I. GIỚI THIỆU PLC 1. Cấu trúc phần cứng PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị điều khiển lập trình được hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Thực chất nó là một hệ vi xử lý có những ưu điểm mà các hệ vi xử lý khác không có được và được cài đặt sẵn hệ điều hành với chức năng có thể lập trình điều khiển được. a) Hệ điều hành Chứa chương trình hệ thống dùng để xác định các cách thức thực hiện chương trình của người sử dụng, quản lý các đầu vào ra, phân chia bộ nhớ RAM trong và quản lý dữ liệu b) Bộ nhớ chương trình Lưu giữ chương trình điều khiển, khi PLC hoạt động nó sẽ đọc và thực hiện chương trình được nghi trong bộ nhớ này. c) Bộ đệm đầu vào ra(buffer) Là vùng nhớ đệm cho các đầu vào ra, các vùng này chiếm một phần của RAM. d) Bộ định thời(timmer), bộ đếm(counter). Trong CPU có các bộ định thời, các bộ đếm có nhiều chức năng khác nhau. Từ chục đến vài trăm Timer: TON, TOFF, TOR… Counter: CT, CU, CD, CUD e) Vùng nhớ dữ liệu Không giống như vùng nhớ chương trình. Vùng nhớ này được sử dụng lưu kết quả của chương trình người sử dụng. Vùng nhớ bit hay còn goi là nhớ cờ (Internal Relays) thường được ký hiệu là M được sử dụng lưu dữ liệu logic. Vùng nhớ byte, word các vùng nhớ này có thể đọc/được ngoài ra còn có các vùng nhớ đặc biệt thường thêm ký kiệu S(special). d) Bộ vi xử lý CPU Bộ vi xử lý gọi các lệnh trong bộ nhớ chương trình để thực hiện một cách tuần tự theo chương trình. e) Bus vào ra Trong PLC dữ liệu trao đổi giữa bộ vi xử lý và các Module vào ra thông qua bus vào ra. Hệ thống bus được chia làm 3 loại: Bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển. 2. Phân loại: a. Micro PLC: Có cấu trúc Onboard và thường sử dụng trong các ứng dụng nhỏ như chiếu sáng, mở cửa, trong một máy phát điện tự động nhưng tuy là nhỏ nhưng Micro PLC được ứng dụng dất nhiều và đa dạng. Ví dụ: Logo, Zen, MicroSmart Relay… Logo (Siemens) Zen(Omron) b. Mini PLC: Có cấu trúc Onboard nghĩa là trên CPU có thể tích hợp toàn bộ các chức năng như: Module nguồn, module vào/ra, cổng đọc tốc độ cao HSC (Hight Speed Counter), bộ Timer/Counter và các bộ pin nhớ . Ví dụ: Như các loại S5 – 900/950, S7 – 200 hoặc MicroSmart IDEC, CPM1 Omron, FX Mitsubishi… c. Medium: PLC: S7 – 300 Siemens, A1SHCPU Mitsubishi, FA IDEC,…Có cấu trúc module và được sử dụng trong các hệ thống vừa và trung bình. Các module mở rộng cũng bao gồm các module như ở PLC cỡ lớn. d. Great PLC: PLC S7 - 400, PCS, DCS. Có cấu trúc dạng module, có khả năng sử dụng các ngôn ngữ bậc cao trong lập trình máy tính… + Module nguồn. + Module vào ra (A/D): AI, AO, DI, DO, DI/DO, AI/AO hoặc AI/DO hoặc DI/AO. + Module truyền thông: Mạng Modbus, AS-I, Profilebus, Devinet, CC- Link… + Các module đặc biệt: PID, điều khiển động cơ Secvor, bước, bộ đếm tốc độ cao… 3. Chế độ làm việc và vòng quét a. Chế độ làm việc - Chế độ nghỉ (Stop mode): Ở chế độ này dừng không sử lý các chương trình điều khiển và người lập trình có thể cài đặt chương trình điều khiển từ máy PC sang PLC hoặc ngược lại. - Chế độ chạy (Run mode): Ở chế độ này PLC thực hiện chế độ điều khiển và làm việc theo chu trình vòng quét: - Chế độ làm việc trung gian giữa chế độ chạy và chế độ nghỉ, khi ở chế độ này (Term) thì ta có thể chuyển sang chế độ RUN hoặc STOP bằng phần mềm (bấm chuột trên thanh công cụ trên màn hình PC). - Lỗi (Erro): là một chế độ làm việc đăc biệt để báo lỗi chương trình, truyền thông hoặc phần cứng vật lý của hệ thống. b.Vòng quét (Scan) PLC