Tiểu Luận Mô hình điều khiển dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao

Chia sẻ: Mai Xuan Thu | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:40

Thêm vào BST

Báo xấu

339
lượt xem 114
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát trển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu Luận Mô hình điều khiển dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao

LỜI MƠ ĐẦU Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng d ụng t ự đ ộng hoá ngày càng cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu c ầu đi ều khi ển t ự đ ộng, linh ho ạt, ti ện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công ngh ệ đi ện t ử đã phát tr ển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được s ố lượng sản phẩm l ớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các công ty, xí nghi ệp sản xu ất th ường sử d ụng công ngh ệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC gi ảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đ ời s ống xã hội. Qua bài khoá luận này em sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng d ụng nó vào s ản xuất dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao. Trên đây là “ mô hình điều khiển dán nhãn và phân loại sản phẩm theo chiều cao” do th ạc sĩ PHẠM THÁI HOÀ hướng dẫn thực hiện Đề tài gồm nhưng nôi dung sau: Chương 1: sơ lược về hệ thống dán nhãn và phân lo ại sản phẩm theo chi ều cao Chương 2: tổng quan về bộ điều khiển PLC FX-1s Chương 3: Thiết kế xây dựng mô hình Trong quá trình thực hiện đề tài còn gặp nhiều khó khăn đó là tài li ệu tham kh ảo cho vấn đề này đang rất ít, và hạn hẹp, nó liên quan đến nhi ều vấn đề như phần c ơ trong dây chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh nghi ệm chưa nhi ều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý ki ến b ổ sung c ủa các th ầy cô giáo để đề tài này được hoàn thiện hơn. ` CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG DÁN NHÃN VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay cùng với sự phát triển cùa ngành khoa học k ỹ thu ật, k ỹ thuật đi ện t ử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong m ọi lĩnh v ực khoa h ọc k ỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung c ấp thông tin …. do đó chúng ta ph ải n ắm b ắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát tri ển n ền khoa h ọc k ỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật đi ều khi ển tự đ ộng nói riêng. Xu ất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghi ệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được t ự đ ộng hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xu ất t ự đ ộng hóa đó là s ố lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và s ử d ụng h ệ th ống nâng g ắp phân loại sản phẩm, dán nhãn sãn phẩm. Tuy nhiên đối vơi những doanh nghi ệp v ừa và nh ỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong nh ững khâu phân lo ại, dán nhãn, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng su ất th ấp chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những ki ến thức mà em đã học được ở trường mún tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhi ều lần, đ ồng thời vẫn đảo bảo được độ chính xác cao về kích thước. Nên em đã quyết đ ịnh thi ết k ế và thi công một mô hình sử dụng băng tải để dán nhãn và phân lo ại sản phẩm vì nó rất gần gũi v ới
thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi ph ải có kích th ước tương đối chính xác và nó thật sự có ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới. 1.2. CÁC BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM HIỆN NAY. 1.2.1. Các loại băng tải sử dụng hiện nay. 1.2.1.1. Giới thiệu chung. Băng tải thường được sử dụng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thi ết b ị này đ ược sử dụng rộng rãi như những phương tiện vận chuyển các c ơ c ấu nhẹ, trong các x ưởng luy ện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các tr ạm th ủy đi ện thì dùng v ận chuyển nhiên liệu. Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các lo ại hàng b ưu ki ện, vật li ệu h ạt ho ặc 1 số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghi ệp thực phẩm, hóa ch ất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành gi ữa các công đo ạn , các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được. 1.2.1.2. Ưu điểm của băng tải. Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đ ơn gi ản, b ảo d ưỡng d ễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng l ượng so v ới máy v ận chuy ển khác không lớn lắm. 1.2.1.3. Cấu tạo chung của băng tải.
Hình 1.1: Cấu tạo chung băng chuyền. 1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật. 2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo. 3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. 4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc. 1.2.1.4. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay. Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân lo ại có th ể l ựa ch ọn một số loại băng tải sau: Bảng 1.1: Danh sách các loại băng tải. Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng Băng tải dây < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công đai hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp. Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp Băng tải thanh 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên đẩy khoảng cách >50m. Băng tải con 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các lăn nguyên công với khoảng cách
- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn. năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s. Chi ều dài c ủa băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN. - Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo : + Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phôi vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm. + Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chi ều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuy ển động xoay vào nhau c ủa các bu ồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động. Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng. 1.2.2. Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm hiện nay. Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhi ều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi s ự t ập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo đ ược sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi ti ết kĩ thu ật r ất nh ỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực ti ếp tới ch ất l ượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nh ận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các h ệ th ống phân lo ại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với đi ều ki ện c ủa Vi ệt Nam. Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa ph ần mới ch ỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại ph ức tạp, còn m ột l ượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp s ức l ực con ng ười đ ể làm việc. Bên cạnh các băng chuyền để vận chuy ển sản ph ẩm thì m ột yêu c ầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân lo ại s ản ph ẩm. Còn r ất nhi ều dạng phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xu ất nh ư: Phân lo ại s ản phẩm theo kích thước, Phân loại sản phẩm theo màu sắc, Phân loại sản ph ẩm theo khối lượng, Phân loại sản phẩm theo mã vạch, Phân loại sản ph ẩm theo hình ảnh v.v… Vì có nhiều phương pháp phân loại khác nhau nên có nhi ều thuật toán, hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau. Ví dụ như muốn phân lo ại vải thì c ần phân loại về kích thước và màu sắc, về nước uống (như bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, kh ối l ượng, phân loại gạch granite theo hình ảnh v.v… Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: s ản ph ẩm ch ạy trên băng chuyền ngang qua cảm biến quang thứ 1 nhưng ch ưa kích c ảm bi ến th ứ 2
thì được phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua 2 cảm bi ến đồng th ời thì được phân loại vật cao nhất. Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản ph ẩm: s ử d ụng nh ững c ảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó đựợc phân loại đúng. Phát hiện màu s ắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một màu chính (ví dụ như đỏ, xanh lá cây hoặc xanh trời) được phản xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng. Bằng cách sử dụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi là FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MC phát ra màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh sáng trên một trục quang h ọc đơn. E3MC sẽ thu ánh sáng ph ản chiếu của các đối tượng thông qua các cảm biến nhận và xử lý tỷ lệ các màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam của ánh sáng để phân biệt màu sắc của vật cần cảm nhận. Phân loại sản phẩm dùng webcam: sử dụng 1 camera chụp lại sản ph ẩm khi chạy qua và đưa ảnh về so sánh với ảnh gốc. Nếu giống thì cho sản phẩm đi qua, còn nếu không thì loại sản phẩm đó. Nhận thấy thực tiễn đó, nay trong luận văn này, em sẽ làm m ột mô hình rất nhỏ nhưng có chức năng gần như tương tự ngoài thực tế. Đó là: tạo ra m ột dây chuyền băng tải để vận chuyển sản phẩm, dán nhã và phân loại sản ph ẩm theo kích thước đã được đặt trước. 1.3 GIỚI THIỆU BĂNG TẢI DÙNG TRONG MÔ HÌNH. Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuy ển sản phẩm nên trong mô hình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô ph ỏng cho h ệ th ống dây chuyền trong nhà máy với những lý do sau đây: - Tải trọng băng tải không quá lớn. - Kết cấu cơ khí không quá phức tạp. - Dễ dàng thiết kế chế tạo. - Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải. Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều y ếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai gi ảm qua thời gian...
CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC DÒNG FX CỦA MITSUBISHI 2.1. SƠ LUỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN. Thiêt́ bị điêù khiên̉ lâp̣ trinh ̀ đâù tiên (programmable controller) đã được những nha ̀ thiêt́ kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Motor - My). ̃ Tuy nhiên, hê ̣ thông ́ naỳ coǹ kha ́ đ ơn gian̉ và công ̀ kênh,̀ người sử dung ̣ găp̣ nhiêù khó khăn trong viêc̣ vâṇ hanh ̀ hệ thông. ́ Vi ̀ vâỵ cać nhà thiêt́ kế từng bước caỉ tiêń hệ thông ́ đơn gian, ̉ goṇ nhe,̣ dê ̃ vâṇ hanh, ̀ nh ưng viêc̣ lâp̣ trinh ̀ cho hệ thông ́ coǹ khó khăn, do luć naỳ không có cać thiêt́ bi ̣ lâp̣ trinh ̀ ngoaị vi hô ̉ tr ợ cho công viêc̣ lâp ̣ trinh. ̀ Để đơn gian̉ hoá viêc̣ lâp̣ trinh, ̀ hệ thông ́ điêù khiên̉ lâp̣ trinh ̀ câm̀ tay (programmable controller handle) đâù tiên được ra đời vaò năm 1969. Điêù naỳ đã taọ ra môṭ sự phat́ triên̉ thâṭ sự cho kỹ thuâṭ điêù khiên̉ lâp̣ trinh.̀ Trong giai đoan ̣ naỳ cać hệ thông ́ điêù khiên̉ lâp̣ trinh ̀ (PLC) chỉ đơn gian̉ nhăm ̀ thay thê ́ hệ thônǵ Relay và dây nôí trong hệ thông ́ điêù khiên̉ cổ điên. ̉ Qua quá trinh ̀ vâṇ ̀ hanh, cać nhà thiêt́ kế đã từng bước taọ ra được môṭ tiêu chuân̉ mới cho hệ thông,́ tiêu chuân̉ đó la:̀ dang ̣ lâp̣ trinh ̀ dung̀ gian̉ đồ hinh ̀ thang (The diagroom format). Trong những năm đâù thâp̣ niên 1970, những hệ thông ́ PLC coǹ co ́ thêm khả năng vâṇ hanh ̀ với những thuâṭ toań hổ trợ (arithmetic), “vâṇ hanh ̀ với cać dữ liêụ câp̣ nhât” ̣ (data manipulation). Do sự phat́ triên̉ cuả loaị maǹ ̀ dung hinh ̀ cho maý tinh ́ (Cathode Ray Tube: CRT), nên viêc̣ giao tiêṕ giữa người điêu ̀ khiên̉ để lâp ̣ trinh ̀ cho hệ thông ́ cang ̀ trở nên thuân ̣ tiêṇ hơn. Sự phat́ triên̉ cuả hệ thông ́ phâǹ cứng và phâǹ mêm ̀ từ năm 1975cho đêń nay đã lam ̀ cho hệ thông ́ PLC phat́ triên̉ manh ̣ mẽ hơn với cać chức năng mở ̣ rông: hệ thông ́ ngõ vao/ra ̀ có thể tăng lên đêń 8.000 công ̉ vao/ra, ̀ dung lượng bộ nhớ chương trinh ̀ tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (word of memory). Ngoaì ra cać nhà thiêt́ kế coǹ taọ ra kỹ thuâṭ kêt́ nôí với cać hệ thông ́ PLC riêng le ̉ thanh̀ môṭ hệ thông ́ PLC chung, tăng khả năng cuả từng hệ thông ́ riêng le.̉ Tôć đô ̣ xử lý cuả hệ thônǵ được caỉ thiên,̣ chu kỳ quet́ (scan) nhanh hơn lam ̀ cho hê ̣ thông ́ PLC xử lý tôt́ với những chức năng phức tap ̣ số lượng công ̉ ra/vaò lớn. Trong tương lai hệ thông ́ PLC không chỉ giao tiêṕ với cać hê ̣ thông ́ khać thông qua CIM Computer Intergrated Manufacturing) để điêù khiên̉ cać hê ̣ thông: ́ Robot, Cad/Cam… ngoaì ra cać nhà thiêt́ kế coǹ đang xây dựng cać loaị PLC với cać chức năng điêù khiên̉ “thông minh” (intelligence) coǹ goị là cać siêu PLC (super PLCS) cho tương lai.
