Tài liệu về lập trình điều khiển PLC Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Bài giảng PLC Mạng Công Nghiệp PLC and Industrial system (ME 4501) Giảng viên: TS Nhã Tường Linh Viện Cơ khí – ĐHBK Hà nội Email: linh.nhatuong@hust.edu.vn Mobile: 0912 857 912 ➢ MỤC TIÊU HỌC PHẦN (ME 4501 2(2-1-0-4)) + Hiểu cấu trúc chung, nguyên lý làm việc PLC + Nắm vững khái niệm hệ thống điều khiển phần tử hệ thống điều khiển logic, lập trình PLC, mạng điều khiển công nghiệp + Sử dụng PLC vào ứng dụng điều khiển hệ thống công nghiệp + Vận hành, khai thác hệ thống tự động, bảo dưỡng bảo trì, hiệu chỉnh, thiết kế cải tiến hệ thống tự động sử dụng PLC ➢ TÀI LIỆU THAM KHẢO: STT Tài liệu tham khảo [1] Bài giảng PLC mạng công nghiệp (slide giảng) [2] TS Nguyễn Trọng Doanh, Điều khiển PLC, NXB KHKT, 2013 [3] Dag H Hansen: Programmable Logic Controller, 2015 [4] Frank D Petruzella: Programmable Logic Controllers, 2017 [5] Phần mềm TIA Portal Siemems [6] https://support.industry.siemens.com/cs/start?lc=en-US [7] https://www.rockwellautomation.com/en-us/support.html [8] https://www.mitsubishielectric.com/fa/products/cnt/plc/index.html Mục lục Tổng quan điều khiển logic Logic cứng phát triển PLC Cấu trúc nguyên lý làm việc PLC Các mô đun vào Cấu trúc hoạt động nhớ PLC Mạng công nghiệp giao thức kết nối Ứng dụng PLC công nghiệp 1.Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm 1.2 Điều khiển logic 1.3 Đại số logic (Đại số Boole) 1.4 Hàm tắc tối thiểu hóa hàm logic 1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm ❑ Điều khiển (Control): Ví dụ1: Lái xe giữ vận tốc ổn định 45km/h - Quan sát đồng hồ tốc độ => thu thập thông tin - Bộ não điều khiển: Nếu v < 45km/h, tăng tốc, v>45km/h, giảm tốc => Xử lý thông tin - Giảm ga tăng ga => tác động vào hệ thống Kết xe chạy với vận tốc “gần” 45km/h Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm ❑ Điều khiển (tiếp) Nhiết kế Ví dụ2: => Điều khiển hiểu trình thu thập, xử lý thông tin tác động đến hệ thống nhằm đáp ứng với mục đích định trước Van tay Tác động vào hệ thống Lị nhiệt Hình 1.1 Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm ❑ Điều khiển tự động => Điều khiển Bộ điều khiển Cảm biến nhiệt tự động: trình điều khiển mà không cần tác động người Van điều khiển Lị nhiệt Hình 1.2 Điều khiển tự động nhiệt độ lò nhiệt Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm ❑ Hệ thống điều khiển: ➢Hệ thống điều khiển: hệ thống mà đầu quản lý, kiểm soát điều chỉnh cách thay đổi đầu vào TÍN HIỆU VÀO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU RA Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm ❑ Hệ thống điều khiển (tiếp): ➢Hệ thống điều khiển vòng hở: hệ thống có tác động điều khiển độc lập với tín hiệu ngõ Ví dụ: Hệ thống điều khiển máy giặt Tín hiệu đặt BỘ ĐIỀU KHIỂN Tín hiệu điều khiển Quần áo giặt MÁY GIẶT Hình 1.4 Hệ thống điều khiển vòng hở (máy giặt) 