THIẾT KẾ MÔ HÌNH KIỂM SOÁT XE RA VÀO BÃI ĐỖ XE SỬ DỤNG PIC 18F4520

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TIỂU LUẬN MƠN HỌC VIỆN CƠ KHÍ THIẾT KẾ MƠ HÌNH KIỂM SỐT XE RA VÀO BÃI ĐỖ XE SỬ DỤNG PIC 18F4520 CBHD : Học viên : Mã số học viên : Hà Nội – Năm 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG SIEMEN 1.1 CẤU TRÚC MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP .2 1.1.1 Truy cập mạng 1.1.2 Mơ hình mạng 1.1.3 Bộ ghép mạng 1.1.4 Mạng không dây 1.1.5 Mạng công nghiệp Siemens 1.1.6 Mạng Ethernet Công nghiệp 10 1.1.7 Mạng Profibus 13 1.1.8 Mạng AS-I 15 1.1.9 Mạng MPI 16 CHƯƠNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG MODBUS VÀ CANBUS…… 16 2.1 TỔNG QUAN GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG MODBUS .16 2.1.1 Cơ chế giao tiếp 17 2.1.2 Chế độ truyền 18 2.1.3 Cấu trúc điện 20 2.1.4 Bảo toàn liệu 23 2.2 TỔNG QUAN GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG CANBUS 24 2.2.1 Cơ chế giao tiếp 25 2.2.2 Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn 26 2.2.3 Cấu trúc điện 2.2.4 Bảo toàn liệu 30 2.3 26 SO SÁNH GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG MODBUS VÀ CANBUS 31 CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC .31 3.1 MỞ ĐẦU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 31 3.2 CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MỘT PLC .32 3.2.1 Cấu hình phần cứng 32 3.2.2 Cấu tạo chung PLC 35 3.3 CÁC HỌ PLC THÔNG DỤNG 36 3.3.1 Họ SIMATIC SIEMENS (CHLB Đức) 36 3.3.2 Họ SYSMAC OMRON (Nhật Bản) 36 3.3.3 PLC ALLEN BRADLEY (Mỹ) 36 3.4 LỰA CHỌN PLC 37 3.5 LẬP TRÌNH CHO PLC 37 3.5.1 Các phương pháp lập trình 37 3.5.2 Thiết bị lập trình 39 3.6 ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PLC 39 3.6.1 Ưu điểm 39 3.6.2 Nhược điểm 40 3.7 Kết luận 40 CHƯƠNG CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG SIEMEN Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp - Tại Mạng bao gồm:  Hạ tầng mạng: môi trường vật lý truyền tin, phần tử kết nối ký thuật truyền  Giao thức dịch vụ dung để truyền liệu  Các module kết nối máy tính hay PLC với mạng - Trong mạng diễn trình trao đổi liệu hai thiết bị gọi trạm Trạm máy tính, PLC, hinhd điều khiển OP(Operator Panel)… - Mạng kết hợp tất cần thiết để tạo nên truyền thơng với giao thức Mạng kết nối mạng loại hay khác loại - Các trạm kết nối với qua đường truyền vật lý theo cấu trúc mạng, trạm nút mạng Mạng đoen giản gồm hai nút gọi cấu trúc điểm- điểm - Với nhiều trạm, cấu trúc đơn giản cấu trúc tuyến - Cấu trúc có ghép trung tâm, ghép trạm với - Cấu trúc gồm nhiều cấu trúc đường ghép với qua ghép - Mạng phân loại theo khoảng cách địa lý đặt trạm mạng LAN có khoảng cách trạm nhỏ 5km mạng bố trí phạm vi tịa nhà, trường học mạng MAN 25km bố trí đô thị mạng WAN lớn 25 km bố trí diện rộng - Mơi trường vật lý truyền đa dạng, tùy thuộc vào chiều dài mạn, an toàn tin cậy vận tốc truyền  Dây đôi không xoắn, không bọc giáp  Dây đôi xoắn, không bọc giáp  Dây đôi xoắn, bọc giáp  Cáp đồng trục  Sợi quang  Không dây 1.1.1 Truy cập mạng - Kỹ thuật truy cập mạng đơn giản chủ tớ, trạm chủ gửi thông tin đến trạm tớ lệnh