TÌM HIỂU VỀ PLC MITSUBISHI Phần I: Tổng quan cấu trúc nguyên lí hoạt động PLC Mitsubishi Tổng quan cấu trúc PLC Mitsubishi Hình 1: Cấu trúc PLC Các thành phần PLC Mitsubishi nói riêng PLC nói chung gồm:  Bộ xử lí trung tâm (CPU): Bộ xử lí trung tâm vi xử lí, đảm nhiệm chức điều khiển hoạt động PLC, điều khiển vào/ra, điều khiển truy cập nhớ, tiếp nhận xử lí xuất liệu từ cổng vào/ra, thực phép tính tốn  Bộ nhớ: Có chức lưu trữ thơng tin chương trình, tập lệnh liệu PLC Bộ nhớ chia thành nhớ chương trình nhớ liệu Bộ nhớ chương trình nơi lưu trữ lệnh tập lệnh PLC nhớ liệu lưu trữ thơng tin nhận xử lí từ cổng vào/ra  Các module vào/ra: Đóng vai trị mạch giao tiếp vi mạch điện tử bên PLC với thiết bị bên Module nhập nhận tín hiệu từ bên ngồi đưa vào CPU, module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU cấu chấp hành Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên PLC có mức điện áp từ ÷ 15 VDC, tín hiệu bên ngồi lớn nhiều Có nhiều loại ngõ như: ngõ dùng transitor, ngõ dùng triac, ngõ dùng rơ le,…  Dữ liệu trao đổi phận PLC thông qua hệ thống bus Có loại bus bus liệu để vận chuyển liệu, bus địa mang thông tin điểm đến liệu bus điều khiển để vận chuyển lệnh Hình 2: Kiến trúc PLC Nguyên lí hoạt động PLC Mitsubishi Hình 3: Sơ đồ khối chu kì quét PLC PLC hoạt động theo chu kì quét Một chu kì quét gồm bước sau:      Hệ thống bắt đầu chu kì quét theo dõi thời gian CPU đọc liệu từ đầu vào kiểm tra trạng thái tất đầu vào CPU bắt đầu thực chương trình nạp trước vào nhớ CPU thực chức chẩn đoán truyền thông CPU xuất liệu đầu Chu trình lặp lặp lại liên tục PLC làm việc Một ví dụ cho q trình làm việc PLC: Hình 4: Một máy trộn đơn giản Một máy trộn có động cơ, cảm biến áp suất cảm biến nhiệt độ kết nối với PLC PLC điều khiển cho động quay bắt đầu trộn áp suất nhiệt độ đạt giá trị chuẩn Ban đầu, PLC khởi động nút ấn Chu trình quét bắt đầu, CPU đọc liệu từ cổng vào nối với cảm biến Nếu giá trị chưa chuẩn, CPU khơng thực lệnh quay động chu trình kết thúc để chu trình bắt đầu Nếu CPU đọc thấy giá trị đầu vào đạt tiêu chuẩn, thực chương trình điều khiển cho động quay để bắt đầu khuấy trộn Trong trình khuấy trộn, chu trình quét diễn CPU liên tục đọc liệu từ cảm biến, giá trị đạt mức để dừng lại được, có lỗi xảy làm cho đầu cảm biến có giá trị bất thường CPU đưa tín hiệu dừng đến cổng nối với động Phần II: Phần cứng PLC Mitsubishi Bộ xử lí trung tâm PLC Mitsubishi loại QnA có thơng tin CPU sau: Kiểu CPU Bộ nhớ chương trình Số điểm vào/ra Q00JCPU 8k bước 256 điểm Q00CPU 8k bước 1024 điểm Q01CPU 14k bước 1024 điểm Q02CPU 28k bước 4096 điểm Q02HCPU 28k bước 4096 điểm Q06HCPU 60k bước 4096 điểm Q12HCPU 124k bước 4096 điểm Q25HCPU 252k bước 4096 điểm Q12PHCPU 124k bước 4096 điểm Q25PHCPU 252k bước 4096 điểm Q12PRHCPU 124k bước 4096 điểm Q25PRHCPU 252k bước 4096 điểm Các PLC Mitsubishi đời sau (Q QnA) lúc sử dụng CPU cho việc xử lí liệu điều khiển Bộ nhớ Bộ nhớ PLC Mitsubishi chia sau: Bộ nhớ PLC Mitsubishi chia thành vùng:  Vùng vào: Input (X) vùng nhớ cung cấp cho CPU lệnh liệu thiết bị bên nút nhấn, công tắc lựa chọn, công tắc giới hạn, công tắc số…  Vùng ra: Output Y vùng nhớ lưu trữ kết đưa tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên đèn báo, hiển thị số, công tắc tơ, cuộn dây điện từ v.v  Vùng trung gian Internal relay (M) thiết bị sử dụng rơ le phụ bên mô đun CPU Tất rơ le trung gian tắt hoạt động sau: tắt nguồn mô đun CPU, reset, xóa chốt  Vùng chốt ( Latch relay (L)): Latch relay (L) rơ le phụ chốt (dự phịng pin) mơ đun CPU Kết tính tốn (thơng tin ON/OFF) chốt thực hoạt động sau: tắt nguồn mô đun CPU, reset  Vùng liên kết: Thiết bị sử dụng phần phụ CPU làm liệu bit mô đun CPU mô đun mạng Gửi/nhận liệu qua lại mô đun mạng rơ le liên kết rơ le liên kết mô đun CPU Đặt dải thông số mô đun mạng sử dụng rơ le liên kết cho mục đích khác  Vùng liên kết đặc biệt: Thông tin trạng thái lỗi mô đun mạng đầu đến rơ le liên kết đặc biệt phạm vi mạng Rơ le liên kiết đặc biệt (SB) thiết bị sử dụng điểm đến làm cho rơ le liên kết đặc biệt mạng không sử dụng cho mục đích khác  Vùng trạng thái:Thiết bị sử dụng với lệnh Step ladder Ở đâu Step ladder khơng sử dụng dùng cho mục đích rơ le phụ  Vùng Timer: Là thiết bị mà phép đo bắt đầu cuộn hút timer bật, thời gian tăng lên đến giá trị đạt đến giá trị cài đặt, tiếp điểm timer           bật timer kiểu đếm thêm vào Khi thời gian đếm tăng, giá trị giá trị đếm Trong PLC có nhiều dạng Timer khác Vùng đếm: Có chức đếm số lần tăng điều kiện đầu vào chương trình Khi giá trị đếm đạt giá trị cài đặt tiếp điểm ngõ Counter bật ON Trong PLC có nhiều loại Counter Vùng ghi liệu: Là thiết bị có khả lưu trữ liệu số Vùng ghi liên kết ghi liên kết đặc biệt: Thanh ghi liên kết (LW) Là thiết bị sử dụng nhằm mục đích thiết bị phụ CPU làm liệu từ mô đun CPU mô đun mạng Gửi/Nhận liệu qua lại lẫn ghi liên kết mô đun mạng ghi liên kết mô đun CPU Đặt phạm vi sử dụng thông số mô đun mạng Các ghi liên kết không sử dụng cho mục đích khác Thanh ghi liên kết đặc biệt (SW) Dữ liệu từ thông tin trạng thái lỗi mô đun mạng đầu đến rơ le liên kết đặc biệt phạm vi mạng Các ghi liên kết đặc biệt (SW) thiết bị sử dụng điểm đến làm cho ghi liên kết đặc biệt mạng không sử dụng cho mục đích khác Vùng rơ le đặc biệt: Plc chứa rơ le nội với thông số cố định Vì khơng thể sử dụng chương trình rơ le nội thơng thường Tuy nhiên bật/tắt để điều khiển CPU cần thiết Vùng ghi đặc biệt Plc chứa rơ le nội với thông số cố định Vì khơng thể sử dụng chương trình ghi nội thơng thường Tuy nhiên liệu viết để điều khiển CPU cần thiết Vùng mô đun truy cập Cho phép truy cập trực tiếp nhớ đệm mô đun chức thông minh kết nối đến mô đun CPU Vùng ghi mục Là thiết bị sử dụng cho việc đánh mục thiết bị Gồm kiểu ghi mục sau: ghi mục Z ( index register) sử dụng để sử đổi số 16 bit ghi mục dài LZ ( Long index register) sử