2.2. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC 2.2.1. khái niệm về PLC. PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic Controller. Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ thì PLC là một thiết bị đi ều khi ển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các b ộ xử lý. Các ch ức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo ch ương trình. Nói m ột cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình. 2.2.2. Giới thiệu về PLC. Từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp nào … Người ta th ường th ực hiện kết nối các linh kiện điều khiển riêng lẻ (Rơle, timer, contactor …) l ại v ới nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng nhu cầu mà bài toán công nghệ đặt ra. Công việc này diễn ra khá phức tạp trong thi công vì ph ải thao tác ch ủ yếu trong việc đấu nối, lắp đặt mất khá nhiều thời gian mà hi ệu qu ả l ại không cao vì một thiết bị có thể cần được lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại rất hạn chế, bởi vậy lượng vật tư là rất nhiều đặc biệt trong quá trình sửa ch ữa bảo trì, hay cần thay đổi quy trình sản xuất gặp rất nhiều khó khăn và m ất rất nhiều thời gian trong việc tìm kiếm hư hỏng và đi lại dây bởi v ậy năng su ất lao động giảm đi rõ rệt. Với những nhược điểm trên các nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã nỗ lực để tìm ra một giải pháp điều khiển tối ưu nhất đáp ứng mong mỏi của ngành công nghiệp hiện đại đó là tự động hoá quá trình sản xu ất làm gi ảm s ức lao động, giúp người lao động không phải làm việc ở những khu vực nguy hiểm, độc hại ….mà năng suất lao động lại tăng cao gấp nhi ều l ần. M ột h ệ th ống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn để điều khiển cho ngành công nghiệp hiện đại cần phải hội tụ đủ các yếu tố sau: Tính tự động cao, kích th ước và khối lượng nhỏ gọn, giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đầu tiên năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên h ệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống, vì vậy qua nhiều năm cải tiến và phát triển không ngừng khắc phục những nhược điểm còn tồn tại để có được bộ đi ều khi ển PLC như ngày nay, đã giải quyết được các vấn đề nêu trên với các ưu vi ệt nh ư sau: * Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển.
* Có khả năng mở rộng các modul vào ra khi cần thiết. * Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình. * Có khả năng truyền thông đó là trao đổi thông tin với môi trường xung quanh như với máy tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển…. * Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ưu điểm khác nữa. Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển như hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen,…và có nhi ều hãng khác nữa nhưng chúng đều có chung một nguyên lý cơ bản ch ỉ có vài đi ểm khác biệt với từng mặt mạnh riêng của từng ngành mà người sử dụng s ẽ quy ết đ ịnh nên dùng hãng PLC nào cho thích hợp với mình mà thôi. 2.2.3. Lợi ích của việc sử dụng PLC. Cùng với sự phất triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt đ ộng công nghi ệp. Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và s ố l ượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống. L ợi ích đ ầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt m ột l ần (đ ối với s ơ đ ồ h ệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra ...), mà không ph ải thay đ ổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi ph ải thay đ ổi l ắp đ ặt khi đổi thứ tự điều khiển ( đối với hệ thống điều khiển relay ...) khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để lưu truy ền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống điều khiển linh hoạt hơn. Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác. Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các h ệ th ống đi ều khi ển l ớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian h ơn các hệ thống khác. Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua màn hình máy tính (một s ố PLC th ế h ệ sau có th ể nh ận biết các hỏng hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo cho ng ười s ử dụng, điều này làm cho việc sử dụng dễ dàng hơn. Người ta đã đi đến tiêu chuẩn hoá các chức năng chính c ủa PLC trong các hệ điều khiển là: - Điều khiển chuyên gia giám sát: + Thay thế cho điều khiển rơ le. + Thay thế cho các Panel điều khiển, mạch in. + Điều khiển tự động, bán tự động bằng tay các máy và các quá trình.
+ Có các khối điều khiển thông dụng ( thời gian, bộ đếm). - Điều khiển dãy: + Các phép toán số học. + Cung cấp thông tin. + Điều khiển liên tục các quá trình (nhiệt độ, áp suất...). + Điều khiển PID. + Điều khiển động cơ chấp hành. + Điều khiển động cơ bước. - Điều khiển mềm dẻo: + Điều hành quá trình báo động. + Phát hiện lỗi khi chạy chương trình. + Ghép nối với máy tính (RS232/ RS242). + Ghép nối với máy in. + Thực hiện mạng tự động hoá xí nghiệp. + Mạng cục bộ. + Mạng mở rộng. * Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC : Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có khả năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm: - Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống dẫn - Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại ... - Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ boat, quá trình cáng, quá trình gia nhiệt ... - Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thí nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, do cắt giấy. - Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phẩm, đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây ...) cân đong, đóng gói, hòa trộn ... - Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng.
- Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý các tuabin ...) các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ). 2.2.4. Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC. 2.2.4.1. Ưu điểm của PLC. Từ thực tế sử dụng ngƣời ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau: PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình. Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế, người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình. Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn. Các tín hiệu đƣa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle. Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm đƣợc hiểu là không cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không tiếp điểm. Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó. Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc. Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bên ngoài. Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính. Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng
cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ ngoài có thể làm việc được. Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băng catssete hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại. Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây. Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm. 2.2.4.2. Nhược điểm của PLC. Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá. Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle. 2.2.5. Cấu trúc của PLC. Tât́ cả cać PLC đêù có thanh ̀ phâǹ chinh ́ là : Môṭ bộ nhớ chương trinh ̀ RAM bên trong ( có thê ̉ mở rông ̣ thêm môṭ sô ́ bô ̣ nh ớ ngoaì EPROM ). Môṭ bộ vi xử lý có công ̉ giao tiêṕ dung ̀ cho viêc̣ gheṕ nôí với PLC . Cać Module vaò /ra.
