Chơng Giới thiệu PLC I.1 Mở đầu Trong hệ thống sản xuất, thiết bị tự động bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều phối toàn hoạt động máy móc thiết bị Các hệ thống máy móc thiết bị sản xuất thờng phức tạp, có nhiều đại lợng vật lý phải điều khiển để hoạt động đồng theo trình tự công nghệ định nhằm tạo sản phẩm mong muốn Từng đại lợng vật lý đơn lẻ đợc điều khiển mạch điều khiển sở dạng tơng tự hay gián đoạn Điều khiển nhiều đại lợng vật lý đồng thời dùng mạch điều khiển tơng tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lô gíc Trớc hệ thống điều khiển lô gíc đợc dụng hệ thống lô gíc rơ le Nhờ phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử, thiết bị điều khiển lô gíc khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) xuất vào năm 1969 thay hệ thống điều khiển rơ le Càng ngày PLC trở nên hoàn thiện đa Các PLC ngày có khả thay thể hoàn toàn thiết bị điều khiển lo gíc cổ điển, mà có khả thay thiêt bị điều khiển tơng tự Các PLC đợc sử dụng rộng rãi công nghiệp Chức PLC kiểm tra trạng thái đầu vào điều khiển trình hệ thống máy móc thông qua tín hiệu đầu PLC Tổ hợp lô gíc đầu vào để tạo hay nhiều tín hiệu đợc gọi điều khiển lô gíc Các tổ hợp lô gíc thờng đợc thực theo trình tự điều khiển hay gọi chơng trình điều khiển Chơng trình điều khiển đợc lu nhớ PLC cách lập trình thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC lập trình máy tính cá nhân nhờ phần mềm chuyên dụng truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp truyền liệu Bộ xử lý tín hiệu, thờng vi xử lý tốc độ cao, thực chơng trình điều khiển theo chu kỳ Khoảng thời gian thực chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra tín hiệu vào, thực phép tính lo gíc đại số để có đợc tín hiệu điều khiển, cho đén phát tín hiệu đến đầu đợc goi chu kỳ thời gian quét PLC công nghiệp thờng có cấu hình đơn giản nhất, chơng trình trình điều khiển trình công nghệ hay máy móc thờng đợc hoạt động 24/24 không cần can thiệp ngời trình điều khiển PLC dừng quét chơng trình điều khiển ngắt nguồn công tắc ngừng đợc kích hoạt Sơ đồ khối đơn giản hoá PLC đợc thể hình 1.1 I.1 I.2 Cuộn hút Công tắc Mô đun Vào CPU Mô đun Ra Điện áp 110 V 220 V Hình 1.1 Sơ đồ khối PLC đơn giản Đèn tín hiệu Trên đầu vào PLC có kênh tín hiệu tơng tự kênh tín hiệu số Các kênh tín hiệu xuất phát từ cảm biến, từ công tắc hành trình, công tắc đóng ngắt mạch điện từ biến lô gíc tơng ứng với các trạng thái máy móc, thiết bị Tín hiệu vào đợc xử lý trung tâm xử lý nhờ phép tính lô gíc hay số học kết tín hiệu Các tín hiệu tín hiệu tín hiệu truyền điện đến cho cấu chấp hành nh cuộn hút, đèn hiệu, động vv Điện áp đầu vào PLC điện áp công suất thấp, tơng ứng với mức từ 0V đến 5V chiều Khi ta nối đầu vào có mức điện áp cao 5V, thờng phải dùng kênh có mạch chuyển đổi để biến điện áp vào thành điện áp tơng đơng với mức +/- 5VDC Điện áp đầu PLC có nhiều mức điện áp khác nhau, nhng có mức lợng thấp Nếu cần phải điều khiển cấu chấp hành có mức lợng cao hơn, ta phải sử dụng thiết bị khuyếch đại công suất I.2 lịch sử phát triển PLc Vào khoảng năm 1968, nhà sản xuất ô tô đa yêu cầu kỹ thuât cho thiết bị điêù khiển lô gíc khả lập trình Mục đích thay cho tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện thờng xuyên phải thay thể rơ le hỏng cuộn hút hay gẫy lò xo tiếp điểm Mục đích thứ hai tạo thiều bị điều khiển có tính linh hoạt việc thay đổi chơng trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật sở máy tính công nghiệp, mà u điểm lập trình dễ dàng kỹ thuật viên kỹ s sản xuất Với thiết bị điều khiển khả lập trình, ngời ta giảm thời gian dừng sản xuất, mở rộng khả hoàn thiện hệ thống sản xuất thích ứng với thay đổi sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển sở máy tính sản xuất thiết bị điều khiển khả lập trình gọi PLC Những PLC đợc ứng dụng công nghiệp ô tô vào năm 1969 đem lại u việt hẳn hệ thống điều khiển sở rơ le Các thiết bị đợc lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian xởng sản xuất có độ tin cậy cao hệ thống rơ le Các ứng dụng PLC nhanh chóng rộng mở tất ngành công nghiệp sản xuất khác Hai đặc điểm dẫn đến thành công PLC độ tin cậy cao khả lập trình dễ dàng Độ tin cậy PLC đợc đảm bảo mạch bán dẫn đợc thiết kế thích ứng với môi trờng công nghiệp Các mạch vào đợc thiết kế đảm bảo khả chống nhiễu, chịu đợc ẩm, chịu đợc dầu, bụi nhiệt độ cao Các ngôn ngữ lập trình PLC tơng tự nh sơ đồ thang hệ thống điều khiển lô gíc, nên kỹ s làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà không cần phải qua trình đào tạo Một số ứng dụng máy tính sản xuất thời gian đầu bị thất bại, việc học sử dụng phần mềm máy tính không dễ dàng với kỹ s Khi vi xử lý đợc đa vào sử dụng năm 1974 1975, khả PLC đợc mở rộng hoàn thiện Các PLC có trang bị vi xử lý có khả thực tính toán xử lý số liệu phức tạp, điều làm tăng khả ứng dụng PLC cho hệ thống điều khiển phức tạp Các PLC không dừng lại chổ thiết bị điều khiển lô gíc, mà có khả thay thiết bị điều khiển tơng tự Vào cuối năm bảy mơi việc truyền liệu trở nên dễ dàng nhờ phát triển nhảy vọt công nghiệp điện tử Các PLC điều khiển thiết bị cách xa hàng vài trăm mét Các PLC trao đổi liệu cho việc điều khiển qua trình sản xuất trở nên dễ dàng Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC máy tính công nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển ứng dụng công nghiệp thay cho thiết bị cứng nh rơ le, cuộn hút tiếp điểm Ngày thấy PLC hàng nghìn ứng dụng công nghiệp Chúng đợc sử dụng công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế biến dầu, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp khí, công nghiệp xử lý nớc chất thải, công nghiệp dợc phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, công nghiệp khai khoáng, giao thông vận tải, quân sự, hệ thống đảm bảo an toàn, hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv Các PLC đợc kêt nối với máy tính để truyền, thu thập lu trữ số liệu bao gồm trình điều khiển thống kê, trình đảm bảo chất lợng, chẩn đoán cố trực tuyến, thay đổi chơng trình điều khiển từ xa Ngoài PLC đợc dùng hệ thống quản lý lợng nhằm giảm giá thành cải thiện môi trờng điều khiển các hệ thống phục vụ sản xuất, dịch vụ văn phòng công sở Sự đời máy tính cá nhân PC năm tám mơi nâng cao đáng kể tính khả sử dụng PLC điều khiển máy trình sản xuât Các PC giá thành không cao sử dụng nh thiêt bị lập trình giao diện ngời vận hành hệ thống điêu khiển Nhờ phát triển phần mềm đồ hoạ cho máy tính cá nhân PC, PLC đợc trang bị giao diện đồ hoạ để mô thị hoạt động phận hệ thống điêu khiển Điều có ý nghĩa đặc biệt quan trọng máy CNC, tạo cho ta khả mô trớc trình gia công, nhằm tránh cố lập trình sai Máy tính cá nhân PC PLC đợc sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển sản xuất hệ thống dịch vụ PLC đợc sản xuất nhiều hãng khác giới Về nguyên lý hoạt động, PLC có