Đồ án tốt nghiệp giới thiệu về PLC

Tổng quát , một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ , thiết bị điện tử , được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định , sự chính xác , sự chuyển đổi nhịp nhàng của một qui trình hoặc một hoạt động sản xuất . Nó thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ , từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn . Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hoá hoàn toàn, đó là PLC , nó được sử dụng kết hợp với máy tính chủ . Ngoài ra , nó còn giao diện để kết nối với các thiết bị khác ( như là : bảng điều khiển, động cơ , contact , cuộn dây,.....) . Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn . Ngoài ra , nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng. Từ hình 1.1 ta thấy: PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu nó không được kết nối với các thiết bị cảm ứng . Nó cũng không cho phép bất kỳ các máy móc nào hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với động cơ. Và tất nhiên , vùng máy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt.

Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ : Tổng quát , hệ thống điều khiển tập hợp dụng cụ , thiết bị điện tử , dùng hệ thống cần đảm bảo tính ổn định , xác , chuyển đổi nhịp nhàng qui trình hoạt động sản xuất Nó thực yêu cầu dụng cụ , từ cung cấp lượng đến thiết bị bán dẫn Với thành phát triển nhanh chóng cơng nghệ việc điều khiển hệ thống phức tạp thực hệ thống điều khiển tự động hoá hồn tồn, PLC , sử dụng kết hợp với máy tính chủ Ngồi , cịn giao diện để kết nối với thiết bị khác ( : bảng điều khiển, động , contact , cuộn dây, ) Khả chuyển giao mạng PLC cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển hệ thống lớn Ngồi , cịn thể linh hoạt cao việc phân loại hệ thống điều khiển Mỗi phận hệ thống điều khiển đóng vai trị quan trọng Từ hình 1.1 ta thấy: PLC khơng nhận biết điều khơng kết nối với thiết bị cảm ứng Nó khơng cho phép máy móc hoạt động ngõ PLC không kết nối với động Và tất nhiên , vùng máy chủ phải nơi liên kết hoạt động vùng sản xuất riêng biệt Cảm biến xử lý Điều khiển Cơ cấu Chấp hành plc Hình 1.1 Hệ thống điều khiển PLC Hiển thị Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thơng 1.2 VAI TRỊ CỦA PLC Trong hệ thống điều khiển tự động, PLC xem trái tim hệ thống điều khiển Với chương trình ứng dụng (đã lưu trữ bên nhớ PLC ) PLC liên tục kiểm tra trạng thái hệ thống , bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ thiết bị nhập, dựa vào chương trình logic để xử lý tín hiệu mang tín hiệu điều khiển thiết bị xuất PLC dùng để điều khiển thống từ đơn giản đến phức tạp Hoặc ta kết hợp chúng với thành mạng truyền thơng điều khiển trình phức hợp 1.3 CÁC THIẾT BỊ NHẬP VÀ XUẤT DÙNG TRONG PLC 1.3.1 Các thiết bị nhập Sự thông minh hệ thống tự động hoá phụ thuộc vào khả đọc tín hiệu từ cảm biến tự động PLC Hình thức giao diện PLC thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao phím , Ngồi PLC cịn nhận tín hiệu từ thiết bị nhận dạng tự động như: công tắc trạng thái , công tắc giới hạn ,cảm biến quang điện, cảm biến cấp độ , Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải trạng thái logic ON/OFF tín hiệu Analog Những tín hiệu ngõ vào giao tiếp với PLC qua modul nhập Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 1.3.2 CÁC THIẾT BỊ XUẤT Trong hệ thống tự động hoá, thiết bị xuất yếu tố quan trọng Nếu ngõ PLC không kết nối