I TỔNG QUAN VỀ PLC Khái niệm PLC (Programmable Logic Control) thiết bị điều khiển lập trình hay khả trình, cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình riêng gần gũi với người dùng Thực chất hệ vi xử lý thực phép tính tốn số học logic với thành phần nhớ, cổng vào / ra… PLC thiết kế chế tạo với tiêu chuẩn đặc biệt độ bền để làm việc môi trường khắc nghiệt ( nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, thời gian hoạt động kéo dài,…) Hình 1 Một PLC Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ hay kiện đếm PLC dùng để thay mạch relay Trong thực tế, PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC INVT, Allen-Bradley, Omron, Honeywell Ưu điểm PLC Hệ thống điều khiển sử dụng PLC có ưu điểm bật sau: - Công suất tiêu thụ PLC thấp - Giảm đến 80% số lượng dây nối - Sửa chữa nhanh chóng dễ dàng - Giảm thiểu số lượng rơle timer so với hệ điều khiển cổ điển - Tốc độ suất lớn - Thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống - Dung lượng chương trình lớn, chứa nhiều chương trình phức tạp Ứng dụng PLC công nghiệp đại Từ ưu điểm vượt trội trên, PLC ứng dụng công nghiệp với nhiều lĩnh vực như: - Công nghệ sản xuất: sản xuất giấy, sản xuất thuỷ tinh, sản xuất xi măng, sản xuất xe ôtô, sản xuất vi mạch, may công nghiệp, lắp giáp Tivi, chế tạo linh kiện bán dẫn, đóng gói sản phẩm - Xử lý hoá học, Chế biến thực phẩm - Hệ thống nâng vận chuyển - Điều khiển hệ thống đèn giao thông - Hệ thống báo động, quản lý tự động bãi đỗ xe… Cấu trúc phần cứng PLC Hình Thành phần PLC Các thành phần PLC gồm : - Bộ xử lý trung tâm (CPU): não PLC, có chức nhận liệu từ mơ đun vào , thực chương trình, đưa kết điều khiển thiết bị nối vào mô đun - Khối nguồn (Power Supply): cung cấp nguồn ổn định cho khối khác hệ thống Thường nhận điện áp vào 220VAC, cung cấp điện áp đầu chiều (24VDC, 5VDC,…) - Bộ nhớ (Memory): lưu trữ liệu chương trình thơng số nạp vào PLC Gồm có RAM, EPROM, EEPROM - Khối module vào/ra (I/O): gồm đầu vào nút nhấn, cơng tắc hành trình, cảm biến, đầu nối với thiết bị chấp hành Có nhiệm vụ giao tiếp với thiết bị khác, có chức cách ly điều hịa tín hiệu để nối trực tiếp với thiết bị khác - Thiết bị lập trình để kết nối với PLC: sử dụng để viết chương trình điều khiển cần thiết, sau nạp vào PLC Thường máy tính cá nhân (PC) Ngồi PLC bổ sung thêm đèn thị trạng thái tín hiệu vào/ra PLC Các khối kết nối với dây nối thành phần tương tự gọi bus Tất tín hiệu thành phần PLC trao đổi thông qua bus Nguyên tắc hoạt động Hoạt động PLC mối quan hệ đơn giản thành phần Hệ thống vào/ra kết nối vật lý PLC với thiết bị thường gắn máy sản xuất lắp đặt hệ thống điều khiển trình Các thiết bị vào số tương tự (giống cơng tắc hành trình, thiết bị cảm biến áp suất, nhiệt độ, nút nhấn ) Giao diện vào/ra tạo kết nối CPU với thiết bị vào thiết bị cần điều khiển Quá trình hoạt động: - Đọc liệu đầu vào - Lấy tín