tính tơng tự giống nhau, nhng lập trình sử dụng chúng hoàn toàn khác thiết kế khác nhà sản xuất PLC khác với máy tính ngôn ngữ lập trình chung hệ điều hành Khi đợc bất lên PLC chạy chơng trình điều khiển ghi nhớ nó, chạy đợc hoạt động khác Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi nh: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc hãng chiếm phần lớn thị phần PLC giới Các PLC hãng đợc ứng dụng rộng rãi công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ tính linh hoạt cho hệ thống công nghiệp Bằng thay phần tử điện PLC, trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, quan trọng hiệu PLC lựa chọn tốt hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn số lý sau: - Tốn không gian: Một PLC cần không gian máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơ le để thực cức - Tiết kiệm lợng: PLC tiêu thụ lợng mức thấp, máy tính thông thờng - Giá thành thấp : Một PLC giá tơng đơng cỡ đến 10 rơ le, nhng có khả thay hàng trăm rơ le - Khả thích ứng với môi trờng công nghiệp: Các vỏ PLC đợc làm từ vật liệu cứng, có khả chống chịu đợc bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn khả - Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có hệ thống phức tạp để giao tiếp với môi trờng công nghiệp Trong PLC giao diện trực tiếp nhờ mô đun vào I/O Lập trình dễ dàng: Phần lớn PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình sơ đồ thang, tơng tự nh sơ đồ đấu hệ thống điều khiển rơ le thông thờng Tính linh hoạt cao: Chơng trình điều khiển PLC thay đổi nhanh chóng dễ dàng cách nạp lại chơng trình điều khiển vào PLC lập trình, thẻ nhớ, truyền tải qua mạng I.3 Phân loại PLC Căn vào số lợng đầu vào/ ra, ta phân PLC thành bốn loại sau: - micro PLC loại có dới 32 kênh vào/ - PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ - PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ - PLC cỡ lớn có 1024 kênh vào/ra Các micro PLC thờng có 32 đầu vào/ra Trên hình 1.2 ví dụ micro PLC họ T100MD-1616 hãng Triangle Research International sản xuất Cấu tạo tơng đối đơn giản toàn phận đợc tích hợp bảng mạch có kích thớc nhỏ gọn Micro PLC có cấu tạo gồm tất phận nh xử lý tín hiệu, nguồn, kênh vào/ra khối Các micro PLC có u điểm PLC nhỏ giá thành rẻ, dễ lắp đặt Hình 1.2 Micro PLC họ T100MD-1616 Một loại micro PLC khác DL05 hãng Koyo, loại có 30 kênh vào/ Hình 1.3 Micro PLC họ DL05 hãng Koyo Một loại micro-PLC khác loại xê ri 90 Fanuc, hình 1.4 Loại có kênh vào kênh Hình 1.4 Micro-PLC xê ri 90 Fanuc PLC loại nhỏ có đến 256 đầu vào/ra Trên hình 1.5 PLC hãng OMRON loại ZEN 10C Loại PLC có 34 kênh vào/ gồm: kênh vào kênh mô đun CPU, lại mô đun vào/ ra, với kênh vào kênh cho mô đun Hình 1.5 PLC loại ZEN-10C Omron Hãng Siemens có PLC loại nhỏ nh S5-90U, S5-95U, S5-100U (hình 1.6), S7 200 loại PLC loại nhỏ, có số lợng kênh vào/ nhỏ 256 Cấu tạo PLC loại nhỏ tơng tự nh cấu tạo PLC loại trung bình, dạng mô đun Điểm khác biệt dung lợng nhớ, số lợng kênh vào/ mô đun khác độ lớn tốc độ xử lý thông tin khác PLC Siemens đợc dùng rộng rãi hầu hết nớc có công nghiệp phát triển Hình 1.7 PLC S5-100U Siemens Các PLC trung bình có dến 1024 đầu vào/ra Loại CJ1M Omron hình 1.8 có 320 kênh vào/ Hình 1.8 PLC loại CJ1M Omron Loại PLC CQM1 hay CQMIH Omron hình 1.9 có 512 kênh vào Hình 1.9 PLC loại CQM1 Omron Hãng Siemens có số xê ri S7-200 cácloại PLC hạng trung bình Số lợng kênh vào/ S-300 khoảng từ 256 đến 1024 Các PLC