Xem mẫu

  1. Chương 1: GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ THIEÁT BÒ ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TRÌNH PLC Trong coâng nghieäp saûn xuaát, ñeå ñieàu khieån moät daây chuyeàn, moät thieát bò maùy moùc coâng nghieäp … ngöôøi ta thöïc hieän keát noái caùc linh kieän ñieàu khieån rôøi (rôle, timer, contactor …) laïi vôùi nhau tuyø theo möùc ñoä yeâu caàu thaønh moät heä thoáng ñieän ñieàu khieån. Coâng vieäc naøy khaù phöùc taïp trong thi coâng, söûa chöõa baûo trì do ñoù giaù thaønh cao. Khoù khaên nhaát laø khi caàn thay ñoåi moät hoaït ñoäng naøo ñoù. Moät heä thoáng ñieàu khieån öu vieät maø chuùng ta phaûi choïn ñöôïc ñieàu khieån cho moät maùy saûn xuaát caàn phaûi hoäi ñuû caùc yeâu caàu sau: giaù thaønh haï, deã thi coâng, söûa chöõa, chaát löôïng laøm vieäc oån ñònh linh hoaït … Töø ñoù heä thoáng ñieàu khieån coù theå laäp trình ñöôïc PLC (Programable Logic Control) ra ñôøi ñaõ giaûi quyeát ñöôïc vaán ñeà treân. Thieát bò ñieàu khieån laäp trình ñaàu tieân ñaõ ñöôïc nhöõng nhaø thieát keá cho ra ñôøi naêm 1968 (Coâng ty General Moto - Myõ). Tuy nhieân, heä thoáng naøy coøn khaù ñôn giaûn vaø coàng keành, ngöôøi söû duïng gaëp nhieàu khoù khaên trong vieäc vaän haønh heä thoáng. Vì vaäy caùc nhaø thieát keá töøng böôùc caûi tieán heä thoáng ñôn giaûn, goïn nheï, deã vaän haønh, nhöng vieäc laäp trình cho heä thoáng coøn khoù khaên,
  2. do luùc naøy khoâng coù caùc thieát bò laäp trình ngoaïi vi hoã trôï cho coâng vieäc laäp trình. Ñeå ñôn giaûn hoùa vieäc laäp trình, heä thoáng ñieàu khieån laäp trình caàm tay (programmable controller handle) ñaàu tieân ñöôïc ra ñôøi vaøo naêm 1969. Trong giai ñoaïn naøy caùc heä thoáng ñieàu khieån laäp trình (PLC) chæ ñôn giaûn nhaèm thay theá heä thoáng Relay vaø daây noái trong heä thoáng ñieàu khieån coå ñieån. Qua quaù trình vaän haønh, caùc nhaø thieát keá ñaõ töøng böôùc taïo ra ñöôïc moät tieâu chuaån môùi cho heä thoáng, tieâu chuaån ñoù laø: daïng laäp trình duøng giaûn ñoà hình thang. Trong nhöõng naêm ñaàu thaäp nieân 1970, nhöõng heä thoáng PLC coøn coù theâm khaû naêng vaän haønh vôùi nhöõng thuaät toaùn hoå trôï (arithmetic), “vaän haønh vôùi caùc döõ lieäu caäp nhaät” (data manipulation). Do söï phaùt trieån cuûa loaïi maøn hình duøng cho maùy tính (Cathode Ray Tube: CRT), neân vieäc giao tieáp giöõa ngöôøi ñieàu khieån ñeå laäp trình cho heä thoáng caøng trôû neân thuaän tieän hôn. Ngoaøi ra