Lý thuyết PLC

Chia sẻ: Trần Phong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:51

2
2.194
lượt xem
1.484
download

Lý thuyết PLC

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Lý thuyết PLC

  1. Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PLC 2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển : Một hệ thống sản xuất có khả năng tự khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã đạt được xác định nhằm đạt kết quả tốt nhất ở sản phẩm đầu ra thì được gọi là Hệ thống điều khiển. Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: ● Điều khiển nối cứng. ● Điều khiển logic khả trình. Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần sau: ● Khối vào. ● Khối xử lý-điều khiển. ● Khối ra. Khối vào: Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có thể ON/OFF hoặc dạng liên tục(analog). Khối xử lý: Khối có nhiệm vụ xử lý thông tin từ khối vào để tạo những tín hiệu ra đáp ứng yêu cầu điều khiển. Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này được sử dụng tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở ngõ ra. Các ngõ ra là: động cơ điện, xy lanh, solenoid, van, role… 2.2 Sơ lược về lịch sử của PLC : Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và công nghiệp, tự động hóa đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học…Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng là Bộ điều khiển lập trình PLC. Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968(Công ty General Motor-Mỹ), với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển : ● Dễ lập trình và thay đổi chương trình. ● Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa. ● Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng
  2. bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra sự phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng : ● Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông. ● Bộ nhớ lớn hơn. ● Nhiều loại Module chuyên dùng hơn. Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực.. Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn. 2.3 Phân loại PLC: 2.3.1 Theo hãng sản xuất: Các nhãn hiệu như Siemens, Ormon, Misubishi, Alenbratlay… 2.3.2 Theo version: PLC Siemens có các họ như S7-200, S7-300, S7-400,… PLC S7-200 của hãng Siemens
  3. PLC S7-300 của Siemens PLC S7-400 của Siemens Misubishi có các họ như Alpha, Fx, Fx0, Fx0N,Fx1N,Fx2N… PLC loại ALPHA Đây là loại PLC có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp với các ứng dụng với số lượng I/O nhỏ hơn 30 cổng. Dòng ALPHA có màn hình LCD và các phím nhấn cho phép thao tác, lập trình, sửa đổi… chương trình được tích hợp bên trong bộ đếm tốc độ cao và bộ ngắt (role trung gian), cho phép xử lý tốt một số ứng dụng phức tạp… PLC loại FX0S Đây là loại PLC có kích thước siêu nhỏ, phù hợp với các ứng dụng với số lượng I/O nhỏ hơn 30, giảm chi phí lao động và kích cỡ panel điều khiển. Với việc sử dụng bộ nhớ chương trình bằng EEPROM cho phép dữ liệu chương trình được lưu lại trong bộ nhớ trong trường hợp mất nguồn đột xuất, giảm thiểu thời gian bảo hành sản phẩm. Dòng FX0 được tích hợp sẵn bên trong bộ đếm tốc độ cao và các bộ tạo ngắt, cho phép xử lý tốt một số ứng dụng phức tạp.
  4. Nhược điểm của dòng FX0 là không có khả năng mở rộng số lượng I/O, không có khả năng nối mạng, thời gian thực hiện chương trình lâu. PLC loại FX0N FX0N PLC sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ với số lượng I/O có thể quản lý nằm trong miền 10-128 I/O. FX0N thực chất là bước đệm trung gian giữa FX0S với FX PLC. FX0N có đầy đủ các đặc trưng cơ bản của dòng FX0S, đồng thời còn có khả năng mở rộng tham gia nối mạng. PLC loại FX1N PLC FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O. Tuy nhiên khi sử dụng các module vào ra mở rộng lên tới 128 I/O ♦ Bộ nhớ chương rình 8000 kstep. ♦ Chu kỳ lệnh 0.55us/lệnh 6 bộ đếm tốc độ cao(60KHz), hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100KHz. ♦ Nguốn cung cấp:12-24VDC, 120-240VAC Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho các ứng dụng dùng trong công nghiệp chế biến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệ thống điều hòa không khí trong các nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiển máy dệt,… PLC loại FN2N Đây là loại PLC có tính năng tương đối mạnh, FX2N trang bị tất cả các tính năng dòng FX1N. Tốc độ xử lý tăng cường với thời gian thực hiện 0.08us/lệnh. Điều khiển số lượng đầu ra từ 16-128I/O. Trong trường hợp cần thiết có thể mở rộng lên tới 256 I/O. Bộ nhớ 8kstep, trong trường hợp cần điều khiển các quà trình phức tạp, có thể mở rộng bộ nhớ lên tới 16kstep.