loại lớn có nhiều 1024 đầu vào/ra Loại có tốc độ xử lý cao, dung lợng nhớ lớn thờng đợc dùng điều khiển hệ thống thiết bị công nghệ phức tạp Hãng Omron có PLC loai CJ1 hình 1.10, loại có tới 1280 kênh vào/ loại CJ1H có tới 2560 kênh vào/ra Hình 1.10 PLC loại CJ1 Omron Hãng Omron có loai CS1 hình 1.11, loại PLC cỡ lớn với 5120 kênh vào/ Hình 1.11 PLC loại CS1 Omron Các PLC loại lớn Siemens loại xê ri S7-300, S7-400 Các loại có số lợng kênh vào/ lớn Các kênh đấu trực tiếp lên PLC mà phải thông qua dồn kênh tách kênh ( demultiplexeur multiplexeur) Trên hình 1.12 PLC S7400 Siemens Đây loại PLC mạnh Siemens Cấu hình PLC đợc biểu diễn hình 1.13.a, 1.13.b Các PLC trung bình lớn có mô đun vào/ra lắp ráp với giá đỡ tiêu chuẩn, cho phép lắp thêm tháo bớt mà không cần tắt nguồn Các PLC đợc kết nối với thông qua mạng ETHERNET công nghiệp (hình 1.14) Hình 1.12 PLC S7-400 Siemens a, b, Hình 1.13 a, Cấu trúc S7-400; b, Sơ đồ kết nối S-400 Các PLC loại lớn thờng dùng để điều khiển mức cao mức thấp thờng thiết bị điều khiển tơng tự, hay thiết bị điều khiển số với PLC loại nhỏ, hay loại trung bình mức thấp, chủ yếu thiết bị điều khiển trực tiếp thiết bị công nghệ, cấu chấp hành, động cơ, bơm, van, cuộn hút, đèn hiệu vv Điều khiển mức cao bao gồm điều khiển liên quan đến phần quản lý hệ thống quản lý liệu hệ thống điều khiển mức này, liệu đợc thu thập từ các thiết bị điều khiển mức thấp từ bên hệ thống thông qua mạng nội mạng Internet Các liệu từ PLC đợc truyền máy tính trung tâm để lu trữ xử lý Trờng hợp hệ thống sản xuất tự động có điều khiển thống kê, điều khiển mức cao, tơng ứng với cấu trúc quản lý hệ thống Hoạt động hệ thống điều khiển đợc điều chỉnh dựa theo kết phân tích, đánh giá từ liệu thống kê, nh giúp cho việc sản xuất dạng tối u hiệu PLC S7-400 Siemens loại PLC lớn mạnh hệ thống điều khiển sản xuất qui mô nh nhà máy công nghiệp Loại PLC kết nối trực tiếp qua mạng Ethernet công nghiệp với thiết bị điều khiển mức cao để trao đổi liệu thông các kênh giao diện khác nh MPI , PROFIBUS, EIB hay giao diện AS để thu thập liệu điều khiển nh hình 1.14 Hình 1.14 Sơ đồ kết nối mạng S7-400 công nghiệp I.4 thành phần plc Nếu không nhìn khía cạnh giá thành, kích thớc, mức độ phức tạp, tất PLC có thành phần đặc điểm chức giống Một PLC gồm có thành phần bản: - Mô đun xử lý tín hiệu - Mô đun vào - Mô đun - Mô đun nhớ - Mô đun nguồn - Thiết bị lập trình Sơ đồ PLC đợc biểu diễn hình 1.15 Ngoài mô đun này, PLC có mô đun phụ trợ nh mô đun kết nối mạng, mô đun đặc biệt để xử lý tín hiệu nh mô đun kết nối với can nhiệt, mô đun điều khiển động bớc, mô đun kết nối với encoder, mô đun đếm xung vào vv Đầu vào Mô đun Vào/ Ra Mô đun nguồn Đầu CPU Thiết bị lập trình Mô đun nhớ Hình 1.15 Cấu trúc PLC Bộ xử lý tín hiệu Đây phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU PLC Bộ xử lý tín hiệu bao gồm hay nhiều vi xử lý tiêu chuẩn vi xử lý hổ trợ với mạch tích hợp khác để thực phép tính lô gíc, điều khiển ghi nhớ chức PLC Bộ xử lý thu thập tín hiệu vào, thực phép tính lô gíc theo chơng trình, phép tính đại số điều khiển đầu số hay tơng ứng Phần lớn PLC sử dụng mạch logic chuyên dụng sở vi xử lý mạch tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU Bộ vi xử lý lần lợt quét trạng thái đầu vào thiết bị phụ trợ, thực logic điều khiển đợc đặt chơng trình ứng dụng, thực tính toán điều khiển đầu tơng ứng PLC Bộ vi xử lý nâng cao khả logic khả điều khiển