Giới thiệu chung về PLC • Định nghĩa theo IEC61131: “Hệ thống điện tử số được thiết kế sử dụng trong môi trường công nghiệp, có bộ nhớ khả trình với tập lệnh hướng tới người sử dụng để t[r]
(1)ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC Nội dung Bo mon TDH Bach Khoa Cơ sở cho Điều khiển logic Tổng hợp và tối thiểu hóa mạch logic tổ hợp Tổng hợp mạch logic Tổng quan PLC Kỹ thuật lập trình PLC DKLG&PLC 2019 (2) Tổng quan PLC 4.1 Giới thiệu chung PLC • • • • • Định nghĩa Lịch sử Ưu điểm Ứng dụng Phân loại 4.2 Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc 4.3 Ghép nối với module vào/ra logic 4.4 Ghép nối với module vào/ra tương tự 4.5 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC 4.1 Giới thiệu chung PLC • Định nghĩa (theo IEC61131): “Hệ thống điện tử số thiết kế sử dụng môi trường công nghiệp, có nhớ khả trình với tập lệnh hướng tới người sử dụng để thực các chức định logic, tuần tự, định thời gian, đếm và tính toán số học, sử dụng để điều khiển nhiều loại máy và quá trình khác thông qua các đầu vào/ra số tương tự.” Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 (3) 4.1 Giới thiệu chung PLC • Lịch sử Xuất năm 1968 Modicon theo yêu cầu General Motors Được thiết kế để dễ lập trình và bảo trì Thay các hệ thống điều khiển logic cồng kềnh sử dụng rơle sản xuất tự động Chi phí thấp, nhỏ gọn, linh hoạt dựa trên kiến trúc vi xử lý 4.1 Giới thiệu chung PLC • Ưu điểm: Chi phí hiệu Linh hoạt Cho phép điều khiển các tác vụ phức tạp nhờ khả tính toán đa dạng Lập trình đơn giản Tin cậy Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 (4) 4.1 Giới thiệu chung PLC • Ứng dụng PLC: Điều khiển hệ thống băng tải, điểu khiển thang máy, hệ thống quản lý và giám sát, hệ thống điều hòa Quản lý hệ điều khiển phân tán phức tạp Hệ thống điều khiển nhà máy xi măng, nhà máy nhiệt điện … 4.1 Giới thiệu chung PLC • Phân loại Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 (5) 4.2 Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc • Cấu trúc phần cứng Nguồn (Power Supply) Bộ xử lý trung tâm (CPU) Đầu vào/ra (I/O) Bộ nhớ (Memory) Truyền thông (Communication) 4.2 Cấu trúc phần cứng và nguyên lý làm việc • Nguyên lý làm việc: theo chu trình quét Đọc liệu đầu vào Xử lý & Tính toán Ghi liệu đầu Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 (6) 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Thiết bị đầu vào logic Nút ấn Công tắc hành trình Công tắc chuyển mạch Cảm biến điện dung 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Sơ đồ nguyên lý ghép nối đầu vào logic + 24VDC - LED Mạch logic Sơ đồ nguyên lý mạch module đầu vào 110VAC – 220VAC Sơ đồ nguyên lí mạch module đầu vào 24VDC Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 (7) 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Ví dụ Sơ đồ nguyên lý đấu dây với module 1769-IQ hãng Rockwell Automation 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Thiết bị đầu logic 13 10 11 12 14 Van điện từ Rơle Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 (8) 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Sơ đồ nguyên lý ghép nối đầu logic +24VDC Tín hiệu điều khiển từ CPU Tải Q1 0VDC Đầu kiểu rơle Đầu transitor kiểu sink Đầu transitor kiểu source 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Thiết bị đầu vào tương tự Cảm biến nhiệt độ Bo mon TDH Bach Khoa Cảm biến trọng lượng (loadcell) DKLG&PLC 2019 Cảm biến mức (9) 4.2 Ghép nối với module vào/ra Cảm biến dây đầu điện áp • Ghép nối đầu vào tương tự V in0 + Tín hiệu V/I in0I in0 + Cảm biến dây đầu điện áp Tín hiệu ANLG Com V/I in1- V in1 + I in1 + ANLG Com Cảm biến dây đầu điện áp V in2 + Tín hiệu V/I in2- I in2 + ANLG Com Cảm biến dây đầu dòng điện Tín hiệu V/I in3- V in3 + I in3 + ANLG Com +24VDC DC NEUT Kết nối cảm biến sử dụng cáp có vỏ chống nhiễu 24VDC Kết nối cảm biến 2,3,4 đầu dây với module 1769-IF4 hãng Rockwell Automation 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Thiết bị đầu tương tự Biến tần Van điện Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 (10) 4.2 Ghép nối với module vào/ra • Ghép nối đầu tương tự Stop Digln TemBlk 02/ Start/Run FWD Digital Common Digln TemBlk 05 Digln TemBlk 06 Digln TemBlk 07/Pulse Power Flex 525 Digln TemBlk 08 Kết nối module đầu 1769-OF2 với biến tần Power Flex 525 Rockwell Automation V out 0+ +24 VDC 11 I out 0+ +10 VDC 12 ANLG Com 0-10V Input 13 NC Analog Common 14 4-20mA Input 15 Analog Output 16 ANLG Com Opto Output 17 NC Opto Output 18 Opto Common 19 V out 1+ I out 1+ External 24VDC Power Supply + +24VDC - DC NEUT 1769-0F2 Digln TemBlk 03/ Run/Direction/Run rev 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Tiêu chuẩn IEC 61131 • Ưu điểm IEC61131-3 người lập trình • Các mô hình phần mềm IEC 61131-3 • ngôn ngữ lập trình IEC 61131-3 • Khối chức và POU • Kiểu liệu IEC, hàm tiêu chuẩn và khối chức tiêu chuẩn • Chứng nhận PLCopen Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 10 (11) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Tiêu chuẩn IEC 61131 Phần Tổng quan chung, các định nghĩa Tiêu chuẩn quốc tế Phần Phần cứng Tiêu chuẩn quốc tế Phần Ngôn ngữ lập trình Tiêu chuẩn quốc tế Phần Hướng dẫn người dùng Tiêu chuẩn quốc tế Phần Truyền thông Tiêu chuẩn quốc tế Phần An toàn Tiêu chuẩn quốc tế Phần Logix mờ Tiêu chuẩn quốc tế Phần Báo cáo kỹ thuật 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC Phần 3: IEC 61131-3 Ngôn ngữ lập trình Mô hình phần mềm, truyền thông và lập trình Định nghĩa ngôn ngữ lập trình: Cú pháp và ngữ nghĩa hai ngôn ngữ văn và hai ngôn ngữ đồ họa: Instruction List (IL), Structured Text (ST), Ladder Diagram (LD) và Function Block Diagram (FBD) Sequential Function Chart (SFC) cho lập trình cấu trúc Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 11 (12) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Ưu điểm IEC 61131 – • Tiêu chuẩn quốc tế Từng bước hỗ trợ các nhà sản xuất Cấu trúc, ngôn ngữ và cách xử lý thống • Tiết kiệm thời gian Thống các khái niệm mô hình phần mềm và kiểu liệu Học và áp dụng cho nhiều điều khiển Giảm thiểu hiểm lầm và sai sót Hàm và khối chức chuẩn Có tính tái sử dụng 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Ưu điểm IEC 61131 – (tiếp) • Hỗ trợ lập trình àn toàn và chất lượng Cấu trúc đơn giản và thuận tiện Tạo liệu hạn chế lỗi lập trình • Cung cấp ngôn ngữ lập trình tốt cho vấn đề Bo mon TDH Bach Khoa Thông số kỹ thuật thống cho các ngôn ngữ Hai ngôn ngữ văn và hai ngôn ngữ đồ họa Một ngôn ngữ cấu trúc, cung cấp cái nhìn tổng quan Ngôn ngữ bậc cao khả dụng Có khả kết hợp các ngôn ngữ DKLG&PLC 2019 12 (13) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Mô hình phần mềm Configuration A Resource L Resource L Task1 Program P1 Task2 Task3 Program P2 Program P3 FB1 FB3 FB2 Task4 Program P4 FB4 global and direct adressed variables access paths Task association Access path association 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Mô hình phần mềm: Configuration - Cấu hình: Tương đương với hệ thống điều khiển khả trình Resource – Tài nguyên: Tương ứng với chức xử lý tín hiệu với giao diện sử dụng người-máy và chức kết nối với cảm biến và cấu chấp hành Task – Tác vụ: cách thức thực thi các đơn vị tổ chức chương trình theo khoảng thời gian định kỳ hay theo kiện Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 13 (14) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Mô hình phần mềm (tiếp) Program - Chương trình: đơn vị tổ chức chương trình cấp cao nhất, có thể gọi đến hàm khối chức Function Block – Khối chức năng: đơn vị tổ chức chương trình, có thể gọi đến hàm khối chức khác 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Các thành phần Thành phần Character set Data types Variables Functions Program Organisation Units (POUs) SFC elements Configuration elements Bo mon TDH Bach Khoa Ví dụ English, … BOOL, WORD, INTERGER, VAR, VAR_input, VAR_output, … AND, OR, ADD, SUB, … Function, Function Block, … Steps, Transitions, … Tasks DKLG&PLC 2019 14 (15) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • Một số kiểu liệu STT Từ khóa Kiểu liệu Bit liệu Giá trị khởi tạo mặc định BOOL Kiểu Bool 0/FALSE INT Kiểu nguyên 16 REAL Số thực 32 0.0 TIME Khoảng thời gian T#0s DATE Ngày D#0001-01-01 TIME_OF_DAY (TOD) Thời gian ngày TOD#00:00:00 STRING Chuỗi kí tự bit '' BYTE Chuỗi bit WORD Chuỗi 16 bit 16 10 DWORD Chuỗi 32 bit 32 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • ngôn ngữ lập trình Instruction List LD A ANDN B ST C Structured Text Sequential Function Chart C:= A AND NOT B AND Step A B C C -| | |/| ( ) B Bo mon TDH Bach Khoa N FILL Transition Function Block Diagram Ladder Diagram A Step DKLG&PLC 2019 S Empty Transition Step 15 (16) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • ngôn ngữ lập trình Ladder Diagram (LD) Chuẩn hóa các ký hiệu lập trình giản đồ thang dạng tiếp điểm Dựa trên tiêu chuẩn cho vẽ điện A B C -| | |/| ( ) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • ngôn ngữ lập trình Instruction List (IL) Mô hình thực thi dựa trên tính toán đơn Chỉ thao tác lưu trữ giá trị ghi tích lũy, phép trên dòng lệnh Bo mon TDH Bach Khoa LD A ANDN B ST C DKLG&PLC 2019 16 (17) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • ngôn ngữ lập trình Structured Text (ST) Ngôn ngữ lập trình bậc cao Cú pháp tương tự PASCAL Hỗ trợ các câu lệnh phức tạp: REPEAT-UNTIL; WHILEDO; IF-THEN-ELSE; CASE; SQRT(), SIN() C:= A AND NOT B 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • ngôn ngữ lập trình Function Block Diagram (ST) Ngôn ngữ đồ họa, sử dụng phổ biến Châu Âu Các phần tử chương trình xuất dạng các khối nối dây với tương tự sơ đồ mạch Được sử dụng nhiều ứng dụng liên quan đến luồng thông tin liệu các thành phần điều khiển AND A C B Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 17 (18) 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • ngôn ngữ lập trình Sequential Function Chart (SFC) Ngôn ngữ đồ họa dạng biểu đồ > flowchart Dựa trên Grafcet (IEC 848) Phù hợp cho chẩn đoán nhanh Các thành phần gồm các trạng thái (Step) kèm khối hành động và các chuyển tiếp (Transition) Step N FILL Transition Step S Empty Transition Step 4.3 Chuẩn IEC 61131-3 cho lập trình PLC • ngôn ngữ lập trình Sequential Function Chart (SFC) Các trạng thái bao gồm đoạn chương trình thực thi điều kiện chuyển tiếp thỏa mãn Lập trình các tác vụ phức tạp cách chia thành các phần nhỏ Step N FILL Transition Step S Empty Transition Step Mỗi thành phần có thể lập trình ngôn ngữ nào Bo mon TDH Bach Khoa DKLG&PLC 2019 18 (19)