Tổng quan về bộ điều khiển lập trình PLC
GIẢI THÍCH :
Các thiết bị (hay các toán hạng Operands):
X: Ngõ vào vật lý của PLC
Y: Ngõ ra vật lý của PLC
M,S: Là bit nội trong hệ thống dùng như các cờ hoạt động bên trong PLC như rơle hay cuộn dây
12 trang |
Chia sẻ: hao_hao | Lượt xem: 2839 | Lượt tải: 4
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tổng quan về bộ điều khiển lập trình PLC, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
3.1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC:
Với những hệ thống điều khiển dùng khí cụ điện từ, hệ thống điều khiển có kích thước lớn; khó thay đổi qui trình điều khiển để đáp ứng các cải tiến qui trình sản xuất . Tiến bộ hơn với các hệ thống điều khiển dùng các mạch điện tử bán dẫn, không gian choán chỗ thiết bị điều khiển thu gọn lại; nhưng cũng chưa đáp ứng được yêu cầu thay đổi qui trình điều khiển theo yêu cầu cải thiện các qui trình sản xuất.
Vào năm 1968, các kỹ sư của General Motors Copration’s Hydramatic đã nghiên cứu và phát triển một thiết bị có tên gọi là bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controllers). Bộ điều khiển lập trình giúp người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một qui trình điều khiển theo trình tự định trước. Các tín hiệu điều khiển trên ngõ ra PLC thường được kích hoạt bởi tác nhân kích thích bố trí trên ngọ vào; hơn nữa PLC cho phép thực thi quá trình có thời gian trễ( định thì ) hay thực thi các đếm chu trình có lập lại; thu thập và xử lý các tín hiệu số . . . . . Với thiết bị mới này, người vận hành có thể thay đổi qui trình điều khiển dễ dàng mà không cần phải thay đổi cách liên kết các thiết bị động lực đang được kết nối.
Qui trình vận hành toàn hệ thống được thay đổi dễ dàng theo các yêu cầu vận hành mới, theo các qui trình sản xuất cần cải tiến bằng cách lập trình lại nội dung chương trình bên trong PLC.Như vậy với PLC, con người có khả năng làm cho hệ thống điều khiển đạt đến các kết quả :
Vận hành ổn định.
Giao tiếp được với máy tính.
Dễ lập trình và bảo trì.
Có thể tái sử dụng vào các ứng dụng khác; cũng như khả năng mở rộng hệ thống điều khiển.
Các ưu điểm chính của PLC :
PLC có thể điều khiển nhiều tình huống xảy ra trong công nghiệp. Từ việc thực hiện một hành động đơn giản cho đến nhiều hành động được tích hợp với nhau một cách phức tạp.
Các chương trình trong PLC có thể được lập lại rất nhanh để điều khiển các công việc khác nhau trong một hệ thống, nghĩa là ta không cần phải đấu nối lại mạch điều khiển vốn rất phức tạp và tốn kém.
Một chương trình PLC khi được viết hoàn chỉnh, ta có thể sao chép sang các PLC khác dễ dàng. Khối lượng công việc lập trình và thiết kế của con người khi nhân bản các thiết bị của dây chuyền sản xuất.
Đáp ứng công việc nhanh, chính xác, ổn định trong thời gian dài so với các thiết bị điều khiển khác, đây là tiêu chuẩn quan trọng nhất và là thế mạnh của PLC.
Khi xét tính kinh tế, với một hệ thống điều khiển cần dùng relay trung gian ; nhiều bộ định thì và bộ đếm nên thay thế bằng PLC.