PLC Các PLC hệ cuối cho phép thực phép tính số học phép tính logic, nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội vv Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc chơng trình Chu kỳ đợc gọi chu kỳ quét PLC, tức khoảng thòi gian thực xong vòng lệnh chơng trình điều khiển Chu kỳ quét đợc minh hoạ hình 1.16 10 130 131 132 Truyền thông đơn hớng Truyền thông bán hai chiều Truyền thông hai chiều Phơng pháp truyền tin Truyền song song Truyền nối tiếp Bộ dồn tín hiệu Bộ dồn kênh tần số Dồn kênh thời gian Dồn kênh thống kê Lỗi điều khiển kiểm tra Kiểm tra ồn Kiểm tra mức lợng d dọc Kiểm tra lọng d ngang Kiểm tra lợng d trụ Các qui chuẩn truyền thông Truyền nối tiếp đồng Qui phạm truỳen nối tiếp đồng Qui phạm truyên nhị phân đồng Qui phạm HDLC Mạng nội LAN Cấu hình mạng LAN Qui phạm mạng LAN Cấu trúc mạng tiêu chuẩn Tiêu chuẩn phần cứng nối tiếp Tiêu chuẩn EIA232 133 Tiêu chuẩn RS-422 Tiêu chuẩn RS-485 Tiêu chuẩn mạch vòng dong 20-mA Chơng Các ứng dụng công nghiệp Điều khiển băng tải: Ví dụ 9.1 Trong công nghiệp ta hay gặp vấn đề cần điều khiển xe cấp phôi điều khiển tự động AGV (Automated Guided Vehicle) phân xởng Một ví dụ đơn giản ta cần điều khiển Xe C hai điểm A B Các điểm đợc thị bới các công tắc mini M1 M2 Xe đợc điều khiển hai nút ấn P1 P2 Ban đầu xe dừng điểm A, công tắc mini M1 đợc bật xe đứng yên nút P1 đợc ấn Khi đầu Z1 đợc kích hoạt động xe đợc bật lên, xe bắt đầu chuyển động hớng đến điểm B Chuyển động tiếp tục P1 hay P2 đợc ấn Khi xe đạt đến điểm B, làm bật công tắc mini M2 Công tắc M2 bật làm cho đầu Z2 đợc kích hoạt ngắt đầu Z1 Xe bắt đầu chuyển động theo chiều ngợc lại từ B đến A Trong trình chuyển động ta ấn nút P2, xe đảo chiều chuyển động lại chuyển động theo hớng đến B Nh đầu Z2 đợc ngắt đầu Z1 đợc kích hoạt Nếu P2 không đợc bấm, xe tiếp tục vế đến điểm A dừng công tắc mini M1 đợc bật Z1 Z2 C M1 M2 P1 P2 PLC Hình 1*** Hệ thống điều khiển hoạt động bắt đầu công tắc nguồn PLC đợc bật trạng thái khởi động đợc kích hoạt Đầu Z1 Z2 trạng thái tắt Nếu nút ấn P1 cha đợc ấn, xe nguyên trạng thái khởi động Khi nút ấn P1 chuyển từ trạng thái sang 1, thiết bị điều khiển thay đổi trạng thái bên đầu Z1 đợc kích hoạt Tại B, xe đến công tắc mini M2 chuyển từ sang 1, Z1 đợc tắt Z2 đợc kích hoạt Xe chuyển động A Nếu nút P2 không đợc ấn, xe chạy đến A, công tắc mini M1 chuyển trạng thái từ sang 1, xe dừng vị trí khởi động Nếu nút P2 đợc ấn trớc 134 xe quay đến A, Z2 tắt Z1 đợc kích hoạt, xe quay lại điểm B lắp lại hành trình từ B A Nếu thể chức hệ thống điều khiển hàm lô gíc ta có: Z = M P1 + M M + Z P2 Z = ( M + M ).P2 Z Chơng trình điều khiển hệ thống viết ngôn ngữ bảng lệnh có dạng: STR M1 AND P1 STR NOT M1 AND M2 OR STR STR NOT Z2 AND P2 OR STR OUT Z1 STR M2 OR NOT M1 AND NOT P2 AND NOT Z1 OUT Z2 Chơng trình điều khiển viết ngôn ngữ LAD: M1 IR2 IR0 IR0 P1 M2 IR0 Z1 M2 IR1 IR1 P2 IR1 M2 IR2 IR2 IR2 M1 IR1 Z2 135 Chơng trình thể ngôn ngữ Grafcet: Khởi động hệ thống & M1=1 P1 =1 Chuyển động đến B : Z1 =1, Z2=0 M2 = P2 = Chuyển động A: Z2 = 1, Z1=0 M1 = Ví dụ 9.2 Một sản phẩm khí dạng sản xuất dây chuyền tự động đợc chuyển băng tải Chiều dài sản phẩm không đợc vợt qua kích thớc L Hệ thống phân loại sản phẩm (hình ** ) bao gồm băng tải, hai cảm biến quang điện đặt cách khoảng L Các càm biến gồm đầu phát sáng đầu thu Đầu cảm biến quang điện tín hiệu điện áp tơng ứng với mức lô gíc hay 1, có sản phẩm qua chúng đầu