̀ 1.1: Sơ đồ khôí cuả hệ thông Hinh ́ điêù khiên̉ Bên canḥ đo,́ môṭ bộ PLC hoaǹ chinh ̉ coǹ đi kem ̀ thêm môṭ đơn vị lâp̣ trinh ̀ băng̀ tay hay băng ̀ may ́ tinh. ́ Hâù hêt́ cać đơn vị lâp̣ trinh ̀ đơn gian̉ đêù có đủ RAM đê ̉ chứa đựng chương ̀ dưới dang trinh ̣ hoaǹ thiêṇ hay bổ sung . Nêú đơn vi ̣ lâp̣ trinh ̀ la ̀ đ ơn vi ̣ xach ́ tay , RAM th ường là loaị CMOS có pin dự phong, ̀ chỉ khi naò chương trinh ̀ đã được kiêm ̉ tra và săn̉ sang ̀ sử dung ̣ thì nó mới truyêǹ sang bộ nhớ PLC . Đôí với cać PLC lớn th ường lâp̣ trinh ̀ trên maý tinh́ nhăm ̀ hổ trợ cho viêc̣ viêt,́ đoc̣ và kiêm ̉ tra chương trinh̀ . Cać đơn vị lâp̣ trinh ̀ nôí với PLC qua công ̉ RS232, RS422, RS458, … Khôí điêù khiên̉ trung tâm (CPU) gôm ̀ ba phân: ̀ bộ xử ly,́ hệ thông ́ bộ nhớ và hệ thông ́ nguôǹ cung câp. ́
̀ 1.2: Sơ đồ khôí tông Hinh ̉ quat́ cuả CPU 2.2.5.1. Đơn vị xử lý trung tâm CPU điêù khiên̉ cać hoaṭ đông ̣ bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đoc̣ và kiêm ̉ tra chương trinh ̀ được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiêṇ thứ tự từng lênḥ trong chương trinh ̀ , sẽ đong ́ hay ngăt́ cać đâù ra. Cać trang ̣ thaí ngõ ra âý được phat́ tới cać thiêt́ bị liên kêt́ để thực thi. Và toaǹ bộ cać hoaṭ đông ̣ thực thi đó đêù phụ thuôc̣ vaò chương trinh ̀ điêù khiên̉ được giữ trong bộ nhớ. - Hệ thông ́ bus là tuyêń dung ̀ để truyêǹ tiń hiêu, ̣ hệ thông ́ gôm ̀ nhiêù đường tiń hiêụ song song : +Address Bus : Bus điạ chỉ dung ̀ để truyêǹ điạ chỉ đêń cać Module khać nhau. + Data Bus ̀ để truyêǹ dữ liêu. : Bus dung ̣ +Control Bus : Bus điêù khiên̉ dung ̀ để truyêǹ cać tiń hiêụ đinh ̣ thì và điêủ khiên̉ đông ̀ bô ̣ cać hoaṭ đông ̣ trong PLC . Trong PLC cać số liêụ được trao đôỉ gi ữa bô ̣ vi xử lý va ̀ cać module vaò ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gôm ̀ 8 đường, ở cung ̀ thời điêm ̉ cho pheṕ truyêǹ 8 bit cuả 1 byte môṭ cach ́ đông ̀ thời hay song song. Nêú môṭ module đâù vaò nhâṇ được điạ chỉ cuả nó trên Address Bus , nó sẽ chuyên̉ tât́ cả tranh ̣ thaí đâù vaò cuả nó vaò Data Bus. Nêú môṭ điạ chỉ byte cuả 8 đâù ra xuât́ hiêṇ trên
Address Bus, module đâù ra tương ứng sẽ nhâṇ được dữ liêụ từ Data bus. Control Bus se ̃ chuyên̉ cać tiń hiêụ điêù khiên̉ vaò theo doĩ chu trinh ̀ hoaṭ đông ̣ cuả PLC . Cać điạ chỉ và số liêụ được chuyên̉ lên cać Bus tương ứng trong môṭ th ời gian haṇ chê.́ Hệ thông ́ Bus sẽ lam ̀ nhiêm ̣ vụ trao đôỉ thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O . Bên cach ̣ đo,́ CPU được cung câṕ môṭ xung Clock có tâǹ số từ 1 ÷ 8 MHZ. Xung naỳ quyêt́ đinh ̣ tôć độ hoaṭ đông ̣ cuả PLC và cung câṕ cać yêú tố về đinh ̣ thời, đông ̀ hồ cuả hệ thông. ́ 2.2.5.2. Bộ nhớ PLC thường yêu câù bộ nhớ trong cać trường hợp : ̀ bộ đinh Lam ̣ thời cho cać kênh trang ̣ thaí I/O. ̀ bộ đêm Lam ̣ trang ̣ thaí cać chức năng trong PLC như đinh ̣ thời, đêm, ́ ghi cać Relay. Môĩ lênh ̣ cuả chương trinh̀ có môṭ vị trí riêng trong bô ̣ nh ớ, tât́ ca ̉ moị vi ̣ tri ́ trong bô ̣ nhớ đêù được đanh ́ sô,́ những số naỳ chinh ́ là điạ chỉ trong bộ nhớ . Điạ chỉ cuả từng ô nhớ sẽ được trỏ đêń bởi môṭ bộ đêm ́ điạ chỉ ở bên trong bộ vi xử ly.́ Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đêm ́ naỳ lên môṭ trước khi xử lý lênh ̣ tiêṕ theo . Với môṭ điạ chi ̉ mới , nôị dung cuả ô nhớ tương ứng sẽ xuât́ hiêṇ ở đâú ra, quá trinh ̀ naỳ được goị là quá trinh ̀ đoc̣ . Bộ nhớ bên trong PLC được taọ bỡi cać vi mach ̣ bań dân, ̃ môĩ vi mach ̣ naỳ có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dong ̀ lênh ̣ , tuỳ theo loaị vi mach. ̣ Trong PLC cać bộ nhớ như RAM, EPROM đêù được sử dung̣ . RAM (Random Access Memory ) có thể nap̣ chương trinh, ̀ thay đôỉ hay xoá bỏ nôị dung bât́ kỳ luć nao. ̀ Nôị dung cuả RAM sẽ bị mât́ nêú nguôǹ điêṇ nuôi bị mât́ . Để tranh ́ tinh ̀ ̣ nay trang ̀ cać PLC đêù được trang bị môṭ pin khô, co ́ khả năng cung câṕ năng l ượng d ự tr ữ cho RAM từ vaì thang ́ đêń vaì năm. Trong thực tế RAM được dung ̀ đê ̉ khởi taọ và kiêm ̉ tra ch ương ̀ Khuynh hướng hiêṇ nay dung trinh. ̀ CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thâṕ và tuôỉ thọ lớn . EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dung ̣ ̀ thường chỉ có thể đoc̣ chứ không ghi nôị dung vaò được . Nôị dung cuả EPROM không bi ̣ binh mât́ khi mât́ nguôǹ , nó được găń săñ trong maý , đã được nhà san̉ xuât́ nap̣ và chứa hệ điêù ̀ săn. hanh ̃ Nêu ́ người sử dung̣ không muôń mở rông̣ bộ nhớ thì chỉ dung ̀ thêm EPROM găń bên trong PLC . Trên PG (Programer) có săñ chổ ghi và xoá EPROM. Môi trường ghi dữ liêụ thứ ba là điã cứng hoac̣ điã mêm, ̀ đ ược sử dung ̣ trong maý lâp̣ ̀ . Điã cứng hoăc̣ điã mêm trinh ̀ có dung lượng lớn nên thường được dung ̀ để lưu những chương ̀ lớn trong môṭ thời gian daì . trinh ́ thước bộ nhớ : Kich
-Cać PLC loaị nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dong ̀ lênh ̣ tuy ̀ vaò công nghệ chế taọ . -Cać PLC loaị lớn có kich ́ thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 ÷16000 dong ̀ lênh. ̣ Ngoaì ra coǹ cho pheṕ găń thêm bộ nhớ mở rông ̣ như RAM , EPROM. 2.2.5.3. Cać ngõ vaò ra I/O Cać đường tin ́ hiêu ̣ từ bộ cam ̉ biêń được nôí với cać module vào (cać đâù vaò cuả PLC), cać cơ câú châṕ hanh ̀ được nôí với cać module ra (cać đâù ra cuả PLC). Hâù hêt́ cać PLC có điêṇ aṕ hoaṭ đông ̣ bên trong là 5V , tiń hiêụ xử lý là 12/24VDC hoăc̣ 100/240VAC. Môĩ đơn vị I/O có duy nhât́ môṭ điạ chi,̉ cać hiên̉ thị trang ̣ thaí cuả cać kênh I/O được cung câṕ bỡi cać đeǹ LED trên PLC, điêù nay ̀ lam̀ cho viêc̣ kiêm ̉ tra hoaṭ đông ̣ nhâp̣ xuât́ trở nên dể dang̀ và đơn gian. ̉ Bộ xử lý đoc̣ và xać đinh ̣ cać trang ̣ thaí đâu ̀ vao ̀ (ON, OFF) để thực hiêṇ viêc̣ đong ́ hay ngăt́ ̣ ở đâù ra. mach 2.2.6.Cać hoaṭ đông ̣ xử lý bên trong PLC 2.2.6.1. Xử lý chương trinh ̀ Khi môṭ chương trinh ̀ đã được nap̣ vaò bộ nhớ cuả PLC , cać lênh ̣ sẽ được trong môṭ ̀ điạ chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ . vung PLC có bộ đêḿ điạ chỉ ở bên trong vi xử ly,́ vì vâỵ chương trinh ̀ ở bên trong bô ̣ nhớ se ̃ được bộ vi xử lý thực hiêṇ môṭ cach ́ tuâǹ tự từng lênh ̣ môt, ̣ từ đâù cho đêń cuôí chương trinh̀ . Môĩ lâǹ thực hiêṇ chương trinh ̀ từ đâù đêń cuôí được goị là môṭ chu kỳ thực hiên. ̣ Th ời gian thực hiêṇ môṭ chu kỳ tuỳ thuôc̣ vaò tôć độ xử lý cuả PLC và độ lớn cuả chương trinh. ̀ Môṭ chu lỳ thực hiêṇ bao gôm̀ ba giai đoaṇ nôí tiêṕ nhau : - Đoc̣ trang ̣ thaí cuả tât́ cả đâù vao: ̀ PLC thực hiện lưu các trạng thái vật lý c ủa ngõ vào. Phâǹ chương trinh̀ phuc̣ vụ công viêc̣ nay ̀ có săñ trong PLC và được goị là hệ điêù hanh ̀ . -Thực hiện chương trình: bộ xử lý sẽ đoc̣ và xử lý tuâǹ tự lênh ̣ môṭ trong chương trinh. ̀ Trong ghi đoc̣ và xử lý cać lênh,̣ bộ vi xử lý sẽ đoc̣ tiń hiêụ cać đâù vao, ̀ thực hiêṇ cać pheṕ toań logic và kêt́ quả sau đó sẽ xać đinh ̣ trang ̣ thaí cuả cać đâu ̀ ra. - Xử lý những yêu cầu truyền thông: suốt thời gian CPU xử lý thông tin trong chu trình quét. PLC xử lý tất cả thông tin nhận được từ cổng truyền thông hay các module mở rộng. -Thực hiện tự kiểm tra: trong 1 chu kỳ quét, PLC kiểm tra ho ạt động c ủa CPU và tr ạng thái của modul mở rộng