Khi dùng PLC, và kết nối mạng các PLC ; chúng ta có thể liên kết sử dụng được các thiết bị giao tiếp khác: bộ chuyển đổi A/D, bộ đếm nhanh… Ngoài ra còn có thể dùng màn hình theo dõi hiển thị, nhập xuất ghi nhân các dữ liệu; đây chính là bước chuyển tiếp từ quá trình điều khiển dùng PLC sang hệ thống giám sát SCADA,
2.2 cấu trúc của PLC:
Cấu trúc của PLC bao gồm các thành phần sau:
Thiết bị giao tiếp ngõ vào (Input Interface)
Thiết bị giao tiếp ngõ ra (Output Interface)
Đơn vị xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit)
Đơn vị lưu trữ (bộ nhớ - Memory )
Mối quan hệ giữa các thành phần trên được trình bày trong hình 3.1 :
Input Interface
Output Interface
CPU
Memory
Hình 3.1: các thành phần cơ bản của một PLC
Lưu đồ thông tin trong PLC được xử lí theo trình tự sau:
CPU sẽ đọc bộ nhớ
Kiểm tra trạng thái thiết bị giao tiếp ngõ vào – nhập dữ liệu
Cập nhật trạng thái CPU – xử lý dữ liệu
Cập nhật trạng thái thiết bị giao tiếp ngõ ra – xuất dữ liệu
2.2.1.Thiết bị giao tiếp trên ngõ vào (Input Interface)
Đây là nơi nhận tất cả các tín hiệu ngõ vào (thường dùng điện áp 24VDC hoặc 110VAC). Người thiết kế phải lựa chọn loại PLC tương thích với điện áp đang sử dụng. Các tín hiệu nhận trên ngõ vào được chuyển đến bộxử lý trung tâm CPU, để phòng ngừa sự cố gây hư hại cho CPU các nhà sản xuất sử dụng các linh kiện chuyển tín hiệu dùng phương pháp quang “Opto-Isolation” để tách biệt CPU với các tín hiệu điện áp cấp trực tiếp trên các ngõ vào.
2.2.2.Thiết bị giao tiếp trên ngõ ra (output Interface)
Đây là nơi xuất các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị; linh kiện bố trí trên ngõ ra PLC. Tín hiệu ngõ ra được cung cấp từ bộ xử lý trung tâm đến các ngõ ra thông qua các phần tử (trình bày trong bảng tóm tắt sau); tùy thuộc loại PLC và các yêu cầu điều khiển.
Loại thiết bị đóng cắt
Tầm điện áp vận hành
Thời gian tác động trung bình
Relay
250VAC hoặc 30VDC
10ms
Transistor
5V đến 30V DC
0.2ms
Triac
85V AC đến 242V AC
ON :1ms ; OFF :10ms
Tương tự như ngõ vào, Output Interface giao tiếp trực tiếp với CPU nên cũng cần sự tách biệt dùng “Opto-Isolation” để tránh các sự số áp có thể gây thiệt hại cho CPU.
Khi các ngõ vào, ra liên kết dạng logic :
Module trên ngõ vào cho phép ghi nhận quá trình diển tiến các trạng thái , đồng thời chuyển đổi tín hiệu điện nhận được sang các trạng thái logic (0 hay 1)
Module trên ngõ ra cho phép tác động lên các cơ cấu khởi động được liên kết với nó; đồng thời các module ngõ ra có thể chuyển đổi các trạng thái logic (0 hay 1) sang các tín hiệu điện.
Khi các ngõ vào, ra liên kết dạng truyền dữ liệu :
Trên các ngõ vào hay ra ta có thể thực hiện theo một trong hai phương án truyền dữ liệu song song hay nối tiếp. Tương ứng với mỗi phương pháp truyền dữ liệu này, trên mỗi ngõ vào hay ra ta cần có bộ nối kết giữa thiết bị ngoại vi với bộ vi xử lý bên trong PLC.
2.2.3.Bộ nhớ – (Memory):
Có 2 loại bộ nhớ, tại một thời điểm chỉ sử dụng đến 1 loại.
RAM (Random Access Memory) : thường tích hợp sẵn trong PLC.Đây là bộ nhớ không cố định các dữ liệu ; các dữ liệu được đọc, ghi trong suốt quá trình PLC hoạt động. Trên đó có sẵn khe cắm thêm ROM khi cần.