phát Phía sau cảm biến thứ hai cửa xả, điều khiển động M Nếu sản phẩm dài L, động phải đợc kích hoạt để sản phẩm rơi xuống Nếu sản phẩm không dài L, động M không hoạt động để sản phẩm Một sản phẩm rơi, động M đợc tắt cửa xả đợc đóng lại hệ thống lại sẳn sàng cho chọn sản phẩm Khoảng cách sản phẩm để lựa chọn, phảu đảm bảo đợc điều kiện có vào vùng kiểm tra lần Vấn đề thiết kế hệ thống điều khiển lô gíc, mà đầu vào đầu từ cảm biến x1 x2 đầu Z kích hoạt động M 136 Nguồn sáng Sản phẩm Cửa xả Băng tải Cảm biến quang X1 X2 M X2 PLC Z X1 Hình ** Hệ thống phân loại sản phẩm Nh ta thấy khởi động hệ thống X1=0 X2=0 Nếu sản phẩm qua cảm biến X1=1, sau X2=1 Nếu X1=1 X2 chuyển từ thành 1, sản phẩm dài yêu cầu Động dừng X2=0 Chơng trình ngôn ngữ bảng lệnh có dạng: STR X1 AND X2 OUT Z Chơng trình ngôn ngữ Grafcet: Khởi động hệ thống phân loại X1.X2=1 Mở cửa xả: Z=1 X2=0 137 Điều khiển cấp phôi tự động cho máy CNC 4.1 ứng dụng PLC điều khiển hệ thống cấp phôi cho máy công cụ Ta có hệ thống tự động cấp phôi cho máy công cụ phục vụ rô bốt công nghiệp nh hình vẽ Cảm biến mã vạch C1/R1 Tấm chắn R4 Phôi Băng tải Cảm biến tiếp xúc MS1 Rô bốt C2, R2, R3 Máy CNC C3, C4 Rô bốt cấp phôi vào máy CNC lấy chi tiết từ máy CNC băng tải Khi phôi chạy băng tải, chạm vào cảm biến tiếp xúc MS1, cảm biến mã vạch quét để nhận dạng phôi Nếu chi tiết yêu cầu, chắn đợc đẩy để dừng phôi lại Rô bốt kẹp phôi gá vào máy máy trạng thái không làm việc Ngợc lại, rô bốt phải chờ để tháo chi tiết gia công xong từ máy CNC băng tải Các thành phần hệ thống điều khiển gồm: TT Ký hiệu Mô tả Trạn g thái MS1 R1 C1 R2 R3 C2 R4 1 1 1 Phôi đến Quét mã vạch Đúng loại phôi Gá lắp phôi Tháo chi tiết Rô bốt bận Đẩy chắn C3 C4 Cảm biến tiếp xúc Đầu cảm biến mã vạch Đầu vào cảm biến mã vạch Đầu rô bốt Đầu rô bốt Đầu vào rô bốt Đầu cấu đẩy chặn Đầu vào từ máy CNC Đầu vào từ máy CNC 1 Máy CNC bận Gia công xong Điều khiển thang máy Điều khiển máy rửa xe Điều khiển lò 138 Chú thích Hệ thống cấp dầu cho lò nhà máy nhiệt điện hoạt động theo nguyên tắc sau: Dầu thùng chứa đợc sấy đến nhiệt độ định sấy điện ( nớc) Cảm biến nhiệt TSL thị mức nhiệt độ cần sấy (TSL=1) Trong thùng chứa dầu có cảm biến mực dầu LSL Nếu cảm biến báo mức dầu thấp mức cho phép, phải dừng bơm P (LSL=1, PP=1), van điện từ XV3 mở để dầu trở thùng chứa đồng thời đèn đỏ RL đợc bật lên để báo hiệu hệ thống đạng bị dừng (XV3=1, RL=1) Nếu áp suất dầu tổn thất qua lọc F, làm tăng áp trên đầu bơm (cảm biến cao áp DPSH = 1) hay áp suất dầu đầu lọc giảm (cảm biến áp thấp PSL=1), nh hoạt động thứ hai đợc lặp lại Nếu áp suất dầu đầu của lọc vợt mức cho phép (cảm biến PSH=1), van điện từ XV3 phải đợc mở (XV3=1) Nếu súng bơm dầu bị tắt lửa (BS1 = hay BS2 = 1) van điện từ tơng ứng XV1 hay XV2 phải đợc đóng (XV1=0 hay XV2=0) XV3 phải đợc mở (XV3=1) Nếu súng phun hoạt động (BS1=1 BS2=1), hệ thống phải dừng hoạt động nh bớc Trong điều kiện hoạt động bình thờng đèn xanh GL đợc bật (GL=1) Với hoạt động nh vậy, điều kiện để bơm ngừng hoạt động biểu diễn hàm lô gíc sau: PP = LSL + TSL + DPSH + PSL + BS1.BS RL = PP GL = PP XV = BS1 XV = BS XV = LSL + TSL + DPSH + PSL + BS1 + BS Qui ớc biến vào/ra đợc thể bảng sau: STT 10 11 12 13 Tên biến LSL TSL DPSH PSL PSH BS1 BS2 PP XV1 XV2 XV3 GL RL Ký hiệu biến cho PLC X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 139 Chơng trình thể ngôn ngữ bảng lệnh: STR X0 OR X1 OR X2 OR X3 STR X5 AND X6 OR