù beân trong PLC. Phöông thöùc thöïc hieän keát noái trình baøy trong hình 1.5. HÌNH 1.5: Caùc boä noái keát truyeàn döû lieäu theo phöông thöùc song song hay noái tieáp. 1.3.NGUYEÂN-TAÉC VAÄN HAØNH CUÛA MOÄT PLC: Tröôùc tieân chuùng ta thoáng nhaát veà ñònh nghæa cho caùc thuaät ngöû sau: DÖÛ LIEÄU: Söï bieåu dieån thoâng tin theo qui öôùc döôùi daïng thích hôïp ñeå moät thieát bò (hay maùy moùc) duøng laäp trình coù theå hieåu vaø xöû lyù ñöôïc. LÒNH : Lònh laø thaønh phaàn cô baûn cuûa moät chöông trình cho bieát pheùp toùan hay haønh ñoäng naøo ñoù phaûi thöïc hieän. CHÖÔNG TRÌNH: Chöông trình laø moät daûy caùc lònh saép xeáp traät töï theo moät chuoåi haønh ñoäng noái tieáp nhau, caùc haønh ñoäng naøy thöïc hieän bôûi boä vi xöû lyù. Khi vaän haønh theo traïng thaùi bình thöôøng, PLC thöïc hieän coù chu kyø. CHU KYØ : Chu kyø vaän haønh cuûa PLC laø khoûang thôøi gian giöûa hai laàn nhaäp caùc tín hieäu (vaät lyù) ôû ngoû vaøo. Trong moãi chu trình hoïat ñoäng, PLC thöïc hieän tuaàn töï 3 giai ñoïan taùc ñoäng: BÖÔÙC 1: Boä vi xöû lyù ghi nhaäp caùc traïng thaùi logic treân caùc ngoû vaøo vaø chuyeån caùc traïng thaùi logic naøy vaøo trong boä nhôù döû lieäu. BÖÔÙC 2: Vi xöû lyù thöïc hieän caùc lònh chöùa trong boä nhôù chöông trình theo tuaàn töï töø lònh ñaàu tieân ñeán lònh cuoái cuøng. Chöông trình thöïc hieän vôùi caùc traïng thaùi ngoû vaøo ñaõ ñöôïc ghi nhaän trong boä nhôù döû lieäu. Sau cuøng caùc keát quaû cuûa moãi lònh ñöôïc xuaát vaøo boä nhôù döû lieäu. BÖÔÙC 3: Vi xöû lyù taäp hôïp caùc traïng thaùi logic cuûa keát quaû ngoû ra (ñang ñöôïc chöùa trong boä nhôø döû lieäu) chuyeån ñeán caùc module treân ngoû ra. Nguyeân taéc vaän haønh ñôn giaûn cuûa PLC ñöôïc toùm taét trong hình 1.6. HÌNH 1.6: Caùc thao taùc trong moät chu kyø vaän haønh cuûa PLC. 1.4.CAÙC YEÂU CAÀU ÑOÁI VÔÙI PLC COÂNG NGHIEÄP: Trong quaù trình vaän haønh, caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán traïng thaùi hoïat ñoäng cuûa PLC bao goàm 3 yeáu toá aûnh höôûng chính nhö sau: AÛNH HÖÔÛNG VAÄT-LYÙ: bao goàm caùc yeáu toá veà nhieät ñoä, ñoä aåm cuûa moâi tröôøng khoâng khí vaø ñoä rung. AÛNH HÖÔÛNG ÑIEÄN: bao goàm caùc tín hieäu nhieåu tia vaø caùc tín hieäu nhieåu truyeàn trong daây daån. Caùc tín hieäu nhieåu trong daây daån sinh ra do söõ noái keát giöûa nhieàu thieát bò vôùi nhau trong heä thoáng PLC. Muoán baûo veä choáng laïi caùc aûnh höôûng naøy chuùng ta caàn caùc boä loïc ngöôûng ñieän aùp, boä loïc treå vaø duøng caùc bieán aùp caùch ly khi caáp nguoàn cho PLC. ÑIEÀU KIEÄN NGUOÀN : bao goàm aûnh höôûng do nguoàn ñieän löôùi chính sinh ra. Caùc söï coá do nguoàn aûnh höôûng ñeán cheá ñoä hoïat ñoäng cuûa PLC coù theå lieät keâ nhö sau: Söï coá maát nguoàn thoùang qua. Söï bieán ñoåi möùc ñieän aùp nguoàn (quaù aùp +10% ; hay thaáp aùp – 15% so vôùi giaù trò ñònh möùc). Nhieåu truyeàn theo ñöôøng daây. Muoán baûo veä cho PLC trong caùc tröôøng hôïp naøy, ta laép ñaët caùc boä loïc nguoàn tröôùc khi caáp ñeán PLC, ñoàng thôûi söû duïng keøm theo boä UPS ñeå choáng tình traïng ñieän aùp maát ñoät bieán hay thaáp aùp, quaù aùp döôùi möùc qui ñònh. 1.5.HÌNH DAÏNG CUÛA MOÄT SOÁ PLC: Trong giaùo trình naøy, nhaèm giuùp sinh vieân coù theå söû duïng vaø laäp trình ñieàu khieån duøng PLC moät caùch cuï theå; chuùng toâi chæ giôùi thieäu hai daïng PLC sau ñaây: MODICON TSX NANO (cuûa nhaø saûn xuaát TEÙLEÙMEÙCANIQUE ). FX 2N (cuûa nhaø saûn xuaát MITSUBISHI). Tuy nhieân, vôùi moãi nhaø saûn xuaát tuøy thuoäc : muïc tieâu ñieàu khieån, phaïm vi ñieàu khieån, möùc ñoä phöùc taïp cuûa quaù trình ñieàu khieån (soá löôïng ngoû vaøo vaø ngoû ra treân PLC. .); chuùng ta coù nhieàu hoï PLC khaùc nhau: Vôùi nhaø saûn xuaát TEÙLEÙMEÙCANIQUE, chuùng ta coù caùc hoï PLC (hình 1.7): MODICON TSX NANO. MODICON TSX MICRO. MODICON TSX PREMIUM. Khi laäp trình vaän haønh PLC chuùng ta coù theå thöïc hieän theo moät trong hai phöông thöùc sau: Duøng boä naïp töø baøn phím ngoøai, thöôøng goïi laø “hand hold”. Duøng maùy tính PC vôùi phaàn meàm laäp trình chuyeân duøng tuøy töøng loïai PLC. Caùc kyõ-thuaät naøy seõ ñöôïc trình baøy trong caùc chöông sau. PLC TSX Premium Hand hold PLC TSX Micro PLC TSX Nano PLC TSX Nano HÌNH 1.7: Hình daïng caùc PLC TSX cuûa nhaø saûn xuaát MODICON TEÙLEÙMEÙCANIQUE LAÄP TRÌNH PLC DUØNG MAÙY TÍNH PC LAÄP TRÌNH PLC QUA THIEÁT BÒ HAND HOLD HÌNH 1.8 : Caùc phöông thöùc laäp trình cho PLC. PLC FX ON CUÛA NHAØ SAÛN XUAÁT MITSUBISHI HAND HOLD HÌNH 1.9 : Moät soá caùc daïng PLC cuûa nhaø saûn xuaát MITSUBISHI