Vì sao lập trình trên zen omron lại ít cột

Ch−¬ng 1 Giíi thiƯu vỊ PLC I.1 Mở đầu

Trong cỏc h thng sn xut, trong cỏc thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trị điều phối tồn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất th−ờng rất phức tạp, có rất nhiều đại l−ợng vật lý phải điều khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự cơng nghệ nhất định nhằm tạo ra một sản phẩm mong muốn. Từng đại l−ợng vật lý đơn lẻ có thể đ−ợc điều khiển bằng một mạch điều khiển cơ sở dạng t−ơng tự hay gián đoạn. Điều khiển nhiều đại l−ợng vật lý đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển t−ơng tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lơ gíc. Tr−ớc đây các hệ thống điều khiển lơ gíc đ−ợc sự dụng là hệ thống lơ gíc rơ le. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lơ gíc khả lập trình PLC [Programmable Logic Controller] đã xuất hiện vào năm 1969 thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và đa năng. Các PLC ngày nay khơng những có khả năng thay thể hồn tồn các thiết bị điều khiển lo gíc cổ điển, mà cịn có khả năng thay thế các thiêt bị điều khiển t−ơng tự. Các PLC đ−ợc sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp.

Chức năng chính của PLC là kiểm tra trạng thái của các đầu vào và điều khiển các quá trình hoặc các hệ thống máy móc thơng qua các tín hiệu trên chính đầu ra của PLC. Tổ hợp lơ gíc của các đầu vào để tạo ra một hay nhiều tín hiệu ra đ−ợc gọi là điều khiển lơ gíc. Các tổ hợp lơ gíc th−ờng đ−ợc thực hiện theo trình tự điều khiển hay cịn gọi là ch−ơng trình điều khiển. Ch−ơng trình điều khiển đ−ợc l−u trong bộ nhớ của PLC có thể bằng cách lập trình bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC hoặc lập trình trên máy tính cá nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và truyền vào PLC qua mạng hay qua cáp truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, th−ờng là các bộ vi xử lý tốc độ cao, thực hiện ch−ơng trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng thời gian thực hiện một chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính lo gíc hoặc đại số để có đ−ợc tín hiệu điều khiển, cho đén khi phát tín hiệu đến đầu ra đ−ợc goi là chu kỳ thời gian quét.

PLC trong cơng nghiệp th−ờng có cấu hình đơn giản nhất, bởi vì các ch−ơng trình
trình điều khiển q trình cơng nghệ hay máy móc th−ờng đ−ợc hoạt động 24/24 và không cần bất cứ sự can thiệp của con ng−ời trong quá trình điều khiển. PLC chỉ dừng quét ch−ơng trình điều khiển khi ngắt nguồn hoặc khi cơng tắc ngừng đ−ợc kích hoạt. Sơ đồ khối đơn giản hố của PLC đ−ợc thể hiện trên hình 1.1.

I.1 I.2

Cuén hót

Công tắc

Mô đun Mô đun

Vµo CPU Ra Đèn tín hiệu

Điện áp 110 V hoặc 220 V

Trên đầu vào của PLC có thể có các kênh tín hiệu t−ơng tự hoặc các kênh tín hiệu số. Các kênh tín hiệu này xuất phát từ các cảm biến, từ các cơng tắc hành trình, cơng tắc đóng ngắt mạch điện hoặc từ các biến lơ gíc t−ơng ứng với các các trạng thái của máy móc, thiết bị. Tín hiệu vào đ−ợc bộ xử lý trung tâm xử lý nhờ các phép tính lơ gíc hay số học và kết quả là các tín hiệu ra. Các tín hiệu tín hiệu ra là các tín hiệu truyền điện năng đến cho các cơ cấu chấp hành nh− cuộn hút, đèn hiệu, động cơ vv.

Điện áp trên đầu vào của PLC là điện áp công suất thấp, t−ơng ứng với mức từ 0V đến 5V một chiều. Khi ta nối các đầu vào có mức điện áp cao hơn 5V, th−ờng phải dùng các kênh có các mạch chuyển đổi để biến điện áp vào thành điện áp t−ơng đ−ơng với mức +/- 5VDC. Điện áp trên đầu ra của PLC có thể có nhiều mức điện áp khác nhau, nh−ng đều có mức năng l−ợng thấp. Nếu cần phải điều khiển cơ cấu chấp hành có mức năng l−ợng cao hơn, ta phải sử dụng các thiết bị khuyếch đại công suất.

I.2 lịch sử phát triển của PLc

Vo khong nm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đ−a ra các yêu cầu kỹ thuât đầu tiên cho thiết bị điêù khiển lơ gíc khả lập trình. Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và th−ờng xuyên phải thay thể các rơ le do hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lị xo tiếp điểm. Mục đích thứ hai là tạo ra một thiều bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi ch−ơng trình điều khiển. Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính cơng nghiệp, mà −u điểm chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ s− sản xuất. Với thiết bị điều khiển khả lập trình, ng−ời ta có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất. Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình cịn gọi là PLC.

Những PLC đầu tiên đ−ợc ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đem lại sự −u việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị này đ−ợc lập trình dễ dàng, khơng chiếm nhiều khơng gian trong các x−ởng sản xuất và có độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le. Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác.

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành cơng của PLC đó chính là độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC đ−ợc đảm bảo bởi các mạch bán dẫn đ−ợc thiết kế thích ứng với môi tr−ờng công nghiệp. Các mạch vào ra đ−ợc thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu đ−ợc ẩm, chịu đ−ợc dầu, bụi và nhiệt độ cao. Các ngơn ngữ lập trình đầu tiên của PLC t−ơng tự nh− sơ đồ thang trong các hệ thống điều khiển lơ gíc, nên các kỹ s− đã làm quen với sơ đồ thang, dễ dàng thích nghi với việc lập trình mà khơng cần phải qua một q trình đào tạo nào. Một số các ứng dụng của máy tính trong sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sử dụng các phần mềm máy tính khơng dễ dàng ngay cả với các kỹ s−.

cách xa hàng vài trăm mét. Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển qua trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn.

Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính cơng nghiệp dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các thiết bị “cứng” nh− các rơ le, cuộn hút và các tiếp điểm.

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng cơng nghiệp. Chúng đ−ợc sử dụng trong cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp chế biến dầu, cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp cơ khí, cơng nghiệp xử lý n−ớc và chất thải, công nghiệp d−ợc phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong cơng nghiệp khai khống, trong giao thơng vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC vv. Các PLC có thể đ−ợc kêt nối với các máy tính để truyền, thu thập và l−u trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất l−ợng, chẩn đốn sự cố trực tuyến, thay đổi ch−ơng trình điều khiển từ xa. Ngồi ra PLC còn đ−ợc dùng trong hệ thống quản lý năng l−ợng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi tr−ờng điều khiển trong các các hệ thống phục vụ sản xuất, trong các dịch vụ và các văn phịng cơng sở.

Sự ra đời của máy tính cá nhân PC trong những năm tám m−ơi đã nâng cao đáng kể tính năng và khả năng sử dụng của PLC trong điều khiển máy và quá trình sản xuât. Các PC giá thành khơng cao có thể sử dụng nh− các thiêt bị lập trình và là giao diện giữa ng−ời vận hành và hệ thống điêu khiển. Nhờ sự phát triển của các phần mềm đồ hoạ cho máy tính cá nhân PC, các PLC cũng đ−ợc trang bị các giao diện đồ hoạ để có thể mơ phỏng hoặc hiện thị các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điêu khiển. Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các máy CNC, vì nó tạo cho ta khả năng mơ phỏng tr−ớc q trình gia cơng, nhằm tránh các sự cố do lập trình sai. Máy tính cá nhân PC và PLC đều đ−ợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển sản xuất và cả trong các hệ thống dịch vụ.

PLC đ−ợc sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Về nguyên lý hoạt động, các PLC này có tính năng t−ơng tự giống nhau, nh−ng về lập trình sử dụng thì chúng hồn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất. PLC khác với các máy tính là khơng có ngơn ngữ lập trình chung và khơng có hệ điều hành. Khi đ−ợc bất lên thì PLC chỉ chạy ch−ơng trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó, chứ khơng thể chạy đ−ợc hoạt động nào khác. Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi nh−: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc là các hãng chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới. Các PLC của các hãng này đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá.

Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn. PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau:

- Tốn ít khơng gian: Một PLC cần ít khơng gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng.

- TiÕt kiÖm năng lợng: PLC tiêu thụ năng lợng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy tính thông thờng.

- Giá thành thấp : Một PLC giá t−ơng đ−ơng cỡ 5 đến 10 rơ le, nh−ng nó có khả năng thay thế hàng trăm rơ le.

- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể giao tiếp với môi tr−ờng công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể giao diện trực tiếp nhờ các mơ đun vào ra I/O.

- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ
thang, t−ơng tự nh− sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thơng th−ờng. - Tính linh hoạt cao: Ch−ơng trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh

chãng và dễ dàng bằng cách nạp lại chơng trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng.

I.3. Phân loại PLC

Căn cứ vào số lợng các đầu vào/ ra, ta có thể phân PLC thành bốn loại sau: - micro PLC là loại có dới 32 kênh vào/ ra

- PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ ra

- PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ ra - PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra.

Các micro – PLC th−ờng có ít hơn 32 đầu vào/ra. Trên hình 1.2 là ví dụ về micro PLC họ T100MD-1616 do hãng Triangle Research International sản xuất. Cấu tạo t−ơng đối đơn giản và toàn bộ các bộ phận đ−ợc tích hợp trên một bảng mạch có kích th−ớc nhỏ gọn. Micro – PLC có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận nh− bộ xử lý tín hiệu, bộ nguồn, các kênh vào/ra trong một khối. Các micro – PLC có −u điểm hơn các PLC nhỏ là giá thành rẻ, dễ lắp đặt.

H×nh 1.2 Micro PLC hä T100MD-1616

Mét lo¹i micro PLC khác là DL05 của hÃng Koyo, loại này có 30 kênh vào/ ra

Hình 1.3. Micro PLC họ DL05 của hÃng Koyo

Hình 1.4. Micro-PLC xê ri 90 cđa Fanuc

PLC loại nhỏ có thể có đến 256 đầu vào/ra. Trên hình 1.5 là PLC của hãng OMRON loại ZEN – 10C. Loại PLC này có 34 kênh vào/ ra gồm: 6 kênh vào và 4 kênh ra trên mơ đun CPU, cịn lại 3 mơ đun vào/ ra, với 4 kênh vào và 4 kênh ra cho mi mụ un.

