Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu tổng quan về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC dòng S7-200. Ứng dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa điện tử và cơ khí ứng dụng: - xe cấp phôi tự động. - hệ thống đo chiều dài vật liệu tự động - Các hệ thống thủy lực điều khiển
Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 1 Mục lục Chơng 1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC 2 1.1. Khái niệm về PLC 2 1.1.1. Khái niệm 2 1.1.2. Đặc điểm 2 1.1.3. u điểm 2 1.1.4. So sánh với hệ thống điều khiển rơ-le 3 1.2. Cấu trúc phần cứng của PLC 5 1.2.1. Kết cấu chung của hệ thống PLC 5 1.2.2. Cấu trúc bên trong của PLC 7 1.3. Hoạt động của PLC 14 1.3.1. Chu kỳ hoạt động 14 1.3.2. Địa chỉ ngõ vào và ngõ ra 15 1.3.3. Cấu trúc bộ nhớ 16 1.3.4. Các phơng pháp lập trình. 18 1.4. Các lệnh bit logic 20 1.4.1. Các lệnh bit logic tiếp điểm (contacts) 20 1.4.2. Các lệnh bit logic xuất (output) 22 1.4.3. Lệnh bit logic ghi (set) và xoá (reset) 24 1.5. Các lệnh so sánh dữ liệu. 25 1.6. Lệnh Timer 25 1.6.1. Định nghĩa và phân loại 25 1.6.2. Tính chất của Timer 26 1.6.3. Cú pháp khai báo sử dụng Timer. 26 1.5.4. Ví dụ sử dụng Timer 28 1.7. Lệnh Counter 31 1.7.1. Phân loại Counter 31 1.7.2. Cú pháp khai báo sử dụng Counter 31 1.7.3. Thí dụ sử dụng counter 32 1.8. Các lệnh di chuyển dữ liệu 33 1.9. Các phép tính số học 34 1.9.1. Khái niệm và phân loại phép tính số học 34 1.9.2. Khai báo phép tính trong chơng trình 34 1.9.3. Thí dụ về phép tính số học 36 1.10. Lập trình PLC 37 1.10.1. Cấu trúc chơng trình PLC 38 1.10.2. Các bớc lập trình 38 1.10.3. Kết nối linh kiện vào/ra (nhập/xuất) 40 1.10.4. Ví dụ lập trình PLC 41 Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 2 Chơng 1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC 1.1. Khái niệm về PLC 1.1.1. Khái niệm PLC xuất hiện lần đầu vào năm 1968 nhằm thay thế các panel điều khiển kiểu rơ-le của các hệ thống điều khiển chu trình. Tuy nhiên từ năm 1970 khả năng của PLC đã nổi bật, đợc bổ sung nhiều chức năng khác: chúng không chỉ thực hiện các chức năng điều khiển đơn giản mà còn giám sát các hệ thống sản xuất phức tạp. Ngày nay PLC đã có mặt trong các hệ thống xử lý tín hiệu số và truyền thông tốc độ cao. NEMA (National Electrical Manufacturing Association) định nghĩa PLC là thiết bị điện tử số. Chúng sử dụng chơng trình lu ở bộ nhớ trong để thực hiện các hàm (lệnh) đặc biệt nh logic, định thời gian, đếm, số học để điều khiển các loại thiết bị hay các quá trình khác nhau thông qua các module xuất/nhập dạng số hoặc tơng tự". Định nghĩa này cho thấy PLC là một thiết bị điện tử, thực hiện các phép tính logic trên các tín hiệu vào (Inputs) để xuất ra (Output) các tín hiệu điều khiển. 1.1.2. Đặc điểm Thiết bị điều khiển logic lập trình (PLC) là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình đợc để lu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn, phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và thuật toán để điều khiển máy và các quá trình (Hình 1.1). PLC đợc thiết kế cho phép các kỹ s, không yêu cầu kiến thức cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành dễ dàng. Hình 1.1 Sơ đồ bộ điều khiển logic lập trình PLC PLC không đợc thiết kế để chỉ có các nhà lập trình máy tính mới có thể cài đặt hoặc thay đổi chơng trình. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chơng trình điều khiển có thể đợc nhập bằng cách sử dụng dạng ngôn ngữ đơn giản. Thuật ngữ logic đợc sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic thực thi và chuyển mạch, ví dụ, nếu sự kiện A hoặc B xảy ra, đóng mạch C, nếu sự kiện A và B xảy ra, đóng mạch D Các thiết bị nhập, chẳng hạn các bộ cảm biến, các công tắc, và các thiết bị xuất trong hệ thống đợc điều khiển, ví dụ, các động cơ, các van đợc nối kết với PLC. Ngời vận hành nhập chuỗi lệnh (chơng trình) vào bộ nhớ của PLC. Thiết bị điều khiển sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chơng trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã đợc lập trình. 1.1.3. u điểm Các PLC có u điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc đang đợc sử dụng, ngời vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác; không cần mắc nối lại dây. Nhờ đó, hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả. Các PLC tơng tự máy tính, nhng máy tính đợc tối u hóa cho các nhiệm vụ tính toán và hiển thị; còn PLC đợc chuyên biệt cho các nhiệm vụ điều khiển và môi trờng sản xuất công nghiệp. Vì vậy, các PLC đợc thiết kế: Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 3 - Để chịu đợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn. - Có sẵn giao diện cho các thiết bị nhập và thiết bị xuất. - Dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch. 1.1.4. So sánh với hệ thống điều khiển rơ-le Trớc đây, PLC có nhiều hạn chế nh giá thành đắt, khả năng lập trình hạn chế và các thủ tục lập trình phức tạp. Vì vậy, chúng chỉ đợc sử dụng trên các máy công cụ đặc biệt (CNC) hay trên các thiết bị phải thay đổi chơng trình làm rlệc trong quá trình vận hành. Tuy nhiên do giá cả không ngừng hạ, cùng với việc luôn tăng cờng các khả năng của PLC, cho phép PLC ngày càng đợc sử dụng rộng rãi hơn và cho đến nay thì nó là thiết bị điều khiển phổ biến. Các công dụng của PLC có rất nhiều lợi thế cho cả ngời thiết kế và ngời sử dụng. Sau đây là các thế mạnh đã đợc thể hiện của PLC. a) Phân phối nhanh chóng. Thiết kế theo module cho phép PLC đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển. Bộ điều khiển và các cấu kiện kèm theo đợc chế tạo đồng bộ, có thể nâng cấp tức thời. b) Độ tin cậy cao. Các linh kiện điện tử có tuổi thọ phục vụ cao hơn các thiết bị điện-cơ. Do đó, tuổi thọ của PLC đợc nâng lên và thời gian phục vụ đợc kéo dài. Việc bảo dỡng định kỳ thờng là vấn đề rất quan trọng đối với các bộ điều khiển rơ-le, nhing đã bị loại bỏ đối với PLC. c) Dề dàng lập và sửa đổi chơng trình. Những thay đổi khi bắt đầu chơng trình hoặc tiếp theo có thể dễ dàng thực hiện mà không cần thay đổi một sơ đồ đấu dây nào. Mọi sự thay đổi trong chơng trình đợc tự động lu lại. Khi sử dụng bộ điều khiển vào các thiết bị khác nhau ít về trình tự thực hiện thì chơng trình có thể đợc dùng lại bởi sự sao chép giản đơn, sau đó thay đổi và thêm vào các phần mới. Các phần chơng trình sẵn có có thể đợc sử dụng lại mà không thay đổi. So với điều khiển dùng kỹ thuật rơ-le, toàn bộ thời gian lắp ráp có thể giản đi đáng kể bởi toàn bộ các chức năng có thể đợc lập trình trớc hoặc trong khi lắp ráp. d) Dễ dàng xác định cấu hình. Nếu biết số lợng tín hiệu đầu vào, đầu ra trong nhiều PLC, sự lu trữ dữ liệu đợc thực hiện tự động, làm cho sự thiết kế mạch điện đơn giản hơn. e) Không gian lắp đặt nhỏ gọn. Các PLC yêu cầu ít không gian hơn các bộ điều khiển rơ-le tơng tự. Trong nhiều trờng hợp không gian lắp máy giảm do loại bỏ đợc nhiều bảng mạch riêng rẽ. f) Có khả năng tái tạo. Sử dụng PLC vào một yêu cầu cụ thể làm giảm chi phí lao động so với điều khiển rơ-le vì bỏ đợc phần lớn chi phí lắp ráp. Vì vậy PLC không chỉ đợc dùng trên các thiết bị thí nghiệm mà còn trên các thiết bị tiêu chuẩn. Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thờng. Ta hãy thử so sánh u, khuyết điểm của hai hệ thống trên: Hệ thống điều khiển thông thờng: 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. Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 4 Công suất tiêu thụ lớn. Mỗi lần muốn thay đổi chơng 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 đợc 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 bị 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 u điểm của nó so với các thiết bị điều khiển thông thờng 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 chơng trình của nó, điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC. Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 5 1.2. Cấu trúc phần cứng của PLC Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/xuất, và thiết bị lập trình. Hình 1.2 minh họa sơ đồ khối cơ bản. Hình 1.2 Cấu trúc của bộ điều khiển logic lập trình PLC điển hình. Bộ xử lý còn gọi là bộ vi xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chơng trình đợc lu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất. Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao diện nhập và xuất. Thiết bị lập trình đợc sử dụng để nhập chơng trình cần thiết vào bộ nhớ của bộ vi xử lý. Chơng trình đợc viết trên thiết bị này, sau đó đợc chuyển đến bộ nhớ của PLC. Bộ nhớ là nơi lu chơng trình đợc sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dới sự kiểm tra của bộ vi xử lý. Các cổng nhập và xuất là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể từ các công tắc hành trình trên máy khoan tự động, hoặc các bộ cảm biến, chẳng hạn, các tế bào quang điện trong cơ cấu đếm, các bộ cảm biến nhiệt độ, hoặc các bộ cảm biến lu lợng Các thiết bị xuất có thể đến cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van điện từ (solenoid) Các cổng nhập và xuất sẽ đợc trình bày trong mục 2.2. Các thiết bị nhập và xuất có thể đợc phân loại theo kiểu tín hiệu cung cấp: rời rạc, digital hoặc analog (hình 1.6). 1.2.1. Kết cấu chung của hệ thống PLC Có hai kiểu kết cấu thông dụng đối với các hệ thống PLC: kiểu hộp đơn, và kiểu module nối ghép. Kiểu hộp đơn (hình 1.3a) thờng đợc sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và đợc cung cấp dới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn) bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị nhập/xuất. Thông thờng kiểu PLC này có thể có 40 ngõ nhập/xuất và bộ nhớ có thể lu trữ khoảng 300-1000 lệnh . Kiểu module (hình 1.3b) gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý Chúng thờng đợc lắp trên các rãnh bên trong hộp kim loại. Kiểu này có thể đợc sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau đợc gộp vào các module riêng biệt, có thể đợc cắm vào ổ cắm trên rãnh (slot) chính. Sự phối hợp các module cần thiết tùy theo công dụng cụ thể do ngời dùng xác định. Vì vậy kiểu này khá linh hoạt, cho phép mở rộng số lợng đầu nối nhập/xuất bằng cách bổ sung các module nhập/xuất hoặc tăng cờng bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ. Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 6 Các chơng trình đợc đa vào bộ nhớ của PLC bằng thiết bị lập trình, thiết bị này không nối kết cố định với PLC, và có thể chuyển từ thiết bị điều khiển này đến thiết bị điều khiển khác mà không làm xáo trộn các hoạt động. PLC có thể vận hành mà không cần nối kết với thiết bị lập trình, sau khi chơng trình đợc tải vào bộ nhớ của PLC. a) b) Hình 1.3 Cấu trúc chung của PLC a) Kiểu hộp đơn, b) Kiểu module nối ghép Hình 1.4. Các bộ phận bên ngoài của một PLC Các thiết bị lập trình có thể là loại cầm tay, để bàn, hoặc máy tính. Các hệ thống cầm tay có bàn phím nhỏ và màn hình tinh thể lỏng. Các thiết