- Thanh ghi chuyên dùng (Special register).[r]
(1)CHƯƠNG 2: BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
2.1 Đặc điểm điều khiển logic khả trình (PLC): Programmable Control Systems
Programmable Logic Controller (PLC) Sự đời của bộđiều khiển PLC:
- Năm 1642, Pascal phát minh máy tính khí dùng bánh
Đến năm 1834 Babbage hồn thiện máy tính khí "vi sai" có khả tính tốn với độ xác tới số thập phân
- Năm 1808, Joseph M.Jaquard dùng lỗ bìa thẻ kim loại mỏng, xếp chúng máy dệt theo nhiều chiều khác để điều khiển máy dệt tự động thực mẫu hàng phức tạp
- Trước năm 1904, Hoa Kỳ Đức sử dụng mạch rơle để triển khai máy tính
điện tửđầu tiên giới
- Năm 1943, Mauhly Ackert chế tạo "cái máy tính" gọi "máy tính tích phân sốđiện tử" viết tắt ENIAC Máy có:
• 18.000 đèn điện tử chân khơng • 500.000 mối hàn thủ cơng • Chiếm diện tích 1613 ft2
• Cơng suất tiêu thụđiện 174 kW • 6000 nút bấm
• Khoảng vài trăm phích cắm
Chiếc máy tính phức tạp thao tác vài phút lỗi hư hỏng xuất Việc sửa chữa lắp đặt lại đèn điện tửđể chạy lại phải đến tuần
Chỉ tới áp dụng kỹ thuật bán dẫn vào năm 1948, đưa vào sản xuất công nghiệp vào năm 1956 máy tính điện tử lập trình lại sản xuất thương mại hố
Sự phát triển máy tính kèm theo kỹ thuật điều khiển tựđộng • Mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959
• Mạch tích hợp gam rộng - LSI - năm 1965 • Bộ vi xử lý - năm 1974
• Dữ liệu chương trình - điều khiển • Kỹ thuật lưu giữ
Những phát minh đánh dấu bước quan trọng định việc phát triển ồạt kỹ thuật máy tính ứng dụng PLC, CNC, lúc khái niệm điều khiển khí điện tử phân biệt
Đến cuối thập kỷ 20, người ta dùng nhiều tiêu để phân biệt loại kỹ thuật điều khiển, thực tế sản xuất đòi hỏi điều khiển tổng thể hệ thống máy tính khơng điều khiển đơn lẻ máy
→ Sự phát triển PLC đem lại nhiều thuận lợi làm cho thao tác máy trở
(2)khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic bản; khả định thời, đếm; giải vấn đề toán học công nghệ; khả tạo lập, gởi đi, tiếp nhận tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt kích hoạt đình chức máy dây chuyền công nghệ
Như đặc điểm làm cho PLC có tính ưu việt thích hợp mơi trường cơng nghiệp:
• Khả kháng nhiễu tốt
• Cấu trúc dạng module thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp
• Có modul chuyên dụng để thực chức đặc biệt hay modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp mạng Internet
• Khả lập trình được, lập trình dễ dàng đặc điểm quan trọng để xếp hạng hệ thống điều khiển tựđộng
• Yêu cầu người lập trình khơng cần giỏi kiến thức điện tử mà cần nắm vững công nghệ sản xuất biết chọn thiết bị thích hợp lập trình
được
• Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt tính thay đổi chương trình thay
đổi trực tiếp thơng số mà khơng cần thay đổi lại chương trình 2.2 Các khái niệm PLC:
Các thành phần PLC thường có modul phần cứng sau: Modul nguồn
2 Modul đơn vị xử lý trung tâm
3 Modul nhớ chương trình liệu Modul đầu vào
5 Modul đầu
6 Modul phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ) Modul chức (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng)
Đơn vị xử lý trung tâm Panel lập
trình, vận hành, giám sát
Khối ngõ vào
Quản lý việc phối ghép Nguồn
Bộ nhớ liệu
Khối ngõ Bộ nhớ
chương trình
(3)2.2.1 PLC hay PC:
Để thực chương trình điều khiển số u cầu PLC phải có tính máy tính (PC)
• CPU (đơn vị xử lý trung tâm)
• Bộ nhớ (RAM, EEPROM, EPROM ), nhớ mở rộng • Hệđiều hành
• Port vào/ra (giao tiếp trực tiếp với thiết bịđiều khiển)
• Port truyền thơng (trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh) • Các khối chức đặc biệt như: T, C, khối chuyên dụng khác 2.2.2 So sánh với hệ thống điều khiển khác:
ph m
PLC xử lý bit PLC xử lý từ ngữ Rơle, linh kiện điện tử, mạch
điện tử, - thuỷ khí Liên kết cứng Liên kết
ích cắ
RAM - EEPROM
ROM - EPROM Bộ nhớ thay
đổi Khả lập trình
tự Thay đổi
được Khơng thay
đổi
Quy trình cứng Quy trình mềm Bộ nhớ khả lập trình Tếp xúc vật lý
Với chức lưu trữ : Điều khiển
Hình 2.2: Những đặc trưng lập trình loại điều khiển
PLC có ưu điểm vượt trội so với hệ thống điều khiển cổđiển rơle, mạch tổ hợp
điện tử, IC số
• Thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình
• Bộđiều khiển số nhỏ gọn
(4)• Thực chương trình liên tục theo vịng qt 2.3 Cấu trúc phần cứng PLC:
2.3.1 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Procesing Unit):
Thường PLC có đơn vị xử lý trung tâm, ngồi cịn có số
loại lớn có tới hai đơn vị xử lý trung tâm dùng để thực chức điều khiển phức tạp quan trọng gọi hot standby hay redundant
a) Đơn vị xử lý "một -bit": Thích hợp cho ứng dụng nhỏ, đơn logic ON/OFF, thời gian xử lý dài, kết cấu đơn giản nên giá thành hạ thị
trường chấp nhận
b) Đơn vị xử lý "từ - ngữ":
• Xử lý nhanh thơng tin số, văn bản, phép tính, đo lường, đánh giá, kiểm tra • Cấu trúc phần cứng phức tạp nhiều
• Giá thành cao * Nguyên lý hoạt động:
- Thông tin lưu trữ nhớ chương trình → gọi (do điều khiển kiểm sốt bộđếm chương trình đơn vị xử lý trung tâm khống chế)
- Bộ xử lý liên kết tín hiệu (dữ liệu) đơn lẻ (theo quy định - thuật tốn điều khiển) → rút kết lệnh cho đầu
- Sự thao tác chương trình qua chu trình đầy đủ sau lại bắt đầu lại từđầu → thời gian gọi "thời gian quét"
- Đo thời gian mà xử lý xử lý Kbyte chương trình để làm tiêu đánh giá PLC ⇒ Như vi xử lý định khả chức PLC
Bảng 2.1: So sánh vi xử lý bít vi xử lý từ ngữ
Bộ xử lý - bit Bộ xử lý từ - ngữ Xử lý trực tiếp tín hiệu đầu vào
(địa chỉđơn) Các tín hiđịa hố thơng qua tệu vào/ra chỉừ có th ngữ ểđược Cung cấp lệnh nhỏ hơn, thông
thường định có/ khơng
Cung cấp tập lệnh lớn hơn, địi hỏi phải có kiến thức vi tính Ngơn ngữ đầu vào đơn giản, không
cần kiến thức tính tốn cho viNgơn ngệc cung cữ đầu vào phấp lệnh lứớc tn ạp dùng Khả hạn chế việc xử lý
dữ liệu số (khơng có chức toán học logic)
Thu thập xử lý liệu số Chương trình thực liên tiếp,
khơng bị gián đoạn, thời gian chu trình tương đối dài
Các trình thời gian tới hạn
được địa hoá qua lệnh gián
đoạn chuyển đổi điều khiển khẩn cấp
Chỉ phối với máy tính đơn
giản Phthốống máy tính i ghép với máy tính hệ Khả xử lý tín hiệu tương
tự bị hạn chế
(5)2.2.3 Bộ nhớ: Bao gồm RAM, ROM, EEPROM
Một nguồn điện dự phịng cần thiết cho RAM để trì liệu nguồn điện
Bộ nhớđược thiết kế thành dạng modul phép dễ dàng thích nghi với chức điều khiển với kích cỡ khác Muốn rộng nhớ cần cắm thẻ
nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn modul CPU 2.3.4 Khối vào/ra:
Hoạt động xử lý tín hiệu bên PLC: 5VDC, 15VDC (điện áp cho họ TTL & CMOS) Trong tín hiệu điều khiển bên ngồi lớn khoảng 24VDV
đến 240VDC hay 110VAC đến 220VAC với dòng lớn
Khối giao tiếp vào có vai trị giao tiếp mạch vi điện tử PLC với mạch cơng suất bên ngồi.Thực chuyển mức điện áp tín hiệu cách ly mạch cách ly quang (Opto-isolator) khối vào Cho phép tín hiệu nhỏ qua ghim tín hiệu có mức cao xuống mức tín hiệu chuẩn Tác dụng chống nhiễu tốt chuyển công tắc bảo vệ áp từ nguồn cung cấp điện lên đến điện áp 1500V
• Ngõ vào: nhận trực tiếp tín hiệu từ cảm biến • Ngõ ra: transistor, rơle hay triac vật lý
2.3.5 Thiết bị lập trình: Có loại thiết bị lập trình
• Các thiết bị chun dụng nhóm PLC hãng tương ứng • Máy tính có cài đặt phần mềm cơng cụ lý tưởng
2.3.6 Rơle: Rơle nhớ bít, có tác dụng rơle phụ trợ vật lý mạch
điều khiển dùng rơle truyền thống gọi rơ le logic Theo thuật ngữ máy tính rơle cịn gọi cờ, kí hiệu M Có nhiều loại rơle khảo sát kỹ
đối với loại PLC hãng
2.3.7 Modul quản lý việc phối ghép: Dùng để phối ghép PLC với thiết bị bên ngồi máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành mạng truyền thông công nghiệp
2.3.8 Thanh ghi (Register): nhớ 16 bit hay 32 bit để lưu trữ tạm thời PLC thực q trình tính tốn
- Thanh ghi chốt (Latch register) trì nội dung chồng lên nội dung
- Thanh ghi chuyên dùng (Special register)
- Thanh ghi tập tin hay ghi nhớ chương trình (Program memory registers) - Thanh ghi điều chỉnh giá trịđược từ biến trở bên (External adjusting register) - Thanh ghi mục (Index register)
2.3.9 Bộđếm (Counter): kí hiệu C a) Phân loại theo tín hiệu đầu vào: - Bộđếm lên
- Bộđếm xuống
(6)VB109 VB110 VB111 VB112
VB113 AC0
địa VW112
1
AC1
VB109 VB110 VB111 VB112 VB113
AC0
địa VW110
1
MOVD &VW110, AC1 tạo trỏđịa cách
đưa địa byte cao VB110 vào ghi AC1
MOVD *AC1, AC0, đưa giá trị word VW110 vào ghi AC0
+D +2, AC1 cộng vào giá trịđịa trỏ
VW110 lưu giữ ghi AC1
MOVD *AC1, AC0, đưa giá trị word VW112 vào ghi AC0
Hình 2.13: Cách tạo sử dụng trỏđịa
2.7.3 Mở rộng cổng vào ra:
Số module mở rộng tuỳ thuộc vào loại CPU, số module tương ứng với loại CPU trình bày theo bảng 2.3 Cách mắc nối module mở rộng mắc nối tiếp (theo móc xích) phía bên phải module CPU
Các module số tương tự chiếm chỗ đệm vào/ra tương ứng với đầu vào/ra module Ví dụ cách khai báo địa module mở rộng:
(7)Hình 2.15: Ghép nối CPU 212 với module mở rộng