Hình 1.5. PLC loại ZEN-10C của Omron

H×nh 1.7. PLC S5-100U cđa Siemens

Các PLC trung bình có thể có dến 1024 đầu vào/ra. Loại CJ1M của Omron trên hình 1.8 có 320 kênh vào/ ra.

Hình 1.8. PLC lo¹i CJ1M cđa Omron

Lo¹i PLC CQM1 hay CQMIH của Omron trên hình 1.9 có 512 kênh vào ra.

Hãng Siemens có một số xê ri S7-200 là cácloại PLC hạng trung bình. Số l−ợng kênh vào/ ra của S-300 có thể trong khoảng từ 256 đến 1024.

Các PLC loại lớn có nhiều hơn 1024 đầu vào/ra. Loại này có tốc độ xử lý rất cao, dung l−ợng bộ nhớ lớn và th−ờng đ−ợc dùng trong điều khiển các hệ thống thiết bị công nghệ phức tạp. Hãng Omron có PLC loai CJ1 trên hình 1.10, là loại có tới 1280 kênh vào/ ra và loại CJ1H có tới 2560 kênh vào/ra.

H×nh 1.10. PLC loại CJ1 của Omron

HÃng Omron còn có loai CS1 trên hình 1.11, là loại PLC cỡ lớn với 5120 kênh vào/ ra.

Hình 1.11. PLC lo¹i CS1 cđa Omron

Các PLC loại lớn của Siemens là các loại xê ri S7-300, S7-400. Các loại này có số l−ợng kênh vào/ ra rất lớn. Các kênh này không thể đấu trực tiếp lên PLC mà phải thông qua các bộ dồn kênh và tách kênh [ demultiplexeur và multiplexeur]. Trên hình 1.12 là PLC S7-400 của Siemens. Đây là loại PLC mạnh nhất của Siemens hiện nay. Cấu hình của PLC này đ−ợc biểu diễn bằng hình 1.13.a, 1.13.b.

H×nh 1.12. PLC S7-400 cña Siemens

a, b, Hình 1.13. a, Cấu trúc của S7-400; b, Sơ đồ kết nối của S-400

đ−ợc điều chỉnh dựa theo kết quả phân tích, đánh giá từ các dữ liệu thống kê, nh− vậy giúp cho việc sản xuất luôn ở dạng tối −u nhất và hiệu quả nhất. PLC S7-400 của Siemens là một trong những loại PLC lớn và rất mạnh trong các hệ thống điều khiển sản xuất qui mô nh− các nhà máy cơng nghiệp. Loại PLC này có thể kết nối trực tiếp qua mạng Ethernet công nghiệp với các thiết bị điều khiển mức cao hơn để trao đổi dữ liệu hoặc thông các các các kênh giao diện khác nh− MPI , PROFIBUS, EIB hay giao diện AS để thu thập dữ liệu và điều khiển nh− hình 1.14.

Hình 1.14. Sơ đồ kết nối mạng của S7-400 trong công nghiệp I.4. thành phần cơ bản của plc

Nếu khơng nhìn về khía cạnh giá thành, kích th−ớc, mức độ phức tạp, tất cả các PLC đều có những thành phần cơ bản và đặc điểm chức năng giống nhau. Một PLC bao giờ cũng gồm cú 6 thnh phn c bn:

- Mô đun xử lý tín hiệu
- Mô đun vào

- Thiết bị lập trình

S của một bộ PLC cơ bản đ−ợc biểu diễn trên hình 1.15. Ngồi các mơ đun chính này, các PLC cịn có các mơ đun phụ trợ nh− mơ đun kết nối mạng, các mô đun đặc biệt để xử lý tín hiệu nh− mơ đun kết nối với các can nhiệt, mô đun điều khiển động cơ b−ớc, mô đun kết nối với encoder, mô đun đếm xung vào vv..

Đầu vào

M« ®un Mô đun

Vào/ Ra nguồn

Đầu ra

CPU

ThiÕt bÞ lập Mô đun nhớ

trình

Hình 1.15. Cấu trúc cơ bản cđa PLC

Bé xư lý tÝn hiƯu

Đây là bộ phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU của PLC. Bộ xử lý tín hiệu có thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hổ trợ cùng với các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính lơ gíc, điều khiển và ghi nhớ các chức năng của PLC. Bộ xử lý thu thập các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính lơ gíc theo ch−ơng trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu ra số hay t−ơng ứng. Phần lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU.

Bộ vi xử lý sẽ lần l−ợt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện logic điều khiển đ−ợc đặt ra bởi ch−ơng trình ứng dụng, thực hiện các tính tốn và điều khiển các đầu ra t−ơng ứng của PLC. Bộ vi xử lý nâng cao khả năng logic và khả năng điều khiển của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ vv.

Bắt đầu chu kú

Quét đầu ra Quét đầu vào

[Bơm, van, cuộn hút] [Công tắc, nút Ên ..]

Chu kú quét

Quét chơng trình ®iỊu khiĨn H×nh 1.16. Chu kú qt cđa PLC

Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào nh− các công tắc, cảm biến. Trạng thái của các tín hiệu vào đ−ợc l−u tạm thời vào bảng ảnh đầu vào hoặc vào một mảng nhớ. Trong thời gian quét ch−ơng trình, bộ xử lý quét lần l−ợt các lệnh của ch−ơng trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mãng nhớ để xác định các đầu ra sẽ đ−ợc nạp năng l−ợng hay không. Kết quả là các trạng thái của đầu ra đ−ợc ghi vào mảng nhớ. Từ dữ liệu của mảng nhớ tín hiệu ra, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện năng cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi. Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 mi li giây. Thời gian quét đầu vào và đầu ra th−ờng rất ngắn so với chu kỳ quét của PLC.

Bé nhí

a. ROM [Read Only Memory]b. RAM [Random Access Memory]

c. PROM [Programable Read Only Memory]

d. EPROM [Erasable Programable Read Only Memory]

e. EAPROM [Electronically Alterable Programable Read Only Memory]

f. Bé nhí flash

Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh điều khiển cơ bản của PLC, không thay đổi nội dung nhớ ngay cả khi mất điện.

Trong số này chỉ có bộ nhớ RAM là bộ nhớ thay đổi, các bộ nhớ khác l−u thông tin trong bộ nhớ khi mất điện. Bộ nhớ RAM th−ờng hoạt động nhanh và dễ dàng nạp ch−ơng trình điều khiển ứng dụng cũng nh− các dữ liệu. Một số bộ nhớ RAM sử dụng pin để l−u nội dung nhớ khi mất điện. Bộ nhớ RAM đ−ợc sản xuất từ cơng nghệ CMOS nên tiêu thụ rất ít năng l−ợng. Các PLC có thể đ−ợc mở rộng thêm nên bộ nhớ cũng phải tăng thêm. Ch−ơng trình điều khiển đơn giản chỉ cần dung l−ợng bộ nhớ bé, ng−ợc lại các ch−ơng trình phức tạp cần bộ nhớ dung l−ợng lớn.

Bộ nhớ động đ−ợc sử dụng rộng rãi đó là bộ nhớ RAM [Random Acces Memory]. Bộ nhớ RAM hoạt động nhanh và là tạo ra và l−u các ch−ơng trình ứng dụng. Để chống lại khả năng mất dữ liệu khi mất điện, các PLC th−ờng sử dụng pin.

Bộ nhớ tĩnh ROM [Read Only Memory] là bộ nhớ không bị thay đổi khi dữ liệu nhớ khi tắt nguồn hoặc mất điện. Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh cơ bản và các hàm toán học của PLC. EEPROM [Ellectrically Erasable Programable Read Only Memory] là bộ nhớ tĩnh có khả năng xố bằng lập trình lại. EEPROM dùng để ghi ch−ơng trình ứng dụng. Ng−ời sử dụng có thể truy cập vào hai vùng nhớ của PLC là vùng nhớ ch−ơng trình và vùng nhớ dữ liệu. Vùng nhớ ch−ơng trình là nơi chứa ch−ơng trình điều khiển ứng dụng, các ch−ơng trình con và các lỗi của ch−ơng trình. Vùng nhớ dữ liệu l−u trữ các dữ liệu liên quan đến ch−ơng trình điều khiển nh− dữ liệu vào/ra; giá trị đầu, giá trị tức thời và giá trị cuối của bộ đếm lệnh hay bộ đến thời gian; các hằng số và các biến của ch−ơng trình điều khiển. Hai vùng nhớ này đ−ợc gọi là bộ nhớ dành cho ng−ời sử dụng. Bộ xử lý tín hiệu cịn có bộ nhớ hệ thống dùng để ghi các dữ liệu trung gian trong quá trình thực hiện các phép tính, các lệnh của ch−ơng trình và phối hợp giữa chúng; quét các dữ liệu vào và gửi cá dữ liệu ra mới đến mô đun ra. Bộ nhớ hệ thống do nhà sản xuất lập trình từ khi xuất x−ởng nên không thể thay đổi đ−ợc và ng−ời sử dng cng khụng th truy cp c.

Mô đun vµo/ra

Đầu vào §Çu ra

Cuén hót

§Ìn

Động cơ

§ãng §ãng

Hình 1.17. Sơ đồ kết nối của PLC với các thiết bị vào/ ra

Tr−ờng hợp micro – PLC khơng có mơ đun nguồn riêng biệt, thì nguồn điện đ−ợc lắp trực tiếp trên CPU. Trên hình 1.18 là ví dụ về sơ đồ đấu dây trên micro – 1000 PLC của hãng Allan Bradley.

Nguồn điện áp vào cũng chính là nguồn đi đến các thiết bị đầu ra nh− bộ khởi động của bơm, bộ công tắc nhiệt. Nguồn điện +24VDC là nguồn lấy ra từ đầu ra của bộ nguồn, lại cấp cho các thiết bị đầu vào nh−: Công tắc cao độ, công tắc áp lực, cơng tắc hành trình, cơng tắc phụ bên ngồi của bơm. Nguồn vào xoay chiều 110VAC đ−ợc đấu đến các cầu có ký hiệu VAC t−ơng ứng với các kênh ra: kênh đến bộ khởi động bơm, kênh ra công tắc nhiệt.

