Chương 4: Kỹ thuật lập trình

ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình PHẦN I ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC) CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH Chủ đề:  Biến và vùng nhớ  Tổ chức quá trình  Các kỹ thuật lập trình Mục đích:  Sử dụng và đònh nghóa các khối dữ liệu  Khai báo và truy cập các hàm chức năng  Mối quan hệ giữa các loại khối hàm và hiệu quả của việc sử dụng chúng trong thiết kế chương trình. 105 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình 4.1. KHÁI QUÁT Thiết bò điều khiển lập trình đóng một vai trò rất quan trọng trong điều khiển, giám sát và quản lý các hoạt động của các thiết bò, máy và công nghệ sản xuất về cả phương diện kinh tế, sử dụng và kỹ thuật. Đối với các hệ thống điều khiển mà sử dụng thiết bò này làm trung tâm điều khiển thì ngoài công việc kết nối, đảm bảo về tính đồng bộ, giữa thiết bò ngoại vi và điều khiển là rất đơn giản, yếu tố cần phải quan tâm đến là chương trình điều khiển mà người sử dụng viết cho thiết bò điều khiển. Khi đề cập đến những hệ thống có mức độ hoạt động phức tạp, nhiều đầu vào – ra, sự lặp lại các đòa chỉ của các I/O nhiều lần thường xuyên trong quá trình quét đòi hỏi việc thiết kế và viết các chương trình phải có kỹ thuật hẳn hoi. Như vậy việc cấu trúc chương trình làm phân tán quá trình hoạt động của chương trình thành nhiều vùng chức năng tương ứng với các khối, hàm để quản lý và truy xuất chúng khi tác nhiệm làm cho chương trình tối ưu, hạn chế tối đa những lỗi, không gây nhầm lẫn, dễ dàng kiểm tra và sửa lỗi hay là cải tiến. Cấu trúc được mô tả hình 4.1. SFC FB FB FC FC FB Hệ điều hành OB Hình 4.1 – Cấu trúc gọi các khối chương trình 4.2. TỔ CHỨC BỘ NHỚ CPU Vùng nhớ của CPU được tổ chức như hình 4.2. ACCU 1 ACCU 1 Accumulators Address Registers ACCU 1 ACCU 1 Data Block Registers ACCU 1 ACCU 1 Status word ACCU 1 • Chương trình người sử dụng (RAM) • Chương trình người sử du ïng (EEPROM) • Logic Block • Data Block • Local Block Bộ đệm ra số Q Bộ đệm vào số I Vùng nhớ cờ M Timer T Counter C Load memory Word memor y System word Hình 4.2 - Tổ chức bộ nhớ Load memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng do người sử dụng viết gồm các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình có sẵn trong thư viện hệ 106 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình thống SFC, SFB và các khối dữ liệu DB. Vùng nhớ này được tạo bởi một phần của bộ nhớ RAM của CPU và EEPROM. Work memory: là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB, FB, FC, SFC, SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trò với hệ điều hành và các khối chương trình khác. Tại một thời điểm nhất đònh vùng Work memory chỉ chứa một khối chương trình để thực thi. Sau khi khối chương trình này được thi hành xong thì hệ điều hành sẽ xóa nó khỏi Work memory và nạp vào nó khối chương trình cần thực hiện tiếp theo. System memory: là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào/ ra (I/ Q), các vùng biến cờ M, các thanh ghi C-word, PV, T-bit của Timer, thanh ghi C-word, PV, C-bit của Counter. Việc truy cập, sửa đổi dữ liệu những ô nhớ của các vùng nhớ này được phân chia bởi hệ điều hành của CPU hoặc do bởi chương trình ứng dụng của người sử dụng. 4.3. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Công việc này giúp thực hiện các công đoạn tạo dựng một chương trình đơn giản hơn. Hình 4.3 mô tả những công đoạn nền tảng để tổ chức các yêu cầu điều khiển quá trình. 