bị để bàn có thể có bộ hiển thị với bàn phím hoàn chỉnh và màn hình hiển thị. Các máy tính cá nhân đợc lập cấu hình nh các trạm làm việc phát triển chơng trình. Một số PLC đòi hỏi máy tính phải có phần mềm tơng ứng, số khác chi cần thẻ mạch truyền thông chuyên dùng để giao tiếp với PLC. u điểm chính khi sử dụng máy tính là chơng trình có thể đợc lu trên đĩa cứng hoặc đĩa mềm và dễ dàng thực hiện các bản sao. Nhợc điểm là việc lập trình thờng khó thực hiện. Các thiết bị giao tiếp lập trình cầm tay thờng có bộ nhớ đủ để lu giữ chơng trình trong khi chuyển từ vị trí này đến vị trí khác. Chơng trình chỉ đợc chuyển vào bộ nhớ của PLC khi đã đợc viết hoàn chỉnh trên thiết bị lập trình. Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 7 1.2.2. Cấu trúc bên trong của PLC Hình 1.5 minh họa cấu trúc bên trong cơ bản của PLC, gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/xuất CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong PLC: Bộ xứ lý trung tâm đợc trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng 1 đến 8 MHz. Tần số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC đợc truyền dới dạng các tín hiệu digital. Các đờng dẫn bên trong truyền các tín hiệu digital dợc gọi là các bus. Về vật lý, bus là bộ dây dẫn, truyền tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dẫn trên bản mạch in hoặc các dây điện trong cáp. CPU sử dụng bus dữ liệu để gởi dữ liệu giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gởi địa chỉ các vị trí truy cập dữ liệu đợc lu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động điều khiển nội bộ. Bus hệ thống đợc sử dụng để truyền thông giữa các cổng và thiết bị nhập/xuất. Hình 1.4 Cấu trúc bên trong của PLC - Bộ xử lý trung tâm - CPU Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung, CPU có: Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 8 Bộ tính toán số học và bộ logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ) và các phép toán logic AND, OR, NOT và EXCLUSIVE-OR. Bộ nhớ, còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, đợc sử dụng để lu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi chơng trình. Bộ điều khiển đợc sử dụng để định chuẩn thời gian của các phép toán. - Đờng truyền - BUS Bus là các đờng dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin đợc truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị phân 1 hoặc 0, tơng ứng với các trạng thái ON/OFF. Thuật ngữ từ máy (WORD) đợc sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó. Vì vậy một từ máy 8-bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8-bit này đợc truyền đồng thời theo đờng dẫn song song của chúng. Hệ thống PLC có bốn bus: Bus dữ liệu tải dữ liệu trong quá trình xử lý của CPU. Bộ vi xử lý 8-bit có một bus dữ liệu nội có thể thao tác các số nhị phân 8-bit, có thể thực hiện các phép toán giữa các số nhị phân 8-bit và phân phối kết quả theo giá trị 8-bit. Bus địa chỉ đợc sử dụng để tải địa chỉ các vị trí trong bộ nhớ. Nh vậy, mỗi từ máy có thể dđợc định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ đợc gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ máy đợc gán một địa chỉ sao cho dữ liệu đợc lu trữ ở vị trí nhất định, để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đó. Bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ đợc truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đờng số lợng từ máy 8-bit, hoặc số lợng địa chỉ phân biệt là 2 8 = 256. Với bus địa chỉ 16 đờng số lợng địa chỉ khả dụng là 65536. Bus điều khiển mang các tín hiệu đợc CPU sử dụng để điều khiển; ví dụ, để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu, và tải các tín hiệu chuẩn thời gian đợc dùng để đồng bộ hóa các hoạt động. Bus hệ thống đợc dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và thiết bị nhập/xuất. - Bộ nhớ Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ: Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) cung cấp dung lợng lu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định đợc CPU sử dụng. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho chơng trình của ngời dùng. Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đây là nơi lu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập/xuất các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. RAM dữ liệu đôi khi đợc xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi. Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ ra, cùng với trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho dữ liệu đợc cài đặt trớc, và một phần khác dành để lu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình đợc (EPROM) là các ROM có thể đợc lập trình, sau đó chơng trình này đợc thờng trú trong ROM. Ngời dùng có thể thay đổi chơng trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có một lợng RAM để lu chơng trình do ngời dùng cài đặt và dữ liệu chơng trình. Tuy nhiên, để tránh mất mát chơng trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi đợc cài đặt vào RAM, chơng trình có thể đợc tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thờng là module có khóa đối với PLC, do đó chơng trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời, lu trữ các kênh nhập/xuất. Dung lợng lu trữ của bộ nhớ đợc xác định bằng số lợng từ máy nhị phân có thể lu trữ đợc. Nh vậy, nếu dung lợng bộ nhớ là 256 từ máy, bộ nhớ đó có thể lu trữ 256x8 =2048 bit, nếu sử dụng các từ máy 8-bit, và 256x16 = 4096 bit, nếu các từ máy đợc sử Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 9 dụng là 16 bit. Kích cỡ bộ nhớ thờng đợc chuyên biệt theo số lợng vị trí lu trữ khả dụng với 1K biểu diễn số nhị phân 2 10 = 1024. Các nhà sản xuất cung cấp vi mạch bộ nhớ với các vị trí lu trữ theo nhóm 1, 4, và 8 bit. Bộ nhớ 4Kx1 có 4x1xl024 bit vị trí. Bộ nhớ 4Kx8 có 4x8xl024 bit vị trí. Thuật ngữ byte đợc sử dụng cho từ máy có độ dài 8 bit. Vì vậy, bộ nhớ 4Kx8 có thể lu trữ 4096 byte. Với bus địa chỉ 16-bit, bạn có thể có 2 16 địa chỉ khác nhau, và với các từ 8-bit đợc lu trữ ở mỗi địa chỉ, bạn có thể có 2 16 x 8 địa chỉ lu trữ, và để sử dụng bộ nhớ có dung lợng 2 16 x 8/2 10 = 64Kx8, bạn có thể có cấu hình gồm bốn vi mạch nhớ 16Kx8. - Mạch (modun) giao diện. Mạch giao diện đợc dùng để liên kết các thiết bị ngoại vi, nh màn hình, thiết bị lập trình hoặc các linh kiện mở rộng khác của PLC. Ngoài ra để mở rộng khả năng của PLC, các nhà chế tạo còn cung cấp các module logic để thực hiện các chức năng đặc biệt. Việc cài đặt các module này vào hết sức dễ dàng bằng cách ghép chúng vào các rãnh (slots) có sẵn trên PLC cơ sở. - Các mạch nhập/xuất (vo/ra). Tín hiệu nhập từ các bộ cảm biến, công tắc hành trình và các tín hiệu xuất đến các thiết bị dẫn động, cơ cấu chấp hành có thể là: - Analog, tín hiệu có kích cỡ liên quan với đại lợng đang đợc cảm biến. - Rời rạc, về bản chất đó chỉ là tín hiệu đóng-ngắt. - Digital, là chuỗi xung dạng mã số. Các thiết bị cung cấp tín hiệu rời rạc hoặc digital là các thiết bị có tín hiệu ON/OFF (hình 1.5). a) Tín hiệu rời rạc b) Tín hiệu digital c) Tín hiệu analog Hình 1.5. Các loại tín hiệu Công tắc là thiết bị cung cấp tín hiệu rời rạc, có hoặc không có điện áp. Về cơ bản, các thiết bị digital có thể đợc xem là các thiết bị rời rạc, với chuỗi các