Đầu vào và đầu ra của PLC th−ờng đ−ợc gộp vào các mô đun. Các mô đun vào/ra có thể tiếp nhận tín hiệu từ các thiết bị bên ngồi nh− cơng tắc, cảm biến quang, cơng tắc tiệm cận. Các tín hiệu đ−ợc chuyển đổi từ điện áp 110VAC, 220VAC, +24DC thành tín hiệu ± 5 VDC. Bộ vi sử lý sẽ lấy tín hiệu này để xác định tín hiệu ra t−ơng ứng. Điện áp 5 VDC đ−ợc gửi ra mô đun ra, từ đây đ−ợc khuyếch đại lên mức 110VAC, 220VAC hay 24VDC tuỳ theo yêu cầu. Thông th−ờng một bộ chuyển đổi tín hiệu có giao diện phụ trợ đ−ợc sử dụng để chuyển trạng thái của các đầu vào từ bên ngoài đến một vùng nhớ đệm xác định. Vùng nhớ đệm này đ−ợc định nghĩa trong ch−ơng trình chính của PLC. Nạp các tín hiệu vào CPU tức là nạp nội dung ghi ở vùng nhớ đệm vào sổ ghi của CPU. Nội dung trong từng vị trí nhớ sẽ đ−ợc thay đổi kế tiếp nhau. Mô đun Vào/ Ra th−ờng tách khỏi mô đun CPU và đ−ợc gá trên ray chung. Các đèn báo trên mô đun Vào/Ra báo hiệu trạng thái làm việc hay sự cố. Các mô đun này đ−ợc cách điện và có cầu chì để đẩm bào an toàn cho bộ vi xử lý. Trong mô đun Vào/Ra thông th−ờng gồm các mạch sau:

i. Các kênh vào / ra số
j. Các kênh vào/ ra tơng tự

k. Cỏc mụun chuyên dụng: điều khiển động cơ b−ớc, thiết bị điều khiển PID, bộ đếm thời gian cao tốc, mô đun iu khin servo vv.

Các mô đun vào/ ra thờng nối với nguồn năng lợng mức cao nên phải cách điện tốt với mô đun CPU. Các kênh vào tơng tù sư dơng cho viƯc lÊy tÝn hiƯu tõ c¸c cảm biến tơng tự :

- Cảm biến lu lợng

- Cm bin m

- Cảm biÕn ¸p xuÊt

- Cảm biến nhiệt độ

- Cảm biến áp xuất

- Cm bin v trí / tốc độ / gia tốc

- C¶m biÕn lùc

Các kênh ra t−ơng tự th−ờng đ−ợc nối với các cơ cấu chấp hành t−ơng tự: - Các động cơ DC và AC

- Các van và các động cơ, xi lanh thuỷ khí

- Các thiết bị đo tơng tự.

Cỏc kờnh vo s th−ờng nối với các cảm biến hai trạng thái dạng đóng/ ngắt [On/Of] nh−: - Cảm biến quang điện,

- C¶m biÕn tiƯm cËn

- C¶m biÕn xung điện

- Các công tắc

Các kênh ra số có thể nối với các thiết bị nh:

- Các cuộn hút cho van điện từ

- Các động cơ b−ớc

- Các cơ cu úng ngt vv.

Các dạng đầu vào

Địa chỉ kênh

Công tắc cao độ

I/0 O/0 M1 I/1 VAC Bộ khởi động bơm I/2 O/1 K1 Công tắc áp lực

I/3 VAC Công tắc nhiệt Công tắc hành trình I/4 O/2

I/5 VAC Công tắc phụ của I/6 O/3 b¬m

I/7 VAC

I/8 O/4 I/9 VAC DC com O/5 +24 Vdc + VAC

_ L L1

120 Vac N N

Hình 1.18. Sơ đồ đấu dây của Micro-1000PLC ca Allen Bradley

Các dạng dầu ra

chiều quay của động cơ. Đầu ra cũng có hai dạng tín hiệu là dạng tín hiệu số hoặc tớn hiu tng t.

Cấu trúc của các mô đun vµo ra

PLC đ−ợc sản xuất theo dạng mơ đun hoá, để thay thế, bổ xung hoặc sữa chữa dễ dàng. Trên hình 1.19 là cấu tạo đặc tr−ng của các mô đun vào/ ra. Các mô đun này có cấu tạo là các mạch in chứa trong các hộp tiêu chuẩn hố, có kênh truyền dữ liệu song song để có thể kết nối với nhau và truyền dữ liệu vào bộ xử lý. Mặt sau của các hộp này là các cầu nối và nguồn điện áp một chiều để cung cấp cho mạch in hoạt động. Các hộp chứa các mơ đun vào/ra có thể lắp lên tủ điều khiển chính hoặc các tủ phụ nhờ cỏc giỏ tiờu chun.

Các mô đun vào/ra sè [Digital I/O]

Các kênh vào/ra số là nét chung đặc tr−ng của phần lớn các hệ thống điều khiển số. Các kênh này đều có hai trạng thái nh− đóng/ ngắt, mở/ đóng nối qua các giao diện với bộ xử lý tín hiệu. Mỗi mơ đun vào/ra số đều đ−ợc kích hoạt bởi điện áp nguồn do tín hiệu cấp, có thể là điện áp một chiều: +5VDC, +24VDC hay điện áp xoay chiều: 110VAC, 220VAC.

Hình 1.19. Sơ đồ ghép nối các mô đun vào/ ra với CPU

là điện áp 110Vac, 220Vac, +24Vdc, +5Vdc. Các kênh trong mô đun vào này đều có mạnh chuyển đổi điện áp về điện áp +/-5Vdc. Điện áp trên đầu vào khi đi qua các thiết bị nh− công tắc, nút ấn, nút khởi động đi vào đến PLC thì trở thành tín hiệu lơ gíc số chứ khơng cịn là dịng điện chạy qua các tiếp điểm nh− trong mạch điện rơ le thông th−ờng. Phần lớn các mơ đun vào đều có trang bị các đi ốt quang LED, để báo hiệu trạng thái của các tín hiệu vào.

A Nót Ên [NC]

00 Công tắc phao [NC]

01 Công tắc hành trình [NO]

02 Công tắc hành trình [NC]

03 Công tắc áp suất [NO]

04 Công tắc áp suất [NC]

05 C«ng tắc lu lợng [NC]

06 Công tắc nhiệt [NC]

07

B D©y nãng 110Vac D©y trung tÝnh

Hình 1.20. Sơ đồ đấu đây trên mô đun vào số

mà chỉ đơn thuần là chạy với với một tốc độ cố định hay là dừng chạy. Các xi lanh, các van khí nén hay thuỷ lực phần lớn dùng cho hai trạng thái là làm việc và không làm việc. Các trạng thái của đầu ra đ−ợc duy trì cho đến khi tính liên tục của lơ gíc trên các bậc thang khơng cịn đảm bảo.

D ©y nãng D©y trung tÝnh 110Vac

A Vµo N

0 Bé gia nhiÖt 1 H1

Bé gia nhiÖt

1 2 H2

2 Van tr−ỵt FV-1 3 FV-1

3 Van tr−ợt FV-2 4 FV-2 Bộ khởi động bơm số 3

4 5 P3 Bộ khởi động bơm số 4 P4 5 6

6 Bộ khởi động máy trộn 1 7 M1 Bộ khởi động máy trộn 2

7 8 M2 D©y trung tÝnh

N N

Dây đấu bên ngồi Hình 1.21 . Sơ đồ đấu dây trờn mụ un ra s

Các mô đun vào/ra tơng tự [Analog I/O]

Các mô đun chuyên dông

Các mô đun số và t−ơng tự chiếm đến 80% các đại l−ợng vào/ ra trong các hệ thống điều khiển. Mặc nhiên để xử lý một số dạng tín hiệu hoặc dữ liệu, hệ thống điều khiển cần các mơ đun chun dụng. Các mơ đun này có các giao diện có thể xử lý các tín hiệu vào dạng tín hiệu từ can nhiệt, từ các bộ đếm xung, hay các tín hiệu khơng thể dùng các giao diện vào/ra tiêu chẩn. Các mô đun chuyên dụng này có thể đ−ợc trang bị thêm bộ vi xử lý để tao ra các giao diện thông minh. Các mơ đun này có thể thực hiện tồn bộ các chức năng xử lý tín hiệu độc lập với CPU và chu trình quét của ch−ơng trình điều khiển. Ví dụ là mơ đun điều khiển động cơ b−ớc hình 1.22.b, mơ đun điều khiển vị trí hình 1.22.c của S5-100U.

Trong số các mơ đun chun dụng có cả các mơ đun truyền thơng hình 1.22.d. Các mơ đun này có thể trao đổi với hệ điều khiển phân tán, với mạng PLC khác, các máy tính chủ hoặc các thiết bị thông minh khác.

a, b, c, d, Hình 1.22. Một số mơ đun đặc biệt của PLC S5 - Siemens

a, Mô đun ra t−ơng tự S5-100U; b, Mô đun điều khiển động cơ b−ớc; c, Mơ đun điều khiển vị trí; d, Mơ un kt ni mng

Mô đun nguồn

Thng ngun cp cho PLC là nguồn điện l−ới xoay chiều AC để tạo ra nguồn một chiều DC cho các mạch bên trong của PLC. Nguồn điện l−ới có thể là 110 VAC, 220 VAC hay điện áp khác tuỳ thuộc theo yêu cầu của ng−ời sử dụng. Nguồn này cũng dùng để cấp năng l−ợng để đóng ngắt động cơ hay các các cơ cấu chấp hành khác nên cần phải đ−ợc cách điện tốt để tránh gây nhiễu cho mô un CPU.

Mô đun ghép nối mạng

Mô đun phụ trợ

Cho phộp ghộp ni vi cỏc thiết bị bên ngồi nh− màn hình, bàm phím, bộ lập trình cầm tay [hình 1.23], máy in, thiết bị mơ phỏng, bộ nạp EPROM, máy tính dạng mơ đun hoá, bộ xử lý đồ hoạ vv. Trong một số hệ thống điều khiển có cần đến màn hình để mô phỏng hay để theo dõi hoạt động của hệ thống, ng−ời ta có thể sử dụng một trong hai ph−ơng pháp sau:

- Ph−ơng pháp thứ nhất là nối các mô đun vào ra của PLC vào một bảng điều khiển với màn hình màu, có trang bị các đèn tín hiệu và các bộ chỉ thị số. Ph−ơng pháp này phải kết nối cố định và nếu hệ phải mở rộng thêm sẽ không sử dụng đ−ợc.

- Ph−ơng pháp thứ hai là sử dụng máy tính cá nhân, loại dùng trong mơi tr−ờng cơng nghiệp có trang bị phần mềm đồ hoạ màu. Ph−ơng pháp này có −u điểm là dễ dàng thay đổi màn hình của q trình điều khiển, có thể thực hiện một số choc năng cảnh báo, lập báo cáo và soạn thảo phần mềm cho PLC.

I.5. Chu trình làm việc, lập trình và cấu trúc chơng trình

của PLC

PLC thc hin chng trình theo một chu trình kín đ−ợc lặp lại liên tục cho đến khi nào có lệnh dừng. Mỗi vịng lặp hay còn gọi là vòng quét đ−ợc bắt đầu bằng việc quét các số liệu từ các kênh vào/ra, chuyển các số liệu này đến vùng nhớ đệm đầu vào/ra, tiếp theo là b−ớc thực hiện các lệnh tiếp theo của ch−ơng trình nh− thực hiện các phép tính logic, các phép tính số học để xác định các tác động điều khiển, b−ớc kế tiếp là chuyển dữ liệu từ bộ nhớ đệm đầu ra đến các kênh ra. Khi có một lệnh dừng nào đó xuất hiện thì PLC sẽ dừng các hoạt động x− lý thơng tin và truyền tin để kiểm tra khối ch−ơng trình t−ơng ứng với lệnh ngắt.

Quét các dữ liệu vào/ra

Nạp vào vùng nhớ đệm

Vßng qt cđa Thực hiện các bớc chơng trình chơng trình

Chuyển d÷ liƯu tõ

Vịng qt càng ít lệnh dừng thì thực hiện càng nhanh. Nếu ch−ơng trình hoạt động bình th−ờng thì chu kỳ của mỗi vịng qt có độ dài nh− nhau. Tốc độ qt càng cao thì có thể cho phép nhập đ−ợc nhiều số liệu gần nh− đồng thời trong thời gian quét, và nh− vậy khả năng điều khiển đ−ợc đồng thời nhiều đại l−ợng là hồn tồn có thể thực hiện đ−ợc. Khả năng xử lý tín hiệu trong một chu trình điều khiển khơng có hiện t−ợng trễ cịn đ−ợc gọi là điều khiển trong thời gian thực. Các PLC và các PC ngày nay có tốc độ xử lý rất cao nên chất l−ợng của các hệ thống điều khiển số không kém chất l−ợng của các hệ thống điều khiển t−ơng tự. Chu kỳ quét của PLC th−ờng vào khoảng từ 1 đến 25 mi li giây. Thời gian quét đầu vào và đầu ra t−ơng đối ngắn so với chu kỳ quét của PLC. Phần lớn thời gian dùng cho việc tính tốn các hàm điều khiển.

Thơng th−ờng ch−ơng trình đ−ợc nạp vào PLC bởi bộ lập trình cầm tay [hình 1.23], thiết bị lập trình chun dụng [hình 1.24] hay máy tính cá nhân [hình 1.25]. Bộ lập trình cầm tay th−ờng dùng cho các PLC rẻ tiền, đơn giản. Bộ lập trình chuyên dụng đ−ợc trang bị màn hình và các phím t−ơng ứng với các phần tử của sơ đồ thang để tiện cho việc lập trình. Các thiết bị này cho phép kiểm tra việc thực hiện các lệnh của ch−ơng trình trong thời gian thực. Ngày nay ta th−ịng sử dụng các phần mềm lập trình cho PLC trên máy tính và sau khi chay thử mơ phỏng có thể nạp vào PLC thông qua cổng RS232.

Bộ nạp EPROM cho phép nạp ch−ơng trình ghi trên EPROM vào bộ nhớ của PLC. Thiết bị mô phỏng th−ờng gắn với các đi ốt quang điện LED hoặc các côang tắc để thử nghiệm các b−ớc của ch−ơng trình logic.

Bộ xử lý đồ hoạ th−ờng dùng để làm giao diện giữa hệ thống mô phỏng và hệ thống hiển thị bằng màn hình.

Các PLC hoạt động liên tục từ lúc đ−ợc bật lên. Khác với máy tính thơng th−ờng, PLC khơng cần có hệ điều hành, khơng cần có phần mềm nào ngoài phần mềm của ng−ời sử dụng và riêng đối với các máy CNC hoặc rô bốt có thể có thêm phần mềm đồ hoạ dùng cho mơ phỏng các q trình gia cơng hay các hoạt động của rô bốt . PLC lần l−ợt đọc các đầu vào, thực hiện tính tốn, xác định các tác động điều khiển, truền các tác đông điều khiển đến đầu ra và lặp lại. Kết nối với mô đun vào là các đại l−ợng vật lý. Các đại l−ợng vào này có thể là có hai dạng:

- các đại l−ợng t−ơng tự [analog]: là các đại l−ợng đến từ các cảm biến t−ơng tự. - các đại l−ợng lơ gíc: là các đại l−ợng thể hiện các trạng thái hay các điều kiện

để thực hiện một hàm lơ gíc hay chính là các quyết định lơ gíc. Các đại l−ợng
này đên từ các công tắc, cảm biến số.

Các mô đun ra kết nối các đầu ra với các động cơ, các cuộn hút, các đèn tín hiệu vv. Tác động của ch−ơng trình điều khiển là các thao tác khởi động động cơ, dừng động cơ, bật/tắt đèn, kích hoạt một cơ cấu nào đó vv.

Tất cả các PLC đều thực hiện các chức năng điều khiển về mặt bản chất là giống nhau. Tuy nhiên về cách thể bằng lập trình có thể khác nhau, phụ thuộc vào nhà sản xuất PLC.

Mỗi đầu vào của PLC đ−ợc nối với một hay nhiều thiết bị mà qua đó dịng điện bị chặn lai hay đ−ợc cho đi qua. Nếu có điện áp trên đầu vào thì đầu vào đó đ−ợc đ−ợc xem nh− đang ở trạng thái bật. Ng−ợc lại nếu khơng có điện áp trên đầu vào, có nghĩa là đầu vào đang ở trạng thái tt.

tra các trạng thái của các đầu vào và bật hay tắt các đầu ra tơng ứng với lô gíc của chơng trình điều khiển.

Mi vịng điều khiển hồn thành đ−ợc gọi là một chu kỳ quét. Thời gian của một chu kỳ là rất quan trong, vì nó liên quan đến số l−ợng các đầy ra có thể điều khiển đ−ợc của PLC. Thời gian chu kỳ càng nhỏ PLC càng hoath động nhanh, càng có thể điều khiển đ−ợc nhiều đại l−ợng vật lý khác nhau. Chính vì vậy PLC trở nên thiết bị điều khiển lý t−ởng cho các máy và thiết bị cơng nghiệp.

Khi ch−a có ch−ơng trình điều khiển PLC không thể hoạt động đ−ợc. PLC chỉ hoạt động khi đã có ch−ơng trình điều khiển nạp vào bộ nhớ của nó. Ch−ơng trình điều khiển có thể nạp vào PLC bằng 3 ph−ơng pháp khác nhau:

- Lập trình nhờ các phần mềm lập trình trên máy tính và nạp chơng trình lên PLC qua cổng RS232 hay qua cỉng kÕt nèi víi m¹ng LAN hay m¹ng Internet. Máy tính cá nhân là phơng tiện lập trình tèt nhÊt cho PLC, bëi v× chøng ta cã thĨ quan sát đợc nhiều dòng lệnh trên màn hình, soạn thảo và truy cập vào chơng trình dễ dàng. Điều bất tiện là máy tính cá nhân không thích hợp lắm với môi trờng công nghiệp và khả năng di chun kÐm.

- Lập trình bằng thiết bị lập trình sách tay: lập trình trực tiếp vào bộ nhớ của PLC. Thiết bị này không dễ sử dụng nh− máy tính, những lại tiện cho việc mang đi theo ng−ời. Lập trình đ−ợc thực hiện từng dịng lệnh t−ơng ứng với từng bậc của sơ đồ thang.

- Lập trình trên máy tính, nạp lên thẻ nhớ và sau đó nạp từ thẻ nhớ vào PLC qua cổng tiêu chuẩn. Các thẻ nhớ EEPROM là các bộ nhớ ROM có thể xố và lập trình lại đ−ợc bằng điện. Ưu điểm của EEPROM là nó có thể thay đổi ch−ơng trình của PLC bằng cách cắm vào cng ca PLC.

Hình 1.24. Thiết bị lập trình chuyên dụng PG 730C

Trờn hỡnh 1.25 l kết nối máy tính PC để lập trình và nạp vào PLC qua cổng nối tiêu chuẩn.

H×nh 1.25. Kết nối máy tính và PLC

Khi np chng trỡnh điều khiển từ PC đến PLC, để ch−ơng trình có thể chạy đ−ợc, nó phải đ−ợc nạp vào bộ nhớ của bộ xử lý. Khi nạp ch−ơng trình trực tiếp từ PC cần phảI chú ý các thao tác sau:

1. Tất cả các phần tử có liên quan đến PLC phải đ−ợc ngắt điện.

2. Nối PC với PLC theo đúng nh− hình 1.25. Nh− vậy Phần mềm PLC đ−ợc phép trao đổi với bộ xử lý của PLC.

3. Chuyển công tắc trên bộ xử lý sang chế độ điều khiển từ xa. 4. Bật công tắc nguồn để cấp điện vào PLC và các bộ phận của nó. 5. Thực hiện b−ớc tải ch−ơng trình điều khiển từ PC về PLC.

Phần mềm lập trình cho PLC cũng cho phép PC truy cập trực tiếp vào ch−ơng trình đang l−u trong bộ nhớ của PLC. Khi đang ở chế độ truy cập trực tiếp [online], ch−ơng trình trong bộ nhớ của PLC sẽ đ−ợc hiển thị lên màn hình PC. Nếu ta đang có một ch−ơng trình nào đó mở sẵn khác với ch−ơng trình của PLC, thì phần mềm lập trình sẽ tự động đóng nó lại và chỉ mở ch−ơng trình có trong PLC mà thơi. Trên màn hình của phần mềm sẽ có cửa sổ với tín hiệu báo ta đang ở chế độ truy cập trực tiếp. Lúc này ta có thể thay đổi chế độ làm việc của PLC từ chế độ gián tiếp [offline] sang ch−ơng trình điều khiển từ xa. Thực hiện việc chạy ch−ơng trình điều khiển từ phần mềm lập trình trên PC, ta có thể theo dõi đ−ợc từng b−ớc thực hiện trên sơ đồ thang.

Phần mềm lập trình cịn cho phép dừng ch−ơng trình đang chạy trên PLC, khi chuyển sang chế độ ch−ơng trình điều khiển từ xa.

Để nhận biết tính năng của một PLC nào đó ta phải dựa vào đặc tính kỹ thuật của PLC đó. Ví dụ PLC Simatic S5 –100U của Siemens có các đặc tính sau:

- Dung l−ỵng nhí: 1024 lƯnh

- Bé nhí tÜnh: EPROM vµ EEPROM

- Thêi gian thùc hiƯn mét phÐp tính nhi phân: 70às

- Thời gian chu kỳ: 300ms

- Biến trạng thái : 1024, trong đó 512 là biến tĩnh, tức là các biến có thể giữ các
dữ liệu ngay cả khi mất điện.

- Bộ đếm giờ: 16

- Khoảng đếm giờ: 0.01 đến 9990s

- Bộ đếm: 16, trong đó 8 là bộ đếm tĩnh.

