Bài giảng điều khiển logic và plc ppt

145 1.2K 36
Bài giảng điều khiển logic và plc ppt

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

1 Tun Ni dung Giáo trình BT, TN,… 1 Chng I: Khái nim v iu khin Logic 1.1 Khái nim v iu khin Logic 1.2 Mô hình hóa các h thng ri rc 1.2.1 i s Bool 1.2.2 Automat hu hn 2 1.2.3 Petri net 1.2.4 State Charts 1.2.5 StateFlow 1.2.6 GRAFCET 3 1.3 Chun IEC 61131 các b điu khin lp trình đc 1.3.1 PLC ngôn ng lp trình theo chun 1.3.2 Các công c đt cu hình 1.3.3 n v t chc chng trình 1.3.4 Phng pháp cu hình đc bit 1.3.5 T chc PLCopen 4 Chng II: Mch logic t hp 2.1 nh ngha phân loi 2.2 Tng hp mch logic t hp 2.2.1 Phng pháp đi s 2.2.2 Phng pháp ma trn Các nô Làm bài tp 5 2.2.3 Phng pháp Quine Mc. Clusky 6 Chng III: Mch logic tun t 3.1 Khái nim c bn v mch logic tun t 7 3.2 Tng hp mch logic tun t 3.2.1 Phng pháp ma trn trng thái Làm bài tp 8 3.2.1 Phng pháp ma trn trng thái (tip) 3.2.2 Phng pháp GRAFCET Làm bài tp 2 9 3.2.2 Phng pháp GRAFCET Làm bài tp 10 Chng IV: Tng quan v PLC 4.1 Gii thiu v PLC 4.2 Cu trúc phn cng 4.3 Hot đng ca PLC Làm thí nghim 11 4.4 Các lnh trong PLC Làm thí nghim 12 Chng V: K thut lp trình PLC 5.1 Thit k chng trình da vào lu đ 5.2 Thit k chng trình da vào trng thái Làm bài tp thí nghim 13 5.3 K thut ghi dch 5.4 S dng biu đ chc nng tun t (SFC) Làm bài tp thí nghim 14 Chng VI: Ghép ni truyn thông vi PLC 6.1 Các thit b vào ra Làm thí nghim 15 6.2 Ghép ni vi PLC 6.3 Truyn thông vi PLC Chng VII: Mô hình hóa các s kin ri rc 7.1 FSM – Done 7.2 Petrinet - Done 7.3 State Charts & State Flow 3 CHNG 1: KHÁI NIM CHUNG V IU KHIN LOGIC 1.1 Khái nim v KLG Mt h thng có th đc coi là mt t hp các b phn tng tác ln nhau, đc t chc đ thc hin mt mc tiêu nào đó, thông thng là đ đt đc giá tr gia tng - thông qua quá trình thay đi các tính cht vt lý, hóa hc hay sinh hc, sp đt li v trí, trao đi thông tin – trên các loi nguyên liu thô, nng lng, bán thành phm, sc lao đng – trong các điu kin môi trng nht đnh. Nu nh các quá trình xy ra trong các điu kin nht đnh đu tuân theo nhng quy lut hóa lý hay sinh hc ca chính nó thì đ đm bo kt qu ca quá trình là các sn phm mong mun ta có th tác đng vào các điu kin này. Vic tác đng vào các điu kin đ quá trình xy ra nh mong mun gi là điu khin.  thc hin vic điu khin cn phi theo dõi các đi lng thay đi liên quan đn bn thân quá trình các tham s th hin các điu kin mà quá trình đang xy ra thông qua các thit b đo nh các sensor. Các kt qu mong mun đc th hin nh các lng đt. Nh vy điu khin liên quan đn vic tip nhn các giá tr lng đt, các giá tr ca các tham s, các giá tr liên quan đn đi lng thay đi theo quá trình, x lý các thông tin này theo mt quy lut nào đó, sau đó đa ra các tín hiu tác đng lên quá trình. Nu theo dõi quá trình theo thi gian có th phân loi quá trình thành loi liên tc loi ri rc. Quá trình là liên tc nu có th xác đnh hoc mô t đc các đi lng liên quan đn quá trình  mi đim theo thi gian, ví d quá trình thay đi nhit đ, thay đi áp sut, các phn ng hóa hc, … Quá trình là ri rc nu ch có th bit đc giá tr các đi lng liên quan đn quá trình  nhng thi đim nht đnh theo thi gian hoc thm chí không bit đc thi đim xut hin ca chúng. Loi sau này gi là các s kin. S kin