thực hiện chương trình theo vòng quét như hình 4. Các thiết bị phụ trợ. Là các thành phần: phần cứng, phần mềm giúp PLC giao tiếp với con người và đối tượng điều khiển hay với một thiết bị điều khiển khác a. Phần cứng; + Máy tính (PC) + Cáp truyền thông giữa PC và PLC + Card truyền thông + Máy quét (scaner) + Cảm biến (Sensor) ……… b. Phần mềm: Để lập trình PLC thì chúng ta sử dụng các phần mềm chuyên dụng của các hãng sản xuất và phù hợp với loại PLC chúng ta dùng. Ví dụ: Step 7, GX, WinLDR, SysWin, RSlogix 500… 5. Ngôn ngữ lập trình Scan Time Dữ liệu từ DI/AI vào vùng đệm đầu vào Thực hiện chương trình Truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Đưa dữ liệu từ bộ đệm tới đầu ra Start mode Một số phần mềm lập trình hỗ trợ cả 3 ngôn ngữ lập trình STL, LAD, FBD nhưng phần còn lại chỉ thường hỗ trợ 1 hoặc 2 ngôn ngữ LAD và STL. - STL (Statement List): Liệt kê lệnh. - LAD (Ladder Diagram): Ngôn ngữ hình thang. - FBD (Function Block Diagram): Khối chức năng. 6. Cấu trúc chương trình điều khiển a. Chương trình tuyến tính Toàn bộ chương trình điều khiển được viết trong một khối lớn. → tính thời gian thực không cao vì trên một vòng quét PLC phải thực hiện tất cả các lệnh được viết trong chương trình. Phương án viết chương trình tuyến tính thường được lựa trọn khi mới làm quen lập trình. Chỉ nên áp dụng cho các bài toán nhỏ. Main Programme Rung . . . Rung End (Kết thúc của chương trình chính) - Ưu điểm: Quan sát toàn bộ chương trình điều khiển một cách dễ dàng đối với chương trình nhỏ, ngắn. - Nhược điểm: Các thuật toán lặp lại nhiều lần thì sơ đồ cấu trúc tuyến tính không phù hợp với những bài toán phức tạp trở nên khó quan sát được toàn bộ, thực hiện mất nhiều thời gian tín thời gian thực bị ảnh hưởng. b. Chương trình có cấu trúc: Ngoài chương trình chính (Main Programme) thì có các chương trình con (Subroutine). Chương trình con được gọi bởi các trường trình chính hoặc một chương trình con khác. Mỗi chương trình con thường được viết để thực hiện một chức năng và có thể được chương trình mẹ gọi tới nhiều lần trong một vòng quét. =>Tổ chức chương trình mẹ đơn giản, có thể thời gian của vòng quét được rút gắn. Chương trình rễ hiểu, dễ bảo chì… Subroutine: (Sb) - Ưu điểm: Giải quyết nhiều bài toán lớn có cấu hình phức tạp tính thời gian thực cao hơn… - Nhược điểm: Khó quan sát và giám sát được hệ thống khi nó đang làm việc. II. HỆ PLC IDEC Hãng IDEC có 5 chủng loại PLC - SmartRelay - Micro - MicroSmart - FA - Open Net Các phiên bản PLC này có cấu trúc phần cứng cũng như câu lệnh gần giống nhau (không bao gồm SmartRelay). Sb 1 Sb 2 Sb 3 Sub 4 Sub 5 1. Chi tiết kỹ thuật Microsmart. Dßng s¶n phÈm Microsmart cã 2 kiÓu CPU: lo¹i All-in-One, Slim Type. a. CPU All in One. Đặc tính kỹ thuật CPU All in One CPU FC4A- C10R2 FC4A- C16R2 FC4A- C24R2 FC4A- C10R2C FC4A- C16R2C FC4A- C24R2C Tổng chương trình 4,8KB 15KB 27KB Số mudule mỏ rộng Không Không 4 modules Đầu vào 6 9 14 64 Đầu ra 4 7 10 Lưu chương trình EEPROM Số từ lệnh Cơ bản 35 Chuyên sâu 38 40 46 Tốc độ xử lý 1.65ms (1000 bước lệnh cơ bản) Rơle nội 256 1024 Thanh ghi dịch 64 128 Thanh ghi dữ liệu 400 1300 Bộ đếm (bộ đếm tiến, đếm lụi, đếm tiến lùi) 32 100 Bộ định thời (1ms, 10ms, 100ms, 1ms) 32 100 Bảng đặc tính kỹ thuật CPU All in One Đặc tính kỹ thuật CPU Slim Type CPU FC4A- D20K3 FC4A- D20RK1 FC4A- D40K3 FC4A- D20S3 FC4A- D20RS1 FC4A- D40S3 Tổng chương trình 27Kb 31,2Kb Số mudule mở rộng 7 Đầu vào 12 128 12 224 24 224 Đầu ra 8 8 16 Lưu