-Xuất tín hiệu ngõ ra: bộ vi xử lý se ̃ gań cać trang ̣ thaí mới cho cać đâù ra taị cać module ̀ ra. đâu 2.2.6.2. Xử lý xuât́ nhâp ̣ ̀ hai phương phaṕ khać nhau dung Gôm ̀ cho viêc̣ xử lý I/O trong PLC : - Câp̣ nhâṭ liên tuc̣ Trong phương phaṕ nay, ̀ CPU phaỉ mât́ môṭ khoang ̉ thời gian đê ̉ đoc̣ trang ̣ thaí cuả cać ngõ vaò sẽ được xử ly.́ Khoang ̉ thời gian trên, thường là 3ms, nhăm ̀ tranh ́ tać đông̣ xung nhiêũ gay bởi contact ngõ vao.̀ Cać ngõ ra được kich ́ trực tiêṕ (nêú co)́ theo sau tać vu ̣ kiêm ̉ tra logic. ̣ thaí cać ngõ ra được chôt́ trong khôí ngõ ra nên trang Trang ̣ thaí cuả chung ́ được duy trì cho đêń ̀ câp̣ nhâṭ kế tiêp. lân ́ - Lưu ảnh quá trình xuất nhập Hâù hêt́ cać PLC loaị lơn có thể có vaì trăm I/O, vì thê ́ CPU chi ̉ co ́ thê ̉ xử ly ́ môṭ lênh ̣ ở môṭ thời điêm. ̉ Trong suôt́ quá trinh̀ thực thi, trang ̣ thaí môĩ ngo ̃ nhâp̣ phaỉ đ ược xet́ đêń riêng le ̉ nhăm ̀ dò tim̀ cać tać đông ̣ cuả nó trong chương trinh. ̀ Do chung ́ ta yêu câù relay 3ms cho môĩ ngõ vao, ̀ nên tông ̉ thời gian cho hệ thông ́ lâý mâũ liên tuc,̣ goị là chu kỳ quet́ hay th ời gian quet,́ trở nên rât́ daì và tăng theo số ngõ vao. ̀ Để lam̀ tăng tôć độ thực thi chương trinh, ̀ cać ngõ I/O được câp̣ nhâṭ t ới môṭ vung ̀ đăc̣ biêṭ trong chương trinh. ̀ Ở đây, vung ̀ RAM đăc̣ biêṭ naỳ được dung ̀ như môṭ bộ đêm ̣ lưu trang ̣ thaí cać logic điêù khiên̉ và cać đơn vị I/O. Từng ngõ vaò và ngõ ra được câṕ phat́ môṭ ô nhớ trong vung ̀ RAM nay. ̀ Trong khi kưu trang ̣ thaí cać ngõ vao/ra ̀ vaò RAM. CPU quet́ khôí ngo ̃ vaò và lưu trang̣ thaí chunǵ vao ̀ RAM. Quá trinh ̀ naỳ xaỷ ra ở môṭ chu kỳ chương trinh ̀ . Khi chương trinh ̀ được thực hiên, ̣ trang̣ thaí cuả cać ngõ vaò đã lưu trong RAM đ ược đoc̣ ra. Cać tać vụ được thực hiêṇ theo cać trang̣ thaí trên và kêt́ quả trang ̣ thaí cuả cać ngõ ra được lưu vaò RAM ngõ ra. Sau đó vaò cuôí chu kỳ quet, ́ quá trinh ̀ câp̣ nhâṭ trang ̣ thaí vao/ra ̀ chuyên̉ tât́ cả tiń hiêụ ngõ ra từ RAM vaò khôí ngo ̃ ra tương ứng, kich́ cać ngo ̃ ra trên khôí vaò ra. Khôí ngõ ra được chôt́ nên chung ́ vâñ duy trì trang ̣ thaí cho đêń khi chung ́ đ ược câp̣ nhâṭ ở chu ky ̀ quet́ kế tiêp.́
Tać vụ câp̣ nhâṭ trang ̣ thaí vao/ra ̀ trên được tự đông ̣ thực hiêṇ bởi CPU băng ̀ môṭ đoaṇ chương trinh ̀ con được lâp̣ trinh ̀ săñ bởi nhà san̉ xuât. ́ Như vây, ̣ chương trinh̀ con se ̃ đ ược th ực hiêṇ tự đông ̣ vaò cuôí chu kỳ quet́ hiêṇ hanh ̀ và đâù chu kỳ kế tiêp. ́ Do đo,́ trang ̣ thaí cuả cać ngõ ̀ vao/ra được câp̣ nhât. ̣ Lưu ý răng, ̀ do chương trinh ̀ con câp̣ nhâṭ trang ̣ thaí được thực hiêṇ taị môṭ thời điêm ̉ xać ̣ cuả chu kỳ quet, đinh ́ trang ̣ thaí cuả cać ngõ vaò và ngõ ra không thay đôỉ trong chu kỳ quet́ hiêṇ ̀ hanh. Nêú môṭ ngõ vaò có trang ̣ thaí thay đôỉ sau sự thực thi chương trinh ̀ con hê ̣ thông, ́ ̣ trang thaí đó sẽ không được nhâṇ biêt́ cho đêń quá trinh ̀ câp̣ nhâṭ kế tiêṕ xaỷ ra. Thời gian câp̣ nhâṭ tât́ cả cać ngõ vaò ra phụ thuôc̣ vaò tông ̉ số I/O được sử dung, ̣ thường là vaì ms. Thời gian thực thi chương trinh ̀ (chu kỳ quet) ́ phụ thuôc̣ vaò độ lớn chương trinh ̀ điêù khiên. ̉ Thời giant hi hanh ̀ môṭ lean cơ ban̉ (môṭ bước) là 0,08 µs đêń 0.1 µs tuỳ loaị PLC, nên chương trinh ̀ có độ lớn 1K bước (1000 bước) có chu kỳ quet́ là 0,8 ms đêń 1ms. Tuy nhiên, chương trinh ̀ điêù khiên̉ thường it́ hơn 1000 bước, khoang ̉ 500 bước trở lai. ̣ 2.2.7. Ngôn ngữ lập trình của PLC. Có 5 loại ngôn ngữ dùng để lập trình cho PLC: - Ngôn ngữ lập trình ST ( Structure text ) hoặc STL ( Statement List ): Là một ngôn ngữ lập trình cấp cao gần giống như Pascal, thực hiện các công việc sau: +Gán giá trị cho các biến +Gọi hàm và các FunctionBlock +Tạo và tính toán các biểu thức +Thực hiện các biểu thức điều kiện - Ngôn ngữ lập trình IL ( Instruction List ): Là ngôn ng ữ l ập trình c ấp th ấp, g ần gi ống nh ư ngôn ngữ máy Assembler, thường được dùng để lập trình cho vi x ử lý. C ấu trúc c ủa ch ương trình bao gồm một loạt các câu