II- Lập lưu đồ điều khiển
I.3- Lợi thế của PLC trong tự động
Trong tự động hoá PLC đã chở thành thiết bị điều khiển thông dụng bởi các lợi thế của nó.
- Thời gian lắp đặt công trình ngắn hơn. - Dễ dàng thay đổi.
- Có thể tính toán chính xác được giá thành. - Cần ít thời gian đào tạo.
- Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. - Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.
Thiết bị logic khả trình
60
- Dễ bảo trì sửa chữa (các chỉ thị vào ra giúp sử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn).
- Độ tin cậy cao.
- Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.
- Thích ứng trong các môi trường khắc nghiệt ( Nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn...).
I.4- Cấu trúc chung của PLC:
Thiết bị Logíc khả trình PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển, thông qua một ngôn ngữ lập trình riêng thay cho việc phải thiết kế và thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển của nó PLC chở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (Với PLC khác, với các thiết bị, với máy tính cá nhân). Toàn bộ chương trình điều khiển được nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét (SCAN).
Có rất nhiều loại PLC của các hãng khác nhau nhưng chúng đều có một nguyên lý chung như hình vẽ dưới đây (Hình II.1).
POWEZ SUPPLY Memory Output Input CPU COM Signal to Solenoids Motor Signal from Switches Sensors Hình II.1- Sơđồ khối PLC
Thiết bị logic khả trình
61
Trong đó:
- POWEZ SUPPLY: Bộ nguồn điện áp dải rộng. - MEMORY: Bộ nhớ chương trình.
- RAM ( Random Access Memory) bộ nhớ này có thể ghi hoặc đọc ra - EPROM (Erasable Programmable Red Only Memory) là bộ nhớ vĩnh cửu chương trình có thể lập trình lại bằng thiết bị lập trình.
- EEPROM ( Electriccal Erasable Programmable Red Only Memory) là bộ nhớ vĩnh cửu các chương trình có thể lập trình lại bằng thiết bị chuẩn CRT hoặc bằng tay.
- INPUT : Khối đầu vào. - OUTPUT: Khối đầu ra.
- COM: Cổng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi (Máy tính, bộ lập trình). - CPU: Bộ vi sử lý trung tâm.
Như vậy PLC thực chất hoạt động như một máy tính cá nhân nghĩa là phải có bộ vi sư lý, hệ điều hành, bộ nhớ để lưu giữ chương trình điều khiển, dữ liệu, có cổng vào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. Bên cạnh đó PLC còn có các bộ Counter, Time để phục vụ bài toán điều khiển.
- PLC sẽ thực hiện chương trình theo chế độ lặp có chu kỳ mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét SCAN (hình II.2).
4. Đọc và ghi dữ liệu đầu ra 2. Thực hiện chương trình 3.Tự kiểm tra lỗi 1. Đọc và ghi dữ liệu đầu vào
Thiết bị logic khả trình
62
I.5- Thủ tục để thiết kế bộ điều khiển chương trình (TL - 3):
Tìm hiểu các yêu cầu của hệ thống điều khiển Lập lưu đồ chung Liệt kê đầu vào ra tương ứng với PLC Dịch sang giản đồ thang Lập trình giản đồ thang vào PLC Mô phỏng chương trình, kiểm tra phần mềm Chương trình đúng Thay đổi chương trình Nối tất cả các thiết bị vào ra với PLC Kiểm tra các dây nối Chạy thử chương trình Chương trình đúng Sửa lại phần mềm Lưu chương trình vào EPROM Sắp sếp có hệ thống các bản vẽ Kết thúc S Đ S Đ
Thiết bị logic khả trình
Thiết bị logic khả trình
64
Để thiết kế bộ điều khiển chương trình gồm các bước như sơđồ(Hình II.3)
1 – Tìm hiểu công nghệ và yêu cầu của hệ thống cần lập trình điều khiển. 2 – Lập lưu đồ điều khiển chung dựa trên các yêu cầu điều khiển của hệ thống. 3 – Phân cổng vào ra, chọn sơ bộ cấu hình bộđiều khiển lập trình.
4 – Chuyển đổi sơ đồđiều khiển sang giản đồ thang (Ladder).
5 – Thử chương trình, mô phỏng và kiểm tra phần mềm đáp ứng các yêu cầu của hệ thống cần điều khiển:
+ Nếu được thì thực hiện các bươc tiếp theo.
+ Nếu chưa được thì thay đổi, sửa lỗi cho đến khi đáp ứng các yêu cầu của hệ thống.