chương trình EEPROM Số từ lệnh Cơ bản 35 35 Chuyên sâu 53 72 Tốc độ xử lý 1.65ms (1000 bước lệnh cơ bản) Rơle nội 1024 1024+560(AS-I) Thanh ghi dịch 128 Thanh ghi dữ liệu 1300 1300+300(AS-I) Bộ đếm (bộ đếm tiến, đếm lụi, đếm tiến lùi) 100 Bộ định thời (1ms, 10ms, 100ms, 1ms) 100 Bảng đặc tính kỹ thuật CPU Slim Type - Vùng nhớ bit (Internal Relays) ký hiệu là M. Được sử dụng làm cờ chốt , bộ đệm trạng thái…có thể ghi/đọc. - Vùng nhớ bit đặc biệt (Special Internal Relays) ký hiệu là M nhưng bắt đầu từ M8000 trở đi. - Thanh ghi dữ liệu (Data Registers) là vùng lưu trữ dữ liệu 16 hoặc 32 bit. Có thể được ghi/đọc. - Thanh ghi dữ liệu đặc biệt (Special Data Register) là vùng lưu trữ dữ liệu 16 hoặc 32 bit. Lưu trữ các trạng thái đặc biệt của thiết bị. Có thể được ghi/đọc bắt đầu từ địa chỉ D8000. - Thanh ghi dịch (Shift Register): Chủ yếu được dùng trong các lệnh dịch chuyển bit. - Bộ đếm (Counter): Bộ đếm sử dụng đếm các sự kiện bên trong hoặc bên ngoài PLC hoạt động đếm không bị ảnh hưởng bởi thời gian vòng quét. - Bộ định thời (Timer): hoạt động đếm thời gian, không bị ảnh hưởng bởi thời gian vòng quét PLC. b. Modules m rng. - Modules vo s : 8DI, 16DI, 32DI - Modules ra s : 8DO, 16DO, 32 DO - Modules vo/ra s: 4DI/4DO, 16DI/8DO - Modules tng t: 2AI/1AO, 2AI, 2AO Chỳ ý: Modules tng t h tr nhiu chun truyn tớn hiu tng t nh: tớnh hiu ỏp, dũng (0ữ10V, 4ữ20mA), tớn hiu t nhit in tr K, J, Pt100. Tớn hiu ra 0ữ10V hoc 4ữ20mA 2. Truyn thụng a. Cu trỳc kt ni. - Cấu trúc Point-to-Point : Các thành viên trong mạng đợc đặt ở các nút của mạng và đợc nối với nhau qua các đờng dẫn theo từng cặp, mỗi nút đều có trách nhiệm lu giữ tạm thời sau đó chuyển dữ liệu đi cho tới đích thì đợc gọi là mạng có cấu trúc điểm - điểm, cấu trúc này chỉ phù hợp khi mạng có ít phần tử và tốc độ truyền tin không cao. - Cấu trúc Point-to-MultiPoint : Các thành viên gắn vào các nút phân chia chung một đờng truyền vật lý (Data Bus). Dữ liệu đợc gửi đi từ một nút nào đó sẽ có thể đợc tiếp nhận bởi tất cả nút còn lại gọi là mạng có cấu trúc điểm - nhiều điểm, các nút tiếp nhận dữ liệu sẽ phân tích địa chỉ gửi theo gói thông tin để xác định mình có quyền nhận thông tin không. Trên thực tế các mạng có quy mô tơng đối lớn thờng sử dụng hệ đờng dẫn chung này, bởi khả năng mở rộng và thu hẹp mạng trong t- ơng lai không ảnh hởng đến hoạt động của hệ thống mạng. b. Kh nng kt ni - Kt ni PLC v mỏy tớnh: Khi PLC kt ni vi mỏy tớnh trng thỏi hot ng v trng thỏi u vo ra cú th c kim tra trờn mỏy tớnh, cú th cp [...]...nht vi chng trỡnh, tt c cỏc CPU (Khụng k CPU FC4A-C10R2/C) u cú cú th kt ni 1:N s PLC ti a 31 trm khỏc - Kt ni vi thit b ngi dựng: tt c CPU cú th kt ni vi thit b m rng cú RS232 vớ d nh mỏy tớnh, mỏy in, u c mó vch - Kt ni vi Modem: tt c CPU (Khụng k CPU FC4A-C10R2/C) cú th kt ni vi... bng (ICMP=S2>=S3->D1 c Lnh toỏn hc Chc thin cỏc phộp tớnh s hc thụng thng: Cng,Tr, Nhõn, Chia, Cn bõc hai) - Cng (ADD-Addition): Thc hin phộp cng 2 toỏn hng s 16 bit vi nhau kt qu lu li vo b nh PLC v c M8003 c s dng lm c trn - Tr (SUB-Subtraction): thc hin phộp tr 2 toỏn hng 16 bit kt qu c lu li, v M8003 c s dng lm c mn - Nhõn (MUL-Multiplication): thc hin phộp nhõn 2 toỏn hng 16 bit, kt qu . I. GIỚI THIỆU PLC 1. Cấu trúc phần cứng PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị điều khiển lập. ra Trong PLC dữ liệu trao đổi giữa bộ vi xử lý và các Module vào ra thông qua bus vào ra. Hệ thống bus được chia làm 3 loại: Bus địa chỉ, bus dữ liệu và