intTypePromotion=1

Giáo trình điện tử công nghiệp - Chương 3: Điều khiển theo chương trình - PLC

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

0
231
lượt xem
129
download

Giáo trình điện tử công nghiệp - Chương 3: Điều khiển theo chương trình - PLC

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

Chương này giới thiệu các vấn đề cơ bản về bộ điều khiển lập trình (PLC: Programmable-Logic-Controller) và các ứng dụng của nó trong công nghiệp như điều khiển robot, điều khiển quá trình, điều khiển giám sát ... 3.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 3.1.1 Điều khiển và điều khiển tự động 3.1 Giới thiệu các phương thức điều khiển thông dụng Một hệ thống điều khiển bất kỳ đều được cấu tạo gồm 3 phần: khối vào, khối điều khiển và khối ra (hình 3.1) ...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình điện tử công nghiệp - Chương 3: Điều khiển theo chương trình - PLC

  1. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Chöông 3 _______________________________________________________________________ ÑIEÀU KHIEÅN THEO CHÖÔNG TRÌNH Chöông naøy giôùi thieäu caùc vaán ñeà cô baûn veà boä ñieàu khieån laäp trình (PLC: Programmable-Logic-Controller) vaø caùc öùng duïng cuûa noù trong coâng nghieäp nhö ñieàu khieån robot, ñieàu khieån quaù trình, ñieàu khieån giaùm saùt ... 3.1 KHAÙI NIEÄM CÔ BAÛN 3.1.1 Ñieàu khieån vaø ñieàu khieån töï ñoäng 3.1 Giôùi thieäu caùc phöông thöùc ñieàu khieån thoâng duïng Moät heä thoáng ñieàu khieån baát kyø ñeàu ñöôïc caáu taïo goàm 3 phaàn: khoái vaøo, khoái ñieàu khieån vaø khoái ra (hình 3.1) Tín hi ệ u ra C ả m bi ế n Tín hi ệ u vào Cơ cấu Khâu hay các b ộ ch ấ p hành x ử lý / đ i ề u khi ể n chuy ể n đổ i KH Ố I VÀO KH Ố I Đ I Ề U KHI Ể N KH Ố I RA Hình 3.1: Caùc khoái chính trong heä thoáng ñieàu khieån. ÔÛ ñaây maïch ñieàu khieån seõ chòu söï taùc ñoäng cuûa ngöôøi ñieàu khieån giaùm saùt söï thay ñoåi ôû ngoõ ra theo ngoõ vaøo sao cho heä thoáng laøm vieäc theo ñuùng yeâu caàu maø ngöôøi ñieàu khieån mong muoán. Thoâng thöôøng ngöôøiø ta ñieàu khieån heä thoáng theo hai phöông phaùp: phöông phaùp ñieàu khieån theo voøng hôû (open-loop control) vaø phöông phaùp ñieàu khieån theo voøng kín (close-loop control): Ñieàu khieån theo voøng hôû (open-loop control), minh hoaï treân hình 3.2: - Yêu c ầ u K ế t qu ả Tác độ ng Ch ươ ng trình Đố i t ượ ng đ i ề u khi ể n Đ i ề u khi ể n đi ề u khi ể n đ i ề u khi ể n NHI Ễ U Hình 3.2: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng hôû Trang 47
  2. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Ñaây laø daïng ñieàu khieån ñôn giaûn: maïch ñieàu khieån taùc ñoäng leân ñoái töôïng caàn ñieàu khieån vaø khoâng bieát ñöôïc keát quaû coù ñaït yeâu caàu ñaët ra hay khoâng. Ví duï khi ta baät coâng taéc ñeøn trong phoøng hoïc ñeøn saùng hay khoâng saùng maïch ñieän cuõng khoâng heà bieát ñöôïc keát quaû; nhaán chuoâng coù theå chuoâng khoâng keâu … Trong maùy CNC (Computer Numerical Control) thöôøng duøng heä naøy trong ñieàu khieån baøn maùy baèng ñoäng cô böôùc, minh hoaï qua hình 3.3: Hình 3.3: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng hôû duøng ñoäng cô böôùc Nhö vaäy vôùi heä thoáng naøy khi coù söï can thieäp cuûa caùc tín hieäu nhieãu (tín hieäu ngoaøi yù muoán) töø beân ngoaøi taêng cao, vieäc ñieàu khieån quaù trình seõ khoâng chính xaùc. Ñeå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy ngöôøi ta söû duïng heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín (ñieàu khieån coù phaûn hoài). Ñieàu khieån theo voøng kín (feedback control hay close-loop control), minh hoaï - qua hình 3.4: Đườ ng ph ả n h ồ i Yêu c ầ u Tác độ ng Đố i t ượ ng Ch ươ ng trình So đ i ề u khi ể n Đ i ề u khi ể n sánh đi ề u khi ể n K ế t qu ả đ i ề u khi ể n NHI Ễ U Hình 3.4: Heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín Phöông phaùp naøy coù khaû naêng giaûm thieåu söï taùc ñoäng cuûa nhieãu baèng caùch lieân tuïc giaùm saùt söï thay ñoåi tín hieäu ôû ngoõ ra khi nhaän thaáy coù söï sai leäch laäp töùc hieäu chænh ñeå giaûm thieåu sai soá naøy. Nhö vaäy trong heä thoáng luoân luoân coù söï phaûn hoài töø ngoõ ra trôû veà giuùp heä thoáng taùc ñoäng leân ñoái töôïng caàn ñieàu khieån, Trang 48
  3. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình coá gaéng khoâng ñeå xaûy ra hieän töôïng maát kieåm soaùt, taêng tính oån ñònh cho heä thoáng. Nhö vaäy ñeå ñieàu khieån ñöôïc heä thoáng moät caùch töï ñoäng (giaûm thieåu söï giaùm saùt vaø taùc ñoäng bôûi ngöôøi ñieàu khieån) baét buoäc ñoù phaûi laø moät heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín. Minh hoaï moät heä thoáng ñieàu khieån theo voøng kín töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC nhö hình 3.5. Tải cơ Động + + Tín hiệu Khuếch Khuếch cơ yêu cầu đại đại _ _ Phản hồi tốc độ Phản hồi vị trí Hình 3.5: Heä thoáng töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC Trong heä thoáng treân hình 3.5, ñeå töï ñoäng ñieàu khieån vaø oån ñònh toác ñoä ñoäng cô DC, ngöôøi ta thöïc hieän phaûn hoài toác ñoä vaø vò trí. So saùnh hai tín hieäu phaûn hoài naøy vôùi tín hieäu yeâu caàu ñaët tröôùc töø beân ngoaøi, heä thoáng seõ laøm vieäc oån ñònh theo cheá ñoä ñaët tröôùc naøy. 3.2. Heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng: Moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng bao goàm 3 phaàn chuû yeáu: Thieát bò ñieàu khieån (TBÑK). Ñoái töôïng ñieàu khieån (ÑTÑK). Thieát bò ño löôøng (TBÑL). N R C TBÑK ÑTÑ F TBÑL Hình 3.6: Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng. Trong ñoù: C: tín hieäu caàn ñieàu khieån, thöôøng goïi laø tín hieäu ra (output). U: tín hieäu ñieàu khieån. Trang 49
