Cấu trúc lệnh :
Một lệnh thƣờng có ba phần chính và thƣờng viết nhƣ hình 2.10 (có loại PLC có cách viết hơi khác).
Địa chỉ tƣơng đối của lệnh (thƣờng khi tập trình thiết bị lập trình tự đƣa ra).
Phần lệnh là nội dung thao tác mà PLC phải tác động lên đối tƣợng của lệnh, trong lập trình LAD thì phần này tự thể hiện trên thanh LAD, không đƣợc ghi ra.
Đối tƣợng lệnh, là phần mà lệnh tác động theo yêu cầu điều khiển, trong đối tƣơng lệnh lại có hai phần.
Loại đối tƣợng, có trƣờng hợp sau loại đối tƣợng có dấu ":", có các loại đối tƣợng nhƣ tín hiệu vào, tín hiệu ra.
Tham số của đối tƣợng lệnh để xác định cụ thể đối tƣợng, cách ghi tham số cũng phụ thuộc từng loại PLC khác nhau.
Hình 2.10 Lệnh STL Ký hiệu thƣờng có trong mỗi lệnh:
Các ký hiệu trong lệnh, quy ƣớc cách viết với mỗi quốc gia có khác nhau, thậm chí mỗi hãng, mỗi thời chế tạo của hãng có thể có các ký hiệu riêng. Tuy nhiên, cách ghi chung nhất cho một số quốc gia là:
Mỹ:
Ký hiệu đầu vào là I (In), đầu ra là Q (out tránh nhầm O là không).
Các lệnh viết gần đủ tiếng Anh ví dụ ra là out.
Lệnh ra (gán) là out.
Tham số của lệnh dùng cơ số 10.
Phía trƣớc đối tƣợng lệnh có dấu %.
Giữa các số của tham số không có dấu chấm.
Ví dụ: AND% I09; out%Q10. Nhật:
Đầu vào ký hiệu là X, đầu ra ký hiệu là Y.
Các lệnh hầu nhƣ đƣợc viết tắt từ tiếng Anh.
Lệnh ra (gán) là out.
Tham số của lệnh dùng cơ số 8. Ví dụ: A X 10; out Y 07
Tây đức
Đầu vào ký hiệu là I, đầu ra ký hiệu là Q.
Các lệnh hầu nhƣ đƣợc viết tắt từ tiếng Anh.
Lệnh ra (gán) là =
Tham số của lệnh dùng cơ số 8.
Giữa các số của tham số có dấu chấm để phân biệt khe và kênh.
Ví dụ: A I 1.0; = Q 0.7.
Ngoài các ký hiệu khá chung nhƣ trên thì mỗi hãng còn có các ký hiệu riêng, có bộ lệnh riêng. Ngay cùng một hãng ở các thời chế tạo khác nhau cũng có đặc điểm khác nhau với bộ lệnh khác nhau. Do đó, khi sử dụng PLC thì mỗi loại PLC phải tìm hiểu
Một số ký hiệu khác nhau với các lệnh cơ bản đƣợc thể hiện rõ trên bảng 2.2.
2.3.4.2 Phương pháp hình thang Ladder Logic
Phƣơng pháp hình thang có dạng của biểu đồ nút bấm. Các phần tử cơ bản của phƣơng
pháp hình thang là:
- Tiếp điểm: thƣờng mở
- Cuộn dây (mô tả các rơle)
- Hộp (mô tả các hàm khác nhau, các lệnh đặc biệt)
IEC 1131-3
Misubishi OMRON Siemens Telemec- anique
Spreher và Schuh
Chú thích
LD LD LD A L STR Khởi đầu với tiếp điểm
thƣờng mở
LDN LDI LD NOT AN AL STR NOT Khởi đầu với tiếp
điểm thƣờng kín
AND AND AND A A AND Phần tử nối tiếp có tiếp
điểm mở AND N ANI AND NOT AN AN AND NOT
Phần tử nối tiếp có tiếp điểm kín
O O OR OR O OR Phần tử song song có
tiêu điểm mở
ORN ORI ORNOT ON ON OR NOT Phần tử song song có
tiếp điểm kín
ST OUT OUT = = OUT Lấy tín hiệu ra
Bảng 2.2 Phƣơng pháp hình thang LAD của các loại PLC
Mạng LAD là đƣờng nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh, theo thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dƣới. Quá trình quét của PLC cũng theo thứ tự này. Mỗi một nấc thang xác định một số hoạt động của quá trình điều khiển. Một sơ đồ LAD có nhiều nấc thang. Trên mỗi phần tử của biểu đồ hình thang LAD có các tham số xác định tuỳ thuộc vào ký hiệu của từng hãng sản xuất PLC. Ví dụ: Một nấc của phƣơng pháp hình thang nhƣ hình 2.11.
Hình 2.11Phƣơng pháp lập trình thang LAD
Hình 2.11a là kiểu ký hiệu của Misubishi (Nhật) Hình 2.11b là kiểu ký hiệu của Siemens (Tây đức)
Hình 2.11c là ký hiệu của Allen Bradley
2.3.4.3 Phương pháp liệt kê 1ệnh Statement List
Phƣơng pháp STL gần với biểu đồ logic. Ở phƣơng pháp này các lệnh đƣợc liệt kê thứ tự. Tuy nhiên, để phân biệt các đoạn chƣơng trình ngƣời ta thƣờng dùng các mã nhớ, mỗi mã nhớ tƣơng ứng với một nấc thang của biểu đồ hình thang. Để khởi đầu mỗi đoạn (tƣơng ứng nhƣ khởi đầu một nấc thang) luôn sử dụng các lệnh khởi đầu nhƣ LD, L, A, O... (bảng 2.2). Kết thúc mỗi đoạn thƣờng là lệnh gán cho đầu ra, đầu ra có thể là đầu ra cho thiết bị ngoại vi có thể là đầu ra cho các rơle nội.[2]
Phƣơng pháp lƣu đồ điều khiển CSF trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ họa đã đƣợc tiêu chuẩn hoá. Phƣơng pháp lƣu đồ điều khiển thích hợp với ngƣời đã quen với phép tính điều khiển bằng đại số Boo1e. [2]
Hình 2.12 Phƣơng pháp lập trình CSF
2.3.5Các rơle nội
Trong các loại PLC có rất nhiều từ ngữ để chỉ các linh kiện loại này, ví dụ: rơle phụ, bộ vạch dấu, cờ hiệu, lƣu trữ bít, bít nhớ... Đây là loại linh kiện cung cấp các chức năng đặc biệt gắn liền với PLC và đƣợc sử dùng phổ biến và rộng rãi trong lập trình. Rơle nội này giống nhƣ các rơle trung gian trong sơ đồ rơle công tắc tơ. Rơle nội cũng đƣợc coi là các đầu ra để nhận các lệnh, nhƣng thực chất đầu ra này không đƣa ra ngoài (không phải thiết bị ngoại vi) mà chỉ nằm trong PLC. PLC nhỏ có thể có tới hàng trăm rơle nội, tất cả các rơle nội đều đƣợc nuôi bằng nguồn dự phòng khi mất điện.
Hãng Tên gọi Ký hiệu Ví dụ
Misubishi Rơle phụ hoặc bộ đánh dấu M M100; M101
Siemens Cờ hiệu F F0.0; F0.1
Sprecher và Sch Cuốn dây C C001; C002
TelemecaniQue Bít B B0; B1
Toshiba Rơle nội R R000; R001
Bradley Lƣu trữ bít B B3/001 ; B3/002
Bảng 2.1 Một số ký hiệu các rơle nội trong các loại PLC
2.3.6Các rơle thời gian
Trong các hệ thống điều khiển hiện nay luôn luôn phải sử dụng rơle thời gian để duy trì thời gian cho quá trình điều khiển. Trong PLC ngƣời ta cũng có gắn các rơle thời gian vào trong đó. Ở đây thời gian đƣợc xác định nhờ vào đồng hồ trong CPU. Các rơle thời gian cũng có các tên gọi khác nhau nhƣng thƣờng gọi nhất là bộ thời gian (Timer).
Về cách lập trình cho các rơle thời gian này không đƣợc các nhà sản xuất PLC thống nhất. Mỗi loại PLC có các ký hiệu và cách lập trình rất khác nhau cho rơle thời gian cho dù là cùng một hãng. Số lƣợng rơle thời gian trong mỗi loại PLC cũng rất khác nhau. Điểm chung nhất đối với các rơle thời gian là các hãng đều coi rơle thời gian là các đầu ra nội, vì vậy rơle thời gian là đầu ra một đoạn chƣơng trình.
2.3.7Các bộ đếm
Bộ đếm đếm tần suất xuất hiện tín hiệu vào. Bộ đếm đƣợc dùng trong trƣờng hợp đếm các sản phẩm di chuyển trên băng tải và số sản phẩm cần chuyển vào thùng. Bộ đếm có thể đếm đƣợc số vòng quay của trục, hoặc đếm số ngƣời đi qua cửa. Các bộ đếm đƣợc cài đặt sẵn trong PLC.