trạm tớ gửi lại thông tin, trạm tớ liên lạc trực tiếp với - Kỹ thuật thứ hai truyền thẻ, thẻ mẫu tin truyền tuyến, trạm bắt thể quyền gửi gói tin phải gửi thẻ sau khoảng thời gian xác định Nếu trạm phân chia theo chủ tớ có trạm chủ nhận thẻ - Kỹ thuật thứ CSMA/CD: Các trạm quyền phát tin tuyến rảnh có hai trạm truyền đồng thời xung đột xảy ra, truyền ngưng, trạm truyền tin trở lại sau thời gian ngẫu nhiên 1.1.2 Mơ hình mạng - Sự truyền thông tin trạm thực theo giao thức kỹ thuật truy cập, mạng có giao thức kỹ thuật truy cập khác cần kiểu mẫu chung mạng; năm 1948 tổ chức ISO đưa mô hình mạng chuẩn lớp kết nối hệ thống mở OSI từ lớp thấp lớp đến lớp cao lớp 7, kết nối hai trạm thực theo lớp tên: Lớp Tên Chức Application dụng) Presentation (Trình diễn) Session layer(Phiên) Transport layer(Vật lý) Tạo kết nối, đóng gói thơng tin, đảm bảo chất lượng dịch vụ QOS( Quality of service) Network layer(Mạng) Data link layer(Kết nối Kỹ thuật truy cập, mã liệu) phát giác sai sửa sai Physical layer(Vật lý)  layer(Áp Cung cấp dịch vụ layer Chuyển đổi dạng liệu cho phù hợp với thiết bị Đồng phiên kết nối, giúp liệu truyền từ chỗ gián đoạn mà không pahir làm lại từ đầu kết nối bị ngắt khôi phục lại Tạo kết nối mạng Kết nối vật lý thiết bị mạng(Cáp điện, sợi quang), vận tốc truyền, chuẩn truyền Lớp vật lý: Lớp vật lý tạo kết nối vật lý hai thiết bị đầu cuối DTE cáp hai dây, cáp đồng trục, sợi quang, vô tuyến Thông tin truyền dạng bit theo chuẩn RS232, RS285, RS422 Thông tin truyền tang độ tin cậy bit kiểm tra parity  Lớp kết nối liệu: Bảo đảm truyền tin tin cậy cách dung loại mã sửa sai mã khoảng cách hamming, mã vòng CRC(Cyclic Redundancy Check), FCS(Frame Check Sequence) Lớp chia hai lớp MAC (Medium access Control) lo việc truy cập lớp LLC(Logic Link Control) lo việc kết nối  Lớp mạng: Bảo đảm tìm đường để truyền liệu hai DTE  Lớp vận chuyển: cung cấp truyền tin tin cậy, khắc phục lỗi điều khiển lưu thông  Lớp phiên: dùng để đồng liên lạc, bảo đảm liệu truyền tiếp tục chỗ bị ngưng ngắt kết nối  Lớp trình diễn: Chuyển đổi dạng liệu khác thành dạng chuẩn  Lớp áp dụng: Cung cấp dịch vụ ứng dụng, ví dụ dịch vụ chuyển thơng báo MMS(Manufacturing Message Service) công nghiệp 1.1.3 Bộ ghép mạng - Bộ ghép mạng dùng để kết nối hai mạng với hay để nối dài đường truyền vật lý cách tăng cường tín hiệu Có loại ghép nối repeater, bridge, router gateway  Repeter: Bộ lặp lại, khuếch đại tín hiệu muốn tăng khoảng cách truyền:  Bridge: Cầu nối dùng để nối hai đường truyền vật lý khác nhau, ví dụ nối cáp điện sợi quang Cầu nối liên hệ đến lớp lớp  Router: kết nối hai DTE theo ba lớp 1,2  Gateway: Kết nối mạng với theo lớp Ví dụ kết nối mạng internet với nước ngồi - Không phải loại mạng dùng đủ lớp mạng ví dụ mạng Profibus dùng lớp 1,2 - Trong cơng nghiệp có nhiều loại mạng khác Profibus( Process Field Bus), CAN(Controller Area NetWork), DeviceNet, Modbus, ASI, Ethernet Công nghiệp, DH485 1.1.4 Mạng không dây Mạng không dây sử dụng dải tần 2.4 GHz 5.7GHz, mạng LAN khơng dây, Bluetooth, GPRS WAP Do tính chất truyền tin đa đường, nhiễu kênh truyền cao, công suất phát không lớn yêu cầu