ch cho thy s hin din ca chúng khi chúng xy ra.  có th điu khin, khng ch đc các quá trình, mt vn đ quan trng là có th có đc mô t toán hc ca chúng. S dng các công c toán hc đ mô t các quá trình gi là mô hình hóa. ây chính là quá trình dùng t duy trìu tng đ mô t các quá trình. Vi t duy trìu tng mt s quá trình có bn cht rt khác nhau li có th đc mô t bi các mô hình ging nhau, do đó đc nghiên cu bng các công c toán hc ging nhau. Các quá trình liên tc có th đc mô t bi h phng trình vi phân. Nh phép tính vi phân có th mô t đc s thay đi ca các đi lng quan tâm trong nhng khong thi gian nh tùy ý. Các h thng liên tc là đi tng nghiên cu ca lý thuyt điu khin t đng. c bit đi vi lp các h thng tuyn tính, đc mô t bi h phng trình vi phân tuyn tính, các phng pháp công c nghiên cu đã đc phát trin và ng dng t lâu nay. i vi các h thng ri rc, vi cm nhn ban đu, có th ngh rng vic mô t và nghiên cu chúng s d dàng hn. Mt trong nhng cách tip cn ngây th nht đi vi h thng ri rc là có th lit kê đc ht nhng đáp ng có kh nng xy ra. Ví 4 d mt chic qut đin thông thng có th  trng thái chy hoc dng. Qut có th chy nu ta đóng công tc cp ngun đin cho đng c qut. Qut s dng nu ta ct công tc cp đin cho đng c. Hình dung v chic qut s phc tp dn lên nu b xung thêm nhng trng thái thc t khác. Ch đ chy có th cn phân bit thêm chy  tc đ nào, đn gin nht có th là qut có ba cp tc đ, 1, 2, 3. Khi trong ch đ chy có th có ch đ thay đi hng gió. Gia các cp tc đ c đnh có th có ch đ chuyn gia tc đ này sang tc đ khác ngc li đ phng theo ch đ gió t nhiên, gây cm giác d chu. Nu hình dung chic qut này lp đt  mt v trí xa ngi s dng hoc đây là mt chic qut đ to nên s thay đi áp sut không khí trong mt dây chuyn công nghip s cn có mt b phn cm bin gió đ nhn bit qut có thc s hot đng hay không khi công tc ngun đã đóng.  tránh b nh hng khi đin áp li có s thay đi bt thng tín hiu t b cm bin gió (cm bin áp sut không khí) ch thc s đc x lý sau mt khong thi gian nht đnh, ví d sau 30s. Nhng bin đng nháy, mt đin áp ngun ngn 5 – 10s s không nh hng gì đn trng thái hot đng ca qut. Rõ ràng là đ mô t h thng xác thc hn, s lng các trng thái s tng lên nhanh chóng. Thc t, mt trong nhng khó khn ln khi nghiên cu các h ri rc là s lng các trng thái quá ln, đn mc ch cn lit kê ra chúng đã là không th, ngay c vi s tr giúp ca các máy tính hin đi. Khái nim v điu khin logic (Logic Control) liên quan đn các h thng ri rc, trong đó đáp ng ca quá trình ch có th bit đc  nhng thi đim nht đnh theo thi gian hoc khi nhng s kin xy ra. Thi đim s kin xy ra có th hoàn toàn không bit trc đc. áp ng ca h thng có th chu s nh hng ca tình trng trc đó cng nh ca các s kin nên các h thng loi này còn gi là h phn ng hay h tng tác (Reactive Systems). iu khin logic có th hiu là s la chn hay s đa ra quyt đnh, trong nhng hoàn cnh nht đnh, trong nhng điu kin nht đnh, cách tác đng vào quá trình đ có đc đáp ng nh mong mun. Trong thc t nhng tác đng vào các h ri rc có phm vi rt rng, đt ra nhng vn đ cn gii quyt cho quá trình điu khin, có th k ra sau đây: - H thng có th phi  trong các ch đ làm vic khác nhau, tuân theo lnh điu khin t bên ngoài. Ch đ đn gin nht có th thy là chy (Start), dng (Stop). - H thng có th phi chuyn t ch đ này sang ch đ khác theo mt trình t nht đnh, xác đnh bi mt s điu kin nht đnh. Cách thc hot đng này rt ph bin đi vi các quá trình công nghip. Ví d đ khi đng mt dây chuyn công ngh luôn đòi hi nhng trt t cht ch, b phn nào phi chy trc, b phn nào phi chy sau, cng nh tuân th quá trình tng tc theo quy lut nht đnh. iu tng t cng xy khi cn dng dây chuyn li. - m bo quá trình xy ra theo các trình t v thi gian nht đnh. m bo tính đng b là ví d v nhim v kiu này. 5 - Tng tác gia các b phn. Trong mt h thng các b phn có tng tác ln nhau, ch đ hot đng  khâu này có th to ra nhng điu kin nht đnh quy đnh hot đng ca các b phn khác. m bo nhng mi quan h này trong các h thng phân tán, kích c ln là mt nhim v không h d dàng. - Phn ng tc thi trc mt s s kin. S kin có th tham gia vào các hot đng bình thng, ví d nh mt chuyn đng đn mt công tc cui hành trình, cn phi dng li hoc chuyn đng ngc li, lnh điu khin đn khi mt nút bm chc nng nào đó tác đng, … S kin thng tham gia đm bo an toàn cho quá trình nh khi bánh rng truyn chuyn đng b v, vt l thâm nhp khu vc nguy him, hoc can thip tc thi ca ngi vn hành n nút dng khn cp khi thy có hin tng bt thng. iu khin logic đc nghiên cu trong nhiu lnh vc: - K thut tính toán (Computer Science); - Lp trình (Programming); - Mô phng (Simulation); - Truyn thông (Communication); - Các h thng điu khin công nghip (Industrial Control).  đây s ch quan tâm đn nhng vn đ ca điu khin logic trong các h thng điu khin công nghip, trong đó ngi k s cn thit k h thng điu khin đ đm bo quá trình xy theo đúng quy trình công ngh yêu cu, hot đng an toàn, tin cy, vi hiu qu cao nht. Tính hiu qu đc th hin bi s kt hp mt cách tit kim h thng trang thit b trong khi đm bo đc xác sut gia nhng ln dng máy nh (Mean Time Between Failures), máy móc d vn hành, d sa cha, tit kim nng lng, … Nhng thc đo hiu qu ca h thng thit b máy móc có th không d đánh giá ngay t khâu thit k ban đu nhng có tính đnh hng cho ngi k s khi tip cn các vn đ đi vi mt h thng điu khin công nghip. Nhim v thit k mt h thng điu khin logic tuân theo các bc ging nh các nhim v thit k bt k nào, đó là: 1. Phân tích quá trình đ làm rõ các yêu cu v công ngh mong mun; 2. Trên c s các yêu cu công ngh mong mun cn mô t đc h thng bng ngôn ng k s phù hp. Ngôn ng k s  đây đc hiu là mt công c mô t đc thù nào đó mà da trên kt qu mô t h thng, gi là mô hình, có th chuyn mô hình này sang dng ng dng đc thông qua các thit b phn cng cùng vi các phn mm cn thit; 3. Mô phng h thng. Vi nhng h thng phc tp hoc quan trng không th d dàng xây dng ngay các thit b th nghim, có th là do quá đt tin hoc quá 6 nguy him trong th nghim. Các công c mô phng trên máy tính ngày nay cho phép th nghim trên mô hình gn vi các đc đim thc t, t đó có đc nhng đc tính ca h thng cn quan tâm. 4. Trin khai h thng điu khin trên các thit b thc. Quá trình này ngày nay thng đi cùng vi vic thit k phn cng xây dng các phn mm. Trong quá trình thit k cn phân bit đc thù ca các phng pháp k s vi các phng pháp nghiên cu c bn khác. Phng pháp k s nht thit phi đi đn đc các ng dng mà không nht thit phi đc gii thích ngn ngun bng các suy lun cht ch, nh trong t duy kiu toán hc. 1.2 Mô hình hóa các h thng ri rc Mô t các h thng ri rc t ra phc tp hn nhiu so vi các h thng