GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC.DOC

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC

1.1

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ:

Tổng quát, một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bị điệntử, được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xác, sựchuyển đổi nhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất Nó thựchiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ, từ cung cấp năng lựơng đến một thiết bịbán dẫn Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việcđiều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điềukhiển tự động hóa hoàn toàn, đó là PLC, nó được sử dụng kết hợp với máy tínhchủ Ngoài ra, nó còn giao diện để kết nối với các thiết bị khác (như là: bảngđiều khiển, động cơ, contact, cuộn dây, ….) Khả năng chuyển giao mạng của PLCcó 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 Từhình 1.1 ta thấy: PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu nó không được kết nốivới các thiết bị cảm ứng Nó cũng không cho phép bất kỳ các máy móc nào hoạtđộng nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với động cơ Và tất nhiên, vùngmáy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt

Hình 1.1: Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC

1.2 VAI TRÒ CỦA PLC

Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim củahệ thống điều khiển Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trongbộ nhớ của PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm:kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập, dựa vào chuơng trình logic để xửlý tín hiệu và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bị xuất

PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp.Hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điềukhiển một quá trình phức hợp

1.3

CÁC THIẾT BỊ NHẬP VÀ XUẤT DÙNG TRONG PLC:

1.3.1 Các thiết bị nhập

Sự thông minh của một hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả năng đọccác tín hiệu từ các cảm biến tự động của PLC

Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầudao, phím,… Ngoài ra, PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tựđộng như: công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biếncấp độ , … Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng logic ON/OFF hoặc tínhiệu Analog Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các modulnhập

Hình1.2: Input Devices

1.3.2 Thiết bị xuất

Trong một hệ thống tự động hóa, thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quantrọng Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bị xuất thì hầu như hệthống sẽ bị tê liệt hòan toàn Các thiết bị xuất thông thường là: động cơ, cuộn dâynam châm, relay, chuông báo ,… Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây,PLC có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp Các loại thiết bịxuất là một phần kết cấu của hệ thống tự động hóa và vì thế nó ảnh hưởng trựctiếp vào hiệu suất của hệ thống

Tuy nhiên, các thiết bị xuất khác như là : đèn pilot, còi và các báo động chỉcho biết các mục đích như: báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào , cácthiết bị ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC

Hình 1.3: Output devices

1.4

BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC (PLC) LÀ GÌ

PLC là bộ điều khiển logic theo chương trình bao gồm: bộ xử lý trung tâmgọi là CPU (Central Processing Unit) chứa chương trình ứng dụng và các modulgiao diện nhập xuất Nó được nối trực tiếp đến các thiết bị I/O Vì thế, khi tínhiệu nhập, CPU sẽ xử lý tín hiệu và gởi tín hiệu đến thiết bị xuất

Hình 1.4: Sơ đồ khối của PLC

 Hệ thống điều khiển thông thường:

 Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bản điều khiển

 Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt

 Tốc độ hoạt động chậm

 Công suất tiêu thụ lớn

 Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại tòan bộ, tốn nhiềuthời gian

 Khó bảo quản và sữa chữa

 Hệ thống điều khiển bằng PLC:

 Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn

 Công suất tiêu thụ ít hơn

 Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơnnhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên Console

 Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn

 Bảo trì và sữa chữa dễ dàng

 Độ bền và tin cậy vận hành cao

 Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng

 Có thiết bị chống nhiễu

 Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

 Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiệncác lệnh tuần tự của nó

 Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết

Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bị điềukhiển thông thường khác PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnhtuỳ theo yêu càu của công nghệ Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó,điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC

CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC

Để thiết kế 1 chuơng trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm nhữngbước sau:

1 Xác định qui trình công nghệ

Trước tiên , ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển Mụcđích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động

Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào Nó nhậntín hiệu và gởi tín hiệu đến CPU , CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến thiết bị xuấtđể điều khiển sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẵn trong chương trình

2 Xác định ngõ vào, ngõ ra :

Tất cả các thiết bị xuất , nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiểnlập trình Thiết bị nhập là những contact, cảm biến Thiết bị xuất là những cuộndây , valve điện từ , motor, bộ hiển thị

Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết

bị vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình

3 Viết chương trình:

Khi viết chương trình theo sơ đồ hình bậc thang (ladder ) phải theo sự hoạtđộng tuần tự từng bước của hệ thống

4 Nạp chương trình vào bộ nhớ :

Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trìnhthông qua cổng I/O Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua bộ consolelập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang Sau khi nạp xong,kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệthống để chắc chắn rằng chuơng trình đã hoạt động tốt

