Động cơ khí nén cĩ nhiệm vụ biến đổi năng lượng của khí nén thành năng lượng cơ học (chuyển động quay).
Động cơ khí nén cĩ những ưu điểm sau:
- Điều chỉnh được momen quay và số vịng quay. - Số vịng quay cao và điều chỉnh vơ cấp
- Khơng hư hỏng khi quá tải - Giá thành bảo dưỡng thấp
Nhược điểm.
- Giá thành năng lượng cao.
- Số vịng quay thay đổi theo tải trọng. - Gây tiếng ồn lớn khi xả khí.
CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ LẬP TRÌNH PLC 4.1. Giới thiệu PLC.
4.1.1. Giới thiệu chung.
PLC viết tắt của Programmable Logic Controllers. Là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nĩ cĩ khả năng thay thế hồn tồn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị phức tạp và cồng kềnh); khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm, giải quyết các vấn đề tốn học và cơng nghệ, khả năng tạo lập gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyền cơng nghệ.
Như vậy những đặc điểm làm cho PLC cĩ tính năng ưu việt và thích hợp trong mơi trường cơng nghiệp:
Khả năng kháng nhiễu rất tốt.
Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp...
a. b.
a. Động cơ quay một chiều b. Động cơ quay hai chiều.
Cĩ những modul chuyên dụng để thực hiện những chức năng đặc biệt hay những modul truyền thơng để kết nối PLC với mạng cơng nghiệp hoặc mạng Internet...
Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng.
Yêu cầu của người lập trình khơng cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững cơng nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là cĩ thể lập trình được.
Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thơng số mà khơng cần thay đổi lại chương trình.
Hình 4.1. Hình dáng bên ngồi của một PLC
Mơ tả các đèn báo trên S7-200:
SF: Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC cĩ hỏng hĩc.
RUN: Đèn xanh RUN chỉ PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương được nạp vào trong PLC.
STOP: Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại.
Ix.x: Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x . Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
Cổng truyền thơng:
S7-200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.
Chú thích: 1. Đất 2. 24 VDC 3. Truyền và nhận dữ liệu 4. Khơng sử dụng 5. Đất 6. 5 VDC 7. 24 VDC 8. Truyền và nhận dữ liệu 9. Khơng sử dụng.
Hình 4.2. Sơ đồ chân của cổng truyền thơng
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần cĩ cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.3. Sơ đồ kết nối giữa PLC và máy tính thơng qua cáp PC/PPI
Cơng tắc chọn chế độ làm việc cho PLC
RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, khi chương
trình gặp lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC sẽ tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù cơng tắc vẫn ở chế độ RUN (nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo).
STOP: Khi chuyển sang chế độ STOP, dừng cưỡng bức chương trình
đang chạy, các tín hiệu ra lúc này đều về off. Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
TERM: cho phép máy lập trình tự quyết định chọn một trong hai chế
độ làm việc cho PLC ở RUN hoặc STOP.
Vít chỉnh định tương tự: Mỗi CPU cĩ từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, cĩ thể xoay được một gĩc 270°, dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình.
Pin và nguồn nuơi bộ nhớ: Khi năng lượng của tụ bị cạn kiệt, nguồn pin tự động chuyển sang trạng thái tích cực, PLC sẽ sử dụng năng lượng từ pin. Việc thay thế này làm cho dữ liệu trong bộ nhớ khơng bị mất đi.
4.1.3. Các thành viên họ S7-200.
Các thơng số cơ bản của các thành viên họ S7-200 được mơ tả tĩm tắt ở bảng sau:
Thơng số CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM
Kích thước 90x80x62 90x80x62 120.5x80x62 190x80x62 190x80x62
Bộ nhớ chương trình
4096 bytes 4096 bytes 8912 bytes 8912 bytes 1634 bytes
Bộ nhớ Dữ liệu
2048 bytes 2048 bytes 5120 bytes 5120 bytes 1024 bytes
Cổng vào 6 8 14 24 24
Cổng ra 4 6 10 16 16
Modul mở rộng
0 2 Modules 7 Modules 7 Modules 7 Modules
Cổng truyền thơng RS-485 RS-485 RS-485 RS-485 RS-485 Dự trữ bộ nhớ (giờ) 50 50 190 190 190 Bộ định thời 256 bộ định thời: 4 bộ 1ms, 16 bộ 10 ms, 236 bộ 100ms Các loại DC/DC/DC DC/DC/DC DC/DC/DC DC/DC/DC DC/DC/DC
Bộ đếm C0-C255 C0-C255 C0-C255 C0-C255 C0-C255
Bảng 4.1. Các thơng số cơ bản của các thành viên họ S7-200
Bảng 4.2. Các loại CPU S7-200.
Bảng 4.4. Một số thơng số kỹ thuật.