  4. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình R: tín hieäu chuû ñaïo/ ñaët/ chuaån/ tham chieáu (reference) thöôøng goïi laø tín hieäu vaøo (input). N: tín hieäu nhieãu taùc ñoäng töø beân ngoaøi vaøo heä thoáng. F: tín hieäu hoài tieáp, phaûn hoài (feedback). 3.3. Caùc böôùc thieát keá moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng Ñeå khaûo saùt vaø thieát keá moät heä thoáng ñieàu khieån töï ñoäng ngöôøi ta thöïc hieän caùc böôùc sau: a) Döïa treân caùc yeâu caàu thöïc tieãn, caùc moâ hình vaät lyù ta xaây döïng moâ hình toaùn hoïc döïa treân caùc quy luaät, hieän töôïng, quan heä cuûa caùc ñoái töôïng vaät lyù. Moâ hình toaùn hoïc cuûa heä thoáng ñöôïc xaây döïng töø caùc moâ hình toaùn hoïc cuûa caùc phaàn töû rieâng leû. b) Döïa treân lyù thuyeát oån ñònh, ta khaûo saùt tính oån ñònh cuûa heä thoáng. Neáu heä thoáng khoâng oån ñònh ta thay ñoåi ñaëc tính cuûa heä thoáng baèng caùch ñöa vaøo moät khaâu boå chính (compensation) hay thay ñoåi thay ñoåi tham soá cuûa heä ñeå heä thaønh oån ñònh. c) Khaûo saùt chaát löôïng cuûa heä theo caùc chæ tieâu ñeà ra ban ñaàu. Neáu heä khoâng ñaït chæ tieâu chaát löôïng cuûa baøi toaùn yeâu caàu, ta thöïc hieän boå chính heä thoáng. d) Moâ phoûng heä thoáng treân maùy tính ñeå kieåm tra laïi thieát keá. Ñoâi khi caùc böôùc a, b, c seõ khoâng caàn ñeán neáu nhö vieäc moâ phoûng gaëp nhieàu trôû ngaïi trong khi quaù trình thöïc nghieäm laïi deã daøng thöïc hieän vaø thu gaët keát quaû cao. Luùc naøy ngöôøi ta seõ tieán haønh thöïc nghieäm, boû qua moâ phoûng. e) Thöïc hieän moâ hình maãu (prototype) vaø kieåm tra thieát keá baèng thöïc nghieäm. f) Tinh chænh laïi thieát keá ñeå toái öu hoaù chæ tieâu chaát löôïng vaø haï thaáp giaù thaønh (neáu coù theå). g) Xaây döïng heä thoáng thöïc teá. 3.1.2 Giôùi thieäu caùc heä thoáng ñieàu khieån trong coâng nghieäp 3.1.2.1 Heä thoáng ñieàu khieån duøng rô-le, thieát bò cô khí Ñaây laø heä thoáng ñieàu khieån laâu ñôøi nhaát trong caùc heä thoáng ñieàu khieån. Ra ñôøi vaøo giöõa theá kyû 19, cho ñeán nay noù vaãn laø moät trong nhöõng heä thoáng ñieàu khieån thoâng duïng nhaát bôûi caùc öu ñieåm sau: ñoä mieãn nhieãu tuyeät vôøi, khaû naêng chòu quaù taûi cuûa caùc tieáp ñieåm toát, toån hao treân phaàn töû ñoùng caét nhoû, tuoåi thoï cao vaø vôùi chöông trình ñieàu khieån ñôn giaûn thì ñaây laø maïch ñieàu khieån kinh teá nhaát. Ví duï: maïch ñieàu khieån ñeøn chieáu saùng, quaït ñieän … haàu heát ñeàu laø heä thoáng ñieàu khieån duøng coâng taéc cô khí. Xem ví duï ñieàu khieån duøng rô-le vaø thieát bò cô khí qua hình 3.7. Trang 50
  5. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Hình 3.7: Heä thoáng ñieàu khieån duøng rô-le vaø thieát bò cô khí Ñaây laø maïch môû maùy ñoäng cô ñieän söû duïng ñoäng coâng taéc, thieát bò cô khí. Khi nhaán nuùt môû maùy M, cuoän daây rô-le K coù ñieän, ñoùng tieáp ñieåm K song song vôùi tieáp ñieåm M, duy trì doøng ñieän qua rô-le K cho duø thoâi nhaán nuùt M. Khi muoán caét ñieän cho ñoäng cô chæ caàn nhaán nuùt D, rô-le K maát ñieän do D hôû maïch. Töø laâu, trong ñieàu khieån theo chöông trình ngöôøi ta ñaõ söû duïng caùc “boä naõo” cô khí ñeå ñieàu khieån heä thoáng chaïy theo chöông trình ñöôïc ñònh tröôùc. Cuï theå nhö caùc boä coâng taéc hình troáng (drum switch) vaø coâng taéc hình cam (rotating-cam limit switch): Coâng taéc hình troáng coù caáu taïo töø moät caùi troáng hình truï caùch ñieän. Treân ñoù - ngöôøi ta saép xeáp caùc maù tieáp ñieåm theo moät trình töï coá ñònh. Khi ñoäng cô truyeàn ñoäng troáng quay heát moät voøng (hoaëc cuõng coù theå do ngöôøi vaän haønh thao taùc) thì heä thoáng hoaøn thaønh chu kyø cuûa chöông trình. Coâng taéc hình cam coù caáu taïo töông töï nhö boä coâng taéc hình troáng nhöng - khaùc ôû caùch gaù tieáp ñieåm. Thay vì tieáp ñieåm queùt treân troáng thì ôû ñaây ngöôøi ta boá trí caùc cam. Khi caùc cam quay seõ thay ñoåi traïng thaùi tieáp ñieåm tyø leân noù. Vieäc boá trí caùc cam cuõng tuyø thuoäc vaøo chöông trình maø heä thoáng ñoøi hoûi. Öu ñieåm cuûa hai daïng coâng taéc naøy laø ñoä mieãn nhieãu, coâng suaát tieáp ñieåm, khaû naêng chòu quaù taûi vaø tuoåi thoï cao. Do ñoù khi thieát keá caùc thieát bò coù yeâu caàu cao veà ñoä tin caäy vaø ñoä beàn maø chöông trình ñieàu khieån khoâng quaù phöùc taïp thì hai daïng coâng taéc naøy coù theå ñöôïc löïa choïn. Tuy nhieân vôùi caùc chöông trình phöùc taïp thì ñoâi luùc baát khaû thi vaø caáu taïo cuûa chuùng cuõng phöùc taïp khoâng keùm daãn ñeán chi phí cho vieäc cheá taïo, baûo döôõng söûa chöõa seõ lôùn, khoâng kinh teá. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa boä coâng taéc hình cam treân hình 3.8 nhö sau. Ñaây laø boä coâng taéc hình cam mang teân 1C. Boä coâng taéc naøy giöõ nhieäm vuï khôûi ñoäng moät loø hôi cho moät maùy taém hôi (steam bath). Khi vöøa coù ñieän ñoäng cô truyeàn ñoäng trong cam 1C quay cam ñeán vò trí a ñoùng ñieän cho maùy bôm nöôùc caáp nöôùc cho noài hôi (K1). Sau moät khoaûng thôøi gian ñònh tröôùc theo vò trí töông ñoái giöõa caùc cam treân coâng taéc hình cam, coâng taéc quay ñeán vò trí b: caét ñieän maùy bôm nöôùc vaø ñoùng ñieän cho ñoäng cô bôm daàu (K2) … quaù trình cöù dieãn ra tuaàn töï nhö vaäy cho ñeán khi ñoäng cô truyeàn ñoäng cam quay heát moät voøng thì döøng laïi luùc naøy heä thoáng hoaøn thaønh Trang 51
