Có 5 loại ngôn ngữ dùng để lập trình cho PLC:
a) Ngôn ngữ lập trình ST (Structure text) hoặc STL (Statement List)
Là một ngôn ngữ lập trình cấp cao gần giống như Pascal, thực hiện các công việc sau:
Gán giá trị cho các biến.
Gọi hàm và các FunctionBlock; Tạo và tính toán các biểu thức; Thực hiện các biểu thức điều kiện.
b) Ngôn ngữ lập trình IL (Instruction List)
Là ngôn ngữ lập trình cấp thấp, gần giống như ngôn ngữ máy Assembler, thường được dùng để lập trình cho vi xử lý. Cấu trúc của chương trình bao gồm một loạt các câu lệnh, mỗi câu lệnh nằm trên một dòng và được kết thúc bằng ký tự xuống dòng. Mỗi câu lệnh bao gồm một toán tử và nhiều toán hạng. Toán hạng là đối tượng của toán tử và là các biến hoặc các hằng số.
Ngôn ngữ IL phù hợp cho các ứng dụng nhỏ, giải quyết các vấn đề có thứ tự trước sau. Nếu được lập trình tốt, chương trình viết bằng IL sẽ có tốc độ tính toán nhanh nhất.
Thí dụ: Bảng so sánh mã gợi nhớ ( code mnemonics ) của một số hãng Của Mitsubishi:
Của Siemens:
c) Ngôn ngữ lập trình FBD ( Function Block Diagrams )
Là ngôn ngữ lập trình theo kiểu đồ họa, bằng cách mô tả quá trình dưới các dòng chảy tín hiệu giữa các khối hàm với nhau. Nó giống như việc đi dây trong các mạch điện tử.
Một chương trình hoạt động:
Hình 3.4: Sơ đồ nối các cổng vào
d) Ngôn ngữ lập trình SFC (Sequence Function Charts)
Là ngôn ngữ lập trình theo kiểu tuần tự, chương trình SFC bao gồm một chuỗi các bước được thể hiện dưới dạng các hình chữ nhật và được nối với nhau.
Mỗi bước đại diện cho một trạng thái cụ thể cần được điều khiển của hệ thống. Mỗi bước có thể thực hiện một hoặc nhiều công việc đồng thời.
Mỗi một mối nối có một hình chữ nhật ở giữa, đại diện cho điều kiện chuyển đổi giữa các trạng thái trong hệ thống. Khi điều kiện chuyển đổi đạt được “ True “ thì cho phép chuyển sang trạng thái tiếp theo. Thí dụ :
Còn gọi là ngôn ngữ bậc thang là một kiểu ngôn ngữ lập trình đồ họa. Lập trình theo LD gần giống như khi các kỹ sư điện thiết kế và đi dây các bảng mạch điện điều khiển logic: Rơ-le, công-tắc-tơ, khởi đồng từ . . .
3.2 Giới thiệu một số PLC của hãng MITSUBISHI ELECTRIC
Do nhu cầu sử dụng ngày càng cao PLC trong công nghiệp nên nhà sản xuất đã nghiên cứu chế tạo nhiều họ PLC đáp ứng cho nhu cầu nhiều nhiệm vụ điều khiển với các dạng và qui mô khác nhau. Các PLC được chế tạo được chế tạo dực trên nhiều đặc trưng như nguồn cấp điện, dạng điện áp ngõ vào, dạng ngõ ra, bộ xử lý, ngôn ngữ lập trình, tập lệnh khả năng xử lý số lệnh, khả năng xử lý tốc độ cao, khả năng mở rộng với module vào/ra và moul chức năng chuyên dùng, khả năng nối mạng.
3.3 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
MELSEC FX có nhiều loại phiên bản khác nhau tùy thuộc vào bộ nguồn hay công nghệ của ngõ ra. Ta có thể lựa chọn bộ nguồn cung cấp 100 – 220 V AC, 24 V DC hay 12 – 24 V DC, ngõ ra là relay hoặc transistor.
Với yêu cầu của hệ thống cần sử dụng : - 18 đầu vào digital, 2 đầu vào analog; - 24 đầu ra digital.
Vậy ta cần sử dụng bộ điều khiển phải đáp ứng đủ đầu vào và đầu ra.
Vậy nhóm quyết định chọn bộ điều khiển FX3U-64MR/ES-A và dùng thêm modul mở rộng FX3U-4AD để có đầu vào là analog.
3.4 Giới thiệu về bộ điều khiển dùng trong hệ thống
3.4.1 FX3U-64MR/ES-A
Hình 3.5: Sơ đồ FX3U-64MR/ES-A
Hình 3.6: Kích thước của modul fx3u-64mr/es-a
b) Đặc tính kĩ thuật FX3U-64MT/ES-A:
Bộ nhớ EEPROM dung lượng lớn, lên tới 64000 dòng lệnh(steps); Tốc độ xử lý cao;
Có khả năng mở rộng module vào/ra, các module chức năng đặc biệt, module ADP;
Tích hợp đồng hồ thời gian thực;
Tích hợp giao diện truyền thông nối tiếp giữa PCs và HMI; Sử dụng ngôn ngữ lập trình chuẩn (Ladder);
Có khe cắm thẻ nhớ dạng cassetes; Tích hợp điều khiển vị trí;
Bộ CPU với 64 I/O: 32 đầu vào và 32 đầu ra transistor (Sink); Nguồn cấp: 100-240 VAC;
Bộ nhớ chương trình: 64.000 Steps; Tích hợp đồng hồ thời gian thực. Bộ đếm: 235;
Timer: 512;
Tích hợp cổng thông RS232C, RS 485;
Cáp kết nối: FX-USB-AW, USB-SC09, USB-SC09; Xuất xứ: Mitsubishi – Japan.
Số ngỏ vào 32
Số ngỏ ra 32
Nguồn cung cấp 220 VAC
Công suất 45
Truyền thông USB, RS232S, RS485
Kích thước 220x90x86
Sơ đồ chân:
Hình 3.7:Sơ đồ chân của FX3U-64MR/ES-A Giải thích sơ đồ chân:
S/S: chân này nối về 0V nếu ta dùng kiểu nối source và nối lên 24V nếu ta dùng kiểu nối sink;
L.N đầu vào ta cấp nguồn xoay chiều 220V/AC;
0V/24V: khi ta cấp nguồn 220V/AC thì trong PLC sẽ tạo ra nguồn 24V để sử dụng; X0-X37 đầu vào digital;
COM chân dùng để chọn số chân sử dụng, vi dụ ta chỉ sử dụng đầu ra từ Y0 đến Y3 thì ta nối COM1 xuống 0V nếu dung kiểu sink và nối lên 24V nếu sử dụng kiểu nối source
Modul FX3U-64MR/ES-A dung nguồn nuôi 220VAC. Tín hiệu vào thì có thể chọn: Source (PNP) cấp nguồn 24VDC vào 2 chân 24V và 0V, nối chân S/S với 0V, khi các ngõ vào X nối với +24V thì on. Sink (NPN) nối chân S/S với chân 24V, khi các ngõ vào X nối vơi 0V thì on
Đầu ra là relay, tùy thuộc vào cơ cấu chấp hành mà bạn cấp nguồn 24VDC hoặc 220VAC cho cơ cấu chấp hành
Vì đầu vào ta sử dụng chân tín hiệu analog nên ta sử dụng thêm modul kêt nối thêm, ta sử dụng modul FX3U-4AD-ADP
Hình 3.8: FX3U-4AD-ADP
a) Sơ đồ kích thước:
Hình 3.9: Sơ đồ kích thước của FX3U-4AD-ADP
Hình 3.10: Sơ đồ kích thước của FX3U-4AD-AD [1] trực tiếp gắn lỗ: 2 lỗ φ4.5 (0.18 ") (lắp vít: M4 vít); [2] cáp mở rộng;
[3] ĐIỆN LED (màu xanh): sáng trong khi 5V DC điện được cung cấp từ PLC;
[4] Terminal block để cung cấp điện (24V DC) (M3 thiết bị đầu cuối vít); [5] khối Terminal cho đầu vào analog;
[6] 24V LED (màu đỏ):
Thắp sáng trong khi 24V DC điện được cung cấp đúng với thiết bị đầu cuối [24+] và[24];
[7] LED A / D (màu đỏ): Đèn flash (tốc độ cao) trong A / D chuyển đổi; [8] DIN rail móc lắp;
[9] DIN rail rãnh lắp ráp (35 mm (1,38 ") rộng).
b) Sơ đồ chân:
Hình 3.11: Sơ đồ chân của FX3U-4AD-ADP
c) Sơ đồ kết nối modul ANALOG
1 - Đối FX3U series PLC (AC loại điện), các nguồn cung cấp điện phục vụ 24V DC cũng có sẵn.
2- [FG] thiết bị đầu cuối và các [mass] thiết bị đầu cuối được kết nối trong nội bộ. Không có "FG" thiết bị đầu cuối cho CH1. Khi sử dụng CH1, kết nối trực tiếp đến [mass ] thiết bị đầu cuối;
3- Sử dụng một dây lá chắn xoắn 2 lõi cho dòng đầu vào tương tự, và tách nó ra từ đường dây điện khác hoặc các dòng cảm ứng;
4- Đối với các đầu vào dòng điện , ngắn mạch [V] thiết bị đầu cuối và các [I +] thiết bị đầu cuối;
5- Nếu có điện áp gợn trong điện áp đầu vào hoặc có tiếng ồn ở bên ngoài hệ thống dây điện, kết nối một tụ điện khoảng 0,1 đến 0.47μF 25 V.
Kích thước bên ngoài, phần tên, và Terminal Layout:
Hình 3.13: Kích thước bên ngoài, phần tên, và Terminal Layout [1] DIN rail gắn rãnh (DIN rail: DIN46277);
[2] tấm Name;
[3] khóa trượt bộ chuyển đổi đặc biệt.
Được sử dụng để kết nối với bộ điều hợp đặc biệt thêm vào phía bên trái của đặc biệt này adapter.
[4] bộ chuyển đổi đặc biệt kết nối bao gồm:
Tháo nắp này để kết nối với bộ điều hợp đặc biệt bổ sung về phía bên trái; [5] gắn lỗ trực tiếp: 2 lỗ φ4.5 (0.18 ") (lắp vít: M4 vít);
Không được sử dụng khi kết nối với FX3GC / FX3UC Dòng PLC. [6] ĐIỆN LED (màu xanh):
[7] Terminal block (loại châu Âu):
Kết nối điện áp analog / tín hiệu hiện tại, và 24 V cung cấp điện DC; [8] kết nối bộ chuyển đổi đặc biệt:
Được sử dụng để kết nối bộ chuyển đổi đặc biệt này để đơn vị chính PLC hoặc bộ chuyển đổi đặc biệt;
[9] DIN rail móc lắp;
[10] bộ chuyển đổi đặc biệt ấn móc; [11] kết nối bộ chuyển đổi đặc biệt.
Được sử dụng để kết nối truyền thông hoặc tương tự hợp đặc biệt về phía bên trái của
3.5 Bảng phân kênh các thiết bị vào ra
Thiết bị vào
STT Địa chỉ Ký hiệu Chú thích
1 X0 START Nút nhấn khởi động (thường mở)
2 X1 STOP Nút dừng hệ thống
3 X2 V1.P1 Cảm biến đo mực nước cao vùng 1
4 X3 V2.P2 Cảm biến đo mực nước thấp vùng 2
5 X4 V2.P3 Cảm biến đo mực nước cao vùng 2
6 X5 V3.P4 Cảm biến đo mực nước thấp vùng 3
7 X6 V3.P5 Cảm biến đo mực nước cao vùng 3
8 X7 V4.SB1 Cảm biến đo mức bùn thấp vùng 4 9 X10 V4.SB2 Cảm biến đo mức bùn cao vùng 4 10 X11 V5.P6L Cảm biến đo mực nước thấp vùng 5 11 X12 V5.P6M Cảm biến đo mực nước trung bình vùng 5 12 X13 V5.P6H Cảm biến đo mực nước cao vùng 5 13 X14 V6.P7 Cảm biến đo mực nước thấp vùng 6 14 X15 V6.P8 Cảm biến đo mực nước cao vùng 6
15 X16 P.AX Cảm biến đo mức axit
16 X17 P.BZ Cảm biến đo mức bazo
17 X20 P.PAC Cảm biến đo mức PAC
19 V3.DPH Cảm biến đo độ Ph trong bể trung hòa (Analog) 20 V4.DDUC Cảm biến đo độ đục trong bể lắng (Analog)
Thiết bị ra
STT Địa chỉ Ký hiệu Chú thích
1 Y0 K_TONG Cuộn dây contactor tổng cấp điện hệ thống 2 Y1 V1.V1 Cuộn dây contactor van tự động vùng 1
3 Y2 V2.B1 Cuộn dây contactor máy bơm 1 nằm ở vùng số 2 4 Y3 V2.B2 Cuộn dây contactor máy bơm 2 nằm ở vùng số 2 5 Y4 V2.MSK1 Cuộn dây contactor máy sục khí 1 nằm ở vùng số 2 6 Y5 V3.V2 Cuộn dây contactor van 2 nằm ở vùng số 3
7 Y6 V3.MK1 Cuộn dây contactor máy khuấy 1 nằm ở vùng số 3 8 Y7 V3.MK2 Cuộn dây contactor máy khuấy 2 nằm ở vùng số 3 9 Y10 V3.MK3 Cuộn dây contactor máy khuấy 3 nằm ở vùng số 3 10 Y11 V3.AX1 Cuộn dây contactor máy bơm axit1 nằm ở vùng số 3 11 Y12 V3.AX2 Cuộn dây contactor máy bơm axit2 nằm ở vùng số 3 12 Y13 V3.BZ1 Cuộn dây contactor máy bơm bazo1 nằm ở vùng số 3 13 Y14 V3.BZ2 Cuộn dây contactor máy bơm bazo2 nằm ở vùng số 3 14 Y15 V4.MK4 Cuộn dây contactor máy khuấy 4 nằm ở vùng số 4 15 Y16 V4.MK5 Cuộn dây contactor máy khuấy 5 nằm ở vùng số 4 16 Y17 V4.BB Cuộn dây contactor máy bơm bùn nằm ở vùng số 4 17 Y20 V4.PAC1 Cuộn dây contactor máy bơm PAC1 nằm ở vùng số 4 18 Y21 V4.PAC2 Cuộn dây contactor máy bơm PAC2 nằm ở vùng số 4 19 Y22 V5.V3 Cuộn dây contactor van 3 nằm ở vùng số 5
20 Y23 V5.BNS Cuộn dây contactor máy bơm nằm ở vùng số 5 21 Y24 V5.MSK2 Cuộn dây contactor máy sục khí 2 nằm ở vùng số 5 22 Y25 V5.MK6 Cuộn dây contactor máy khuấy 6 nằm ở vùng số 5 23 Y26 V6.V4 Cuộn dây contactor van 4 nằm ở vùng số 6
24 Y27 V6.CLO Cuộn dây contactor máy bơm clo nằm ở vùng số 6 25 Y30 V6.MK7 Cuộn dây contactor máy khuấy 7 nằm ở vùng số 6 26 Y31 L.AX Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa axit
27 Y32 L.BZ Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa bazo 28 Y33 L.CLO Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa clo 29 Y34 L.PAC Cuộn dây contactor đèn báo mức axit trong bể chứa PAC
3.6 Lựa chọn và tính toán thiết bị cho mạch động lực
3.6.1 Relay
a) Tổng quan: Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Nói là một công tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không. Hình bên là kí hiệu của rơ le trong kỹ thuật. Còn về ý nghĩa kí hiệu thì phần tiếp theo sẽ giải thích.
Hình 3.14: Relay
b) Nguyên tắc hoạt động:
Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.
Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le.
Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển rơ le ON hay OFF thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V hoặc có thể lên tới 100mA. Và bạn thấy đó, hầu hết các con chip đều không thể cung cấp dòng này, lúc này ta cần có một BJT để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thành dòng lớn hơn phục vụ cho rơ le.
Chú ý: Tuy vậy, IC 555 có dòng điện ngõ ra có thể lên tới 200mA, vì thế với IC 555 thì không cần một BJT để khuếch đại dòng.
Hình bên chỉ ra cách hoạt động của rơ le với cuộn dây và các tiếp điểm điện. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây hút một đòn bẩy và làm mở các tiếp điểm điện, vì thế dòng điện cần kiểm soát không thẩy đi qua rơ le. Và ngược lại. Bạn cũng thấy đó, dòng điện chạy qua cuộn dây không hề có liên quan gì đến dòng điện cần kiểm soát.
Trên rơ le có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM:
COM (common): là chân chung, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 chân còn lại. Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le;
NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng. Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này;
NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này.
Kết nối COM và NC khi bạn muốn có dòng điện cần điều khiển khi rơ le ở trạng thái OFF. Và khi rơ le ON thì dòng này bị ngắt; ngược lại thì nối COM và NO.
c) Cách chọn rơ le phù hợp:
Bạn cần phải quan tâm đến kích thước và kiểu chân để chọn một rơ le phù hợp với mạch điện của mình.
Bạn cần phải quan tâm đến điện áp điều khiển cuộn dây của rơ le. Có thể là 5V, 12V hoặc 24V. Mạch bạn thiết kế cung cấp điện áp nào?
Bạn phải quan tâm đến điện trở của cuộn dây. Vì điều này sẽ ảnh hưởng đến dòng cần cung cấp cho cuộn dây hoạt động I = U / R.
Ví dụ: Bạn chọn một rơ le có điện áp hoạt động là 12V, cuộn dây có điện trở là 400 Ohm thì dòng cần thiết cung cấp là 30mA. Dòng này thì IC 555 có thể đáp ứng được, nhưng hầu hết các IC khác thì không, nên cần một BJT để khuếch đại dòng.
Ngoài ra, bạn cần tìm rơ le có số tiếp điểm đóng mở phù hợp.Trong hệ thống này sử dụng lại relay 24V DC , dòng hoạt động là 1A
3.6.2 Công tắc tơa) Định nghĩa: a) Định nghĩa:
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa bằng tay hay tự động.
Việc đóng ngắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng điện từ, thủy lực hay khí nén. Trong đó công tắc tơ điện từ được sử dụng nhiều hơn cả.
Khi đưa dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra từ thông F và sinh ra lực hót điện từ Fđt . Do lực hót điện từ lớn hơn lực phản lực làm cho nắp của nam châm