5 Chạy chương trình :

Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào,

ra đến các thiết bị nhập, xuất đã được nối đúng theo chỉ định Lúc đó PLC mớibắt đầu hoạt động thực sự Trong khi chạy chương trình, nếu bị lỗi thì máy tínhhoặc bộ Console sẽ báo lỗi , ta phải sữa lại cho đến khi nó hoạt động an toàn Sau đây là lưu dồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển

Xác định yêu cầu của hệ thống điều khiển

Vẽ lưu đồ chung của hệ thống điều khiển

Liệt kê tất cả các ngõ ra, ngõ vào nối

tương đối đến các cổng I/O của PLC

Chuyển lưu đồ sang

sơ đồ hình thang

Nạp lập trình sơ đồ hình thang thiết kế cho PLC

Mô phỏng chương trình và sửa lỗi phần mềm

Hiệu chỉnh chương trình cho phù hợp

Kết nối toàn bộ thiết

bị vào, ra với PLC

Kiểm tra tất cả các

Chương trình OK

1.7

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC:

Cấu trúc phần cứng của tất cả các PLC đều có các bộ phận sau: bộ xử lý,bộ nhớ, bộ nhập, xuất

1.7.1 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU):

Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiệnchương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bị bênngoài

1.7.2 Bộ nhớ (Memory):

Chạy thử chương trình

Hiệu đính lại phần mềm

Nạp chương trình vào EPROM

Lập hồ sơ hệ thống cho tất cả các bản vẽ

END

Chương trình OK

Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau Đây là nơi lưu giữ trạng thái hoạt độngcủa hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng Để đảm bảo cho PLC hoạt động ,phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thựchiện các chức năng khác như :

+ Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất / nhập được gọilà RAM xuất / nhập

+ Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : Timer ,Counter, Relay

Bộ nhớ gồm có những loại sau :

+ Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only Memory): ROM không phải là mộtbộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần Do đó không thích hợp cho việcđiều khiển “mềm” của PLC ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác

+ Bộ nhớ ghi đọc (RAM: Random Access Memory): RAM là một bộ nhớthường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng Dữ liệutrong RAM sẽ bị mất đi nếu nguồn điện bị mất Tuy nhiên vấn đề này được giảiquyết bằng cách gắn thêm vào RAM một nguồn điện dự phòng Ngày nay, trongkỹ thuật phát triển PLC , người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lượngkhá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các RAM này khi mất nguồn Pindự phòng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạcgắn với hệ thống , pin sẽ được sạc khi cấp nguồn cho PLC

+ Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM: Erasable ProgrammableRead Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dungcủa nó có thể bị xoá đi nếu ta phóng tia tử ngoại vào, người viết phải viết lạichương trình trong bộ nhớ

+ Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được bằng điện (EEPROM: ElectricErasable Programmable Read Only Memory): EPROM kết hợp khả năng truylinh động của RAM và tính khả biến của EPROM, nội dung trên EEPROM có thể

bị xoá và lập trình bằng điện , tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất định

CHƯƠNG II: KHẢO SÁT PLC CỦA HÃNG OMRON2.1

KHẢO SÁT LOẠI CPM2A

2.1.1 Giới thiệu chung:

Các bộ điều khiển lập trình của hãng OMRON rất đa dạng, gồm các loạiCPM1A, CPM2A, CPM2C, CQM1,… những loại PLC nên tạo thành từ nhữngmodul rời kết nối lại với nhau, có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ vàmở rộng vác ngõ vào, ra Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa dạngtrong thực tiễn Ngoài ra, hãng OMRON còn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc cốđịnh, các PLC này chỉ được cho các công việc đặc biệt nên không đòi hỏi tínhlinh hoạt cao

Các PLC đều có cấu trúc gồm: bộ nguồn, CPU, các Port I/O, các modul I/Ođặc biệt … Để có được một bộ PLC hoàn chỉnh thì ta phải lắp ráp các modul nàylại với nhau Việc kết nối này thực hiện khá đơn giản và cho phép thay thế dễdàng

Họ CPM2A có rất nhiều loại Ta có thể tóm tắt trong bảng sau:

CPU có

ngõ ra

dùng Relay

CPM2A-20CDR-ACPM2A-20CDR-DCPM2A-30CDR-A CPM2A-30CDR-DCPM2A-40CDR-A CPM2A-40CDR-D CPM2A-60CDR-A CPM2A-60CDR-D

2020303040406060

ACDCACDCACDCACDC

CPM2A-30CDT-D CPM2A-30CDT1-D CPM2A-40CDT-D CPM2A-40CDT1-D CPM2A-60CDT-DCPM2A-60CDT1-D

DCDCDCDCDCDC

2.1.2 Các thành phần của CPU:

Cấu tạo chung của 1 bộ CPU gồm những phần như sau:

Hình 2.1: Các thành phần của CPU

5 - Các ngõ vào : để liên kết CPU với các thiết bị ngõ vào.

6 - Các ngõ ra : để liên kết CPU với các thiết bị ngõ ra

7 - Các đèn báo chế độ làm việc của CPU : các đèn báo này cho chúng ta biếtchế độ làm việc hiện hành của PLC

PWR

(xanh) OnOff PLC đã được cấp nguồn PLC chưa được cấp nguồn

RUN

(xanh)

RUN hoặc ở chế độ MONITOR

PROGRAM hoặc bị lỗiCOMM

(vàng) Flashing Dữ liệu đang được chuyển vàoCPU thông qua cổng Peipheral

hoặc cổng RS-232COff Dữ liệu không được chuyển

vào CPU thông qua cổngPeripheral hoặc cổng RS-232CERR/ALARM

(red)

động )Off Đèn báo hoạt động bình thường

8 - Đèn báo trạng thái ngõ vào : khi 1 trong các ngõ vào ở trạng thái ON thìđèn báo tương ứng sẽ sáng

 Lưu ý : Khi ta sử dụng bộ đếm tốc độ cao thì các đèn báo ngõ vào sẽ không

sáng nếu tần số xung sáng quá nhanh

9 - Đèn báo trạng thái ngõ ra: các đèn báo trạng thái ngõ vào sẽ sáng khi cácngõ ra ở trạng thái ON

10 - Cổng điều khiển tín hiệu Analog: được sử dụng khi tín hiệu vào hoặc ra làtín hiệu Analog, được lưu giữ vào vùng nhớ IR250 và IR251.

11 - Cổng giao tiếp với thiết bị ngoại vi : liên kết PLC với thiết bị lập trình:máy tính chủ, thiết bị lập trình cầm tay

12 - Cổng giao tiếp RS-232C : liên kết PLC với thiết bị lập trình (ngoại trừthiết bị lập trình cầm tay và máy tính chủ)

13- Communication Switch : là công tắc , chọn để sử dụng một trong hai cổngPeripheral hoẵc cổng RS-232C để liên kết với thiết bị lập trình

14 - Bộ Acquy

15 - Phần mở rộng : kết nối CPU và PLC với khối mở rộng I/O hoặc khối mởrộng nói chung ( Analog I/O Unit, Temporature Senson Unit ) , có thể kết nối 3modul mở rộng

2.1.3 Các thành phần khác của khối mở rộng

Hình 2.2: Các thành phần của khối mở rộngTrong đó :

1 Đầu nối ngõ vào : liên kết CPU với các thiết bị ngõ vào

2 Đầu nối ngõ ra : liên kết CPU với các thiế bị ngõ ra

3 Các đèn báo hiển thị ngõ ra

4 Các đèn báo hiển thị ngõ vào

5 Cáp kết nối đơn vị mở rộng I/O với CPU

2.1.4 Các thành phần của Modul nhập xuất Analog.

Modul I/O Analog thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệusố hoặc từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để giao tiếp giữa CPU với các thiết bịtương tự như máy phát sóng cảm biến , các dụng cụ đo và các thiết bị điều khiểnkhác

Modul I/O Analog có khoảng thay đổi tín hiệu điện áp từ 10V hoặc từ 5V (đối với Analog Input) và từ -10-10V (Analog Out Put) Một CPU có thể kếtnối với 3 modul Analog I/O ( 2 Analog Input và 1 Analog Output )

0-Dữ liệu đã được biến đổi thì được lưu trữ trong vùng phân bổ words củaAnalog I/O Unit và nó được sử dụng bởi lệnh đọc nội dung của Words ngã vào

Một chức năng khác của nó là xử lý giá trị trung bình để cho tất cả các dữliệu ở ngõ ra ổn định Nó còn có chức năng phát hiện dây dẫn bị đứt khi tầm ngõvào được đặt khoảng 4-20mA , hoặc từ 1-5 V

Cấu tạo của khối mở rộng Analog được mô tả trong hình

Hình 2.3: Các thành phần của modul Analog I/O

1 Các đầu nối của khối Analog I/O : kết nối với các thiết bị tương tự nhậphoặc xuất

2 Cáp kết nối của phần mở rộng : kết nối Analog I/O Unit với cổng mở rộngcủa CPU hoặc của khối mở rộng khác

3 Cổng mở rộng : Kết nối cổng mở rộng I/O Unit với khối mở rộng khác(Analog I/O Unit, Temperature Senson Unit hoặc Compo Bus/S I/O LinkUnit) Một CPU chỉ có thể kết nối tối đa 3 khối mở rộng

2 2

CÁC KIỂU LIÊN KẾT TRUYỀN THÔNG CỦA PLC:

2 2.1 Truyền thông liên kết chủ :

Là mối liên kết “ chủ - tớ “ giữa máy tính chủ hoặc thiết bị lập trình cầmtay với PLC Sử dụng để đọc / ghi dữ liệu từ thiết bị lập trình vào PLC

 Truyền thông liên kết chủ 1-1:

Thực hiện việc liên kết 1 - 1giữa CPM2A CPU với máy tính tương thích,máy tính IBM PC/AT hoặc màn điều khiển PT thông qua cổng Peripheral hoẵccổng RS-232C Cách kết nối đươc biểu diễn trong hình vẽ sau

Hình 2.4: Kết nối thông qua Peripheral Port

Hình 2.5: Kết nối thông qua RS-232C Port

 Truyền thông liên kết chủ 1-N:

Kiểu liên kết này cho phép kết nối 1 máy tính chủ hoặc PT với 32 bộ điềukhiển lập trình PC, được thực hiện bằng cách dùng bộ nối tương thích (Adaptor)

RS-232C hoặc RS422 thông qua cổng giao tiếp RS-232C Port hoặc PeripheralPort

Hình 2.6: Kết nối thông qua RS232C Port

Hình 2.7: Kết nối thông qua Peripheral Port

2 2.2 No- Protocal Communications ( kiểu liên lạc không cần thủ tục )

Đây là kiểu liên lạc đơn giản giữa PC và thiết bị kiểm soát khác: máy in,bộ mã hoá Dùng để trao đổi, chuyển đổi dữ liệu từ PC đến các thiết bị ngoại vithông qua các cổng giao tiếp RS 232C port hoặc Peripheral Port Kiểu liên lạcnày được biểu diễn nhu sau :

Hình 2.8: No-Protocol Communication

2.2.3 OMRON PT Connection

Là kiểu liên lạc tốc độ cao giữa PC và PI, CPM2A được nối trực tiếp đếnmàn hình điều khiển thông qua cổng RS 232C Port mà không được nối vào cổngPeripheral Port

Hình 2.9: PT Conection

2.2.4 Kiểu liên lạc One – to – One Link (1 -1 )

Đây là mạng trao đổi dữ liệu giữa 2 bộ PC với nhau bằng cáp RS-232Cthông qua cổng RS-232C Port Trong đó một PC đóng vai trò chính và một phụtrong việc thiết lập các chế độ hoạt động của hệ thống

Hình 2.10:One to One Link

Ta có thể dùng màn hình điều khiển (PT) thay thế cho cả một bảng điềukhiển của một máy hay một dây chuyền tự động phức tạp Hơn nữa, PT còn cónhiều chức năng đặt biệt, phong phú mà các thiết bị thường ghép nối với nhaukhông thể có được.

Việc dùng PT sẽ tiết kiệm được rất nhiều dây dẫn, thời gian lắp đặt, bảodưỡng hoặc thay đổi hệ thống Ta có thể dùng PT để thiết kế màn hình mô phỏngcác quá trình công nghệ rất tiện lợi

Cũng giống như PLC, trước khi sử dụng cần phải lập trình cho PT: thiết kếtrang màn hình theo yêu cầu

Các phần mềm dùng lập trình cho PT cũng có nhiều loại : chạy trong DOShoặc trong Windows

2.2.5 Kiểu liên lạc CompoBus I/O Link:

Là kiểu liên lạc giữa PC và các modul CompoBus I/O Một CPM2A có thểliên kết với tối đa 32 modul CompoBus I/O

1 Phương thức cài đặt khóa: Chuyển khóa này đến vị trí “HOST” khi đangdùng hệ thống liên kết chủ (Host Link) để nối đến máy tính cá nhân(Persional Computer) Hoặc khi PC đang được kết nối với một màn hình điềukhiển (PT) thì ta chuyển khóa này đến vị trí “NT”.

2 Bộ nối kết: Bộ nối kết đến Peripheral Port của CPU

3 Port RS232C: Kết nối đến máy tính chu ûhoặc màn hình điều khiển hoặccác thiết bị ngoại vi khác

 Adapter RS-422:

Hình 2.13: Cấu tạo bộ chuyển đổi RS-4221- Termination Resistance Switch: Đặt chế độ kết nối

2- Đầu nối: Kết nối đến Peripheral Port của CPU

3- RS-422 Port: nối đến mạng liên kết chủ