  6. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình chu kyø khôûi ñoäng cho noài hôi. Hieän nay ôû nöôùc ta vaãn coøn moät soá loø hôi söû duïng boä ñieàu khieån naøy. Maùy bôm nöôùc Maùy bôm daàu Ñaùnh löûa Môû van hôi Hình 3.8: Heä thoáng ñieàu khieån duøng rô-le vaø thieát bò cô khí coù khaû naêng laäp trình. 3.1.2.2 Heä thoáng ñieàu khieån duøng maïch ñieän töû Hình 3.9: Heä thoáng ñieàu khieån duøng maïch ñieän töû Thay theá cho caùc tieáp ñieåm rô-le baèng caùc transistor hoaït ñoäng ôû cheá ñoä ngaét daãn, maïch ñieän töû coù theå ñieàu khieån heä thoáng vôùi ñoä nhaïy cao hôn, toác ñoä chuyeån maïch lôùn, laøm vieäc ñöôïc trong caùc moâi tröôøng laøm vieäc khaéc nghieät vaø ñaëc bieät khi öùng duïng caùc vi maïch tích hôïp thì kích thöôùc caùc boä ñieàu khieån raát goïn giuùp cho vieäc laép ñaët, baûo döôõng söûa chöõa ñöôïc deã daøng vaø ngöôøi thieát keá coù theå chæ caàn thieát keá treân caùc khoái chöùc naêng maø quan taâm ñeán töøng chi tieát beân trong maïch. Hình 3.9 cho thaáy: transistor trong hình a coù sô ñoà thay theá töông ñöông vôùi moät rô- le doøng ñieän nhö ôû hình b. Qua ñoù ta nhaän thaáy hoaøn toaøn coù theå thay theá caùc sô ñoà ñieàu khieån baèng caùc coâng taéc, thieát bò cô khí baèng caùc coâng taéc khoâng tieáp ñieåm. 3.1.2.3 Heä thoáng ñieàu khieån duøng kyõ thuaät vi xöû lyù/vi ñieàu khieån Trang 52
  7. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Vi xöû lyù ra ñôøi ñaùnh daáu moät böôùc ngoaët lôùn trong kyõ thuaät ñieàu khieån. Tröôùc kia heä thoáng vaãn coù theå ñieàu khieån theo chöông trình nhöng ñoù laø moät chöông trình cöùng ngaét, khoù thay ñoåi moät caùch uyeån chuyeån (flexible) theo moâi tröôøng maø ñoái töôïng ñieàu khieån hoaït ñoäng. Vôùi vi xöû lyù/vi ñieàu khieån, keát caáu phaàn cöùng seõ ñôn giaûn hôn maëc duø khaû naêng öùng duïng roäng hôn caùc heä thoáng treân vì chöông trình phaàn meàm coù theå thay ñoåi deã daøng theo yeâu caàu maø maïch ñieàu khieån ñoøi hoûi. Heä thoáng naøy seõ ñöôïc trình baøy chi tieát hôn ôû chöông 4. 3.1.2.4 Heä thoáng ñieàu khieån duøng maùy tính Öu ñieåm cô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån naøy chính laø löôïng thoâng tin löu tröõ lôùn. Noù ñöôïc öùng duïng trong quaù trình ñieàu khieån töø giöõa thaäp nieân 1959. Tuy nhieân hieäu quaû cuûa vieäc öùng duïng naøy vaãn chöa cao do phaàn cöùng coøn raát ñaét tieàn, caáu truùc phöùc taïp, coàng keành vaø toác ñoä xöû lyù coøn raát chaäm. Phaûi ñeán cuoái nhöõng naêm cuûa thaäp nieân 1970, theo söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä cheá taïo linh kieän vi maïch tích hôïp cuøng vôùi caùc ngoân ngöõ laäp trình, maùy tính môùi thaät söï tham gia roäng raõi vaøo caùc heä thoáng ñieàu khieån trong coâng nghieäp. Veà cô baûn caáu truùc maùy tính gioáng nhö caùc heä vi xöû lyù nhöng möùc ñoä phöùc taïp cao hôn, ví duï vi xöû lyù thoâng duïng trong ñieàu khieån chuû yeáu laø loaïi 8 hay 16 bit döõ lieäu thì maùy tính coù soá bit ñöôøng döõ lieäu cao hôn nhieàu … Tuyø vaøo caùc thieát bò ngoaïi vi laép theâm vaøo maø maùy tính thöïc hieän caùc tính naêng ñieàu khieån töông thích. Khaû naêng naøy vôùi maùy tính laø raát lôùn khi so vôùi caùc heä thoáng khaùc, ñaëc bieät ñieàu khieån theo phöông thöùc trí tueä nhaân taïo vaø heä chuyeân gia (Artificial Intelligence and Expert system). Veà baûn chaát, heä chuyeân gia (chuyeân gia maùy) laø moät chöông trình maùy tính ñöôïc thöôøng xuyeân caäp nhaät caùc kieán thöùc vaø suy luaän nhö caùc “chuyeân gia ngöôøi (human expert)” giuùp caùc heä chuyeân gia coù theå hoã trôï vieäc giaùm saùt vaø ñieàu khieån heä thoáng töø ñoù coù theå giaûm thieåu caùc sai soùt do nhöõng ngöôøi vaän haønh gaây ra. Keát quaû thu gaët ñöôïc töông töï nhö khi thöïc hieän caùc buoåi hoäi chaån giöõa caùc chuyeân gia ñaàu ngaønh maø ngaønh Y thöôøng thöïc hieän khi gaëp caùc ca beänh laï hoaëc khoù. Do baûn chaát nhö treân, heä chuyeân gia mang ñeán moät soá thuaän lôïi nhö sau: (a) Söï trôï giuùp cuûa caùc chuyeân gia ngöôøi Heä chuyeân gia coù theå thöïc hieän vieäc boå sung möùc ñoä theå hieän bôûi caùc chuyeân gia ngöôøi trong lónh vöïc ñang giaûi quyeát. Vì vaäy, noù coù theå giaûm söï nhaït nheõo vaø caùc nhieäm vuï thuû coâng thöøa thaõi töø ñoù hoã trôï chuyeân gia ngöôøi vôùi moâi tröôøng môû roäng caùc hoaït ñoäng saûn xuaát, vì theá luoân mang laïi hieäu quaû cao. (b) Tính uyeån chuyeån Trang 53