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp biến đổi đại số: Sử dụng tính chất, định lý, định luật đại số Boole để rút gọn Ví dụ 1: f = xy + xy + x y 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥𝑦 ҧ + 𝑥𝑦 + 𝑥 𝑦ത = = 𝑥𝑦 ҧ + 𝑥𝑦 + 𝑥𝑦 + 𝑥 𝑦ത = 𝑦(𝑥 + 𝑥)ҧ + 𝑥(𝑦 + 𝑦ത) =𝑥+𝑦 58 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp biến đổi đại số: Ví dụ 2: 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥 𝑦𝑧 ത + 𝑥 + 𝑦 + 𝑧ҧ 𝑥 𝑦ത 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥 𝑦𝑧 ത + 𝑥 𝑥 + 𝑦𝑥 𝑦ത + 𝑧𝑥 ҧ 𝑦ത =𝑥 Ví dụ 3: 𝑓 = 𝑥𝑦 ҧ 𝑧ҧ + 𝑥𝑦𝑧 ҧ + 𝑥𝑦𝑧 59 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp dùng bảng Karnaugh : phương pháp thông dụng đơn giản, phù hợp với hàm có số biến n  ❖ Biểu diễn hàm cho dạng bảng Karnaugh ❖ Nhóm có giá trị ô không xác định cạnh đối xứng thành vòng với điều kiện: * Số vịng 2n, với n lớn * Các vịng giao nhung khơng trùm lên * Số vịng phải phủ hết có giá trị * Số vịng phải tối thiểu 60 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp dung bảng Karnaugh ❖ Mỗi vòng tương ứng với tích biến có giá trị khơng thay đổi vịng với biểu diễn tương ứng với giá trị biến ❖ Hàm rút gọn tổng tích tương ứng với vịng Ví dụ 1: f = xy + xy + x y 61 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) Ví dụ 2: 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥 𝑦 𝑧 + 𝑥.ҧ 𝑦 ത 𝑧ҧ + 𝑥.ҧ 𝑦 𝑧ҧ + 𝑥 𝑦 𝑧ҧ + 𝑥 𝑦 ത𝑧 x y z f 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 yz x 00 01 11 10 0 1 1 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑥 𝑧 + 𝑥.ҧ 𝑧ҧ + 𝑦 𝑧ҧ yz x 00 01 11 10 0 1 1 𝑓 𝑥, 𝑦, 𝑧 = 𝑥 𝑧 + 𝑥.ҧ 𝑧ҧ + 𝑥 𝑦 61 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp Quine Mc Cluskey Bước Ghi tổ hợp biến theo mã nhị phân (biến đảo = 0) Bước Nhóm tổ hợp biến theo số chữ số theo biến nhị phân, nhóm i gồm i chữ số Bước Nhóm tổ hợp biến nhóm i với nhóm i+1 chúng khác bit vị trí (Đánh dấu “-”với tổ hợp biến hình thành, dấu “*” với tổ hợp biến ghép, dấu “” với tổ hợp biến ghép) 63 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp Quine Mc Cluskey Bước Lặp lại bước ghép Bước Lập bảng phủ tối thiểu: chọn tổ hợp ghép tối thiểu để phủ hết số tổ hợp ban đầu Bước Hàm tối thiểu bẳng tổng tích tương ứng với tổ hợp ghép lựa chọn bảng phủ tối thiểu 64 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp Quine Mc Cluskey Ví dụ: tối thiểu hóa hàm f (x, y, z) = xyz + xyz + xyz + xyz + xyz Bước 1+ 2: Ghi tổ hợp biến theo mã nhị phân phân nhóm Bước 3+4 Nhóm tổ hợp biến Nhóm Tổi hợp biến Tổ hợp biến Tổ hợp biến 000* -00 -0- 00- -0- 100* 10- 001* -01 101* 1-1  111* 65 1.Tổng quan điều khiển logic 1.4 Hàm chuẩn tắc tối thiểu hóa hàm logic ❑ Tối thiểu hóa hàm logic (tiếp) ➢ Phương pháp Quine Mc Cluskey Ví dụ: tối thiểu hóa hàm f (x, y, z) = xyz + xyz + xyz + xyz + xyz Bước Lập bảng phủ -0- 000 001 100 101 x x x x 1-1 x 111 x Bước Tổng hợp hàm tối thiểu f (x, y, z) = y + xz 66 1.Tổng quan điều khiển logic 1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic ❑ Phương pháp biểu diễn bảng trạng thái Để biểu diễn hàm lơ gíc n biến bảng trạng thái phải bao gồm: + n+1 cột (n cột cho tương ứng với n biến cột cho giá trị hàm) Tổ x1 x2 x3 + 2n hàm tương ứng với 2n tổ hợp biến Ví dụ: Bảng trạng thái hàm biến f(x1,x2,x3) Ta nhận thấy phương pháp dễ nhìn, nhầm lẫn Tuy nhiên phù hợp với hàm có số biến nhỏ, với số biến lớn bảng cồng kềnh f hợp biến 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 67 1.Tổng quan điều khiển logic 1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic ❑ Phương pháp biểu diễn hình học Với phương pháp hình học hàm n biến biểu diễn không gian n chiều, tổ hợp biến biểu diễn thành điểm không gian Phương pháp phức tạp số biến lớn nên thường dùng x2 x2 11 10 011 00 01 x1 Hàm biến 111 000 100 001 x3 Hàm biến 110 010 x1 101 Hàm biến 68 1.Tổng quan điều khiển logic 1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic ❑ Phương pháp biểu diễn bảng Karnaugh - Bảng có dạng hình chữ nhật, n biến → 2n ô, ô tương ứng với giá trị tổ hợp biến - Giá trị biến xếp theo thứ tự theo mã vòng Bảng hàm biến Bảng hàm biến Bảng hàm biến 68 1.Tổng quan điều khiển logic 1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic ❑ Phương pháp biểu diễn bảng Karnaugh Bảng hàm biến Bảng hàm biến 69 1.Tổng quan điều khiển logic 1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic ❑ Phương pháp biểu diễn biểu thức đại số ➢ Cách viết dạng tổng chuẩn đầy đủ (chuẩn tắc tuyển): - Chỉ quan tâm đến tổ hợp biến mà hàm có giá trị - Trong tổ hợp (đầy đủ biến) biến có giá trị giữ nguyên - Hàm tổng chuẩn đầy đủ tổng chuẩn đầy đủ tích ➢ Cách viết dạng tích chuẩn đầy đủ ( hội tắc tuyển ): - Chỉ quan tâm đến tổ hợp biến hàm có giá trị hàm - Trong tổng biến xi = giữ nguyên xi = đảo biến xi 70 1.Tổng quan điều khiển logic 1.5 Các phương pháp biểu diễn hàm logic ❑ Phương pháp biểu diễn biểu thức đại số ➢ Ví dụ: Cho hàm số với bảng trạng thái: Dạng tổng chuẩn đầy đủ ത + 𝑎𝑏𝑐 𝑓(𝑎, 𝑏, 𝑐) = 𝑎ത 𝑏𝑐 ത + 𝑎𝑏ത 𝑐ҧ + 𝑎𝑏𝑐 Hoặc 𝑓(𝑎, 𝑏, 𝑐) = 𝛴1,3,4,7 Dạng tích chuẩn đầy đủ 𝑓(𝑎, 𝑏, 𝑐) = 𝑎 + 𝑏 + 𝑐 𝑎ത + 𝑏ത + 𝑐 a b c f 0 0 0 1 x 1 0 1 x 1 0 1 1 Hoặc 𝑓(𝑎, 𝑏, 𝑐) = 𝛱 0,6 Với N = 2,5 ( tổ hợp biến không xác định) 71 ... 011 0111 = 011 1101 22 Tổng quan điều khiển logic 1.2 Điều khiển logic ❑ Ví dụ điều khiển logic 23 Tổng quan điều khiển logic 1.2 Điều khiển logic ❑ Điều khiển logic giải vấn đề sau: ➢ Hệ thống... nhiệt Hình 1.1 Điều khiển nhiệt độ lị nhiệt Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm ❑ Điều khiển tự động => Điều khiển Bộ điều khiển Cảm biến nhiệt tự động: q trình điều khiển mà khơng cần... THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU RA Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển Tổng quan điều khiển logic 1.1 Các khái niệm ❑ Hệ thống điều khiển (tiếp): ➢Hệ thống điều khiển vịng hở: hệ thống có tác động điều