  5. Những tính năng vượt trội cùng với khả năng truyền thông, nối mạng nói chung của dòng FX1N đã đưa FX2N lên vị trí hàng đầu trong dòng FX, có thể đáp ứng tốt các đòi hỏi khắt khe nhất đối với các ứng dụng điều khiển dây chuyền sản xuất, xử lý nước thái, các ứng dụng hệ thống xử lý môi trường, điều khiển các máy dệt và trong các ứng dụng dây chuyền đóng lắp ráp tàu biển…. PLC Q series của hãng Mitsubishi 2.3.3 Theo số lượng các đầu vào/ra: Ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:  Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra  PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra  PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra  PLC có đến trên 1024 kênh vào/ra Các micro-PLC Thường có ít hơn 32 đầu vào/ra. Ở hình vẽ bên là ví dụ về PLC họ T100MD-1616 do hãng Triangle Research International sản xuất. Cấu tạo tương đối đơn giản và toàn bộ các bộ phận được tích hợp trên một bảng mạch có kích thước nhỏ gọn. Micro-PLC có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận như bộ xử lý tín hiệu, bộ nguồn, các kênh vào/ ra trong một khối. Các micro – PLC có ưu điểm hơn các PLC nhỏ là giá thành rẻ, dễ lắp đặt.
  6. Một loại micro PLC khác là DL05 của hãng Koyo, loại này có 32 kênh vào/ra Micro PLC họ DL05 của hãng Koyo PLC loại nhỏ: Có thể có đến 256 đầu vào/ra. Hình dưới là PLC của hãng OMRON loại ZEN- 10C. Loại PLC này có 34 kênh vào/ra gồm: 6 kênh vào và 4 kênh ra trên mô đun CPU, còn lại 3 mô đun vào/ra, với 4 kênh vào và 4 kênh ra cho mỗi mô đun. PLC loại ZEN-10C của Omron. Hãng Siemens có các loại PLC nhỏ như S5-90U,S5-100U,S7-200, có số lượng kênh vào/ra nhỏ hơn 256. . PLC S5-100U của Siemens
  7. Các PLC trung bình: Có thể có đến 1024 đầu vào/ra. Loại CJ1M của Omron hình bên dưới có 320 kênh vào/ra. PLC loại CJ1M của Ormon Các PLC loại lớn : Hãng Siemens là các loại series S7-300, S7-400. Các loại này có số lượng kênh vào/ra rất lớn. Các kênh này không thể đấu trực tiếp lên PLC mà phải thông qua các bộ dồn kênh và tách kênh (demultiplexeur và multiplexeur). PLC S7-400 của Siemens là PLC mạnh nhất hiện nay. 2.4 Cấu trúc của PLC : PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn nhữ lập trình. Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC. Điều này có thể nói PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý, một bộ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiền, dữ liệu và các cổng ra vào để giao tiếp với các đối tượng điều khiển…Như vậy có thể thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau : ●Mô đun nguồn ●Mô đun xử lý tín hiệu ●Mô đun vào ●Mô đun ra ●Mô đun nhớ ●Thiết bị lập trình Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn ở hình bên dưới. Ngoài các mô đun chính này, các PLC còn có các mô đun phụ trợ như mô đun kết nối mạng, mô đun truyền thông, mô đun ghép nối các mô đun chức năng để xử lý tín hiệu như mô đun kết nối với các can nhiệt, mô đun điều khiển động cơ bước, mô đun kết nối với encoder, mô đun đếm xung vào…
  8. NGUỒN CẤP BỘ XỬ LÝ NHÕ VÀO NGÕ RA TRUNG TÂM (INPUT) (OUTPUT) (CPU) BỘ NHỚ Các thành phần cơ bản của một PLC
  9. Cấu trúc của một PLC Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm,(bộ nhớ trong PLC gồm các loại sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC ) thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái, ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm. Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng/mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy, sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng. 2.5 Hoạt động của một PLC :
  10. Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ.v.v. Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau :
  11. Chu kỳ quét của PLC Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như công tấc, cảm biến,…Trạng thái của tín hiệu vào được lưu tạm thời váo một mảng nhớ. Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu ra đáp ứng hay không. Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi. Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 mili giây. Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường ngắn so với chu kỳ quét của PLC. Chương 3: TẬP LỆNH PLC HỌ MELSEC FX SERIES CỦA MITSUBISHI 3.1 Các thiết bị của PLC HỌ FX : ●X: ngõ vào gắn trực tiếp vào PLC ●Y: ngõ ra nối trực tiếp từ PLC ●T: thiết bị định thì ●C: thiết bị đếm
  12. ●M: relay phụ trợ, cờ chuyên dụng (M8000-M8255) ●S: relay trạng thái, cờ hiệu (S900-S999) ●D: thanh ghi ●P: con trỏ ●K: hằng số thập phân ●H: hằng số thập lục phân 3.2 TẬP LỆNH CƠ BẢN FX SERIES : 3.2.1 Lệnh Load và Load Inverse : ●Load(LD): có nhiệm vụ khởi tạo lại công tắc NO. ●Load inverse (LDI) : có nhiệm vụ khởi tạo lại công tắc NC. 3.2.2 Lệnh OUT : ●Điều khiển cuộn dây. ●Nhiều lệnh OUT có thể được nối song song. 3.2.3 Lệnh AND và AND INVERSE :  AND: Nối tiếp nhiều công tắc NO, có thể nối tiếp nhiều công tắc cùng một lúc. ●ANI (AND INVERSE): Nối tiếp nhiều công tắc NC, có thể nối tiếp nhiều công tắc cùng một lúc.