- Khoảng đếm: 0 n 999 [tng hoc gim]

- Kênh Vào/Ra số: 128

- Pin: Lithium [3.4V/850mA-h]

- Tuæi thä của pin: 5 năm

- Nguồn trung tâm: 24V/0.8A

- Cấu trúc của các mô đun vào số:

o 4/8 kênh vào 24V DC/7mA

o 4 kênh vào 24 60V DC/7.5mA

o 4/8 kênh vào 115V AC/10mA

o 4/8 kênh vào 230V AC/15mA

- Cấu trúc của các mô đun ra số:

o 4 kªnh ra 24V DC/0.5A

o 4 kªnh ra 24V DC/2A

o 8 kªnh ra 24V DC/0.5A

o 4 kªnh ra 24 – 60V DC/0.5A

o 4 kªnh ra 115 – 230V AC/1A

o 8 kªnh ra 150 – 230V AC/0.5A

o 4 kªnh ra r¬ le: 30V DC/230V AC

hơn hoặc bằng 300ms. Đây là PLC thế hệ của những năm 90 của Siemens. Ngày này PLC của Hãng này đã phát triển đến thế hệ S7-400, là những PLC rất mạnh và tốc độ rất cao.

Các lệnh của ch−ơng trình của PLC th−ờng đ−ợc đ−ợc gộp vào các khối ch−ơng trình con và mỗi ch−ơng trình con đ−ợc liên kết với ch−ơng trình chính. Đối với các ch−ơng trình đơn giản thì cấu trúc ch−ơng trình chỉ gồm một khối.

LÖnh 1

LƯnh 2

...

Vßng quÐt ...

...
...

LÖnh cuèi

Đối với các chơng trình lớn có nhiều lệnh lặp lại ngời ta có thể viét chơng trình theo dạng cã cÊu tróc:

HƯ Khèi Khèi Khèi ... Khèi

Phô phô phô

Chơng điều tr×nh

chÝnh

Khèi Khèi ... Khèi

hµnh phô phô phô

I.6. Ngôn ngữ lập trình cơ bản

Ngụn ng lp trình cho phép ng−ời sử dụng trao đổi với thiết bị điều khiển khả lập trình thơng qua thiết bị lập trình. Các nhà sản xuất PLC sử dụng các ngơn ngữ lập trình khác nhau, nh−ng tất cả các ngôn ngữ này đều sử dụng các lệnh để nạp kế hoạch cơ sở điều khiển vào hệ thống.

ấn xuống. Ch−ơng trình cũng có thể đồng thời lệnh cho thiết bị điều khiển bật đèn trên tủ
điều khiển khi tiếp điểm phụ trợ của bộ khởi động động cơ đ−ợc đóng.

Ch−ơng trình đ−ợc viết bằng sự tổ hợp các lệnh theo một trình tự xác định. Ph−ơng thức tổ hợp các lệnh cũng nh− dạng của các lệnh đều đ−ợc tuân thủ theo những qui định chung. Các qui định và các lệnh tổ hợp với nhau tạo ra ngôn ngữ lập trình. Có bốn dạng ngơn ngữ hay cơ bản hay sử dụng cho các PLC thế hệ đầu tiên:

1. Bảng lệnh [STT] 2. Sơ đồ thang [LAD]

3. Sơ đồ khối hàm lơ gíc [FBD] 4. Grafcet

Ngôn ngữ Bảng lệnh STT:

õy l ngụn ngữ lập trình sử dụng các ký tự thơng th−ờng để mã hoá các lệnh của. Cấu trúc của các lệnh t−ơng tự nh− ngôn ngữ Assembler dùng cho các bộ vi xử lý. Các lệnh này bao gồm các địa chỉ của các bit mà trên đó các lệnh này sẽ tác động lên. Ngôn ngữ bảng lệnh STT bao gồm một dải rộng các lệnh dễ hiểu để lập trình một ch−ơng trình điều khiển hồn chỉnh. Ví dụ PLC Siemens S7 có đến 130 lệnh STT khác nhau và cả một dải rộng các địa chỉ phụ thuộc vào kiểu PLC đ−ợc sử dụng.

LÖnh STT có hai cấu trúc cơ bản :

- Cu trúc thứ nhất chỉ có lệnh đơn thuần, ví dụ NOT. - Cấu trúc thứ hai gồm cả lệnh và địa chỉ.

Địa chỉ của của mỗi lệnh chỉ thị một vị trí khơng thay đổi trong bộ nhớ, nơi mà lệnh đó tìm thấy giá trị và trên đó sẽ thực hiện các phép tính.

Các lệnh lơ gíc nhị phân là các lệnh cơ bản nhất của bảng lệnh STT. Các lệnh này thực hiện các phép tính lơ gíc trên các bit đơn độc trong bộ nhớ của PLC. Các lệnh lơ gíc cơ bản của bit gồm: AND [A], AND NOT [AN], OR [O], EXCLUSIVE OR [OR], EXCLUSIVE OR NOT [XN]. Các lệnh này kiểm tra trạng thái tín hiệu của bit địa chỉ để tạo ra hoặc là lơ gíc 1 [bit đ−ợc kích hoạt] hoặc lơ gíc 0 [bit khơng đ−ợc kích hoạt]. Các lệnh lơ gíc bit cịn đ−ợc gọi là các lệnh lơ gíc rơ le, bởi vì chúng có thể thực hiện các tác động điều khiển thay thế cho các mạch lơ gíc rơ le. Trên hình 1.23 là ví dụ về phép tính lơ gic AND. Ch−ơng trình bảng lệnh STT ở cột bên trái và ch−ơng trình sơ đồ thang ở cọt bên phải để tiện so sánh cách diễn đạt lệnh. Lệnh AND lập trình nối hai tiếp điểm nối tiếp NO. Chỉ khi tín hiệu ở cảc hai bit địa chỉ bằng 1 thì trạng thái của bit đầu ra Q4.0 bằng 1, cuộn hút đ−ợc kích hoạt.

STR X1 X1 X2 Y1 AND X2

OUT Y1

a, b, Hình 1.23. Lô gíc AND

Ngụn ngữ này bao gồm một tập hợp các ký hiệu mã hố t−ơng ứng với một lệnh trong ngơn ngữ máy. Ngôn ngữ PLC của các nhà sản xuất khác nhau cũng rất khác nhau. Ngôn ngữ PLC rất gần với ngơn ngữ máy và rất thích hợp với ng−ời sử dụng đã làm quen với kỹ thuật số và máy tính. Mặt khác ngơn ngữ PLC là thứ ngơn ngữ duy nhất đ−ợc sử dụng bởi bộ lập trình đơn giản với khả năng hiển thi chỉ vài dòng lệnh đồng thời. Sau đây là phần giới thiệu ngôn ng bng lnh c in.

1. Nhận dạng các biến:

a. Biến vào Xn. Ký hiệu X chỉ biến vào nhị phân và chỉ số n ký hiệu địa chỉ
của kênh nối với đầu vào.

b. Biến ra Yn. Ký hiệu Y chỉ biến ra nhị phân và n chỉ địa chỉ của kênh nối với đầu ra.

c. BiÕn trung gian IRn. Ký hiÖu IR chỉ biến nhị phân trung gian [chỉ trong bộ nhớ] và n là chỉ số thứ tự tơng ứng.

2. Các lệnh:

PLC sử dụng ba loại lệnh khác nhau:

- Lệnh gọi biến vào / ra hoặc lƯnh tÝnh to¸n.

- Lệnh đếm giờ hoặc lệnh đếm. - Lệnh điều khiển.

LƯnh gäi biÕn vµo/ ra hoặc tính toán:

Các lệnh này thực hiƯn mét trong c¸c thao t¸c sau:

+ Chọn một biến xác định đ−ợc sử dụng nh− một biến gán [Operand], có thể là đầu vào hoặc đầu ra.

+ Thực hiện lệnh quét đầu vào hoặc đầu ra.

+ Thực hiện một số phép tính với một biến đã cho.

Trong nhóm này có các lệnh sau: STR, STR NOT, OUT, OUT NOT, OR, OR NOT, AND, AND NOT, OR STR, AND STR.

Lệnh STR: Lệnh này dùng để chọn biến đầu tiên của chuỗi lệnh [lệnh gọi]. Ví dụ : STR X0 - Chọn đầu vo X0

STR Y6 - Chọn đầu ra Y6

STR IR2 - Chän biÕn trung gian IR2

Lệnh STR NOT: là lệnh phủ định giá trị của biến đ−ợc chọn. Đây cũng là lệnh gọi và bắt đầu cho một chuỗi lệnh.

Ví dụ : STR NOT X12 - Chọn biến vào X12 và phủ định biến này [X12] STR NOT Y10 - Chọn biến vào Y10 và phủ định biến này [Y10] STR NOT IR9 - Chọn biến vào IR9 và phủ nh bin ny [IR9]

Lệnh OUT: Lệnh này chuyển dữ liƯu ra kªnh ra. VÝ dơ: STR X0

OUT Y0 chọ X0 và chuyển giá trị này ra kªnh ra Y0.

Lệnh OUT NOT: Lệnh này phủ định dữ liệu cần chuyển đến kênh ra. Ví dụ: STR X0

OUT NOT Y0 – Chọn giá trị vào X0, gán nó cho đầu ra Y0 giá trị phủ định của X0.

LÖnh OR: Thùc hiÖn phÐp céng logic gi÷a hai hay nhiỊu biÕn. VÝ dơ: STR Y5

OR X3

OUT Y0 Nội dung của chuỗi lệnh này :

o Chọn biÕn ra Y5

o Thùc hiÖn phÐp tÝnh logic OR giữa Y5 và X3

o Thực hiện phép tính logic OR giữa kết quả phép tính trớc với IR7 o Chuển kết quả tới kênh ra Y0

Đây chính là kÕt qu¶ cđa phÐp tÝnh sau: Y0 = Y5 + X3 + IR7

Lệnh OR NOT: Lệnh này thực hiện phép cộng logic với một hay nhiều biến khác, tiếp theo là phủ định kết quả.

VÝ dô: STR IR13

OR NOT X10

OR NOT X14

OUT IR15

Đây chính là thực hiện phép tính logic : IR15=IR13+X10+X14.

Lệnh AND : Đây thực tế chính là phép nhân logic giữa hai hay nhiỊu biÕn logic. VÝ dơ: STR NOT X0

AND X1
AND IR7

AND Y3

OUT Y10

Chuỗi lệnh này thực hiện các thao tác sau:

- Gọi biến vào X0 và phủ định giá trị của nó. - Thực hiện phép nhân AND giữa X0và X1.