ROM (Read Only Memory) : thường dùng gắn ngoài, đây là bộ nhớ có các dữ liệu cố định; các dữ liệu này chỉ được đọc bởi bộ vi xử lý trong suốt quá trình PLC họat động. Bản thân ROM có 3 loại :
PROM (Programmable ROM) : chỉ được lập trình 1 lần, không thể xoá được
EPROM (Erasable Programmable ROM) : có thể xoá bằng tia cực tím
EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM): có thể xoá bằng điện
2.2.4.Đơn vị xử lý trung tâm – (Central Processing Unit)
Đơn vị xử lý trung tậm được xem là bộ não của PLC. Chương trình được đưa từ bộ nhớ đến để xử lý bởi CPU. Quá trình này được gọi là “vận hành chương trình”. Thực sự là chương trình được “quét”, được kiểm tra từ điểm khởi đầu đến điểm kết thúc, và các thông tin mới được cập nhật. Khái niệm “thời gian quét” của một PLC thường được xem là thời gian chạy một vòng chương trình. Thời gian này thường là khoảng 70ms, nhưng còn tuỳ thuộc độ dài và độ phức tạp của chương trình. Khi một “quá trình quét” này vừa kết thúc thì một “quá trình quét” khác được bắt đầu ngay lập tức.
Ngoài ra, trong quá trình hoạt động PLC cũng cần đến bộ nguồn và các bus (trạm) để có thể hoạt động.
Bộ nguồn : có nhiệm vụ cung cấp điện áp cần thiết từ nguồn điện lưới xoay chiều thông dụng 220V (hay 110V) thành nguồn áp DC 24V đưa đến các board mạch điện tử của PLC.
Bus (trạm) : là tập hợp các liên kết điện theo dạng song song (các đường liên kết này có thể dưới dạng mạch in hay cáp nhiều sợi ruột). Số lượng dây dẩn cấu tạo nên BUS phụ thuộc vào tải lượng của các tín hiệu thông tin đến BUS (khi truyền dữ liệu 8 bits ta cần cáp có 8 sợi ruột; khi truyền dữ liệu 16 bits ta cần cáp 16 ruột). Ta có hai loại BUS : xoay chiều (AC) và một chiều (DC).
2.3. MỘT SỐ YÊU CẦU ĐỐI VỚI PLC TRONG CÔNG NGHIỆP:
Trong quá trình vận hành, một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến khả năng làm việc tin cậy của PLC :
ẢNH HƯỞNG VẬT LÝ: bao gồm các yếu tố về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường không khí và độ rung.
ẢNH HƯỞNG ĐIỆN: bao gồm các tín hiệu nhiễu tia và các tín hiệu nhiễu truyền trong dây dẫn. Các tín hiệu nhiễu trong dây dẫn sinh ra do sự nối kết giữa nhiều thiết bị với nhau trong hệ thống PLC. Muốn bảo vệ chống lại các ảnh hưởng này chúng ta cần các bộ lọc . . . và dùng các biến áp cách ly khi cấp nguồn cho PLC.
ĐIỀU KIỆN NGUỒN : bao gồm ảnh hưởng do nguồn điện lưới chính sinh ra: sự cố mất nguồn thoáng qua, nhiễu truyền theo đường dây, hay biến đổi điện áp nguồn … Muốn bảo vệ cho PLC trong các trường hợp này, ta lắp đặt các bộ lọc nguồn trước khi cấp đến PLC, đồng thởi sử dụng kèm theo bộ UPS để ngăn ngừa điện áp mất đột biến hay thấp áp, quá áp dưới mức qui định.
2.4. GIỚI THIỆU một số LOẠI PLC:
Hiện nay, trong thị trường nước ta có rất nhiều chủng loại PLC, đượcchế tạo do nhiều nhà sản xuất khác nhau: MITSUBISHI với họ PLC FX (FX2N, FX0N,FX0, FX…); TÉLÉMÉCANIQUE với họ PLC TSX (NANO, PREMIUM, MICRO..); SIEMENS với họ PLC S7 (S7200, S7300,…)……
Hình 3.2 :một số hình ảnh của PLC
HÌNH 3.2: Hình dạng một số chủng loại PLC
2.5. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PLC:
2.5.1. các ĐỊNH NGHĨA :
Lệnh : Là thành phần cơ bản của một chương trình cho biết phép toán hay hành động nào đó phải thực hiện.
Chương trình: Là một dãy các lệnh được sắp xếp trật tự theo một chuỗi hành động nối tiếp nhau, các hành động này được thực hiện bởi bộ vi xử lý.