  13. 3.2.4. Lệnh OR, OR INVERSE : ●OR: Nối song song các công tắc NO, tối đa là 10 nhánh nối song song cho một cuộn dây. ●ORI (OR INVERSE): OR : Nối song song các công tắc NC, tối đa là 10 nhánh nối song song cho một cuộn dây. 3.2.5 Lệnh Load Pulse and Load Trailing pulse : ●LDP (Load Pulse): hoạt động khi có xung chuyển từ OFF sang ON ●LDF ( Load Falling Pulse): hoạt động khi có xung chuyển từ ON sang OFF 3.2.6 Lệnh And Pulse, And Trailing Pulse : ●Lệnh ANDP (And Pulse) hoạt dộng khi có xung chuyển từ trạng thái OFF sang ON.
  14. ●Lệnh ANDF (And Falling Pulse) hoạt động khi có xung chuyển từ trạng thái ON sang OFF. ●Lệnh ANDP và ANDF sử dùng tương tự lệnh AND và ADNI. 3.2.7 Lệnh OR Pulse ,OR Trailling Pulse : ●Lệnh ORP( OR Pulse) hoạt dộng khi có xung chuyển từ trạng thái OFF sang ON. ●Lệnh ORF (OR Falling Pulse) hoạt độnh khi có xung chuyển từ trạng thái ON sang OFF. ●Lệnh ORP và ORF sử dùng tương tự lệnh AND và ADNI. 3.2.8 Lệnh Set và Reset :
  15. Đặc điểm: SET và RESET có thể dùng cho cùng một thiết bị bao nhiêu lần tùy ý. Tuy nhiên trạng thái cuối cùng mới là trạng thái tác động. Nhận xét: ●Khi X0 đã bật ON thì Y0 hoạt động và duy trì trạng thái ON ngay cả khi X0 đã tắt OFF. ●Khi X1 bật ON thì Y0 sẽ OFF và duy trì trạng thái OFF ngay cả sau khi X1 tự nó chuyển thành OFF. ●Quá trình xảy ra tương tự cho các M0, D0, S0. 3.2.9 Lệnh Timer, Counter (Out and Reset) : Dạng chung OUT và RESET của timer và Counter :
  16. ●OUT: Điều khiển cuộn dây bộ định thời hoặc bộ đếm ●RST(Reset): Đặt lại giá trí tác động cho bộ định thời hoặc bộ đếm. Hoạt động của bộ định thì và bộ đếm : Bộ định thì (Timer) ●Các bộ định thì hoạt động bằng cách đếm các xung clock. Ngõ ra của Timer được kích hoạt khi giá trị đếm được đạt đến giá trị hằng số K. Khoảng thời gian trôi qua được tính bằng cách lấy giá trị đếm được nhân với độ phân giải của Timer. VD: Timer 10 ms đếm giá trị 100 khi đó khoảng thời gian trôi qua được tính như sau: 100*10ms= 100*0.01s= 1s ●Khoảng thời gian định thì được đặt trực tiếp thông qua hằng số K, hoặc gián tiếp qua thanh ghi dữ liệu D. Thường dùng thanh ghi dữ liệu được chốt để đảm bảo không bị mất dữ liệu khi mất điện. Tuy nhiên nếu điện áp của nguồn Pin giảm quá mức thì thời gian định thì có thể bị sai. Bộ đếm (Counter): ●Khi dùng Counter hằng số K xác định số cần đếm. VD : Counter với hằng số K10 sẽ phải được kích 10 lần trước khi cuộn dây Counter có điện. 3.2.10 Lệnh END :
