Tài liệu hướng dẫn lập trình SFC cho PLC của MISTSUBISHI họ FX CPU bằng phần mềm GX developer

Tài liệu hướng dẫn lập trình SFC cho PLC của MISTSUBISHI họ FX CPU bằng phần mềm GX developer

Hà Nội – 11/2012

1

I Tổng quan về ngôn ngữ SFC cho PLC họ FX 3

3 Các thao tác cơ bản trong lập trình SFC 5

II Các biểu tượng sử dụng trong lập trình SFC cho PLC họ FX CPU 6

Grafcet viết ở phần này đều được trích từ tài liệu học tập môn Điều khiển logic và PLC của thầy

Dương Minh Đức - Viện Điện - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội)

Grafcet (Graphe Fonctinnel de Conmmande Étape Transition) là một đồ hình chức năng

cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệ thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ trạng thái này sang trạng thái khác, đó là một graph định hướng và được xác định bởi các phần tử sau:

G={E,T,A,M}

Trong đó:

 E={E1, E2,…,Em} là tập hữu hạn các trạng thái (giai đoạn) của hệ thống Mỗi trạng thái ứng

với những tác động nào đó của phần điều khiển và trong một trạng thái các hành vi điều khiển

là không thay đổi Một trạng thái có hai khả năng là hoạt động và không hoạt động Điều khiển chính là thực hiện các mệnh đề logic chứa các biến vào và các biến ra để hệ thống có được một trạng thái xác định trong hệ và đó cũng chính là một trạng thái của Grafcet

 T={t1,t2,…,tp} là tập hữu hạn các chuyển tiếp (chuyển trạng thái) Hàm Boole gắn với một

chuyển tiếp được gọi là “một tiếp nhận” Giữa hai trạng thái luôn luôn tồn tại một chuyển tiếp

 A={a1,a2,…,an} là tập các cung định hướng nối giữa một trạng thái này với một chuyển tiếp

hoặc giữa một chuyển tiếp với một trạng thái

 M={m1,m2,…,mm) là tập các giá trị 0 và 1 Nếu mi=1 thì trạng thái thứ I là hoạt động, nếu

mi=0 thì trạng thái i không hoạt động

Về các kí hiệu của các trạng thái, chuyển tiếp, phân nhánh trong Grafcet, các bạn có thể tìm hiểu

(hoặc đọc lại) trong tài liệu giảng dạy của thầy Dương Minh Đức

2 Giới thiệu về ngôn ngữ SFC cho PLC họ FX

 Các Step hay còn gọi là SFC process (In GX Developer, an SFC process is called a "step") trong ngôn ngữ SFC, tương ứng với Grafcet là các trạng thái E Mỗi Step (S) đều được đánh số tương tự các trạng thái E Ví dụ Step S1, S2, S3,… tương tự các trạng thái E1, E2, E3…

Các Step chính là các Rơ-le trạng thái trong PLC (State Relay) Các Step bắt đầu từ S0-S9 được gọi là các Step khởi tạo (Initial Step), và luôn là Step đầu tiên bắt đầu cho một khối SFC (SFC Block) Các Step bắt đầu từ S10 trở đi được sử dụng như các Step thông thường, số Step

tối đa cho một khối SFC là 512 Step.Mỗi Step (hay State Relay) được nối với một mạch điện

nội(internal circuit) bên trong PLC.Trạng thái hoạt động của các mạch điện nội kết nối với các

Step được phân thành 3 trạng thái là ON, OFF, và không hoạt động, được miêu tả như hình dưới

4

Hình 1- Các trạng thái hoạt động của mạch điện nội

 Các chuyển tiếp tương ứng trong Grafcet, được gọi là các Transition trong ngôn ngữ SFC Các Transition được đánh số như các Step Như ở hình trên, các Transistion đều được nối với các mạch điện nội Khi thõa mãn điều kiện chuyển, thì Step tiếp theo được hoạt động, và Step trước

Hình 2- Số Step "tiếp theo" cho mỗi phân nhánh

 Trong ngôn ngữ SFC, để chuyển tới các Step ở trước đó, hay ở một khối SFC khác, có thể dung

biểu tượng nhảy(Jump Symbol) Các thuộc tính kèm theo như sau:

Nhảy tới một Step khác Step khác có thể nằm trong cùng khối với Step trước đó, hoặc nằm ở một khối khác

5

Reset Step: Nếu sử dụng biểu tượng này thì Step đích sẽ được Reset khi điều kiện chuyển thõa mãn

 Lệnh RET: Trong lập trình SFC cho FX CPU, lệnh RET sẽ được tự động thêm vào sau mỗi

“khối” (Block), người viết chương trình không phải thêm lệnh RET ở cuối mỗi Block Và lệnh RET cũng sẽ không được hiển thị , như đối với lập trình bằng ngôn ngữ Ladder

 Người lập trình có thể viết các “chú thích” (comment) cho các Step, nhưng đối với FX CPU, việc viết các “chú thích” cho các Transition sẽ không được cho phép

3 Các thao tác cơ bản để viết và sửa một chương trình SFC cho PLC họ FX CPU

Các thao tác cơ bản được minh họa như hình sau, Hình 3

Hình 3- Các thao tác cơ bản để tạo/sửa chương trình SFC

6

II- Các biểu tượng sử dụng trong lập trình SFC cho PLC họ FX CPU

Các biểu tượng sử dụng trong lập trình SFC cho PLC họ FX CPU của MITSUBISHI sử dụng phần mềm GX Developer

Các biểu tượng được chia thành các lớp và được biểu diễn bởi các hình như sau:

 Lớp Ladder (Ladder Class):

 Khối Ladder (Ladder Block):

 Lớp Step (lớp các trạng thái):

 Step khởi tạo: với i là số thứ tự của Step (Step number)

 Step thông thường: số Step tối đa cho mỗi khối SFC (SFC Block) là 512

 Lớp chuyển tiếp (Transition Class):

 Chuyển tiếp nối tiếp (Series Transition):

 Rẽ nhánh lựa chọn (Selective Branch):

Selective Branch trong ngôn ngữ lập trình SFC chính là phân nhánh phân kỳ “HOẶC”

trong Grafcet

 Hội tụ lựa chọn: (Selective Coupling):

Selective Coupling trong ngôn ngữ lập trình SFC chính làphân nhánh hội tụ “HOẶC”

trong Grafcet

 Rẽ nhánh song song (Parallel Branch):

Parallel Branch trong ngôn ngữ lập trình SFC chính là phân nhánh phân kỳ “VÀ” trong

Grafcet

 Hội tụ song song (Parallel Coupling):

Parallel Coupling trong ngôn ngữ lập trình SFC chính là phân nhánh hội tụ “VÀ” trong

Grafcet

 Chuyển tiếp Jump:

Chuyển tiếp Jump dùng để nhảy tới một Step trước đó nằm trong cùng một khối SFC hoặc nằm ở một khối SFC khác

 Reset JUMP:

Reset JUMP sẽ reset trạng thái của Step đích, và nhảy về Step trước đó của chuyển tiếp

7

Bảng sau tổng hợp lại các biểu tượng sử dụng trong lập trình SFC cho PLC họ FX CPU

Bảng 1-Các biểu tượng trong lập trình SFC cho FX CPU

8

Hình 4-Cửa sổ lập trình SFC

Hình trên là cửa sổ người dùng trong lập trình SFC cho PLC bằng phần mềm GX Developer Cửa sổ

làm việc bao gồm các vùng sau:

1) Vùng hiển thị tên Project, số các Step được sử dụng, số thứ tự của Block đang được chỉnh sửa

(Block number), chế độ của Project…

2) Các tab Menu trên thanh Menu

3) Các biểu tượng trên thanh công cụ

4) Vùng hiển thị các thông tin của Project

9

5) Vùng viết/chỉnh sửa lưu đồ SFC

6) Vùng lập trình các hoạt động đầu ra hoặc lập trình điều kiện cho các chuyển tiếp (hay là Internal circuit như đã nói ở phần trên) Ngôn ngữ dùng cho vùng này là Ladder

7) Loại CPU được sử dụng trong Project

8) Hiển thị chế độ chỉnh sửa (Edit mode)

Để tạo lưu đồ SFC, các biểu tượng (SFC symbol) được lấy ra, đặt vào khối SFC, sau đó kết nối các biểu tượng lại với nhau theo một trình tự

Để lấy ra các biểu tượng, người lập trình có thể sử dụng một trong 4 cách sau:

 Sử dụng các “Nút” trên thanh công cụ (Toolbar button)

 Sử dụng các phím chức năng (Function key)

 Sử dụng các Menu trên Toolbar

 Hoặc nhấn phím Enter trong vùng viết/chỉnh sửa SFC

Khi sử dụng một trong các cách trên, một của sổ hiện ra cho phép lựa chọn biểu tượng cần lấy gọi là cửa sổ Enter SFC symbol Với cửa sổ này, người lập trình có thể lấy ra biểu tượng cần thiết

Hình 5-Cửa sổ Enter SFC symbol

Trong lập trình SFC cho FX CPU, toàn bộ chương trình được chia thành các “KHỐI” (Block), tương ứng cho mỗi phân đoạn của quá trình sản xuất Các Block được chia thành hai loại là SFC Block, hay Ladder Block Khi lập trình cho mỗi Block, người lập trình cần chọn loại Block cho Block đó, là SFC Block hay Ladder Block Với Ladder Block, ngôn ngữ lập trình là Ladder như thông thường với SFC Block, ngôn ngữ lập trình là SFC, chính là các biểu tượng SFC (SFC Symbol) đã nói ở trên

Trong vùng 4, Vùng hiển thị các thông tin của Project, chọn Program => Main, danh sách các block

10

Hình 6- Đặt tiêu đề và thiết lập một Ladder Block

Hình 7 - Đặt tiêu đề và thiết lập một SFC Block

Như đã nói ở trên, khi một Block là Ladder Block, thì ngôn ngữ lập trình cho Block sẽ là ngôn ngữ Ladder như thông thường.Nên trong phần này sẽ không đề cập tới việc viết chương trình cho một khối

là Ladder Block.Với một Block là SFC Block, ngôn ngữ lập trình là SFC với các biểu tượng đã được

11

giới thiệu ở trên.Phần sau đây sẽ hướng dẫn việc lấy ra các biểu tượng (SFC symbol) dùng trong lập trình SFC

a) Tạo một Step (trạng thái)

Từ cửa sổ lập trình nhấn phím F5 , hoặc nhấn chuột vào biểu tượng tương ứng trên thanh công

cụ, xuất hiện cửa sổ Enter SFC Symbol

Hình 8 - Tạo một Step

Ở phần Symbol nhấn nút thả xuống và chọn Step như hình sau:

Hình 9 - Lựa chọn thuộc tính cho Symbol là Step

 Số thứ tự của Step (Step number): ngay cạnh phần Symbol chính là số thứ tự của Step Nếu để

mặc định, số thứ tự của Step được tự động tăng lên so với Step trước đó Người lập trình có thể tùy chọn chỉnh sửa số thứ tự của Step, với số thứ tự mới không được trùng số với các Step trước đó (không kể Step trước đó ở trong cùng một Block hay Block khác) Các Step có số thứ

tự từ 0 tới 9 được gọi là các Step khởi tạo (Initial Step) như đã nói ở trên

 Step attribute: thuộc tính của Step bị ẩn khi CPU là FX CPU Nên không cần quan tâm tới

Step attribute

 Comment: để bổ sung thêm thông tin cho Step, ngoài số thứ tự của Step, Comment cho phép

người lập trình viết thêm các thông tin khác, và được hiển thị ở cửa sổ lập trình nếu chế độ hiển

thị Comment được bật

 Chú ý: tổng số Step tối đa cho mỗi Block không được vượt quá 512 Step Ngoài các Step thông

thường và Step khởi tạo, Dummy Step cũng được sử dụng trong lập trình SFC Các Dummy

Step cũng chính là các Step thông thường, nhưng không được lập trình đầu ra hay nói cách

khác là Step đó không được nối với mạch điện nội nào

12

Hình 10 - Tạo một Transition

Cũng giống với việc tạo một Step, một Transition cũng được đánh số Số thứ tự của các Transition cũng được tự động tăng lên, hoặc người lập trình có thể đánh số khác cho Transition Sự khác biệt với Step đó là, số thứ tự của Transition chỉ có ý nghĩa trong Block, hay nói cách khác, các Transistion ở các Block khác nhau có thể có cùng số thứ tự

Với lập trình SFC cho FX CPU, việc bổ sung thêm thông tin cho Transition thông qua Comment không được hỗ trợ Và ô Comment sẽ bị ẩn

c) Tạo Selective Brach

Từ cửa sổ lập trình, nhấn phím F6, trong phần Symbol của cửa sổ Enter SFC Symbol xuất hiện, lựa chọn thuộc tính của Symbol là D như hình vẽ

Hình 11 - Tạo Selective Branch

Ngay cạnh phần Symbol, gọi là số lượng nhánh (Number of Branch) Khi số lượng nhánh là 1, thì giữ nguyên giá trị mặc định là 1.Nếu số lượng nhánh nhiều hơn 1, người lập trình có thể thay thế một giá trị khác phù hợp với số lượng nhánh cần sử dụng Khi giá trị của số lượng nhánh được nhập vào là số dương thì nhánh sẽ được tạo từ trái sang phải, nếu một số bé hơn không được nhập vào, thì nhánh sẽ được tạo từ phải qua trái như hình vẽ sau

Hình 12 - Số lượng nhánh có giá trị âm.

13

d) Tạo Parallel Branch

Từ cửa sổ lập trình, nhấn phím F7, trong phần Symbol của cửa sổ Enter SFC Symbol xuất hiện, lựa chọn thuộc tính của Symbol là ==D như hình vẽ

Hình 13 - Tạo Parallel Branch

Tương tự với việc tạo một Selective Branch, số lượng nhánh cũng có thể được thay đổi theo mong muốn

e) Tạo Selective Coupling

Từ cửa sổ lập trình, nhấn phím F8, trong phần Symbol của cửa sổ Enter SFC Symbol xuất hiện, lựa chọn thuộc tính của Symbol là C như hình vẽ

Hình 14 - Tạo Selective Coupling

Việc chọn số lượng nhánh tương tự như trên

f) Tạo Parallel Coupling

Từ cửa sổ lập trình, nhấn phím F9, trong phần Symbol của cửa sổ Enter SFC Symbol xuất hiện, lựa chọn thuộc tính của Symbol là ==C như hình vẽ

Hình 15 - Tạo Parallel Coupling

Việc chọn số lượng nhánh tương tự như trên

g) Tạo Jump transition

Từ cửa sổ lập trình, nhấn phím F8, trong phần Symbol của cửa sổ Enter SFC Symbol xuất hiện, lựa chọn thuộc tính của Symbol là JUMP như hình vẽ

Hình 16 - Tạo Jump transition

14

Ngay cạnh phần thuộc tính của Symbol, được gọi là Số thứ tự của Step đích (Jump destination

step number), giá trị trong ô này chính là số thứ tự của Step muốn nhảy tới khi thõa mãn điều kiện chuyển Step đích (destination step) có thể nằm trong cùng một Block, hoặc nằm ở một Block khác

Ở phần thuộc tính của Jump Transition, ô Step Attribute, lựa chọn thuộc tính là [ ], có ý nghĩa,

Jump transition này là một lệnh nhảy thông thường

h) Tạo Reset jump

Tương tự như đối với việc tạo Jump transition, việc tạo Reset Jump được thực hiện như việc tạo

Jump transition.Nhưng ở phần Step attribute, thuộc tính được lựa chọn là [R] Có ý nghĩa Jump

transition này là một Reset jump

Khi điều kiện chuyển thõa mãn, Reset jump được thực hiện Trạng thái của Step đích được reset, nhưng sẽ không nhảy đến Step đích mà nhảy về Step trước Reset jump

Hình 17 - Tạo Reset jump

i) Thay đổi chương trình

Sau khi viết xong chương trình, nếu muốn thay đổi, người lập trình có thể nháy đúp vào biểu tượng muốn thay đổi, cửa sổ Enter SFC symbol sẽ xuất hiện, người lập trình có thể thay đổi các thông số cho các biểu tượng theo ý muốn Ngoài ra có thể chèm thêm hay xóa bỏ các biểu tượng, được minh họa như các hình sau

Hình 18 - Chèm thêm dòng mới

Hình 19 - Chèm thêm cột mới

15

Hình 20 - Xóa một dòng

Hình 21 - Xóa một cột

16

IV- Ví dụ minh họa

Phần trên trình bày các thành phần của ngôn ngữ SFC dùng cho PLC họ FX CPU, và cách tạo các SFC symbol để tạo lưu đồ SFC.Phần này sẽ đưa ra các ví dụ, trình bày từng bước việc viết một chương trình SFC như thế nào sử dụng chương trình GX Developer.Sau đó chạy mô phỏng các chương trình bằng GX Simulator

1- Ví dụ 1

Có hai công việc được phân chia thời gian thực hiện như sau: công việc thứ nhất CVI được thực hiện trong khoảng thời gian t1, sau khi hết thời gian t1 tạm dừng thực hiện công việc CVI và chuyển sang thực hiện công việc thứ hai là CVII trong khoảng thời gian t2 Hết thời gian t2, tạm dừng công việc CVII và chuyển sang thực hiện công việc CVI với thời gian t1 Cứ thế lặp đi lặp lại.Ở trạng thái đầu tiên, các công việc đều bị tạm dừng, chỉ khi nào nhấn nút Start thì mới bắt đầu quá trình

Để giải quyết bài toán trên bằng PLC, trước tiên ta quy định các đầu vào/ra tương ứng với các công việc được thực hiện Ta có bảng vào/ra như sau:

17

 Khởi động phần mềm GX Developer

 Tạo một Project mới bằng cách nhấn biểu tượng New trên thanh công cụ Chọn PLC series là

FXCPU Chọn PLC type là FX3U(C) Phần Program type, chọn loại chương trình là SFC

Như hình minh họa phía dưới

Sau khi nhấn OK, sẽ xuất hiện danh sách Block list, với các Block chưa được lập trình như

hình dưới

Sau khi xuất hiện danh sách các Block, ta bắt đầu viết chương trình cho các Block để thực hiện được công việc theo yêu cầu

 Chọn Block thứ hai (Block No.1) Nháy đúp chuột, cửa sổ Block information setting xuất hiện

Ta điền các thông tin cho Block:

+ Block title: đặt tên cho Block là Thuc hien cong viec

+ Block type: chọn Block type là SFC

18

Sau khi cài đặt xong thông tin cho Block, nhấn Execute để vào cửa sổ viết chương trình cho

Block

 Mặc định Step S0 và Transition 0 đã được thêm vào chương trình Như đã nói ở trên các Step

từ S0 tới S9 là các Step khởi động, nên ta sẽ không viết chương trình đầu ra cho Step S0 + Chọn Transition 0 (Click chuột vào Transition 0) :

19

+ Ở phần bên trái, ta viết điều kiện chuyển bằng Ladder cho Transition 0 như sau:

Click chuột sang phần bên phải:

Nhấn F5, sau đó chọn đầu vào là X0 như bảng vào ra đã chọn ở phía trên Nhấn OK

Sau khi nhấn OK:

20

Tiếp theo nhấn F8 Rồi nhấn Enter Chú ý: sau khi nhấn F8, cửa sổ Enter symbol xuất hiện, nhưng không viết gì vào cửa sổ Enter symbol, mà nhấn phím Enter

Sau khi nhấn Enter:

( [TRAN ] chính là chuyển tiếp Khi X0 ON, thì TRAN sẽ được tích cực và trạng thái

tiếp theo được hoạt động Trạng thái phí trước sẽ bị ngừng hoạt động Khi nhấn F8, chúng ta

không phải gõ vào TRAN, nếu TRAN được gõ vào cửa sổ Enter symbol thì khi nhấn Enter sẽ

báo lỗi)

Sau khi viết xong đầu ra cho một Step hay điều kiện chuyển cho một Transition, chúng ta phải

Convert đoạn chương trình Ladder vừa viết cho Step hoặc Transition Nếu không Convert đoạn

chương trình Ladder đó, khi chuyển sang Transition khác hay Step khác, đoạn chương trình Ladder cho Step hoặc Transition đó sẽ bị xóa

Để Convert, ta nhấn phím F4, và màu nền đoạn chương trình Ladder cho Step hoặc Transition

đó sẽ chuyển sang màu trắng thông báo đã được Convert như hình phía dưới