liên tc. Mc đ phc tp th hin  ch ta có th ri rc hóa các quá trình đn mc đ nào.  mc đ tip cn ban đu quá trình có th ch phân chia ra theo mt vài ch đ làm vic, ví d nh chy dng nh vi chic qut đã nói đn trên đây. Sau đó quá trình ri rc có th li tip tc đ phn ánh thc t mt cách chi tit hn. Gia các trng thái làm vic li có th có mi quan h vi nhau, có th xy ra đng thi hoc theo mt trt t nht đnh nào đó. Khi s lng các trng thái nhiu lên cùng vi các mi quan h gia chúng, rõ ràng vic xác đnh đc các đc tính, các tính cht ca h thng tr nên khó khn hn nhiu. Nu nh mc đích ca vic mô hình hóa h thng là đ suy lun ra đc, đoán trc đc các đáp ng ca h thng thì vic đa ra quá nhiu các kh nng đáp ng xy ra cng không giúp ích đc gì nhiu cho quá trình thit k h thng điu khin. 1.1.1 i s Bool Mt trong nhng công c toán hc có c s đy đ nht đã đc nghiên cu k lng là đi s Bool, theo tên ca nhà toán hc gia th k XIX Gorge Boole, hay còn gi là đi s logic [1]. Trong đi s Bool khái nim trìu tng đa ra có dng đn gin nht là coi s kin ch có th là có hoc không, tn ti hoc không tn ti, đúng hoc sai. Khái nim đn gin đúng hoc sai đc th hin bng hai ch s 1 0 to nên c s h đm c s 2, bin tt c các phép toán s hc c bn ch còn li là phép cng. V mt vt lý đúng hay sai có th đc thc hin bng mt mch đin đóng hay m hay vic to nên mc đin áp gia 0 – 5 V. Các khóa bán dn dùng tranzito có th d dàng thc hin đc các quá trình vt lý này đã to nên cuc cách mng ln là s ra đi ca các thit b đin t s, sau đó là máy tính đin t mà nh hng ca chúng đn mi mt đi sng, kinh t, k thut thì mi ngi đu bit. Mc dù da trên khái nim c bn nht là đúng hoc sai, 0 hoc 1, đi s Bool có kh nng mô t hàng lot các quá trình thc t. Các mi quan h logic phc tp nh 7 s la chn các tác đng cn thit trong mt t hp rt ln các tín hiu đu vào th hin qua các hàm logic. Các công c phân tích ca đi s Bool cho phép ti thiu hóa các phn t logic cn thit đ xây dng nên các b điu khin logic hu hiu là c s cho nhng ng dng thc t ca lý thuyt này. i s Bool là c s đ xây dng nên các mch đin tính toán, các vi mch logic đ phc hp cao (Complex Programmable Logic Device – CPLD) hay các mch t hp logic có th lp trình đc (Flexible Programmable Gate Array – FPGA), ngày càng đc ng dng rng rãi. Tuy nhiên trìu tng hóa đn mc coi mt cái gì đó ch là đúng hoc sai s là quá khiên cng khi mô t các quá trình thc t hoc s dn đn phi phân chia quá trình ra quá nhiu mc đ chi tit đn mc không th phân tích ni.  bù đp nhng khim khuyt này lnh vc đi s logic đã phát trin lên các hng chuyên sâu mi là logic m (Fuzzy Logic) mng nron. Các bc phát trin cao hn ca logic đã t ra có nhng ng dng thc t quan trng cn đn nhng nghiên cu chuyên sâu, ngoài phm vi mun đ cp đn  đây. Vi s phát trin ca k thut máy tính con ngi đã có nhng công c hu hiu khác đ mô t mt cách trìu tng nhng quá trình thc t mà không phi da trên t duy kiu toán hc. ó là nhng công c t duy bng ngôn ng hay bng hình nh.  đây mun nói đn các công c đ mô hình hóa các quá trình mt cách trc giác thông qua các loi đ th. 1.1.2 Automat hu hn (Finite State Machine - FSM) Automat hu hn hay là máy trng thái hu hn dùng ngôn ng hình nh, di dng đ th đ mô t các quá trình [2]. Các trng thái (state), th hin di dng đ th là mt hình khép kín, ch nht hay tròn, có th gi chung là qu bóng. Ni gia các trng thái là các mi tên ch kh nng chuyn t bc này sang bc khác (Transition).  th này đc gi là đ th trng thái (State graph). Mi mi tên ng vi mt điu kin logic cn kim tra hay là các tín hiu đu vào. FMS hot đng bt đu t mt trng thái ban đu, qua các bc chuyn ph thuc vào các điu kin logic có cho phép hay không, đn mt trng thái bt k nào đó nu có th. Nhng trng thái có th đn đc t trng thái ban đu trong đ th gi là trng thái đc phép. FMS có th đa ra tác đng đu ra ph thuc vào các đu vào trng thái hin ti. Nu đánh s các trng thái gán cho các điu kin logic các mc logic 0,1, có th biu din FMS di dng bng, rt thun li cho biu din di dng ký t, có th chuyn t môi trng son tho này sang môi trng khác mt cách d dàng. 8 Hình Error! No text of specified style in document 1 Ví d v FSM mô hình b điu khin thang máy. Ví d FSM cho trên hình 1.1. Gi s có b điu khin thang máy, ch có hai tng, tng 1: First; tng ngm: Floor. Có hai lnh chuyn đng, lên: Up; xung: Down. B điu khin có hai đèn ch th, đèn đ ch tng ngm: Red; đèn xanh ch tng 1: Green. Mi đèn s sáng khi thang  tng tng ng.  th trên hình 1.1 gm hai qu bóng ch hai trng thái Floor First. Tín hiu đu vào là hai lnh Up, Down. Hành đng cn thc hin khi  các trng thái là làm sáng đèn tng ng tt đèn kia.  mi thi đim b điu khin s theo dõi tín hiu đu vào thc hin bt, tt đèn nh mong mun. Nu coi đu vào: Up = 1; Down = 0; Trng thái: Floor = 0; First = 1; èn (tín hiu ra): On = 1; Off = 0, Có th lp bng trng thái nh sau: Bng Error! No text of specified style in document 1 Bng trng thái ca FSM trên hình 1.1. Trng thái u vào Trng thái tip theo èn đ Red èn xanh Green 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 FSM có th mô t h thng mt cách hu hiu, đc ng dng trong thit k các mch đin t s, các th tc truyn thông [3]. Các phn mm thit k h thng s ngày nay cho phép khai báo các FMS phc tp t đng hóa quá trình chuyn t mô 9 hình sang ng dng trên mch đin t rt thun tin. Trong các h thng t đng hóa phc tp State graph rt hay đc dùng, có th không phi đ thit k mà là đ mô t hot đng các tng tác gia các b phn ca h thng. Mc dù FSM có công c toán hc c s là lý thuyt đ th, nó cng t ra còn nhiu hn ch, đó là mi trng thái đc coi là không chia nh ra đc na, dn đn s trng thái có th là rt ln cng nh là các bc chuyn gia chúng. 1.1.3 Petri Net Petri Net, đc phát minh bi Carl Adam Petri nm 1939 dùng đ mô t các quá trình hóa hc, là mt ngôn ng toán hc mô hình hóa cho các h thng phân tán [7]. Petri Net là mt đ th có hng, trong đó mi nt ca đ th th hin bc chuyn (transition, các s kin có th xy ra), ký hiu bng mt gch đng, các v trí (ngha là các điu kin), ký hiu bng vòng tròn nh. Nhng cung có hng, ký hiu bng các mi tên, ni các nt vi các v trí ngc li, th hin các v trí đã chun b các điu kin cho các bc chuyn xy ra. Các cung không bao gi ni gia cùng các v trí cng nh cùng các bc chuyn. Các cung ni t v trí đn bc chuyn gi là cung đu vào. Các cung ni bc chuyn vi v trí gi là các cung đu ra. Ti các v trí có mt s lng các token nào đó. S phân b các token ti các v trí gi là s đánh du. Bc chuyn s xy ra nu có token  tt c các cung đu vào. Khi chuyn các token s b đa sang đu cui ca tt c các cung đu ra. Khi có