4.1.4. Modul mở rộng.
Cấu trúc modul của S7-200 tạo sự linh hoạt tối đa để giải quyết các bài tốn, nĩ cho phép chúng ta chọn số đầu vào ra tối ưu về mặt kinh tế. Chúng ta cĩ thể tăng thêm số cổng vào ra cho bằng cách nối thêm các modul mở rộng.
Các modul mở rộng này được cắm nối tiếp nhau vào bên phải CPU làm thành một mắc xích.. Địa chỉ các đầu vào ra trên các modul mở rộng được xác định bằng kiểu vào, ra và vị trí của modul trong mắc xích. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.5. Ghép nối CPU 224 với các modul mở rộng
Bảng 4.6. Các loại modul mở rộng số.
Hình 4.6. Kích thước của các loại PLC và modul mở rộng
4.2. Đấu nối PLC và modul mở rộng.
Hình 4.8. Cách đấu dây CPU 222 DC/DC/DC
Hình 4.10. Cách đấu dây CPU 226 DC/DC/DC
4.2.2. PLC sử dụng nguồn nuơi xoay chiều.
Hình 4.12. Cách đấu dây CPU 222 AC/DC/RELAY
Hình 4.14. Cách đấu dây CPU 226 AC/DC/RELAY
4.2.3. Đấu nối modul mở rộng.
Hình 4.16. Cách đấu modul mở rộng EM 222 Digital Output 8
Hình 4.18. Cách đấu modul mở rộng EM 223 24VDC 4 Inputs/4 Relay Outputs
Hình 4.20. Cách đấu modul mở rộng EM 223 24VDC 8 Inputs/8 Relay Outputs
Hình 4.22. Cách đấu modul mở rộng EM 223 24VDC 16 Inputs/16 Relay Outputs
4.3. Ngơn ngữ lập trình.
4.3.1. Cách thực hiện chương trình.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vịng lặp được gọi là vịng quét (scan). Mỗi vịng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vịng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thơng nội bộ và kiểm tra lỗi. Vịng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra.
Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thơng thường lệnh khơng thực hiện hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thơng qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thơng giữa bộ đệm ảo với ngoại vi do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra thì ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi cơng việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra.
Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vịng quét khi xuất hiện tính hiệu báo ngắt và cĩ thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vịng quét.
4.3.2. Cấu trúc chương trình.
Cấu trúc của một chương trình được tạo thành từ 3 thành phần cơ bản: 1 chương trình chính (main Program), cĩ thể cĩ một hay nhiều chương trình con (subroutines), các chương trình con xử lý ngắt (interrupt routines) cĩ thể cĩ hoặc khơng.
Chương trình chính bao gồm các lệnh điều khiển ứng dụng. Các lệnh này được thực hiện tuần tự một cách liên tục, cứ mỗi vịng quét một lần. Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND hoặc END).
Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Nĩ cĩ thể cĩ hoặc khơng, chỉ được thực hiện khi cĩ lệnh gọi đến từ chương trình chính. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND hoặc END).
Các chương trình con xử lý ngắt (cĩ thể cĩ hoặc khơng) khi xảy ra sự kiện ngắt tương ứng. Sự kiện đĩ cĩ thể là sự thay đổi mức ở một đầu vào, bộ định thời đếm đủ hay nhận được dữ liệu trên cổng truyền thơng….Chương trình xử lý ngắt cũng phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND hoặc END).
Các chương trình con thường được nhĩm lại thành một nhĩm ngay sau chương trình chính. Sau đĩ đến ngay các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy, cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Cũng cĩ thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính.
Hình 4.24. Cấu trúc một chương trình của PLC
4.3.3. Phương pháp lập trình.
Lập trình cho S7 200 và các PLC khác của hãng Siemens dựa trên 3 phương pháp cơ bản:
- Phương pháp hình thang (Ladder logic _ LAD).
- Phương pháp khối hàm (Function Block Diagram _ FBD). - Phương pháp liệt kê câu lệnh (Statement List _ STL). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thơng thường chúng ta chỉ dùng 2 phương pháp đĩ là LAD và STL. Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo theo kiểu STL tương ứng. Ngược lại khơng phải mọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng đều cĩ thể chuyển sang được dạng LAD.
Định nghĩa về LAD: LAD là ngơn ngữ lập trình bằng đồ họa. Nhữnh thành
phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với những thành phần cơ bản dùng trong bảng mạch rơle. Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau:
- Tiếp điểm cĩ hai loại: Thường đĩng ; thường hở - Cuộn dây (coil):
- Hộp (box): Mơ tả các hàm khác nhau, nĩ làm việc khi cĩ dịng điện đưa đến hộp. Cĩ các nhĩm hộp sau: hộp các bộ định thời, hộp các bộ đếm, hộp di
- Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hồn chỉnh, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Nguồn điện cĩ hai đường chính, một đường bên trái thể hiện dây nĩng, một đường bên phải là dây trung hịa (neutral) hay là đường trở về nguồn cung cấp. Đường nguồn bên phải khơng được thể hiện trên giao diện lập trình.
