I.Tổng quan về PLC
I.1.Giới thiệu về PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình đợc (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển lôgic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Ngời sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này đợc kích hoạt bởi tác nhân kích thích (cổng vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ nh thời gian định thì hay các sự kiện đợc đếm. Một khi sự kiện đợc kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài đợc gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chơng trình do “ngời sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở cổng vào và xuất tín hiệu ở cổng ra tại các thời điểm lặp đã lập trình.
Để khắc phục những nhựoc điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (Relay) ngời ta đã chế tạo bộ PLC nằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa.
Dung lợng bộ nhớ lớn có thể chứa đợc những chơng trình phức tạp. Hoàn toàn tin cậy trong môi trờng công nghiệp.
Giao tiếp đợc với các thiết bị thông minh khác nh: máy tính PC, nối mạng với các PLC khác, các Module mở rộng.
Hiệu quả kinh tế cao khi áp dụng cho các hệ thống lớn, hệ thống phức tạp.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các logic thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hổi tăng cừơng dung lợng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo đợc tốc độ xử lý cũng nh giá cả Chính điều này đã…
gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ logic đơn giản đến các lệnh phức tạp, sau đó là chức chức năng làm toán trên các máy tính lớn Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung l… ợn lớn, số lợng I/O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chơng trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ đợc xác định bởi một chơng trình. Chơng trình này đợc nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thự hiện việc điều khiển dựa vào chơng trình này. Nh vậy néu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay dổi chơng trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ đợc thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay.
I.2.Cấu trúc, hoạt động của PLC I.2.1.Cấu trúc
Để có thể thực hiện đợc chơng trình điều khỉển, PLC phải có tính năng nh một máy tính, nghĩa là phải có một bộ xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lu chơng trình điều khiển, dữ liệu RAM (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM), và các cổng vào ra để giao tiếp đợc với đối tợng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi tr- ờng xung quanh. V để phục vụ cho các bài toán điều khiển lớn PLC còn cần phải cóà
thêm các khối chức năng đặc biệt nh bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và những…
khối hàm chuyên dụng.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay (Console) hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chơng trình dới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thờng là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chơng trình đã đợc kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thờng lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chơng trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485…
I.2.2.Nguyên lý hoạt động PLC
Đơn vị xử lý trung tâm (CPU):
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chơng trình đợc chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chơng trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái đầu ra ấy đợc phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. V toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chà ơng trình điều khiển đợc lu giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus:
Hệ thống Bus là tuyến để dùng truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đờng tín hiệu song song:
Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các các Module khác nhau. Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu đợc trao đổi giữa bộ xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus, Address Bus và Control Bus. Data Bus gồm 8 đờng, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một các đồng thời hay song song.
Nếu một Module đầu vào nhận đợc địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu 1 địa chỉ Byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, Module đầu ra tơng ứng sẽ nhận đợc dữ liệu từ Data Bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC.
Các địa chỉ và số liệu đợc chuyển lên các Bus tơng ứng trong một thời gian hạn chế. Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó, CPU đợc cung cấp 1 xung Clock có tần số từ 1- 8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
Bộ nhớ.
PLC thờng yêu cầu bộ nhớ trong các trờng hợp: + Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.
+ Làm bộ đệm trạng thái chức năng trong PLC nh định thời, đếm, ghi các Relay. Mỗi lệnh của chơng trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều đựợc đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ.
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ đợc trỏ đến bởi 1 bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ tăng giá trị trong bộ đếm này lên một trớc khi xử lý tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tơng ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC đợc tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000- 16000 dòng lệnh, tùy thuộc loại vi mạch . Trên PLC các bộ nhớ nh RAM, EPROM đều đợc sử dụng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ nhớ bên trong (Random Access Memory) có thể nạp chơng trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kì lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều đợc trang bị 1 pin khô, có khả năng cung cấp lợng dự
trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM đợc dùng để khởi tạo và kiểm tra chơng trình. Khuynh hớng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.
EPROM (Electriccally Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà ngời sử dụng bình thờng chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào đợc. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó đợc gắn sẵn trong máy, đã đợc nhà sản xuất nạp và chứa hệ đièu hành sẵn. Nếu ngời sử dụng muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.
Môi trờng ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, đợc sử dụng trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lợn lớn nên thờng đợc dùng để lu những chơng trình lớn trong một thời gian dài.
Kích thớc bộ nhớ:
Các loại PLC nhỏ có thể chứa từ 300- 1000 dòng lệnh tùy thuộc vào công nghệ chế tạo.
Các loại PLC loại lớn có kích thức từ 1K- 16K có khả năng chứa từ 2000-16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng nh RAM, EPROM.
Các ngõ vào ra I/O:
Các đờng tín hiệu từ bộ cảm biến đợc nối vào các Module (các đầu vào cảu PLC), các cơ cấu chấp hành đợc nối với các Module ra (các đầu ra cảu PLC).
Hầu hết PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ , các hiển thị trạng thái của các kênh I/O đ- ợc cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
I.3.Các bớc thiết kế 1 hệ thống diều khiển dùng PLC
Để thiết kế 1 chơng trình điều khiển cho một hoạt động baô gồm những bớc sau:
I.3.1.Xác định quy trình công nghệ
Trớc tiên, ta phải xác dịnh thiết bị hay hẹ thống nào muốn điều khiển .Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động.
Sự vận hành của hệ thống đợc kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào. Nó nhận tín hiệu và gửi tín hiệu đến CPU, CPU xử lý tín hiệu và gửi nó đến thiết bị xuất để điều khiển sự hoạt động của hệ thống nh lập trình sẵn trong chơng trình.
I.3.2.Xác định các ngõ vào, ngõ ra
Tất cả các thiết bị xuất, nhập bên ngoài đều đợc kết nối tới bộ điều khiển lập trình. Thiết bị nhập là những công tắc, cảm biến Thiết bị xuất là những cuộn dây, van điện…
từ, động cơ, bộ hiển thị.
Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết bị vào ra tơng ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trớc khi viết chơng trình.
I.3.3.Viết chơng trình
Khi viết chơng trình theo sơ đồ hình bậc thang (ladder logic) phải theo sự họat động tuần tự từng bớc của hệ thống.
I.3.4.Nạp chơng trình vào bộ nhớ
Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình thông qua cổng I/O. Sau đó nạp chơng trình vào bộ nhớ thông qua bộ console lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong, kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán Nếu đợc mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắc chắn rằng ch- ơng trình đá hoạt động tốt.
I.3.5.Chạy chơng trình
Trớc khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối với các ngõ vào ra đến các thiết bị nhập, xuất đã đợc nối đúng theo chỉ định. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chơng trình, nếu bị lỗi thì máy tính hoặc bộ Console sẽ báo lỗi, ta phải sửa lại cho đến khi nó hoạt động an toàn.
Sau đây là lu đồ phơng pháp thiết kế bộ điều khiển.
Xác định yêu cầu của hệ thống điều khiển (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vẽ lưu đồ chung của hệ thống điều khiển
Liệt kê tất cả các đầu vào, ra nối tư ơng đối đến các cổng I/O của PLC
Chuyển lưu đồ sang sơ đồ hình thang Nạp lập trình sơ đồ hình thang TKế cho PLC Mô phỏng chương trình và sửa lỗi phần mềm Hiệu chỉnh chương trình cho phù hợp.
Kết nối toàn bộ thiết bị vào ra với PLC
Chương trình
Chạy thử chương trình Hiệu chỉnh lại phần mềm Nạp chương trình vào EPROM Lập hồ sơ hệ thống cho tất cả các bản vẽ END Chương trình OK
II.Hệ SLC 500 của ALLen Bradly–