STR OUT Y1 STR NOT X5 OUT Y2 STR NOT X6 OUT Y3 STR Y1 OR X4 OUT Y4 STR NOT Y1 OUT Y5 STR Y1 OUT Y6 Ngôn ngữ LAD: X0 Y1 X1 X2 X3 X5 X6 X5 Y2 X6 Y3 Y1 Y4 X4 Y1 Y5 Y1 Y6 140 Điều khiển ga tự động Có ga tự động điều khiển PLC Ga có dung lợng chứa 10 xe Trên đầu vào đầu ga có hai ba ri ê điều khiển hai động M1 M2 Mỗi ba ri ê đầu có hai cảm biến đặt phía trớc phía sau ba ri ê để báo có xe phía trớc hay xe qua ba ri ê (S1, S2, S3 S4) Không đồng thời S1 S2 S3 S4 đợc bật đồng thời Trên đầu có cảm biến S5 để kiểm soát vé Hệ thống điều khiển ga điều khiển hoạt động sau: Đóng mở ba ri ê tự động Ba ri ê vào mở ga có 10 xe cảm biến S1 = 1, báo có xe vào trớc ba ri ê Khi xe qua ba ri ê đóng lại cảm biến S2 chuyển trạng thái từ sang Ba ri ê mở S5 bật S3 chuyển trạng thái từ sang Và ba ri ê đóng lại S4 chuyển từ trạng thái sang 0, báo xe qua Trên đầu vào ga đèn xanh bật, báo hiệu ga chỗ Nếu đầu vào có đèn đỏ, báo hiệu ga đầy Hệ thống điều khiển có đầu vào sau: - Nút khởi động M: từ nguồn đợc cấp vào PLC, xe đợc vào hay cha ấn nút - Nút dừng P: nút đợc bật, không xe đợc vào hay cha ấn lại nút M Trờng hợp hai nút P M ấn đồng thời, nút P đợc u tiên - Nút ấn R: để đặt lại số đếm xe PLC đợc bật lên Cảm biến S4 M2 Ba ri ê Cảm biến S3 Ra P Cảm biến S5 M R Vào Cảm biến S2 RL M1 Ba ri ê vào GL Cảm biến S1 Hình ** 141 Để xác định đợc chơng trình điều khiển hệ thống này, trớc hết ta phải qui ớc biến vào/ra: Biến S1 S2 S3 S4 S5 M P R M1 M2 GL RL Biến PLC X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 Y0 Y1 Y2 Y3 Các hàm lô gíc tơng ứng với chức hệ thống điều khiển gồm: Y0 = X X Y2 Y1 = X X X Y2 = X CTR Y3 = X CTR Do cần sử dụng đếm, ta phải sử dụng biến trung gian để tạo xung tạo mạch trì trạng thái biến vào Trong chơng trình sử dụng biến trung gian từ IR0 đến IR6 Chơng trình PLC ngôn ngữ bảng lệnh hệ thống điều khiển đợc thể nh sau: STR X5 OR IRO ( Tạo mạch trì) AND NOT X6 OUT IR0 STR OR AND NOT AND AND NOT OUT X0 Y0 IR2 IR0 Y3 Y0 STR OR AND NOT AND OUT STR NOT X1 IR1 IR2 Y0 IR1 X1 (Gán mạch trì cho đầu Y0) (Tạo xung đếm xe vào ga cho đếm hạ ba ri ê ) 142 AND OUT IR1 IR2 STR OR AND NOT AND OUT X4 IR3 IR5 IR0 IR3 (Tạo mạch trì cho trạng thái soát vé ra) STR AND OR AND NOT OUT IR3 X2 Y1 IR5 Y1 ( Tạo mạch trì cho đầu Y1) STR AND OR AND NOT AND OUT STR NOT AND OUT X3 Y1 IR4 IR5 IR0 IR4 X3 IR4 IR5 STR AND STR STR OR CTR X7 Y1 IR5 IR2 IR5 45 10 Y3 OUT STR AND NOT OUT END IR0 Y3 Y2 (Tạo xung đếm cho xe ) ( Đếm xe bật đèn đỏ số xe 10) ( Tạo tín hiệu đèn xanh) Chơng trình viết ngôn ngữ LAD: 143 X5 X6 IR0 IR0 X0 IR2 IR0 Y3 Y0 IR2 Y0 IR1 IR1 IR2 Y0 X1 IR1 X1 X4 IR5 IR0 IR3 IR3 IR3 X2 IR5 Y1 Y1 IR5 Y1 X3 IR0 IR4 IR4 X3 X7 IR4 IR5 IR0 CTR 45 IR5 10 IR2 Y3 IR5 IR0 Y3 144 Y2 [...]... thể điều khiển đợc của PLC Thời gian chu kỳ càng nhỏ PLC càng hoath động nhanh, càng có thể điều khiển đợc nhiều đại lợng vật lý khác nhau Chính vì vậy PLC trở nên thiết bị điều khiển lý tởng cho các máy và thiết bị công nghiệp Khi cha có chơng trình điều khiển PLC không thể hoạt động đợc PLC chỉ hoạt động khi đã có chơng trình điều khiển nạp vào bộ nhớ của nó Chơng trình điều khiển có thể nạp vào PLC. .. trình cơ bản Ngôn ngữ lập trình cho phép ngời sử dụng trao đổi với thiết bị điều khiển khả lập trình thông qua thiết bị lập trình Các nhà sản xuất PLC sử dụng các ngôn ngữ lập trình khác nhau, nhng tất cả các ngôn ngữ này đều sử dụng các lệnh để nạp kế hoạch cơ sở điều khiển