Hơn nữa thuận tiện cho việc mở rộng và phát triểntrong tương lai.Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với kiến thức đã được học tại trường là mộtsinh viên ngành …, thông qua việc thiết kế
QUAN VỀ PLC VÀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Tổng quan về plc
PLC là chữ viết tắt của chữ tiếng Anh Programmable Logic Controller nghĩa là bộ Điều khiển Logic Lập trình được và là thiết bị điều khiển Có cấu trúc máy tính bao gồm bộ sử lý trung tâm CPU, Bộ nhớ ROM, Bộ nhớ RAM, dùng để nhớ chương trình ứng dụng, và các cổng Vào/ Ra - INPUT/ OUTPUT.
2.1.2 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình
Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình (Programmable-Control Systems) – hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC- Programable Logic Controler) được thiết kế nhằm thay đổi phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện một số tác vụ khác như định thì, đếm, các lệnh toán số học, các lệnh xử lí các số liệu trên mạng,
…làm tăng khả năng điều khiển cho các hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái hoạt động 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 những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và các mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần có mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khí PLC điều khiển những thiệt bị có công suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển 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 những hệ thống điều khiển 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 thông và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp như:
- Khả năng kháng nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng kết nối (thêm module mở rộng vào/ra) và thêm chức năng ( nối thêm module truyền thông).
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ bào và ngõ ra được chuẩn hóa.
- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng dễ hiểu và dễ 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.
Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kỹ sư hãng Ganeral Motors vào năm 1968 ,và họ đã để ra các chỉ tiêu kỹ 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 module để dễ dàng bảo trì và sữa 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 kỹ 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 thì, tác vụ đếm; sau đó là các lệnh xử lý toán học, xử lý bằng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số liệu số thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch, v,v … Song song đó, sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả; bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều module chuyên dùng hơn Vào năm 1976,PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào /ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông
Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu suất Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng bao gồm:
- Xử lý tín hiệu liên tục (analog)
- Điều khiển động cơ servo, động cơ bước.
- Tăng số lượng ngõ vào/ra.
- Tăng bộ nhở mở rộng.
Với cấu trúc dạng module cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và công suất ít nhất.
So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển
Chỉ tiêu so sánh Rơle Mạch số Máy tính PLC
Giá thành từng chức năng Khá thấp Thấp Cao Thấp
Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn
Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh
Khả năng chống nhiễu Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt
Mất thời gian thiết kế và lắp đặt
Mất thời gian thiết kế
Mất thời gian lập trình
Lập trình và lắp đặt đơn giản Khả năng điều khiển tác vụ phức tạp Không Có Có Có
Dễ thay đổi điều khiển Rất khó Khó Đơn giản Rất đơn giản
Công tắc bảo trì Kém – có rất nhìu công tắc
Kém – nếu IC được hàn
Kém – có rất nhiều mạch điện từ chuyên dung
Tốt – các module được tiêu chuẩn hóa
Cấu trúc và hoạt động của PLC
Cấu trúc PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình Các bộ điều khiển PLC được sản xuất theo dòng sản phẩm Khi mới xuất xưởng chúng chưa có một chương trình cho một ứng dụng nào cả. Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, couter,…được nhà chế tạo tích hợp trong chúng và được kết nối với nhau bằng chương trình được viết bởi người dùng cho một nhiệm vị điều khiển cụ thể nào đó Toàn bộ chương trình điều khiển sẽ được lưu vào trong bộ nhớ của PLC Điều này làm cho PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu các chương trình hỗ trợ điều khiền, dữ liệu, các cổng ra/vào để kết nối với các đối tượng điều khiển…Như vậy có thể thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau:
- Bộ sử lý trung tâm.
Hình 2 1: Sơ đồ cấu trúc PLC
2.2.2 Bộ sự lý trung tâm Đây là bộ điều khiển và quản lý tất cả các hoạt động bên trong của PLC, việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào/ra được thông qua hệ thống BUS dưới sự điều khiển của CPU.
Nguyên lý làm việc của khối xử lý trung tâm được miêu tả như sau: các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên trình tự vì đã được điều khiển và được kiểm soát bằng bộ đếm của chương trình Do bộ xử lý trung tâm khống chế, bộ xử lý liên kết các tín hiệu lại với nhau theo quy luật và từ đó rút ra kết quả là các lệnh đầu ra và các thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến thời gian trễ gọi là thời gian vòng quét.
Chương trình điều khiển hiện hành được lưu trữ trong bộ nhớ bằng các bộ phận lưu trữ điện tử như: RAM, ROM, EPROM Chương trình được tạo ra với sự trợ giúp của một thiết bị lập trình chuyên dùng rồi chuyển vào bộ nhớ của chương trình của PLC.
- ROM: là bộ nhớ chỉ đọc gồm các thanh ghi, mỗi thanh ghi lưu trữ một từ ở bất kì vị trí nào, nó không thay đổi được.
- RAM: là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, là bộ nhớ thông dụng để cất giữ chương trình và dữ liệu của người sử dụng dữ liệu trong RAM có thể thay đổi khi mất nguồn điện, do đó luôn có nguồn nuôi riêng
- EPROM: bộ nhớ truy xuất linh hoạt của RAM và bộ nhớ chỉ đọc không thay đổi trên ROM trên cùng một khối, nội dung của nó có thể xóa hoặc ghi lại được vài lần.
- Nguồn cung cấp: có thể sử dụng DC hoặc AC thông thường nguồn AC cấp điện áp 110V, 220V, nguồn DC là 5V, 24V nguồn nuôi cho bộ nhớ là pin để mở rộng thời gian lưu trữ cho dữ liệu trong bộ nhớ.
- Cổng truyền thông: PLC dùng cổng truyền thông để trao đổi dữ liệu chương trình, các loại cổng truyền thông chuyên dùng là: RS232, RS485, RS432.
Dung lượng bộ nhớ: đối với PLC loại nhỏ thì dung lượng cố định và dung lượng đáp ứng khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp, do giá thành bộ nhớ ngày càng giảm nên các nhà sản xuất PLC ngày càng tăng bộ nhớ càng lớn. ̶š Module đầu vào:
Module đầu vào với các chức năng chuẩn bị các tín hiệu bên ngoài để chuyển vào PLC, nó chứa các bộ lọc và bộ thích ứng mức năng lượng, mạch phối ghép có lựa chọn để ngăn cách giữa mạch trong và mạch ngoài. ̶š Module đầu ra:
Module đầu ra có cấu tạo tương tự như module đầu vào Nó gửi thông tin đầu ra đến các phần tử của máy làm việc vì vậy nhiều module thích hợp với hàng loạt phố ghép khác nhau đã được cung cấp. ̶š Module phối ghép:
Dùng để nối bộ điều khiển lập trình PLC với các thiết bị bên ngoài như : màn hình, thiết bị lập trình hoặc nối với các panel mở rộng Cũng có khi người ta lắp thêm các module phụ để tạo ra các chức năng phụ, trong các trường hợp này cũng phải dùng mạch phối ghép.
- Bộ nhớ duy trình cũng có chức năng như role duy trì nghĩa là bảo tồn dữ liệu khi mất điện và khi nguồn điện trở lại bình thường thì bộ nhớ trở lại tư thế như trước.
- Bộ thời gian của PLC có chức năng tương tự như rơle thời gian.
- Chức năng số học có thể thực hiện được các phép tính toán: cộng, trừ , nhân,chia, so sánh.
Hình 2 2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC
Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) ( còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact, tín hiệu từ động cơ,…). Sau khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lí và đưa các tín hiệu điều khiển qua ngõ ra xuất ra các thiết bị được điều khiển.
Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc trạng thái của các thiệt bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chương trình trong bộ nhớ như sau: chương trình chính sẽ nhận lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa ra thanh ghi lệnh để thi hành Chương trình ở dạng STL(Statement List – Dạng lệnh liệt kê) hay ở dạng LADDER ( dạng hình thang) sẽ được dịch ra ngôn ngữ máy cất trong bộ nhớ chương trình Khi thực hiện trong chương trình, tiếp đó là quá trình truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gởi cập nhật tín hiệu ở ngõ ra được gọi là một chu kì quét (scanning).
Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program Execution), PLC khi cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu này không được truy xuất tức thời để đưa ra (Update) ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra (ON/OFF) phải theo hai bước: khi xử lí thực hiện chương trình, vi xử lí sẽ chuyển đổi các mức logic tương ứng ở ngõ ra trong “chương trình nội” (đã được lập trình) các mức logic này sẽ chuyển đổiON/OFF Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra “thật” (tức tín hiệu được đưa ra tạiModule out) vẫn chưa được đưa ra Khi xử lí kết thúc chương trình xử lí, việc chuyển đổi các mức logic (của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở ngõ ra.
Phân loại PLC
Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu họp đơn và kiểu module nối ghép , kiểu họp đơn thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh.
Kiểu modul ghép nối :gồm nhiều modul riêng cho bộ nguồn, CPU , cổng vào ra,,, được lắp trên thanh ray
Về số lượng đầu vào/ra:
Căn cứ vào số lượng đầu vào/ra , ta có thể phân PLC làm bốn loại :
- Micro PLC là loại có dưới 32 kênh đầu vào/ra.
- PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra.
- PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra.
- PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra.
Các loại sản xuất: ̶š PLC ABB ̶š PLC Mitsubishi ̶š PLC Siemens ̶š PLC Rockwell ̶š PLC Omron ̶š PLC Panasonic ̶š PLC Schneider ̶š PLC Keyence ̶š PLC Delta ̶š PLC Kinco ̶š PLC LS ̶š PLC Virgo ̶š PLC Shihlin ̶š PLC Liyan
Ưu điểm trong tự động hóa.
Thời gian lắp đặt công trình ngắn, dễ dàng thay đổi nhưng không tốn kém về tài chính, có thể tính toán chính xác giá thành, cần ít thời gian làm quen, do phần mềm linh hoạt nên tăng khả năng mở rộng và cải tạo công nghệ. Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng, độ tin cậy cao, dễ bảo trì, chỉ thị vào/ra giúp xử lí sự cố dễ dàng và nhanh hơn, độ tin cậy cao, chuẩn hóa được phần cứng điều khiển, thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn,…
PLC có thể làm việc độc lập hoặc kết nối với nhau, các máy tính chủ tạo ra mạng truyền thông để điều khiển quá trình, người ta gọi là SCADA.
Ứng dụng. ̶š Thu thập các tín hiệu và phản hồi từ các cảm biến. ̶š Liên kết ghép nối lại và đóng mở phù hợp với chương trình. ̶š Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở thông tin thu được. ̶š Phân phát các lệnh đó đến địa chỉ thích hợp. ̶š Được ứng dụng nhiều trong sản xuất, trong các nhà máy xí nghiệp Dùng để điều khiển một quá trình hay một dây chuyền sản xuất,…
Giới thiệu PLC S7-1200 SIEMENS
2.4.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200
PLC viết tắt của Programable Logic Controler là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính ).
S7-1200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau.
Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge ).
Cấu trúc phần cứng
2.5.1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài.
Hình 2 3: Hình dáng bên ngoài của PLC S7-1200.
Siemens Simatic 6ES7223-1BH32-0XB0 : Mô đun SM 1223 Simatics S7-1200
– Loại mô đun kết nối vào / ra dạng kỹ thuật số
– Thiết kế đơn giản, gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng
– Sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau ( vừa và lớn )
– Ứng dụng : ngành công nghiệp ô tô, hệ thống kho tự động, cẩu trục , xây dựng,
– Thích ứng linh hoạt, đáp ứng tốt cho hệ thống tự động hóa
– CPU được phân loại chuyên biệt và rõ ràng, tốc độ xử lý của CPU cao
– Phù hợp cho cấu hình hệ thống trung tâm và trạm phân tán
– Độ tin cậy cao, hoạt động thông minh và hiệu quả.
- Điện áp hoạt động : 24V DC
- Định mức dòng điện : 145 Ma
- Tần số hoạt động : 50~60Hz
- Cổng kết nối : 8 cổng vào digitals
- Cổng kết nối : 8 cổng ra digitals (điện trở 0.5A)
- Biên nhiệt hoạt động : -20ºC ~ 60ºC
- Kích thước sản phẩm : 45 x 100 x 75 (mm)
2.5.2 Các đầu vào và đầu ra số: Đối với PLC Siemens dòng s7-1200 thì có 2 cách đầu nguồn cơ bản như sau:
Một là đối với loại sử dụng nguồn AC bạn nhìn thẳng vào plc ở góc trái phía trên có cặp chân ký hiệu L1 và N Bạn cấp nguồn AC vào 2 chân này là OK Lưu ý bạn nên xem kỹ nguồn ghi ở nhãn plc siemens s7-1200 để tránh cấp nguồn nhầm, bởi vì nếu plc là loại 24VDC mà cấp 220VAC vào thì plc sẽ bị nổ ngay lập tức. Đối với là sử dụng nguồn DC bạn nhìn vào góc trái phía trên của plc siemens s7-
1200 sẽ có chân ký hiệu L+ và M Bạn cấp nguồn +24VDC vào chân L+ và 0VDC và
M Bạn nên dùng VOM đo điện áp của nguồn thật kỹ trước khi cấp nguồn cho plc nhé. ĐẤU DÂY TÍN HIỆU NGÕ VÀO PLC SIEMENS S7-1200 Đối với việc đấu dây tín hiệu ngõ vào cho plc siemens s7-1200 thì giống nhau với tất cả các loại cpu Bạn có thể đấu theo sơ đồ như sau:
Hình 2 4: Hướng dẫn đấu dây tín hiệu ngõ vào plc siemens s7-1200
Chân 1M gọi là chân chung quy định kiểu đấu dây của ngõ vào Nếu nối 1M vào nguồn dây 0V của nguồn DC thì dùng nguồn +DC để kích ngõ vào và ngược lại nếu nối +DC vào chân 1M thì dùng 0V để kích ngõ vào.
Lưu ý: trên PLC có sẵn chân L+ và M dùng để nuôi cảm biến, tuy nhiên nguồn này có dòng ngõ ra khá hạn chế nên bạn chỉ được phép sử dụng để cấp nguồn nuôi cho một số loại cảm biến thu thụ dòng ở mức thấp.
Khi đấu dây cảm biến từ tiệm cận điện dung quang màu hay encoder mắt thần đo tốc độ với PLC Siemens S7-1200 thì các bạn cần phải tra kiểu đấu của từng cảm biến kết hợp với sơ đồ đấu ngõ vào plc như hình trên để đấu cho đúng. ĐẤU DÂY TÍN HIỆU NGÕ RA PLC SIEMENS S7-1200 Đối với dòng plc s7-1200 có 2 loại ngõ ra khác nhau là ngõ ra relay và ngõ ra DC nên các bạn phải dựa vào mã hàng hoặc thông tin trên nhãn để chọn sơ đồ đấu cho chinh xác.
Hình 2 5: Hướng dẫn đấu dây tín hiệu ngõ ra plc siemens s7-1200
Lưu ý khi đấu dây ngõ ra cho PLC Siemens S7-1200 Đối với dạng tín hiệu ngõ ra dạng relay thì ngõ ra plc có tác dụng như công tắc điện vật lý có thể đóng cắt cả điện AC và DC nhưng bạn lưu ý relay của plc là dạng nhỏ nên chỉ sử dụng đóng cắt cho thiết bị có dòng tải nhỏ mà thôi Đối với dạng ngõ ra là relay thì tần số đóng cắt khá thấp.
Còn với PLC có ngõ ra là DC thì bạn bắt buộc phải có tải gắn với ngõ ra Tránh trường hợp nối trực tiếp ngõ ra xuống 0V Đối với dạng ngõ ra DC bạn có thể sử dụng tần số đóng cắt cao liên quan tới một số ứng dụng điều khiển servo.
Hình 2 6: Mô hình tổng quát của một PLC S7-1200. ̶š Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):
+CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.
+CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:
+Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài.
+Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn ̶š Bộ nhớ:
+Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC.
+Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.
+Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện. ̶š Khối vào/ra:
+Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC).
+Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý.
+Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly quang. ̶š Bộ nguồn:
+Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC. ̶š Khối quản lý ghép nối:
+Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp.
Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc/ ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có số chỉ đọc, số còn lại có thể đọc/ghi được. ̶š Vùng nhớ chương trình: Là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh. chương trình Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được. ̶š Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm cũng giống như vùng chương trình, vùng này thuộc kiểu (non-valatile) đọc/ghi được. ̶š Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông ̶š Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng Vùng này không thuộc kiểu non-valatile nhưng đọc/ghi được. ̶š Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình Do vậy sẽ được trình bày chi tiết ở mục tiếp theo.
Hình 2 7: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-1200.
Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT. ̶š OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét. ̶š SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính. ̶š INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra.
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…
Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ để phục vụ cho những mục đích và công dụng khác nhau, bao gồm các vùng sau: ̶š V (Variable memory): Vùng nhớ biến. ̶š I (Input image register): Vùng đệm đầu vào. ̶š Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra. ̶š M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội. ̶š SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt.
Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, Counter, HSC, bộ đệm vào ra tương tự và các thanh ghi chỉ mục.
Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-1200
2.7.1 Ngôn ngữ lập trình plc là gì?
Lập trình PLC là việc con người sử dụng những ngôn ngữ mà PLC hiểu được để giao tiếp với nó, điều khiển nó hoạt động theo ý muốn mà người lập trình đề ra nhằm đáp ứng những yêu cầu thực tiễn
2.7.2 Các ưu điểm của PLC
Khả năng thích nghi: Thiết kế kiểu module cho phép PLC thích nghi nhanh với mọi tính năng điều khiển Khi đã được lắp ghép thì PLC có thể sẵn sàng làm việc ngay Ngoài ra nó còn được sử dụng lại cho các ứng dụng khác một cách dễ dàng. Độ tin cậy cao: Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không cần thiết, tuy nhiên với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết.
Linh hoạt trong việc thay đổi chương trình: Việc thay đổi chương trình được tiến hành khá đơn giản Để thay đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc có sẵn, khá đơn giản, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như không cần mắc nối lại dây. Chính vì vậy hệ thống PLC được nhận định rất linh hoạt và hiệu quả.
Dễ dàng đánh giá nhu cầu: Khi nắm được các đầu vào và đầu ra thì có thể đánh giá được kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ một cách dễ dàng hay thậm chí đánh giá nhanh chóng độ dài chương trình Do đó có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với mục đích.
Khả năng tái tạo cao: Nếu dùng PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle vì giảm phần lớn công lắp ráp.
Không gian tiết kiệm: Trên thực tế, PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với những bộ điều khiển rơle tương đương.
Tích hợp nhiều chức năng: Ưu điểm chính của PLC là có thể sử dụng cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển PLC thường được dùng cho các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiện trong tính toán, đồng thời dễ dàng thay đổi chương trình và thay đổi các thông số.
2.7.3 Các ngôn ngữ lập trình PLC
1 Ngôn ngữ lập trình PLC LAD (Ladder Diagram)
Trước khi Bộ điều khiển lập trình PLC trở nên phổ biến, để điều khiển quá trình sẽ sử dụng công tắc hoặc rơ le cơ học là chủ yếu Các rơ le truyền tải dựa trên logic đơn giản được thực hiện thông qua hệ thống dây vật lý của các thiết bị Hệ thống dây điện của các thiết bị này đã được quy định trong các bản vẽ điện giả định cách bố trí giống như một cái thang.
Sau đó khi công nghệ phát triển, khi các PLC cơ bản nhất được đưa vào lĩnh vực sản xuẩt, LAD là ngôn ngữ lập trình PLC đầu tiên của IEC 61131-3 được thiết kế thay thế các hệ thống điều khiển rơ le có dây cứng và cũng là ngôn ngữ PLC sử dụng phổ biến nhất trên toàn thế giới hiện nay.
Hình 2 8: Ngôn ngữ lập trình LADDER
Trong đó, LAD là từ viết tắt của từ Ladder Diagram, là một ngôn ngữ lập trình PLC dễ dàng vì nó cũng là một dang lập trình đồ họa và với cấu trúc tương tự như những nấc thang nên LAD còn có tên goi khác là sơ đồ bậc thang Tại đây, các ký hiệu khác nhau được kết nối để tạo mã và thực hiện các hành động khác nhau theo mong muốn của người lập trình Ưu điểm:
Ngôn ngữ PLC đơn giản và trực quan, dễ hiểu, dễ thực hiện và khắc phục sự cố LAD có cấu trúc bậc thang dễ sắp xếp, sửa đổi và theo dõi
Hộ trợ ghi chú và chỉnh sửa online rất thuận tiện
Hạn chế: Ngôn ngữ lập trình PLC LAD cho phép người dùng thực hiện nhiều chức năng tuy nhiên, ngôn ngữ này được tiêu chuẩn hóa rất nhiều và không mang lại tính linh hoạt hoàn toàn Có một số hướng dẫn không có sẵn, điều này có thể gây khó khăn cho việc lập trình chuyển động và phân luồng.
> Hầu hết các hãng sản xuất bộ lập trình PLC đều hỗ trợ ngôn ngữ lập trình LAD như: AB, Mitsubishi, B&R, Siemens, Unitronics, Schneider,
2 Ngôn ngữ lập trình PLC FBD (Function Block Diagram)
Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến thứ hai được gọi là FBD (Function Block Diagram) hay còn có tên gọi là sơ đồ khối chức năng FBD cho phép người dùng tạo biểu diễn trực quan và dòng chảy của quá trình với các chuyển đổi thích hợp giữa các hướng dẫn Ngoài ra, với ngôn ngữ FBD chúng ta có thể lập trình cho bất kỳ chức năng nào trong một chương trình PLC. Điểm giống với ngôn ngữ lập trình PLC LAD, FBD cũng là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa Các mạch logic sẽ được hiện thị dựa trên các biểu tượng logic đồ họa sử dụng trong đại số Boolean Nhưng điểm khác nhau là FBD cho phép ta xem các lệnh như là các hộp logic và không có các tiếp điểm và cuộn dây Chương trình logic sẽ được tạo ra bằng việc kết nối các hộp, ngõ ra lệnh này sẽ tác động đến ngõ vào lệnh kia tạo thành chương trình điều khiển logic Phương pháp kết nối này cho phép ta giải quyết được nhiều bài toán logic khác nhau Luôn chuyển đổi từ chương trình FBD sang STL. Ứng dụng phổ biến nhất của ngữ lập trình PLC FBD là thiết lập bộ điều khiển PID và thậm chí là hệ thống SCADA, Khía cạnh trực quan của FBD giúp PID dễ dàng triển khai, trực quan hóa, điều chỉnh và khắc phục sự cố tại hiện trường.
Hình 2 9: Ngôn ngữ lập trình FBD Ưu điểm:
Trình chỉnh sửa trực quan và linh hoạt Các chức năng rất thân thiện với người dùng và dễ dàng theo tác, kéo thả để tạp ra bất kì bố cục nào.
Sơ đồ khối chức năng hoạt động tốt với các điều khiển chuyển động.
Có thể hợp nhất nhiều dòng lệnh thành 1 khối/ nhóm chức năng duy nhất.
> Một số hãng sản xuất PLC hỗ trợ ngôn ngữ lập trình FBD như: AB, Schneider, B&R, Siemens,
3 Ngôn ngữ lập trình PLC ST/STL (Structured Text)
Structured Text "ST/STL" là ngôn ngữ lập trình PLC dựa trên nền tảng văn bản thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh, trong khi ngôn ngữ lập trình LAD và FBD dựa trên nền tảng đồ họa Trong đó, ST được sử dụng tốt nhất cho các hệ thống điều khiển yêu cầu toán học, thuật toán hoặc các nhiệm vụ phức tạp, chương trình có lượng lớn dữ liệu.
Cấu trúc lập trình của ST tương tự với với lập trình BASIC hoặc C và vì dựa trên nền tảng văn bản nên nó cũng chạy nhanh hơn và yêu cầu ít dung lượng hơn Ngoài ra, các ngôn ngữ lập trình PLC khác (LAD, SFC và FBD) đều sử dụng ngôn ngữ ST để lập trình nâng cao cho các thành phần của nó.
Giới thiệu về hệ thống sản xuất tự động
Ngày nay, để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất lượng và ổn định chất lượng sản phẩm, người ta đã đưa vào các dây chuyền thiết bị sản xuất trong công nghiệp các hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc toàn bộ quá trình sản xuất. Cùng với việc sử dụng ngày càng nhiều các hệ thống sản xuất tự động, con người đã cải thiện đáng kể điều kiện lao động như giảm nhẹ được sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, tạo điều kiện cho họ được tiếp cận với các lĩnh vực tiến bộ khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
Trong nền kinh tế thị trường và điều kiện hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế thế giới, vấn đề cạnh tranh ngày càng khốc liệt hơn trên nhiều lĩnh vực như chất lượng, mẫu mã và giá thành sản phẩm Có thể thấy rằng chỉ có thể áp dụng tự động vào quá trình sản xuất mới có thể có cơ hội nâng cao năng xuất, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, đồng thời đảm bảo chất lượng ổn định của sản phẩm cũng như có thể thay đổi mẫu mã sản phẩm một cách nhanh chóng.
Ngày nay, hầu hết các dây chuyền sản xuất sử dụng các hệ thống tự động đã cho phép các doanh nghiệp có thể thay đổi công nghệ một cách dễ dàng và thuận lợi với các bộ điều khiển khả trình như trên các máy công cụ điều khiển theo chương trình số CNC, trên các bộ điều khiển logic khả trình PLC Hơn thế nữa, với sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực công nghệ truyền thông đã chp phép ứng dụng các lĩnh vực tổ chức và điều hành toàn bộ các quá trình sản xuất một cách tối ưu nhất bằng việc sử dụng các công nghệ điều khiển như sử dụng mạng Petri, GRAFCET trong quá trình sản xuất linh hoạt ESM và trong sản xuất tích hợp CIM.
Hình 2 12: Mô hình hệ thống sản xuất tự động
Giới thiệu hệ thống phân loại sản phẩm trong công nghiệp
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tieps tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau.Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam Vì vậy, hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại sản phẩm Còn rất nhiều dạng phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: Phân loại sản phẩm theo kích thước, Phân loại sản phẩm theo mã vạch, Phân loại sản phẩm theo màu sắc Vì có nhiều phương pháp phân loại khác nhau nên có nhiều thuật toán, hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau Ví dụ như muốn phân loại vải thì cần phân loại về kích thước và màu sắc, về nước uống cần phâm loại theo chiều cao, khối lượng
Phân loại sản phẩm dựa vào chiều cao của sản phẩm: sử dụng những cảm biến phân loại chiều cao sẽ được đặp trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc theo chiều cao nào sẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân lọai đúng Phát hiện chiều cao bằng cách sử dụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một màu chính được phản xạ bởi các chiều cao khác nhau theo các thuộc tính chiều cao của đối tượng Bằng cách sử dụng công nghệ lọc phân cực đa lớ gọi là FAO, cảm biến E3MC phát ra cao, thấp và bình thường sáng trên một trục quang học đơn E3MC sẽ thu ánh sáng phản chiều của các đối tượng trông qua các cảm biến nhận và sử lý tỉ lệ theo chiều cao, thấp, bình thường để ánh sáng để phân biệt chiều cao của vật cần cảm nhận.
THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MÔ HÌNH
LỰA CHỌN THIẾT BỊ, LINH KIỆN
Hình 3 1: Servo MG995 Ứng dụng: Động cơ RC Servo MG995 chuyên dụng cho tay lái điều khiển từ xa: là loại có mô men xoắn lớn, chạy mượt mà phù hợp cho những mô hình điều khiển có tải trọng lớn như cánh tay robot, mô hình máy bay, robot nhện…. Động cơ sử dụng chất liệu có độ bền cao, có bánh răng bằng đồng giúp cho động cơ đạt độ bền cao.
Thông số: Điện áp hoạt động 3.5 ~ 8.4v
Dòng điện cung cấp