6 – Tiến hành lắp ráp PLC với các phần tử vào ra của hệ thống. 7 – Kiểm tra việc ghép nối.
8- Chạy thử chương tình điều khiển hệ thống:
+ Chạy thử lại chương trình điều khiển nếu sai thì sửa lỗi. + Chạy thử cả hệ thống.
9 – Lưu chương trình vào bộ nhớ (EPROM). 10 – Sắp sếp các bản vẽ theo trình tự rồi kết thúc.
II- CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH CHO PLC:
II.1- Giới thiệu các phương pháp lập trình cho PLC
Trong các PLC đơn giản đựơc chế tạo để thay thế các mảng rơ le và các mạch logic rời rạc nên các phương pháp lập trình dễ hiểu nhất dược hình thành từ các mạch rơ le, các mạch tổ hợp thực hiện các hàm đại số boole và các mạch tuần tự.
Các PLC thông thường có các phương pháp lập trình sau:
- Lưu đồ hệ điều khiển ( Contronl System flowchar) - Giản đồ thang ( Ladder Diagram)
- Danh sách lệnh.
Thiết bị logic khả trình
65
Phổ biến nhất hiện nay được thống nhất sử dụng trong hầu hết các chủng loại PLC là ngôn ngữ giản đồ thang. Giản đồ thang không khác mấy so với sơ đồ mạch rơ le, trong đó các biến logic thường được đặc trưng bởi các điểm thường kín hoặc thường hở, các phép toán logíc được thực hiện bởi dây nối và các bậc thang, các phần tử chức năng hàm logic là các phần tử ra trên mỗi bậc của thang.
II.2- Giới thiệu các tệp lệnh chính của PLC - OMRON (TL - 3):
Trong PLC của OMRON có 14 tập lệnh cơ bản đựơc sử dụng trong hầu hết các chương trình khi lập trình:
- LD : Khởi động từng mạch hay khối Logic. - AND : Dùng để nối tiếp hai đầu vào trở lên. - OR : Dùng để nối song song các đầu vào.
- NOT : Đảo đầu vào của nó, thường dùng để lập đầu vào hoặc đầu ra thường kín. NOT có thể dùng cùng với LD, NOT, AND, OR.
- END : Chỉ kết thúc chương trình và nó phải có mặt ở mọi chương trình. Ngoài các lệnh trên còn có các lệnh: * AND LD : Lệnh đấu khối nối tiếp. * OR LD : Lệnh đấu khối song song. * Nhiều đầu ra điều kiện riêng phải dùng rơ le tạm thời: - LD TR : Gọi loại rơ le tạm thời. - OUT TR : Đặt vị trí rơ le tạm thời. Nếu rẽ nhánh ra nhiều rơ le tạm thời có từ TR∅ ÷ TR7 khi các rơ le tạm thời dùng song không qua lại nữa thì có thể dùng lại rơ le tạm thời trên.
* Lệnh vào bộ thời gian TIM N0
Trong PLC chỉ có một bộ thời gian chuẩn được đánh số nhưng dùng chung cho bộ thời gian và bộ đếm nên số thứ tự của bộ thời gian và bộ đếm không được trùng nhau.
Thiết bị logic khả trình 66 Bộ thời gian có thời gian là: t = n . 0,1s n = 0 ÷ 9999 Thời gian từ 0 ÷ 999,9s * Lệnh vào bộ đếm CNT N0 Là bộ đếm lùi đặt trước CNT N0 : Số của bộ đếm SV : Đặt số cần đếm * Lệnh chuyền số liệu MOV:
MOV chuyền số liệu qua nguồn (hoặc dữ liệu một kênh định trước hoặc một hằng số Hexadesin 4 số đến một kênh đích). Như vậy lệnh này yêu cầu hai dữ liệu phải được sác định.
- Kênh nguồn hoặc hằng số - Kênh đích
* Lệnh rơ le chốt số liệu KEEP - RELAY:
Keep – Relay dùng để làm chốt, nó duy trì trạng thái ON hặc OFF của 1 bít cho đến khi có một trong hai đầu vào của nó tác động đặt ( S ) hoặc hồi nó.
Nếu chức năng Keep được dùng với rơ le H thì trạng thái đầu ra chốt vẫn được dữ ngay cả khi cắt nguồn.
* Lệnh vào bộ lấy sườn xung.
DIFU và DIFD kích thích đầu ra lên ON sau mỗi lần quét. - Để lấy sườn lên DIFU FUN 1 3
- Để lấy sườn xuống DIFD FUN 1 4 * Lệnh tính toán số học:
- Lệnh Cộng ADD
Cộng các dữ liệu ở hai kênh khác nhau hoặc một kênh với một hằng số sau đó đưa kết quảđến một kênh thứ 3.
Thiết bị logic khả trình
67
Vì vậy 3 số liệu phải được phân biệt một số trừ, số bị trừ, kênh kết quả. - Lệnh so sánh CMP.
Một trong các dữ liệu phải là một kênh.
Sau khi lệnh CMP được thực hiện kết quả ởđây được thể hiện bằng cỡ: 25505 : Lớn hơn
25506 : Bằng nhau 25507 : Nhỏ hơn
II.3- Giới thiệu phương pháp lập trình dùng phần mềm SYSWIN:
Phương pháp lập trình cho PLC OMRON cũng tương tự như các PLC thông thường khác. Các công cụđể thực hiện lập trình cho PLC.
- Thiết bị lập trình cầm tay ( Hand Programming consol). - Phần mềm lập trình.
- Bộ lập trình Prom.
- Thiết bị lập trình đồ hình ( GPC ).
Các hãng chế tạo PLC đều viết một phần mềm phụ trợ riêng để lập trình cho bộ điều khiển của hãng mình sản xuất. Hãng omron cũng có các phần mềm riêng để lập trình cho thiết bị của mình, SYSMATE SUPPORT SOFTWARI (SSS), là phần mềm được viết trong hệ điều hành DOS các thủ tục lập trình được gợi ý bằng các menu. Ngày nay omron đã cho ra phần mềm SYSWIN được viết trong môi trường WINDOWS trong đó mỗi bậc thang của giản đồ hình thang gọi là một NETWORK.
- Các phần mềm giúp ta vẽ ra giản đồ thang trên màn hình máy tính, sau đó chương chình được chuyển vào PLC qua cổng COM. Hoặc có thể ngược lại ta có thể đọc được chương trình sẵn có trong PLC ra màn hình để kiểm tra sửa chữa hoặc in ra. Trong quá trình PLC đang vận hành phần mềm có thể giúp ta hiển thị trạng thái, thông số và các tín hiệu của chương trình đang vận hành trong PLC.
Thiết bị logic khả trình
68
Hình II.4- Mô hình thiết bị lập trình sử dụng phần mềm lập trình
Dưới đây giới thiệu phương pháp lập trình cho PLC dùng phần mềm SYSWIN 3.3 (TL - 7):
SYSWIN là một phần mềm lập trình cho PLC OMRON dưới dạng Ladder Diagram thực thụ chạy trong WINDOWS. Để cài đặt và chạy phần mềm này cần đảm bảo máy tính có cấu hình tối thiểu:
↔ Windows 3.1, 3.11, Windows 95, Windows 98.
↔ 486 DX50 CPU.
↔ 8M Byte RAM.
↔ 10MB đĩa cứng trống.
Để chạy chương trình cần thực hiện theo các bước sau:
- Từ màn hình Window nhắp đúp vào biểu tượng Syswin 3.3 để ra màn hình lập trình (hình II.5).
Thiết bị logic khả trình
69
- Từ menu File chọn New chương trình sẽ tạo ra màn hình lập trình với tên Unititled ta có thể thay đổi tên này bằng cách chọn Save từ Menu File. - Xây dựng chương trình phần mềm từ các phần tử Ladder trên thanh công
cụ ở bên trái màn hình.
- Dùng phím trái chuột để chọn các phần tử ladder vào các network và đặt tên, địa chỉ cho các phần tửđó.
- Để kết thúc chương trình chọn FUN- 01.
- Đặt tham số kết nối máy tính với PLC bằng cách lựa chọn Project→
Comunication.
- Chọn loại PLC để kết nối bằng cách lựa chọn Project→Project setup. - Thực hiện kết nối bằng biểu tượng Connect hoặc menu Online→Connect. - Ta có thể truyền chương trình từ máy tính xuống PLC hoặc đọc chương
trình từ PLC lên máy tính bằng các biểu tượng Upload, Dawload hoặc từ Menu Online.
- Chạy thử chương trình trên PLC bằng menu Online→Mode. - Kiểm tra và sửa chương trình theo yêu cầu.
Thiết bị logic khả trình
70
Hình II.5 – Màn hình lập trình của SYSWIN
III- GIỚI THIỆU PLC CPM2A CỦA OMRON:
III.1- Giới thiệu chung về PLC của OMRON:
Dựa trên nguyên lý chung về PLC hãng OMRON chế tạo nhiều loại PLC, các loại PLC lớn nhỏ được phân biệt bởi bộ vi sử lý trung tâm (CPU).
Các loại PLC cỡ nhỏ thường dùng bộ vi sử lý 8 bít như Mtorola Z80 hoặc Intel 8085 còn các PLC cỡ lớn thường dùng các bộ vi sử lý 16 bít như Motorola 6800 hoặc Intel 8600.
Các bộ nhớ ROM và RAM, chương trình điều hành được lưu trong bộ nhớ vĩnh cửu để chỉ huy mọi chức năng của PLC.
Hiện nay PLC của hãng OMRON có các model thông dụng như CQM1, CQM1H, CPM1A,CPM2A… Bộ vi sử lý trung tâm có dung lượng khác nhau, số điểm vào/ra khác nhau và đặc chưng khác nhau cho các ứng dụng rộng rãi.
III.2- PLC - CPM2A của OMRON (TL - 5; TL - 6): III.2.a- Đặc điểm và chức năng của CPM2A:
- Các bộ điều khiển chương trình loại CPM2A kết hợp với nhiều chức năng bao gồm điều khiển xung đồng bộ, đầu vào ngắt, xung đầu ra, chỉnh Analog và chức năng đồng hồ. Ngoài ra bộ điều khiển CPM2A còn là bộ điều khiển độc lập có khả năng sử lý các ứng dụng điều khiển máy, bởi vậy nó là bộ điều khiển lý tưởng cho các thiết bị.
- CPM2A có khả năng kết nối với máy tính cá nhân, với các PLC khác của OMRON và với các màn hình giao diện khác. Khả năng kết nối này cho phép người sử dụng có thể thiết kế một hệ thống sản suất phân tán và tiết kiệm chi phí.
Thiết bị logic khả trình
71
o Khả năng mở rộng đầu vào/ra.
o Các modul đầu vào ra Analog.
o Bộ kết nối đầu vào/ra Compobus/S.
o Dùng chung các bộ lập trình khác của OMRON.
o Khả năng điều khiển động cơ có sẵn.
o Ngắt và đếm tốc độ cao.
o Điều khiển vị trí bằng đầu ra xung có xác định chiều.
o Chức năng đầu vào ngắt tốc độ cao.
o Chức năng đầu vào phản hồi nhanh.
o Chức năng lọc đầu vào.
o Truyền tin đơn giản không cần Protocol.
o Truyền tin với màn hình tốc độ cao.
o Khả năng kết nối với các loại PLC khác của omron .
o Khả năng mở rộng bộ nhớ.
III.2.b- các chếđộ hoạt động của CPU:
- Chế độ Program: Chương trình không thể thực hiện được ở chế độ Program. Chế độ này dùng để thực hiện các bước chuẩn bị cho việc thực hiện chương trình sau
♦ Thay đổi các thông số ban đầu/thông số hoạt động như các thông số trong PC Setup.
♦ Viết nạp hoặc kiểm tra chương trình.
♦ Kiểm tra việc đấu dây bằng force setting và force resetting các bít vào/ra.
- Chế độ Monitor: Quá trình thực hiện chương trình được thực hiện tại chế độ này và các hoạt động có thể được thực hiện nhờ các công cụ lập trình.
Thiết bị logic khả trình
72
Nhìn chung, chế độ Monitor được sử dụng để tìm chỗ sai của chương trình, chạy thử và sửa lỗi.
♦Online editing: Sửa chương trình trực tiếp khi đang chạy.
♦ Giám sát bộ nhớ vào ra trong quá trình hoạt động.
♦ Force-setting/force-resetting các bít vào ra, thay đổi giá trị đặt và thay đổi các giá trị hiện tại trong suốt quá trình hoạt động.
- Chế độ RUN: Chương trình được chạy với tốc độ bình thường ở chế độ này. Ta không thể tiến hành các bước hoạt động như Online editting, force setting/force resetting các bít vào ra, thay đổi giá trị đặt hay các giá trị hiên tại nhưng vẫn có thể theo dõi dược tình trạng của các bít vào/ra.
IV.2.c-Đặc tính cơ bản của bộ CPU - CPM2A:
Bảng II.1- Các tiêu chuẩn kỹ thuật của CMP2A
Item Item Bộ CPU 20 đầu vào/ra Bộ CPU 30 đầu vào/ra Bộ CPU 40 đầu vào/ra Bộ CPU 60 đầu vào/ra Điện áp nguồn AC 100 đến 240VAC, 50/60Hz DC 24VDC