Mitsubishi Chương3: Kỹ thuật lập trình điều khiển tuần tự

Giáo trình viết về kỹ năng lập trình PLC của Mitsubishi, giúp cho các học viên có cái nhìn tổng quan về bộ điều khiển lập trình, có kiến thức về cách lập trình và phương pháp lập trình sao cho đơn giản dễ hiểu dễ sử dụng sửa chữa khi cần thiết.

Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ CHƢƠNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ I Thiết kế mạch điều khiển Các bước thiết kế chương trình trình tự cho PLC sau: Quá trình điều khiển diễn đạt lời Sự mơ tả chuyển sang dạng lưu đồ hay sơ đồ chức Đến giai đoạn này, điều kiện logic dễ dàng xác định, sau chuyển sang biểu thức Boolean biểu diễn trạng thái trình trình tự Cuối biểu thức Boolean chuyển đổi sang chương trình dạng ladder Sự diễn đạt lời hay ghi giấy mô tả q trình điều khiển thường dài, khó theo dõi khơng xác Để tồn q trình điều khiển dễ chia thành chương trình Mỗi chương trình sau xây dựng theo dạng trình tự khóa lẫn để thực chức theo yêu cầu Cần phải có phương pháp mơ tả hệ thống trình tự cho rõ ràng dễ theo dõi trình hoạt động Các phương pháp diễn đạt tùy chọn: logic relay (relay logic diagram), cổng logic (logic schematic), lưu đồ ( flowchart) sơ đồ chức (function chart) Các phương pháp không thay cho bước diễn đạt lời mà hỗ trợ nhiều cho bước Việc áp dụng phương pháp tùy thuộc chủ yếu vào kinh nghiệm phương pháp Người phân tích thiết kế hệ thống có kiến thức tốt điện tử kỹ thuật số hay máy tính thường dùng ba phương pháp sau, phương pháp logic relay dùng người quen với thiết kế mạch relay (a) ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (b) 83 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Điều kiện khởi động Bắt đầu Bước Kiểm tra điều kiện Xử lý No Điều kiện chuyển bước Yes Xử lý Bước No Xử lý Kiểm tra điều kiện Yes (c) Xử lý Điều kiện chuyển bước (d) Hình 3.1: Các phương pháp đặc tả hệ thống điều khiển logic: (a) logic relay; (b) cổng logic; (c) lưu đồ; (d) sơ đồ chức  Phƣơng pháp logic relay cổng logic Cả hai phương pháp có liên hệ trực tiếp đến mạch vật lý, phương pháp lý tưởng cho ứng dụng PLC thay cho hệ thống dùng relay truyền thống, vẽ hệ thống nguyên thủy dùng làm sở để lập trình cho PLC Tuy nhiên, phương pháp thường dùng cho hệ thống điều khiển dùng tổ hợp ngõ vào hay hệ thống điều khiển trình tự quy mơ nhỏ, sơ đồ biểu diễn trở nên phức tạp khó theo dõi ứng dụng trình tự quy mô lớn  Phƣơng pháp biểu diễn lƣu đồ Phương pháp thường dùng thiết kế phần mềm cho máy tính, phương pháp phổ biến để biễu diễn trình tự hoạt động hệ thống điều khiển Lưu đồ có quan hệ trực tiếp đến mô tả lời hệ thống điều khiển, điều kiện cần kiểm tra bước xử lý bước theo chuỗi trình tự Các xử lý lưu đồ ghi ô chữ nhật, điều kiện ghi vào hình thoi Tuy nhiên, phương pháp chiếm nhiều không gian biểu diễn hệ thống điều khiển lớn sơ đồ trở nên nặng nề  Phƣơng pháp sơ đồ chức Phương pháp trở nên phổ biến để biểu diễn hoạt động trình tự, cho phép thể chi tiết xử lý trình tự hoạt động trình điều khiển Với cách dùng ký hiệu gọn đọng, phương pháp có ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 84 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ ưu điểm phương pháp trên, việc biểu diễn bước tiến trình hoạt động mạch lạc rõ ràng Trong bước ta ghi điều kiện set reset, điều kiện chuyển trạng thái tín hiệu điều khiển khác Sơ đồ chức cịn hỗ trợ đắc lực kiểm tra chạy thử hệ thống  Đại số Boolean Cho dù dùng phương pháp nào, chức đặc tả rõ ràng chúng phải chuyển sang dạng mà từ chuyển thành chương trình PLC Q trình thường thực cách chuyển đổi chức thành chuỗi liên tiếp biểu thức Boolean từ chuyển thành ngơn ngữ PLC Ta đặc tả toàn hệ thống điều khiển logic biểu thức Boolean, việc dùng biểu thức Boolean thường hiệu mặt thời gian thiết kế không dễ hiểu người chưa có kinh nghiệm hệ thống điều khiển Giải pháp dùng Boolean tiết kiệm không gian biễu diễn giấy thiết kế II Phƣơng pháp lƣu đồ giải thuật Lưu đồ giải thuật phương pháp biểu diễn cho trình điều khiển Các bước ý tưởng thực lệnh cách đơn giản Các ký hiệu sử dụng lưu đồ giải thuật: Start/Stop Điều kiện Xử lý Xuất/nhập Chương trình Các khối kết nối mũi tên để bước liên tiếp chương trình Những khối khác thể cho hoạt động khác chương trình Chương trình ln cần khối start, chương trìnhPLC dừng lại khối stop sử dụng Những khối quan trọng khác bao gồm khối xử lý khối điều kiện Những chức khác sử dụng khơng cần thiết cho đa số ứng dụng PLC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 85 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Ví dụ 1: Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống cấp nước Nhấn nút PB1 (START), bình nước đổ đầy qua valve MV1 (valve MV2 đóng lại) Khi bình nước đầy (TLB1 ON) hay nút PB2 (STOP) tác động valve MV2 mở, valve MV1 đóng lại Bắt đầu Mở valve MV2 Đóng valve MV1 PB1 ON? No Yes Mở valve MV1 Đóng valve MV2 Bình đầy? (TLB1 ON?) Yes Mở valve MV2 Đóng valve MV1 No PB2 ON? Yes No ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 86 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Phương pháp chung lưu đồ giải thuật: Hiểu rõ trình hoạt động Xác định hoạt động chính, thể khối Xác định chuỗi thao tác, kết nỗi khối mũi tên Khi chuỗi thao tác thay đổi dùng khối điều kiện để rẽ nhánh Ví dụ 2: Dùng lưu đồ thiết kế điều khiển cửa garage Garage hoạt động sau: - Có nút nhấn đơn garage (PB1), nút nhấn đơn dùng điều khiển từ xa (PB2) - Khi nút nhấn tác động cửa dịch chuyển (đóng mở) - Nếu nút nhấn tác động lần thứ cửa chuyển động, cửa dừng lại, nút nhấn tác động lần thứ thí cửa chuyển động lần theo hướng ngược lại - Hai contact hành trình bố trí vị trí cao (LS1) thấp (LS2) nhằm giới hạn đoạn đường dịch chuyển cửa garage - Một chùm tia sáng (S1) bố trí chân cửa garage, chùm tia sáng bị chặn cửa đóng cửa dừng chạy ngược lại - Một bóng đèn garage bật thời gian phút sau cửa đóng mở PB1: nút nhấn garage PB2: nút nhấn điều khiển từ xa LS1: contact hành trình giới hạn LS2: contact hành trình giới hạn S1: chùm tia sáng chân cửa garage DC: đóng cửa DO: mở cửa ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 87 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Bắt đầu PB1 hay BB2 ON? No Yes Đóng cửa (DC ON) PB1 hay PB2 hay LS2 ON No S1 ON? Yes No Yes Dừng đóng cửa (DC OFF) PB1 hay PB2 ON No Yes Mở cửa (DO ON) PB1 hay PB2 hay LS2 ON No Yes Dừng mở cửa (DO OFF) ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 88 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ III Phƣơng pháp sơ đồ chức Phương pháp thể chi tiết xử lý trình tự hoạt động trình điều khiển Trong bước ta ghi lệnh set reset, điều kiện chuyển trạng thái tín hiệu điều khiển khác Cho phép điều khiển di chuyển tới bước điều kiện thỏa Bước Trạng thái Trạng thái Trạng thái Xử lý Trạng thái Trạng thái Về tráng thái thao tác, trạng thái có liên hệ với phần xử lý Chọn nhánh – Chỉ hai nhánh (hay nhiều hơn) thực Nhánh đồng thời – Cả hai nhánh (hay nhiều hơn) thực  Ví dụ điều khiển máy xử lý hóa chất Hệ thống gồm bồn chứa có bơm để chuyển chất lỏng qua hệ thống Mỗi bồn có gắn cảm biến để phát bồn cạn hay đầy bồn có phần tử nung nóng với cảm biến nhiệt độ Bồn gắn cần khuấy để trộn hai thành phần chất lỏng chúng bơm vào bồn bồn Các bồn phía dưới, bồn bồn 4, có dung tích lớn gấp đơi bồn bồn 2,và đổ đầy bồn bồn (chất kiềm với chất polime) ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 89 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống xử lý hóa chất Hoạt động Bồn đổ đầy từ bồn chứa kiềm polime riêng biệt, thông qua bơm bơm Bơm ngưng hoạt động có tín hiệu từ cảm biến báo đầy bồn Phần tử nung nóng bồn kích hoạt, nâng nhiệt độ lên 600C Khi cảm biến nhiệt độ nóng, tín hiệu tắt điều khiển nung kích hoạt bơm bơm để chuyển hỗn hợp dung dịch vào bồn phản ứng, bồn Cần khuấy kích hoạt bồn có hỗn hợp dung dịch khoảng thời gian tối thiểu 60 giây Khi bồn đầy, bơm bơm ngưng hoạt động Nếu thời gian khuấy lớn 60 giây, bơm chuyển hỗn hợp trộn vào bồn 4, bồn silo sản phẩm, thông qua lọc Bơm dừng hoạt động bồn đầy hay bồn cạn Cuối cùng, sản phẩm dung dịch đưa vào bồn chứa lưu trữ nhờ bơm Đến đây, trình xử lý kết thúc chu kỳ hoạt động, q trình xử lý bắt đầu chu kỳ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 90 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Khởi động tay Bước (khởi tạo) hoạt động hay bước hoạt động bồn rỗng Kích hoạt bơm Bước Bơm hoạt động Bước Bơm hoạt động Bồn đầy Bước Kích hoạt bơm Bồn đầy Kích hoạt nung Đạt đến 600C Kích hoạt bơm Bước Bước Kích hoạt bơm Bước Khuấy Định 60 giây Bồn rỗng Bồn đầy Bước Bồn rỗng Bồn đầy Hết thời gian định Kích hoạt bơm Bồn đầy Bồn rỗng Bước Kích hoạt bơm Bồn rỗng Bước Khởi tạo Về trạng thái gốc Bước tùy chọn Hình 3.4: Lưu đồ chức xử lý hóa chất ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 91 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ IV Thiết kế chuỗi logic Các ý tưởng thiết kế chuyển thành phương trình đại số Boolean Các phương trình đại số Boolean xếp lại hay rút gọn, sau chuyển đổi thành ngôn ngữ ladder hay sơ đồ mạch điện Nếu diễn tả trình điểu khiển hoạt động, biến đổi trực tiếp thành phương trình đại số Boolean  Ví dụ: Mơ tả q trình Một lị đốt nóng có hai ngăn, dùng để đốt nóng thỏi kim loại ngăn Khi lị bật, cung cấp nhiệt lượng cho hai ngăn Nếu có thỏi kim loại lị mà lị q nóng hệ thống quạt hoạt động nhằm làm giảm nhiệt độ lị Mơ tả q trình điều khiển Nếu nhiệt độ cao có thỏi kim loại lị hệ thống quạ bật Định nghĩa ngõ vào ngõ X1: thỏi kim loại ngăn X2: thỏi kim loại ngăn X3: cảm biến nhiệt độ Y1: quạt X3 X1 X2 Y1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 Y1 = X3X1X2  X3X1X2 ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 92 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ  Thiết kế hệ thống chống trộm Hệ thống hoạt động có người xâm nhập bất hợp pháp Hệ thống kích hoạt nhờ cảm biến phát chuyển động cảm biến hệ thống cửa sổ cửa vào Hệ thống cảm biến cửa sổ cửa vào bị ngắt sổ bị phá vỡ hay cửa vào bị mở Cảm biến chuyển động tác động có vật thể dịch chuyển A: hệ thống báo động (1 = on) S: contact nguồn cho hệ thống báo động (1 = on) W: cảm biến cửa sổ cửa vào (1 = OK) M: cảm biến phát dịch chuyển (0 = OK) S M W A 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 A  SMW  SMW  SMW  SMW A  SW(M  M)  SM(W  W) A  S(M  W) ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 93 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Điều khiển trình tự dùng Step Ladder (STL) Step ladder, gọi tắt STL, cơng cụ điều khiển trình tự hiệu Kỹ thuật lập trình tương tự với biểu diễn sơ đồ chức hoạt động trình tự, thay phương pháp dùng tổ hợp logic truyền thống STL thể mặt mạnh thơng qua việc tổ chức chương trình lớn thành phần tử nhỏ Mỗi phần tử gọi trạng thái bước Để nhận biết trạng thái, trạng thái gán ký hiệu xác định Các ký hiệu thiết bị relay trạng thái (state relay devices) V Mỗi trạng thái hoàn toàn tách biệt với trạng thái khác chương trình Cách tốt để hình dung điều trạng thái xem chương trình tách biệt người sử dụng đặt phần chương trình lại với theo thứ tự hoạt động Ngồi trạng thái sử dụng lại nhiều lần theo thứ tự khác Điều tiết kiệm thời gian lập trình hạn chế lỗi lập trình Lập trình Step ladder có đặc điểm làm cho việc điều khiển trình tự đơn giản sau: - Khả giữ trạng thái hành nhờ dùng cờ có khả chốt - Tự động vô hiệu (reset) trạng thái trước chuyển vào trạng thái hành - Dễ dàng phân nhánh song song dạng OR AND VI Lệnh STL lập trình STL Chương trình STL khơng hồn tồn thay chương trình Ladder chuẩn Từng phần chương trình STL lớn nhỏ kích hoạt lúc Khi tác vụ STL hồn tất, chương trình trở tiếp tục xử lý chương trình ladder chuẩn chương trình STL cần thực thi Do phần điều khiển khởi động dừng chương trình STL quan trọng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 94 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Ở dạng mẫu chương trình STL Mitsubishi, dùng ghi trạng thái (State registers) để khởi tạo đoạn chương trình STL Tuy nhiên, có 10 ghi trạng thái chuyên dùng (S0 tới S9) gán chức khởi tạo đặc biệt Vì vậy, khởi động lưu trình STL nên khởi tạo relay trạng thái từ S0 tới S9 Để bắt đầu trình tự STL ta phải bật trạng thái khởi tạo lên ON thích hợp Có nhiều phương pháp điều khiển trạng thái khởi tạo Ví dụ, cuộn dậy khởi tạo STL kích xung, dùng lệnh SET sử dụng với lệnh OUT Tuy nhiên ngôn ngữ lập trình STL Mitsubishi cuộn dây STL kích hoạt lệnh SET hoạt động khác dùng với lệnh OUT Đối với tác vụ STL thông thường nên dùng lệnh SET để chọn trạng thái Khi trạng thái kích hoạt có nghĩa đặt lên ON Đối với chương trình STL kích hoạt vừa cấp điện cho điều khiển, dùng mạch hình bên, M8002 dùng để điều khiển việc thiết lập trạng thái khởi tạo Bây chương trình STL khởi tạo CPU xử lý tất lệnh bên chương trình STL Có nghĩa bắt đầu quét chương trình lần thứ hai chương trình dùng để khởi tạo chương trình STL xét đến chương trình STL Điều hiển nhiên khơng CPU tiến xác định lỗi sai chương trình vơ hiệu hóa hoạt động lập trình điều khiển Lệnh RET (RETurn) câu lệnh cuối trạng thái STL, lệnh trả điều khiển cho Ladder Sau đó, mạch khởi tạo lập trình xử lý phần chương trình Ladder khơng cịn nằm phạm vi hoạt động trạng thái STL cuối ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 95 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ VII Lập bƣớc trạng thái STL Để kích hoạt trạng thái STL, trước tiên người sử dụng phải tác động cuộn dây STL Việc tác động lên cn dây giống cách khởi động chương trình STL, hay gọi kích trạng thái khởi tạo Lưu ý dùng lệnh OUT (để kích cuộn dây STL) có khác biệt cách hoạt động so với dùng lệnh SET Sự khác giải thích sau: Dùng lệnh SET để kích cuộn dây STL - SET dùng để kích cuộn dây STL làm cho hoạt động Một trạng thái STL hành kích hoạt tiếp trạng thái STL thứ hai, cuộn dây STL reset Do vậy, dù lệnh SET dùng để kích hoạt trạng thái việc đặt lại tự động - Để reset trạng thái STL, ta dùng lệnh RST ZRST (Zone Reset) Tuy nhiên lệnh ZRST reset trạng thái STL sau trạng thái STL thực xong hết chu kỳ Đây nhược điểm lệnh ZRST Dùng lệnh OUT để kích cuộn dây STL - Lệnh OUT có tính giống lệnh SET Tuy nhiên, lệnh OUT khác lệnh SET lệnh OUT cho phép người lập trình nhảy cách khoảng, bỏ qua nhiều trạng thái STL - Nếu người sử dụng muốn ‘nhảy’ (jump) ngược lên chương trình, nghĩa chạy ngược trạng thái xử lý lệnh OUT dùng với ký hiệu trạng thái STL tương ứng Ngồi người sử dụng tạo bước nhảy lớn bỏ qua nhiều trạng thái STL ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 96 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 97 ... lập trình STL Chương trình STL khơng hồn tồn thay chương trình Ladder chuẩn Từng phần chương trình STL lớn nhỏ kích hoạt lúc Khi tác vụ STL hồn tất, chương trình trở tiếp tục xử lý chương trình. .. chương trình STL Có nghĩa bắt đầu quét chương trình lần thứ hai chương trình dùng để khởi tạo chương trình STL xét đến chương trình STL Điều hiển nhiên không CPU tiến xác định lỗi sai chương trình. .. chuẩn chương trình STL cần thực thi Do phần điều khiển khởi động dừng chương trình STL quan trọng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 94 Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ Ở dạng mẫu chương trình