CHƯƠNG II. CẤU TRÚC HỆ THỐNG CIM
CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ BĂNG TẢI
III. Kĩ thuật lập trình điều khiển PLC
3.1. Khái niệm về lập trình PLC.
Nhiều kỹ sư máy và kỹ sư điện điều khiển khi đối diện với điều khiển Logic cho rằng PLC có thể dễ dàng lập trình với phương pháp biểu đồ hình thang (Ladder conage for a logic line).
Cần hiểu rằng biểu đồ hình thang không phải là một phương pháp thiết kế mạch. Đó là lí do nhiều nhà lập trình không chuyên gặp phải nhiều vướng mắc thất bại. Một số người đã bỏ cuộc khi thấy lập trình của mình không làm việc được.
Cũng tương tự như một người học thiết kế mạch, lập trình viên phải học thiết kế mạch logic hình thang PLC.
Hình 3.2.1: Ví dụ về một chương trình PLC theo hình thang
Do đó điều quan trọng và cần thiết cho một người lập trình PLC là phải có kiến thức và hiểu biết cơ bản về những khái niệm thiết kế mạch, chuỗi kết hợp.
Lôgic điều khiển trong PLC có 5 khái niệm cơ bản:
“NOT” (Phủ định).
“YES” (Nhận dạng).
“AND” (Nối).
“OR” (Ngắt mạch).
“INHIBITION” (Sự ức chế).
Những khái niệm khác gồm: Trễ, đếm, thay đổi vị trí, nối dây, chức năng nhớ v.v...
Các loại ngôn ngữ lập trình cho PLC.
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các ứng dụng khác nhau. Có 3 ngôn ngữ lập trình chính đó là:
- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung “tên lệnh + toán hạng” .
- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.
- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số.
Ladder Diagram LAD Statement List STL Function Block Diagram FBD
0 I:1 I:1
2
2 I:2 I:2
0
0 O:3
A I 0.0 A I 0.1 O
A I 0.2 A I 0.3
= Q 4.1
I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3
&
&
1 Q 4.1
Hình 3.2.2: Ba kiểu ngôn ngữ lập trình cho PLC
Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STL, nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD. Rất nhiều phần mềm lập trình cho PLC cho phép người lập trình chuyển từ chương trình viết theo dạng LAD hoặc FBD sang chương trình dạng STL.
Trong phạm vi đồ án này ta chỉ đề cập đến phương pháp lập trình theo giản đồ logic hình thang, sử dụng phần mềm RSLogix500 để lập trình và giới thiệu một số cấu trúc lệnh thường sử dụng để lập trình các ứng dụng thông thường.
Các bước tiến hành lập một chương trình PLC.
Đối với các ứng dụng PLC phức tạp, một điều quan trọng để thiết kế một chương trình PLC là tuân theo một tiến trình lập trình có cấu trúc với các bước rõ ràng và tuần tự. Điều này sẽ làm cho công việc lập trình trở nên đơn giản và nhanh hơn cũng như giúp ta tránh được những sai sót không đáng có. Sau đây là một tiến trình gồm 7 bước để thiết kế một chương trình PLC:
1) Thiết lập sơ lược dãy các bước hoạt động: Dãy các bước hoạt động ở đây là một danh sách các hoạt động đầu ra diễn ra đối với mỗi bước và các hoạt động đầu vào như là điều kiện để thực hiện các hoạt động đầu ra đó. Ở bước này ta không cần phải viết ra rõ tên của các sensor đầu vào và các đầu ra mà chỉ cần đưa ra dạng hoạt động.
2) Vẽ ra giản đồ năng lượng (power diagram): Ở bước này yêu cầu ta phải xác định dạng thiết bị mà ta sử dụng trong ứng dụng, đó là các động cơ điện hay các van khí nén, hay các xi lanh..., điều này tuỳ thuộc vào điều kiện của từng ứng dụng mà ta lập. Giản đồ năng lượng nên cho thấy tất cả các thiết bị năng lượng nếu có, các cách nối dây từ đầu ra của PLC đến các thiết bị này cũng nên được xác định rõ trên giản đồ năng lượng, các thiết bị đầu vào phải được đánh số.