tín hiệu ON/OFF. Các thiết bị analog cung cấp các tín hiệu có độ lớn tỉ lệ với giá trị của biến đang đợc giám sát. Ví dụ, bộ cảm biến nhiệt độ có thể cung cấp điện áp tỉ lệ với nhiệt độ. Tuy nhiên, CPU cần có ngõ vào cho các tín hiệu digital có độ lớn xác định, thờng từ 0 đến 5V. Tín hiệu ra từ CPU là digital, thờng từ 0 đến 5V. Vì vậy, cần phải xử lý các tín hiệu vào và tín hiệu ra để chúng có dạng theo yêu cầu. Mạch nhập/xuất của các PLC đợc thiết kế sao cho dải tín hiệu vào có thể đợc đổi thành các tín hiệu digital 5V, và dải tín hiệu ra là khả dụng để truyền động các thiết bị ngoại vi. Tính năng này cho phép xử lý dải tín hiệu vào và tín hiệu ra để các PLC dễ dàng sử dụng. Nói chung, dải tín hiệu vào trên module nhập đợc chọn lựa bằng các công tắc DIP (Dual-In-Line Package). Các công tắc này đợc bố trí ở mặt sau module. Chúng chỉ có hai trạng thái đóng hoặc ngắt, và đợc sử dụng để cài đặt các tham số cho module. Các công tắc này cũng đợc sử dụng để xác lập địa chỉ của các module. Dới đây chúng ta sẽ xem xét một số mạch xuất và nhập cơ bản đợc sử dụng trong PLC. Đối với các thiết bị kiểu module, chúng đợc gắn lên các thẻ mạch, có thể đợc cắm vào các rãnh. Vì vậy, bạn có thể thay đổi các đặc tính nhập/xuất của PLC bằng cách thay đổi Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 10 thẻ mạch. PLC dạng hộp đơn có các thiết bị nhập/xuất đợc nhà sản xuất gắn cứng bên trong. Hình 1.6 và 1.7 minh họa các mạch nhập cơ bản đối với các tín hiệu vào rời rạc, digital DC và AC. Các bộ cách điện quang học đợc sử dụng để bảo vệ. Đối với thẻ mạch dùng cho tín hiệu vào dạng AC, mạng cầu chỉnh lu đợc sử dụng để chỉnh lu dòng AC sao cho tín.hiệu DC có thể cung cấp tín hiệu mà bộ cách điện quang học sử dụng để tạo ra các tín hiệu nhập vào CPU của PLC. Hình 1.6. Hình 1.7. Mạch nhập (vo) Tín hiệu một chiều DC (trên); b) Tín hiệu xoay chiều AC (dới) Các tín hiệu analog có thể đợc nhập vào PLC, nếu mạch nhập của PLC có khả năng chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu digital qua bộ chuyển đổi analog-digital. Đối với hệ thống đợc lắp theo rãnh, việc nhập tín hiệu analog có thể thực hiện bằng cách lắp bản mạch có ngõ vào analog thích hợp trên rãnh ngõ vào. Do đó, không cần bản mạch con analog cho từng ngõ vào analog, thay vào đó có thể sử dụng chuyển mạch điện tử (hình 1.8). Bộ phận này gồm nhiều ngõ vào analog đối với bản mạch con và sử dụng các công tắc điện tử để lần lợt chọn lựa từng tín hiệu nhập. Các bản mạch con thông dụng có 4, 8, hoặc 16 ngõ vào analog. [...]... bằng việc đọc trạng thái của đầu vào, sau đó thực hiện chương trình và kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái của đầu ra Trước khi bắt đầu vòng quét tiếp theo, bộ điều khiển thực hiện các nhiệm vụ tự kiểm tra sửa lỗi và nhiệm vụ truyền thông Hình 1.14 minh họa hoạt động này Có hai phương pháp có thể được sử dụng cho các hoạt động xử lý tín hiệu nhập/xuất Hình 1.14 Hoạt động của PLC Cập nhật liên tục Theo... đầu vào và đầu ra Ta có thể xây dựng hàm hoàn chỉnh thao tác bởi chơng t nh FB D với các sơ đồ khối rì ra nh của các hàm cơ sở từ th vi FB D M ỗi khối hàm cơ sở có số l ợng đầu vào/ cố đị ện trên các điểm nối Đầu vào đợc nối vào mặt bên trái của khối và đầu ra mặt bên phải Hàm cơ sở thực hiện các hàm đơn giản giữa các đầu vào và đầu ra của nó Kết quả của hàm logíc đợc chuyển đến đầu ra.Tên của khốiđ... động cập nhật cổng vào/ra 1.3.2 Địa chỉ ngõ vào và ngõ ra PLC có khả năng nhận biết từng ngõ vào và ngõ ra bằng cách gán địa chỉ cho chúng Với PLC nhỏ, địa chỉ là chữ số có tiếp đầu ngữ cho biết đó là ngõ vào hoặc ngõ ra Đối với