bảo mật nên nhiều kỹ thuật đại sử dụng, ví dụ kỹ thuật trải phổ Có hai kỹ thuật trải phổ sử dụng:  FHSS trải phổ nhảy tần(Freequency Hopping Spread Spectrum) tần số song mang thay đổi ngẫu nhiên 79 tần số; kỹ thuật khác trải phổ trực tiếp DSSS( Direct Sequence Spread Spectrum) bit thơng tin mã hóa thành chuỗi tín hiệu ngẫu nhiên Hai phương pháp giúp trải rộng dải tần tín hiệu, làm giảm ảnh hưởng nhiễu dải tần hẹp khó xem trộm thơng tin  Kỹ thuật truy cập mạng CSMA/CA tránh xung đột Khi trạm truyền nhận thấy mơi trường tự do, gửi RTS cho biết thời gian truyền, đối tác gửi lại CTS truyền tin bắt đầu, trạm khác biết kết thúc truyền chờ đợi Khi kết thúc truyền, đối tác gửi ACK báo truyền tin thành công 1.1.5 Mạng công nghiệp Siemens - Siemens chia mức độ tự động hóa thành mức: địa theo đối tượng Các đối tượng hiểu đại diện cho thơng báo mang liệu quan tâm giá trị đo, giá trị điều khiển thông tin trạng thái Mỗi đối tượng thơng báo có tên riêng biệt, hay nói cách khác cước (Identifier), sử dụng để truy cập bus Mỗi điện có ô chứa cước đối tượng với chiều dài 11 bit (dạng khung chuẩn theo CAN2.OA, Standard Frames) 29 bit (dạng khung mở rộng theo CAN2.OB Extended Frames) CAN định nghĩa kiểu điện sau: • Khung liệu (Data Frame) mang liệu từ trạm truyền tới trạm nhận • Khung yêu cầu liệu (Remote frame) gửi từ trạm yêu cầu truyền khung liệu với mã cước • Khung lỗi (Error frame) gửi từ trạm phát lỗi bus • Khung tải (overload frame) sử dụng nhằm tạo khoảng cách thời gian bổ sung hai khung liệu yêu cầu liệu trường hợp trạm bị tải Các khung liệu yêu cầu liệu sử dụng dạng khung chuẩn dạng khung mở rộng Giữa hai khung liệu yêu cầu liệu cần khoảng cách bit lặn để phân biệt, gọi Interframe Space Trong trường hợp tải, khoảng cách lớn bình thường * Khung liệu/yêu cầu liệu Mỗi khung liệu mang từ tới byte liệu sử dụng Chuẩn CAN không quy định giao thức dịch vụ lớp 2, việc diễn giải vùng liệu thuộc toàn quyền người sử dụng Các điện nhỏ khơng thích hợp với số lĩnh vực ứng dụng định, tạo lợi tính thời gian thực Cụ thể, tình trạng thành viên chiếm giữ bus thời gian dài nhờ không xảy 27 Cấu trúc khung liệu CAN mô tả hình Khung yêu cầu liệu có cấu trúc tương tự khung liệu, không mang liệu khác với khung liệu bit cuối phân xử • Khởi đầu khung bit trội đánh dấu khởi đầu khung liệu khung yêu cầu liệu Tất trạm phải đồng hoá dựa vào bit khởi đầu • Ơ phân xử sử dụng mức ưu tiên điện, định quyền truy nhâp bus có nhiều thơng báo gửi đồng thời Ơ phân xử có chiều dài 12 bit dạng khung chuẩn 32 bit dạng khung mở rộng, mã cước 29 bit Bit cuối ô phân xử gọi bit RTR (Remote Transmisson Request), dùng để phân biệt khung liệu (bit trội) khung yêu cầu liệu (bit lặn) • Ô điều khiển dài bit, bit cuối mã hoá chiều dài liệu (bit trội = 0; bit lặn = 1) Tuỳ theo dạng khung chuẩn hay mở rộng mà ý nghĩa hai bit cịn lại khác chút • Ơ liệu có chiều dài từ byte, byte truyền theo thứ tự từ bit có giá trị cao (MSB) đến bit có giá trị thấp (LSB) • Ơ kiểm sốt lỗi CRC bao gồm 15 bit tính theo phương pháp CRC bit lặn phân cách Dây bit dầu vào để tính bao gồm bit khởi đầu khung, phân xử, ô điều khiển ô liệu, với đa thức phát • G = X15 + X14 + X10 + X8 + X7 + X4 + X3 + • Ô xác nhận ACK (Acknowlegment) gồm bit, phát bit lặn Mỗi trạm nhận điện phải kiểm tra mã CRC, phát chồng bit trội thời gian nhận bit ARC (ARC slot) Như vậy, điện truyền xác có bit ARC trội nằm hai bit lặn phân cách (một bit phân cách CRC bit phân cách ACK) • Kết thúc khung đánh dấu bit lặn * Khung lỗi 28 Một khung lỗi gửi từ trạm phát lỗi bus Khung lỗi bao gồm cờ lỗi (Error Flag) phân cách lỗi (Error Delimiter) CAN phân biệt hai loại lỗi lỗi chủ động (Active Error) lỗi bị động (Passive Error) Tương ứng với hai dạng cờ lỗi: • Dạng cờ lỗi chủ động bao gồm sáu bit trội liền • Dạng cờ lỗi bị động bao gồm sáu bit lặn liền nhau, trừ trường hợp bị ghi đè lên bit trội từ trạm khác Một trạm "lỗi chủ động" phát lỗi báo hiệu cách gửi cờ lỗi chủ động Cờ lỗi chủ động vi phạm luật nhồi bit (xem phần mã hoá bit) phá bỏ dạng cố định ACK hay kết thúc chung Chính vậy, tất trạm khác phát lỗi bắt đầu gửi cờ lỗi Cuối cùng, dãy bit trội quan sát bus thực tế kết xếp chồng nhiều cờ lỗi khác phát riêng từ trạm Tổng chiều dài dãy xê dịch khoảng từ tới 12 bit Phân cách lỗi đánh dấu bit lặn liên tục Sau gửi xong cờ lỗi, trạm phải gửi tiếp số bit lặn đồng thời quan sát bus Cho đến phát bit lặn (tức trạm khác gửi xong cờ lỗi chủ động), chúng phát tiếp bit lặn * Khung tải Một khung tải có cấu trúc tương tự khung lỗi (hình 4.12) bao gồm cờ tải (Overload Flag) phân cách tải (Overload Delimiter) Cờ tải bao gồm sáu bit trội, tương tự cờ lỗi chủ động Cờ tải phá bỏ dạng cố định Intermission khoảng trống hai khung Chính vậy, tất trạm khác phát tình trạng tải bắt đầu gửi cờ tải Cuối cùng, dây bit trội quan sát bus thực tế kết xếp chồng nhiều cờ lỗi khác phát riêng từ trạm Cũng giống khung lỗi, phân cách tải đánh dấu tám bit lặn liên tục Sau gửi xong cờ, trạm phải quan sát bus phát bit lặn Tại thời điểm tất trạm khác gửi xong cờ 29 tải, chúng phát tiếp bit lặn Tối đa hai khung tải sử dụng nhằm tạo thời gian trễ hai khung liệu khung yêu cầu liệu 2.2.4 Bảo toàn liệu Nhằm đảm bảo mức an toàn đa truyền dẫn liệu, trạm CAN sử dụng kết hợp nhiều biện pháp để tự kiểm tra, phát báo hiệu lỗi Các biện pháp kiểm sốt lỗi sau áp dụng: • Theo dõi mức tín hiệu bit truyền so sánh với tín hiệu nhận bus • Kiểm sốt qua mã CRC • Thực nhồi bit (nhồi bit nghịch đảo sau năm bit giống nhau) • Kiểm sốt khung thơng báo • Với biện pháp trên, hiệu đạt là: • Phát tất lỗi tồn cục • Phát tất lỗi cục phát • Phát tới bit lỗi phân bổ ngẫu nhiên điện • Phát lỗi đột ngột có chiều dài nhỏ 15 bit thơng báo • Phát lỗi có số bit lỗi chẵn • Tỉ lệ lỗi cịn lại (xác suất thơng báo cịn bị lỗi không phát hiện) nhỏ 4.7*10-11 Tất trạm nhận thông báo phải kiểm tra nguyên vẹn thông tin xác nhận thông báo Khi phát sai lệch thông báo, trạm có trách nhiệm truyền khung lỗi Các thơng báo bị lỗi bị dừng tự động phát lại Thời gian hồi phục từ phát lỗi đến bắt đầu gửi thông báo tối đa 31 thời gian bit, khơng có lỗi xảy 30 Các trạm CAN có khả phân biệt nhiễu thời với lỗi kéo dài, ví dụ lỗi trạm có cố Các trạm bị hỏng tự động tách khỏi mạng (về mặt logic) 2.3 So sánh giao thức truyền thông MODBUS CANBUS   31 CHƯƠNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC 3.1 Mở đầu điều khiển PLC Ở hệ thống tự động hố q trình sản xuất cơng nghiệp trước đây, hệ thống điều khiển số thường cấu tạo sở rơle mạch điện tử logic kết nối với theo nguyên lý làm việc hệ thống Đối với hệ thống làm việc đơn giản có tính độc lập việc sử dụng phần tử logic có sẵn liên kết cứng với có ưu điểm giá thành Tuy nhiên hệ thống điều khiển phức tạp, nhiều chức việc cấu trúc theo kiểu liên kết cứng có nhiều nhược điểm như: - Hệ thống cồng kềnh, đấu nối phức tạp dẫn tới độ tin cậy - Trường hợp cần thay đổi chức hệ thống sửa chữa hư hỏng khó khăn nhiều thời gian hệ thống phức tạp, số lượng rơle lớn Sự phát triển máy tính điện tử, phát triển tin học với phát triển kỹ thuật điều khiển tự động, dựa sở tin học gắn liền với hàng loạt phát minh liên tiếp mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959, vi xử lý - năm 1974 phát minh đóng góp vai trò quan trọng định việc phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính ứng dụng khoa học kỹ thuật PLC, CNC Thiết bị điều khiển khả trình PLC đời cho phép khắc phục nhiều nhược điểm hệ điều khiển liên kết cứng trước việc sử dụng PLC trở nên phổ biến cơng nghiệp tự động hóa PLC (Programmable Logic Controler) thiết bị điều khiển lập trình (hay cịn gọi khả trình), cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình, PLC thực chất máy tính, điểm khác thiết kế chuyên cho lĩnh vực điều khiển 32 làm việc điều kiện phức tạp với thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, hay nói cách khác máy tính chuyên dụng Đặc điểm PLC: - Được thiết kế bền để chịu rung động, nhiệt độ, độ ẩm tiếng ồn - Có sẵn giao diện cho thiết bị vào/ra - Được lập trình dễ dàng với ngơn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải phép toán logic Đến thiết bị kỹ thuật PLC phát triển mạnh mẽ, người sử dụng không cần kiến thức điện tử kiến thức máy tính mà cần nắm vững cơng nghệ sản xuất, nắm vững phương pháp lập trình để chọn thiết bị cho phù hợp đưa vào để tự động hóa dây truyền sản xuất 3.2 Các thành phần PLC 3.2.1 Cấu hình phần cứng Hình 2.1 trình bày thành phần điều khiển PLC * Bộ vi xử lý Bộ xử lý (còn gọi xử lý trung tâm CPU hạt nhân PLC) thực phép tốn logic, số học điều khiển tồn hoạt động hệ thống Bộ xử lý làm việc theo bước, thông tin lưu trữ nhớ chương trình gọi lên kiểm soát đếm chương trình chương trình thực từ lệnh đến lệnh cuối Bộ xử lý liên kết tín hiệu lạ thực phép tính tốn đưa kết tới đầu Sự thao tác chương trình dẫn đến thời gian trễ, chu kỳ thời gian gọi thời gian quét (scan), thời gian quét phụ thuộc vào dung lương 33 nhớ, phụ thuộc vào số lệnh chương trình thực hiện, phụ thuộc vào tốc độ CPU Chu kỳ vòng quét PLC trình bày hình 2.2 Hình 2.2 Chu kỳ làm việc PLC * Bộ nguồn Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC 220V 110V (50-60Hz) thành điện áp thấp cho vi xử lý (5V 24V) cho module lại * Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình sử dụng để lập chương trình điều khiển cần thiết sau nạp vào PLC Thiết bị lập trình thiết bị lập trình chun dụng thiết bị lập trình tay, máy tính cá nhân có phần mềm cài đặt Thiết bị lập trình cầm tay dùng cho tốn đơn giản ngắn gọn, cịn với tốn phức tạp số lệnh nhiều phải sử dụng máy lập trình chun dụng sử dụng phần mềm máy tính cá nhân để lập trình, chương trình sau viết nạp xuống PLC qua thiết bị ghép nối * Bộ nhớ Bộ nhớ PLC thường có nhớ như: RAM ROM có dung lượng tùy thuộc vào thiết kế riêng loại PLC, phân chia nhớ PLC thành vùng sau: - Bộ nhớ điều hành: Hệ điều hành thường nằm vùng nhớ ROM, phát triển nhà sản xuất nên cần thay đổi, hệ điều hành chương trình ngơn ngữ máy đặc biệt để chạy PLC, dẫn cho vi xử lý đọc hiểu lệnh, biểu tượng người sử dụng lập trình, theo dõi trạng thái vào/ra trì giám sát trạng thái hệ thống 34 - Bộ nhớ hệ thống Khi hệ điều hành thực nhiệm vụ thường cần số vùng để lưu giữ kết thông tin trung gian, phần nhớ RAM dùng cho mục đích - Bộ nhớ đệm vào/ra CPU không lấy liệu trực tiếp từ đầu vào thiết bị đầu vào không đưa kết đến trực tiếp thiết bị đầu ngoại vi, mà đưa tín hiệu đến đệm vào/ra - Bộ nhớ chương trình Vùng nhớ dùng để chứa chương trình ứng dụng, vùng nhớ mà hệ điều hành cho CPU đọc thực lệnh chương trình, vùng nhớ chương trình nằm RAM, lưu ý nhớ RAM có đặc điểm nội dung nhớ thay đổi nhanh, nội dung nhớ bị xóa có lỗi nguồn cung cấp khơng có nguồn dự phịng, để lưu giữ cách an tồn chương trình điều khiển phải ghi vào nhớ ERPOM hay EEPROM * Giao diện vào/ra Giao diện thực công việc ghép nối thiết bị công nghiệp công suất lớn với điện tử công suất nhỏ, phần lớn PLC thực với điện áp từ 5-15V DC (điện áp TTL CMOS) Trong tín hiệu từ thiết bị vào lớn nhiều từ 24V DC đến 240V AC với dòng vài ampe Như giao diện ghép nối mạch điện tử PLC với giới thực bên ngồi phải đảm bảo trạng thái tín hiệu cần thiết với tính chất cách ly, điều cho phép PLC nối trực tiếp với cấu chấp hành, thiết bị vào/ra Hình 2.3 Các phương pháp ghép nối PLC với giới bên ngồi - Tín hiệu vào cách ly nhờ linh kiện quang (hình 2.3.a) 35 - Tín hiệu cách ly kiểu rơle cách ly quang (hình 2.3.b,c) Tín hiệu vào/ra tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic, ví dụ tín hiệu vào từ công tắc, cảm biến nhiệt độ, tế bào quang điện, thiết bị cung cấp cho cuộn dây công tắc tơ, rơle, van điện từ, động nhỏ 3.2.2 Cấu tạo chung PLC Kết cấu PLC thường có kiểu là: kiểu modul hóa kiểu hộp đơn - Thơng thường để tăng tính mềm dẻo ứng dụng thực tế mà phần lớn đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu chủng loại tín hiệu vào/ra khác mà điều khiển PLC thiết kế khơng bị cứng hóa cấu hình, chúng chia nhỏ thành modul (hình 2.4), tối thiểu phải có modul CPU, modul cịn lại modul nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, modul có chức chuyên dụng modul mờ, modul PID chúng gọi modul mở rộng, việc sử dụng modul tùy thuộc vào cơng việc cụ thể Hình 2.4 Cấu trúc PLC kiểu modul - Kiểu hộp đơn thường dùng cho PLC cỡ nhỏ cung cấp dạng nguyên hồn chỉnh gồm nguồn ( hình 2.5), xử lý, nhớ giao diện vào/ra onboard tích hợp modul, kiểu hộp đơn có khả ghép nối với modul để mở rộng khả PLC 36 3.3 Các họ PLC thông dụng 3.3.1 Họ SIMATIC SIEMENS (CHLB Đức) Hãng SIEMENS đưa nhiều họ PLC khác Tuy nhiên, PLC họ SIMATIC sử dụng phổ biến có hai hệ S5 (cũ) S7 (mới) Các loại PLC họ S5 sử dụng phần mềm STEP5, bao gồm: - Loại nhỏ có S5 90U, S5 95U; - Loại vừa có S5 100U với CPU 100, 101, 102, 103, 104; - Loại lớn có S5 115, S5 135, S5 155 với CPU 941, 942… Các loại PLC họ S7 sử dụng phần mềm STEP7, bao gồm: - Loại nhỏ có S7 200 với CPU 212, 222, 226; - Loại vừa có S7 300, S7 400 với CPU 312, 315, 412, 415…; - Loại lớn có S7 1200, S7 1500… 3.3.2 Họ SYSMAC OMRON (Nhật Bản) Hãng OMRON chế tạo PLC gồm nhiều chủng loại, ví dụ, PLC series C, CV, CJ,… Phần mềm lập trình dùng Syswin CX-Programmer Ở giới thiệu series C gồm loại sau: - Loại nhỏ có CPM1, CPM1A, CPM2A; - Loại vừa có CQM1, CQM1H; - Loại lớn có C200H, C1000H, C2000H, C2000HS… 3.3.3 PLC ALLEN BRADLEY (Mỹ) - Loại nhỏ có MicroLogix 500, MicroLogix 1000; - Loại vừa có SLC 500 với CPU 01, 02, 03, 04; PLC loại nhỏ loại vừa dùng phần mềm lập trình RSLOGIX 500 - Loại lớn có PLC5 với CPU 25, 41, 45, 55,… dùng phần mềm lập trình RSLOGIX 37 Trong thực tế, loại PLC hệ đưa thị trường ngày sử dụng rộng rãi nhanh chóng Tài liệu PLC hệ cập nhật thông qua Website hãng sản xuất Bên cạnh họ PLC giới thiệu trên, cịn có nhiều họ PLC nhà sản xuất khác, họ 9300 GE- FUNUC, Họ FX MELSEC MITSUBISHI, họ T1, T2, T3 TOSHIBA, họ Master-K LG… 3.4 Lựa chọn PLC Việc lựa chọn PLC xuất phát từ yêu cầu thực tế người sử dụng Các lựa chọn sau: - Thứ yêu cầu công nghệ yêu cầu điều khiển Điều liên quan đến tính kỹ thuật PLC có đáp ứng yêu cầu công nghệ điều khiển đặt hay không, tốc độ xử lý, dung lượng nhớ, quản lý vào/ra khả mở rộng hệ thống… - Thứ hai tính kinh tế khả đáp ứng thời gian cung cấp thiết bị nhà sản xuất - Thứ ba hỗ trợ giúp đỡ nhà cung cấp vấn đề giải pháp kỹ thuật, phần mềm, công cụ đào tạo 3.5 Lập trình cho PLC 3.5.1 Các phương pháp lập trình Từ cách mơ tả hệ tự động kể nhà chế tạo PLC soạn thảo phương pháp lập trình khác nhau, phương pháp lập trình thiết kế cho đơn giản, gần với cách mô tả biết đến Có phương pháp lập trình là: - STL (Statement List) ngôn ngữ liệt kê lệnh - LAD (Ladder Logic) ngơn ngữ hình thang - CSF (Control System Flowchart) ngơn ngữ hình khối * Phương pháp STL 38 Đây phương pháp lập trình thơng thường máy tính, chương trình ghép nhiều câu lệnh theo thuật toán định, lệnh liệt kê thứ tự, để phân biệt đoạn chương trình người ta dùng mã nhớ, khởi đầu đoạn người ta dùng lệnh khởi đầu như: LD, L, A, O Kết thúc đoạn thường lệnh gán cho đầu ra, đầu cho thiết bị ngoại vi hay rơle nội * Phương pháp hình thang LAD Đây ngơn ngữ đồ họa thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiển logic (hình 2.6) Mạng Lad đường nối phần tử thành mạch hoàn chỉnh, theo thứ tự từ trái sang phải, từ xuống Một sơ đồ LAD có nhiều nấc thang, phần tử biểu đồ hình thang LAD có tham số xác định tùy thuộc ký hiệu hãng sản xuất PLC * Phương pháp CSF (Control System Flow) Phương pháp lưu đồ điều khiển CSF trình bày phép toán logic với ký hiệu đồ họa tiêu chuẩn hóa ( hình 2.7) Phương pháp lưu đồ điều khiển thích hợp với người quen với điều khiển đại số Booole Hình 2.7 Ngơn ngữ lập trình dạng CSF * So sánh phương pháp biểu diễn: Nhìn chung, phương pháp biểu diễn kể có khả riêng nó, nhiên phương pháp STL vạn biểu diễn lệnh khối phương pháp điều khiển Trong phương pháp CFS LAD bị hạn chế số lệnh thuộc số khối định Chương trình viết dạng CFS LAD chuyển sang dạng dạng STL sang dạng CFS LAD được, ví dụ: 39 - Nhóm lệnh dùng tất loại khối biểu diễn phương pháp STL, CFS, LAD - Một số nhóm lệnh hệ thống nhóm lệnh bổ trợ dùng khối chức biểu diễn phương pháp STL 3.5.2 Thiết bị lập trình Để lập trình cho PLC, ta lập trình máy lập trình chun dụng (được dùng cho tốn phức tạp, cỡ lớn), thiết bị lập trình cầm tay (dùng cho tốn cỡ nhỏ trung bình) máy tính PC (dùng cho tốn cỡ trung bình, phức tạp) Mỗi thiết bị PLC có phần mềm chuyên dụng riêng biệt chạy hệ điều hành Windown: chẳng hạn với OMRON phần mềm syswins, s7-200 phần mềm Microwin, s7-300, 400 phần mềm Step 3.6 Đánh giá ưu nhược điểm PLC 3.6.1 Ưu điểm Hiện với phát triển công nghệ điện tử cho phép chế tạo hệ xử lý tiên tiến, dựa sở vi xử lý, điều khiển logic lập trình cho phép khắc phục nhiều nhược điểm hệ điều khiển liên kết cứng trước Có thể liệt số ưu điểm việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt việc nối dây kiến tạo hệ thống, giá trị logic nhiệm vụ điều khiển thực chương trình thay cho việc đấu nối dây - Tính mềm dẻo cao, hệ thống dùng PLC phần tử điều khiển mô tả sẵn, mối liên kết phần tử mơ tả chương trình, cần thay đổi cấu trúc điều khiển cần thay đổi chương trình hệ thống - Khơng gian lắp đặt nhỏ hơn, PLC địi hỏi khơng gian so với hệ điều khiển rơle tương đương 40 - Dải chức rộng - Tốc độ làm việc cao - Công suất tiêu thụ giảm - Lắp đặt đơn giản - Hệ thống mở rộng theo khối - Về giá trị kinh tế: xét giá trị kinh tế PLC ta phải đề cập đến số lượng đầu đầu vào, số lượng đầu vào/ra mà q hệ rơle tỏ kinh tế hơn, số lượng đầu vào/ra tăng lên hệ PLC kinh tế hệ rơle 3.6.2 Nhược điểm Giá điều khiển PLC đắt, việc sử dụng chọn lựa PLC phải phù hợp với tốn, khơng dẫn đến việc gây lãng phí đầu tư không cần thiết 3.7 Kết luận PLC thiết bị sử dụng rộng rãi hệ tự động hóa quy trình sản xuất Về chức năng, PLC thực tốn điều khiển cơng đoạn toàn dây chuyền sản xuất PLC thực điều khiển đại lượng logic, điều khiển trình quản lý điều khiển Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng PLC đòi hỏi yêu cầu cần thiết kỹ sư, cán kỹ thuật ngành điện, điện tử, tự động hóa, thủy khí… Những kiến thức cần thiết nghiên cứu PLC là: kỹ thuật vi xử lý, kỹ thuật số, điều khiển logic, kỹ thuật lập trình tự động hóa q trình công nghệ 41 ... cho module cịn lại * Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình sử dụng để lập chương trình điều khiển cần thiết sau nạp vào PLC Thiết bị lập trình thiết bị lập trình chun dụng thiết bị lập trình tay,... phần nhớ RAM dùng cho mục đích - Bộ nhớ đệm vào /ra CPU không lấy liệu trực tiếp từ đầu vào thiết bị đầu vào không đưa kết đến trực tiếp thiết bị đầu ngoại vi, mà đưa tín hiệu đến đệm vào /ra - Bộ... A-F), bit thấp gửi trước • bit parity chẵn/lẻ, sử dụng parity • bit kết thúc (Stopbit) sử dụng parity bit kết thúc không sử dụng parity * Chế độ RTU Khi thiết bị mạng Modbus chuẩn đặt chế độ RTU (Remote