3) Vẽ ra giản đồ vào ra (I/O diagram): Giản đồ vào ra cho biết thiết bị đầu vào, đầu ra nào được nối với PLC. Mỗi một đầu vào được xác định trên giản đồ bằng một hình chữ nhật với kí hiệu đầu vào tương ứng ở trong hình chữ nhật và mỗi một đầu ra được xác định bằng một hình thoi .
4) Lập bảng “chân lý” (Truth) : Bảng Truth là một dạng chi tiết hơn của dãy các hoạt động lập ở bước 1. Nó cho biết trạng thái on/off của tất cả các đầu vào và đầu ra của mỗi bước trong dãy hoạt động. Bảng Truth có thể rất rườm rà nhưng nó sẽ rất hiệu quả đối với những chương trình PLC phức tạp với rất nhiều các đầu vào, đầu ra, khi đó bảng “chân lý” sẽ cho phép ta quản lí các trạng thái của các đầu vào, ra một cách dễ dàng.
5) Thiết kế giản đồ logic của chương trình PLC: Dựa trên trạng thái các đầu vào/ra ở bảng “chân lý”, và các câu lệnh của PLC ta lập chương trình PLC theo từng dòng lệnh ứng với từng bước trong dãy hoạt động. Trong quá trình lập chương trình ta chú ý đến các kĩ thuật thường được sử dụng sau đây:
• Sử dụng một “bậc” (rung) riêng trong giản đồ với một câu lệnh OTE (Output Energize_kích hoạt đầu ra) cho mỗi bước trong dãy hoạt động.
• Một đầu ra được kích hoạt lên trạng thái on bằng câu lệnh XIC (Examine If Closed_Kiểm tra nếu được đóng)
• Một đầu ra được kích hoạt lên trạng thái off bằng câu lệnh XIO (Examine If Open_Kiểm tra nếu mở)
• Một tiếp điểm thường mở (XIC) được sử dụng song song cùng với dòng lệnh khởi động chu trình để đưa ra một đầu ra nhất định nếu cần thiết.
• Sử dụng một câu lệnh XIC như một khoá liên động nếu cần thiết.
6) Xác định những điều kiện đặc biệt: Những điều kiện đặc biệt ở đây là những chức năng không nằm trong dãy tiến trình cơ sở của ứng dụng. Đó có thể là
• Khoá an toàn
• Chức năng dừng chu trình thực hiện lặp lại
• Chức năng cho phép chọn chế độ tự động hay điều khiển bằng tay...
Những điều kiện này nên được liệt kê ra một cách đầy đủ các đầu vào và các hoạt động của chương trình sẽ thực hiện để thoã mãn các điều kiện này
7) Thêm vào logic của chương trình các điều kiện đặc biệt: Sau khi tiến trình cơ sở của ứng dụng đã được thiết kế, ta có thể thêm vào giản đồ logic các chức năng đã được liệt kê ở bước (6). Ví dụ như ta có thể thêm vào các rung để khởi động và dừng chu trình một cách tự động...
Các hàm logic cơ bản của PLC.
Để có thể lập trình tốt một bộ PLC bất kì nói chung và bộ PLC SLC500 nói riêng cần phải nắm vững những khái niệm lôgic cơ bản. Những khái niệm lôgic này gồm 5 hàm chức năng logic cơ bản sau:
“NOT” (Phủ định).
“YES” (Nhận dạng).
“AND” (Nối).
“OR” (Ngắt mạch).
“INHIBITION” (Sự ức chế)
Và những hàm chức năng logic kết hợp sau:
“EXCLUSIVE OR”
NAND
NOR