hiệu từ thiết bị, lưu trữ vào nhớ - Xử lý tính tốn : thực chương trình lưu nhớ - Ghi liệu đầu ra: xuất tín hiệu điều khiển đầu PLC thực hoạt động khoảng thời gian định gọi chu kỳ quét cỡ vài ms tùy thuộc vào chương trình nạp Hình Chu kỳ quét PLC Phân loại PLC Dựa cách ghép nối CPU khối vào ra, PLC chia loại : Compact (tích hợp) Modular (khối chức riêng biệt) Đối với loại tích hợp, khối bao gồm nguồn ni, CPU số lượng định đầu vào Với loại PLC này, cần khối hoạt động Đối với loại khối chức riêng biệt, khối gồm chức : khối nguồn, khối CPU, khối đầu vào , đầu ra… Để hoạt động cần tối thiểu hai khối: nguồn CPU Dù thiết kế dạng hệ điều khiển dùng PLC ln có khả mở rộng hệ thống cách ghép nối nhiều khối vào 7, Các loại PLC Rockwell Dựa vào số lượng đầu vào, đầu ra, chia PLC Rockwell thành loại chính: - PAC: hệ thống điều khiển lớn với kiến trúc modun, có hiệu cao, hỗ trợ 128.000 I/O digital, 4.000 I/O analog, 40MB nhớ chương trình,… - PLC: gồm điều khiển nhỏ, kết nối với 30 modun I/O, với 1.5MB nhớ,… - Micro & Nano PLC: kiến trúc compact nhỏ gọn, hỗ trợ điều khiển máy đơn giản, relay, timer,… II PLC CompactLogix 1769-L32E Thông số CompactLogix 1769 – L32E sản phẩm dòng sản phẩm 1769 – L3x hãng Allen Bradley, cung cấp giải pháp Logix cho ứng dụng từ nhỏ đến trung bình Thơng thường, ứng dụng yêu cầu hạn chế số lượng I/O khả giao tiếp Các Module gắn sang bên phải, Module gắn vào có tên Local tăng dần lên Hình Một PLC 1769-L32E 1769-L32E Controller Nguồn CPU DeviceNet (Local 1) 1769-IQ32 Sinking/Sourcing 24VDC Input (Local 2) 1769-OB32 Current Sourcing 24VDC Output (Local 3) 1769-IF4 Analog Input (Local 4) 1769-OF2 Analog Output (Local 5) 2, CPU CPU (khối xử lý trung tâm) - não PLC, có chức nhận liệu từ mô đun vào , thực chương trình, đưa kết điều khiển thiết bị nối vào mô đun CPU chế tạo thành khối độc lập nằm khối Main CPU thực công việc sau: - Đọc liệu đầu vào: lấy tín hiệu từ thiết bị, lưu trữ vào nhớ - Xử lý tính tốn : thực chương trình lưu nhớ - Ghi liệu đầu ra: xuất tín hiệu điều khiển đầu Bộ vi xử lý phần lõi CPU, định tốc độ xử lý, khả quản lý ngoại vi PLC Tùy vào hãng sản xuất vi xử lý sử dụng bit, 16 bit 32 bit Hình 2 Modun CPU Bus hệ thống dẫn thông tin thành phần CPU với thành phần khác, BUS PLC chia làm loại: bus liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển, bus hệ thống - Bus liệu: truyền liệu CPU, nhớ, I/O - Bus địa chỉ: sử dụng để nhớ địa mà liệu tìm để liệu gửi đến - Bus điều khiển: điều khiển phân luồng tín hiệu - Bus hệ thống sử dụng cho truyền thông vào CompactLogix 1769-L32E sử dụng CPU L32E với thơng số chính: - Bộ nhớ 750 Kb - Thẻ nhớ : 1784-CF64 64 MB & 1784-CF128 128 MB - Phần mềm lập trình : RSLogix 5000 Ngơn ngữ lập trình :Relay Ladder, Function Block Diagram, Structured Text, Sequential Function Block Các cổng truyền thông : EtherNet/IP port RS-232 Cơ chế giao tiếp : hỏi