Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án Khảo sát PLC của hãng Omron và ứng dụng
Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangCHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ: Tổng quát, một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bò điện tử, được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn đònh, sự chính xác, sự chuyển đổi nhòp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất. Nó thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ, từ cung cấp năng lựơng đến một thiết bò bán dẫn. Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn toàn, đó là PLC, nó được sử dụng kết hợp với máy tính chủ. Ngoài ra, nó còn giao diện để kết nối với các thiết bò khác (như là: bảng điều khiển, động cơ, contact, cuộn dây, ….). Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn. Ngoài ra, nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng. Từ hình 1.1 ta thấy: PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu nó không được kết nối với các thiết bò cảm ứng. Nó cũng không cho phép bất kỳ các máy móc nào hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với động cơ. Và tất nhiên, vùng máy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt. SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangHình 1.1: Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC 1.2 VAI TRÒ CỦA PLC Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim của hệ thống điều khiển. Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ của PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bò nhập, dựa vào chng trình logic để xử lý tín hiệu và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bò xuất.PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá trình phức hợp.1.3 CÁC THIẾT BỊ NHẬP VÀ XUẤT DÙNG TRONG PLC: 1.3.1 Các thiết bò nhập Sự thông minh của một hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả năng đọc các tín hiệu từ các cảm biến tự động của PLC.Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bò nhập là: nút ấn, cầu dao, phím,…. Ngoài ra, PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bò nhận dạng tự động như: công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biến cấp độ , …. Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các modul nhập. Hình1.2: Input DevicesSVTH: Lê Hạ Thiên Tường 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang1.3.2 Thiết bò xuất Trong một hệ thống tự động hóa, thiết bò xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng. Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bò xuất thì hầu như hệ thống sẽ bò tê liệt hòan toàn. Các thiết bò xuất thông thường là: động cơ, cuộn dây nam châm, relay, chuông báo ,…. Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Các loại thiết bò xuất là một phần kết cấu của hệ thống tự động hóa và vì thế nó ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất của hệ thống .Tuy nhiên, các thiết bò xuất khác như là : đèn pilot, còi và các báo động chỉ cho biết các mục đích như: báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào , các thiết bò ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC. Hình 1.3: Output devices1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯC (PLC) LÀ GÌ PLC là bộ điều khiển logic theo chương trình bao gồm: bộ xử lý trung tâm gọi là CPU (Central Processing Unit) chứa chương trình ứng dụng và các modul giao diện nhập xuất. Nó được nối trực tiếp đến các thiết bò I/O. Vì thế, khi tín hiệu nhập, CPU sẽ xử lý tín hiệu và gởi tín hiệu đến thiết bò xuất.SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangHình 1.4: Sơ đồ khối của PLC1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG KHÁC Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường. Ta hãy thử so sánh ưu, khuyết điểm của hai hệ thống trên:♦ Hệ thống điều khiển thông thường: • 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. • Công suất tiêu thụ lớn. • Mỗi lần muốn thay đổi chương 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 được 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 bò 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 ưu điểm của nó so với các thiết bò điều khiển thông thường 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 chương trình của nó, điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC.SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang1.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC Để thiết kế 1 chng trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau:1. Xác đònh qui trình công nghệTrước tiên , ta phải xác đònh thiết bò hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt độngSự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bò đầu vào. Nó nhận tín hiệu và gởi tín hiệu đến CPU , CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến thiết bò xuất để điều khiển sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẵn trong chương trình 2. Xác đònh ngõ vào, ngõ ra :Tất cả các thiết bò xuất , nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập trình. Thiết bò nhập là những contact, cảm biến . Thiết bò xuất là những cuộn dây , valve điện từ , motor, bộ hiển thò. Sau khi xác đònh tất cả các thiết bò xuất nhập cần thiết, ta đònh vò các thiết bò vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình. 3. Viết chương trình:Khi viết chương trình theo sơ đồ hình bậc thang (ladder ) phải theo sự hoạt động tuần tự từng bước của hệ thống 4. Nạp chương trình vào bộ nhớ :Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình thông qua cổng I/O. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua bộ console lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong, kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán. Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắc chắn rằng chng trình đã hoạt động tốt.5. Chạy chương trình :Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào, ra đến các thiết bò nhập, xuất đã được nối đúng theo chỉ đònh. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bò lỗi thì máy tính hoặc bộ Console sẽ báo lỗi , ta phải sữa lại cho đến khi nó hoạt động an toàn Sau đây là lưu dồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangSVTH: Lê Hạ Thiên Tường 6Xác đònh yêu cầu của hệ thống điều khiểnVẽ lưu đồ chung của hệ thống điều khiểnLiệt kê tất cả các ngõ ra, ngõ vào nối tương đối đến các cổng I/O của PLCChuyển lưu đồ sang sơ đồ hình thangNạp lập trình sơ đồ hình thang thiết kế cho PLCMô phỏng chương trình và sửa lỗi phần mềmHiệu chỉnh chương trình cho phù hợpKết nối toàn bộ thiết bò vào, ra với PLCKiểm tra tất cả các tiếp điểm vào, raChương trình OK Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang1.7 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC: Cấu trúc phần cứng của tất cả các PLC đều có các bộ phận sau: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nhập, xuất. 1.7.1 Đơn vò xử lý trung tâm (CPU): Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bò bên ngoài1.7.2 Bộ nhớ (Memory): SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 7Chạy thử chương trìnhHiệu đính lại phần mềmNạp chương trình vào EPROMLập hồ sơ hệ thống cho tất cả các bản vẽENDChương trình OK Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangCó nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu giữ trạng thái hoạt động của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động , phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như :+ Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất / nhập được gọi là RAM xuất / nhập + Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : Timer , Counter, RelayBộ nhớ gồm có những loại sau :+ Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only Memory): ROM không phải là một bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC. ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.+ Bộ nhớ ghi đọc (RAM: Random Access Memory): RAM là một bộ nhớ thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bò mất đi nếu nguồn điện bò mất. Tuy nhiên vấn đề này được giải quyết bằng cách gắn thêm vào RAM một nguồn điện dự phòng. Ngày nay, trong kỹ thuật phát triển PLC , người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lượng khá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các RAM này khi mất nguồn. Pin dự phòng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạc gắn với hệ thống , pin sẽ được sạc khi cấp nguồn cho PLC.+ Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thể bò xoá đi nếu ta phóng tia tử ngoại vào, người viết phải viết lại chương trình trong bộ nhớ.+ Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được bằng điện (EEPROM: Electric Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM kết hợp khả năng truy linh động của RAM và tính khả biến của EPROM, nội dung trên EEPROM có thể bò xoá và lập trình bằng điện , tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất đònh.SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangCHƯƠNG II: KHẢO SÁT PLC CỦA HÃNG OMRON2.1 KHẢO SÁT LOẠI CPM2A 2.1.1 Giới thiệu chung: Các bộ điều khiển lập trình của hãng OMRON rất đa dạng, gồm các loại CPM1A, CPM2A, CPM2C, CQM1,…. những loại PLC nên tạo thành từ những modul rời kết nối lại với nhau, có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ và mở rộng vác ngõ vào, ra. Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa dạng trong thực tiễn. Ngoài ra, hãng OMRON còn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc cố đònh, các PLC này chỉ được cho các công việc đặc biệt nên không đòi hỏi tính linh hoạt cao.Các PLC đều có cấu trúc gồm: bộ nguồn, CPU, các Port I/O, các modul I/O đặc biệt …. Để có được một bộ PLC hoàn chỉnh thì ta phải lắp ráp các modul này lại với nhau. Việc kết nối này thực hiện khá đơn giản và cho phép thay thế dễ dàng.Họ CPM2A có rất nhiều loại. Ta có thể tóm tắt trong bảng sau:Tên Modul Số ngõ I/O Nguồn cung cấpCPU có ngõ ra dùng RelayCPM2A-20CDR-ACPM2A-20CDR-DCPM2A-30CDR-A CPM2A-30CDR-DCPM2A-40CDR-A CPM2A-40CDR-D CPM2A-60CDR-A CPM2A-60CDR-D2020303040406060ACDCACDCACDCACDCSVTH: Lê Hạ Thiên Tường 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangCPU có ngõ ra dùng TransistorCPM2A-20CDT-DCPM2A-20CDT1-D CPM2A-30CDT-D CPM2A-30CDT1-D CPM2A-40CDT-D CPM2A-40CDT1-D CPM2A-60CDT-DCPM2A-60CDT1-D20 (ngõ ra ở mức thấp)20 (ngõ ra ở mức cao)30 (ngõ ra ở mức thấp) 30 (ngõ ra ở mức cao) 40 (ngõ ra ở mức cao) 40 (ngõ ra ở mức cao) 60 (ngõ ra ở mức cao) 60 (ngõ ra ở mức cao)DCDCDCDCDCDCDCDC2.1.2 Các thành phần của CPU: Cấu tạo chung của 1 bộ CPU gồm những phần như sau:Hình 2.1: Các thành phần của CPUSVTH: Lê Hạ Thiên Tường 10 [...]... máy ứng dụng Không được sử dụng hai số TC giống nhau thậm chí đối với các lệnh khác nhau 3.2.9 Bảng tóm tắt phân bố các vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu Vùng IR Word Bit Chức năng Vùng ngõ vào IR000-IR009 (10 word) IR00000-IR00 915 (16 0 bit) Vùng ngõ ra IR 010 -IR 019 (10 word) IR 010 00-IR 019 15 (16 0 bit) Vùng làm việc IR020-IR049 và IR200-IR227 (58 word) IR02000-IR04 915 và Các Bit work có thể IR20000-IR22 715 tự... báo trạng thái ngõ vào sẽ sáng khi các ngõ ra ở trạng thái ON SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang 10 - Cổng điều khiển tín hiệu Analog: được sử dụng khi tín hiệu vào hoặc ra là tín hiệu Analog, được lưu giữ vào vùng nhớ IR250 và IR2 51 11 - Cổng giao tiếp với thiết bò ngoại vi : liên kết PLC với thiết bò lập trình: máy tính chủ, thiết bò lập trình cầm tay 12 - Cổng giao tiếp... 2 .13 : Cấu tạo bộ chuyển đổi RS-422 1- Termination Resistance Switch: Đặt chế độ kết nối 2- Đầu nối: Kết nối đến Peripheral Port của CPU 3- RS-422 Port: nối đến mạng liên kết chủ SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 18 Đồ án tốt nghiệp SVTH: Lê Hạ Thiên Tường GVHD: Lưu Văn Quang 19 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang CHƯƠNG III: CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT VÀ CẤU TRÚC VÙNG NHỚ CỦA PLC 3 .1 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA PLC. .. rộng 2 .1. 3 Các thành phần khác của khối mở rộng SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 12 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang Hình 2.2: Các thành phần của khối mở rộng Trong đó : 1 Đầu nối ngõ vào : liên kết CPU với các thiết bò ngõ vào 2 Đầu nối ngõ ra : liên kết CPU với các thiế bò ngõ ra 3 Các đèn báo hiển thò ngõ ra 4 Các đèn báo hiển thò ngõ vào 5 Cáp kết nối đơn vò mở rộng I/O với CPU 2 .1. 4 Các thành phần của. .. dưới lệnh này là AND 000 01 sẽ được dòch lên đòa chỉ 00003 và chương trình mới sẽ là: Đòa chỉ Lệnh 00000 00000 000 01 AND 000 01 00002 OUT 010 00 00003 AND 000 01 00004 OUT 010 01 00005 4.7 LD END( 01) CHÈN THÊM LỆNH ( INSERT) Các lệnh mới có thể được chèn vào trên lệnh đang được hiển thò trong chương trình hiện hành Ví dụ: Ta muốn chèn lệnh OR 00002 vào giữa lệnh AND 000 01 và OUT 010 00 của chương trình sau:... trạng thái của mỗi đòa chỉ có thể được gọi ra 4 .10 THEO DÕI CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 4 .10 .1 Theo dõi trạng thái một tiếp điểm (1 bit ) SHIFT + CONT + + ( bit address) + # MONTR Ví dụ: Theo dõi trạng thái của Channel 000 Bit 01 CLR SHIFT CONT # B 1 MONTR 0000 00 01 ON 4 .10 .2 Bật tắt cưỡng bức các bit ( Forced Set / Reset) SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 34 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang Sau khi hiển thò và theo... Đòa chỉ Lệnh 00000 LD 00000 000 01 AND 000 01 OR 00002 00002 OUT 010 00 00003 AND 000 01 00004 OUT 010 01 00005 END( 01) Trình tự thực hiện: 1 Bấm nút mũi tên SVTH: Lê Hạ Thiên Tường cho đến khi màn hình hiển thò OUT 010 00 33 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang 2 Nhập vào lệnh OR 00002 như bình thường 3 Bấm theo thứ tự 4.8 INS CHẠY THỬ VÀ KIỂM TRA CHƯƠNG TRÌNH Khi người sử dụng muốn chạy thử hoặc muốn kiểm... tiếp vào ra tối đa Chỉ CPU (lệnh LD) của 4,096 words có 20 tiếp điểm 30 tiếp điểm 40 tiếp điểm 60 điểm tiếp Có modul Tối đa 80 Tối đa 90 Tối đa 10 0 Tối đa 12 0 I/O mở tiếp điểm tiếp điểm tiếp điểm tiếp điểm rộng Các bit ngõ vào IR 00000 đến IR 00 915 Các bit ngõ ra IR 010 00 đến IR 019 15 Các bit làm việc 928 bits : IR 02000 đến IR 04 915 và IR 20000 đến (Work bits) IR22 715 SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 22 Đồ án. .. SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 31 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn Quang Ví dụ: Trong chương trình dưới đây có 2 lệnh AND 000 01 ở 2 đòa chỉ khác nhau: Đòa chỉ Lệnh 00000 LD 00000 000 01 AND 000 01 00002 OUT 010 00 00003 LD 00002 00004 AND 000 01 00005 OUT 010 01 00006 END( 01) Để tìm đến đòa chỉ lệnh AND 00001này, ta thực hiện như sau: CLR Mỗi lần bấm phím 4.6 B AND SRCH SRCH SRCH 1 sẽ đưa ta đến nơi gặp lệnh... các dụng cụ đo và các thiết bò điều khiển khác Modul I/O Analog có khoảng thay đổi tín hiệu điện áp từ 0 -10 V hoặc từ 0-5V (đối với Analog Input) và từ -10 -10 V (Analog Out Put) Một CPU có thể kết nối với 3 modul Analog I/O ( 2 Analog Input và 1 Analog Output ) Dữ liệu đã được biến đổi thì được lưu trữ trong vùng phân bổ words của Analog I/O Unit và nó được sử dụng bởi lệnh đọc nội dung của Words ngã vào . Lê Hạ Thiên Tường 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: Lưu Văn QuangCHƯƠNG II: KHẢO SÁT PLC CỦA HÃNG OMRON2 .1 KHẢO SÁT LOẠI CPM2A 2 .1. 1 Giới thiệu. cao)DCDCDCDCDCDCDCDC2 .1. 2 Các thành phần của CPU: Cấu tạo chung của 1 bộ CPU gồm những phần như sau:Hình 2 .1: Các thành phần của CPUSVTH: Lê Hạ Thiên Tường 10 Đồ án