PLC Mitsubishi các ngõ vào có địa chỉ dạng X400, X401, X402 và các ngõ ra có địa chỉ dạng Y430, Y431, Y482 Như vậy X biểu thị ngõ vào và Y là ngõ ra Hãng Toshiba cũng sử dụng... các ngõ vào được biểu thị bằng chữ cái X và các ngõ ra là Y và được đánh số thứ tự Vị trí của module không ảnh hưởng đến cách ghi địa chỉ Ví dụ, X002 là ngõ vào và Y003 là ngõ ra Ngoài việc sử dụng địa chỉ để nhận biết các ngõ vào và các ngõ ra, PLC còn sử dụng các hệ thống địa chỉ của chúng để nhận biết các thiết bị nội do phần mềm tạo ra, chẳng hạn như các rơ-le nội, các đồng hồ tính giờ và các bộ... chung, b) Nguồn riêng 13 Giáo trình ứng dụng tin học trong CTM 1.3 Hoạt động của PLC 1.3.1 Chu kỳ hoạt động Các chương trình PLC biểu diễn dãy các lệnh lập trình tuân theo một cú pháp tuỳ thuộc vào ngôn ngữ lập trình (mỗi một bộ điều khiển có một ngôn ngữ lập trình riêng) Thiết bị PLC thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối trong một dòng Một vòng quét... địa chỉ I:012/03 Địa chỉ này cho biết (I) đó là ngõ vào, rãnh 01, module 2 và thiết bị đầu cuối 03 Hình 1.16 Cách ghi địa chỉ trên Allen Bradley PLC- 5 Với Siemens SIMATIC S7, các ngõ vào và các ngõ ra được sắp xếp theo nhóm 8 Mỗi nhóm 8 được gọi là byte và mỗi tín hiệu vào hoặc ra có 8 bit Các ngõ vào và ra có địa chỉ được biểu diễn bằng các số byte và bite, tạo thành số module, tiếp theo là số thiết... chu kỳ của PLC Các module đặc biệt có thể hữu ích trong các trường hợp nêu trên Hãy xét PLC có thời gian chu kỳ 40 ms Tần số cực đại của các xung digital là bao nhiêu để có thể được phát hiện? Nếu mỗi 40 ms có một xung xuất hiện, tần số cực đại sẽ là: 1/0,04 = 25 Hz Thí dụ về cập nhật giá trị các cổng nhập (input) và xuất (output) vào vùng nhớ (hình 1.15): Hình 1.15 Hoạt động cập nhật cổng vào/ra 1.3.2... tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn v giá trị đặt trước cho Timer (xem bảng dưới) Chus ý: Số liệu trong bảng là của PLC S7 200 của Siemence 1.6.2 Tính chất của Timer +) Các bộ Timer được điều khiển bởi một cổng v o v giá trị đếm tức thời Giá trị đếm tức thời của Timer được nhớ trong thanh ghi 2 byte l (T_word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer kích Giá trị đặt trước của. .. xuất vẫn duy trì trạng thái của chúng cho đến chu kỳ cập nhật kế tiếp Tập lệnh này bao gồm: - Quét tất cả các đơn vị nhập và sao chép vào RAM - Tìm kiếm, giải mã, và thực thi tất cả các lệnh của chương trình theo thứ tự, sao chép các chỉ thị xuất vào RAM - Cập nhật tất cả các chỉ thị xuất - Lặp lại tập lệnh trên Mặc dù thời gian cần thiết để hoàn tất chu kỳ quét các ngõ vào và cập nhật các ngõ ra theo... biến cho PLC và cung cấp tín hiệu ra 0,5 mV/0C Cần tìm độ chính xác bảo đảm PLC kích hoạt thiết bị xuất khi cặp nhiệt điện nối với ngõ vào analog trong khoảng 0 - 10V DC, sử dụng ADC 10-bit Với bộ chuyển đổi 10-bit sẽ có 210 = 1024 bậc trên dải tín hiệu vào analog 0 đến 10V Vì vậy, sự thay đối l bậc tương ứng 10/1023 V (0,01V = 10 mV) Từ đó, độ phân giải chính xác để PLC phân biệt tín hiệu vào từ cặp . tiêu chuẩn của PLC gồm các loại sau: thờng mở (Normally Open-NO), thờng đóng (Normally Closed-NC), thờng mở tức thì (Normally Open Immediate-NOI), thờng đóng tức thì (Normally Closed Immediate. Cấu trúc phần cứng của PLC 5 1.2.1. Kết cấu chung của hệ thống PLC 5 1.2.2. Cấu trúc bên trong của PLC 7 1.3. Hoạt động của PLC 14 1.3.1. Chu kỳ hoạt động 14 1.3.2. Địa chỉ ngõ vào và ngõ. học 36 1.10. Lập trình PLC 37 1.10.1. Cấu trúc chơng trình PLC 38 1.10.2. Các bớc lập trình 38 1.10.3. Kết nối linh kiện vào/ra (nhập/xuất) 40 1.10.4. Ví dụ lập trình PLC 41 Giáo trình ứng