Định nghĩa về STL: Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập
hợp các câu lệnh. Khác với hai ngơn ngữ kia là dạng đồ họa. Chính vì thế trong STL cĩ thể viết những chương trình mà trong hai ngơn ngữ cịn lại khơng thể viết được. Bởi vì nĩ sát với ngơn ngữ máy hơn, khơng bị giới hạn bởi các quy tắc đồ họa. STL thường dành cho lập trình viên giàu kinh nghiệm.
STL cĩ thể giải quyết được một số vấn đề khơng thể giải quyết dễ dàng trong Lad và FBD, STL chỉ cĩ thể sử dụng tập lênh SIMATIC, mọi chương trình viết bằng LAD hay FBD đề cĩ thể xem và sửa trong STL nhưng khơng phải tất cả những chương trình viết trong STL đều cĩ thể xem bằng LAD hay FBD.
Để tạo ra một chương trình bằng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit trong ngăn xếp (stack) logic của S7-200.
Ngăn xếp là một khối 9 bit chồng lên nhau từ S0 đến S8, nhưng tất cả các thuật tốn liên quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên và bit thứ hai (S0 và S1) của ngăn xếp. Giá trị logic mới cĩ thể được gởi hoặc nối thêm vào ngăn xếp. Hai bit S0 và S1 phối hợp với nhau thì ngăn xếp được kéo lên một bit.
4.4. Một số lệnh cơ bản.4.4.1. Lệnh vào ra. 4.4.1. Lệnh vào ra. STL LAD Mơ tả Tốn hạng LD A O
Tiếp điểm thường mở sẽ được đĩng khi bit = 1. bit: I, Q, M, SM, T, C, V. LDN AN ON
Tiếp điểm thường đĩng sẽ được mở khi bit = 1. bit: I, Q, M, SM, T, C, V. LDI AI OI
Tiếp điểm thường mở sẽ đĩng
tức thời khi bit = 1. bit: I LDNI
AIN OIN
Tiếp điểm thường đĩng sẽ mở
tức thời khi bit = 1. bit: I
= bit Cuộn dây đầu ra ở trạng thái bit: I, Q, M, SM, bit
bit
bit
bit
ON khi cĩ dịng điện điều khiển
đi qua. T, C, V.
=I bit
Cuộn dây đầu ra ở trạng thái ON tức khi cĩ dịng điện điều khiển đi qua.
bit: Q
4.4.2. Các lệnh ghi/xĩa giá trị cho tiếp điểm.
Lệnh này dùng để đĩng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Khi dịng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đĩng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
STL LAD Mơ tả Tốn hạng
S bit, n
Set 1 mảng gồm n tiếp điểm, tính từ tiếp điểm "bit" (n<=128 tiếp điểm).
R bit, n
Reset 1 mảng gồm n tiếp điểm, tính từ tiếp điểm "bit" (n <= 128 tiếp điểm).
SI bit, n
Set tức thời 1 mảng gồm n tiếp điểm, tính từ tiếp điểm "bit" (n <= 128 tiếp điểm).
RI bit, n
Reset tức thời 1 mảng gồm n tiếp điểm, tính từ tiếp điểm "bit" (n <= 128 tiếp điểm).
4.4.3. Các lệnh logic đại số Boolean.
Các lệnh này được biểu diễn trong LAD và STL được tĩm tắt trong bảng sau. Chúng sử dụng bit nhớ đặc biệt SM1.0 để thơng báo về trạng thái kết quả phép tính được thực hiện. SM1.0 là bit nhớ 0 (Cĩ giá trị logic bằng 1 khi kết quả của phép tính là 0)
Biểu diễn trong STL
bit S bit n R bit n SI bit n RI bit n
STL Mơ tả Tốn hạng
ANDW IN1, IN2
Lệnh thực hiện phép logic AND giữa các bít tương ứng của hai từ IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2. IN1: VW, T, C, IW, QW, SMW, AC, AIW, *VD, *AC, Hằng số. IN2: VW, T, C, IW, QW, SMW, AC, AIW, *VD, *AC
ORW IN1, IN2
Lệnh thực hiện phép logic OR giữa các bít tương ứng của hai từ IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2.
XORW IN1, IN2
Lệnh thực hiện phép logic XOR giữa các bít tương ứng của hai từ IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2.
ANDD IN1, IN2
Lệnh thực hiện phép logic AND giữa các bít tương ứng của hai từ kép IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2. IN1: VD, ID, QD, MD, SMQ, AC, HC, *VD, *AC, Hằng số. IN2: VD, ID, QD, MD,