4.3.1. Chia quá trình thành nhiều nhiệm vụ Một quá trình tự động hóa gồm nhiều nhiệm vụ riêng biệt. Bằng việc nhận đònh các nhiệm vụ có quan hệ trong quá trình và rồi phân chia thành những nhiệm vụ nhỏ hơn, thậm chí ngay cả quá trình phức tạp có thể được xác đònh bởi những vùng nhiệm vụ đơn giản. Ví dụ sau sử dụng hệ thống trộn để mô tả cách tổ chức quá trình thành những cụm chức năng và các nhiệm vụ riêng biệt. Hình 4.4. Chia quá trình thành nhiều nhiệm vụ riêng lẽ Mô tả cấu hình của máy Thiết kế và mô tả các yêu cầu an toàn Mô tả mỗi nhiệm vụ Đònh nghóa và mô tả trạm vận hành Hình 4.4 – Phân chia quá trình Hình 4.3 – Các nhiệm vụ tổ chức quá trình 107 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình Với đặc tính cấu trúc của quá trình được điều khiển ta có thể phân chia quá trình này thành nhiều nhóm có mối quan hệ với nhau. Cơ bản thành 3 nhóm như mô tả ở hình 4.5. 4.3.2. Mô tả mỗi nhiệm vụ Khi mô tả mỗi khu vực hay nhiệm vụ, chúng ta không chỉ đònh nghóa hoạt động của chúng mà còn các thành phần biến đổi điều khiển. Ví dụ quá trình trộn công nghiệp sử dụng các bơm, động cơ, van, chúng được mô ta đầy đủ để xác đònh các đặc tính hoạt động và các quan hệ khắn khít được đòi hỏi trong suốt thời gian hoạt động. Bảng 3-1 đến 3-4 cung cấp những mô tả điển hình của thiết bò sử dụng trong quá trình trộn. Hình 4.5 – Đònh nghóa các nhóm trong quá trình Bảng 3-1 . Mô tả động cơ bơm cung cấp thành phần A Động cơ bơm cung cấp cấp thành phần A 1. Bơm cung cấp thành phần A tới thùng trộn - Lưu lượng 75 gallons /min - Công suất 80 HP, n = 1000 RPM 2. Bơm được điều khiển (start/stop) từ trạm vận hành được đặt gần thùng trộn. 3. Bơm cung cấp có những điều kiện ràng buộc: - Intake van thành phần A mở - Feed van thành phần A mở - Thùng trộn là không đầy - Drain van của thùng trộn đóng - Động cơ bơm không lỗi ( tiếp điểm phụ trợ không được nhấc lên) - Nút dừng khẩn cấp không làm việc 108 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình Bảng 3-2 . Mô tả động cơ trộn Động cơ trộn 1. Động cơ trộn thành phần A và B trong thùng trộn - Công suất 80 HP, n = 1000 RPM 2. Động cơ trộn được điều khiển (start/stop) từ trạm vận hành được đặt gần thùng trộn. 3. Động cơ trộn có những điều kiện ràng buộc: - Thùng trộn là không trống - Drain van của thùng trộn đóng - Động cơ trộn không lỗi ( tiếp điểm phụ trợ không được nhấc lên) - Nút dừng khẩn cấp không làm việc Bảng 3-3 . Mô tả van xả Van xả 1. Van xả có nhiệm vụ xả thành phần đã trộn. Van có 1 cuộn dây và trả về bằng lò xo. - Nếu cuộn dây được kích, van xả mở. - Nếu cuộn dây không được kích, van xả đóng. 2. Động cơ trộn được điều khiển (open/close) từ trạm vận hành được đặt gần thùng trộn. 3. Mở van xả có ràng buộc: - Động cơ trộn không hoạt động - Nút dừng khẩn cấp không làm việc Bảng 3-4 . Mô tả giới hạn mức thùng trộn Các giới hạn thùng trộn 1. Các giới hạn mức thông báo trạng thái mức thùng và cung cấp những ràng buộc trong quá trình. Mô tả các đầu vào/ra và quan hệ vào – ra Sau khi viết các mô tả vật lý của mỗi thiết bò được điều khiển, tạo sơ đồ logic của các đầu vào / ra cho mỗi thiết bò hoặc vùng nhiệm vụ. Hình 4.6 là sơ đồ thích nghi với các khối logic được lập trình. Ví dụ : Tạo sơ đồ I/O cho bơm của quá trình trộn. Mỗi bơm yêu cầu 4 loại đầu vào: công tắc khởi động, công tắc ngừng, điều kiện ràng buộc cho phép bơm khởi động và đầu vào phản hồi mỗi khi lỗi được phát hiện. Đồng thời cũng có 2 đầu ra cho khối điều khiển này: một là bật 109 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình động cơ chạy, và một thông báo cho CPU là bơm không làm việc. Hình 4.7 mô tả sơ đồ I/O của bơm cung cấp thành phần A. Tạo sơ đồ I/O cho động cơ trộn Cũng giống như bơm, động cơ cũng có 4 loại đầu vào: công tắc khởi động, công tắc ngừng, điều kiện ràng buộc cho phép bơm khởi động và đầu vào phản hồi mỗi khi lỗi được phát hiện. Đồng thời cũng có 2 đầu ra cho khối điều khiển này: một là bật động cơ chạy, và một thông báo cho CPU là bơm không làm việc. Hình 4.8 mô tả sơ đồ I/O của động cơ trộn. Hình 4.6 - S ơ đồ I/O Khởi độn g Dừng Phản hồi Bơm cung cấp thành phần A Ràn g buộc Lỗi Chạy Tạo sơ đồ I/O cho van xả Khối điều khiển cho van xả có cuộn dây kích chì có 3 đầu vào: công tắc mở, công tắc đóng và ràng buộc. Có một đầu ra là cuộn dây tác động, hình 4.9. Hình 4.7 - S ơ đồ I/O của bơm cung cấp thành phần A 4.3.3. Mô tả những yêu cầu an toàn Khởi động Dừng Phản hồi Động cơ trộn Ràn g buộc Lỗi Chạy Các thiết bò hệ thống cần phải có tính an toàn để đảm bảo điều kiện hợp pháp và tính pháp lý, do đó trong mô tả quá trình thường xuyên phải bao gồm các thành phần an toàn. Hình 4.8 - S ơ đồ I/O của động cơ trộn Ví dụ: Quá trình trộn sử dụng điều kiện sau cho mạch an toàn:  Một nút nhấn Stop chuyển dừng những thiết bò sau không lệ thuộc vào PLC. Mở Đóng Chạy Ràn g buộc Van xả - Bơm cung cấp thành phần A - Bơm cung cấp thành phần B - Động cơ trộn - Cuộn dây của van xả. Hình 4.9 - S ơ đồ I/O của van xả 110 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình  Nút dừng khẩn cấp đặt ngay ở trạm vận hành.  Đầu vào điều khiển tương ứng với nút dừng khẩn cấp. 4.3.4. Mô tả trạm vận hành Mỗi quá trình cần có một giao tiếp vận hành cho phép sự can thiệp của con người vào quá trình. Hình 4.10 mô tả một trạm vận hành bao gồm các chỉ đònh, tác động… 4.3.5. Tạo cấu hình thiết bò điều khiển Sau khi các yêu cầu thiết kế đã được thành lập, xác đònh loại thiết bò điều khiển cần thiết cho dự án. Tức là xác đònh các mun I/O và số đầu I/O. Hình 4.11 mô tả xác đònh cấu hình của một quá trình. Tạo cơ sở dữ liệu của các tín hiệu I/O Ta có thể tạo cơ sở dữ liệu bằng cách khai báo trong bảng các kí hiệu điển hình (Symbol table). Hình 4.10 – Mô tả trạm vận hành Xem file S7-300 4.3.6. Lựa chọn kỹ thuật lập trình Do nhu cầu của dự án, múc độ phức tạp mà ta có thể sử dụng các kỹ thuật lập trình sau:  Lập trình tuyến tính  Lập trình phân cấp  Lập trình cấu trúc. 4.4. KỸ THUẬT LẬP TRÌNH TUYẾN TÍNH Hình 4.11 – Tạo cấu hình của một quá trình Lập trình tuyến tính là chương trình ứng dụng được tập trung trong một khối tổ chức chương trình (OB1) chứa chuỗi lệnh liên tiếp theo tuần 111 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình tự mà có khả năng thực hiện trực tiếp theo vòng quét. Loại này thì gọn nhẹ nhưng chỉ đối với bài toán đơn giản. 4.4.1. Local Block của khối OB1 Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luôn cấp một local block có kích thước mặc đònh là 20 byte trong work memory để OB1 có thể lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành. Mặc dù mặc đònh là 20 byte nhưng người sử dụng có thể khai báo thêm các biến nhớ cho chương trình tùy theo khả năng sử dụng của chương trình. Chú ý do khối local block chỉ tồn tại trong một vòng quét và sau đó được cấp lại mới trong lần quét tiếp theo, do đó nên chỉ sử dụng local block cho việc lưu trữ biến nháp tạm thời. OB1 4.4.2. Điều khiển quá trình trộn Quá trình được mô tả ở sơ đồ hình 4.4 và hoạt động theo các bảng 3-1 tới 3-4. 112 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình 113 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình 114 [...]... KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình 115 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình 4.5 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PHÂN BỐ Chương trình được phân bố thành các khối, mỗi FC2 khối chứa các lệnh logic để thực hiện các nhiệm vụ của OB các thiết bò Những lệnh đònh nghóa ở khối tổ chức OB1 sẽ hi hành các khối phân bố của chương trình điều khiển Ví FC4 dụ chương trình. .. Bảng khai báo biến của khối OB1 122 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC • Bảng khai báo biến của Motor FB • Bảng khai báo biến của Drain FC • Chương 4 – Kỹ thuật lập trình Bảng khai báo biến của khối dữ liệu DB1 (InA_Data) • Chương trình khối Motor FB Network1: Permissive A( O #Start O #Coil ) 123 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình AN #Stop = #Coil Network2: Motor Control... "Tank_Full_Lt" 4.6 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH CẤU TRÚC - Là lập trình chia nhỏ ra thành các khối riêng biệt với mỗi khối thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó của bài toán điều khiển chung và tất cả các khối này đều được quản lý một cách thống nhất bởi khối OB1 Trong khối này dó nhiên chứa các lệnh gọi các khối chương trình và chúng được bố trí theo yêu cầu làm việc của bài toán đặt ra - Các khối chương trình được... gọi ( OB, FB, FC, SFC, SFB ) Khối được gọi (FB, FC, SFC, SFB ) Chương trình thực thi Chương trình thực thi Câu lệnh gọi khối khác Kết thúc khối lưu trữ trong khối khác bằng các lệnh gọi hàm Gọi hàm chức năng (FC) Cú pháp CALL FC n Trong đó FC n là tên khối con được gọi từ OB1 116 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình Gọi khối hàm chức năng (FB) Cú pháp CALL FBn, DBm Trong... :="Drn_Sol" A BR = #D_Done 127 Chương 4 – Kỹ thuật lập trình ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC BÀI TẬP CHƯƠNG 4 Bài 1: Một dây chuyền sản xuất có 4 động cơ điện M1, M2, M3 và được chạy ở 3 chế độ (CĐ) khác nhau bằng 3 nút nhấn (push button) Nhấn nút CĐ1 : động cơ M1 và M2 chạy Nhấn nút CĐ2 : động cơ M2 và M3 chạy Nhấn nút CĐ3 : động cơ M1 và M3 chạy Hãy viết chương trình điều khiển trên PLC Bài 2:... trình này ta phân tích bài toán và xác đònh chúng theo các cấp như mô tả ở hình 4.12 Agitator Motor Drain FC1 Drain DB3 Agitator Motor Hình 4.12 – Xác đònh cấp cho lập trình cấu trúc 121 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình Tạo Khối OB1, FB1, FC1, và 3 khối dữ liệu được chia xẻ (Instance Data Block) DB1, DB2, DB3 Do 3 khối này đều có cùng các đặc điểm giống nhau nên dưới đây... Network 3: Agitator Motor Fault Detection A "A_Mtr_Coil" AN "A_Mtr_Fbk" 119 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình L S5T#8S SD T 3 AN "A_Mtr_Coil" R T 3 L T 3 T #Cur_Tim3_Bin LC T 3 T #Cur_Tim3_BCD A T 3 S "A_Mtr_Fault" Network 4: Agitator Motor Fault Reset A "A_Mtr_Fbk" R "A_Mtr_Fault" FC4: Drn_Valve Network 1: Drain Valve Control A( O "Dm_Opn_PB" O "Dm_Sol" ) AN "Dm_Cls_PB"... khiển mỗi chế độ vận hành của hệ thống sản xuất Trong lập trình phân bố, các lệnh điều khiển các FC6 thành phần điển hình được tháo ra khỏi khối OB1 và đặt chúng trong các khối khác (FC, FB) 4.5.1 Lệnh gọi khối chương trình FC8 Một chương trình có thể cấu trúc thành nhiều thành phần (sub-rountines) được lưu trữ dưới các khối khác nhau Một đoạn chương trình được lưu trữ trong một khối có thể truy cập đến... tiếp theo LS1 LS2 LS3 LS4 Van 5/2/2 side Van 5/2/2 side 128 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình Tài liệu tham khảo: [1] “STEP 7 Program Design” Simatic, Siemens [2] “Statement List for S7-300 and S7-400 Programming” Siemens, Germany [3] Lê Văn Tiến Dũng, “Hướng dẫn thực hành PLC và mạng PLC” Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM, năm 2003 129 ... "InB_Ivlv_Opn" A "InB_Fvlv_Opn" A "E_Stop_Off" AN "Tank_Full" AN "Drn_Sol" AN "InB_Mtr_Fault" = #Permit_B Network4: Call Motor FB for Ingredient B A "InB_Start_PB" A #Permit_B = L 21.0 BLD 103 A( O "InB_Stop_PB" ON #Permit_B 125 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình ) = L 21.1 BLD 103 A "InB_Mtr_Fbk" = L 21.2 BLD 103 CALL "Motor" , "InB_Data" Start :=L21.0 Stop :=L21.1 Fbk . ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình PHẦN I ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC) CHƯƠNG 4 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH Chủ đề:  Biến. thuật lập trình 113 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình 114 ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC Chương 4 – Kỹ thuật lập trình