  8. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Moãi quy luaät saûn xuaát trình baøy moät phaàn cuûa tri thöùc coù lieân quan ñeán nhieäm vuï. Töø ñoù raát thích hôïp ñeå theâm, bôùt vaø hieäu chænh quy luaät trong tri thöùc neàn khi ñaït ñeán ñoä kinh nghieäm caàn thieát. (c) Trí tueä Caùc quy luaät saûn xuaát gaàn guõi vôùi ngoân ngöõ töï nhieân, vì vaäy deã hieåu. Heä chuyeân gia coù theå cho caùc böôùc daãn ñeán keát luaän vaø coù giaûi thích quaù trình suy lyù. Ngöôøi söû duïng coù theå thöøa nhaän hay hieäu chænh keát luaän thoâng qua vieäc kieåm tra caùc giaûi thích ñaõ cho trong boä maùy suy dieãn cuûa heä chuyeân gia. Ñaëc bieät thích hôïp cho caùc baøi toaùn phi giaûi thuaät. (d) Tính phoå bieán Tri thöùc neàn thì phuï thuoäc vaøo lónh vöïc maø baøi toaùn caàn giaûi quyeát, nhöng maùy suy dieãn khoâng leä thuoäc vaøo lónh vöïc maø baøi baøi toaùn naøy. Vì theá coù theå nhieàu heä chuyeân gia ñöôïc phaùt trieån treân cuøng moät voû (shell) baèng caùch thay ñoåi tri thöùc neàn trong noù. (e) Toác ñoä cao Heä chuyeân gia coù theå cung caáp caùc yù kieán cuûa chuyeân gia vaøo baát kyø luùc naøo khi caàn. Heä chuyeân gia coù theå cung caáp caùc phaûn öùng tröôùc tình huoáng khaån caáp nhanh vaø ñoâi luùc chuaån xaùc hôn haønh ñoäng cuûa con ngöôøi (do ngöôøi coù theå bò luùng tuùng khi xöû lyù söï coá quan troïng). Ñieàu naøy raát höõu ích khi vaän haønh heä thoáng ñieàu khieån phöùc taïp, roäng lôùn ví duï nhö heä thoáng cung caáp ñieän. 3.1.3 Giôùi thieäu thieát bò ñieàu khieån theo chöông trình - PLC Ñeå taêng tính caïnh tranh cuûa haøng hoaù do mình saûn xuaát, nhaø saûn xuaát luoân tìm moïi caùch caûi tieán coâng ngheä trong khaû naêng cho pheùp. Do vaäy nhu caàu veà moät boä ñieàu khieån linh hoaït vaø coù giaù thaønh thaáp ñaõ thuùc ñaåy söï phaùt trieån nhöõng heä thoáng ñieàu khieån laäp trình (PLC) söû duïng caùc CPU chuyeân duïng cuøng boä nhôù ñeå ñieàu khieån maùy moùc hay quaù trình hoaït ñoäng. Neáu nhö tröôùc kia muoán thay ñoåi chöông trình hoaït ñoäng cuûa moät thieát bò, maùy moùc naøo ñoù ñöôïc ñieàu khieån baèng rô-le vaø caùc thieát bò rôøi coàng keành thì phaûi toán raát nhieàu coâng söùc, thôøi gian vaø tieàn cuûa, thì nay khi söû duïng PLC ta chæ vieäc thay ñoåi chöông trình trong boä nhôù laø ñuû. Ngoaøi ra PLC coøn coù khaû naêng ñieàu khieån ñöôïc nhöõng hoaït ñoäng phöùc taïp maø phöông phaùp ñieàu khieån truyeàn thoáng khoù loøng ñaùp öùng ñöôïc. Phaàn cöùng cuûa PLC töông töï nhö phaàn cöùng cuûa maùy tính « truyeàn thoáng » vaø chuùng coù ñaày ñuû caùc ñaëc ñieåm thích hôïp cho muïc ñích ñieàu khieån trong coâng nghieäp nhö : Trang 54
  9. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Caáu truùc theo daïng modul do ñoù deã daøng trong vieäc laép raùp, thay theá, theâm - bôùt chöùc naêng, baûo döôõng söûa chöõa … Ñoä mieãn nhieãu cao. Raát tin caäy trong moâi tröôøng saûn xuaát cuûa nhaø maùy, xí - nghieäp. Ngoân ngöõ laäp trình deã hieåu, raát deã söû duïng. - Thay ñoåi chöông trình ñieàu khieån deã daøng nhanh choùng. - Duøng linh kieän baùn daãn neân kích thöôùc nhoû goïn, giaù raát caïnh tranh. - Söû duïng caùc coâng taéc khoâng tieáp ñieåm neân coù theå laøm vieäc ôû moâi tröôøng - khaéc nghieät, taàn soá ñoùng caét cao …. Nhöõng ñaëc ñieåm treân khieán cho PLC trôû neân moät trong nhöõng thieát bò ñieàu khieån phoå duïng nhaát trong coâng nghieäp hieän nay. Ñeå thuaän tieän cho vieäc löïa choïn phöông aùn söû duïng trong heä thoáng ñieàu khieån, haõy tham khaûo baûng 3.1. Töø baûng so saùnh naøy, vôùi thöïc teá Vieät nam heä thoáng ñieàu khieån PLC vaø rô-le - thieát bò cô khí ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát. Baûng 3.1: So saùnh ñaëc tính kyõ thuaät giöõa nhöõng heä thoáng ñieàu khieån Chæ tieâu so saùnh Rô-le (cô khí) Maïch soá Maùy tính PLC Giaù thaønh Thaáp Thaáp Raát cao Thaáp Kích thöôùc vaät lyù Lôùn Raát goïn Khaù goïn Raát goïn Toác ñoä ñieàu khieån Chaäm Raát nhanh Khaù nhanh Nhanh Khaû naêng choáng Xuaát saéc Toát Khaù toát Toát nhieãu Laép ñaët Maát thôøi gian thieát Maát thôøi gian Maát thôøi gian laäp Raát ñôn giaûn keá vaø laép ñaët thieát keá trình Khaû naêng ñieàu khieån Raát khoù Khoù Khaù ñôn giaûn Raát ñôn giaûn phöùc taïp Thay ñoåi chöông trình Raát khoù Khoù Khaù ñôn giaûn Raát ñôn giaûn Baûo döôõng söûa chöõa Keùm Trung bình Keùm do coù nhieàu Toát do caùc module maïch tham gia ñaõ chuaån hoaù 3.2 CAÁU TRUÙC PHAÀN CÖÙNG PLC Veà caáu truùc PLC caáu thaønh töø 3 khoái chöùc naêng: boä xöû lyù, boä nhôù vaø khoái giao tieáp vaøo /ra, trình baøy qua hình 3.10. Trang 55
  10. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình THI Ế T B Ị L Ậ P TRìNH KH Ố I BỘ BỘ KH Ố I NGÕ NH Ớ NH Ớ NGÕ VÀO CHÍNH ĐỆ M RA C ả m bi ế n Thi ế t b ị & ch ấ p Thiết bị hành chuyển đổi CPU NGU Ồ N CUNG C Ấ P Hình 3.10: Caáu truùc phaàn cöùng moät boä PLC cô baûn. Sau ñaây chuùng ta haõy phaân tích nguyeân lyù laøm vieäc cuûa töøng khoái treân sô ñoà treân, qua ñoù coù theå hieåu ñöôïc nguyeân lyù laøm vieäc cuûa moät boä PLC cô baûn. Vì gioáng nhö maùy tính, PLC cuõng laø moät “heä thoáng hôû”: tuyø töøng öùng duïng cuï theå, ngöôøi ta laép theâm caùc modul töông thích giuùp PLC thöïc hieän toát chöông trình ñöôïc caøi ñaët. Nhöng veà cô baûn, PLC caàn coù caùc khoái cô baûn sau: 3.2.1 Boä xöû lyù (CPU : Central Processing Unit) Neáu nhö boä nguoàn ñöôïc ví nhö traùi tim thì CPU ñöôïc ví nhö boä naõo (brain) cuûa maùy