1. Trang Chủ
  2. Điện-Điện tử-Viễn thông
  3. Đồ án môn điều khiển lập trình PLC

Đồ án môn điều khiển lập trình PLC

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp đất nước đặc biệt là sự phát triển của Công nghệ điện tử - tin học. Có thể coi là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thế giới. Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kĩ thuật vi xử lí. Hiện nay, người ta đã sản xuất ra những thiết bị có thể lập trình được. Đó chính là thiết bị điều khiển có lập trình Programable Logic Controlle viết tắt là PLC.... §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓ

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện-Điện tử-Viễn thông

Số trang 84

Ngày tạo 8/29/2018 6:20:52 PM +00:00

Loại tệp DOC

Kích thước

Tên tệp

Tải Đồ án môn điều khiển lập trình PLC (.docx) Tải Đồ án môn điều khiển lập trình PLC (.pdf)

Xem mẫu

  1. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA ĐIỆN  ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Tên đề tài : Lập trình điều khiển cho garage ôtô Giáo viên hướng dẩn: Vũ Anh Tuấn Sinh viên thực hiện: Lê Văn Sơn Lớp : Vinh:tháng 12 năm 2009 Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 1
  2. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……...………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Nhận xét của giáo viên phản biện ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………...…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 2
  3. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« Mục lục Nội dung Lời nói đầu ……………………………………………............................. …4 Chƣơng I: Giới thiệu chi tiết nội dung đề .tài I - Đặt vấn đề…………………………………………………………...... …5 II - Khái niệm chung về garage ô tô…………………………………….... …5 III - Yêu cầu chung của garage ô tô……………………………………….. …5 IV -Yêu cầu công nghệ………………………………………………………..5 V - Mô tả hoạt động hệ thống…………………………………………….. …5 VI - Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống garage ôtô…………………… …6 Chƣơng II: Tổng quan về điều khiển lập trình PLC I -Đặc điểm bộ điều khiển lập trình……………………………………….. …7 II -Những khái niệm cơ bản……………………………………………….. …8 III -Cấu trúc phần cứng của PLC……………………………………………..9 IV -Khái niệm cơ bản về vấn đề lập trình PLC………………………………12 V -Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên PLC………………......................16 Chƣơng III: Tổng quan về bộ điều khiển lập trình OMRON I- Giới thiệu chung ………………………………...………………………21 II - Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình CPM 1A và CPM 2A……………21 III - Tập lệnh cơ bản dùng trong thiết bị điều khiển khả trình PLC OMRO.....36 IV- Giới thiệu về cảm biến……………………………………………………62 V- Sơ đồ kết nối vào ra của thiết bị PLC OMRON …………………………68 Chƣơng IV: Sơ đồ mặt bằng,sơ đồ mạch điều khiển và giản đồ thời gian của gara bằng PLC OMRON I. - Chương trình điều khiển…………………………………………………69 II Sơ đồ mặt bằng…………………………………………………………….75 III Giản đồ thời gian…………………………………………………………..76 Kết luận……………………………………………………………………….77 Tài liệu tham khảo và trích dẫn……………………………………………..77 Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 3
  4. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« Lời nói đầu Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp đất nước đặc biệt là sự phát triển của Công nghệ điện tử - tin học. Có thể coi là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thế giới. Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kĩ thuật vi xử lí. Hiện nay, người ta đã sản xuất ra những thiết bị có thể lập trình được. Đó chính là thiết bị điều khiển có lập trình Programable Logic Controlle viết tắt là PLC. Ra đời năm 90, PLC có thể coi là một ứng dụng điển hình của mạch vi xử lí, chiếm đến 80% và trở thành xu thế mới trong điều kiện công nghiệp đang phát triển ở Việt Nam. So với quá trình điều khiển bằng mạch điện tử thông thường thì PLC có nhiều ưư điểm hơn hẳn, ví dụ như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt công trình, dễ dàng thay đổi công nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng, độ tin cậy cao... Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình (Omron, Siment, ABB, Misubishi, GE fanus...) với nhiều ứng dụng: Tự động hoá quá trình công nghệ cung cấp vật liệu cho quá trình sản xuất, tự động hoá các máy gia công cơ khí, điều khiển hệ thống trạm bơm, điều khiển các thiết bị thuỷ lực và khí nén, tự động hoá quá trình lắp ráp các linh kiện điện - điện tử, điều khiển thang máy, hệ thống đèn giao thông...Ngày nay có rất nhiều nhà cao tầng, hầm mỏ… xuất hiện làm cho diện tích đất ở ngày càng thu hẹp, xe ngày càng nhiều vì vậy không có diện tích để xe .Để giải quyết vấn đề này người ta xây dựng các ga ra với các hệ thống điều khiển khác nhau.Trong phạm vi đồ án môn học này tái dựng thiết bị lập trình PLC để viết chương trình cho hệ thống điều khiển ga ra. Thiết bị khả trình PLC mà tôi sử dụng để viết chương trình điều khiển trong đồ án này là PLC OMRON của Nhật. Trong quá trình làm đồ án cũng gặp nhiều khó khăn, nhưng được sự hướng dẫn của thầy VŨ ANH TUẤN và các bạn đồng nghiệp hoàn thành đồ tôi đã án này. Mặc dù đã cố gắng nhưng chắn không tránh khỏi sai sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, các quý bạn đọc, cũng như các bạn đồng nghiệp để đồ án được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Lê Văn Sơn Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 4
  5. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« CHƢƠNG I GIỚI THIỆU CHI TIẾT NỘI DUNG ĐỀ TÀI I. Đặt vấn đề Trong công cuộc hiện đại hoá đất nước thì việc đất ở ngày càng thu hẹp,nên xe cũng ngày càng nhiều,mặt khác các loại xe tụ lại chiếm diện tích khá lớn,mà xe tụ ngày càng nhiều.Vì vậy để có chỗ đậu cho xe ô tô thì người ta thiết kế các ga ra ô tô điều khiển bằng hệ thống PLC.Nó thường được xây dựng ở dưới các nhà cao tầng,khách sạn nhà hàng… II – Khái niệm chung về Ga ra ô tô. Ga ra: là nơi đậu xe rãi cho ô tô. Trong thực tế ga ra được sử dụng rộng rãi và điều khiển bằng hệ thống PLC. Các bộ phận chủ yếu: động cơ, 3cảm biến, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống quạt thông gió,các đèn bào tín hiệu,hệ thống báo cháy. III – Yêu cầu chung của ga ra: - Dễ điều khiển, làm việc tin cậy. - Các thiết bị phải có độ bền cao và tuổi thọ vận hành lớn . - Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người và thiết bi. - Các cảm biến phải báo chính xác - Vốn đầu tư phù hợp. - Hệ thống quạt thông gió phải làm việc đảm bảo - Hệ thống báo cháy - Chi phí vận hành thấp. IV – Yêu cầu công nghệ Giới thiệu thiết bị:Ga ra bao gồm 40 chỗ được chia làm 4 gara nhỏ .S0 nút ấn dừng , S1 –S4 các nút ấn báo hiệu quá tải của 4 gara nhỏ , S5 nút ấn khởi động , B1 Sensor báo ô tô vào gara , B2 Sensor báo ô tô rời khỏi ga ra ,B3 Sensor báo cháy. RESET khởi tạo lại từ đầu(tương ứng như trong ga ra không có xe nào ) H1-H4 là tín hiệu đèn báo quá tải của gara 1-Ga ra 4 .sáng 3 đèn xanh , đỏ , vàng để báo tín hiệu ở cổng ga ra,S6 là nút dừng hệ thống đèn chiếu sáng, S7 nút mở hệ thống chiếu sáng,S8 nút ấn dừng hệ thống quạt thông gió,S9 Nút mở hệ thống quạt thông gió,S10 Nút ấn dừng hệ thống báo cháy,H5 đèn hệ thống chiếu sáng, H6 hệ thống quạt thông gió và H7 chuông báo cháy và hệ thống bảo vệ sự cố, cấp nguồn dự phòng khi mất điện… V - Mô tả hoạt động hệ thống Nguyên tắc điều khiển:khi có tín hiệu xe vào thì cảm biến B1 ghi nhận và tác động lên bộ đếm COUNTER ,bộ đếm đêm lên 1.Khi xe thứ 40 vào gara thì đèn xanh tắt,đèn đỏ sáng.khi trong gara dã đủ 40 xe mà có tín hiệu xe ra thì đèn đỏ tắt,đèn vàng sáng(báo hiệu có chuẩn bị có chổ trống trong gara ).trong trường hợp trong Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 5
  6. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« gara chưa đủ 40 xe thì đèn xanh sáng ( báo còn chổ đậu xe trong gara). Hệ thống quạt thông gió và hệ thống đèn chiếu sáng luôn thay nhau làm việc để đảm bảo sự thoáng mát cho xe và người.hệ thống báo cháy luôn làm việc để đảm bảo an toàn cho thiết bị trong gara và người. VI -LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG GARAGE Reset hệ thống, kiểm tra lỗi S CB VÀO =1 Đ Tăng 1 đơn vị S Bđ= 12 Đ Đèn xanh Đèn đỏ Đ S Cb ra=11 Đèn vàng Giảm 1 đơn vị Đ S Cb ra= 12 Đèn xanh Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 6
  7. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« CHƢƠNG II TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC I - Đặc điểm bộ điều khiển lập trình. Hiện nay nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable logic control ).Hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh,nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dể dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản,ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những tác vụ khác như làm tăng khả năng cho những hoạt động phức tạp . Bộ nhớ Đơn vị điều Khối ngỏ Mạch giao tiếp chương trình khiển vào cảm biến Bộ nhớ Panel lập dữ liệu . Khối ngỏ Mạch công suất & trình ra cơ cấu tác động Sơ đồ khối bên trong PLC . - Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ quá trình điều khiển,thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng.Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào ,mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơle trung gian.Tuy nhiên,cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn . Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 7
  8. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« - Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây;sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng.Hơn nữa ,chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời . - Về phần cứng,PLC tương tự như máy tính truyền thống và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp . Khả năng chống nhiễu tốt . Cấu trúc dạng modul do đó dễ dàng thay thế,tăng khả năng (nối thêm modul mở rộng vào / ra ) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng). Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngỏ ra được chuẩn hoá . Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng:Ladder,Intruction,Functionchat dể hiểu và dể sử dụng . Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng . Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình . II- Những khái niệm cơ bản . Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kĩ sư hãng General Motors. Vào năm 1968 họ đã đề ra các chỉ tiêu kĩ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp : Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển , sử dụng thích hợp trong nhà máy Cấu trúc dạng modul để dễ dàng bảo trì và sửa chữa. Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp . Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ-le chức năng tương đương. - Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kĩ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp . Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: tập lệnh từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thời, tác vụ đếm , sau đó là các lệnh xử lý toán học , xử lý bảng dữ liệu , xử lý xung tốc độ cao , tính toán số liệu số thực 32 bit , xử lý thời gian thực đọc mã mạch , vv... - Đồng thời sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả như bộ nhớ lớn hơn ,số lượng ngõ vào / ra nhiều hơn , nhiều modul chuyên dùng hơn . Vào những năm 1976 PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào / ra bằng kĩ thuật truyền thông , khoảng 200 mét . Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 8
  9. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« - Các họ PLC của các hãng sản xuất phát triển từ loại hoạt động độc lập chỉ với 20 ngõvào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước đến các PLC có cấu trúc modul nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và các chức năng chuyên dùng khác . Xử lý tín hiệu liên tục (analog) . Điều khiển động cơ servo,động cơ bước . Truyền thông . Số lượng ngõ vào/ra. Bộ nhớ mở rộng . - Với cấu trúc modul cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và công sức ít nhất Bảng1.1: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển . Chỉ tiêu so sánh Rơ - le Mạch số Máy tính PLC Giá thành từng Khá thấp Thấp Cao Thấp Chức năng Kích thước Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn vật ly Tốc độ điều Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh khiển Khả năng chống Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt nhiễu Lắp đặt Mất thời Mất thời Mất nhiều Lập trình và gia thiết gian thiết thời gian lập lắp đặt đơn kế lắp kế trình giản đặt Khả năng điều Không Có Có Có khiển tác vụ phức tạp Để thay đổi điều Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản khiển Công tác bảo trì Kém -có Kém-nếu Kém -có Tốt-các rất nhiều IC được nhiều mạch modul được công tắc hàn điện tử tiêu chuẩn hóa chuyên dùng - Theo bảng so sánh ,PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm cho nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi . Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 9
  10. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« III- Cấu trúc phần cứng của PLC. - PLC gồm ba khối chức năng cơ bản : Bộ vi xử lý , bộ nhớ , bộ vào/ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngỏ ra được cập nhật và lưu trữ vào bộ nhớ đệm sau đó trạng thái ngỏ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng , như vậy sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong -bộ nhớ , chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng . Bus Địa chỉ Bộ đệm Bus Điều khiển Bộ nhớ Bộ Nguồ Bộ Bộ chương nhớ n CP nhớ nhớ Khố pin hệ trình chươn U Cloc dữ i EEPRO bộ thốn liệu vào g trình k M tuỳ vi g RA ra EPRO chọn M xử RO M M lý Bộ đệm Bus Dữ Liệu Bộ đệm Bus hệ thống (Vào/Ra) Bộ đệm Mạch chốt Pannsel lập trình Mạch giao tiếp Bộ lọc Mạch cách ly Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 10
  11. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« 3.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU - Center - Processing - Unit). Bộ xử lý trung tâm điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong của PLC.Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào ra được thực hiện thông qua hệ thống bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU thường là 1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được sử dụng.Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và được dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống . 3.2 Bộ nhớ và bộ phận khác : Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau : ROM ( Read Only Memory ) : đây là bộ nhớ đơn giản nhất (loại chỉ đọc) nó gồm các thanh ghi, mỗi thanh ghi lưu trữ một từ với một tín hiệu điều khiển, ta có thể đọc một từ ở bất kỳ vị trí nào. ROM là bộ nhớ không thay đổi được mà chỉ được nạp chương trình một lần duy nhất . RAM ( Random Access Memory) : là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, đây là bộ nhớ thông dụng nhớ để cất giữ chương trình và dữ liệu của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bị mất khi mất điện. Do đó điều này được giải quyết bằng cách luôn nuôi RAM bằng một nguồn pin riêng. EEPROM : Đây là loại bộ nhớ ma nó kết hợp sự truy xuất linh hoạt của RAM và bộ nhớ chỉ đọc không thay đổi ROM trên cùng một khối , nội dung của nó có thể xoá hoặc ghi lại bằng điện tuy nhiên cũng chỉ được vài lần . Bộ nguồn cung cấp : Bộ nguồn cung cấp của PLC sử dụng hai loại điện áp AC hoặc DC , thông thường nguồn dùng cấp điện áp 100 đến 240 V:50/60 Hz , những nguồn DC thì có các giá trị :5V,24V DC Nguồn nuôi bộ nhớ :Thông thường là pin để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ , nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt và nó phải thay vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi . Cổng truyền thông : PLC luôn dùng cổng truyền thông để trao đổi dữ liệu chương trình , các loại cổng truyền thông thường dùng là : RS232,RS432,RS 485.Tốc độ truyền thông tiêu chuẩn : 9600 baud . Dung lượng bộ nhớ : Đối với PLC loại nhỏ thì bộ nhớ có dung lượng cố định ( thường là 2K) dung lượng chỉ đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp do giá thành bộ nhớ giảm liên tục do đó các nhà sản suất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn cho các sản phẩm của họ . Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 11
  12. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« 3.3 Khối vào ra . Mọi hoạt động xử lý tin hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5V DC ;15V DC ( điện áp cho TTL, CMOS ) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều , thường là 24V DC đến 240V DC với dòng lớn . Như vậy khối vào ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài , kích hoạt các cơ cấu tác động : Nó thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly .Tuy nhiên khối vào ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ (
  13. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« Sơ đồ mạch điều khiển dạng bậc thang là phương pháp phổ biến nhất để mô tả mạch rơle logic . Ngôn ngữ lập trình ladder có dạng giống như sơ đồ mạch điện bậc thang, gọi là ngôn ngữ ladder, rất phù hợp để tạo các chương trình điều khiển logic; đối với những người thiết kế máy đã quen thuộc với các hệ thống điều khiển rơle truyền thống. 4.1 Giải thích chƣơng trình ladder : Ở đây ta giải thích mối quan hệ giữa mạch điện vật lý và chương trình Ladder, ta xét mạch điều khiển động cơ theo hình vẽ sau : Đ a) X001 X002 X003 X004 b) ( Y001) 1. Mạch điện ladder điều khiển động cơ 2. Chương trình ladder điều khiển Như vậy ta thấy chương trình Ladder gồm 2 cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng với các ký hiệu công tăc logic và rơle logic tạo thành một nhánh mạch điện lôgic nằm ngang. Ở đây logic đều được biểu diễn bằng 3 công tắc thường mở, một công tắc logic thường đóng và một rơle logic ( ngõ ra logic động cơ). Điều cần thiết cho công việc thiết kế cho chương trình Ladder là phải lập tài liệu về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng một cách nhanh chóng và đúng đắn. 4.2 Ngõ vào và ngõ ra : Ngõ vào và ngõ ra là các bộ nhớ một bít , các bit có ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái ngõ ra/vào vật lý , ngõ vào nhận trực tiếp tín hiệu cảm biến và ngõ ra là các rơle , transistor , triac . Các ngõ vào ra cần được ký hiệu và đánh số để có địa chỉ xác định và duy nhất mỗi hãng sản xuất có cách đánh số riêng nhưng về ý nghĩa thì cơ bản là giống nhau. X Y . 0 0 Ngõ vào PLC Ngõ ra Xn Y n X17 y17 Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 13
  14. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« 4.3 Rơ le (-----( )-----) : Thực chất là một bộ nhớ 1 bit và có tác dụng như rơle phụ trợ vật lý trong mạch điều khiển dùng rơle truyền thống nên được gọi là rơle lôgic .Theo thuật ngữ máy tính Rơle còn được gọi là cờ , được ký hiệu là M và được đánh số thập phân( M 0 ; M500 ; .....M800 Phân loại rơle logic : Rơle chốt (Latched Relay) : rơle được chốt là rơle duy trì được trạng thái khi không cấp điện cho PLC . Rơle trạng thái (State Relay) : được sử dụng chuyên dùng trong điều khiển trình tự và thường được gọi là trạng thái STL ( Step Ladder) cờ trạng thái ký hiệu là S và được đánh số thập phân S0 ; S10 ; S22. Rơle chuyên dùng (Special Relay) : Rơle dùng để điều khiển và quan sát trạng thái hoạt động bên trong PLC và được gọi là cờ chuyên dùng . + Cờ chuyên dùng giám sát M8000 : M8000 = 1 PLC đang ở trạng thái chạy (Run) . M8002 : M8002 = 1 PLCđang chuyển trạng thái từ Stop đến Run. M8013 .Xung clock 1 giây nghĩa là trạng thái chuyển đổi tuần tự với chu kỳ một giây. + Cờ chuyên dùng điều khiển . M 8003 : lên 1 thì tất cả các trạng thái ngõ ra được duy trì khi PLC dừng hoạt động M 8200 : Dùng để điều khiển bộ đếm lên xuống . 4.4 Thanh ghi (Register) : Thực chất là bộ nhớ 16 bit và được dùng để lưu trữ số liệu , thanh ghi được kí hiệu là D và được đánh số thập phân: D0;D200; D800 ;D 8002 Phân loại : Thanh ghi dữ liệu (Data Register ) :Thanh ghi loại này được dùng để lưu trữ dữ liệu thông thường trong khi tính toán dữ liệu trên PLC . Thanh ghi chốt (Latched Register ) : Thanh ghi này có khả năng duy trì nội dung (chốt) cho đến khi nó được ghi chồng bằng một nội dung mới , khi PLC chuyển từ trạng thái RUN sang STOP thì dữ liệu trong các thanh ghi vẫn được duy trì . Thanh ghi chuyên dùng (Special Register) : Dùng để lưu trữ kết quả dữ liệu điều khiển và giám sát trạng thái hoạt động bên trong PLC thường dùng kết hợp với các cờ chuyên dùng các thanh ghi này có thể sử dụng trong chương trình Ladder , ngoài ra các trạng thái hoạt động của hệ thống PLC hoàn toàn có thể xác định được . Thanh ghi tập tin (Thanh ghi bộ nhớ chương trình Program Memory Register) :Chiếm từng khối 500 bước bộ nhớ chương trình được sử dụng đối với các ứng dụng Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 14
  15. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« mà chương trình điều khiển cần xử lý nhiều số liệu ( các thanh ghi RAM có sẵn không đủ đáp ứng ) Thanh ghi điều chỉnh được từ biến trở bên ngoài (External Adjusting Register) : trên các PLC có sẵn các biến trở dùng để điều chỉnh nội dung của một số thanh ghi dành riêng nội dung các thanh ghi này có giá trị từ 0 255 tương ứng với vị trí biến trở tối thiểu và tối đa . Thanh ghi chỉ mục (Idex Register ) : Thanh ghi này dùng để hiệu chỉnh chỉ số của các toán hạng logic (Thanh ghi , cờ , bộ đếm bộ định thì...) một cách tuỳ động .Kí hiệu là V , Z . Dl : Thanh ghi đã được đánh số cố định . D lv : Thanh ghi được đánh số tuỳ động nghĩa là : D lv = D (l + v) 4.5 Bộ đếm : Bộ đếm ( counters ): Được dùng để đếm các sự kiện , bộ đếm trên PLC được gọi là bộ đếm logic vì nó là bộ nhớ , trong PLC được tổ chức có tác dụng như là bộ đếm vật lý số lượng bộ đếm có thể sử dụng tùy thuộc loại PLC . Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C 0 ; C 128 ; C 225 ... Phân loại: + Bộ đếm lên :nội dung của bộ đếm tăng 1khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm + Bộ đếm xuống :nội dung bộ đếm giảm 1 khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm + Bộ đếm lên -xuống :nội dung bộ đếm tăng 1 hay giảm 1 ,tùy thuộc cờ chuyên dùng cho phép chiều đếm ,khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm + Bộ đếm pha :bộ đếm loại này thực hiện đếm lên hay xuống tùy thuộc vào sự lệch pha của hai tín hiệu xung kích bộ đếm ,thường dùng với encoder + Bộ đếm tộc độ cao :bộ đếm này đếm được xung kích có tần số cao20 KHz trở xuống tùy thuộc số lượng, bộ đếm loại này được sử dụng đồng thời . Các loại bộ đếm trên có thể là : + Bộ đếm 16 bít :bộ đếm 16 bít thường là bộ đếm chuẩn bộ đếm này có thể đếm được khoảng giá trị từ -32.768 đến +32.767 + Bộ đếm 32 bít bộ đếm 32 bít có thể là bộ đếm chuẩn ,nhưng nó thường là bộ đếm tốc độ cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng + Bộ đếm chốt :bộ đếm có đặc tính này có khả năng duy trì nội dung đếm ,ngay cả khi PLC không được cấp điện ;có nghĩa là ,khi PLC được cấp điện trở lại,bộ đếm này có thể tiếp tục thực hiện chức năng đếm tại con số đếm trước đó . Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 15
  16. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« 4.6 Bộ định thời gian ( Timer ) : Được dùng để định thời các sự kiện , bộ định thời trên PLC được gọi là bộ định thời logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC được tổ chức có tác dụng như là bộ định thời vật lý , số lượng bộ định thời tuỳ thuộc vào PLC . Thực chất nó là bộ đếm xung với chu kì thay đổi , chu kì xung kích bằng đơn vị ms (mili giây) hoặc s và được gọi là độ phân giải . Ý nghĩa của độ phân giải là bộ định thời có độ phân giải càng cao thì sẽ định thời được thời gian lớn . Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân : T0 ; T 200 ; T246 . Phân loại : Người ta phân loại theo độ phân giải + Độ phân giải 100 ms khoản thời gian định thì từ 0,1 3276,7 s + Độ phân giải 10 ms khoản thời gian định thì từ 0,01 327,67 s + Độ phân giải 1 ms khoản thời gian định thì từ 0,001 32,767 s 4.7 Tập lệnh trong PLC . Kỉ thuật lập trình cho PLC phổ biến nhất là vẽ sơ đồ Ladder thể hiện mạch logic (logic Ladder) sau đó chuyển đổi sang chương trình dòng lệnh (Instructions) . Những lệnh có thể được nhập từ thiết bị chuyên dùng lập trình nối với PLC qua cổng lập trình ( Programming port) . Các lệnh này có dạng tương tự như lệnh của ngôn ngữ assemply ,nhưng tham số có liên quan đến ngõ vào, ngõ ra ,thanh ghi ,bộ đếm ,bộ định thời và các tác vụ khác .Tập lệnh bao gồm lệnh cơ bản ( Basic Instructions) và lệnh ứng dụng . Lệnh ứng dụng được lập trình từ các lệnh cơ bản thực hiện những tác vụ cấp cao hơn (24 bộ lệnh ) và được cập nhật thường xuyên . Tập lệnh của các hãng khác nhau thì không giống nhau về từ khoá ( tên lệnh ) nhưng tương tự nhau về hoạt động Lệnh được tạo bởi 2 phần : - Tên lệnh và tham số lệnh . Lệnh cơ bản chỉ có thể chỉ có tên lệnh , thực hiện chức năng rẽ nhánh , hợp nhánh . Ngoài tên lệnh còn có thêm một hoặc hai tham số thực hiện các chức năng cơ bản . Lệnh ứng dụng có ít nhất một tham số gồm tham số nguồn và tham số đích. + Tham số nguồn nhận tác động của lệnh + Tham số đích dùng để lưu kết quả tác động của lệnh tương ứng . V- Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên PLC . 5.1 Cơ chế hoạt động . Khi chương trình được nạp vào PLC chúng được đặt trong 1 vùng nhớ riêng được gọi là bộ nhớ chương trình . Bộ xử lý có thanh ghi bộ đếm lệnh dùng để trỏ đến lệnh kế tiếp sẽ được thi hành khi CPU thực thi 1 lệnh nào đó . Khi 1 lệnh được lấy từ CPU thì nó được đặt vào thanh ghi lệnh để giải mã thành các vi lệnh bên trong CP Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 16
  17. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« Hệ thống bus X00o CPU Chương trình X001 ALU điều Thanh khiển Ram Ghi hay Ngõ logic EEPROM trong Ram X0 0 X1 0 Thanh Bước Lệnh y000 X2 1 ghi 000 LD y001 lệnh X000 y002 001 AND LD X000 X001 RAM Khối ra Bộ đệm 002 OUT lệnh Y000 Ram ra - - Ngõ logic 000 N END trong Y0 0 Thực hiện ra Y1 0 sao chép và Y2 1 trở về đầu chương trình Xử ệu trong CPU Khi PLC được sử dụng đặt sang chế độ chạy chương trình ( Run model) thì bộ đếm lệnh chỉ đến 0000, vị trí lệnh đầu tiên như hình vẽ trên .Bộ vi xử lý lấy lệnh ra giải mã và thi hành lệnh , trường hợp này là LDx000.Bộ vi xử lý kiểm tra phần tử đầu tiên của mạch logic ,công tắc thường mở và ngõ vào x000 .Trạng thái của ngõ vào được giữ trong cổng đệm của ngõ vào . Vì vậy CPU sẽ quét bộ nhớ RAM và ghi Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 17
  18. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« trạng thái x000 vào bộ nhớ tạm .Sau đó bộ đếm chương trình sẽ tự động tăng giá trị lên 1 để chỉ đếm lệnh kế tiếp ANDx001 và thực thi lệnh này . Bộ xử lý lại tiếp tục quét Ram ngõ vào để biết trạng thái x001 thực hiện lệnh logic AND cho x000 và x001 và lưu kết quả tạm thời . Kế tiếp bộ đếm chương trình tăng lên đến giá trị x003 , lệnh OUT y000 được thi hành và CPU chuyển kết quả logic của tác vụ trước đó , tác vụ x000 và x001 vào Ram cho ngõ ra y000 . Hoạt động này cứ tiếp tục như thế cho đến khi toàn bộ chương trình được đặc lại giá trị 0000 , chương trình được thi hành tức là gặp lệnh END và bộ đếm chương trình đặt lại giá trị 0000 , chương trình được thi hành (quét) lại từ đầu , nghĩa là theo chu kì liên tục . Bộ đếm chương trình có thể tăng 1 khoảng giá trị (không tăng lên 1 như thường lệ ) do lập trình bằng lệnh nhảy ( lệnh JMP) vì thế đoạn chương trình sẽ không được xử lý. 5.2 Phƣơng pháp xử lý : Có 2 phương pháp xử lý tín hiệu vào/ra trên PLC : + Cập nhật liên tục. + Xử lý 1 khối. a) Phương pháp cập nhật liên tục : Trong phương pháp này, CPU phải mất 1 khoảng thời gian để đọc trạng thái của các ngõ vào sẽ được xử lý. Khoảng thời gian trên thường là 3ms, nhằm tránh tác động xung nhiễu gây ra bởi công tắc ngõ vào. Các ngõ ra được kích trực tiếp (nếu có) theo sau tác vụ kiểm tra logic. Trạng thái các ngõ ra được chốt trong khối ngõ ra, nên trạng thái của chúng được duy trì đến lần cập nhật kế tiếp. Bắt đầu theo thứ tự Lấy Kiểm Chuyển Kiểm Chuyển Cập v.v. Lệnh tra sang tra sang nhật .. Giải trạng lệnh trạng lệnh 2 kích Mã thái kế thái kế tiếp hoạt Và các tiếp ngõ ngõ Thực công ra ra Hiện tắc Lệnh ngõ Đầu vào Tiên 5 s 3ms 5 s 3ms 5 s 3ms Thời gian quét ngõ vào đáp ứng b)Phương pháp xử lý 1 khối : Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 18
  19. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« Trường hợp các PLC loại lớn có hàng trăm ngõ vào ra, vì CPU chỉ xử lý xung lệnh trong chương trình. Trạng thái của từng ngõ vào được kiểm tra riêng biệt để xác định sự ảnh hưởng của nó lên chương trình , theo trên khi khoảng thời gian để thực hiện tác vụ này là 3ms và tổng thời gian quét toàn bộ chương trình gọi là chu kì quét hay thời gian quét sẽ tăng tỉ lệ thuận khi số ngõ vào tăng Bắt đầu theo thứ tự. Lưu tất cả các trạng Lưu tất cả các trạng Lấy lệnh giải mã và thái ngõ vào trong thái ngõ vào bộ thực hiện lệnh bộ Nhớ RAM vào nhớ RAM khối Ngõ ra và trang thái các ngõ vào trong bộ nhớ RAM. Thời gian phụ thuộc Mất khoảng thời gian vào độ lớn toàn bộ cố định 5ms chương trình (1 bước mất khoảng 5ms) Thời gian quét ngõ vào và đáp ứng Để sự thực thi chương trình được nhanh hơn, việc cập nhật trạng thái ngõ vào và ngõ ra có thể được thực hiện tại 1 thời điểm đặc biệt nào đó trong quá trình xử lý chương trình. Ở đây 1 vùng nhớ RAM được dùng như vùng nhớ đệm giữa CPU với khối ngõ vào ra. Từng ngõ vào và ra được cấp phát 1 ô nhớ trong vùng RAM này. Trong khi lưu trạng thái các ngõ vào / ra vào RAM,CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng thái của chúng vào RAM , tác vụ này được thực hiện vào đầu và cuối chu kì quét chương trình . Khi chương trình được thực hiện,trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong RAM được đọc ra các tác vụ logic được thực hiện theo các trạng thái trên,và kết quả trạng thái của các ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra.Sau đó vào cuối chu kì quét,quá trình cập nhật trạng thái vào/ ra chuyển tất cả tín hiệu ngõ ra từ RAM vào khối ngõ ra tương ứng ,kích các ngõ ra trên khối vào/ra.Khối ngõ ra được chốt,nên chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kì quét kế tiếp . Tác vụ cập nhật trạng thái vào ra trên được thực hiện bởi CPU bằng một đoạn chương trình con được lập sẵn bởi nhà sản suất . Như vậy chương trình con sẽ được thực hiện vào cuối chu kì quét hiện hành và đầu chu kì quét kế tiếp . Lúc đó trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật . Để sự thực thi chương trình được nhanh hơn,việc cập nhật trạng thái ngõ vào và ngõ ra có thể được thực hiện tại 1 thời điểm đặc biệt nào đó trong quá trình xử lý Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 19
  20. §å ¸n m«n häc: LËp tr×nh ®iÒu khiÓn garage « t« chương trình.Ở đây 1 vùng nhớ RAM được dùng như vùng nhớđệm giữa CPU với khối ngõ vào ra. Từng ngõ vào và ra được cấp phát 1 ô nhớtrong vùng RAM này. Trong khi lưu trạng thái các ngõ vào / ra vào RAM, CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng thái của chúng vào RAM , tác vụ này được thực hiện vào đầu và cuối chu kì quét chương trình . Khi chương trình được thực hiện , trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong RAM được đọc ra các tác vụ logic được thực hiện theo các trạng thái trên,và kết quả trạng thái của các ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra.Sau đó vào cuối chu kì quét,quá trình cập nhật trạng thái vào/ ra chuyển tất cả tín hiệu ngõ ra từ RAM vào khối ngõ ra tương ứng ,kích các ngõ ra trên khối vào/ra.Khối ngõ ra được chốt,nên chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kì quét kế tiếp . Tác vụ cập nhật trạng thái vào ra trên được thực hiện bởi CPU bằng một đoạn chương trình con được lập sẵn bởi nhà sản suất.Như vậy chương trình con sẽ được thực hiện vào cuối chu kì quét hiện hành và đầu chu kì quét kế tiếp.Lúc đó trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật . Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số ngõ vào /ra sử dụng nhưng nó thường là vài ms.Thời gian thực thi chương trình chu kì quét phụ thuộc vào độ lớn của chương trình điều khiển. Sinh viªn thùc hiÖn: Lª V¨n S¬n 20
nguon tai.lieu . vn
Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược