Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Hệ thống điều khiển PLC
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ: Tổng quát, một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bò điện tử, được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn đònh, sự chính xác, sự chuyển đổi nhòp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất. Nó thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ, từ cung cấp năng lựơng đến một thiết bò bán dẫn. Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn toàn, đó là PLC, nó được sử dụng kết hợp với máy tính chủ. Ngoài ra, nó còn giao diện để kết nối với các thiết bò khác (như là: bảng điều khiển, động cơ, contact, cuộn dây, ….). Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn. Ngoài ra, nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng. Từ hình 1.1 ta thấy: PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu nó không được kết nối với các thiết bò cảm ứng. Nó cũng không cho phép bất kỳ các máy móc nào hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với động cơ. Và tất nhiên, vùng máy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt. SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang Hình 1.1: Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC 1.2 VAI TRÒ CỦA PLC Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim của hệ thống điều khiển. Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ của PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bò nhập, dựa vào chng trình logic để xử lý tín hiệu và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bò xuất. PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá trình phức hợp. 1.3 CÁC THIẾT BỊ NHẬP VÀ XUẤT DÙNG TRONG PLC: 1.3.1 Các thiết bò nhập Sự thông minh của một hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả năng đọc các tín hiệu từ các cảm biến tự động của PLC. Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bò nhập là: nút ấn, cầu dao, phím,…. Ngoài ra, PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bò nhận dạng tự động như: công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biến cấp độ , …. Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các modul nhập. Hình1.2: Input Devices SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang 1.3.2 Thiết bò xuất Trong một hệ thống tự động hóa, thiết bò xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng. Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bò xuất thì hầu như hệ thống sẽ bò tê liệt hòan toàn. Các thiết bò xuất thông thường là: động cơ, cuộn dây nam châm, relay, chuông báo ,…. Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Các loại thiết bò xuất là một phần kết cấu của hệ thống tự động hóa và vì thế nó ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất của hệ thống . Tuy nhiên, các thiết bò xuất khác như là : đèn pilot, còi và các báo động chỉ cho biết các mục đích như: báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào , các thiết bò ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC. Hình 1.3: Output devices 1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯC (PLC) LÀ GÌ PLC là bộ điều khiển logic theo chương trình bao gồm: bộ xử lý trung tâm gọi là CPU (Central Processing Unit) chứa chương trình ứng dụng và các modul giao diện nhập xuất. Nó được nối trực tiếp đến các thiết bò I/O. Vì thế, khi tín hiệu nhập, CPU sẽ xử lý tín hiệu và gởi tín hiệu đến thiết bò xuất. SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang Hình 1.4: Sơ đồ khối của PLC 1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG KHÁC Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường. Ta hãy thử so sánh ưu, khuyết điểm của hai hệ thống trên: ♦ Hệ thống điều khiển thông thường: • Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bản điều khiển. • Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt. • Tốc độ hoạt động chậm. • Công suất tiêu thụ lớn. • Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại tòan bộ, tốn nhiều thời gian. • Khó bảo quản và sữa chữa. ♦ Hệ thống điều khiển bằng PLC: • Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn. • Công suất tiêu thụ ít hơn. • Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên Console. • Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn. • Bảo trì và sữa chữa dễ dàng. • Độ bền và tin cậy vận hành cao. • Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng. • Có thiết bò chống nhiễu. • Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. • Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó. • Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết . Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bò điều khiển thông thường khác. PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh tuỳ theo yêu càu của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó, điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC. SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang 1.