tính, thieát bò ñieàu khieån laäp trình - PLC. Taát caû moïi coâng vieäc tính toaùn, moïi quyeát ñònh ñeàu ñöôïc thöïc hieän taïi ñaây. Caùc vò trí löu tröõ döõ lieäu taïm thôøi trong CPU ñöôïc goïi laø thanh ghi. Coù raát nhieàu loaïi thanh ghi coù trong CPU, moãi thanh ghi coù moät muïc ñích söû duïng cuï theå vaø tuyø vaøo töøng tình huoáng, CPU seõ söû duïng caùc thanh ghi töông thích. Do noäi dung giaùo trình khoâng ñi saâu veà vi xöû lyù, neân ôû ñaây chæ giôùi thieäu caùc thanh ghi caàn thieát ñeå minh hoaï hoaït ñoäng cuûa PLC. Ñoù laø thanh ghi leänh IR vaø thanh ghi duøng laøm boä ñeám chöông trình PC: Thanh ghi leänh (IR: Instruction Register) - Thanh ghi naøy coù nhieäm vuï löu tröõ leänh ñang thöïc thi (coù vi xöû lyù duøng con troû leänh IP ñeå chæ ra ñòa chæ cuûa leänh ñang ñöôïc thöïc thi). Töø ñaây CPU seõ giaûi maõ vaø thöïc thi leänh naøy. Boä ñeám chöông trình (PC: Program Counter) - Ñaây laø moät thanh ghi quan troïng trong CPU vì noù chæ ra ñòa chæ cuûa leänh keá tieáp maø CPU seõ thöïc thi. Thaät ra noù khoâng phaûi laø moät boä ñeám gì heát! Nhöng do Trang 56
  11. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình noäi dung trong noù taêng daàn gioáng nhö moät boä ñeám leân neân ñeå deã hình töôïng, ngöôøi ta ñaët teân cho noù laø boä ñeám chöông trình. Khi CPU reset noäi dung trong thanh ghi naøy laø 0000H . Ngoaøi ra, trong CPU coøn coù moät khoái raát quan troïng khaùc ñoù laøø ALU (Arithmetic and Logic Unit) khoái naøy thöïc hieän moïi coâng vieäc xöû lyù trong CPU. Döõ lieäu ñöôïc laáy töø caùc thanh ghi, ñöôïc xöû lyù vaø keát quaû sau khi xöû lyù xong ñöôïc ñöa trôû laïi caùc thanh ghi. Leänh Move (MOV) ñöôïc söû duïng ñeå dòch chuyeån döõ lieäu giöõa vuøng nhôù vaø caùc thanh ghi. ÔÛ ñaây ta coù raát nhieàu leänh, moãi leänh thì coù moät chöùc naêng rieâng. Taäp hôïp taát caû caùc leänh naøy ñöôïc goïi laø taäp leänh. Moät heä vi xöû lyù ñöôïc trình baøy qua hình 3.11 Hình 3.11: Heä thoáng vi xöû lyù Caùc tuyeán (Busline – Bus) laø moät taäp hôïp caùc daây daãn ñöôïc söû duïng ñeå mang tín hieäu ñi quanh CPU. Gioáng nhö ñi xe buyùt, thoâng tin treân caùc tuyeán coù theå leân xuoáng xe buyùt moät caùch deã daøng. Chuùng thöôøng ñöôïc veõ thaønh caùc ñöôøng song song vôùi nhau trong maïch ñieän. Trong PLC, taát caùc modul ñeàu ñöôïc noái vôùi nhau baèng caùc luoàng daây naøy. Döïa vaøo tính chaát döõ lieäu truyeàn treân caùc tuyeán, ngöôøi ta phaân thaønh 3 nhoùm bus sau: Tuyeán döõ lieäu: ñaây laø bus 2 chieàu (thoâng tin “löu thoâng” theo caû 2 chieàu), ñöôïc söû duïng ñeå mang döõ lieäu giöõa CPU, ROM, RAM vaø caùc coång nhaäp/xuaát (I/O). Tuyeán ñòa chæ: ñaây laø bus 1 chieàu, ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ cuûa boä nhôù ROM, RAM hay caùc coång I/O ñöôïc söû duïng. Tuyeán ñieàu khieån: ñaây laø bus 1 chieàu nhöng hình veõ toång quan thì xem nhö 2 chieàu. Noù xaùc ñònh vieäc ñoïc hay vieát döõ lieäu treân caùc thieát bò trong heä thoáng. Cuï theå, döõ lieäu ñöôïc vieát vaøo hay xuaát ra treân CPU ñeán RAM hay coång I/O cuõng do tín hieäu treân bus ñieàu khieån naøy quyeát ñònh. Trang 57
  12. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Ñoàng hoà heä thoáng (xung clock): laø ñöôøng mang nhöõng xung coù taàn soá oån ñònh ñeå vieäc thöïc hieän caùc thao taùc trong heä thoáng ñöôïc ñoàng boä vôùi nhau. Taàn soá xung clock xaùc ñònh toác ñoä hoaït ñoäng cuûa PLC. Maëc duø caùc hoaït ñoäng dieãn ra trong CPU raát phöùc taïp nhöng trong moät thôøi ñieåm, CPU chæ thöïc hieän 1 trong 3 thao taùc trong moät leänh: nhaän leänh, giaûi maõ leänh, thi haønh leänh. Thöïc thi xong leänh naøy theo söï chæ daãn cuûa thanh ghi PC, CPU tieáp tuïc thöïc hieän 3 böôùc treân cho leänh keá tieáp … coù theå minh hoaï hoaït ñoäng naøy qua hình 3.12 Nhö vaäy cho duø chöông trình CPU coù theå raát phöùc taïp nhöng veà cô baûn noù cuõng chæ thöïc hieän 2 hoaït ñoäng: tìm naïp leänh vaø thi haønh leänh naøy sau khi ñaõ hieåu leänh. Quaù trình naøy cöù laäp ñi laäp laïi cho ñeán khi chöông trình ñöôïc döøng laïi … Nhöng do taàn soá laøm vieäc Hình 3.12: Chu kyø thöïc thi leänh cuûa CPU cuûa CPU raát cao, neân trong moät khoaûng thôøi gian ngaén CPU vaãn coù theå thöïc thi raát nhieàu coâng vieäc. 3.2.2 Boä nhôù baùn daãn Thanh ghi chæ coù khaû naêng nhôù ñöôïc caùc döõ lieäu coù dung löôïng thaáp vaø mang tính taïm thôøi. Ñeå löu tröõ ñöôïc caùc döõ lieäu coù dung löôïng lôùn PLC seõ söû duïng boä nhôù baùn daãn. Tuyø vaøo tính chaát coâng vieäc, PLC seõ söû duïng caùc boä nhôù sau: ROM (Read Only Memory): Boä nhôù chæ coù khaû naêng ñoïc (xuaát) döõ lieäu. Do döõ - lieäu ñöôïc nhôù raát oån ñònh (khi maát ñieän döõ lieäu khoâng bò maát theo), neân boä nhôù naøy duøng ñeå nhôù caùc chöông trình nguoàn, khôûi ñoäng … RAM (Random Access Memory): Boä nhôù cho pheùp xuaát nhaäp döõ lieäu deã daøng - nhöng döõ lieäu seõ maát saïch khi maát ñieän. Vì theá RAM thöôøng ñöôïc duøng laøm caùc boä nhôù ñeäm ngoõ vaøo/ngoõ ra … EPROM, FLASH-ROM: ñaây laø caùc boä nhôù coù theå nhôù döõ lieäu raát oån ñònh - (khoâng bò maát döõ lieäu khi maát ñieän) nhöng laïi truy xuaát döõ lieäu deã daøng. Do ñoù thöôøng ñöôïc duøng cho caùc boä nhôù chính (nhôù chöông trình ñieàu khieån PLC do ngöôøi laäp trình nhaäp vaøo). Trang 58