  17. ●Khi đặt tên END trong chương trình có tác dụng buộc kết thúc quá trình quét chương trình hiện hành và tiến hành cập nhật các ngõ vào/ra, các bộ định thời. Thực hiện cập nhật các ngõ vào ở đầu chu kỳ quét và cập nhật các ngõ ra ở cuối chu kỳ quét. ●Việc quét chương trình là quá trình xử lý từng lệnh trong chương trình từ đầu đến cuối. Khoảng thời gian này gọi là thời gian quét, phụ thuộc vào độ dài và sự phức tạp của chương trình. Ngay khi dòng quét hiện hành được hoàn tất thì dòng quét tiếp theo sẽ bắt đầu ngay. Toàn bộ quá trình là một chu kỳ liên tục. 3.3 Tập lệnh nâng cao của FX SERIES : 3.3.1 Nhóm lệnh điều khiển lưu trình : Lệnh CJ : Cấu trúc lệnh: ●Chức năng: nhảy tới một vị trí con trỏ đích đã định trước. ●Hoạt động : khi lệnh CJ được thực thi thì nó buộc chương trình nhảy đến vị trí đã xác định bởi con trỏ đích, có nghĩa là chương trình sẽ bỏ qua các lệnh từ sau lệnh CJ đến vị trí con trỏ đích. ●Nhiều lệnh CJ có thể dùng cùng một con trỏ đích.
  18. ●Bất kỳ đoạn chương trình nào bị bỏ qua thì trạng thái ngõ ra sẽ không được cập nhật ngay cả khi ngõ vào thay đổi trạng thái. ●Các bộ định thì và bộ đếm sẽ được cố định giá trị hiện hành nếu chúng bị bỏ qua bởi lệnh CJ. ●Các bộ đếm tốc độ cao là ngoại lệ vì chúng hoạt động độc lập với chương trình chính. ●Lệnh CJ có thể nhảy đến bất kỳ vị trí nào trong chương trình chính hoặc sau lệnh FEND. ●Lệnh FEND dùng để chỉ ra điểm kết thúc đầu tiên của chương trình chính để sử dụng cho chương trình con. Lệnh CALL: Cấu trúc lệnh : ●Chức năng: gọi chương trình con hoạt động. ●Hoạt động: khi lệnh CALL được thực thi nó sẽ buộc chương trình chạy chương trình con được xác định bởi con trỏ đích. ●Lệnh CALL phải được dùng với lệnh FEND và SRET. ●Lệnh SRET có chức năng kết thúc chương trình con hiện hành, trở về bước ngay sau lệnh CALL vừa được thực thi . ●Nhiều lệnh CALL có thể cùng truy xuất đến một chương trình con. ●Các chương trình con có thể có 5 mức lồng nhau (kể cả mức đầu tiên). 3.3.2 Nhóm lệnh So sánh : Lệnh compare : Hoạt động: dữ liệu của S1 được so sánh với dữ liệu của S2, kết quả được trả về trong 3 bit có địa chỉ đầu là D. ●Nếu S2 nhỏ hơn S1 thì D = On ●Nếu S2 bằng S1 thì D+1 = On ●Nếu S2 lớn hơn S1 thì D+2 = On
  19. Lệnh zone compare : Hoạt động: dữ liệu của S3 được so sánh với dãy dữ liệu (S1, S2). ●Nếu S3 nhỏ hơn (S1, S2) thì D = On ●Nếu S3 thuộc (S1, S2) thì D+1 = On ●Nếu S3 lớn hơn (S1, S2) thì D+2 = On 3.3.3 Lệnh MOV : ●Hoạt động: dữ liệu của thiết bị nguồn S được sao chép đến thiết bị đích D. 3.3.4 Lệnh XCH : ●Hoạt động: dữ liệu của hai thiết bị đích D1 và D2 được hoán đổi cho nhau. 3.3.5 Lệnh BCD : ●Hoạt động: dữ liệu nhị phân trong thiết bị nguồn S được chuyển đổi sang số BCD tương ứng và lưu trong thiết bị đích D. 3.3.6 Lệnh BIN : ●Hoạt động: dữ liệu nhị phân trong thiết bị nguồn S được chuyển đổi sang số BCD tương ứng và lưu trong thiết bị đích D.
  20. Chương 4: TỒNG QUAN VỀ HMI 4.1 Khái niệm về HMI :
Đồng bộ tài khoản