2.1 PLC: Thiết bị điều khiển logic khả trình Programmable Logic Control, viết tắt thành PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ng
Trang 1CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PLC
Trang 22.1 PLC:
Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt
thành PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số
Bộ điều khiển logic khả trình là ý tưởng của một nhóm kỹ sư hãng General Motors vào năm 1968 và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp:
Dễ lập trình và dễ thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong nhà máy
Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì và sửa chữa
Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp
Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ gọn hơn mạch role chức năng tương đương
Giá thành có khả năng cạnh tranh cao
Đặc trưng của kỹ thuật PLC là việc sử dụng vi mạch để xử lý thông tin Các ghép nối logic cần thiết trong quá trình điều khiển được xử lý bằng phần mềm do người sử dụng lập nên và cài đặt vào Chính do đặc tính này mà người sử dụng có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hóa khác nhau trên cùng một bộ điều
khiển và hầu như không phải biến đổi gì ngoài việc nạp những chương trình khác nhau Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình
điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan)
Để thực hiện một chương trình điều khiển tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó để phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối
Trang 3chức năng đặc biệt khác như là bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và các khối hàm chuyên dụng
Sự ra tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất trên thế giới hoàn chỉnh các họ PLC với mức độ khác nhau về khả năng, tốc
độ xử lý và hiệu xuất 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 module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng:
Xử lý tín hiệu liên tục (Module Analog)
Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước
Truyền thông
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi mạch, kỹ thuật PLC đã có những bước tiến bộ vượt bậc Có thể nói nếu không có kỹ thuật PLC thì không có tự động hóa trong các ngành công nghiệp
2.2 Sơ đồ tổng quát của PLC:
Hầu hết các họ PLC của các hãng sản xuất trên thế giới đều có các module chính như sau:
- Bộ xử lý trung tâm CPU: là bộ não của PLC, xử lý chương trình điều khiển
- Bộ vào/ra (Input/Output Module): nhận tín hiệu vào và gửi tín hiệu ra
- Bộ nhớ (Memory Module): dùng để chứa chương trình điều khiển dữ liệu
Trang 4Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá
về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU Các module còn lại là những module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển
động cơ Chúng được gọi chung là module mở rộng Tất cả các module được gá trên những thanh Rail
2.3 Lụùi ớch cuỷa vieọc sửỷ duùng PLC:
Cuứng vụựi sửù phaựt trieồn cuỷa phaàn cửựng laón phaàn meàm, PLC ngaứy caứng taờng ủửụùc tớnh naờng cuừng nhử lụùi ớch cuỷa PLC trong hoaùt ủoọng coõng nghieọp Kớch thửụực cuỷa PLC hieọn nay ủửụùc thu nhoỷ laùi ủeồ boọ nhụự vaứ soỏ lửuụùng I/O caứng nhieàu hụn, caực ửựng duùng cuỷa PLC caứng maùnh hụn giuựp ngửụứi sửỷ duùng giaỷi
quyeỏt ủửụùc nhieàu vaỏn ủeà phửực taùp trong ủieàu khieồn heọ thoỏng Lụùi ớch ủaàu tieõn cuỷa PLC laứ heọ thoỏng ủieàu khieồn chổ caàn laộp ủaởt moọt laàn ( ủoỏi vụựi sụ ủoà heọ
thoỏng, caực ủửụứng noỏi daõy, caực tin hieọu ụỷ ngoừ vaứo/ra…), maứ khoõng phaỷi thay ủoồi keỏt caỏu cuỷa heọ thoỏng sau naứy, giaỷm ủửụùc sửù toỏn keựm khi phaỷi thay ủoồi laộp ủaởt khi ủoồi thửự tửù ủieàu khieồn (ủoỏi vụựi heọ thoỏng ủieàu khieồn relay) khaỷ naờng chuyeồn ủoồi heọ ủieàu khieồn cao hụn (nhử giao tieỏp giửừa caực PLC ủeồ truyeàn dửừ lieọu ủieàu khieồn laón nhau), heọ thoỏng ủửụùc ủieàu khieồn linh hoaùt hụn Khoõng nhử caực heọ thoỏng cuừ, PLC coự theồ deó daứng laộp ủaởt do chieỏm moọt khoaỷng khoõng gian nhoỷ hụn nhửng ủieàu khieồn nhanh, nhieàu hụn caực heọ thoỏng khaực ẹieàu naứy caứng toỷ
ra thuaọn lụùi hụn ủoỏi vụựi caực heọ thoỏng ủieàu khieồn lụựn, phửực taùp, vaứ quaự trỡnh laộp ủaởt heọ thoỏng PLC ớt toỏn thụứi gian hụn caực heọ thoỏng khaực
Cuoỏi cuứng laứ ngửụứi sửỷ duùng coự theồ nhaọn bieỏt ủửụùc caực truùc traởc heọ thoỏng cuỷa PLC nhụứ giao dieọn qua maứn hỡnh maựy tớnh (moọt soỏ PLC theỏ heọ sau naứy coự khaỷ
Trang 5năng nhận biết được các hỏng hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo lại cho người sử dụng) Điều này làm cho việc sửa chữa thuận lợi hơn
2.4 Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC:
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng mở (on/off) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:
Hóa học và dầu khí: định áp suất dầu, bơm dầu, điều khiển hệ
thống ống dẫn, cân đong trong hàng hóa
Chế tạo máy và sản xuất: tự động hóa trong chế tạo máy, cân
đong, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…
Bột giấy, giấy, xử lý giấy Điều khiển máy băm, quá trình ủ
bột, quá trình căng gia nhiệt…
Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu,
cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy…
Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản
phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây…) cân đong, đóng gói, hòa trộn…
Kim loại: điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản
xuất, kiểm tra chất lượng
Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý
trong các turbin…) các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ…)
Trang 62.5 PLC OMRON (CP1L M40DR - A):
Tối đa 160 I/O, RS-232 / 485 / 422
Kết nối với module mở rộng tương tự như cho loại CPM1 (tối đa 3 module
cho CPU 30,40, 60 I/O và 1 cho CPU 14, 20 I/O))
Đầu vào analog 0-10V (256)
Đầu vào / ra xung 100kHz
Bộ nhớ 5/10Kstep, có bộ nhớ ngoài,
Bộ hiển thị LCD gắn ngoài (CP1W-DAM01) giúp theo dõi, điều chỉnh thông
số tại chỗ
Lập trình cổng USB bằng CX-Programmer
Chạy mô phỏng bằng CX-Simulator
Địa chỉ bộ nhớ vào ra của các loại PLC họ CP1L/1H (14,20,30,40,60 I/O)
Đầu nối trên module PLC
Số lượng dầu vào
14 8 đầu:
000.00 đến 000.07
6 đầu 100.00 đến 100.05
000.00 đến 000.11
8 đầu:
100.00 đến 100.07
30
18 đầu:
000.00 đến 000.11 và 001.00 đến 001.05
12 đầu:
100.00 đến 100.07 và 101.00 đến 101.03
000.00 đến 000.11 và
16 đầu:
100.00 đến 100.07và
Trang 7001.00 đến 001.11 101.00 đến 101.07
60
36 đầu:
000.00 đến 000.11, 001.00 đến 001.11 và 002.00 đến 002.11
24 đầu:
100.00 đến 100.07, 101.00 đến 101.07 và 102.00 đến 102.07
Các vùng nhớ trong CP1L/1H
Bộ nhớ trong PLC được chia thành các vùng (area) khác nhau với các chức
năng riêng biệt như sau:
Tính năng chính của PLC CP1L:
Module CP1L chính cung cấp 6 loại với số lượng I/O khác nhau : 10, 14, 20,
30, 40 và 60 I/O Tất cả đều có sẵn cổng USB
Có thể lắp thêm tối đa là 1 (với loại 14 & 20 I/O) hoặc 3 module mở rộng (với loại 30, 40 & 60 I/O) (xem bảng 3)
Input time constant : để giảm ảnh hưởng do nhiễu hay do tín hiệu vào lập bập không ổn định, đầu vào của CP1L/1H có thể được đặt một hằng số thời gian
trễ là 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 hay 128 ms
Lập trình bằng ngôn ngữ bậc thang (ladder), dòng lệnh (statement list), lệnh
có cấu trúc (Structured text), Khối lệnh (Function Block) hoặc lưu đồ (SFC)
bằng phần mềm chạy trong Windows với CX-Programmer Không hỗ trợ bộ
lập trình cầm tay
Có 2 chiết áp chỉnh độ lớn thanh ghi bên trong PLC (Analog Volume
Trang 8Adjustment) với khoảng thay đổi giá trị từ 0-250 (BCD) thích hợp cho việc
chỉnh định timer hoặc counter bằng tay
Có thể nhận xung vào từ Encoder với 2 chế độ chính :
- Incremental mode 100 KHz
- UP/DOWN mode 50 KHz
Có Interval Timer tốc độ cao với thời gian đặt từ 0.5 ms - 319.968 ms Timer
có thể được đặt để kích hoạt ngắt đơn (One-shot Interrupt) hoặc lặp đi lặp lại ngắt theo định kỳ (scheduled interrupt)
Có đầu vào tốc độ cao để phát hiện các tín hiệu với độ rộng xung ngắn (tới
50 microsec) không phụ thuộc vào thời gian quét chương trình
Truyền thông theo chuẩn Host Link/NT Link hoặc 1:1 Data Link qua cổng RS- 232C/RS422/485 trên board cắm thêm trên CPU Unit
1 Analog Setting Function
Bộ CP1L/1H có sẵn 1 chiết áp đầu vào & 1 đầu nối chiết áp ngòai để chỉnh giá trị thanh ghi bên trong PLC (Analog Adjuster) với độ phân giải 8 bit và khoảng
giá trị thay đổi từ 0-255 (BCD)
Chiết áp Analog Adjuster -> Word A642
Đầu nối chiết áp Analog ngòai -> Word A643
Trang 9
2 Giao tiếp truyền thông (Communications)
3 Giao tiếp dùng Host Link
Giao tiếp dùng giao thức Host Link của Omron cho phép tới 32 bộ PLC
có thể được kết nối với 1 máy tính chủ (Host Computer) Host Link có thể dùng trên đường truyền RS-232C hoặc RS-422C Khi dùng RS-232C chỉ
Trang 10422 cho phép kết nối tới 32 PLC trên mạng với 1 máy tính (1:n) Có thể
dùng cổng RS-232C hoặc cổng RS-422C
Kết nối 1:1
Kết nối 1:n
Sơ đồ sau đây cho phép kết nối tới 32 PLC với 1 máy tính dùng cáp truyền
RS-422
• Khoảng cách tối đa khi dùng cáp RS-422 là 500m
Loại adapter dùng cho kết nối 1:
Chi tiết về các bộ lệnh Host Link cho lập trình phần mềm kết nối giữa PLC với máy tính, xin tham khảo cuốn “Programming Manual” và “Operation Manual”
của CP1L/1H
Trang 114 Liên kết dữ liệu 1: 1 giữa 2 PLC (1:1 PC Link)
Có thể thiết lập một liên kết dữ liệu (data link) của bộ nhớ giữa 1 bộ CP1L/1H với 1 bộ PLC loại CPM1/2(A), CP1L/1H, CQM1, C200HS, C200HE/G/X hay
SRM1 Để thực hiện liên kết cần có cáp RS-232C Sau khi liên kết dữ liệu giữa 2 PLC đã được tạo lập, dữ liệu trong vùng liên kết của 2 PLC này sẽ được tự động
trao đổi giữa 2 PLC mà không cần lập trình
Kết nối 1:1 PLC Link dùng cổng Peripheral Port (hình trên) và cổng RS-232C
(hình dưới)
Ví dụ về liên kết 1:1 giữa 2 bộ CP1L/1H
Trong mỗi bộ CP1L/1H, có một vùng bộ nhớ đặc biệt gọi là "1:1 Link Area"
làm nhiệm vụ trao đổi dữ liệu giữa 2 PLC đã được thiết lập kết nối dữ liệu kiểu
1:1 Đây là các thanh ghi 16 bit có địa chỉ từ CIO 3000 đến CIO 3015 (tổng cộng
16 word/128 bit), trong đó 8 word cho việc ghi, 8 word cho việc đọc (Lưu ý: các series PLC loại C
Series dùng vùng nhớ LR cho 1:1 Link Area) Khi kết nối, một PLC phải được đặt là master, còn PLC kia là slave
Trang 125 Truyền thông dùng NT Link
NT Link cung cấp phương tiện trao đổi dữ liệu nhanh bằng phương thức truy
cập trực tiếp giữa bộ CP1L/1H với màn hình Programmable Terminal-PT trực
tiếp với cổng RS-232C hoặc RS-422/485 (cần có card RS232 hoặc RS-422/485
cắm trên CP1L/1H)