- Thực hiện phép nhân giữa IR7 và kết quả phép tính trớc. - Thực hiện phép nhân giữa Y3 víi kÕt qu¶ cđa phÐp tÝnh tr−íc. - Chun kết quả ra kênh ra Y0.

Đây là kết quả cđa phÐp tÝnh: Y10=X0.X1.IR7.Y3.

Giữa phép cơng và phép nhân logic khơng có gì khác biệt, lệnh nào theo trình tự đứng tr−ớc sẽ thực hiện tr−ớc.

VÝ dơ: STR X5 OR X3

AND Y5

OUT Y3

Đây là phép tính: Y3=[X5+X3].Y5. STR X5

AND X3 OR Y5

OUT Y3

Đây là phÐp tÝnh: Y3=X5.X3+Y5

Lệnh AND NOT: Lệnh này thực hiện phép nhân logic giữa hai hay nhiều biến và sau đó phủ định kết quả.

VÝ dơ: STR Y6

AND NOT X3

AND NOT IR9

AND NOT X9

Đây là chi lƯnh thùc hiƯn phÐp tÝnh: IR14=Y6.X3.IR9.X9.

Lệnh OR STR: Lệnh này thực hiện phép công logic giữa hai chuỗi tr−ớc đó bắt đầu bằng STR hay STR NOT.

VÝ dô: STR X7 OR X9

AND NOT Y5

STR NOT IR3

AND X6

OR NOT Y6

OR STR

OUT Y8

Chuỗi lệnh này thực hiện các thao tác sau: - Gọi biến vào X7

- Thực hiện logic OR giữa X7 và X9

- Thực hiện logic AND giữa Y5 và X7+X9

3IR- Bắt đầu chuỗi lệnh mới với lệnh gọi biÕn trung gian . - Thùc hiÖn logic AND giữa IR3 và X6.

6

Y IR3.X6

- Thực hiện logic OR giữa và .

- Thực hiện phép tính OR giữa [X7+X9].Y5 và IR3++X6+Y6. Kết quả của chuỗi nµy chÝnh lµ:

[

]

Y = + + +

Lệnh AND STR: là lệnh thục hiện phép nhân logic AND giữa hai chuỗi lệnh bắt đầu bằng lệnh gọi STR hay STR NOT.

VÝ dô: STR X0

AND NOT X1

STR X2 AND X3

OR NOT Y0

AND STR

OUT Y1

Chuỗi lƯnh nµy thùc hiƯn phÐp tÝnh: Y1=X0.X1.[X2.X3+Y0]

Lệnh đếm thời gian TMR và lệnh đếm CTR:

Lệnh thời gian và lệnh đếm là các lệnh để tạo ra khả năng đóng ngắt, kéo dài thời gian thực hiện một lệnh hay một chuỗi lệnh ào đó trong ch−ơng trình. Các lệnh này là hàm của thời gian hoặc của số l−ợng xung đếm tác động lên đầu vào của chúng.

Lệnh TMR: lệnh này sử dụng hai biến để thực hiện chức năng đếm thời gian là
và . Đầu ra của lệnh thời gian có thể là một biến trung gian hoặc một đầu ra.

i

X Xj

2. LÖnh gäi biÕn Xj.

3. Lệnh TMR n chọn bộ đếm thứ n. Lệnh này khởi động bộ đếm thời gian n nếu Xi=1 [ Ch−a khởi động lại] và Xj cũng trở thành 1 [ đầu vo c bt

lên].

4. Một chơng trình ghi trong bộ nhớ các giá trị của thời gian ®−ỵc chän. VÝ dơ: STR X1

STR X0

TMR 0

10

OUT Y0

Biễu đồ thời gian của các biến nh− sau: X1

X0

Y0 t = 10

Lệnh đếm thời gian TMR có thể sử dụng đễ làm trễ thời gian đóng ngắt của một biến nào đó.

VÝ dơ: STR X5 STR X5

TMR 2

10

OUT Y5

Biểu đồ thời gian : X5 Y5

t =10

T−ơng tự nh− vậy, lệnh TMR có thể sử dụng để kéo dài thời gian của biến đang ở trạng thái đóng tr−ớc khi ngắt.

VÝ dơ: STR NOT X4

STR NOT X4

TMR 6

10

OUT NOT Y9

Nh− vậy biến ra Y9 sẽ đ−ợc ngắt trễ 10s từ lúc biến vào X4 đ−ợc ngắt. Biễu đồ thời gian:

Y9

t =10

Lệnh đếm CTR: Lệnh này thực hiện chức năng của một bộ đếm với hai hoặc 3 biến. Tr−ờng hợp thứ nhất là đếm tăng, biến đầu tiên là biến khởi động và biến thứ hai là biến đếm. Tr−ờng hợp thứ hai là bộ đếm tăng/giảm, bộ đếm này sử dụng ba biến. Biến thứ nhất và biến thứ ba t−ơng tự nh− ở bộ đếm tăng. Biến thứ hai là biến chọn kiểu đếm tăng hay giảm t−ơng ứng với trang thái 0 hay 1.

VÝ dô: STR X1 STR X0 CTR 3 10

OUT Y2

Biến Y2 trở thành 1 sau khi có 10 xung đếm trên đầu vào X0, đồng thời X1 giữ nguyên trạng thái 1 và chuyển về 0 khi X1 chuyển về 0.

Biểu đồ thời gian: X1

X0 1 2 9 10 Y2

Chuỗi lệnh của bộ đếm tăng/giảm gồm : STR X2

STR X1 STR X0 CTR 4 10

OUT Y3

Biểu đồ thời gian: X2

X1

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

X0

Y3

Trong bộ đếm tăng giảm ở ví dụ trên ta thấy bộ đếm đã đếm đến 10, nh−ng biến X1 thay đổi trạng thái từ 0 sang 1, giá trị l−u trong bộ đếm đ−ợc đếm giảm cho đến khi X1 quay về trạng thái 0. Lúc này bộ đếm lại đếm tăng cho đến khi giá trị l−u trong nó đạt giá trị là 10. Đầu ra đ−ợc kích hoạt khi bộ đếm đạt giá trị cho tr−ớc [10]. Đầu ra ngắt khi biến X2 chuyn v trng thỏi 0.

Các lệnh điều khiển:

chơng trình sẽ dài và cồng kềnh. Các PLC thờng sử dụng các cặp lệnh: JMP JME, IL - ILC.

LƯnh nh¶y JMP – JME:

Hai lệnh này gây ra việc thực hiện tất cả các lệnh nằm giữa chúng phụ thuộc vào kết quả phép tính logic nằm tr−ớc lệnh JMP. Nếu kết quả phép tính lơ gíc tr−ớc lệnh JMP là 1 thì các lệnh nằm giữa JMP và JME đ−ợc thực hiện bình th−ờng. Nếu có các biến ra thì các biến này sẽ đ−ợc gán giá trị mới. Nếu kết quả tr−ớc lệnh JMP bằng 0 thì các lệnh này khơng đ−ợc thực hiện. Các biến nằm giữa hai lệnh này không thay đổi giá trị.

VÝ dô : STR X0

OUT Y0

JMP STR Y0 AND X0

OUT Y1

STR X1

OUT IR2

JME

Nh− vậy đầu tiên là lệnh gọi biến vào X0, sau đó gán Y0 bằng X0. B−ớc tiếp theo lệnh nhảy JMP thực hiện phụ thuộc vào giá trị của biến ra Y0 của lệnh tr−ớc nó. Lệnh JME kết thúc lệnh nhảy.

LƯnh IL – ILC:

Cặp lệnh này gây ra cho tất cả các biến trung gian và biến ra nằm giữa chúng thay đổi giá trị hay giữ nguyên tuỳ thuộc vào kết quả logic của lệnh nằm tr−ớc lệnh IL

VÝ dô: STR X7

OUT Y10

IL STR X9

OUT Y9

STR X15

OUT Y15

ILC

Đầu tiên là lệnh gọi biến vào X7, gán nó cho biến ra Y10. Nếu Y10 = 1, thì các lệnh tiếp theo nằm giữa IL ILC đợc thực hiện, ngợic lại các lệnh này không đợc thực hiện, Y9 và Y15 giữ nguyên giá trị cũ.

Ngụn ng S thang [LAD]:

các cuộn hút của rơ le. Trong thiết kế các mạch lơ gíc rơ le, ng−ời ta cố gắng chỉ ra các mạch điện cần thiết để thực hiện một thao tác của hệ thống điều khiển và sơ đồ nh− vậy còn đuợc gọi là sơ đồ đấu dây. Sơ đồ này thể hiện lơ gíc điều khiển bằng vật chất cụ thể để đảm bảo cho dòng điện đi liên tục qua các phần tử kết nôi đầu vào cho đến các phần tử đầu ra nh− động cơ, cuộn hút vv. Đối với PLC thì điều này khác hẳn về bản chất, bởi vì sơ đồ thang trên PLC chỉ đảm bảo tính liên tục về lơ gíc chứ khơng phải là cho dịng điện chạy qua từ đầu vào đến đầu ra. Đầu ra của PLC đ−ợc kích hoạt hay đ−ợc cấp năng l−ợng khi các biến lơ gíc t−ơng ứng với các thiết bị “cứng” đảm bảo tính lơ gíc liên tục từ đầu vào đến đầu ra. Mỗi bậc thang của sơ đồ thang trong PLC so với bậc thang t−ơng ứng trong sơ đồ đấu điện, thì chỉ là sơ đồ đấu “ảo” mà thơi.

Trên hình 1.23 là ví dụ về sơ đồ thang của mạch điện và hình 1.24 là sơ đồ thang của PLC cho thao tác đóng bơm khi mức n−ớc giám quá mức tối thiểu. Các địa chỉ của bit lơ gíc đ−ợc ký hiệu bởi các chữ I và O, tiếp theo là 5 chữ số thập phân. Bắt đầu ch−ơng trình, bộ xử lý kiểm tra trạng thái của nút ấn khởi động PB, khi nút ấn đ−ợc ấn xuống, lơ gíc của bit này là I:010/00 trở thành 1. B−ớc tiếp theo là kiểm tra trạng thái của bit I:010/01 – trạng thái của mực n−ớc trông bể chứa. Nếu mực n−ớc thấp, trạng thái của bit này là 0 [OFF], lo gíc của bít khởi động bơm chuyển thành 1 [ON] bơm chạy. Trạng thái của bit khởi động bơm duy trì tính liên tục của mạch lơ gíc và bơm tiếp tục chạy cho đến khi trạng thái của bit mực n−ớc chuyển sang trạng thái 1 [ON], tức là mạch lơ gíc bị gián đoạn. Trên bậc thang thứ hai là khi lơ gíc của bơm đang là 1 thì lơ gíc của đèn tín hiệu chỉ bơm đang chạy có giá trị là 1, đèn sáng.