vào hệ thống Một chơng trình điều khiển đợc định nghĩa nh một tập hợp các lệnh sắp đặt theo lô gíc điều khiển các hoạt động của... EEPROM là nó có thể thay đổi chơng trình của PLC bằng cách cắm vào cổng của PLC Hình 1.23 Thiết bị lập trình cần tay PG 605 của Siemens 22 Hình 1.24 Thiết bị lập trình chuyên dụng PG 730C Trên hình 1.25 là kết nối máy tính PC để lập trình và nạp vào PLC qua cổng nối tiêu chuẩn Hình 1.25 Kết nối máy tính và PLC Khi nạp chơng trình điều khiển từ PC đến PLC, để chơng trình có thể chạy đợc, nó phải đợc... lệnh đợc thể hiện bằng sơ đồ tơng tự nh các mạch điện điều khiển trong các tủ rơ le Mục đích của ngôn ngữ này là : - đơn giản hoá việc thay hệ thống điều khiển bằng rơ le bởi PLC, - đơn giản hoá việc lập trình PLC cho các kỹ s điều khiển đã quen với thiết kế của các hệ điều khiển rơ le Để lập trình đợc bằng ngôn ngữ LAD, ta cần phải đợc trang bị bộ lập trình với màn hình đồ hoạ để có thể hiển thị đợc sơ... cho việc tính toán các hàm điều khiển Thông thờng chơng trình đợc nạp vào PLC bởi bộ lập trình cầm tay (hình 1.23), thiết bị lập trình chuyên dụng (hình 1.24) hay máy tính cá nhân (hình 1.25) Bộ lập trình cầm tay thờng dùng cho các PLC rẻ tiền, đơn giản Bộ lập trình chuyên dụng đợc trang bị màn hình và các phím tơng ứng với các phần tử của sơ đồ thang để tiện cho việc lập trình Các thiết bị này cho... khác với chơng trình của PLC, thì phần mềm lập trình sẽ tự động đóng nó lại và chỉ mở chơng trình có trong PLC mà thôi Trên màn hình của phần mềm sẽ có cửa sổ với tín hiệu báo ta đang ở chế độ truy cập trực tiếp Lúc này ta có thể thay đổi chế độ làm việc của PLC từ chế độ gián tiếp (offline) sang chơng trình điều khiển từ xa Thực hiện việc chạy chơng trình điều khiển từ phần mềm lập trình trên PC,... - Lập trình bằng thiết bị lập trình sách tay: lập trình trực tiếp vào bộ nhớ của PLC Thiết bị này không dễ sử dụng nh máy tính, những lại tiện cho việc mang đi theo ngời Lập trình đợc thực hiện từng dòng lệnh tơng ứng với từng bậc của sơ đồ thang - Lập trình trên máy tính, nạp lên thẻ nhớ và sau đó nạp từ thẻ nhớ vào PLC qua cổng tiêu chuẩn Các thẻ nhớ EEPROM là các bộ nhớ ROM có thể xoá và lập trình. .. dụng đợc trong điều khiển hệ thống với 128 kênh vào/ra số Chơng trình điều khiển không dài quá 1024 dòng lệnh Số lợng biến trong chơng trình nhiều nhất là 1024 Một chu trình quét của PLC phải nhỏ 24 hơn hoặc bằng 300ms Đây là PLC thế hệ của những năm 90 của Siemens Ngày này PLC của Hãng này đã phát triển đến thế hệ S7-400, là những PLC rất mạnh và tốc độ rất cao Các lệnh của chơng trình của PLC thờng đợc... thực hiện toàn bộ các chức năng xử lý tín hiệu độc lập với CPU và chu trình quét của chơng trình điều khiển Ví dụ là mô đun điều khiển động cơ bớc hình 1.22.b, mô đun điều khiển vị trí hình 1.22.c của S5100U Trong số các mô đun chuyên dụng có cả các mô đun truyền thông hình 1.22.d Các mô đun này có thể trao đổi với hệ điều khiển phân tán, với mạng PLC khác, các máy tính chủ hoặc các thiết bị thông... hiệu trong một chu trình điều khiển không có hiện tợng trễ còn đợc gọi là điều khiển trong thời gian thực Các PLC và các PC ngày nay có tốc độ xử lý rất cao nên chất lợng của các hệ thống điều khiển số không kém chất lợng của các hệ thống điều khiển tơng tự Chu kỳ quét của PLC thờng vào khoảng từ 1 đến 25 mi li giây Thời gian quét đầu vào và đầu ra tơng đối ngắn so với chu kỳ quét của PLC Phần lớn thời