  13. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Hình 3.13: Boä nhôù baùn daãn Boä nhôù baùn daãn laøm vieäc töông töï moät kho chöùa döõ lieäu beân caïnh CPU. Noù cuõng coù ñuû 3 tuyeán nhö CPU, ñoù laø: tuyeán döõ lieäu, tuyeán ñieàu khieån, tuyeán ñòa chæ (hình 3.13). Tuyeán ñòa chæ: ñaây laø bus 1 chieàu, ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ cuûa vuøng nhôù trong boä nhôù baùn daãn, nôi maø boä nhôù choïn ñeå truy xuaát döõ lieäu. Tuyeán ñieàu khieån: ñaây laø bus 1 chieàu nhöng hình veõ toång quan thì xem nhö hai chieàu. Noù xaùc ñònh vieäc ñoïc hay vieát döõ lieäu treân boä nhôù baùn daãn. Cuï theå, döõ lieäu ñöôïc vieát vaøo vuøng nhôù ñöôïc choïn hay töø ñoù xuaát ñi. Ngoaøi ra, cho pheùp boä nhôù ngöng laøm vieäc (treo: khoâng duøng ñeán) cuõng do tín hieäu treân tuyeán ñieàu khieån naøy quyeát ñònh. Tuyeán döõ lieäu: ñaây laø bus 1 chieàu vôùi ROM vaø laø 2 chieàu vôùi caùc boä nhôù khaùc, ñöôïc söû duïng ñeå mang döõ lieäu töø vuøng nhôù ñöôïc choïn bôûi tuyeán ñòa chæ trong boä nhôù ñeán caùc thieát bò khaùc nhö CPU, ROM, RAM vaø caùc coång nhaäp/xuaát (I/O) trong heä thoáng. Caùc BUS laø moät taäp hôïp caùc daây daãn ñöôïc söû duïng ñeå mang tín hieäu ñi trao ñoåi thoâng tin giöõa caùc thieát bò trong heä vi xöû lyù. Ñieån hình moät maùy tính 8 bit coù caùc thanh ghi vôùi ñoä roäng 8 bit vaø 8 ñöôøng trong 1 BUS döõ lieäu. Moät maùy tính 16 bit coù caùc thanh ghi 16 bit, BUS döõ lieäu coù 16 ñöôøng … Coù theå duøng hình aûnh ñöôøng giao thoâng ñeå minh hoaï caùc BUS (Hình 3.14): treân ñöôøng giao thoâng coù nhieàu ñòa ñieåm nhö A, B, C, D … Neáu chæ duøng daây ñieän ñeå noái (noái cöùng) ta phaûi toán raát nhieàu ñöôøng daây ñeå lieân keát giöõa caùc ñòa ñieåm laïi vôùi nhau nhöng khi ñi treân ñöôøng, laùi xe duø khoâng thoâng thaïo vuøng naøy cöù ñi doïc xa loä laø coù theå tìm ñeán ñòa ñieåm caàn ñeán. Roõ raøng vôùi moät BUS ta coù theå lieân keát nhieàu thieát bò trong heä vi xöû lyù laïi vôùi nhau (moãi thieát bò coù theå xem nhö moät ñòa ñieåm treân ñöôøng giao thoâng coøn xe mang thoâng tin trao ñoåi giöõa caùc thieát bò trong heä thoáng). Trang 59
  14. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình BUS (đường giao thông) Hình 3.14: Minh hoaï BUS thoâng qua hình aûnh ñöôøng giao thoâng. Döïa vaøo tính chaát thoâng tin taûi treân Bus, ngöôøi ta phaân laøm ba loaïi chính: o Tuyeán ñòa chæ: ñaây laø bus 1 chieàu, ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh ñòa chæ cuûa vuøng nhôù trong boä nhôù baùn daãn, nôi maø boä nhôù choïn ñeå truy xuaát döõ lieäu. o Tuyeán ñieàu khieån: ñaây laø bus 1 chieàu nhöng hình veõ toång quan thì xem nhö hai chieàu. Tuyeán naøy xaùc ñònh vieäc ñoïc hay vieát döõ lieäu treân boä nhôù baùn daãn. Cuï theå, döõ lieäu ñöôïc vieát vaøo vuøng nhôù ñöôïc choïn hay töø ñoù xuaát ñi. Ngoaøi ra, cho pheùp boä nhôù ngöng laøm vieäc (treo: khoâng duøng ñeán) cuõng do tín hieäu treân tuyeán ñieàu khieån naøy quyeát ñònh. o Tuyeán döõ lieäu: ñaây laø bus 1 chieàu vôùi ROM vaø laø 2 chieàu vôùi caùc boä nhôù khaùc, ñöôïc söû duïng ñeå mang döõ lieäu töø vuøng nhôù ñöôïc choïn bôûi tuyeán ñòa chæ trong boä nhôù ñeán caùc thieát bò khaùc nhö CPU, ROM, RAM vaø caùc coång nhaäp/xuaát (I/O) trong heä thoáng. Thôøi gian truy xuaát (Access Time) laø thôøi gian caàn thieát ñeå thöïc hieän hoaït ñoäng ñoïc, nghóa laø thôøi gian töø luùc boä nhôù nhaän ñöôïc ñòa chæ môùi ôû ñaàu vaøo cho ñeán khi döõ lieäu ñaõ saün saøng cho ñaàu ra. Kyù hieäu at hay tACC. Dung löôïng (Capacity): Noùi leân soá bit toái ña coù khaû naêng löu tröõ trong boä nhôù. Ví duï coù moät boä nhôù löu tröõ ñöôïc 2048 töø 8 bit. Nhö vaäy boä nhôù coù dung löôïng cuûa boä nhôù laø 2048 x 8, trong ñoù ñaïi löôïng thöù nhaát (2048) laø toång soá töø, vaø ñaïi löôïng thöù hai (8) laø soá bit trong moãi töø (kích côõ töø). Soá töø trong boä nhôù thöôøng laø boäi soá của 1024. Cho ví duï ñôn giaûn minh hoaï veà nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa boä nhôù baùn daãn: khi baïn muoán gôûi moät laù thö cho baïn mình ñang soáng ôû Phaùp, baïn phaûi ghi ñòa chæ cuûa baïn mình vaøo bì thö: ñoù chính laø thoâng tin treân tuyeán ñòa chæ, xaùc ñònh nôi maø laù thö cuûa baïn seõ ñeán; vieát vaøo thö nhöõng thoâng tin maø mình muoán gôûi roài cho vaøo bì thö daùn laïi: ñoù laø thoâng tin treân tuyeán döõ lieäu; ñeán böu ñieän ñeå xaùc nhaän vieäc mình seõ gôûi laù thö ñoù sang Phaùp theo ñòa chæ ghi treân bì thö: ñoù laø thoâng tin yeâu caàu Trang 60