đáp CompactLogix 1769 – L32E cung cấp điều khiển tích hợp cổng giao tiếp Ethernet IP, RS 232, module 1769 SDN DeviceNet dùng để giao tiếp với mạng DeviceNet, module I/O Digital, Analog Bộ nhớ: Bộ nhớ bên PLC tạo vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa 2000 - 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng: RAM (Random Access Memory) nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn điện nuôi bị Người ta ln chế tạo nguồn dự phịng cho RAM để trì chương trình trường hợp điện nguồn, thời gian trì tuỳ thuộc vào PLC cụ thể EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) nhớ mà người sử dụng bình thường đọc không ghi nội dung vào Nội dung EPROM khơng bị mất nguồn, gắn sẵn máy, nhà sản xuất nạp chứa hệ điều hành sẵn EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với truy xuất linh động RAM có tính ổn định Nội dung xóa lập trình điện, nhiên số lần có giới hạn a) Phân loại nhớ Bộ nhớ điều khiển Logix5000 chia làm loại: user memory nonvolatile memory (bộ nhớ không biến đổi) - User memory: Bộ nhớ lưu giữ code tham số projects Bộ nhớ có đặc điểm nguồn acquy liệu bị - Nonvolatile memory: Nơi lưu giữ nội dung user memory ta cất trữ project Bộ nhớ cho phép ta lưu trữ project điều khiển nguồn Dung lượng nhớ số điều khiển sau: - ControlLogix 1756-L61: + User memory: MB + Nonvolatile memory: Industrial CompactFlash memory card 1784-CF64 (64MB) 1784-CF128 (128MB) - CompactLogix L32E: + User memory: 750 KB + Nonvolatile memory: Industrial CompactFlash memory card 1784-CF64 (64MB) b) User memory User memory họ Logix5000 chia làm vùng nhớ chính: - Vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng (Program source code) - Vùng nhớ chứa tham số hệ điều hành chương trình ứng dụng Vùng nhớ chia thành vùng nhỏ hơn: + Tag data: Miền chứa liệu Tag người lập trình định nghĩa chương trình + RSLinx tags group list: Miền chứa liệu Tag phục vụ giao tiếp điều khiển với phần mềm RSLogix5000 qua phần mềm RSLinx + I/O tag: Miền chưa liệu Tag vào – Các Tag chương trình tự động thiết lập tương ứng dựa khai báo module vào – Trạng thái Tag thay đổi tức theo thay đổi theo thay đổi đầu vào – ra, khơng phải miền đệm vào – + I/O force tables: Bảng trạng thái cacsc module vào – người lập trình ép trạng thái + Message buffers: Miền chứa đệm phục vụ cho việc giao tiếp điều khiển với + Produced/Consumed tags: Miền chứa liệu Tag đặc biệt người lập trình định nghĩa, phục vụ cho việc giao tiếp điều khiển với Hình Cấu trúc CPU nhớ 1769-L32E 3, Các modun giao tiếp 3.1 Module đầu vào tương tự Đầu vào tương tự (Analog Input) sử dụng module 1769-IF4 có đầu vào , nguồn cung cấp 24VDC Hình Các cổng vào Các thông số: Số ngõ vào: tín hiệu điện áp, tín hiệu dịng điện Có kênh lựa chọn mức điện áp: - 10 VDC; - VDC ; -10 - 10 VDC - VDC Có kênh lựa chọn mức dòng điện: - 20 mA, - 20mA Sử dụng cáp Belden 8761 dòng cáp