Có hai loại bộ đếm cơ bản đó chính là bộ đếm tiến và bộ đếm lùi. Nhà sản xuất PLC cũng sử dụng các bộ đếm theo những cách khác nhau và theo từng mục đích khác nhau. Tuy nhiên, cũng nhƣ các bộ thời gian, bộ đếm cũng đƣợc coi là đầu ra của PLC và đây cũng là đầu ra nội, để xuất tín hiệu ra bên ngoài thì phải qua đầu ra ngoại vi (có chân nối ra ngoài PLC).
2.4 Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của PLC
Những năm đầu của thế kỉ 20 các bộ PLC thƣờng rất đắt, không những thế khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập trình rất phức tạp. Vì những lý do đó mà các PLC chỉ đƣợc dùng trong những nhà máy và sử dụng trong các thiết bị đặc biệt. Ngày nay do các PLC đƣợc giảm giá, kèm theo tăng khả năng hiệu quả của PLC dẫn đến kết quả là PLC ngày càng đƣợc áp dụng rộng rãi cho các thiết bị máy móc công nghiệp. Các bộ PLC đơn khối với 24 đầu vào và 16 đầu ra thích hợp với các máy tiêu chuẩn, các trang thiết bị liên hợp. Còn các bộ PLC với nhiều khả năng ứng dụng và lựa chọn đƣợc dùng cho những nhiệm vụ phức tạp hơn trong quá trình làm việc.
Có thể đƣa ra các ƣu điểm của PLC nhƣ sau:
Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghi nhanh với mọi chức năng điều khiển đã đƣợc lập trình trƣớc. Khi đã đƣợc lắp ghép thì PLC sẵn sàng làm việc ngay lập tức. Không những thế nó còn đƣợc sử dụng lại cho các ứng dụng khác dễ dàng.
Độ tin cậy tƣơng đối cao: thƣờng thì các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ-điện tử. Do đó độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dƣỡng định kỳ thƣờng không cần thiết, với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dƣỡng định kỳ là rất cần thiết.
Thay đổi chƣơng trình một cách linh hoạt và dễ dàng: Những thay đổi chƣơng trình đƣợc tiến hành đơn giản hơn. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang đƣợc sử dụng, ngƣời vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác vào hệ thống, hầu nhƣ không cần thiết phải mắc nối lại dây (tuy nhiên, có thể vẫn phải nối lại nếu cần thiết). Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả hơn rất nhiều.
Việc đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và các đầu ra thì có thể đánh giá đƣợc kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chƣơng trình tƣơng đối đơn giản. Do đó, có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công nghệ đặt ra từ trƣớc để đáp ứng nhanh nhu cầu.
Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle, nguyên nhân là do giảm phần lớn lao động lắp ráp.
Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển rơle tƣơng đƣơng.
Có nhiều chức năng: PLC có ƣu điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển. Ngƣời ta thƣờng dùng PLC cho các quá trình tự động vì dễ dàng thuận tiện trong tính toán, so sánh các giá trị tƣơng quan, thay đổi chƣơng trình và thay đổi các thông số một cách linh hoạt.
Về giá trị kinh tế: Khi nhận xét về giá trị kinh tế của PLC phải đề cập đến số lƣợng đầu ra và đầu vào là nhiều hay ít. Quan hệ về giá thành với số lƣợng đầu vào/ra có dạng nhƣ hình 2.13. Trên hình 2.13 thể hiện, nếu số lƣợng đầu vào/ra quá ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, mặc khác khi số lƣợng đầu vào/ra tăng lên thì hệ PLC kinh tế hơn hẳn.
Hình 2.13 Số lƣợng vào/ ra
Khi chúng ta đề cập đến giá cả của một PLC thì không thể không kể đến giá của các bộ phận phụ không thể thiếu nhƣ thiết bị lập trình, máy in, băng ghi... tính cả việc đào tạo nhân viên kỹ thuật. Nói chung các phần mềm đáp ứng nhu cầu thiết kế lập trình cho các mục đích đặc biệt là khá đắt. Ngày nay nhiều hãng chế tạo PLC đã cung cấp chọn bộ đóng gói phần mềm đã đƣợc thử nghiệm, nhƣng việc thay thế, sửa đổi các phần mềm là vấn đề và cũng là nhu cầu không thể tránh khỏi, do đó vẫn rất cần thiết phải có kỹ năng phần mềm.
Giá cả để lắp đặt một PLC thƣờng nhƣ sau:
- 50% cho phần cứng của PLC.
- 10% cho thiết kế khuân khổ chƣơng trình.
- 20% cho soạn thảo và lập trình.
- 15% cho chạy thử nghiệm.
- 5% cho tài liệu.
Việc lắp đặt một PLC thứ hai chỉ bằng khoảng 1/2 giá thành của bộ PLC đầu tiên, nghĩa là hầu nhƣ chỉ còn chi phí phần cứng.
Hệ rơle:
- Chuẩn hóa đƣợc nhiều bộ phận.
- Ít nhạy cảm và nhiễu khi vận hành.
- Kinh tế với các hệ thống nhỏ.
- Thời gian lắp đặt lâu.
- Thay đổi khó khăn
- Cần phải bảo quản thƣờng xuyên
- Các hệ thống lớn thì thƣờng khó có thể theo dõi
- Kích thƣớc lớn.
Hệ PLC
- Thay đổi một cách đơn giản qua công nghệ phích cắm.
- Lắp đặt đơn giản hơn rất nhiều.
- Có thể thay đổi nhanh quy trình điều khiển.
- Kích thƣớc nhỏ.
- Có thể nối với mạng máy tính.
- Giá thành cao
CHƢƠNG 3. THI CÔNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng của hệ thống
3.1.1Sơ đồ khối của hệ thống
Sơ đồ khối của hệ thống bao gồm các phần nhƣ sau:
- Phần PLC : là phần đầu não, là trung tâm của hệ thống, là nơi điều khiển
toàn bộ hệ thống.
- Phần máy tính : Phần giám sát hệ thống trong quá trình hoạt động, đồng thời
cũng là nơi điều khiển đƣa hàng đến các ô nhƣ ý muốn.
- Phần cảm biến : Nhận biết hàng đã đƣợc đặt lên băng tải để làm băng tải hoạt
động đồng thời cũng kích hoạt các cơ cấu chấp hành.
- Phần Nguồn : Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống trong suốt quá trình hoạt động.
- Phần Driver : Điều khiển các động cơ bƣớc hoạt động.
- Phần cơ cấu chấp hành : Xử lý tín hiệu nhận đƣợc và thực hiện các công việc đã đƣợc lập trình sẵn.
3.1.2Mô tả công nghệ của hệ thống
Mô hình lƣu kho gồm có hai chế độ: “chế độ auto” và “chế độ manual” Khi hoạt động hệ thống, ta chọn trƣớc 1 trong 2 chế độ
- Ở chế độ auto
Khi khởi động hệ thống, đặt 1 sản phẩm lên băng tải, cảm biến 1 sẽ nhận ra
sản phẩm đã ở trên băng tải và kích hoạt băng tải hoạt động đƣa sản phẩm đến cảm biến 2.
Khi cảm biến 2 nhận biết đƣợc sản phẩm thì lúc đó cánh tay robot sẽ hoạt
động, cánh tay robot sẽ gắp và đƣa sản phẩm lần lƣớt tới các ô trong kho theo thứ tự từ 1 đến 9.
Khi xuất hàng ra khỏi kho thì hệ thống sẽ mặc định xuất hàng theo thứ từ 1
đến 9.
- Ở chế dộ manual
Ở chế độ này ta điều khiển hoàn toàn bằng tay, ta có thể xuất hoặc nhập hàng vào kho theo ý mình muốn, hệ thống có chế độ chọn ô trên màn hình HMI để xuất hàng ra khỏi kho hoặc nhập hàng vào trong kho.
Ví dụ: khi ở ô thứ 1 còn trống nhƣng ta vẫn có thể đƣa hàng đến ô thứ 2
Khi thoát khỏi chế độ điều khiển bằng tay, trở về chế độ tự động thì sẽ tiếp
tục đƣa sản phẩm đến các ô còn trống theo thứ tự từ bé đến lớn. Quá trình nhập kho và xuất kho diễn ra nhƣ sau:
Nhập kho : Khi cảm biến thứ 2 nhận biết đƣợc vật đã đến vị trí thì bộ điều khiển sẽ tính toán tìm ô còn trống, sau đó điều khiển cánh tay robot đến, đƣa hàng đến ô còn trống. Và còn tùy vào “chế độ auto” và “chế độ manual” mà thứ tự nhập kho khác nhau. “Ở chế độ auto” thì hệ thống sẽ nhập kho từ ô 1 đến ô 9 sau đó cánh tay robot sẽ trở về trạng thái ban đầu. “Ở chế độ manual” thì có thể tùy chọn ô muốn nhập hàng vào kho, sau khi nhập kho xong thì cánh tay robot trở lại trạng thái ban đầu.
Xuất kho : Bộ điều khiển sẽ tính toán xác định ô nào trên kệ có hàng (khi không có hàng trên kệ thì hệ thống sẽ không hoạt động và báo lên trên màn hình HMI), cánh tay robot sẽ di chuyển đến ô có hàng trên kệ và đƣa hàng ra khỏi kho, Và còn tùy vào “chế