  15. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình ñaët treân tuyeán ñieàu khieån. Nhö vaäy vieäc trao ñoåi thoâng tin treân boä nhôù baùn daãn cuõng töông töï nhö vieäc trao ñoåi thö töø theo daïng truyeàn thoáng maø thoâi! Söï phoái hôïp nhòp nhaøng giöõa 3 tuyeán seõ giuùp boä nhôù hoaøn thaønh toát coâng vieäc cuûa mình: löu tröõ vaø trao ñoåi thoâng tin. Hình 3.15: Hình aûnh minh hoaï vieäc truy xuaát döõ lieäu trong boä nhôù baùn daãn Ñeå minh hoaï vieäc truy xuaát döõ lieäu trong boä nhôù baùn daãn, coù theå möôïn hình aûnh tuû ñöïng hoà sô trong caùc coâng sôû (hình 3.15). Moãi moät hoäc tuû trong tuû hoà sô ñöôïc ñaùnh soá theo nguyeân taéc nhö sau: chöõ soá ñaàu tieân (ñaùnh theo heä 16) cuûa hoäc laø con soá chæ thöù töï haøng cuûa hoäc naøy; chöõ soá ñaàu thöù hai (cuõng ñaùnh theo heä 16) cuûa hoäc laø con soá chæ thöù töï coät cuûa hoäc naøy. Do ñoù moãi moät hoäc tuû ñeàu coù moät maõ ñòa chæ ñöôïc ghi döôùi daïng maõ 16 rieâng, chæ ra vò trí cuûa hoäc treân tuû hoà sô. Giaû söû khi muoán ñöa moät hoà sô môùi (döõ lieäu) vaøo hoäc tuû coù maõ soá laø 03, ta chæ vieäc truøng phuøng töø haøng 0 vôùi coät 3 laø gaëp hoäc tuû naøy. Vieäc ghi hay naïp döõ lieäu laø tuyø vaøo tuyeán ñieàu khieån. Khi soá hoäc tuû khoâng ñuû ñeå giöõõ soá hoà sô caàn löu tröõ, ngöôøi ta mua theâm moät tuû cuøng loaïi vôùi tuû cuõ vaø vieäc ñaùnh soá ñòa chæ töông töï nhö cuõ. Luùc naøy vieäc ñaùnh soá phaân bieät giöõa 2 tuû gioáng nhö laäp maõ vuøng trong thueâ bao ñieän thoaïi: coù theå xem tuû thöù nhaát laø vuøng 1 vaø tuû môùi mua laø vuøng 2. Khi caàn lieân heä döõ lieäu trong cuøng moät vuøng thì khoâng caàn söû duïng maõ vuøng (gioáng nhö goïi ñieän thoaïi noäi haït), chæ khi lieân heä giöõa hai vuøng khaùc nhau luùc naøy môùi söû duïng ñeán maõ vuøng (gioáng nhö goïi ñieän thoaïi lieân tænh). Nghóa laø hoà sô khi trao ñoåi trong cuøng moät tuû, ta khoâng caàn söû duïng theâm moät soá naøo trong maõ ñòa chæ nhöng muoán chuyeån hoà sô töø tuû naøy sang tuû kia baét buoäc phaûi söû duïng theâm moät con soá nöõa trong maõ ñòa chæ (töông töï nhö maõ vuøng khi goïi ñieän thoaïi). Cuï theå, tuû cuõ theâm soá 0 vaøo beân traùi cuûa maõ ñòa chæ coøn tuû môùi theâm soá 1 vaøo beân traùi cuûa maõ ñòa chæ. Nhö vaäy 001; 011; 034; 075 … laø caùc ñòa chæ cuûa caùc hoäc trong tuû cuõ vaø 101; 111; 134; 175 laø caùc ñòa chæ cuûa caùc hoäc trong tuû môùi (cuøng vò trí vaät lyù nhöng khaùc tuû). Minh hoaï treân hình 3.16. Trang 61
  16. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Hình 3.16: Hình aûnh minh hoaï vieäc truy xuaát döõ lieäu trong boä nhôù baùn daãn Minh hoaï vieäc ñaùnh soá treân qua hình 3.17. Beân traùi laø moät soá ñieän thoaïi thaät, töông öùng vôùi beân phaûi laø caùch ñaùnh soá ñòa chæ trong boä nhôù baùn daãn theo maõ hexa. Hình 3.18 minh hoaï moät boä nhôù RAM trong chöông trình moâ phoûng SMS 32v23 (trình baøy ôû chöông 4) trình baøy noäi dung vaø caùch ñaùnh ñòa chæ cho töøng oâ nhôù chöùa noäi dung nhö caùch thöùc ôû tuû hoà sô vöøa neâu ôû treân. Hình 3.17: Minh hoaï vieäc ñaùnh soá treân vuøng ñòa chæ cuûa boä nhôù baùn daãn. Trang 62
  17. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Hình 3.18: Boä nhôù RAM trong chöông trình moâ phoûng SMS 32v23 Hieän nay do coâng ngheä cheá taïo boä nhôù ngaøy moät phaùt trieån vaø hoaøn thieän, dung löôïng vaø toác ñoä cuûa boä nhôù trang bò cho PLC ngaøy caøng taêng thoaû maõn gaàn nhö taát caû caùc yeâu caàu ñoøi hoûi cuûa caùc daây chuyeàn coâng ngheä hieän ñaïi. 3.2.3 Khoái vaøo / ra Ñieän aùp laøm vieäc trong maïch ñieàu khieån cuûa PLC khaù nhoû (thöôøng laø 5 hay 15 VDC), trong khi yeâu caàu thöïc teá coù theå ñoøi hoûi ñieän aùp, doøng ñieän laøm vieäc lôùn hôn. Baét buoäc PLC phaûi coù moät thieát bò giao tieáp : chính laø khoái I/O (Input/Output Unit). Khoái vaøo/ra naøy coù nhieäm vuï cho pheùp PLC coù theå kích tröïc tieáp moät soá thieát bò, phuï taûi maø khoâng caàn phaûi raùp theâm caùc maïch ñieän phuï trôï. Moãi ñaàu vaøo/ra ñeàu coù ñaùnh soá giuùp quaù trình nhaän daïng khi thao taùc treân PLC ñöôïc deã daøng. 3.2.4 Thieát bò laäp trình Thoâng thöôøng, ngöôøi ta trang bò caùc maùy tính caùc nhaân (PC) ñeå laøm thieát bò laäp trình cho PLC vì CPU maïnh, boä nhôù lôùn, maøn hình chaát löôïng cao vaø giaù caû ngaøy caøng haï. Trong coâng nghieäp ñoâi luùc ngöôøi ta söû duïng VDU (Visial Display Unit) vôùi ñaày ñuû baøn phím vaø maøn hình vaø caùc hieån thò hoã trôï vieäc laäp trình. Ngoaøi ra, ñeå tieän cho vieäc laäp trình moät caùch cô ñoäng, ngöôøi ta söû duïng boä laäp trình caàm tay (hand set). Kích thöôùc nhoû goïn cuûa thieát bò laäp trình naøy giuùp vieäc laäp trình khi baûo döôõng söûa chöõa raát tieän lôïi. 3.3 CÔ CHEÁ HOAÏT ÑOÄNG PLC Trong phaàn sau seõ noùi cuï theå hôn veà ngoân ngöõ laäp trình vaø caùch vieát chöông trình cho PLC. ÔÛ ñaây chæ giôùi thieäu sô qua moät daïng ngoân ngöõ laäp trình vôùi moät Trang 63
  18. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình chöông trình cuï theå chuû yù ñeå minh hoaï cho cô cheá laøm vieäc cuûa moät boä PLC thöïc teá. Ñeå khaûo saùt ngoân ngöõ doøng leänh (STL: Statement Logic), ta haõy quan saùt sô ñoà ñieàu khieån ñoùng/caét ñoäng cô ñieän söû duïng caùc thieát bò cô khí thoâng duïng nhö hình 3.19. Hình 3.19: Maïch ñoùng/caét ñoäng cô ñieän söû duïng thieát bò cô khí. Ñeå gaùn teân cho caùc phaàn töû trong maïch ñieän treân vaøo PLC, ngöôøi ta döïa vaøo kyù hieäu caùc ngoõ vaøo/ra cuûa töøng nhaø saûn xuaát PLC ñeå gaùn teân cho caùc phaàn töû trong maïch. Moät soá haõng PLC thoâng duïng taïi Vieät nam coù caùch quy öôùc nhö sau: - Caùc PLC series F (ví duï FX2C; FX2N …) cuûa haõng MITSUBISHI caùc ngoõ ra/vaøo ñöôïc ñaùnh soá theo heä 8 (octal) vaø maãu töï X cho ngoõ vaøo vaø Y cho ngoõ ra . Ví duï: 24 ngoõ vaøo: X000 – X007; X010 – X017; X020 – X027 16 ngoõ ra: Y000 – Y007; Y010 – Y017 - Caùc PLC cuûa SIEMENS söû duïng maãu töï I cho ngoõ vaøo vaø Q cho ngoõ ra. Ví duï : 24 ngoõ vaøo: I0.0 – I0.7 ; I1.0 – I1.7; I2.0 – I2.7 16 ngoõ ra: Q1.0 – Q1.7; Q2.0 – Q2.7 - Caùc PLC cuûa OMROM söû duïng maãu töï X cho ngoõ vaøo vaø Y cho ngoõ ra. Ví duï : 24 ngoõ vaøo: I0.0 – I0.7 ; I1.0 – I1.7; I2.0 – I2.7 16 ngoõ ra: Q1.0 – Q1.7; Q2.0 – Q2.7 Giaû söû laáy PLC FX2C laäp trình, ta gaùn cho tieáp ñieåm D laø ngoõ vaøo X000 ; M laø X001 vaø K vôùi ngoõ ra Y000. Ta coù chöông trình ñieàu khieån naïp vaøo PLC daïng ngoân ngöõ STL nhö sau : LD X001 OR Y000 AND X000 OUT Y000 END Vôùi ñoaïn chöông trình naøy, sau khi naïp vaøo boä nhôù chính qua thieát bò naïp trình, ta haõy xem caùch thöùc xöû lyù cuûa PLC FX2C nhö sau: Trang 64
