a) ử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ .
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình . Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau :
34 Hình 3.3: Quá trình thực hiện của PLC
Đọc trạng thái của tất cả đầu vào: PLC thực hiện lưu các trạng thái vật lý của ngõ vào. Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều
hành Thực hiện chương trình: bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương
trình. Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra.
Xử lý những yêu cầu truyền thông: suốt thời gian CPU xử lý thông tin trong chu trình quét. PLC xử lý tất cả thông tin nhận được từ cổng truyền thông hay các module mở rộng.
Thực hiện tự kiểm tra: trong 1 chu kỳ quét, PLC kiểm tra hoạt động của CPU và trạng thái của modul mở rộng
Xuất tín hiệu ngõ ra: bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các module
đầu ra.
b) ử lý xuất nhập
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC :
Cập nhật liên tục: Trong phương pháp này, CPU phải mất một khoảng thời gian để đọc trạng thái của các ngõ vào sẽ được xử lý. Khoảng thời gian trên, thường là 3ms, nhằm tránh tác động xung nhiễu gay bởi contact ngõ vào. Các ngõ ra được kích trực tiếp (nếu có) theo sau tác vụ kiểm tra logic. Trạng thái các ngõ ra được chốt trong khối ngõ ra nên trạng thái của chúng được duy trì cho đến lần cập nhật kế tiếp.
Lưu ảnh quá trình xuất nhập: Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I/O, vì thế CPU chỉ có thể xử lý một lệnh ở một thời điểm. Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhập phải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình. Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục, gọi là chu kỳ quét hay thời gian quét, trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào.
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I/O được cập nhật tới một vùng đặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O. Từng ngõ vào và ngõ ra được cấp
35 phát một ô nhớ trong vùng RAM này. Trong khi kưu trạng thái các ngõ vào/ra vào RAM. CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng thái chúng vào RAM. Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình .
Khi chương trình được thực hiện, trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong RAM được đọc ra. Các tác vụ được thực hiện theo các trạng thái trên và kết quả trạng thái của các ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra. Sau đó vào cuối chu kỳ quét, quá trình cập nhật trạng thái vào/ra chuyển tất cả tín hiệu ngõ ra từ RAM vào khối ngõ ra tương ứng, kích các ngõ ra trên khối vào ra. Khối ngõ ra được chốt nên chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kỳ quét kế tiếp.
Tác vụ cập nhật trạng thái vào/ra trên được tự động thực hiện bởi CPU bằng một đoạn chương trình con được lập trình sẵn bởi nhà sản xuất. Như vậy, chương trình con sẽ được thực hiện tự động vào cuối chu kỳ quét hiện hành và đầu chu kỳ kế tiếp. Do đó, trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật.
Lưu ý rằng, do chương trình con cập nhật trạng thái được thực hiện tại một thời điểm xác định của chu kỳ quét, trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra không thay đổi trong chu kỳ quét hiện hành. Nếu một ngõ vào có trạng thái thay đổi sau sự thực thi chương trình con hệ thống, trạng thái đó sẽ không được nhận biết cho đến quá trình cập nhật kế tiếp xảy ra.
Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được sử dụng, thường là vài ms. Thời gian thực thi chương trình (chu kỳ quét) phụ thuộc vào độ lớn chương trình điều khiển. Thời giant hi hành một lean cơ bản (một bước) là 0,08 s đến 0.1 s tùy loại PLC, nên chương trình có độ lớn 1K bước (1000 bước) có chu kỳ quét là 0,8 ms đến 1ms. Tuy nhiên, chương trình điều khiển thường ít hơn 1000 bước, khoảng 500 bước trở lại.
3.1.3 Ng n ngữ lập trình
Có 5 loại ngôn ngữ dùng để lập trình cho PLC:
a) Ng n 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.
36 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) Ng n 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:
37
d) Ng n 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 :
e) Ng n ngữ lập trình LD (Ladder Diagram)
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 h ng MITSUBISHI L CTRIC
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 3.4.1 FX3U-64MR/ES-A
38
a) Bố trí của FX3U
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);
39 Công suất: 45 W; 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;
40 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
41
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 L D (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 L D (màu đỏ):
Thắp sáng trong khi 24V DC điện được cung cấp đúng với thiết bị đầu cuối [24+] và[24];
42 [7] L D A / D (màu đỏ): Đèn lash (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.
43 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):
44 [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
45
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