dụng để sử đổi số 32 bit Vùng ghi tập tin Có chức lưu trữ liệu số Vùng Nesting Vùng trỏ Được sử dụng lệnh nhảy chương trình lệnh gọi Kiểu trỏ sau: Con trỏ Mô tả Con trỏ chung Con trỏ gọi từ tất chương trình Con trỏ gán nhãn Con trỏ sử dụng việc gán đến nhãn Số lượng trỏ gán đến nhãn xác định tự động công cụ kỹ thuật Người dùng định số trỏ gãn nhãn Con trỏ sử dụng cho mục đích sau: xác định nhãn nơi nhảy đến cho lệnh nhảy (CJ), xác định nhãn (chương trình đầu chương trình con) lệnh gọi đến đích chương trình (lệnh CALL)  Vùng trỏ ngắt Được sử dụng nhãn chương trình đầu ngắt Có thể sử dụng cho tất chương trình chạy  Vùng số Chứa số số 10 (K) Thiết bị rõ liệu số 10 cho chương trình Được định Km ( vi dụ K1234) Kích liệu thước Dải làm việc số Tên kiểu liệu số 10 Word( có dấu) K-32768 đến K32767 Word ( khơng dấu)/ Bit 16 bits string ( 16 bit) K0 đến K65535 K-2147483648 đến Double word ( có dấu) K2147483647 Double word ( không dấu)/ 32 bits Bit string (32 bit) K0 đến K4294967295 Module truyền thông PLC Mitsubishi trang bị module Ethernet Hình 5: Module Ethernet trang bị PLC Mitsubishi Các thông số module Ethernet PLC Mitsubishi sau: Đặc điểm Tốc độ truyền liệu Chế độ giao tiếp Thông số 100/10 Mbps Full-duplex ( Song công) Half-duplex (Bán song công) Không hỗ trợ IEEE802.3x flow control) Giao diện Kết nối qua cổng RJ45 Phương thức truyền Base band Khoảng cách tối đa Hub 100m Node Nối tầng -Cáp 100BASE-TX: Tối đa tầng -Cáp 10BASE-T: Tối đa tầng Protocol MELSOFT connection SLMP (3E frames) Socket communication Predefined protocol support Số lượng kết nối đồng thời phép mở Hub Hubs with 100BASE-TX or 10BASE-T Địa IP Mặc định 192.168.3.250 Các chân module Ethernet: Hình 6: Sơ đồ chân module Ethernet Sử dụng cáp thẳng 10BASE-T 100BASE-TX cat3/5 cao Sử dụng cáp chéo dung kết nối trực tiếp máy tính cá nhân fx5u Khi kết nối với hub, mô-đun CPU xác định cáp sử dụng (100BASE-TX 10BASE-T) chế độ giao tiếp (song công bán song công) dựa theo HUB (chức Auto-negotiation) Đặt hub thành chế độ bán song công hub không hỗ trợ chức Auto-negotiation Khi thiết bị đầu cuối nối đất mơ-đun CPU khơng thể nối đất, đường truyền bị đóng ảnh hưởng nhiễu, khiến khơng thể giao tiếp với thiết bị khác Module nguồn Nguồn cấp cho PLC Mitsubishi nguồn xoay chiều chiều có thơng số sau:  Nguồn xoay chiều Loại Điện áp định mức Phạm vi điện áp cung cấp cho phép FX5U-32M FX5U-64M 100-240 VAC 80-264 VAC FX5U-80M - Tốc độ biến đổi Trong thực tế, module vào/ra tương tự riêng biệt, nhà sản xuất cung cấp module vào/ra tương tự kiểu hỗn hợp Ví dụ, module kênh vào – kênh tương tự, module kênh vào – kênh tương tự Phần III: Lập trình PLC Mitsubishi Lập trình PLC Mitsubishi 1.1 Các ngơn ngữ lập trình Các ngơn ngữ lập trình sử dụng cho điều khiển khả trình bao gồm Trình lập trình PLC dạng bậc thang(Ladder), Danh sách lệnh(Instruction List IL) sơ đồ chức trình tự(Sequential Function Chart -SFC) Chương trình lập trình PLC dạng bậc thang (ladder) sơ đồ logic dạng biểu đồ logic dựa mạch điện Trong chương trình lập trình lập trình dạng ladder , biểu tượng biểu thị lệnh kết nối với dòng , tương tự sơ đồ mạch dễ dàng nhận biết dịng vận hành Ngồi , lập trình PLC dạng Ladder không yêu cầu kiến thức lập trình đặc biệt ngơn ngữ C hay Basic có kinh nghiệm mạch rowle điện hiểu dễ dàng Hình 16: Một chương trình PLC viết Ladder Bảng hiển thị chương trình tương tự IL IL yêu cầu phải có chút kiến thức lập trình để mơ tả vận hành lệnh Bước số 10 1.2 Lệnh LD OR ANI OUT LD ANI OUT END Thiết bị X6 Y74 T1 Y74 Y74 X6 T1 K30 Các giá trị sử dụng chương trình Các chương trình cho điều khiển khả trình xủ lí hai loại giá trị - - BIT: +Bit mo tả theo hai loại tín hiệu điện , BẬT TẮT Cũng mơ tả dạng “1”(Bật) “0” (tắt) Các giá trị thường sủ dụng để hiển thị trạng thiết bị I/O công tắc đèn TỪ: Số kí tự Các giá trị thường sử dụng để hiển thị số lượng thời gian Các định dạng số sử dụng để hiển thị giá trị + Thập phân + Nhị phân + Thập lục phân + Bát phân Các lệnh ngôn ngữ ladder  Lệnh LOAD (LD) Lệnh LD dùng để đặt contact logic thường mở (NO) vào chương trình Trong chương trình dạng Instruction, lệnh LD ln xuất vị trí dịng chương trình mở đầu cho khối logic Trong chương trình dạng Ladder, lệnh LD thể contact logic thường mở nối trực tiếp vào đường bus bên trái nhánh chương trình hay contact thường mở khối logic  Lệnh LOAD INVERSE Lệnh LDI dùng để đặt contact logic thường đóng (NC) vào chương trình Trong chương trình dạng Instruction, lệnh LDI ln xuất vị trí dịng chương trình mở đầu cho khối logic Trong chương trình dạng Ladder, lệnh LDI thể contact logic thường đóng nối trực tiếp vào đường bus bên trái nhánh chương trình hay contact thường đóng khối logic  Lệnh OUT Lệnh OUT dùng để đặt relay logic vào cuối chương trình Trong chương trình dạng Ladder, lệnh OUT thực điều kiện bên trái thỏa mãn Chú ý: Lệnh OUT nối trực tiếp với đường bus bên phải Lệnh OUT không dùng để điều khiển thiết bị ngõ vào loại “X” Nhiều lệnh OUT nối song song với  Lệnh AND AND INVERSI Chú ý: Lệnh AND ANI dùng để nối tiếp them số contact Có thể nối nhiều chuỗi contact thành chuỗi nối tiếp Mặc dầu khơng có giới hạn số contact mắc song song hay nối tiếp, số bảng điềi khiển lập trình hình máy in khơng thể hiển thị in chương trình vượt giới hạn phần cứng Mỗi dòng hay nhánh chương trình ladder nên chứa tối đa 10 contact cuộn dây Số ngõ “follow-on” nên giới hạn tối đa 24 (“follow-on” thêm cuộn dây qua contact, lệnh OUT đầu ngõ “follow-on”, ví dụ OUT Y4)  Lệnh OR OR INVERSI  Or Block Chú ý: Lệnh ORB lệnh độc lập, không kết hợp với thiết bị hay số Lệnh ORB dùng để nối song song nhiều mạch contact (thường khối nối tiếp) với khối phía trước Khối nối tiếp khối có nhiều contact mắc nối tiếp hay dùng lệnh ANB Để khai báo điểm bắt đầu khối dùng lệnh LD hay LDI Sau khối nối tiếp nối vào khối trước lệnh ORB Khi dùng lệnh ORB theo khối, đảm bảo khơng dùng q lệnh LD hay LDI Khơng có giới hạn số mạch mắc song song dùng lệnh ORB mạch xử lý  And Block Chú ý: Lệnh ANB lệnh độc lập không kết hợp với thiết bị hay số Lệnh ANB dùng để mắc nối tiếp nhiều mạch contact (thường khối song song), với khối phía trước Các khối song song khối có nhiều contact nối song song hay dùng lệnh ORB Để khai báo điểm bắt đầu khối lệnh dùng LD hay LDI Sau khối nối tiếp, nối vào khối trước lệnh ANB Khi dùng lệnh ANB theo khối, đảm bảo không dùng lệnh LD hay LDI Khơng có giới hạn số mạch mắc song song dùng lệnh ANB mạch xử lý  Set Resert Lệnh SET dùng để đặt trạng thái tham số lệnh (chỉ cho phép toán hạng bit) lên logic vĩnh viễn (chốt trạng thái 1) Trong chương trình Ladder, lệnh SET ln ln xuất cuối nhánh, phía bên phải contact cuối nhánh, thi hành điều kiện logic tổ hợp contact bên trái thỏa mãn Lệnh RST dùng để đặt trạng thái tham số lệnh (chỉ cho phép toán hạng bit) lên logic vĩnh viễn (chốt trạng thái 0) Trong chương trình Ladder, lệnh RST ln ln xuất cuối nhánh, phía bên phải contact cuối nhánh, thi hành điều kiện logic tổ hợp contact bên trái thỏa mãn Tác dụng lệnh RST hoàn toàn ngược với lệnh SET.Lệnh SET RST dùng cho thiết bị lần tùy ý Tuy nhiên, trạng thái lệnh cuối kích hoạt trạng thái có ảnh hưởng Lệnh RST dùng để RST nội dung thiết bị liệu ghi liệu (data register), ghi mục (index register) Hiệu tương đương với việc chuyển “K0” vào thiết bị liệu  Lệnh Inverse Lệnh INV không sử dụng thiết bị INV đảo ngược kết trực tiếp trước Nếu kết tác vụ “1” đảo lại thành “0” Nếu kết tác vụ “0” đảo lại thành “1” Cách sử dụng INV giống AND, ANI  End Chú ý: Khi đặt lệnh END chương trình có tác dụng buộc kết thúc q trình quét chương trình hành tiến hành cập nhật ngõ vào ngõ Chèn lệnh END vào chương trình giúp tìm lỗi cho chương trình phần sau lệnh END bị vơ hiệu hóa cách ly khỏi vùng kiểm tra lỗi Nhớ xóa lệnh END khỏi khối kiểm tra Khi lệnh END thi hành định watchdog tự động reset Phần 4: Một số ví dụ lập trình PLC Mitsubishi Lập trình Ladder  Bài tốn 1: Pit tơng dịch chuyển qua lại cảm biến a0 a1 Hình 17: Sơ đồ rơ le, tiếp điểm tốn Hình 18: Sơ đồ thang toán Trong sơ đồ Ladder, X1 a1, X2 a0, Y1 X T, Y2 P  Bài toán 2: Dao phải thay sau cắt 300 sản phẩm loại 1, 150 sản phẩm loại 100 sản phẩm loại Thiết kế chương trình thơng báo thay dao sau cắt đủ số sản phẩm Kí hiệu đầu vào: - X0: Mở máy X1: Cảm biến nhận diện sản phẩm loại X2: Nhận diện sản phẩm loại X3: Nhận diện sản phẩm loại X4: Nhận biết xem thay dao hay chưa Kí hiệu đầu ra: - Y0: Máy hoạt động Y1: Báo cần phải thay dao Y2: Thông báo thay dao hay chưa Hình 18: Sơ đồ thang toán Quy ước lần cắt sản phẩm ứng với lần cắt sản phầm 1, cắt sản phẩm ứng với lần cắt sản phẩm Số lần cắt lưu biến nhớ D1 Ban đầu X0 = 0, bật máy, X0 = 1, dẫn đến Y0 = Mỗi lần có sản phẩm qua cảm biến loại tương ứng, cảm biến phát xung vuông, đầu vào tương ứng PLC nhận sườn lên xung này, số ứng với sản phẩm cộng vào biến nhớ Khi giá trị biến nhớ vượt số lượng cho phép, Y1 = 1, dẫn đến Y0 = 0, máy dừng hoạt động, biến nhớ ngừng nhận thêm giá trị Khi thay dao, X4 nhận xung sườn lên, Y2 = 1, dẫn đến biến nhớ reset 0, Y1 = 0, dẫn tới Y0 = 1, máy hoạt động trở lại  Bài toán 3: Các cảm biến cửa vào cửa bãi đỗ xe thơng báo có xe vào Thanh chắn cửa vào mở số lượng xe bãi nhỏ 10 đóng khơng cho xe vào thêm đủ 10 xe Kí hiệu đầu vào: - X0: Bật điện cho chắn hoạt động X1: Cảm biến nhận diện xe vào X2: Cảm biến nhận diện xe Kí hiệu đầu ra: - Y0: Thanh chắn mở Y1: Thanh chắn đóng lại Hình 19: Sơ đồ thang toán Ban đầu X0 = 0, chắn mở sẵn, Y0 = Y1 = Khi X0 = 1, chắn hoạt động, Y0 = 1, chắn mở Khi có xe vào, cảm biến cửa vào phát xung vuông đến X1, X1 nhận sườn lên xung, biến đếm D1 tăng Khi xe ra, cảm biến cửa phát xung vuông đến X2, X2 nhận sườn lên xung, biến đếm giảm Khi biến đếm 10, Y1 = 1, dẫn đến Y0 = 0, chắn đóng lại Biến đếm khơng nhận thêm giá trị Lập trình SFC  Bài tốn 4: Pit tơng ban đầu bên trái, sát với cảm biến tiệm cận a0 b0 Khi ấn nút m, pit tông xuống chạm a1 đổi chiều lên Khi chạm a0, pit tông đưa sang phải, tới chạm b1, pit tông lại xuống lên Cuối pit tơng đưa sang trái vị trí ban đầu Hệ thống ngừng hoạt động ấn nút d Hình 20: Hình vẽ minh họa tốn Kí hiệu trạng thái: - S0: Trạng thái ban đầu S1: Trạng thái lên S2: Trạng thái xuống S3: Trạng thái sang phải S4: Trạng thái sang trái Hình 21: Sơ đồ Grafcet tốn Kí hiệu đầu vào: - X000: cảm biến a0 X001: cảm biến a1 X002: cảm biến b0 X003: cảm biến b1 X004: nút m X005: nút d Kí hiệu đầu ra: - Y000: S1 Y001: S2 Y003: S3 Y004: S4 Hình 22: Sơ đồ SFC tốn Hình 22: Dịng cột 1, tạo S0 Hình 23: Dịng cột 1, pit tơng sát a0 b0 chuyển trạng thái S0 sang S1 Hình 24: Dịng cột 1, trạng thái S1 (đi xuống) Hình 25: Dịng cột 1: Khi xuống sát a1, chuyển từ S1 sang S2 Hình 26: Dịng cột 1: Trạng thái S2 (đi lên) Hình 27: Dịng cột 1: Khi pit tơng lên vị trí sát a0 b0, chuyển trạng thái từ S1 sang S3 Hình 28: Dịng 10 cột 1: Trạng thái S3 (đi sang phải) Hình 29: Dòng 11 cột 1: Khi sang phải đến sát b1, chuyển từ S3 sang S1 Hình 30: Dịng cột 2: Khi lên đến sát a0, b1, chuyển từ S2 sang S4 Hình 31: Dịng 10 cột 2: Trạng thái S4 (sang trái) Hình 32: Dịng 11 cột 2: Khi sang trái đến sát b0, chuyển từ S4 S0 ... Q25PRHCPU 252k bước 4096 điểm Các PLC Mitsubishi đời sau (Q QnA) lúc sử dụng CPU cho việc xử lí liệu điều khiển 2 Bộ nhớ Bộ nhớ PLC Mitsubishi chia sau: Bộ nhớ PLC Mitsubishi chia thành vùng: ... đến K4294967295 Module truyền thông PLC Mitsubishi trang bị module Ethernet Hình 5: Module Ethernet trang bị PLC Mitsubishi Các thông số module Ethernet PLC Mitsubishi sau: Đặc điểm Tốc độ truyền... tự Phần III: Lập trình PLC Mitsubishi Lập trình PLC Mitsubishi 1.1 Các ngơn ngữ lập trình Các ngơn ngữ lập trình sử dụng cho điều khiển khả trình bao gồm Trình lập trình PLC dạng bậc thang(Ladder),