  19. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình PLC hoaït ñoäng ñöa treân neàn taûng cuûa boä vi xöû lyù neân caùch thöùc hoaït ñoäng giöõa chuùng raát gioáng nhau. Ñieåm khaùc nhau cô baûn giöõa chuùng chính laø PLC ñöôïc thieát keá chuyeân duøng cho ñieàu khieån coøn vi xöû lyù ñöôïc söû duïng ña muïc ñích. Tuyø vaøo chöông trình ñaõ naïp trong boä nhôù chính, PLC seõ thöïc thi caùc leänh giuùp heä thoáng laøm vieäc theo chöông trình ñaõ caøi ñaët saün trong boä nhôù naøy. Hình 3.20: Cô cheá hoaït ñoäng trong PLC. Khi PLC ñöôïc ñaët ôû cheá ñoä chaïy chöông trình, boä ñeám chöông trình PC chæ ra ñòa chæ 0000H: vò trí leänh ñaàu tieân trong boä nhôù chính chöa chöông trình ñieàu khieån ñöôïc naïp theo chöông trình hoaït ñoäng hieän taïi treân maùy, giaû söû chöông trình nhö treân hình 3.20 Luùc naøy CPU seõ laáy leänh LD X000 töø boä nhôù chính, vaø thöïc thi leänh naøy. Leänh LD X000 yeâu caàu CPU kieåm tra traïng thaùi cuûa ngoõ vaøo X000. Sau khi thöïc hieän xong leänh naøy, traïng thaùi ngoõ vaøo X000 ñöôïc löu vaøo trong boä ñeäm ngoõ vaøo. Nghóa laø traïng thaùi cuûa ngoõ vaøo X000 ñöôïc nhôù taïm trong RAM vaø chôø töông taùc vôùi caùc ngoõ khaùc (neáu coù) ñeå theå hieän treân caùc ngoõ ra … Trong luùc naøy boä ñeám chöông trình töï ñoäng taêng theâm 1 ñeå chæ ra leänh keá tieáp naèm döôùi leänh X000 coù ñòa chæ laø 0001H . Ñoù chính laø leänh AND X001. CPU laïi tieáp tuïc thöïc thi leänh AND X001 töông töï nhö ñoái vôùi leänh LD X000, keát quaû laø traïng thaùi ngoõ vaøo X001 ñöôïc naïp vaøo RAM vaø thöïc hieän haøm logic AND vôùi traïng thaùi cuûa ngoõ vaøo X000, xong löu keát quaû taïm thôøi naøy ôû RAM. Quaù trình cöù nhö theá maø tieáp dieãn: PC tuaàn töï taêng daàn giaù trò ñeå CPU thöïc thi töøng leänh trong boä nhôù chính cho ñeán khi thöïc thi heát chöông trình trong boä nhôù chính, töùc laø gaëp leänh END. Boä ñeám chöông trình PC ñaët laïi 0000H, chöông trình laïi thöïc thi laïi töø ñaàu: coù nghóa laø laäp ñi laäp laïi theo caùc chu kyø lieân tuïc. Do taàn soá queùt qua caùc leänh cuûa CPU raát cao do ñoù baát cöù moät söï thay ñoåi naøo cuûa caùc ngoõ vaøo hoaëc ra ñeàu ñöôïc PLC ghi nhaän vaø xöû lyù theo chöông trình ñöôïc ghi trong boä nhôù chính. Trang 65
  20. Chöông 3: Ñieàu khieån theo chöông trình Ñoâi khi boä ñeám chöông trình PC khoâng töï ñoäng taêng leân 1 nhö thöôøng leä coù khaû naêng noù gaëp leänh nhaûy, luùc naøy CPU seõ nhaûy qua moät ñoaïn chöông trình cuï theå naøo ñoù do chöông trình trong boä nhôù chính yeâu caàu. 3.4 LAÄP TRÌNH TREÂN PLC 3.4.1 Giôùi thieäu ngoân ngöõ laäp trình Maùy vaø ngöôøi khoâng cuøng ngoân ngöõ, do ñoù muoán maùy hieåu ñöôïc chöông trình do ngöôøi vieát ra buoäc phaûi vieát baèng ngoân ngöõ maùy (daïng maõ maùy): ngoân ngöõ caáp thaáp. Nhöng maõ maùy laïi chæ toaøn nhöõng con soá neân raát khoù khaên trong vieäc vieát vaø söûa chöõa chöông trình. Vì vaäy, thay vì vieát baèng ngoân ngöõ maùy ngöôøi ta taïo neân caùc ngoân ngöõ laäp trình gaàn vôiù ngoân ngöõ ngöôøi (ngoân ngöõ caáp cao) ñeå thuaän tieän trong vieäc laäp trình treân PLC. ÔÛ ñaây thöôøng söû duïng 3 daïng thöùc sau: Ngoân ngöõ doøng leänh (Statement Logic: STL): ñaây laø sô ñoà lieät keâ theo daïng - töøng doøng leänh trình baøy daïng töøng caâu trong vaên baûn. Ñaây laø moät ngoân ngöõ cô baûn, deã duøng vì noù gioáng nhö caùc ngoân ngöõ laäp trình khaùc nhö laäp trình cho vi xöû lyù vi ñieàu khieån … Vì theá, nhöõng ngöôøi ñaõ bieát ngoân ngöõ laäp trình loaïi khaùc, thöôøng söû duïng daïng soaïn thaûo naøy. Ngoân ngöõ sô ñoà khoái (Function Block Diagram: FBD): Sô ñoà trình baøy theo - caùc khoái chöùc naêng. Kyù töï trong hoäp cho bieát chöùc naêng cuûa khoái ñoù. Ngoân ngöõ laäp trình naøy coù öu ñieåm laø moät ngöôøi khoâng chuyeân laäp trình PLC nhö moät kyõ thuaät vieân ngaønh coâng ngheä thoâng tin vaãn coù theå söû duïng toát daïng soaïn thaûo naøy. Ngoân ngöõ daïng sô ñoà hình thang (Ladder: LAD): Ngoân ngöõ naøy trình baøy - döôùi daïng ñoà hoaï cho pheùp nhaäp chöông trình coù daïng nhö moät sô ñoà maïch ñieän tieáp ñieåm cô khí, rô-le. Ñaây laø ngoân ngöõ gaàn vôùi ngöôøi söû duïng nhaát trong 3 ngoân ngöõ. Nhöõng ngöôøi quen vôùi kyõ thuaät ñieàu khieån thöôøng duøng daïng ngoân ngöõ naøy. Coù theå minh hoaï vò trí cuûa 3 ngoân ngöõ trong kyõ thuaät laäp trình nhö hình 3.21 Ngôn ngữ dòng lệnh Ngôn ngữ sơ đồ khối Ngôn ngữ LADDER Trang 66

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản