Về cơ bản, PLC là thiết bị điều khiển ở hiện trường sản xuất, sát các thiết bị và cơ cấu chấphành. Tuy nhiệ hiện nay các họ PLC hiện đại được tích hợp các tính năng xử lý thông minh,quản lý dữ liệu và mở rộng các chức năng xử lý ngắt. Ngoài chức năng điều khiển, PLC cònđóng vai trò là khâu thu nhập và xử lý dữ liệu trong các hệ SCADA và là một nút trong các hệđiều khiển phân tán (DCS). Vì vậy, với quan điểm hệ thống, PLC là thành phần cơ bản cấuthành hệ điều khiển.
Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi 1.1 Giới thiệu chung điều khiển logic khả trình (PLC – Programmable Logic Controller) Bộ điều khiển logic khả trình PLC thiết bị điện tử bán dẫn thực hàm điều khiển logic chương trình thay cho mạch logic kiểu rơ le (tiếp điểm phi tiếp điểm) Về chất, PLC hệ vi xử lý thiết kế tương tự máy tính số, với ngơn ngữ lập trình riêng gần gũi với người xử dụng, ứng dụng toán điều khiển logic Hạt nhân hệ vi xử lý thực phép tính số học logic với thành phần cấu thành hệ nhớ, cổng vào / ra, Về phạm vi ứng dụng, PLC thiết bị đặt dây chuyền sản xuất, tích hợp với thành phần hệ thống điều khiển để thực điều khiển trực tiếp cơng nghệ q trình kỹ thuật PLC thường làm việc môi trườn khắc nghiệt (nhiệt độ cao, độ ẩm lớn, thời gian hoạt động liên tục) gắn liền với người vận hành trực tiếp thiết bị Vì vậy, PLC thiết kế chế tạo với tiêu chuẩn đặc biệt độ bền, tính module hóa cao, ngơn ngữ lập trình phù hợp thân thiện với trình độ người sử dụng Về bản, PLC thiết bị điều khiển trường sản xuất, sát thiết bị cấu chấp hành Tuy nhiệ họ PLC đại tích hợp tính xử lý thơng minh, quản lý liệu mở rộng chức xử lý ngắt Ngoài chức điều khiển, PLC cịn đóng vai trị khâu thu nhập xử lý liệu hệ SCADA nút hệ điều khiển phân tán (DCS) Vì vậy, với quan điểm hệ thống, PLC thành phần cấu thành hệ điều khiển Như thiết bị tính, PLC gồm phần cứng phần mềm Phần cứng thiết bị vật lý cấu thành hệ gồm: nguồn cung cấp, CPU, module vào/ra thiết bị phụ trợ Các thiết bị vật lý lắp ghép với tạo thành cấu hình vật lý hệ thống Phền mềm bao gồm hệ điều hành chương trình ứng dụng Hệ điều hành nhà sản xuất cung cấp cài sẵn nhớ cảu PLC Chương trình ứng dụng người sử dụng lập ngơn ngữ lập trình PLC để thực thuật toán (algorithm) điều khiển xác định Giữa phần cứng phần mềm có mối liên hệ chặt chẽ với Một chương trình ứng dụng thiết lập sở cấu hình vật lý cụ thể Ngược lại, hệ thống thực thuật toán điều khiển chương trình thiết kế phù hợp với cấu hình Tính ưu việt PLC Việc sử dụng PLC thay điều khiển logic nối dây đem lại lợi ích Các điều khiển logic nối dây có đặc điểm chung phần tử logic phần tử vật lý Bộ điều khiển logic nối dây thực hàm điều khiển sơ đồ nối phần tử logic dây dẫn vật lý (dây dẫn điện, mạch in) nối cứng Vì hệ thực hàm điều khiển định Muốn thay đổi hàm điều khiển cần phải thay đổi cấu trúc hệ Đó tính khơng mềm dẻo điều khiển logic nối dây Đối với hệ phức tạp, nhiều phần tử tính khơng mềm dẻo nhược điểm lớn Tuy nhiên, ưu điểm điều khiển logic nối dây phù hợp với hệ đơn giản, phần tử công suất lớn Đặc điểm PLC phần tử logic định nghĩa chương trình thực hàm điều khiển chương trình (hình dưới) Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi SW1 SW2 Các thiết bị đầu vào Module đầu S3 Module đầu vào S2 K Bộ nhớ chương trình S1 Khối xử lý trung tâm (CPU) Nguồn cấp Đ V CNT B PLC Các thiết bị đầu Thiết bị lập trình Sơ đồ hệ điều khiển logic dùng PLC Trong sơ đồ module vào module thiết bị kết nối với phần tử logic bên ngồi Chương trình điều khiển lưu giữ nhớ PLC thực lệnh chương trình để điều khiển thiết bị tương tự sơ đồ điều khiển kiểu nối dây PLC thực thay mạch logic nối dây “mạch logic lập trình được” Trong mạch logic cắt bỏ, chèn, thêm vào phần tử cách dễ dàng đơn giản Trong thực tế, việc thay đổi tham số điều khiển chương trình, chí thay đổi chương trình điều khiển thường xuyên xảy thay đổi sản phẩm, thay đổi công nghệ Đối với hệ điều khiển logic dùng PLC, cấu trúc vật lý thực hàm điều khiển khác nhau, tùy thuộc vào chương trình Nghĩa là, thay đổi hàm điều khiển mà không cần thay đổi cấu trúc hệ Đó tính mềm dẻo PLC Tính mềm dẻo đảm bảo PLC sử dụng có hiệu cao hệ phức tạp, có nhiều phần tử Ngồi ra, ưu điểm PLC hoạt động tin cậy, tiêu thụ lượng ít, dễ dàng mở rộng hệ thống, việc chuyển giao công nghệ nhanh hiệu so với hệ logic nối dây Hạn chế PLC tính tác động nhanh khơng cao sử dụng tạo tín hiệu điều khiển cơng suất nhỏ Một ưu điểm cần nhấn mạnh mở rộng phạm vi ứng dụng PLC tiến hành mô khảo sát thiết kế hệ thống PLC với chức truyền thơng kết nối mạng với điều khiển khác, với hệ thống máy tính điều khiển để thực chức điều khiển trình, điều khiển phân tán, thu nhạp liệu giao diện máy- người 1.2 Cấu trúc PLC Thành phần PLC gồm có: khối xử lý trung tâm (CPU – Central Procesing Unit), module vào/ra, nguồn cung cấp (Power Supply Unit) thiết bị lập trình (Programming Device) Chương trình soạn thảo thiết bị lập trình nạp vào nhớ PLC Các module vào/ra cổng phép nối PLC với thiết bị bên ngoài(gọi thiết bị trường- Field Device) Các cổng vào/ có nhiệm vụ chuyển đổi thích ứng nguồn tín hiệu PLC Các module vào thiết bị nhận tín hiệu từ thiết bị vào, chuyển đổi thành liệu, ví dụ: phím bấm, cơng tắc hành trình, cảm biến, chuyển mạch Các module thiết bị ghép nối PLC với thiết bị ra, chuyển đổi liệu thành tín hiệu điều khiển cấu chấp hành, ví Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi dụ: rơ le, van Đèn Sơ đồ nối thiết bị vào/ra (I/O) với module vào/ra trình bày hình THẾ GIỚI THỰC (Thiết bị bên - trường) CHƯƠNG TRÌNH ĐẦU VÀO/ ĐẦU RA BỘ NHỚ KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM Sơ đồ cấu trúc PLC Trong thực tế, cổng vào/ra có hai loại: loại cố định (Fixed) loại dạng module hóa (Modular) Loại cố định sử dụng cho PLC cỡ nhỏ, cổng vào/ra gắn cố định vào khối CPU, không thay đổi vị trí Ưu điểm loại giá thành thấp Tuy nhiên muốn mở rộng cổng vào/ra cần phải trang bị thêm khối mở rộng tương ứng Loại module hóa sử dụng đa số trường hợp cấu trúc tiêu chuẩn PLC Các module vào/ra tháo lắp, thay đổi vị trí dễ dàng khe cắm (Slot) rãnh (Rack) Cấu trúc kiểu (bao gồm đầu nối) tạo thành bảng mạch Bus (Backplane), coe thể lắp khối nguồn, CPU, module vào/ra, module mở rộng thực trao đổi thông tin với S1 K S2 Tiếp điểm Rơ le Module Nguồn Module vào Đ V CNT Nguồn Phím bấm Cuộn hút Rơ le Chuyển mạch Cuộn hút van Cảm biến Đèn (a) (b) Sơ đồ module vào (a) module (b) Khối nguồn cung cấp nguồn chiều cho khối lắp đặt vào bảng mạch Bus Công suất khối nguồn chọn tùy thuộc vào cấu hình hệ Trong đa số trường hợp, Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi nguồn cung cấp không phù hợp với thiết bị trường Vì vậy, thiết bị trường thường cung cấp nguồn riêng Khối CPU não PLC, hạt nhân vi xử lý định tính chất khả PLC: tốc độ xử lý, khả trình vào/ra CPU thực chương trình nhớ chương trình, đưa định trao đổi thông tin với bên ngồi thơng qua cổng vào/ra 1.3.Ngun tắc hoạt động PLC: vịng qt chương trình PLC hoạt động theo nguyên tắc quét vòng (Scan) Mỗi vòng quét (Scan Cycle) bao gồm ba giai đoạn trình bày hình Start Gửi tín hiệu Start Đọc tín hiệu vào Gửi tín hiệu Đọc tín hiệu vào Thực chương trình Thực chương trình (a) Vịng qt (b) Vịng quét với vòng quét phụ Sơ đồ vòng quét thực chương trình PLC Ở giai đoạn thứ nhất, PLC đọc trạng thái tín hiệu module vào, gửi vào vùng đầu vào để làm liệu thực chương trình Giai đoạn thứ hai thực chương trình nhớ Kết thực chương trình liệu định lưu giữ nhớ dùng cho vòng quét sau hay đưa module Giai đoạn thứ ba, PLC gửi liệu đến vùng đầu biến đổi thành tín hiệu điều khiển cấu chấp hành nối với module đó, vịng qt hồn thành, vịng qt bắt đầu q trình thực liên tục khơng ngừng Q trình đọc tín hiệu vào gửi tín hiệu gọi trình quét vào/ra Quá trình thực chương trình gọi quét chương trình Thời gian để thực vịng qt gọi chu kỳ qt Chu kì qt có ảnh hưởng đến tốc độ xử lý PLC ảnh hưởng đến khả xử lý thời gian thực PLC Nói cách khác, việc sử dụng PLC toán điều khiển chấp nhận chu kì quét PLC đủ nhỏ so với số thời gian hệ điều khiển Khi đó, chấp nhận xử lý đồng thời (thời gian thực) thay xử lý Chu kỳ quét phụ thuộc vào nhân tố sau: tốc độ vi xử lý CPU, độ dài chương trình, số lượng đầu vào/ra Ngồi ra, chu kỳ quét phụ thuộc số chu kỳ quét phụ như: thời gian chuyển đổi song song – nối tiếp hệ thống vào phân tán (Remote I/O), thời gian xử lý truyền thông nối tiếp, thời gian xử lý ngắt, thời gian đọc/ ghi đầu vào / tương tự, thời gian thưch chương trình kiểm tra, cảnh báo hệ thống Tuy nhiên, hệ cụ thể nhân tố, trừ tốc độ vi xử lý, lầ cố định Vì để giảm chu kỳ quét phải chọn CPU có tốc độ xử lý cao Nguyên tắc hoạt động quét vòng CPU hạn chế khản xử lý tức thời PLC Vì vậy, PLC chủ yếu sử dụng hệ điều khiển trình biến thiên chậm Tuy nhiên, Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi PLC đại trang bị tăng cường tính xử lý