lệnh, mỗi câu lệnh nằm trên m ột dòng và đ ược k ết thúc b ằng ký tự xuống dòng. Mỗi câu lệnh bao gồm một toán tử và nhiều toán hạng. Toán h ạng là đ ối tượng của toán tử và là các biến hoặc các hằng số.Ngôn ngữ IL phù h ợp cho các ứng d ụng nhỏ, giải quyết các vấn đề có thứ tự trước sau. Nếu được lập trình t ốt, chương trình vi ết bằng IL sẽ có tốc độ tính toán nhanh nhất. - Ngôn ngữ lập trình FBD ( Function Block Diagrams ):Là ngôn ng ữ l ập trình theo ki ểu đ ồ họa, bằng cách mô tả quá trình dưới các dòng chảy tín hi ệu gi ữa các kh ối hàm v ới nhau. Nó giống như việc đi dây trong các mạch điện tử. - Ngôn ngữ lập trình SFC ( Sequence Function Charts ):Là ngôn ng ữ l ập trình theo ki ểu tuần tự, chương trình SFC bao gồm một chuỗi các bước được thể hi ện dưới dạng các hình chữ nhật và được nối với nhau. Mỗi bước đại diện cho một trạng thái c ụ th ể cần đ ược đi ều
khiển của hệ thống. Mỗi bước có thể thực hiện một hoặc nhiều công việc đồng thời. M ỗi một mối nối có một hình chữ nhật ở giữa, đại diện cho điều kiện chuyển đổi giữa các trạng thái trong hệ thống. Khi điều kiện chuyển đổi đạt được “ True “ thì cho phép chuyển sang trạng thái tiếp theo. - Ngôn ngữ lập trình LD ( Ladder Diagram ) Còn gọi là ngôn ng ữ b ậc thang là m ột ki ểu ngôn ngữ lập trình đồ họa. Lập trình theo LD gần giống như khi các kỹ sư đi ện thiết k ế và đi dây các bảng mạch điện điều khiển logic: Rơ-le, công-tắc-tơ, khởi đồng từ . . . Một ngôn ngữ được ưa chuộng là ngôn ngữ ladder, ngôn ngữ bậc thang. Ngôn ng ữ này có dạng đồ họa cho phép nhập chương trình có dạng m ột s ơ đ ồ m ạch đi ện logic, dùng các ký hiệu điện để biểu diễn các contact logic ngõ vào và relay logic ngõ ra. Ngôn ngữ này g ần gũi với người sử dụng và được xem như như là ngôn ngữ cấp cao. Phần mềm lập trình sẽ đ ược biên dịch các ký logic trên thành mã máy và kưu vào bộ nhớ c ủa PLC. Sau đó, PLC s ẽ th ực hiện các tác vụ điều khiển theo logic thể hiện trong chương trình. 2.2.8. Thiết bị dùng trong lâp trình PLC 2.2.8.1. Ngõ vào, ngõ ra Ngõ vào và ngõ ra là các bộ nhớ 1 bit, nhưng các bit đó có ảnh h ưởng tr ực ti ếp đ ến trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra vật lý. Ngõ vào nhận tín hi ệu tr ực ti ếp t ừ c ảm bi ến và ngõ ra là các relay, transistor hay triac vật lý. Các ngõ vào và ngõ ra c ần đ ược ký hi ệu và đánh s ố đ ể có địa chỉ xác định và duy nhất. Mỗi nhà sản xuất PLC đều có ký hiệu và cách đánh s ố riêng, nhưng về ý nghĩa cơ bản là giống nhau. Theo cách đánh số của hãng Mitsubishi, các ngõ vào và ngõ ra đ ược đánh s ố theo h ệ c ơ s ố 8(octal). Các ngõ vào hay ngõ ra liên tiếp sẽ được đánh số liên tiếp nhau. Ký hiệu ngõ vào: X Ký hiệu ngõ ra: Y Ví dụ: 24 ngõ vào: X000 – X007, X010 – X017, X020 – X027. 16 gõ ra: Y000 – Y007, Y010 – Y017. 2.2.8.2. Relay phụ trợ (Auxiliary relays) Relay là bộ nhớ 1 bit và có tác dụng như relay ph ụ tr ợ v ật lý trong m ạch đi ều khi ển dùng relay truyền thống, nên được gọi là relay logic. Relay được ký hiệu là M và được đánh số thập phân. Ví dụ : M0, M500, M8002. a. Phân loại :
-Relay chốt(latched relay): relay được chốt là relay duy trì được trạng thái khi không c ấp điện cho PLC. Relay này được ứng dụng trong trường hợp sau : nếu nguồn cấp điện hỏng khi PLC đang ở trạng thái hoạt động thì tất cả các ngõ ra đều tắt(OFF). Trạng thái OFF vẫn được duy trì trừ trường hợp chúng được kích hoạt lại khi PLC được cấp đi ện tr ở l ại. Đ ể th ực hi ện được việc duy trì trạng thái đó trong chương trình ta không kích thích tr ực ti ếp các ngõ ra mà phải dùng relay được chốt làm trạng thái trung gian kích các ngõ ra. -Relay phụ trợ ổn định trạng thái (General stable state auxiliary relays) : Một số