caùc nhaø thieát keá coøn taïo ra kyõ thuaät keát noái vôùi caùc heä thoáng PLC rieâng leû thaønh moät heä thoáng PLC chung, taêng khaû naêng cuûa töøng heä thoáng rieâng leû. Toác ñoä xöû lyù cuûa heä thoáng ñöôïc caûi thieän, chu kyø queùt (scan) nhanh hôn laøm cho heä thoáng PLC xöû lyù toát vôùi nhöõng chöùc naêng phöùc taïp, soá löôïng coång ra/vaøo lôùn. Moät PLC coù ñaày ñuû caùc chöùc naêng nhö: boä ñeám, boä ñònh thôøi, caùc thanh ghi (register) vaø taäp leänh cho pheùp thöïc hieän caùc yeâu caàu ñieàu khieån phöùc taïp khaùc nhau. Hoaït ñoäng cuûa PLC
  3. hoaøn toaøn phuï thuoäc vaøo chöông trình naèm trong boä nhôù, noù luoân caäp nhaät tín hieäu ngoõ vaøo, xöû lyù tín hieäu ñeå ñieàu khieån ngoõ ra. Nhöõng ñaëc ñieåm cuûa PLC: - Thieát bò choáng nhieãu. - Coù theå keát noái theâm caùc modul ñeå môû roäng ngoõ vaøo/ra. - Ngoân ngöõ laäp trình deã hieåu. - Deã daøng thay ñoåi chöông trình ñieàu khieån baèng maùy laäp trình hoaëc maùy tính caù nhaân. - Ñoä tin caäy cao, kích thöôùc nhoû. - Baûo trì deã daøng. Do caùc ñaëc ñieåm treân, PLC cho pheùp ngöôøi ñieàu haønh khoâng maát nhieàu thôøi gian noái daây phöùc taïp khi caàn thay ñoåi chöông trình ñieàu khieån, chæ caàn laäp chöông trình môùi thay cho chöông trình cuõ. Vieäc söû duïng PLC vaøo caùc heä thoáng ñieàu khieån ngaøy caøng thoâng duïng, ñeå ñaùp öùng yeâu caàu ngaøy caøng ña daïng naøy, caùc nhaø saûn xuaát ñaõ ñöa ra haøng loaït caùc daïng PLC vôùi nhieàu möùc ñoä thöïc hieän ñuû ñeå ñaùp öùng caùc yeâu caàu khaùc nhau cuûa ngöôøi söû duïng. Ñeå ñaùnh giaù moät boä PLC ngöôøi ta döïa vaøo 2 tieâu chuaån chính: dung löôïng boä nhôù vaø soá tieáp ñieåm vaøo/ra cuûa noù. Beân caïnh ñoù cuõng caàn chuù yù ñeán caùc chöùc naêng nhö: boä vi xöû lyù, chu
  4. kyø xung clock, ngoân ngöõ laäp trình, khaû naêng môû roäng soá ngoõ vaøo/ra. B. Giôùi thieäu thieát bò ñieàu khieån laäp trình PLC SIMATIC S7 – 200. 1. Caáu truùc phaàn cöùng cuûa S7 – 200 CPU 214. PLC vieát taét cuûa Programmable Logic Control, laø thieát bò ñieàu khieån logic laäp trình ñöôïc, cho pheùp thöïc hieän linh hoaït caùc thuaät toaùn ñieàu khieån thoâng qua moät ngoân ngöõ laäp trình. S7 – 200 laø thieát bò ñieàu khieån khaû trình loaïi nhoû cuûa haõng Siemens, coù caáu truùc theo kieåu modul vaø coù caùc modul môû roäng. Caùc modul naøy söû duïng cho nhieàu öùng duïng laäp trình khaùc nhau. Thaønh phaàn cô baûn cuûa S7 – 200 laø khoái vi xöû lyù CPU 212 hoaëc CPU 214. Veà hình thöùc beân ngoaøi, söï khaùc nhau cuûa hai loaïi CPU naøy nhaän bieát ñöôïc nhôø soá ñaàu vaøo/ra vaø nguoàn cung caáp. - CPU 212 coù 8 coång vaøo, 6 coång ra vaø coù khaû naêng ñöôïc môû roäng theâm baèng 2 modul môû roäng. - CPU 214 coù 14 coång vaøo, 10 coång ra vaø coù khaû naêng ñöôïc môû roäng theâm baèng 7 modul môû roäng. S7 – 200 coù nhieàu loaïi modul môû roäng khaùc nhau. CPU 214 bao goàm:
  5. - 2048 töø ñôn (4K byte) thuoäc mieàn nhôù ñoïc/ghi non- volatile ñeå löu chöông trình (vuøng nhôù coù giao dieän vôùi EEPROM). - 2048 töø ñôn (4K byte) kieåu ñoïc/ghi ñeå löu döõ lieäu, trong ñoù 512 töø ñaàu thuoäc mieàn nhôù non-volatile. - 14 coång vaøo vaø 10 coång ra logic. - Coù 7 modul ñeå môû roäng theâm coång vaøo/ra bao goàm luoân caû modul analog. - Toång soá coång vaøo/ra cöïc ñaïi laø 64 coång vaøo vaø 64 coång ra. - 128 Timer chia laøm 3 loaïi theo ñoä phaân giaûi khaùc nhau: 4 Timer 1ms, 16 Timer 10ms vaø 108 Timer 100ms. - 128 boä ñeám chia laøm 2 loaïi: chæ ñeám tieán vaø vöøa ñeám tieán vöøa ñeám luøi. - 688 bit nhôù ñaëc bieät duøng ñeå thoâng baùo traïng thaùi vaø ñaët cheá ñoä laøm vieäc. - Caùc cheá ñoä ngaét vaø xöû lyù ngaét bao goàm: ngaét truyeàn thoâng, ngaét theo söôøn leân hoaëc xuoáng, ngaét thôøi gian, ngaét cuûa boä ñeám toác ñoä cao vaø ngaét truyeàn xung. - 3 boä ñeám toác ñoä cao vôùi nhòp 2 KHz vaø 7KHz. - 2 boä phaùt xung nhanh cho daõy xung kieåu PTO hoaëc kieåu PWM. - 2 boä ñieàu chænh töông töï.
  6. - Toaøn boä vuøng nhôù khoâng bò maát döõ lieäu trong khoaûng thôøi gian 190 giôø khi PLC bò maát nguoàn nuoâi. Caùc coång ra SF I0.0 Q0.0 Q1.0 I1.0 SIEMENS RUN I0.1 Q0.1 Q1.1 I.11 STOP I0.2 Q0.2 I1.2 I0.3 Q0.3 I1.3 I0.4 Q0.4 SIMATIC I1.4 I0.5 Q0.5 I1.5 S7 - 200 I0.6 Q0.6 I0.7 Q0.7 Caùc coång vaøo Coång truyeàn thoâng Hình 1. Boä ñieàu khieån laäp trình ñöôïc S7 – 200, CPU 214 ● Moâ taû caùc ñeøn baùo treân S7 – 200, CPU 214 SF (ñeøn ñoû) Ñeøn ñoû SF baùo hieäu heä thoáng bò hoûng. Ñeøn SF saùng leân khi PLC bò hoûng hoùc. RUN (ñeøn xanh)Ñeøn xanh RUN chæ ñònh PLC ñang ôû cheá ñoä laøm vieäc vaø thöïc hieän chöông trình ñöôïc naïp trong maùy. STOP (ñeøn vaøng) Ñeøn vaøng STOP chæ ñònh PLC ñang ôû cheá ñoä döøng. Döøng chöông trình ñang thöïc hieän laïi. Ix.x (ñeøn xanh) Ñeøn xanh ôû coång vaøo chæ ñònh traïng thaùi töùc thôøi cuûa coång Ix.x (x.x = 0.0 ÷ 1.5). Ñeøn naøy baùo hieäu traïng thaùi cuûa tín hieäu theo giaù trò logic cuûa coång.
  7. Qy.y (ñeøn xanh) Ñeøn xanh ôû coång ra baùo hieäu traïng thaùi töùc thôøi cuûa coång Qy.y (y.y = 0.0 ÷ 1.1). Ñeøn naøy baùo hieäu traïng thaùi cuûa tín hieäu theo giaù trò logic cuûa coång. Coång truyeàn thoâng S7 – 200 söû duïng coång truyeàn thoâng noái tieáp RS485 vôùi phích noái 9 chaân ñeå phuïc vuï cho vieäc gheùp noái vôùi thieát bò laäp trình hoaëc vôùi caùc traïm PLC khaùc. Toác ñoä truyeàn cho maùy laäp trình kieåu PPI laø 9600 baud. Toác ñoä truyeàn cung caáp cuûa PLC theo kieåu töï do laø 300 ñeán 38.400. 5 4 3 2 1 Hình 2. Sô ñoà chaân cuûa coång truyeàn thoâng 9 8 7 6 Chaân Giaûi thích Chaân Giaûi thích 1 Ñaát 6 5 VDC (ñieän trôû trong 100) 2 24 VDC 7 24 VDC (120mA toái ña) 3 Truyeàn vaø nhaän döõ lieäu 8 Truyeàn vaø nhaän döõ lieäu 4 Khoâng söû duïng 9 Khoâng söû duïng 5 Ñaát
  8. Ñeå gheùp noái S7 – 200 vôùi maùy laäp trình PG702 hoaëc vôùi caùc loaïi maùy laäp trình thuoäc hoï PG7xx coù theå söû duïng moät caùp noái thaúng MPI. Caùp ñoù ñi keøm theo maùy laäp trình. Gheùp noái S7 – 200 vôùi maùy tính PC qua coång RS-232 caàn coù caùp noái PC/PPI vôùi boä chuyeån ñoåi RS232/RS485. Coâng taéc choïn cheá ñoä laøm vieäc cuûa PLC Coâng taéc choïn cheá ñoä laøm vieäc naèm phía treân, beân caïnh caùc coång ra cuûa S7 – 200 coù ba vò trí cho pheùp choïn caùc cheá ñoä laøm vieäc khaùc nhau cho PLC. - RUN cho pheùp PLC thöïc hieän chöông trình trong boä nhôù. PLC S7 – 200 seõ rôøi khoûi cheá ñoä RUN vaø chuyeån sang cheá ñoä STOP neá trong maùy coù söï coá hoaëc trong chöông trình gaëp leänh STOP, thaäm chí ngay caû khi coâng taéc ôû cheá ñoä RUN. Neân quan saùt traïng thaùi thöïc taïi cuûa PLC theo ñeøn baùo. - STOP cöôõng böùc PLC döøng thöïc hieän chöông trình ñang chaïy vaø chuyeån sang cheá ñoä STOP. ÔÛ cheá ñoä STOP PLC cho pheùp hieäu chænh laïi chöông trình hoaëc naïp moät chöông trình môùi. - TERM cho pheùp maùy laäp trình töï quyeát ñònh moät trong caùc cheá ñoä laøm vieäc cho PLC hoaëc ôû cheá ñoä RUN hoaëc ôû cheá ñoä STOP.
  9. Chænh ñònh töông töï Ñieàu chænh töông töï (1 boä trong CPU 212 vaø 2 trong CPU 214) cho pheùp ñieàu chænh caùc bieán caàn phaûi thay ñoåi vaø söû duïng trong chöông trình. Nuùm chænh analog ñöôïc laép ñaët döôùi naép ñaäy beân caïnh caùc coång ra. Thieát bò chænh ñònh coù theå quay 270o. Pin vaø nguoàn nuoâi boä nhôù Nguoàn nuoâi duøng ñeå môû roäng thôøi gian löu giöõ cho caùc döõ lieäu coù trong boä nhôù. Nguoàn pin töï ñoäng ñöôïc chuyeån sang traïng thaùi tích cöïc neáu nhö dung löôïng tuï nhôù bò caïn kieät vaø noù phaûi thay theá vaøo vò trí ñoù ñeå döõ lieäu trong boä nhôù khoâng bò maát ñi.