Dữ liệu: Sự biểu diễn thông tin theo quy ước, dưới dạng thích hợp để một thiết bị hay máy móc dùng lập trình có thể hiểu và xử lý được.
Lập trình là viết một loạt các chương trình nhằm để hướng dẫn cho PLC thực hiện các tác vụ định trước. Các chương trình này có thể được biễu diễn bằng từ ngữ hay hình vẽ, mà PLC có thể hiểu được các tác vụ yêu cầu trong chương trình.
2.5.2 PHÂN LOẠI NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH:
Các ngôn ngữ lập trình cho PLC có thể là 1 trong các dạng sau :
Giản đồ Logic (LOGIC GRAMME)
BOOLEAN
LITTERAL hay INSTRUCTION LIST – IL (theo nhà sản xuất MODICON TÉLÉMÉCANIQUE)
LADDER
GRAFCET hay SEQUENTIAL FUNCTION CHART – SFC (theo nhà sản xuất SIEMENS) hoặc STEP LADDER – STL (theo nhà sản xuất MITSUBISHI).
Như vậy tên gọi cho mỗi loại ngôn ngữ có thể thay đổi tuỳ theo nhà sản xuất. Trong thực tế, đa số các chương trình PLC được viết theo ngôn ngữ LITTERAL hay LADDER.
NGÔN NGỮ IL( INSTRUCTION LIST-DANH SÁCH LỆNH) :
Được phiên dịch là ngôn ngữ dòng lệnh hay danh sách lệnh, được xem là ngôn ngữ lập trình cơ bản dễ học, dễ dùng, nhưng phải mất nhiều thời gian kiểm tra đối chiếu để tìm ra mối quan hệ giữa một đọan chương trình lớn với chức năng nó thể hiện. Ngôn ngữ Instruction của từng nhà chế tạo PLC có cấu trúc khác nhau.
DẠNG LADDER :
Được phiên dịch là ngôn ngữ bậc thang, ngôn ngữ này trình bày theo dạng đồ họa cho phép nhập chương trình có dạng như một sơ đồ mạch điện dùng khí cụ điện. Phần mềm lập trình sẽ biên dịch các ký hiệu logic trên thành mã máy và lưu vào bộ nhớ của PLC. Sau đó, PLC sẽ thực hiện các tác vụ điều khiển theo logic thể hiện trong chương trình.
2.6. GIỚI THIỆU HỌ PLC ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN:
Trong luận văn này, PLC được khảo sát để xây dựng chương trình (theo yêu cầu đề ra trong nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp) thuộc họ EX1N của nhà sản xuất LIYAN (Đài Loan). PLC EX1N của nhà sản xuất LIYAN có cấu tạo và ngôn ngữ lập trình, phần mềm lập trình hoàn toàn giống với PLC họ FX của nhà sản xuất MITSUBISHI ; chúng ta có thể xem sản phẩm của LIYAN được chế tạo theo bản quyền của nhà sản xuất MITSUBISHI.
Tuy nhiên tập lệnh ngôn ngữ lập trình của PLC họ EX1N không đầy đủ hoàn toàn như tập lệnh của PLC họ FX2N; hầu hết các lệnh khiếm khuyết chỉ liên quan đến các lệnh điều khiển hướng hoặc xử lý dữ liệu tốc độ cao; do đó với yêu cầu của luận văn này, các lệnh khiếm khuyết không ảnh hưởng đến yêu cầu thực hiện của luận văn. Hình dạng của PLC họ EX1N của nhà sản xuất LIYAN trình bày trong hình 3.3; kết nối của PLC chủ (master) với khối mở rộng (expension block) trình bày trong hình 3.4.
HÌNH 3.3: Hình dạng của PLC họ EX1N của nhà sản xuất LIYAN
HÌNH 3.5: Kết nối giữa PLC chủ họ EX1N của nhà sản xuất LYAN với khối mở rộng ngõ vào / ra .
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA PLC HỌ EX1N (NHÀ SẢN XUẤT LIYAN):
THIẾT BỊ
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT
GHI CHÚ
Ngõ vào (X)
Max
X0 ¸ X177 ( 24VDC – 7mA cách ly với thiết bị ngoài bằng opto)
Ngõ ra (Y)
Max
Y0 ¸ Y177 (Dạng Relay: 250VAC/1A ; Dạng Transistor 30VDC/ 0,5A)
Rơ- le
(M)
Chốt
Số lượng : 500
M0 ¸ M499
Chung
Số lượng : 1036
M500 ¸ M1535
Chuyên dùng
Số lượng : 256
M8000 ¸ M8255
Rơ-le trạng thái (S)
Chốt
Số lượng : 500
S0 ¸ S499
Chung
Số lượng : 500 (tập con)
S500 ¸ S999
Khởi tạo
Số lượng : 10 (tập con )
S0 ¸ S9
Cờ
Số lượng : 100
S900 ¸ S999
Thanh
ghi
(D)
Chốt
Số lượng : 256
D0 ¸ D255
Chung
Số lượng : 3744
D256 ¸ D3999
Tập tin
Số lượng : 2000
D1000 ¸ D2999
RAM
Số lượng : 2000
D6000 ¸ D7999
Chuyên dùng
Số lượng : 256
D8000 ¸ D8255
Chỉ mục
Số lượng : 8 (cho mỗi loại)
V0 ¸ V7
Z0 ¸ Z7
Bộ đếm
(C)
16 bit Chốt
Khoảng đếm : 1 ¸ 32.767
C0 ¸ C31
16 bit Chung
Số lượng 100 (tập con)
C32 ¸ C199
Chung 32 bit
Khoảng đếm : -2.147.483.648 ¸2.147.483.648
C200 ¸ C215
Chốt 32 bit
Số lượng : 35 (tập con)
C216 ¸ C255
Bộ đếm
tốc độ cao (C)
1 pha
Tương ứng 6 ngõ vào từ X0 đến X5
X0 ¸ X1 : dạng 1 pha 60KHz ; X2 ¸ X5 : dạng 1 pha 10 KHz
2 pha
X0 ¸ X1 : dạng 2 pha 30KHz ; X2 ¸ X5 : dạng 2 pha 5 KHz
Bộ định thì (T)
100 mili giây
Khoảng định thì : 0 ¸ 3,276.7 giây
Số lượng : 200
T0 ¸ T199
10 mili giây
Khoảng định thì : 0 ¸ 327.67 giây
Số lượng : 56
T200 ¸ T255
1mili giây
con chỏ
(pointer)
p ; i , N
con chỏ p
Tương ứng với lịnh : JUMP , CALL
P000 ¸ P127
ngắt I
I0XX ¸ I8XX
NEST (N)
N0 ¸ N7
hằng số
k: Thập phân
H : Hexa
K 16 bits
Từ -32678 đến +32678
K 32 bits
Từ -2.147.483.648 đến +2.147.483.648
H 16 bits
0000H đến FFFFH
H 32 BITS
00000000H đến FFFFFFFFH
2.7. GIỚI THIỆU TẬP LỆNH CƠ BẢN CỦA PLC HỌ EX1N:
PLC họ EX1N của nhà sản xuất LIYAN và PLC họ FX2N của nhà sản xuất Misubishi có cùng tập lệnh lập trình. Tuy nhiên, tập lệnh PLC họ EX1N không đầy đủ hoàn toàn như tập lệnh của PLC họ FX2N.
Phần mềm lập trình cho PLC họ EX1N là phần mềm FXGPWIN của nhà sản xuất Misubishi cho PLC họ FX.
LỆNH
CHỨC NĂNG
KÝ HIỆU
THIẾT BỊ
SỐ BƯỚC
LD
Tác vụ logic khởi tạo
lọai công tắc NO
LD
X, Y,M, S, T, C
1
LDI
Tác vụ logic khởi tạo
lọai công tắc NC
LDI
X,Y,M,S,T,C
1
OUT
Tác vụ logic cuối
lọai điều khiển cuộn dây
OUT
Y,M,S,T,C
Y,M:1; S,M:2, T:3
C(16 bit) : 3
C(32bit) : 5
AND
Nối tiếp các công tắc NO
AND
X,Y,M,S,T,C
1
ANI
Nối tiếp các công tắc NC
ANI
X,Y,M,S,T,C
1
OR
Nối song song
các công tắc NO
OR
ORI
X,Y,M,S,T,C
1
ORI
Nối song song
các công tắc NC
X,Y,M,S,T,C
1
ORB
Nối song song
nhiều mạch công tắc
ORB
Không có
1
ANB
Nối nối tiếp
nhiều mạch công tắc
ANB
Không có
1
MC
Chỉ ra các điểm bắt đầu của một khối điều khiển chính
Y,M : cho phép thêm M lọai NO
N: chỉ mức lồng(N0-N7)
3
MCR
Chỉ ra các điểm bắt đầu của một khối điều khiển chính
N:chỉ mức lồng
(N0-N7) được đặt lại
2
SET
Đặt một thiết bị (bit) lên ON vĩnh viễn
Y,M,S
Y,M :1
S M : 2
RST
Đặt một thiết bị (bit) xuống OFF vĩnh viễn
Y,M,S,D,V,Z
D, thanh D
Chuyên dùng
V,Z:3
PLS
Kích xung khi có cạnh lên
Y,M
2
PLF
Kích xung khi có cạnh xuống
Y,M
2
MPS
Lưu kết quả hiện hành của tác vụ trong PLC
MPS
Không có
MRD
Đọc kết quả hiện hành của tác vụ trong PLC
MRD
Không có
MPP
Gọi ra và loại bỏ kết quả đã lưu
MPP
Không có
NOP
Không tác vụ hay bước rỗng
Không có
Không có
1
END
Buộc kết thúc chương trình
END
Không có
1
Giải thích :
Các thiết bị (hay các toán hạng Operands):
X: Ngõ vào vật lý của PLC
Y: Ngõ ra vật lý của PLC
M,S: Là bit nội trong hệ thống dùng như các cờ hoạt động bên trong PLC như rơle hay cuộn dây
T: Thiết bị định thì trong PLC
C: Thiết bị đếm trong PLC.
BẢNG TÓM TẮT CÁC LỆNH ỨNG DỤNG CƠ BẢN THÔNG DỤNG:
LỆNH VỀ ĐIỀU KHIỂN LƯU TRÌNH
CJ
Lịnh nhảy có điều kiện (Conditional Jump)
FNC 00
CALL
Gọi chương trình con (Call Subroutine)
FNC 01
LỆNH VỀ DI CHUYỂN VÙNG NHỚ VÀ SO SÁNH
CMP
So sánh (Compare)
FNC 10
ZCP
So sánh vùnbg (Zone Compare)
FNC 11
MOV
Di chuyển dữ liệu (Move)
FNC 12
XCH
Chuyểnđổi dữ liệu (Exchange)
FNC 17
BCD
Chuyểnđổi sang số BCD (Binary Coded Decimal)
FNC 18
BIN
Chuyển đổi sang số nhị phân (Binary)
FNC 19
LỆNH VỀ XỬ LÝ SỐ HỌC VÀ LOGIC (+,-,x,¸)
ADD
Cộng (Addition)
FNC 20
SUB
Trừ (Subtraction)
FNC 21
MUL
Nhân (Multiplication)
FNC 22
DIV
Chia (Division)
FNC 23
INC
Gia tăng 1 đơn vị (Increment)
FNC 24
DEC
Giảm 1 đơn vị (Decrement)
FNC 25
LỆNH VỀ XỬ LÝ DỮ LIỆU
ZRST
Chỉnh đặt lại giá trị cho một vùng (Zone Reset)
FNC 40
DECO
Giải mả (Decode)
FNC 41
ENCO
Mả hóa (Encode)
FNC 42
SUM
Cộng các bit đang hoạt động (The Sum of Active Bits)
FNC 43
LỆNH VỀ NHẬP XUẤT DỮ LIỆU
FROM
Đọc bộ nhớ đệm từ các khối chức năng
(Read from a Special Function Block)
FNC 78
TO
Viết vào các bộ nhớ đệm của các khối chức năng
(Write to a Special Function Block)
FNC 79
&
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- Tổng quan về bộ điều khiển lập trình PLC.doc