I.1 I.2

Start Mùc n−íc thÊp Rơ le điều khiển 1 BËc 1 CR1

PB1

LSH 1

CR1 [1] [Tiếp điểm duy trì]

BËc 2 P1 CR1 [2]

Hình 1.23. Sơ đồ thang của mạch điều khiển bơm

Chạy bơm

O: 000/00

Chạy bơm Đèn báo bơm chạy

O: 000/00 O: 000/01

Hình 1.24. Sơ đồ thang điều khiển bơm của PLC

Về mặt lơ gíc cả hai sơ đồ hình 1.23 và hình 1.24 hồn tồn t−ơng tự nh− nhau. Chính vì điều này các kỹ s− đã làm việc với sơ đồ thang của mạch điện khơng mất nhiều thì giờ trong việc học cách sử dụng sơ đồ thang trên PLC.

Trong ch−ơng trình sử dụng sơ đồ thang có ba dạng lệnh đ−ợc sử dụng để tạo nên ch−ơng
trình đó là:

- LƯnh th−êng më NO [Normally Open], t−¬ng øng víi tiÕp điểm thờng mở trong mạch lô gíc rơ le. Lệnh NO trong PLC cũng tơng tự, nhng lệnh này yêu cÇu bé xư lý tÝn hiƯu kiĨm tra bit cã ký hiệu tơng ứng với tiếp điểm này trong bộ nhớ. Nếu bit này là 1 [tơng ứng trạng thái bật ON] thì lệnh đợc thực hiện và tính liên tục của lô gíc lại truyền tiếp tục trên bậc thang. Nếu bit này mang giá trị 0 tức là trang thái tắt OFF, thì lô gíc bị ngắt quÃng, không thể tiếp tục truyền đi tiếp trên bậc thang.

- Lệnh th−ờng đóng NC [Normally Closed] t−ơng ứng với tiếp điểm th−ờng đóng trên sơ đồ thang của mạch điện. Lệnh này cịn gọi là lệnh ngắt vì khi thực hiện nó sẽ ngắt điện trong mạch điện hay ngắt mạch lơ gíc trên PLC. Nếu bit t−ơng ứng với tiếp điểm th−ờng đóng có trạng thái lơ gíc la 0, t−ơng đ−ơng với lơ gíc OFF, lệnh đ−ợc thực hiện và tính liên tục của lơ gíc đ−ợc truyền đi tiếp trên bậc thang. Nếu bit này có giá trị là 1 tức là lơ gíc ON, thì lệnh th−ờng đống trở thành sai [FALSE], lơ gíc bị ngắt quãng ở đây.

- Lệnh ra cuộn hút : t−ơng tự nh− cuộn hút của rơ le trong sơ đồ thang. Lệnh này yêu cầu bộ xử lý chuyển giá trị lơ gíc của vị trí xác định trong bộ nhớ t−ơng đ−ơng với cuộn hút lên trạng thái 1 hay ON [bật] nếu nh− tính liên tục của lơ gíc tr−ớc đó đ−ợc đảm bảo. Nếu khơng có sự liên tục của lơ gíc trên bậc thang thì bộ xử lý sẽ bật lệnh cuộn hút lên giá trị 0 hay OFF [tắt].

Trong sơ đồ thang tất cả các lệnh đ−ợc thể hiện bằng sơ đồ t−ơng tự nh− các mạch điện điều khiển trong các tủ rơ le. Mục đích của ngơn ngữ này là :

- đơn giản hoá việc thay hệ thống điều khiển bằng rơ le bởi PLC,

- đơn giản hố việc lập trình PLC cho các kỹ s− điều khiển đã quen với thiết kế
của các hệ điều khiển rơ le.

1. Nhận dạng biến: Các biến nhị phân đ−ợc biễu diễn bằng các công tắc xác định bởi một chữ cái và một chữ số xác định từ danh sách các lệnh Tuy nhiên việc ký hiệu công tắc cũng rất khác nhau, phụ thuộc vào tiêu chuẩn của n−ớc sản xuất.

Biến vào Xi đợc ký hiệu nh sau: Xi

BiÕn NO

Xi

BiÕn NC

BiÕn trung gian IRi cã thĨ lµ biÕn , có thể là đầu ra trung gian. Trờng hợp thứ nhất biến IRi là biến trung gian thì ký hiƯu cđa nã cịng t−¬ng tù nh− ký hiƯu cđa các biến vào Xi.

IRi IRi

BiÕn ra Yi:

Yi / IRi

2. Chuỗi logic : X0 Y0 STR X0

LƯnh gäi biÕn vµo: OUT Y0

Lệnh gọi và phủ định biến vào:

X0 Y0 STR NOT X0 OUT Y0

LÖnh céng OR: X2 STR X2

IR7 OR IR1

IR1

OR Y3 Y3

X1 STR NOT X1

Y0 Y3 OR NOT Y0 OR NOT IR12

IR12 OUT Y3

LÖnh AND : X0 Y1 IR3 Y0 STR X0 AND Y1

AND IR3

OUT Y0

X0 Y3 IR6 IR0 STR NOT X0AND NOT Y3AND NOT IR6OUT IR0

Lệnh OR và AND : X1 X6 Y2 STR X1AND NOT X6AND Y2 Y5 STR IR0 IR0 X7 IR2 AND X7AND IR2OR STR OUT Y5Lệnh đếm thời gian TMR

X0 STR X0

STRX1

TMR Y0 TMR 0

X1 100 100

Lệnh đếm CTR

STR X0

X0 STR X1

CTR 3 Y5 STR X2

X1 21 CTR 3

21
OUT Y5 X2

Ngôn ngữ Sơ đồ khối của hàm lơ gíc FBD

Sơ đồ khối của hàm lơ gíc là ngơn ngữ lập trình đồ hoạ. Ngơn ngữ này cho phép ng−ời lập trình xây dựng các qui trình điều khiển phức tạp bằng cách lấy các hàm từ th− viện FBD và viết chúng vào một diện tích đồ hoạ. Một khối hàm lơ gíc biểu diễn quan hệ hay hàm giữa các biến đầu vào và đầu ra.

Ta có thể xây dựng hàm hồn chỉnh thao tác bởi ch−ơng trình FBD với các sơ đồ khối của các hàm cơ sở từ th− viện FBD. Mỗi khối hàm cơ sở có số l−ợng đầu vào/ra cố định trên các điểm nối. Đầu vào đ−ợc nối vào mặt bên trái của khối và đầu ra mặt bên phải. Hàm cơ sở thực hiện các hàm đơn giản giữa các đầu vào và đầu ra của nó. Kết quả của hàm lơ gíc đ−ợc chuyển đến đầu ra. Tên của khối đ−ợc ký hiệu bằng các ký tự la tinh.

Sơ đồ khối hàm logic là một ngơn ngữ ký hiệu, trong đó các tổ hợp khác nhau của các biến lơ gíc đ−ợc biễu diễn bởi các ký hiệu logic tiêu chuẩn hố. T−ơng tự nh− sơ đồ thang, để lập trình đ−ợc trong ngơn ngữ này ta cần phải có màn hình để hiển thị sơ đồ.

1. C¸c biÕn logic: Tơng tự nh các ngôn ngữ khác, các biến đợc ký hiệu là các chữ in hoa. Các phần tử lô gíc có thể có nhiều dạng ký hiệu khác nhau, tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn sử dụng: BS, AFNOR, ISO vv.. Các ký hiệu của các phần tử l« gÝc theo chuÈn ISO nh− sau:

A

NOT: A 1 X X = A NOR: ≥1 X X = A+B

B

A AND: A

AB

& X X = A.B XOR: =1 X X= A. + .B

B B

OR: A A

C

B

2. Các phép tính logic:

Tơng đơng với các lệnh sau: STR X0

X0 1 = Y0 OUT Y0

X0 1 = Y0 STR NOT X0OUT Y0

X3 STR X3

≥1 OR Y4

Y4 = Y

0 OR IR0

IR0 OUT Y0

X3 STR NOT X3

≥1 OR Y4

Y4 =

Y0 OR NOT IR0

IR0 OUT Y0

X0 STR X0

AND X1 & = Y0 OUT NOT Y0 X1

Y0 STR NOT Y0

AND NOT X0

X0 & = Y1 AND X1

X1 OUT Y1

Y0 STR NOT Y0

AND NOT X0

X0 & AND X1

X1

IR0 STR IR0

AND NOT X0

X0 & AND X1

X1 OR STR

OUT Y9

Y0 STR NOT Y0

OR NOT X0 X0 ≥1 OR X1

X1

& = Y9

IR0 STR IR0

OR NOT X0 X0 ≥1 OR X1

X1 AND STR

OUT Y9

TMR 0

STR X0

X0 10 STR X1

= Y0 TMR 0

X1 OUT Y0

CTR 5

X3 STR X3

STR X9

10 = Y

7 CTR 5

X9 10

CTR 7 STR X3

X3 STR X4

10 STR X9

X4 = Y10 CTR 7

10

X9 OUT Y10

Ngôn ngữ Grafcet

Đây là ngôn ngữ đ−ợc phát triển bởi các nhà khoa học Pháp vào năm 1982. Ngôn ngữ này đ−ợc đặt tên từ chữ viết tất của Graphe Fonctionnel de Commande Etapes – Transition [Đồ hoạ chức năng điều khiển giai đoạn – chuyển tiếp] do hai cơ quan khoa học của Pháp là AFCET [ Liên hiệp Pháp về kinh tế và kỹ thuật] và ADEPA [ Hiệp hội vê phát triển nền sản xuất tự động] hợp tác soạn thảo. Grafcet là công cụ đễ biểu diễn các hoạt động điều khiển của các hệ thống tự động. Trong các hoạt động của các hệ thống vật lý thì ta có thể gặp hai dạng hoạt động: hoạt động kế tiếp nhau và hoạt động đồng thời. Mỗi hoạt động hay mỗi trạng thái đ−ợc thể hiện bằng một khối hình vng hoặc hình chữ nhật. Các hoạt động đ−ợc liên kết với nhau bằng các đoạn thẳng, giũa các đoạn thẳng này đ−ợc vạch bằng một gạch phân cách để chỉ trạng thái chuyển tiếp tức là kết thúc của một hoạt động và các điều kiện bắt đầu cho hoạt động tiếp theo. Đầu vào của một khối là điều kiện để bắt đầu của trạng thái hay của hoạt động kế tiếp và chính là kết thúc của một hay nhiều hoạt động tr−ớc đó.