tương tự Loại dây có lớp kim loại bên ngồi (vỏ cách điện), cần xoắn lại, nối xuống đất để triệt tiêu nhiễu Tín hiệu tương tự chuẩn hóa dịng điện điện áp Hình Cảm biến đầu - Mô tả sơ đồ đấu nối dây với input cảm biến đầu : - Bước 5: Chọn Close Sau chọn Communication > RSWho để kiểm tra: - 2.8 Kết nối với RSLogix 5000 - Bước 1: Trong cửa sổ RSLogix chọn File > New - Bước 2: Trong mục Type chọn điều khiển Emulator RSLogix Emulate 5000 Controller Revision 15 Đặt tên cho Project nhấn OK - Bước 3: Đưa thêm module Right – Click vào điều khiển chọn New Module - Bước 4: Chọn loại module 1756-MODULE Sau nhấn OK - Bước 5: Một cửa sổ Ta config hình vẽ: Chú ý: Mục Slot chọn Slot có chứa điều khiển Ở ta chọn Slot - Bước 6: Chọn OK Cửa sổ ra, đặt RPI tối thiểu 50 - Bước 7: Tạo đường dẫn tới điều khiển Chọn Who Active Bước 8: Ấn vào Emulator mà bạn muốn sử dụng cho project, chọn Set Project Path Ấn Close Bây ta lập trình chạy thử chương trình 3, Các tập lệnh 3.1 Các lệnh xử lí bit: Kí hiệu Tên Chức Examine if close (XIC) Tiếp điểm thường mở, tác động đóng Examine if open (XIO) Tiếp điểm thường đóng, tác động mở Output energize (OTE) Đầu cấp nguồn, bật bit điều kiện đầu vào Output unlatch (OTU) Đầu trì, xóa bit Output latch (OTL) Đầu trì, set bit 3.2 Các lệnh tốn học: Kí hiệu Chức LD: Khi Enable: Cộng source A source B, kết trả Dest FBD: LD: FBD: Khi Enable: Trừ source A cho source B, kết trả Dest LD: Khi Enable: Nhân source A source B, kết trả Dest FBD: LD: Khi Enable: Chia source A cho source B, kết trả Dest FBD: 3.3 Các lệnh Timer/counter: a) Trong Ladder: Kí hiệu Tên Chức Count up (CTU) Đếm lên, điều kiện vào từ sai sang tăng đến giá trị đặt tác động đầu Count down (CTD) Đếm xuống, điều kiện vào từ sai sang giảm đến giá trị đặt tác động đầu Timer off delay Bật/ tắt đầu sau đầu vào timer tắt khoảng thời gian định trước (EN): on đầu vào on (DN): off điều kiện thời gian đúng, dùng để bật tắt đầu vào/ra +Timer: tên đếm +Preset: Thời gian đặt (ms) +Accum: giá trị đếm Timer on delay Bật/ tắt đầu sau khởi động timer, đếm khoảng thời gian định trước (EN): on đầu vào on (DN): on điều kiện thời gian đúng, dùng để bật tắt đầu vào/ra +Timer: tên đếm +Preset: Thời gian đặt (ms) +Accum: giá trị đếm Retentive timer on Hàm thời gian có nhớ dùng để bật tắt đầu điều kiện vào đúng, nguồn RTO trì giá trị lúc dừng Reset Xóa đếm định thời có địa b) Trong FBD: Kí hiệu Tên Chức Timer On Delay with reset Bộ đinh thời ko nhớ để tích lũy thời gian TimerEnable set Timer Off Delay with reset Bộ đinh thời ko nhớ để tích lũy thời gian TimerEnable bị xóa Retentive timer on with reset Bộ đinh thời có nhớ để tích lũy thời gian TimerEnable set Count up/down Tăng CUEnable nhảy từ lên 1, giảm CDEnable nhảy từ lên 3.4 Các lệnh so sánh: Kí hiệu LD: Chức Đầu vào off đầu off, đầu vào on so sánh biểu thức Expression, đầu ON, sai đầu Off LD: Đầu vào on so sánh source A, source B, đầu On, khơng Off FBD: LD: Khi đầu vào On, so sánh Test với Low Limit High limit, Low limit =< Test =< High limit đầu ON, ngược ại off FBD: LD: Less than or equal to: Khi đầu vào on, so sánh source A với source B, A==B đầu On FBD: 3.5 Một số lệnh khác: Kí hiệu Tên Chức Move Khi đầu vào On, chuyển giá trị Dest = source Clear Xóa giá trị Dest Các ví dụ 4.1 Lập trình ngơn ngữ Ladder a) Bài tốn bãi đỗ xe tự động - Bãi giữ xe tự động có dung tích 10 xe, gồm chắn STOP, cảm biến xe vào X1, cảm biến xe X2 - Nguyên lý hoạt động:  Ban đầu chắn ln đóng hệ thống chưa hoạt động  Khi hệ thộng hoạt động chắn cấp điện mở suốt q trình  Khi có xe vào cảm biến X1 cho đếm tăng  Khi có xe cảm biến X2 cho đếm giảm  Khi đếm >= 10 xe đóng chắn lại  Có nút reset hệ thống gặp cố b) Bài toán điều khiển xi lanh - Quy ước biến lập trình:  Các biến đầu vào: a1, a0, b1, bo tương ứng cảm biến vị trí pit tơng hình vẽ  Các biến đầu ra: Acong, Atru, Bcong, Btru trạng thái pittơng hình vẽ  Các biến trung gian: a,b,X - Nguyên lý hoạt động:  Bắt đầu hoạt động, xi lanh ngang sang phải (A+) đưa vật đến vị trí  Khi xi lanh ngang chạm cảm biến a1, thu ngược bên trái (A-)  Khi chạm a0, xi lanh dọc xuống (B+)  Xi lanh dọc chạm cảm biến b1, ngược lên (B-)  Khi xi lanh dọc vị trí ban đầu (b0), chu trình tiếp tục c) Bài tốn đảo chiều động - Quy ước biến:  Các nút quay thuận, quay ngược dừng động a,b,c  Động quay thuận quay ngược T N - Nguyên lý hoạt động:  Nhấn nút a, động quay thuận (T)  Nhấn nút b, động quay ngược (N)  Nhấn nút c, động dừng hoạt động  Động quay thuận (T), nhấn nút b, động quay ngược (N)  Động quay ngược (N), nhấn nút a, động quay thuận (T) 4.2 Lập trình ngơn ngữ SFC a) Cấu trúc chương trình SFC - Step:  Một chức trình chứa trạng thái thực thời gian, giai đoạn trạm cụ thể  Các khối step liên kết với thực theo trình tự - Action:  Action chứa chức mà Step thực  Action ln kèm với khối Step, ta gọi Action cách click chuột phải vào Step -> Add Action - Transition:  Transition điều kiện TRUE FALSE cho SFC biết cần chuyển sang Step b) Ví dụ xi lanh vào/ra - Ký hiệu SFC:  Step_000: nút xác lập trạng thái ban đầu  Step_001: trạng thái ban đầu  Step_002: A+  Step_003: A Step_004: B+  Step_005: B a.0 :a0  a.1 :a1  b.0 :b0  b.1 :b1 ... LẬP TRÌNH PLC ROCKWELL Hai phần mềm cần sử dụng để lập trình cho PLC Rockwell Automation RSLink (Để cấu hình kết nối) RSLogix5000 (Để lập trình) RSLogix 5000 1.1 Kết nối RSLogix 5000 với PLC Ta... thiết kế dạng hệ điều khiển dùng PLC ln có khả mở rộng hệ thống cách ghép nối nhiều khối vào 7, Các loại PLC Rockwell Dựa vào số lượng đầu vào, đầu ra, chia PLC Rockwell thành loại chính: - PAC:... tự gọi bus Tất tín hiệu thành phần PLC trao đổi thông qua bus Nguyên tắc hoạt động Hoạt động PLC mối quan hệ đơn giản thành phần Hệ thống vào/ra kết nối vật lý PLC với thiết bị thường gắn máy sản