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC Để thiết kế 1 chng trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau: 1. Xác đònh qui trình công nghệ Trước tiên , ta phải xác đònh thiết bò hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bò đầu vào. Nó nhận tín hiệu và gởi tín hiệu đến CPU , CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến thiết bò xuất để điều khiển sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẵn trong chương trình 2. Xác đònh ngõ vào, ngõ ra : Tất cả các thiết bò xuất , nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập trình. Thiết bò nhập là những contact, cảm biến . Thiết bò xuất là những cuộn dây , valve điện từ , motor, bộ hiển thò. Sau khi xác đònh tất cả các thiết bò xuất nhập cần thiết, ta đònh vò các thiết bò vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình. 3. Viết chương trình: Khi viết chương trình theo sơ đồ hình bậc thang (ladder ) phải theo sự hoạt động tuần tự từng bước của hệ thống 4. Nạp chương trình vào bộ nhớ : Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình thông qua cổng I/O. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua bộ console lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong, kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán. Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắc chắn rằng chng trình đã hoạt động tốt. 5. Chạy chương trình : Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào, ra đến các thiết bò nhập, xuất đã được nối đúng theo chỉ đònh. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bò lỗi thì máy tính hoặc bộ Console sẽ báo lỗi , ta phải sữa lại cho đến khi nó hoạt động an toàn Sau đây là lưu dồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 6 Xác đònh yêu cầu của hệ thống điều khiển Vẽ lưu đồ chung của hệ thống điều khiển Liệt kê tất cả các ngõ ra, ngõ vào nối tương đối đến các cổng I/O của PLC Chuyển lưu đồ sang sơ đồ hình thang Nạp lập trình sơ đồ hình thang thiết kế cho PLC Mô phỏng chương trình và sửa lỗi phần mềm Hiệu chỉnh chương trình cho phù hợp Kết nối toàn bộ thiết bò vào, ra với PLC Kiểm tra tất cả các tiếp điểm vào, ra Chương trình OK Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang 1.7 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC: Cấu trúc phần cứng của tất cả các PLC đều có các bộ phận sau: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nhập, xuất. 1.7.1 Đơn vò xử lý trung tâm (CPU): Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bò bên ngoài 1.7.2 Bộ nhớ (Memory): SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 7 Chạy thử chương trình Hiệu đính lại phần mềm Nạp chương trình vào EPROM Lập hồ sơ hệ thống cho tất cả các bản vẽ END Chương trình OK Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu giữ trạng thái hoạt động của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động , phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như : + Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất / nhập được gọi là RAM xuất / nhập + Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : Timer , Counter, Relay Bộ nhớ gồm có những loại sau : + Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only Memory): ROM không phải là một bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC. ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác. + Bộ nhớ ghi đọc (RAM: Random Access Memory): RAM là một bộ nhớ thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bò mất đi nếu nguồn điện bò mất. Tuy nhiên vấn đề này được giải quyết bằng cách gắn thêm vào RAM một nguồn điện dự phòng. Ngày nay, trong kỹ thuật phát triển PLC , người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lượng khá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các RAM này khi mất nguồn. Pin dự phòng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạc gắn với hệ thống , pin sẽ được sạc khi cấp nguồn cho PLC. + Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thể bò xoá đi nếu ta phóng tia tử ngoại vào, người viết phải viết lại chương trình trong bộ nhớ. + Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được bằng điện (EEPROM: Electric Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM kết hợp khả năng truy linh động của RAM và tính khả biến của EPROM, nội dung trên EEPROM có thể bò xoá và lập trình bằng điện , tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất đònh. SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang CHƯƠNG II: KHẢO SÁT PLC CỦA HÃNG OMRON 2.1 KHẢO SÁT LOẠI CPM2A 2.1.1 Giới thiệu chung: Các bộ điều khiển lập trình của hãng OMRON rất đa dạng, gồm các loại CPM1A, CPM2A, CPM2C, CQM1,…. những loại PLC nên tạo thành từ những modul rời kết nối lại với nhau, có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ và mở rộng vác ngõ vào, ra. Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa dạng trong thực tiễn. Ngoài ra, hãng OMRON còn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc cố đònh, các PLC này chỉ được cho các công việc đặc biệt nên không đòi hỏi tính linh hoạt cao. Các PLC đều có cấu trúc gồm: bộ nguồn, CPU, các Port I/O, các modul I/O đặc biệt …. Để có được một bộ PLC hoàn chỉnh thì ta phải lắp ráp các modul này lại với nhau. Việc kết nối này thực hiện khá đơn giản và cho phép thay thế dễ dàng. Họ CPM2A có rất nhiều loại. Ta có thể tóm tắt trong bảng sau: Tên Modul Số ngõ I/O Nguồn cung cấp CPU có ngõ ra dùng Relay CPM2A-20CDR-A CPM2A-20CDR-D CPM2A-30CDR-A CPM2A-30CDR-D CPM2A-40CDR-A CPM2A-40CDR-D CPM2A-60CDR-A CPM2A-60CDR-D 20 20 30 30 40 40 60 60 AC DC AC DC AC DC AC DC SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang CPU có ngõ ra dùng Transistor CPM2A-20CDT-D CPM2A-20CDT1-D CPM2A-30CDT-D CPM2A-30CDT1-D CPM2A-40CDT-D CPM2A-40CDT1-D CPM2A-60CDT-D CPM2A-60CDT1-D 20 (ngõ ra ở mức thấp) 20 (ngõ ra ở mức cao) 30 (ngõ ra ở mức thấp) 30 (ngõ ra ở mức cao) 40 (ngõ ra ở mức cao) 40 (ngõ ra ở mức cao) 60 (ngõ ra ở mức cao) 60 (ngõ ra ở mức cao) DC DC DC DC DC DC DC DC 2.1.2 Các thành phần của CPU: Cấu tạo chung của 1 bộ CPU gồm những phần như sau: Hình 2.1: Các thành phần của CPU SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 10 [...]... màn hình điều khiển (PT) thay thế cho cả một bảng điều khiển của một máy hay một dây chuyền tự động phức tạp Hơn nữa, PT còn có nhiều chức năng đặt biệt, phong phú mà các thiết bò thường ghép nối với nhau không thể có được Việc dùng PT sẽ tiết kiệm được rất nhiều dây dẫn, thời gian lắp đặt, bảo dưỡng hoặc thay đổi hệ thống Ta có thể dùng PT để thiết kế màn hình mô phỏng các quá trình công nghệ rất tiện... khóa: Chuyển khóa này đến vò trí “HOST” khi đang dùng hệ thống liên kết chủ (Host Link) để nối đến máy tính cá nhân (Persional Computer) Hoặc khi PC đang được kết nối với một màn hình điều khiển (PT) thì ta chuyển khóa này đến vò trí “NT” 2 Bộ nối kết: Bộ nối kết đến Peripheral Port của CPU 3 Port RS232C: Kết nối đến máy tính chu ûhoặc màn hình điều khiển hoặc các thiết bò ngoại vi khác • Adapter RS-422:... trong PLC sẽ không được thực hiện ở chế độ này ♦ Chế độ theo dõi Monitor: Là chế độ trong đó chương trình trong PLC sẽ được thực hiện, đồng thời các đòa chỉ bộ nhớ trong PLC có thể được đặt lại trực tiếp từ bộ lập trình như các bit vào ra ( I/O BITS), các Timer, Counter, vùng nhớ DM Đây là chế độ nên đặt khi muốn sửa chương trình ♦ Chế độ RUN (Run Mode): Là chế độ mà chương trình điều khiển trong PLC. .. 2 2 CÁC KIỂU LIÊN KẾT TRUYỀN THÔNG CỦA PLC: 2 2.1 Truyền thông liên kết chủ : Là mối liên kết “ chủ - tớ “ giữa máy tính chủ hoặc thiết bò lập trình cầm tay với PLC Sử dụng để đọc / ghi dữ liệu từ thiết bò lập trình vào PLC • Truyền thông liên kết chủ 1-1: Thực hiện việc liên kết 1 - 1giữa CPM2A CPU với máy tính tương thích, máy tính IBM PC/AT hoặc màn điều khiển PT thông qua cổng Peripheral hoẵc... 6600 đến DM 6655) Xử lý ngắt 4 tiếp điểm thời gian đáp ứng Bộ đếm tốc độ cao Một bộ đếm tốc độ cao: 20 kHz cho một pha hoặc 5kHz cho hai pha (dùng phương pháp đếm tuyến tính) Bộ điều Analog khiển Hai đường điều khiển, phạm vi điều chỉnh 0 đến 200V Bảo vệ bộ nhớ Các nội dung trong vùng nhớ dữ liệu HR, AR và các giá trò bộ đếm được duy trì trong suốt thời gian ngắt nguồn Nguồn nuôi bộ nhớ Flash memory:... (56 word) Dùng để lưu trữ các thông số khác nhau để điều khiển, vận hành PC Bảng 3.4: Bảng tóm tắt sự phân bố cấu trúc vùng nhớ trong PLC SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 27 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang CHƯƠNG IV: LẬP CHƯƠNG TRÌNH CHO PLC BẰNG THIẾT BỊ LẬP TRÌNH CẦM TAY (PROGRAMMING CONSOLE) Programming Console là một bộ bàn phím lập trình cầm tay cho PLC của OMRON dùng ngôn ngữ lập trình dạng dòng lệnh... thiết lập các chế độ hoạt động của PLC Bộ Programming Console sẽ được nối vào cổng Peripheral Port của PLC dùng cáp đi kèm, qua đây Programming Console sẽ nhận nguồn nuôi từ PLC, đồng thời có thể đọc ghi chương trình trong PLC Hình 4.1:Bộ Programming Console SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 28 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang 4.1 KHỞI ĐẦU Khi mới nối Programming Console với PLC, màn hình của Programming Console... của PLC Nếu bấm tiếp phím có hình mũi tên xuống, ta sẽ thấy các bước tiếp theo của chương trình đã có sẵn trong PLC Ghi chú: Các hình mũi tên Programming Console chỉ biểu thò trình tự bấm các phím trên 4.2 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC Trước khi khởi động chương trình PLC yêu cầu người sử dụng phải có những cài đặt PC có 3 chế độ cài đặt: ♦ Chế độ Program: Là chế độ lập và sửa chương trình cho PLC Chương... báo chế độ làm việc của CPU : các đèn báo này cho chúng ta biết chế độ làm việc hiện hành của PLC Đèn báo PWR (xanh) RUN (xanh) Trạng thái On Off On Off COMM (vàng) Flashing Off ERR/ALARM (red) On Off nghóa PLC đã được cấp nguồn PLC chưa được cấp nguồn PLC đang hoạt động ở chế độ RUN hoặc ở chế độ MONITOR PLC đang ở chế độ PROGRAM hoặc bò lỗi Dữ liệu đang được chuyển vào CPU thông qua cổng Peipheral... thông số kỹ thuật của ho ïCPM2A SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 21 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang • Các đặc tính kỹ thuật: Mục Đặc điểm Phương pháp điều Phương pháp lập trình được lưu trữ khiển Phương pháp điều Kết hợp quét tuần hoàn và làm tươi tức thời các phương khiển I/O pháp xử lý Ngôn ngữ lập trình Sơ đồ bậc thang Độ dài lệnh 1 bước/lệnh: từ 1 đến 5 words/lệnh Các loại lệnh Các lệnh cơ bản: 14 Các lệnh