kh nng chuyn, tt c các bc chuyn đu có kh nng chuyn nh nhau, tuy nhiên không th bit là cái nào s chuyn vì mi ln ch có mt token đc chuyn đi. Vì các token có th phân b  các v trí khác nhau, thm trí nhiu token ti mt v trí, nên do tính không th bit trc ca mô hình PetriNet mô hình này có th mô t rt tt tình trng tranh chp (concurrent) ca h thng phân tán. Hình Error! No text of specified style in document 2 Ví d v Petri Net. Ging nh các ngôn ng dùng hình nh khác Petri Net cho phép mô t bng đ th các quá trình nhy cp, bao gm la chn, suy lun các hot đng tranh chp. 10 Petri Net có đnh ngha toán hc chính xác cho các ng ngha ca nó có nn tng lý thuyt đy đ đ phân tích nó. 1.1.4 Statecharts stateflows o Statecharts Statecharts m rng kh nng ca FSM do David Harel đa ra trong nhng nm 1980 công b 1987 [4, 5], có kh nng mô t nhng h thng ri rc kiu phn ng theo s kin phc tp nh h tính toán nhiu CPU, các th tc truyn thông các h điu khin đin t trong t đng hóa. Statecharts s dng FSM c bn nhng b xung thêm ba khái nim c bn, đó là phân cp, tranh chp qung bá truyn thông. Nh đó Statecharts vn gi nguyên đc nhng u đim do tính trc giác ca FSM mang li nhng m rng kh nng din t vi các mc đ chi tit khác nhau, làm cho đc tính ca nhng h rt ln đc mô t mt cách d hiu qun lý đc. Khi s dng công c đ ha máy tính Statecharts có th tr thành mt môi trng mô t đng riêng, trong đó có th phân chia h thng thành các b phn chc nng các đc tính dòng s liu liên quan đn mi b phn xem xét đc tng tác gia các b phn vi nhau. Ví d v Statecharts cho trên hình 1.2 v ch đ ca đng h bm gi. Trong ch đ bm gi ta mun đng h ch th thi gian theo phút, chính xác đn phn trm giây, di dng: mm:ss:cc. Ch đ bm gi có th chy lp li (Lap) hoc ch bm gi mt ln (Lap_stop).  th gm hai trng thái Stop (dng) Run (chy). Trong Stop có hai trng thái con là Reset (xóa ht) Lap_stop (dng vòng lp). Trong trng thái Run có hai trng thái con là Running Lap, ngoài ra còn cha mt đ th trng thái TIC thc hin vic đm gi chính xác đn phn trm giây (cent). Các trng thái đc kích hot nh nút bm đt ch đ, tng ng vi các tín hiu logic chy (START) chy lp li (LAP). Các nút bm này nu bm tip s v ch đ trc đó. Ví d đang trong trng thái Reset, bm nút START s chuyn sang Running. Nu đang trong Running bm START ln na s v ch đ xóa ht Reset. Tín hiu START cng tác đng tng t gia trng thái vòng lp (Lap) xóa vòng lp (Lap_stop). Trong các trng thái có th gn vi các hot đng (activities). Ví d trng thái Running có hot đng trong quá trình trng thái này tích cc, ký hiu là: during: /trong khi disp_cent=cent; /ch th phn trm giây disp_sec=sec; /ch th giây disp_min=min ; /ch th phút … . t (SFC) Làm bài tp và thí nghim 14 Chng VI: Ghép ni và truyn thông vi PLC 6.1 Các thit b vào ra Làm thí nghim 15 6.2 Ghép ni vi PLC 6.3 Truyn thông vi PLC Chng. Các lnh trong PLC Làm thí nghim 12 Chng V: K thut lp trình PLC 5.1 Thit k chng trình da vào lu đ 5.2 Thit k chng trình da vào trng thái Làm bài tp và thí nghim 13. đi s logic đã phát trin lên các hng chuyên sâu mi là logic m (Fuzzy Logic) và mng nron. Các bc phát trin cao hn ca logic đã t ra có nhng ng dng thc t quan trng và cn đn

Ngày đăng: 25/03/2014, 18:21

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan