PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được coi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét được mô phỏng bằng hình vẽ dưới đây:
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như -75-
Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46 75
nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong trương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông…trong vòng quét đó.
Như vậy, giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khối OB40, OB80…chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong gian đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu ngắt đó. Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả khi chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
Trong hệ thống điều chỉnh mức nước ở phòng thí nghiệm sử dụng loại CPU 314C-2 DP với mã số: 6ES7 314-6CF00-0AB0.
Sử dụng mạng phân tán để điều khiển mức nước. Giao thức mạng dùng để kết nối CUP chính, ET và giao diện màn hình OP7 ở đây là giao thức Profibus. Profibus định nghĩa các đặc tính của một hệ thống bus cho phép kết nối nhiều thiết bị khác nhau, từ các thiết bị trường cho tới vào/ra phân tán, các thiết bị điều khiển giám sát. Profibus định nghĩa ba loại giao thức là PROFIBUS – FMS, PROFIBUS – DP, PROFBUS – PA. Trong phòng thí nghiệm dùng giao thức PROFBUS – DP. PROFIBUS – DP được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu dưới cấp trường, ví dụ giữa thiết bị điều khiển khả lập trình hoặc máy tính cá nhân công nghiệp với các thiết bị trường phân tán như I/O, các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi dữ liệu ở đây chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế chủ/tớ. PROFIBUS - DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono – Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi – Master). Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ đều có thể đọc ảnh dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ. Tuy nhiên, duy nhất một trạm chủ được quyền ghi dữ liệu đầu ra. Trao đổi dữ liệu giữa trạm chủ và các trạm tớ gán cho nó được thực hiện tự động theo một trình tự qui định sẵn. Khi đặt cấu hình hệ thống bus, người sử dụng định nghĩa các trạm tớ cho một thiết bị DPM1, qui định các trạm tớ tham gia các trạm tớ không tham gia trao đổi dữ liệu tuần hoàn. Trước khi thực hiện trao đổi dữ liệu tuần hoàn, trạm chủ chuyển thông tin cấu hình và các tham số đã được đặt xuống các trạm tớ. Mỗi trạm tớ sẽ kiểm tra các thông tin về kiểu thiết bị, khuôn dạng và chiều dài dữ liệu, số lượng các đầu vào ra.
-77-
Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46 77
DP – Master Danh sách hỏi tuần tự
Slave 1 Dữ liệu đầu ra Dữ liệu đầu vào Slave 2 Dữ liệu đầu ra
Dữ liệu đầu vào
Slave n Dữ liệu đầu ra Dữ liệu đầu vào
Slave 1 Dữ liệu đầu ra
Dữ liệu đầu vào
Slave 1 Dữ liệu đầu ra
Dữ liệu đầu vào
Hình 4.6. Nguyên tắc trao đổi dữ liệu tuần hoàn Master/Slave
Chỉ khi thông tin cấu hình đúng với cấu hình thực của thiết bị và các tham số hợp lệ thì nó mới bắt đầu thực hiện trao đổi dữ liệu tuần hoàn với trạm chủ.
Sơ đồ trao đổi dữ liệu được thể hiện ở hình sau:
Công tắc nguồn cung cấpCông tắc cho sửa chữa điện áp HTCông tắc bộ chọn lọc Thanh gá (rack)
Các thiết bị chương trinh Các công tắc
Liên kết năng lượng Bàn kẹp giảm sức căng
Chương trình thiết bị với phần mềm Step 7
Hình 4.8. Sơ đồ bố trí PLC
Ngày nay phần lớn các hệ thống thông tin xung quanh chúng ta đều dựa trên kiến trúc phân tán. Các ứng dụng Internet như Email, Web, Chat là những ví dụ tiêu biểu. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ truyền thông và công nghệ phần mềm đã mở ra các kiến trúc ứng dụng phân tán với các ưu điểm vựơt trội. Một hệ thống phân tán là một hệ thống gồm các thành phần xử lý phân tán, giao tiếp với nhau qua một cơ sở hạ tầng truyền thông chung. Một hệ thống phân tán có thể mang ý nghĩa của một hệ phần cứng, một hệ phần mềm hoặc kết hợp cả hai. Các hệ thống điều khiển phân tán đã đem lại rất nhiều lợi ích ví dụ như tính linh hoạt trong thiết kế, lắp đặt, bảo trì và nâng cấp hệ thống. Hơn nữa, yêu cầu của các bài toán ứng dụng trong thực tế cho thấy rằng sẽ là phù hợp hơn nếu hệ thống điều khiển được chia nhỏ, phân tán theo khu vực và phối hợp hoạt động đồng bộ để cùng nhau giải quyết nhiệm vụ chung của toàn hệ thống. Ngày nay một mô hình hệ thống như vậy mặc nhiên đã được thừa nhận và rất quen thuộc trong các hệ thống công nghiệp hiện đại. Trong hệ thống thiết bị thí nghiệm có trang bị thiết bị ET200M là trạm vào ra phân tán nó có nhiệm vụ điều khiển trực tiếp với van điện để điều khiển độ đáng mở của van. Về nguyên tắc của hệ thồng điều khiển phân tán thì cụm điều khiển này có thể đặt tại nơi hệ thống cơ cấu chấp hành làm việc còn CPU có thể đặt ở phòng điều khiển trung tâm cách hàng vài trăm mét. Đó những ưu điểm nổi bật của hệ điều khiển phân tán.
Sơ đồ kết nối mạng trong hệ thống điều khiển mức ở phòng thí nghiệm: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-79-
Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46 79
* Một số thông số kỹ thuật của PLC được thể hiện ở bảng 4.1 sau: Thông số Sản phẩm phần cứng 01 Sản phẩm phần mềm V1.0.0 Phần mềm hỗ trợ STEP7 V5.1 + SP2 Bộ nhớ làm việc đã tích hợp 48 KB Bít nhớ 256 bytes Đồng hồ nhớ 8 (1 byte nhớ)
Khối Data max.127
Vùng data cho mỗi lớp ưu tiên max. 510 bytes Địa chỉ vùng vào/ra (I/O)
* Tổng vùng địa chỉ vào/ra (I/O) max. 1024 bytes/ 1024 bytes * Miền bộ đếm cổng vào/ra số
(I/O)
128 bytes/ 128 bytes
* Số kênh số max. 8192
* Kênh tương tự max. 512
Module chức năng điều khiển riêng (FM)
max. 8 Module phục vụ truyền thông CP
(PtP)
max. 8 Module phục vụ truyền thông CP
(LAN)
max. 10 Giao diện
* Kiểu dao diện RS485
* Cổng vật lý RS485 Cổng vào ra (I/O) đã tích hợp * Vào số 124.0 đến 126.7 * Ra số 124.0 đến 125.7 * Vào tương tự 752 đến 761 * Ra tương tự 752 đến 755
Điện áp dòng vào
* Điện áp cung cấp 24V DC
* Phạm vi điện áp sử dụng được 20.4V đến 28.8V * Dòng điện tiêu thụ Thông thường 150 mA