với thiết bị xuất hệ thống bị tê liệt hoàn toàn Các thiết bị xuất thông thường là: động , cuộn dây nam châm , relay, chuông báo, Thông qua hoạt động motor, cuộn dây, PLC điều khiển hệ thống từ đơn giản đến phức tạp Các loại thiết bị xuất phần kết cấu hệ thống tự động hố ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất hệ thống Tuy nhiên , thiết bị khác : đèn pilot ,còi báo động cho biết mục đích như: báo cho biết giao diện tín hiệu ngõ vào , thiết bị ngõ giao tiếp với PLC qua miền rộng modul ngõ PLC Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC PLC LÀ GÌ ? PLC điều khiển logic theo chương trình bao gồm : xử lý trung tâm gọi CPU (Central Procesing Unit ) chứa trương chình ứng dụng modul giao diện nhập xuất Nó nối trực tiếp đến thiết bị I/O Vì thế, tín hiệu nhập, CPU xử lý tín hiệu gởi tín hiệu đến thiết bị xuất Bus Lựa chọn Lựa chọn I/O Tín hiệu điều khiển LU Khơí đầu vào RF RAM G1 En 1D C1 I/O En G1 RAM Khối đầu Tín hiệu đIều khiển Dữ liệu vào Dữ liệu Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thơng Hình 1.2 Cấu trúc phần cứng PLC với khối nhớ vào 1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG KHÁC Hiện nay, hệ thống điều khiển PLC thay cho hệ thống điều khiển relay ,contactor thông thường Ta thử so sánh ưu khuyết điểm hai hệ thống trên: ³ Hệ thống điều khiển thông thường : • Thơ kệch có q nhiều dây dẫn bảng điều khiển • Tốn nhiều thời gian cho việc thiết kế ,lắp đặt • Tốc độ hoạt động chậm • Cơng suất tiêu thụ lớn • Mỗi lần muốn thay đổi chương trình phải lắp đặt lại tồn bộ, tốn nhiều thời gian • Khó bảo quản sửa chữa Hệ thống điều khiển PLC: • Những dây kết nối hệ thống giảm 80% nên nhỏ gọn • Cơng suất tiêu thụ • Sự thay đổi ngõ vào , điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng nhờ phần mền điều khiển máy tính hay console • Tốc độ hoạt động hệ thống nhanh • Bảo trì hệ thống sửa chữa dễ dàng • Độ bền tin cậy vận hành cao • Giá thành hệ thống giảm số tiếp điểm tăng • Có thiết bị chống nhiễu Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thơng • Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu • Dễ lập trình lập trình máy tính, thích hợp cho việc thực lệnh • Các modul rời cho phép thay thêm vào cần thiết Do có lý PLC thể rõ ưu điểm so với thiết bị điều khiển thơng thường khác PLC cịn có khả thêm vào hay thay đổi lệnh tuỳ theo yêu cầu công nghệ Khi ta cần thay đổi chương trình nó, điều nói lên tính điều khiển linh động PLC 1.6 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC : Cấu trúc phần cứng tất PLC có phận sau: xử lý, nhớ, nhập, xuất 1.6.1 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU ) : Là vi xử lý, liên kết với hoạt động hệ thống PLC , thực chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất thông tin liên lạc với thiết bị bên 1.6.2 Bộ nhớ ( Memory ) : Có nhiều loại nhớ khác Đây nơi lưu gữi trạng thái hoạt động hệ thống nhớ người sử dụng Để đảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần có nhớ để lưu giữ chương trình, đơi cần mở rộng nhớ để thực chức khác như: + Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái kênh xuất / nhập gọi Ram xuất nhập + Lưu trữ tạm thời trạng thái chức bên : Time, counter, relay Bộ nhớ gồm có loại sau : + Bộ nhớ đọc (Rom: Read Only Memory ): Rom nhớ khả biến, lập trình lần Do khơng thích hợp cho việc điều khiển "mềm "của PLC Rom phổ biến so với loại nhớ khác + Bộ nhớ ghi đọc (Ram : Random Access Memory ): Ram nhớ thường dùng để lưu trữ liệu chương trình người sử dụng Dữ liệu Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Ram bị nguồn điện bị Tuy nhiên vấn đề giải cách gắn thêm vào Ram nguồn điện dự phòng Ngày , kỹ thuật phát triển PLC , người ta dùng CMOSRAM nhờ tiêu tốn lượng thấp cung cấp pin dự phòng cho Ram nguồn Pin dự phịng có tuổi thọ năm trước cần thay thế, ta chọn pin sạc gắn với hệ thống, pin sạp cấp nguồn cho PLC + Bộ nhớ đọc chương trình xoá (EPROM: Eresable Programmable Read Only Memory ): EPROM lưu trữ liệu giống ROM , nhiên nội dung bị xố ta phóng tia tử ngoại vào, người viết phải viết lại chương trình nhớ + Bộ nhớ đọc chương trình xố điện (EEPROM : Electric Erasable Programmable Read Only Memory) : EEPROM kết hợp khả truy linh động Ram tính khả biến EEPROM, nội dung EEPROM bị xố lập trình điện nhiên số lần định CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC SIMATIC S7 -200 I: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA CPU Khái quát chung: S7- 200 làthiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ hãng siemens cấu trúc theo module có module mở rộng module sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác Thành phần S7-200 khối vi lý CPU 212 CPU 214 hình thức bên ngồi khác hai loại CPU nhận biết nhờ số đầu vào nguồn cung cấp CPU 212 có cổng vào cổng có khả mở rộng thêm hai module mở rộng CPU 214 có 14 cổng vào 10 cổng có khả mở rộng thêm module mở rộng Cấu trúc CPU 212 -512 từ đơn ( Word ) tức kbyte, để lưu chương trình thuộc miền nhớ đọc/ghi không bị liệu nhờ có giao diện EPROM Vùng nhớ với tính chất gọi vùng nhớ non-votatile 512 từ đơn lưu liệu có 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc miền nhớ non volatile Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông cổng vào logic cổng logic Có thể ghép nối module để mở rộng số cổng vào/ra , bao gồm module tương tự (analog) Tổng số cổng logic vào /ra cực đại 64 cổng vào 64 cổng 64 tạo thời gian trễ (time ) có time có độ phân giải 1ms , 8time có độ phân giải 10 ms 54 time có độ phân giải 100ms 64 đếm (counter ) chia làm loại đếm đếm tiến loại đếm vừa đếm tiến vừa đếm lùi 368 bít nhớ đặc biệt sử dụng làm bit trạng thái bit đặt chế độ làm việc Có chế độ ngắt xử lý tín hiệu khác bao gồm ngắt truyền thông ngắt theo sườn lên xuống Ngắt theo thời gian ngắt báo hiệu đếm tốc độ cao (2khz) Bộ nhớ không bị liệu khoảng thời gian 50 PLC bị nguồn nuôi 3- Cấu trúc CPU 214 CPU 214 bao gồm 14 ngõ vào 10 ngõ có khả mở rộng thêm module mở rộng 2048 từ đơn (4kbyte ) thuộc miền nhớ đọc /ghi non - volatile để lưu chương trình (dùng nhớ có giao diện EEPROM ) 2048 từ đơn (4kbyte) thuộc kiểu đọc /ghi để lưu liệu (trong có 512 từ đầu thuộc miền EEPROM ) IO O ,QO O ,VO O, SMO.1 Tổng số cổng vào /ra cực đại 64 cổng vào 64 cổng Có 14 ngõ vào từ IO.O , IO.1 I1.O , I1.5 Có 10 ngõ từ QO.O , IO.1 Q1.O , QI.1 Có thể gắn thêm module mở rộng bao gồm module analog 128 timer chia làm loại theo độ phân giải khác timer 1ms, 16 timer 10 ms 108 timer 100ms Có 128 đếm chia làm hai loại + Chỉ đếm lên CTU + Vừa đếm lên vừa đếm xuống CTUD Có 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái đặt chế độ làm việc + SMO.O : trạng thái + SMO.1 : vòng quét Các chế độ ngắt xử lý ngắt gồm ngắt truyền thông , ngắt theo sườn lên sườn xuống, ngắt thời gian ngắt đếm tốc độ cao ngắt truyền xung Có đếm tốc độ cao với nhịp 2khz khz 2bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu: PTO ( Pulse traisn output ) : điều tần PWM (Pulse width modulation ) : điều rộng xung chỉnh tương tự Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Tồn vùng nhớ khơng bị liệu khoảng thời gian 190 PLC bị nguồn nuôi Các đèn báo S7 - 200 CPU 214 + SF (ĐèN Đỏ ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng ĐènSF sáng lên PLC bị hỏng hóc + Run (đèn xanh ) : đèn xanh định PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp vào máy + Stop (đèn vàng ) : đèn vàng PLC chế độ dừng + Ixx (đèn xanh ) : đèn xanh cổng vào định trạng thái tức thời cổng Ixx ( X.X = 0.0 , 1.5 ) + Qy.y (đèn xanh ) :đèn xanh cổng báo hiệu trạng thái tức thời cổng Qy.y (y.y = 0.0 , 1.1 ) + TERM : cho phép máy lập trình tự định chế độ hoạt động cho PLC Run Stop II :CẤU TRÚC BỘ NHỚ : Bộ điều khiển lập trình S7 -200 chia thành vùng nhớ Với tụ có nhiệm vụ trì liệu thời gian định nguồn nhớ S7 -200 có tính động cao ,đọc ghi phạm vi tồn vùng loại trừ bít đặc biệt SM (Special Memory) truy nhập để đọc Vùng chương trình C Chương trình Chương trình Vùng tham số Tham số Tham số Vùng liệu Dữ liệu Dữ liệu Vùng đối tượng 10 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông EEPROM Bộ nhớ ngồi Hình II -1 : Bộ nhớ S7 -200 - Vùng chương trình : Là vùng nhớ sử dụng để lưu trữ lệnh chương trình vùng thuộc nhớ độc ghi -Vùng tham số : Là vùng lưu tham số : từ khoá, địa trạm giống vùng chương trình thuộc nhớ đọc ghi - Vùng liệu : Là vùng nhớ động sử dụng cất liệu chương trình bao gồm kết phép tính truy cập theo bit byte vùng chia thành vùng nhớ với công dụng khác Vùng I ( Input image register) :Là vùng nhớ gồm 8byte I (đọc /ghi ) : I.O , I.7 - Vùng Q (Output image register ): Là vùng nhớ gồm 8byte Q (đọc /ghi ) : Q.O , Q.7 - Vùng M (Internal Memory bits ): Là vùng nhớ gồm 32 byte M (đọc /ghi ) : M.O , M.31 - Vùng V (Variable memory ): Là vùng nhớ gồm có 4096 byte V (đọc /ghi ) : V.O , V.4095 - Vùng SM ( Special memory ): Là vùng nhớ gồm có 86 byte chia làm 2phần SMO , SM29 đọc SMO , SM85 ghi - Vùng đối tượng : Là time (định ), counter (bộ đếm ) tốc độ cao cổng vào/ tương tự đặt vùng nhớ cuối vùng không thuộc kiểu non - volatile đọc ghi - Timer (bộ định ): Đọc /ghi T0 , T127 - Counter (bộ đếm ) : Đọc /ghi C0 , C 127 - Bộ đệm vào analog (đọc) : AIW0 , AIW30 - Bộ đệm analog (ghi) : AQW0 , AQW30 - Accumulator (thanh ghi) : AC0 , AC3 - Bộ đếm tốc độ cao : HSCO , HSC2 Tất miền truy nhập theo bit , byte , từ đơn (word - 2byte) , từ kép (Doudble word ) III CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH: 11 Trường đại học bách khoa hà nội STL Khoa đIện tử viễn thơng MƠ TẢ TỐN HẠNG Lệnh= chép giá trị đỉnh ngăn n : I, Q, M, SM, T, C, V xếp (bit) Tới tiếp điểm n dẫn lệnh Lệnh = I (Immediate) chép tức thời giá trị đỉnh stack tới tiếp n : Q bit điểm n dẫn lệnh =n =In 2- Lệnh ghi/xoá giá trị cho tiếp điểm : Set (S) Reset(R) lệnh dùng để đóng ngắt tiếp điểm gián đoạn thiết kế LAD logic điều khiển đến cuộn dây đóng mở tiếp điểm Trong STL lệnh truyền trạng thái bit đầu ngăn xếp đến điểm thiết kế bit có giá trị lệnh S R đóng ngắt tiếp điểm dẫy tiếp điểm (giới hạn từ , 255 ) Nội dung ngăn xếp khôntg bị thay đổi lệnh mô tả lệnh S R LAD LAD S S Bit n S Bit n R s Bit n SI s Bit n RI Mơ tả Tốn hạng Đóng mảng gồm n tiếp điểm kể từ S -bit S -bit : P, Q, S, SM, T, C, V (bit) Ngắt mảng gồm n tiếp điểm kể từ S bit lại cho vào timer counter n : PB, QP, lệnh xố bit đầu MB, SMB, timer/counter VB, AC, số, *VD* AC Đóng tức thời mảng gồm n tiêp điểm kể từ S bit S bit: Q bit Ngắt tức thời mảng gồm n tiếp n : PB, QB, MB, SMB, điểm kể từ địa S bit VB, AC, số, *VD* AC 18 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông - Mô tả lệnh sét (S) reset (R) STL STL MÔ TẢ TOÁN HẠNG Ghi giá trị logic vào mảng gồm n S - S bit - n bit kể từ địa chi S bit S -bit: P, Q, M, SM, T, C, V, (bit) R - S bit -n Xoá mảng gồm n bit kể từ địa chi S bit S bit lại vào timer counter n : PB, QB, MB, lệnh xố bit đầu timer counter SMB, VB, AC, số, *VD SI - S bit -n Ghi tức thời giá trị logic1 vào mảng gồm n bit kể từ địa S.bit S - bit : Q bit RI - S.bit n 3- Xoá tức thời mảng gồm n bit kể từ địa S.bit n: IB, QB, MB, SMB, VB, AC, số, *VD Các lệnh logic đại số boolean Các lệnh đại số boolean cho phép tạo lập mạch logic khơng có nhớ Trong LAD lệnh biểu diễn thông qua cấu trúc mạch mắc nối tiếp hay song song tiếp điểm thường đóng tiếp điểm thường mở STL sử dụng lệnh A (And) O (OR) cho hàm số lệnh AN (And not); ON (or not) cho hàm kín giá trị ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào lệnh 19 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông LỆNH MƠTẢ 0n Lệnh thực tốn tử ∧(A) ∨ (0) giá Trị logic tiếp điểm n giá trị bit An AN n ON n AI n OI n ANI n ONI n Trong ngăn xếp kết ghi lại vào bit ngăn xếp Lệnh thực toán tử ∧(A) vào ∨ (0) giá Trị logic nghịch đảo tiếp điểm n giá trị bit ngăn xếp kết ghi lại vào bit ngăn xếp Lệnh thực toán tử ∧(A) vào ∨ (0) giá trị logic tiếp điểm n giá trị bit ngăn xếp kết ghi Lại vào bit ngăn xếp Lệnh thực toán tử ∧(A) vào ∨ (0) giá trị logic nghịch đảo tiếp điểm n giá trị bit ngăn xếp kết ghi lại vào bit ngăn xếp TOÁN HẠNG n: I, Q, U, SM, T, C, V n: I bit Ngoài lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm S7 -200 cịn có lệnh đặc biệt biểu diễn phép tính đại số boolean cho bit ngăn xếp gọi lệnh Stack logic Đó lệnh ALD (And load), OLD (or load), 20 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông LPS (logic push), LRD (logic read) LPP (logic pop) Lệnh stack logic dùng để tổng hợp chụp xoá mệnh đề logic LAD khơng có đếm dành cho lệnh stack logic , STL sử dụng lệnh stack logic để thực phương trình tổng thể có nhiều biểu thức Bảng sau tóm tắt cú pháp gọi lệnh Stack logic STL Lệnh ALD OLD LPS LRD LPP Mơ tả Tốn hạng Lệnh tổ hợp giá trị bit thứ hai ngăn xếp phép tính logic kết Khơng có ghi lại vào bit giá trị lại ngăn xếp kéo lên 1bit Lệnh tổ hợp giá trị bit thứ hai ngăn xếp phép tính logic kết qủa Khơng có ghi lại vào bit giá trị lại ngăn xếp kéo lên 1bit Lệnh logic chụp giá trị bit thứ hai ngăn xếp giá trị lại Khơng có ngăn xếp bị đẩy xuống 1bit Bit cuối bị đẩy khỏi ngăn xếp Lệnh chép giá trị bit thứ hai vào bit ngăn xếp giá trị lại Khơnh có ngăn xếp gữi ngn vị trí Lệnh kéo ngăn xếp lên bit giá trị bit sau chuyển cho bit trước Khơng có 21 ... cứng PLC với khối nhớ vào 1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG KHÁC Hiện nay, hệ thống điều khiển PLC thay cho hệ thống điều khiển relay ,contactor thông thường Ta thử so sánh... cảm biến tự động PLC Hình thức giao diện PLC thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao phím , Ngồi PLC cịn nhận tín hiệu từ thiết bị nhận dạng tự động như: công tắc trạng thái , công tắc giới hạn ,cảm biến... , thiết bị ngõ giao tiếp với PLC qua miền rộng modul ngõ PLC Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC PLC LÀ GÌ ? PLC điều khiển logic theo chương