relay phụ trợ được dùng trong PLC. Cuộn dây c ủa các relay này đ ược đi ều khi ển b ởi các contact, tương tự như cách điều khiển ngõ ra. Tất cả relay phụ trợ có m ột số contact th ường m ở và thường đóng được dùng trong PLC khi có yêu cầu. Lưu ý : các contact này không điều khiển trực tiếp các tải bên ngoài, chỉ có relay ngõ ra (Y) mới có thể làm được. -Relay chuyên dùng (special relay): PLC có một số relay phụ trợ chuyên dùng. Các relay này có chức năng chuyên biệt và về mặt sử dụng được phân thành hai dạng sau: + Contact relay phụ trợ chuyên dùng: relay này được điều khiển tự động bởi PLC, người sử dụng không thể can thiệp. + Điều khiển những cuộn dây relay chuyên dùng: khi sử dụng các cuộn dây này, PLC s ẽ thực hiện một tác vụ chuyên biệt được xác định trước. b. Bảng đặc tính kỹ thuật relay trên PLC FX PLC FX1S FX1N FX2N FX2NC Relay phụ trợ chung 384 384 500 500 (M0 - (M0- (M0- (M0- 383) M383) M499) M499) Relay phụ trợ được 128 1152 2572 2572 chốt (M384- (M384- (M500- (M500- M511) M1535) M3071) M3071) Tổng số 512 1536 3072 3072 2.2.8.3. Relay trạng thái (state relays). Relay trang thái được ký hiệu là S và được đánh số thập phân. Ví dụ: S0, S1, S2… Theo thuật ngữ máy tính, relay còn được gọi là cờ. a.Phân loại: - Relay trạng thái ổn định: Các relay này điều khiển bởi các contact trong PLC gi ống như việc điều khiển ngõ ra. Tất cả relay trạng thái đều có một số contact vật lý thường m ỏ và thường đóng nối với PLC nếu cần.
- Relay trạng thái được chốt: khi nguồn cấp cho PLC bị sự cố khi PLC đang hoạt động thì tất cả relay ngõ ra và relay công dụng chung bị RESET. Tất c ả relay này s ẽ ở tr ạng thái OFF trừ khi chúng được kích hoạt lại trạng thái khi PLC hoạt động lại. - Relay trạng thái bước STL: các relay trạng thái S rất quan trọng khi lập trình điều khiển trình tự và được dùng kết hợp với lệnh STL. Khi lập trình STL thì t ừng tr ạng thái có tác d ụng tương ứng được xác định trước. b. Bảng đặc tính kỹ thuật relay trên PLC FX PLC FX1S FX1N FX2N FX2NC Relay trạng thái N/A N/A 500 thường (S0-S499) Relay trạng thái được 128 1000 500 chốt (S0 – S127) (S0 – S999) (S500-S999) Tổng số 128 1000 3072 2.2.8.4. Hằng số K. Ký hiệu K, dùng để biểu diễn số thập phân. Dữ liệu 16 bit từ : - 32768 đến +32367. Dữ liệu 32 bit từ : -2,147,483,648 đến +2,147,483,647. Hằng số K được sử dụng để nhập dữ liệu cho bộ định thì, bộ đếm và các lệnh ứng dụng. Không giới hạn số lần sử dụng hằng số K 2.2.8.5. Hằng số H. Ký hiệu H, dùng để biểu diễn số thập lục phân. Dữ liệu 16 bit từ : 0 đến FFF. Dữ liệu 32 bit từ : 0 đến FFFFFFFF. Hằng số H được sử dụng đ ể nh ập d ữ li ệu cho các l ệnh ứng dụng. Không giới hạn số lần sử dụng hằng số H. 2.2.8.6. Bộ định thì (timer). Bộ định thì (timer) được dùng để định thì các sự kiện. Bộ định thì trong PLC được gọi là bộ định thì logic, vì nó là bộ trong PLC được tổ chức có tác dụng như là b ộ đ ịnh thì v ật lý. S ố lượng bộ định thì có thể sử dụng tùy thuộc loại PLC. Thực chất, bộ định thì được tổ chức trong bộ nhớ là một bộ đếm xung với chu kỳ thay đổi, chu kỳ c ủa xung tính bằng đ ơn v ị mili giây được gọi là độ phân giải. Ý nghĩa của độ phân giải là : bộ dịnh thì có độ phân giải cao sẽ định thì được khoảng thời gian lớn, nhưng bộ định thì đó không đ ịnh thì đ ược kho ảng th ời gian chính xác. Bộ định thì ký hiệu là T và được đánh số thập phân, ví dụ : T0, T1, T200, T250... Tham số của bộ định thì là khoảng thời gian định thì. Tham số này có th ể là h ằng s ố hoặc biến số, được nhập vào là số nguyên và đơn vị là 1 mili giây, 10 mili giây, 100 mili giây tùy độ phân giải bộ định thì sử dụng. Ví dụ : T0 K20 :tham số là hằng số, thời gian định thì là 20 x 100 ms = 2000 ms = 2s