Ch 4: Kỹỹ thuật ậ lập ập trình điều khiển trình tự ự • Nếu chương trình bậc thang viết theo kiểu: suy nghĩ trình thực viết chương trình điều ln dẫn đến tốn nhiều cơng sức để hiệu chỉnh chương trình Do đó, việc ứng dụng phương gp pháp p thiết kế g giúp p cho việc ệ thiết kế chương g trình ợ p dễ dàng • Hầu hết hệ thống điều khiển có tính tự Có nhiều phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển trình tự phát triển, đáp ứng cho hệ thống trình tự có mức độ phức tạp khác • Các bước thiết kế chương trình trình tự cho PLC sau: Diễn đạt lời trình điều khiển Biễu diễn diễn đạt sang dạng lưu đồ / biểu đồ Xác định điều kiện logic cho trạng thái trình Chuyển biểu thức logic sang chương trình dạng bậc thang © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-1 Ch 4: Kỹỹ thuật ậ lập ập trình điều khiển trình tự ự © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-2 4.1 Phương g pháp logic g rơle Xét thí dụ thiết kế chương trình điều khiển hình đèn chiếu chiếu Mơ tả q trình • Màn hình lên nút nhấn lên nhấn tức thời • Màn hình hạ xuống nút nhấn xuống nhấn tức thời • Có bố trí hai cơng tắc hành trình để nhận biết giới hạn • Khi điều khiển bắt đầu làm việc, lên dừng Nhận Nhậ diệ diện b bước / trạng t thái • Step 1: hình lên cảm biến giới hạn bị tác động • Step 2: hình đứng n chờ nút nhấn xuống nhấn • Step 3: hình hạ xuống cảm biến giới hạn bị tác động • Step 4: hình đứng yên chờ nút nhấn lên nhấn (sau quay trở lại Step 1) © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-3 4.1 Phương g pháp logic g rơle Thiết lập biểu thức logic cho bước Bước tồn điều khiển bắt đầu hoạt động bước có nhấn nút lên Bước kết thúc bước tồn Vì nút nhấn tức thời nên cần có yếu tố trì Do đó, biểu thức logic bước là: Tương tự, biểu thức logic cho bước lại là: Up_motor = Step_1 Down_motor = Step_3 © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-4 4.1 Phương g pháp logic g rơle Chuyển sang dạng bậc thang Device PC device Up p_B X000 Up p button Down_B X001 Down button Up_LS X002 Screen is at top position Down_LS X003 Screen is at bottom position Y000 Raise projector screen Y001 Lower projector screen Screen motor © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình Description 4-5 4.1 Phương g pháp logic g rơle © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-6 4.1 Phương g pháp logic g rơle Và với biểu thức ngõ ra: © C.B Pham Up_motor = Step_1 Down_motor = Step_3 Bộ điều khiển lập trình 4-7 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ Phương pháp biểu diễn lưu đồ thường dùng thiết kế phần mềm máy tính, đồng thời phổ biến để biểu diễn trình tự họat động hệ thống điều khiển Lưu đồ có quan hệ trực tiếp đến mô tả lời hệ thống điều khiển, điều kiện cần kiểm tra bước xử lý bước theo chuỗi trình tự Các khối biểu tượng sử dụng để xây dựng lưu đồ: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-8 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ Các bước thơng thường để xây dựng lưu đồ là: • Tìm hiểu q trình • Xác định bước / hành động biểu diễn chúng thành khối • Xác định trình tự bước (khối) ố thơng qua mũi tên • Sử dụng khối định để thực phân nhánh Xét thí dụ thiết kế chương trình điều khiển bồn nước © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-9 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ Xây dựng lưu đồ Mơ tả q trình • Khi nút nhấn Start nhấn, van ngõ vào mở cho nước chảy y vào bồn van ngõ g đóng lại • Khi bồn đầy (dựa vào tín hiệu từ cảm biến) nút Stop nhấn, van ngõ vào đóng l i lại van ngõ õ mở cho h nước chảy khỏi bồn • Khi điều bắt đầu làm việc, van ngõ ln mở van ngõ vào ln bị đóng © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-10 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g Phương pháp 1: Xây dựng logic bậc thang dùng khối lệnh (sử dụng cặp lệnh MC MCR) • Bước 1: Gán nhãn vào khối lưu đồ © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-11 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g • Bước 2: Vẽ nhánh logic, chuyển chương trình PLC nhảy vào khối thứ điều khiển ể bắt ắ đầu ầ làm việc © C.B Pham Device PC device Description CS X000 Level sensor Start X001 Start button Stop X002 Stop button IV Y000 Inlet valve OV Y001 Outlet valve Bộ điều khiển lập trình 4-12 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g • Bước 3: Vẽ nhánh logic cho khối lưu đồ Khối thứ khóa van ngõ vào mở van ngõ ra, sau chuyển sang khối thứ hai, nhánh logic khối biểu diễn sau: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-13 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g Đối với khối thứ hai: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-14 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g Đối với khối thứ ba: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-15 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g Đối với khối thứ tư: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-16 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g Đối với khối thứ năm: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-17 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - block logic g Đối với khối thứ sáu: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-18 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - sequence bits Phương pháp 2: Xây dựng logic bậc thang dùng chuỗi bit • Bước 1: Gán nhãn vào khối vào g mũi tên chuyển y tiếp p đến khối lưu đồ © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-19 4.2 Phương g pháp biểu diễn lưu đồ - sequence bits • Bước 2: Xây dựng đọan chương trình xác định điều khiển chuyển tiếp khối Các điều ề kiện nên viết ế chung với đặt vào phần ầ đầu ầ chương trình PLC (trước đoạn thực logic cho khối) Điều ề kiện chuyển ể tiếp ế cho khối ố thứ ấ điều ề khiển ể bắt ắ đầu ầ hoạt động Đối ố với khối thứ hai, điều kiện chuyển tiếp từ ba khối (khối thứ nhất, thứ hai thứ sáu) © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-20 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Một trạng thái hệ thống xem chế độ họat động hệ thống điều khiển Thí dụ: máy ATM xem bao gồm trạng thái sau: Ask for amount of cash Get secret number Idle S Scan card d Select transacition type Deliver cash / return card Countt cas Cou cash Một hệ thống thố điều điề khiển khiể trình t ì h tự t có ó thể đ mô ô tả trạng t thái hệ thống thố điều kiện chuyển tiếp trạng thái © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-25 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Thí dụ: hệ thống điều khiển đèn tự động, mô tả sơ đồ trạng thái sau: Lưu ý: • Vịng lặp else ngụ ý rằng, trạng thái tồn điều kiện chuyển tiếp từ trạng thái đến trạng thái khơng thỏa Do đó, thường bỏ qua biểu diễn sơ đồ trạng thái • Chỉ trạng thái tồn thời điểm, điều kiện chuyển tiếp tức thời • Ngõ hàm trạng thái © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-26 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Đối với trạng thái Si: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-27 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Các bước để thiết lập sơ đồ trạng thái: • Nhận diện trạng thái • Xác định ngõ trạng thái • Xác định điều ề kiện chuyển ể tiếp ế trạng thái Xét thí dụ hệ thống ON / OFF động Mơ tả q trình • Nếu nút START nhấn (khi không nhấn nút STOP) động làm việc sau hai giây ỳ nút STOP ợ nhấn động ộ g dừng g lại • Bất kỳ © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-28 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Xây dựng sơ đồ trạng thái – nhận diện trạng thái Xây dựng sơ đồ trạng thái – xác định ngõ S1 S2 S3 Motor = Motor = Motor = wait for start wait sec motor on © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-29 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Xây dựng sơ đồ trạng thái – xác định điều kiện chuyển tiếp STOP STOP © C.B Pham Timer [2 sec] S1 S2 M t =0 Motor M t =0 Motor M t =1 Motor Timer = Timer = Timer = wait for start wait sec motor on Bộ điều khiển lập trình S3 4-30 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Thiết lập biểu thức logic cho trạng thái ngõ tương ứng Biểu thức logic tổng quát cho trạng thái thứ i là: "memory" or "hold" for state Si all states that transit to Si all states that Si transits to Biểu thức logic tổng quát cho ngõ Oi là: all states where Oi is true ((on)) © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-31 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Lưu ý: Nếu hai trạng thái vừa có chuyển tiếp tới chuyển tiếp lui (direct bidirectional transition), cần phải thêm trạng thái giả (dummy state) vào sơ đồ trạng thái STOP STOP S1 S2 Motor = Motor = Timer [2 sec] S3 Motor = direct bi-directional transition Ta có: Khơng thể trở S1 từ S2 © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-32 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái STOP STOP Timer [2 sec] S1 Sd Motor = Motor = Motor = Motor = Timer = Timer = Timer = Timer = S2 S3 Motor = S3 Timer = S2 © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-33 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái Với bảng I/O hình bên, chương trình PLC viết sau: © C.B Pham Device PC device START X000 Start button STOP X001 Stop button Y000 Motor Bộ điều khiển lập trình Description 4-34 4.3 Phương g pháp sơ đồ trạng g thái © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-35 4.4 Phương g pháp biểu đồ chức g Các phương pháp vừa trình bày thông thường phù hợp q trình mà có trạng thái / bước tồn tại thời điểm Do đó, chúng trở nên khó khăn biểu diễn q trình hoạt động phức tạp – bao gồm nhiều trình tự thực đồng thời Khi đó, phương pháp biểu đồ chức sử dụng để giải trường hợp Thí dụ hệ thống điều khiển trạm trộn bê tơng, có nhiều họat động thực đồng thời cung cấp nguyên vật liệu vào bồn trộn như: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-36 4.4 Phương g pháp biểu đồ chức g Các thành phần hình thành nên biểu đồ chức năng: Dịng tín hiệu điều kiện chuyển tiếp Bước (trạng thái) Bước đầu ầ tiên (khởi tạo) © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-37 4.4 Phương g pháp biểu đồ chức g Phân nhánh có lựa chọn © C.B Pham Phân nhánh đồng thời Bộ điều khiển lập trình 4-38 4.4 Phương g pháp biểu đồ chức g © C.B Pham Sơ đồ SFC mô tả hệ thống điều khiển hai cửa tự động Bộ điều khiển lập trình 4-39 4.4 Phương g pháp biểu đồ chức g Kỹ thuật lập trình dùng STepLadder (STL) PLC họ FX - Mitsubishi Kỹ thuật lập trình STL tương tự với biễu diển biểu đồ chức năng, có đặc điểm sau: • Khả giữ trạng thái hành nhờ dùng cờ có khả chốt • Tự động vơ hiệu trạng thái đước chuyển vào trạng thái hành hành • Dễ dàng phân nhánh song song (dạng OR / AND) • Được hổ ổ trợ thơng qua cờ trạng thái S © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-40 4.4 Phương g pháp biểu đồ chức g Kỹ thuật lập trình STL sử dụng phổ biến cịn lập trình dạng bậc thang dạng lệnh thông thường Lệnh STL thể dạng công tắc STL cho phép đóng hay mở trạng thái theo trình tự tự Mạch STL phát triển từ chế điều khiể MC khiển MCR MCR Nó cho h phép trạng t thái họat h t động trở thành trạng thái hành, thực tác vụ trạng thái sang trạng thái khác thỏa điều ề kiện chuyển ể tiếp ế © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-41 Lập trình STL • Đoạn chương trình STL viết lồng bên chương trình bậc thang thơng thường © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-42 Lập trình STL • Khởi tạo trạng thái / kích họat trạng thái / kết thúc đọan chương trình STL © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-43 Lập trình STL Lưu ý dùng lệnh SET / OUT để di chuyển bước: © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-44 Lập trình STL • Phân nhánh có lựa chọn © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-45 Bộ điều khiển lập trình 4-46 Lp trỡnh STL ã Phõn nhỏnh ng thi â C.B Pham Lập trình STL © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-47 Lập trình STL Thí dụ 1: a semi-automatic loading-unloading ore truck © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-48 Lập trình STL © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-49 Bộ điều khiển lập trình 4-50 Lập trình STL © C.B Pham Lập trình STL Thí dụ 2: an automatic sorting robot © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-51 Bộ điều khiển lập trình 4-52 Lập trình STL © C.B Pham Lập trình STL © C.B Pham Bộ điều khiển lập trình 4-53