ngắt ngày hồn thiện để xử lý nhanh kịp thời Vấn đề xử lý vòng quét cần phải quan tâm ứng dụng PLC Điều vòng quét đầu tiên, liệu chưa sẵn sàng, hệ trình khởi tạo Đối với hệ mà q trình khởi tạo khơng ảnh hưởng đến q trình điều khiển bỏ qua Ngược lại, hệ thống khác cần lưu ý vòng quét Vì vậy, PLC cung cấp cờ trạng thái có giá trị vòng quét vòng quét khác, gọi First Scan Flag Người sử dụng dùng cờ trạng thái để tiến hành khởi tạo thiết lập điều kiện ban đầu cho hệ thống Sự khác biệt PLC PC Về cấu trúc, PLC tương tự máy tính số Tuy nhiên, PLC máy tính số có khác Thứ nhất, PLC thiết kế để hoạt động môi trường công nghiệp khắc nghiệt với thay đổi lớn độ ẩm, nhiệt độ nhiễu mạnh Thứ hai, phần cứng phần mềm PLC thiết kế dễ sử dụng phù hợp với trình độ người vận hành trực tiếp dây chuyền sản xuất Phần cứng chế tạo dạng module tiêu chuẩn dễ lắp ráp, bảo dưỡng Chương trình PLC biểu diễn cách tiêu chuẩn không thức dạng giản đồ thang (LAD) trực quan dễ sử dụng Mỗi họ PLC có hệ điều hành riêng sử dụng ngôn ngữ lập trình nhà sản xuất cung cấp Vì vậy, khơng thể chạy chương trình PLC hãng PLC hang khác Trong đó, máy tính cài đặt nhiều hệ điều hành, sử dụng nhièu ngơn ngữ lập trình Có thể sử dụng máy tính vai trị PLC, chí chạy chương trình mơ PLC máy tính máy tính cài đặt phần mềm lập trình trở thành thiết bị lập trình cho PLC điều khiển PLC Máy tính sử dụng thiết bị giao diện người máy hệ điều hành mà PLC vừa điều khiển, vừa thiết bị thu nhập liệu Thứ ba, máy tính thiết bị tính tốn phức tạp, có chức đa nhiệm (Multitask) Bộ nhớ máy tính chứa đồng thời nhiều chương trình Trong đó, PLC thực chương trình lưu trữ nhớ RAM Thứ tư, PLC hoạt động theo nguyên tắc quét vịng, máy tính hoạt động theo ngun tắc xử lý ngắt Các PLC đại hoàn thiện tốc độ tính tốn, mở rộng nhớ, tăng cường trang bị chức tính tốn xử lý ngắt để thu hẹp khoảng cách so với máy tính Vì vậy, PLC đại chức điều khiển logic, cịn trạm tính tốn đóng vai trị điều khiển q trình, điều khiển vị trí xử lý thơng tin 1.4 Các chủng loại PLC ứng dụng PLC có nhiều chủng loại nhiều nhà sản xuất cung cấp Một số nhà sản xuất tích hợp hệ thống sử dụng PLC họ chế tạo.Nó thành phần cấu thành hệ thống sử dụng phạm vi hẹp Một số nhà sản xuất cung cấp PLC sản phẩm đa dụng cho người thiết kế tích hợp hệ thống Nhà sản xuất cung cấp thiết bị, phần mềm, hỗ trợ kỹ thuật đào tạo để người sử dụng có điều kiện ứng dụng sản phẩm vào hệ thống Có số hãng sản xuất điển hình là: SIEMENS(Đức), ALLEN-BRADLEY, GEFUNUC(Mỹ), MITSUBISHI, TOSHIBA( Nhật bản) Do PLC sử dụng rộng rãi từ toán đơn giản đến toán phức tạp, nên PLC chế tạo nhiều loại khác phù hợp với yêu cầu thực tế Việc phân loại PLC dựa sở khả (tốc độ xử lý, dung lượng nhớ, số lượng đầu vào/ ra) chia thành loại sau: loại nhỏ, loại vừa loại lớn Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi PLC loại nhỏ có nhiều tên gọi khác tùy thuộc hãng chế tạo (small, micro), có dung lượng bố nhớ 2KB, quản lý số điểm vào/ra 128 sử dụng ứng dụng đơn giản, yêu cầu điểm ra/vào PLC cỡ vừa (Medium) có nhớ đến 32KB, quản lý số điểm vào/ra đến 2048 cấu hình hệ sử dụng module vào/ra đặc biệt để thực chức điều khiển q trình xử lý thơng tin PLC cỡ lớn (Large) thiết bị phức tạp quản lý đến 2MB nhớ 16.000 điểm vào PLC loại có ứng dụng khơng hạn chế từ điều khiển q trình cơng nghệ đến điều khiển phân xưởng, nhà máy Phương pháp phân loại PLC kết hợp với kiểu dáng chế tạo đưa chủng loại PLC sau Các PLC cỡ nhỏ thường chế tạo dạng cố định (Compact, Fixed) Với loại này, nguồn cung cấp,CPU số điểm vào/ra chế tạo (Onboard) Ưu điểm PLC loại giá thành thấp, nhỏ, gọn thích hợp ứng dụng nhỏ Số điểm vào/ra PLC theo tỷ lệ 3:2, ví dụ, loại 10 điểm (6 vào, ra), loại 20 điểm (12 vào, ra), loại 30 điểm (12 vào, 18 ra) loại 48 điểm, 60 điểm Khi cần thiết sử dụng module vào/ra mở rộng Tuy nhiên với PLC loại sử dụng cách mở rộng Nhược điểm tính mềm dẻo khơng cao, tốc độ xử lý chậm, nhớ nhỏ, hạn chế số điểm vào/ra Sơ đồ tổ chức PLC loại nhỏ, dạng cố định trình bày hình Các PLC loại vừa loại lớn chế tạo dạng module riêng biệt, tháo, lắp dễ dàng (Modular) Các module là: nguồn, CPU, vào/ra Đây cấu trúc tiêu chuẩn PLC, đảm bảo cho PLC sử dụng cách mềm dẻo người sử dụng có nhiều lựa chọn cho cấu hình Các module lắp vào khe cắm (Slot) bảng mạch Bus (Bus Module, Backplane) Nguồn Các thiết bị đầu vào PLC M KHỐI VÀO/RA MỞ RỘNG Các thiết bị đầu M PLC loại nhỏ, dạng cố định Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi Module vào Module nguồn Module Module kết hợp vào/ra CPU PLC PLC Khe cắm (slot) Bảng mạch BUS (backplane) PLC loại vừa lớn, dạng modul Ứng dụng PLC chia làm nhóm là: Đơn nhiệm (Single), đa nhiệm (Multitask) quản lý điều khiển (Control Manegment) Ứng dụng đơn nhiệm sử dụng PLC để điều khiển trình kĩ thuật Đó khối điều khiển độc lập, khơng có trao đổi thơng tin với máy tính PLC khác Cấu hình hệ dùng PLC loại nhỏ, vừa lớn Ứng dụng đa nhiệm thường sử dụng PLC cỡ vừa để điều khiển công đoạn dây truyền sản xuất để điều khiển vài trình kỹ thuật với số lượng điểm vào/ra thích hợp Mỗi PLC thành nút hệ điều khiển phức tạp (ví dụ: hệ điều khiển DCS) Khi đó, yêu cầu có trao đổi liệu, thông tin PLC với nhau, PLC thiết bị khác (như máy tính, trạm kĩ thuật ) Việc trao đổi liệu, thông tin nhờ truyền thông mạng theo chuẩn công nghiệp Ứng dụng quản lý điều khiển thường sử dụng PLC cỡ lớn, với cấu hình hệ mạng LAN điều khiển thống nhất, có trao đổi liệu thông tin thành phần hệ Trong PLC đóng vai trị điều khiển, đồng thời quản lý hoạt động toàn hệ trạm chủ (Master) Các PLC khác điều khiển đồng thời thiết bị thu nhập liệu phục vụ cho công tác quản lý theo dõi hệ thống gọi trạm tớ (Slave) 1.5 Các kiểu chương trình Hiện có số kiểu chương trình qui chuẩn hóa quốc tế gọi tiêu chuẩn lập trình IEC-61131 Đó là: + Chương trình kiểu danh sách lệnh - Instruction List (IL), ngôn ngữ bậc thấp thể câu lệnh chương trình tập hợp dãy lệnh liên tiếp giống với Assembler Khi thể dạng đồ họa có hình thức giống vẽ mạch điện kinh điển gọi Ladder program + Chương trình kiểu cấu trúc – Structured Text (ST), ngôn ngữ bậc cao C, nên thực phép gán giá trị biến, gọi hàm khối hàm, biểu thức, câu lệnh điều kiện vịng lặp + Chương trình kiểu khối hàm – Function Block (FB): ngôn ngữ đồ họa, diễn tả q trình theo dịng tín hiệu phần tử, tương tự với sơ đồ mạch điện tử logic Function Block (FB) : ngôn ngữ đồ hoạ, diễn tả q trình phương diện dịng tín hiệu phần tử; tương tự sơ đồ mạch điện tử Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi Các kiểu chương trình PLC + Chương trình kiểu lưu đồ trạng thái - Sequential Function Charts (SFC) SFC phát triển từ ngôn ngữ GRAFCET (là công cụ đồ họa miêu tả chuỗi hành động) SFC m ột công cụ mạnh miêu tả cấu trúc hệ thống điều khiển + Chương trình kiều khối điều khiển – Control Module (CM), dạng lưu đồ điều khiển mức độ cao, khơng thể logic điều khiển phép tốn mà cịn thể liệu,, truyền thông… Mỗi kiểu chương trình có ưu-nhược điểm riêng, để kết hợp ưu điểm loại vào chương trình, hãng thiết kế phép chương trình lập trình đồng thời theo nhiều kiểu Thơng thường lấy chương trình Ladder cốt, đoạn chuyển sang dùng FB, ST… 1.6 Thiết bị cơng cụ lập trình Để đưa chương trình vào PLC cần có cơng cụ lập trình tương ứng Thiết bị lập trình sử dụng để soạn thảo chương trình, nạp vào nhớ PLC Ngồi ra, thiết bị lập trình cịn sử dụng để theo dõi, gỡ rối, thay đổi lệnh, lưu giữ chương trình thực thao tác điều khiển PLC Thiết bị lập trình có loại sau: + Máy lập trình cầm tay hãng chế tạo để lập trình cho riêng PLC hãng có tên gọi hãng đặt “Programmable console”, HandHeld Programmer… Thiết bị nhỏ gọn gồm cụm phím bấm với hình nhỏ hiển thị ký tự hạn chế, số lượng dòng hình (dưới dịng) Do lập trình kiểu danh sách lệnh STL Do khả hạn chế nên dùng + Máy lập trình chun dụng có hình dạng giống với máy tính hãng chế tạo cho PLC Loại lập trình nhiều kiểu hình lớn máy tính, cho phép kiểm tra, theo dõi đầy đủ dễ dàng hoạt động PLC, can thiệp sâu vào cấu trúc hệ thống Điểm hạn chế máy áp dụng cho PLC hãng + Lập trình máy tính PC thơng thường có cài đặt phần mềm lập trình hãng chế tạo PLC thiết kế giữ quyền Lập trình nhiều kiểu chương trình tùy theo phần mểm, cho phép người sử dụng theo rõi đầy đủ trình lập trình (Off-line) quan sát hoạt động PLC (chế độ On-Line) Trên máy tính PC cài đặt nhiều phần mềm lập trình hãng khác để làm việc với PLC nhiều hãng Do ưu điểm nên phương pháp sử dụng rộng rãi khắp giới Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi 1.7 Các đầu vào/ra số Module vào số Module vào số (digital I/O module) loại module phổ biến nhất, thành phần cấu hình phong phú plc Module vào rời rạc cổng giao tiếp với thiết bị vào vào thiết bị kiểu on/off Module vào rời rạc Module vào rời rạc thực nhiệm vụ nhận tín hiệu từ thiết bị vào, biến đổi thành tín hiệu số gửi đến CPU Modul rời rạc thiết bị giao tiếp PLC thiết bị vào Các thiết bị vào rời rạc tín hiệu logic chuyển mạch (selector switch), phím nhấn (push button), cơng tắc hành trình (limit switch), tiếp điểm đầu điều khiển (contact type), loại cảm biến tiệm cận (proximity sensor), cảm biến quang (photo sensor) Mỗi thiết bị vào nối với module vào điểm có vị trị xác định gọi điểm đầu vào (Input point) Mỗi điểm đầu vào tương ứng với địa Bit liệu vùng đầu vào Giá trị bit liệu phản ánh trạng thái tín hiệu vào Nếu tín hiệu vào mức cao (ví dụ, tín hiệu xoay chiều 24 VDC, tín hiệu xoay chiều 110 VAC 220 VAC Bit tương ứng có giá trị Nếu tín hiệu vào mức thấp (0V) bit tương ứng có giá trị Trên module vào có LED thị trạng thái tín hiệu Mạch điện khối CPU mạch cách ly phần tử quang (optocouple) Sơ đồ khối chức module đầu vào trình bày hình Tín hiệu vào Mạch vào Phần nguồn Phần tử cách ly quang Mạch logic CPU Phần logic Sơ đồ khối chức module vào rời rạc Sơ đồ chia làm phần: phần nguồn cung cấp cho thiết bị vào phần phần tạo tín hiệu logic phù hợp với PLC Vì tín hiệu vào tín hiệu xoay chiều,một chiều với mức điện áp khác Mạch vào mạch biến đổi tín hiệu, mạch lọc nhiễu Phần tử cách ly thường dùng phần tử ly quang biến áp xung Mạch logic tạo tín hiệu logic phù hợp với CPU LED thị trạng thái tín hiệu vào Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi a) Đầu vào xoay chiều Sơ đồ nguyên lý đầu vào module vào xoay chiều với điện áp 110 VAC/ 220VAC hình Sơ đồ nguyên lý đầu vào module vào xoay chiều cách đấu nối Tín hiệu vào nhận từ nguồn xoay chiều L1-L2 qua phím S biến đổi thành tín hiệu chiều nhờ chỉnh lưu (D1-D4) Điện trở R1,R2 giúp hạn chế dòng vào, điện trở R3 là điện trở tải chỉnh lưu, diot ổn áp D5 xách định ngưỡng nhỏ tín hiệu vào Phần tử cách ly quang ISO chuyển đổi tín hiệu từ nguồn thành tín hiệu logic gửi đến CPU Trường hợp điện áp xoay chiều đầu vào nhỏ thường không sử dụng cầu chỉnh lưu Sơ đồ không sử dụng mạch chỉnh lưu mà dùng phần tử cách ly quang gồm LED mắc song song ngược Đầu vào sử dụng mạch lọc thơng thấp RC Tín hiệu từ LED thị trạng thái đầu vào PLC S1 IN1 R1 S2 ISO R2 IN2 Mạch logic CPU C 24VAC R3 COM Sơ đồ nguyên lý sơ đồ nối đầu vào module vào xoay chiều, điện áp 24V AC b) Đầu vào chiều Khi điện áp vào chiều module vào có cấu trúc đơn giản hơn, để thuận tiện cho người dùng có loại cho phép sử dụng tùy ý dấu điện áp vào S1 IN1 S2 ISO R1 IN2 R2 Mạch logic CPU COM 10 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U b) Lệnh quay liệu 16-bit sang trái: Lệnh ROL(P): Lệnh dùng để dịch chuyển quay liệu 16-bit nhị phân lưu trữ (d) sang trái với số bit xác định(n) (không sử dụng cờ carry) Lệnh RCL(P): Lệnh dùng để dịch chuyển quay liệu 16-bit nhị phân lưu trữ (d) sang trái với số bit xác định(n) (có sử dụng cờ carry) Tham khảo mục c) Lệnh quay liệu 32-bit sang phải DROR(P): Lệnh dùng để dịch chuyển quay liệu 32-bit nhị phân lưu trữ (d) sang phải với số bit xác định(n) (không sử dụng cờ carry) DRCR(P): Lệnh dùng để dịch chuyển quay liệu 32-bit nhị phân lưu trữ (d) sang phải với số bit xác định(n) (có sử dụng cờ carry) d) Lệnh quay liệu 32-bit sang trái DROL(P): Lệnh dùng để dịch chuyển quay liệu 32-bit nhị phân lưu trữ (d) sang trái với số bit xác định(n) (không sử dụng cờ carry) DRCL(P): Lệnh dùng để dịch chuyển quay liệu 32-bit nhị phân lưu trữ (d) sang trái với số bit xác định(n) (có sử dụng cờ carry) Lệnh vể chương trình Tên lệnh: CALL(P) : lệnh gọi chương trình (subroutine program) RET : lệnh kết thúc chương trình Các lệnh có dạng lập trình Ladder, lập trình kiểu ST hay FB không áp dụng P kiểu liệu trỏ có dải từ đến 4095 Phương thức thực vịng qt có chương trình hình + Một chương trình gọi nhiều lần chương trình + Có thể lồng chương trình nhau, tối đa đến 16 cấp 76 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U Lệnh xung Điều chế độ rộng xung 16/32-bit: Tên lệnh PWM (16 bit) DPWM (32 bit) Lệnh xuất xung (trong đơn vị liệu 16/32-bit) thời gian ON (trong đơn vị liệu 16/32-bit) định (s1) có chu kỳ định (s2) đến đích đầu định (d) Biểu diễn ngơn ngữ lập trình Ladder ST FBD ENO:=PWM(EN,s1,s2,d); ENO:=DPWM(EN,s1,s2,d); Hoạt động PWM: Lệnh xuất xung thời gian ON xác định (s1) chu kỳ phát xung xác định (s2) để xuất đến vị trí xác định (d) DPWM: tương tự lênh PWM Lệnh Clock TRD(P) - lệnh đọc thời gian từ thời gian thực modul CPU TWD(P) - lệnh viết thời gian vào vùng nhớ thời gian thực modul CPU TADD - lệnh cộng thời gian lưu ghi (d1) cộng với thời gian ghi (d2) kết lưu ghi (d) 77 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U TSUB - lệnh trừ thời gian lưu ghi (d1) cộng với thời gian ghi (d2) kết lưu ghi (d) DSTOH- lệnh chuyển đổi thời gian lưu thiết bị (s) từ giây sang giờ,ngày,tháng lưu giá trị vào thiết bị (d) kiểu nhị phân 16 bit 32bit LDDT,ANDDT, ORDT - Các lệnh so sánh ngày lưu ghi (d1) với ngày ghi (d2) kết set ghi (s3) LDDT,ANDDT, ORDT – lệnh so sánh thời gian lưu ghi (d1) với thời gian ghi (d2) kết set ghi (s3) DSTOH lệnh so sánh thời gian đặc biệt (s1),(s2),(s3) với liệu thời gian đặc biệt (s4), bật tắt bit (d) với kết tương ứng DSTOH - lệnh so sánh thời gian đặc biệt (s1),(s2) với liệu thời gian đặc biệt (s3), bật tắt bit (d) với kết tương ứng Generating timing pulses - lệnh cộng thời gian lưu ghi (d1) cộng với thời gian ghi (d2) kết lưu ghi (d) 3.1.4 Lệnh bước – Step Ladder Instruction Starts/Ends step ladder STL: lệnh bắt đầu step ladder RETSTL: lệnh kết thúc step ladder Ladder ST Không hỗ trợ FBD Không hỗ trợ (d) kiểu liệu bit dải từ S0 đến S4095 Các bước chương trinh bậc thang thực tế sau: 78 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U chương trình step ladder biểu thị rơ le ladder, tạo theo máy kiểm sốt dịng chảy sử dụng rơ le trạng thái Một rơ le trạng thái gồm cuộn hút tiếp điểm ( STL contact) cách với rơ le khác Sử dụng lệnh SET OUT để điều khiển cuộn hút sử dụng lệnh STL cho tiếp điểm Bảng cho biết hoạt động mạch điện kết nối với rơ le trạng thái Thực trạng thái tiếp điểm ON Thực trạng thái tiếp điểm OFF ( cho chu trình vận hành) Non- execution Khi rơ le trạng thái bật ON, mạch kết nối kích hoạt với tiếp điểm STL Khi điều kiện cung cấp rơ le trạng thái thỏa mãn, rơ le trạng thái bật ON rơ le trạng thái mà ON trước tắt( chuyển hoạt động) Một lệnh không thực thi trạng thái tiếp điểm OFF sau chu trình hoạt động nơi mà lệnh thực thi trang thái tiếp điểm OFF( trạng thái nhảy) Sự hoạt động chương trình 79 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U *1 Nó ln ln cần thiết để chương trình điều khiển đầu *2 Các cuộn hút đầu sử dụng lại rơ le trạng thái khác *3 Mỗi lệnh OUT SET cho rơ le trạng thái tự động reset chuyển nguồn, có chức tự giữ *4 số lượng rơ le trạng thái sử dụng lần *5 Nó đặt trỏ sau lệnh STL, trỏ đặt, chương trình lỗi xảy ra( 33E2H) 3.1.5 Lệnh điều khiển kiểu PID – PID Control Instruction PID control loop Tên lệnh PID - lệnh tiến hành PID cho đối tượng nhằm thay đổi đầu theo đầu vào Biểu diễn ngơn ngữ lập trình Ladder ST FBD Chức năng, dải giá trị, kiểu liệu: Toán hạng Chức Dải giá trị Kiểu liệu Kiểu liệu (nhãn) (s1) Địa giá trị thực -32768- 32767 16-bit signed binary ANY16 80 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U (s2) Địa giá trị đặt -32768- 32767 16-bit signed binary ANY16 (s3) Tham số 1- 32767 16-bit signed binary ANY16 (d) Gía trị lưu đầu -32768- 32767 16-bit signed binary ANY16 EN Điều kiện thực - Bit BOOL ENO kết thực - Bit BOOL Kiểu toán hạng: Toán hạng Bit X, Y, M, L, SM, F, B, SB, S Word T, ST, C, D, W, SD, SW, R Double word Z LC LZ Hằng số K, H E (s) Hoạt động Đây lệnh đọc liệu thời gian từ địa (SD210 -> SD216) từ thời gian thực modul CPU Chú ý: Đây lệnh chiếm vùng địa địa SD210 Chắc chắn địa khơng dùng cho mục đích khác 3.2 Các lệnh cho modul đặc biệt Built-in Ethernet Function Instructions SP.SOCOPEN: Lệnh mở kết nối SP.SOCCLOSE lệnh đóng kết nối SP.SOCRCV - lệnh đọc nhận liệu SP.SOCRCV Reading connection information SP.SOCRCV-, Reading Socket communication receice data SP.ECPRTCL - Executing the protocols registered for the predefined protocol support function SP.ECPRTCL - Sending the SLMP frame 81 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U Serial Communication Tên lệnh RS2 - Lệnh cho phép gửi nhận giữ liệu thông qua cổng truyền thông nối tiếp RS-232 RS-485 Biểu diễn ngôn ngữ lập trình Ladder ST EN0:=RS2(EN,s,n1,n2,n3,d) FBD Inverter Communication Instruction a) Inverter operation monitoring (Status check) Tên lệnh IVCK - Lệnh đọc trạng thái hoạt động biến tần nhờ module CPU b) Inverter operations control (Drive) Tên lệnh IVDR - lệnh viết giá trị điều khiển cần thiết cho hoạt động biến tần từ module CPU sử dụng máy tính kết nối với hoạt động biến tần c) Inverter parameter read Tên lệnh IVRD Lệnh đọc thông số biến tần thông qua module CPU d) Inverter parameter write Tên lệnh IVWR - lệnh ghi giá trị tham số biến tần từ module CPU e) Inverter parameter block write Tên lệnh IVBWR - Lệnh viết hàng loạt tham số biến tần từ module CPU g) Inverter multi command Tên lệnh IVMC – lệnh thực loại cài đặt (lệnh hoạt động cài đặt tần số) cho biến tần đọc loại liệu (màn hình trạng thái biến tần giá trị tần số biến tần…) từ biến tần lúc MODBUS Communication Instruction Tên lệnh ADPRW - lệnh cho phép truyền thông MODBUS Master (đọc/ ghi liệu) với Slaves Predefined Protocol Support Function Instruction Tên lệnh: S(P).CPRTCL - lệnh thực giao thức truyền thông ghi lại sử dụng công cụ kỹ thuật Positioning Module a) Restoring the absolute positon Tên lệnh G.ABRST - lệnh khơi phục lại vị trí trục xác định b) Starting the positioning 82 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U Tên lệnh GP.PSTRT - lệnh cho phép bắt đầu xác định vị trí trục định c) Teaching Tên lệnh GP.TEACH - lệnh huần luyện trục định HIGH-SPEED COUNTER INSTRUCTION Xử lý đếm tốc độ cao a) Thiết lập so sánh liệu 32bit DHSCS Lệnh so sánh giá trị đếm đếm tốc độ cao với giá trị định set bit hai giá trị Ladder ST*1 ENO:=DHSCS(EN,s1,s2,d); ENO:=DHSCS_I(EN,s1,s2,Pn); FBD*1 *1 Khi trỏ ngắt (I) định nghĩa tốn hạng (d) ngơn ngữ ST ngơn ngữ FBD / LD, sử dụng lệnh DHSCS_I Cài đặt liệu ■Mơ tả, phạm vi, kiểu liệu Tốn hạng Mô tả Phạm vi Loại liệu Loại liệu (Nhãn) (s1) Dữ liệu so sánh với giá trị đếm tốc độ cao từ thiết bị từ lưu trữ liệu -2147483648 to +2147483647 32-bit signed binary ANY32 (s2) Số kênh đếm tốc độ cao _ 32-bit signed binary ANY32 _ Bit ANY_BOOL _ POINTER (d) DHSCS Bit đặt thành ON hai DHSCS_I giá trị so sánh *1 83 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U EN ENO Điều kiện thực _ BOOL Kết thực _ BOOL *1 Trong trường hợp ngôn ngữ ST ngôn ngữ FBD / LD, d hiển thị Pn Đối tượng áp dụng Bit Word X, Y, M, L, SM, T, ST, C, D, W, F, B, SB, S SD, SW, R (s1) (s2) (d) Toán hạng Constant Double word Others U \G Z LC LZ K,H E $ − − − *1 − − − − − − − − − − − *2 *1 Bật chức tương thích FX3 định thiết bị LC35 55 định đếm tốc độ cao tương thích FX3 Đối với chức tương thích FX3, tham khảoMSYS iQ-FX FX5 User's Manual (Application) *2 I16 tới I23 sử dụng Hoạt động • Khi giá trị đếm tốc độ cao kênh định (s2) trở thành giá trị so sánh (s1) (ví dụ: giá trị thay đổi từ "199" đến "200" "201" thành "200" giá trị so sánh K200), thiết bị bit (d) đặt thành ON thời gian quét Trong hướng dẫn này, trình so sánh thực sau xử lý đếm đếm tốc độ cao Để biết chi tiết, tham khảo MSYS iQ-FX FX5 User's Manual (Application) Sử dụng DHSCS đầu phải đưa kết đếm tương đương với giá trị so sánh thời gian quét module CPU Khi số lượng dẫn sử dụng đồng thời bị vượt giới hạn, sử dụng dẫn so sánh chung Nếu sử dụng ngắt kết hợp so sánh tốc độ cao, chương trình ngắt tương ứng thực cách đặt trỏ ngắt (I16 đến I23) thành (d) hiển thị bên 84 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U A: Chương trình B: I16 Chương trình ngắt (1): Bật đếm tốc độ cao CH1 (2): Khi giá trị đếm tốc độ cao CH1 đạt đến 1000, chương trình gián đoạn (I16) thực Chú ý Giá trị xác định (s2) nên kênh số lượng truy cập tốc độ cao (1 đến 8) đặt tham số • Lỗi xảy trường hợp sau - Khi kênh không đặt tham số giá trị định khác K1 đến - Khi số thiết bị LC không đặt tham số định Với ý khác, xem MELSEC iQ-F FX5 User's Manual (Application) b) Reset HSC 32bit DHSCR So sánh giá trị đếm đếm tốc độ cao với giá trị định đặt lại bit hai giá trị tương đương với đặt lại đếm tốc độ cao Hoạt động • Khi giá trị đếm tốc độ cao kênh định (s2) giá trị so sánh (s1) bit (d) đặt lại sang OFF thời gian quét Point Sử dụng DHSCR đầu phải đưa kết tính tốn tương đương với giá trị so sánh thời gian quét Module CPU c) Comparison of 32-bit data band DHSZ Lệnh so sánh giá trị đếm tốc độ cao với hai giá trị (một vùng), xuất kết so sánh (làm mới) Hoạt động Giá trị đếm tốc độ cao (s3) so sánh với hai điểm so sánh (giá trị so sánh giá trị so sánh 2) Dựa kết so sánh 85 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U vùng, "nhỏ so với giá trị so sánh thấp hơn", "bên vùng so sánh" "lớn giá trị so sánh trên", số (d), (d) +1 (d) +2 Thiết lập ON thời gian quét e) Start/stop of the 16-bit/32bit data high-speed I/O function HIOEN(P) Kiểm soát bật/tắt chức I/O tốc độ cao 16 bit DHIOEN(P) Kiểm soát bật tắt chức I/O tốc độ cao 32 bitt g) High-speed Current Value Transfer Instruction HCMOV(P) High-speed current value transfer of 16-bit data Hướng dẫn đọc ghi (cập nhật) ghi đặc biệt để đo tốc độ cao, đo xung độ rộng, PWM, vị trí DHCMOV(P) High-speed current value transfer of 32-bit data Các hướng dẫn đọc ghi (cập nhật) ghi đặc biệt để truy cập tốc độ cao, đo chiều rộng xung, PWM, vị trí 3.3 Các hàm chuẩn khối hàm Các hàm tiêu chuẩn Trong PLC Fx5U có khoảng xấp xỉ 100 hàm tiêu chuẩn thể dạng FB ST giúp cho việc laapjp trình thuận tiện Có thể liệt kê số nhóm hàm tiêu chuẩn sau: + Các hàm chuyển đổi (Convertion Functions) kiểu liệu sang Như trình bày có kiểu liệu là: Bool; Word (W); Double Word (DW); Integer (Int); Double Integer (Dint); Real (E); String; BCD Ngồi cịn có hàm chuyển đổi sang kiểu Time Tuy nhiên kiểu liệu chuyển đổi sang đầy đủ kiểu cịn lại Thí dụ liệu kiểu Word chuyển sang kiểu DW; Bool; Int; Dint Time Dữ liệu kiểu BCD chuyển đổi sang kiểu Int Dint .v.v + Các hàm chuẩn toán học: cộng, trừ, nhân, chia, hàm lượng giác, loogarit, hàm mũ + Các hàm dịch bit (Shift) + Các hàm thực phép lôgic đại số Bool + Các hàm so sánh Dưới mơ tả thí dụ hàm chuẩn cho chọn lọc – Selection Functions a) Hàm chọn giá trị Max/Min Hàm Max/Min dạng FB 86 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U Tên hàm: + Max(_E) đưa (d) giá trị lớn giá trị đầu vào (s) + Min(_E) đưa (d) giá trị nhỏ giá trị đầu vào (s) Số lượng cổng vào (s) nằm khoảng từ đến 28 Kiểu liệu đầu vào (s) (d) loại Bool; Int; Dint; W; DW; Real; String; Time Thí dụ Thí dụ hàm Max/Min b) Hàm Limit Hàm Limit dạng FB Tên hàm: Limit(_E) Hàm đưa đầu (d) trị số đầu vào (s2) phạm vi bị hạn chế giá trị (s1) hạn chế giá trị (s3) + Nếu giá trị (s2)< s(1) (d) đưa trị số (s1) + Nếu giá trị (s2) > s(3) (d) đưa trị số (s3) Kiểu liệu đầu vào (s) (d) loại Bool; Int; Dint; W; DW; Real; String; Time Thí dụ đặc tính vào/ra hàm Limit c) Hàm Multiplexer 87 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U Tên hàm: Mux(_E) Hàm đưa (d) giá trị vào (s) theo điều khiển từ trị số cổng (n) Số lượng tối đa cổng (s) 28 (n) có trị số từ đến (sn-1) tức trị số lớn n=27 + Khi (n)=0 (d) đưa giá trị (s1) + Khi (n) = (sn-1) (d) đưa giá trị (s) cuối Khối hàm Multiplexer Kiểu liệu (n) Int Kiểu liệu (s) là Bool; Int; Dint; W; DW; Real; String; Time; Structure Array Thí dụ Các khối hàm Tổng số có 10 khối hàm chia thành nhóm là: + khối hàm trạng thái kiểu RS SR + khối phát sườn dương sườn âm tín hiệu + khối hàm Timer gồm khối + khối hàm Couter gồm khối Nhóm cuối quen thuộc nên trình bày nhóm gồm a) Khối SR(_E) ưu tiên set Khối đầu (d) có hai trạng thái phụ thuộc trạng thái hai đầu vào (s) với đầu vào (s1) có tác dụng Set đầu (d) đầu vào thứ hai (s2) có tác dụng Reset đầu (d) Hoạt động tương tự loại Flip-Flop RS mạch điện tử lôgic Điều khác biệt cửa (s1) có mức ưu tiên cao cửa (s2) thể sau - Khi (s1) bật ON (d) bật (Set) Nếu (s2) bật ON (s1) OFF (d) bị tắt (Reset); nhiên: Nếu (s2) bật ON (s1) ON (d) khơng bị tắt (khơng Reset được) Kiểu liệu tất Bool 88 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U Khối hàm SR RS Biểu đồ hoạt động theo thời gian Với khối có sử dụng cổng EN mạch hoạt động bình thường EN=ON; đầu EN=OFF đầu (d) giữ nguyên trạng thái trước b) Khối RS(_E) ưu tiên Reset Khối có đặc điểm hoạt động tương tự khối SR(_E) trên, nhiên phẩn ưu tiên thuộc vể cổng (s2) - Khi (s1) bật ON (d) bật (Set), (s2) bật ON (d) bị tắt (Reset), Nếu (ss) ON s(1) ON (d) không bật lên ON (vẫn bị Reset) Biểu đồ hoạt động theo thời gian Tác dụng cổng EN tương tự khối SR(_E) 89 Chương HỆ LỆNH PLC FX5U c) Khối phát sườn lên R_TRIG(_E) Khối phát xuất tín hiệu đầu vào (s1) đưa (d) xung kéo dài chu kỳ quét Biểu đồ hoạt động theo thời gian Trường hợp dùngcổng EN ảnh hưởng cổng thể biểu đồ thời gian sau d) Khối phát sườn xuống F_TRIG(_E) Hoạt động hoàn toàn tương tự khối phát sườn dương phát xung với độ dài chu kỳ quét phát tín hiệu (s) có 90 ... thiết bị đầu M PLC loại nhỏ, dạng cố định Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi Module vào Module nguồn Module Module kết hợp vào/ra CPU PLC PLC Khe cắm (slot) Bảng mạch BUS (backplane) PLC loại vừa... vòng CPU hạn chế khản xử lý tức thời PLC Vì vậy, PLC chủ yếu sử dụng hệ điều khiển trình biến thiên chậm Tuy nhiên, Chương Tổng quan PLC Fx5U Mishubishi PLC đại trang bị tăng cường tính xử lý... thiết lập điều kiện ban đầu cho hệ thống Sự khác biệt PLC PC Về cấu trúc, PLC tương tự máy tính số Tuy nhiên, PLC máy tính số có khác Thứ nhất, PLC thiết kế để hoạt động môi trường công nghiệp khắc