Ngơn ngữ Grafcet biểu diễn các hàm logic bằng sơ đồ của các chuỗi nhiệm vụ kế tiếp
nhau. Ngôn ngữ này rất đơn giản cho ng−ời sử dụng, đặc biệt là đối với những ng−ời không am hiểu sâu về PLC. Grafcet là công cụ đ−ợc chuẩn hoá theo theo tiêu chuẩn của Pháp AFNOR. Từ Grafcet có thể chuyển sang ngơn ngữ máy, ngơn ngữ bảng lệnh, sơ đồ thang hay sơ đồ hàm logic.

Mỗi trạng thái của hệ thống đ−ợc ký hiệu bởi một hình vng có chỉ số của trạng thái đó. Chuyển tiếp từ trạng thái này sang trạng thái kia đ−ợc xác định bởi tác động đ−ợc thực hiện tại trạng thái đứng tr−ớc.

0 Trạng thái khởi động của Grafcet

BËt công tắc

i ốn L1

Sự chuyển tiếp trạng thái của hoạt động thứ i sang hoạt động thứ j đ−ợc thể hiện bằng điều kiện chuyển tiếp CT [hình **]

i

CT Dung lợng dịch chuyển

j

S đồ dịch chuyển từ trạng thái i sang trạng thái j.

Có thể có khả năng chuyển từ một trạng thái sang hai trạng thái khác nhau: I i

CT1

CT1 CT2

Tr−ờng hợp thứ nhất là tr−ờng hợp phân nhánh đơn của ch−ơng trình, t−ơng ứng với điều kiện CT1 hay điều kiện CT2. Một trong hai điều kiện đ−ợc đáp ứng, ch−ơng trình tiếp tục thực hiện các hoạt động tiếp theo. Tr−ờng hợp thứ hai là tr−ờng hợp phân nhánh song song. Hoạt động của các nhánh diễn ra đồng thời khi trạng thái chuyển tiếp CT1 đuợc ỏp ng.

Ngợc lại cũng có khả năng từ hai hay nhiều trạng thái chuyển về một trạng thái:

Trng hợp thứ nhất là một nhánh nào đó đã kết thúc hoạt động cuối cùng của nhánh, thì ch−ơng trình sẽ tiếp tục ở b−ớc tiếp theo.

CTi CTj

CTi

K K

Chơng 2

Các hệ thống đầu vào và đầu ra

H thng cỏc u vo/ra cung cấp các kết nối vật lý giữa các thiết bị bên ngoài và bộ xử lý trung tâm CPU. Các mạch giao diện đ−ợc sử dụng để chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến hay độ lớn của các đại l−ợng đo đ−ợc nh− tốc độ chuyển động, cao độ, nhiệt độ, áp suất và vị trí, thành các tín hiệu lo gíc để PLC có thể sử dụng đ−ợc. Dựa trên cơ sở của các giá trị cảm nhận đ−ợc hay đo đ−ợc, ch−ơng trình điều khiển trong PLC sẽ sử dụng các mạch điện ra khác nhau hoặc các mơ đun ra để kích hoạt các thiết bị nh− bơm, van, động cơ, báo động để thực hiện điều khiển máy và quá trình. Các mạch vào I [Input] và các mạch ra O [Output] hoặc các mô đun đ−ợc lắp ráp trong vỏ của thiết bị, trong tr−ờng hợp micro-PLC thì các kênh I/O là một phần của của vỏ PLC. Phần lớn vỏ của các PLC có thể cài bất kỳ mơ đun I/O vào một giắc cắm I/O nào đó. Vỏ của PLC đ−ợc thiết kế để tháo các mô đun I/O mà không cần tắt nguồn xoay chiều AC [Alternative Current] hay tháo các dây nối. Đa số các mô đun I/O sử dụng công nghệ mạch in và các bảng mạch đều có giắc nối để cắm vào phích cắm ở bảng mạch chính trên giá đỡ. Bảng mạch chính cũng là mạch in có ch−ac các cổng giao tiếp song song hoặc các kênh truyền thông tin đến bộ xử lý. Nguồn điện một chiều DC [Direct Current] đ−ợc cấp đến để kích hoạt mạch lơ gíc và các mạch chuyển đổi tín hiệu trong các mơ đun I/O.

2.1 C¸c đầu vào số

Cỏc kờnh vo s thuc nhúm ln nhất của tín hiệu bên ngồi trong các hệ thống PLC. Thiết bị ngoại vi cung cấp tín hiệu vào số với hai giá trị khác hẳn nhau về bản chất, đặc tr−ng cho hai trạng thái đóng/mở, hay bật/tắt.

Các thiết bị gián đoạn thờng xuất hiện phần lớn trong các ứng dụng điều khiển quá trình bao gåm:

+ Công tắc bánh gạt, + Công tắc nhiệt, + Công tắc l−u l−ợng, + Công tắc mức chất lỏng, + Cơng tắc vị trí của van, + Cơng tắc khởi động từ, + Cơng tắc xoay,

+ Nót bấm,
+ Công tắc vị trí, + Công tắc áp suất, + Công tắc cần gạt, + Công tắc tiệm cận, + Tiếp điểm rơ le, + Công tắc giới h¹n,

+ Tiếp điểm khởi động động cơ, + Cảm biến quang điện.

Nếu thiết bị gián đoạn đ−ợc đóng, tức là điện áp đ−ợc truyền qua thiết bị, trên mạch vào của PLC thu đ−ợc tín hiệu điện áp cấp đến. Để chỉ thị trạng thái của thiết bị và chuyển đổi thành tín hiệu lơ gíc, mạch lơ gíc vào biến đổi tín hiệu về mức t−ơng đ−ơng với điện áp mà CPU có thể xử lý đ−ợc. Giá trị lơ gíc 1 t−ơng ứng với trạng thái bật [ON] hay đóng [CLOSED], và lơ gíc 0 t−ơng ứng trạng thái tắt [OFF] hay ngắt [OPENED].

2.2. Các đầu ra số

iu khin cỏc i l−ợng ra gián đoạn chỉ giới hạn trong các thiết bị có yêu cầu một trong hai trạng thái đ−ợc chọn là ON/OFF, OPEN/CLOSED hay kéo /nén. Các thiết bị gián đoạn th−ờng gặp trong quá trình điều khiển máy và q trình cơng nghệ gồm:

+ ThiÕt bÞ trun tÝn hiƯu,

+ Báo động bằng tín hiệu ánh sáng, + Rơ le điều khiển bằng điện, + Quạt điện,

+ Đèn chỉ thị bằng tín hiệu ánh sáng, + Van ®iƯn,

+ Cịi báo động, + Van con tr−ợt,

+ Khởi động từ cho động cơ, + Rơ le nhiệt.

Trong lúc hoạt động, mạch giao diện trên đầu ra của PLC bật điện áp điều khiển để truyền đến thiết bị ra. Nếu tín hiệu ra đ−ợc bật [ON] qua ch−ơng trình điều khiển, mạch giao diện sẽ để cho điện áp điều khiển kích hoạt thiết bị u ra.

2.3. Dạng tín hiệu vào/ra

Mi tớn hiu vào và ra đều đ−ợc cấp năng l−ợng bởi một bảng nguồn cấp điện áp: +5 VDC, +24VDC,… Các mạch giao diện có thể cho ra các mức điện áp một chiều và xoay chiều khác nhau nh−:

+ 5 VDC + 12 VDC + 24 VDC + 48 VDC,

110 VAC hay DC, 220VAC hay DC,

100 VDC hoặc các tiếp ®iĨm kh«.

là thiết bị cấp dịng. Ng−ợc lại nếu thiết bị đầu vào là thiết bị tiêu thụ dịng thì ta phải sử dụng mạch nguồn. Vấn đề trục trặc sẽ xảy ra khi mô đun vào là mô đun tiêu thụ và các thiết bị đầu vào trừ một thiết bị là các đầu vào cấp nguồn. Thiết bị đầu vào tiêu thụ dịng có thể sẽ ở trạng thái bật [ON], nh−ng mô đun vào khơng thể phát hiện tín hiệu ON, mặc dù điện áp có thể đo qua các đâu kết nối của mơ đun vào. Đây chính là khả năng tiềm ẩn rằng thiết bị đầu vào khhông kết nối đ−ợc và mạch vào của mơ đun vào /ra có thể bị hỏng. Mạch điện áp vào xoay chiều gián đoạn

Một sơ đồ khối đặc tr−ng của nguồn điện áp vào xoay chiều nh− trên hình 2… Hình 2… Sơ đồ khối của mạch điện áp vào xoay chiều

Các mạch vào của PLC cũng rất đa dạng và phụ thuộc vào các nhà sản xuất, nh−ng nhìn chung thì các mạch vào gián đoạn hoạt động t−ơng tự nh− hình 2..

Mạch điện áp vào cấu tạo bởi hai phần sơ cấp là phần nguồn và phần lơ gíc. Phần nguồn và phần lơ gíc của mạch th−ờng kết nối với nhau sao cho phần mạch nguồn vào đ−ợc cách điện với phần mạch lơ gíc. Sự cách điện rất quan trọng đặc biệt trong môi tr−ờng nhiễu công nghiệp. Vấn đề chính của các ứng dụng máy tính trong điều khiển quá trình ở thời kỳ ban đầu là chỗ các mạch vào và mạch ra không đ−ợc thiết kế cho môi tr−ờng tồi tệ nh− môi tr−ờng công nghiệp với độ ẩm cao, rung, ồn bụi, nhiễu in t vv.

Trên hình 2..

Hỡnh 2.. Mch in áp vào gián đoạn đặc tr−ng

Phần nguồn của mạch thực hiện chức năng biến điện áp vào 110 VAC hay 220 VAC từ các thiết bị ngoại vi đến mức tín hiệu lơ gíc mà PLC có thể sử dụng đ−ợc. Một cầu nắn dịng biến đổi tín hiệu vào thành tín hiệu một chiều. Tín hiệu mức một chiều này đ−ợc truyền qua bộ lọc gồm một tụ điện dung C và các trở R2, R3 để giảm thiểu biên độ sóng của mạch cầu. Mạch RC này có thể gây ra sự trễ 10 đến 25 mi li giây. Mạch ra sử dụng đi ốt Zener để phát hiện khi nào tín hiệu đến đạt ng−ỡng điện áp điện áp vào . Nếu tín hiệu vào vuợt quá và duy trì ở trên mức điện áp ng−ỡng cho thời gian ít nhất bằng thời gian trễ của bộ lọc, tín hiệu đ−ợc chấp nhận nh− tín hiệu vào đúng. Khi tín hiệu vào đ−ợc phát hiện, nó đi đến mạch cách điện, mạch này chuyển hoàn toàn cách điện tín hiệu từ điện áp AC hay DC thành điện áp ở mức lơ gíc. Mạch lơ gíc sử dụng tín hiệu ở mức lơ gíc từ bộ cách điện và tín hiệu đ−ợc thực hiện sẵn sàng đ−a đến bộ xử lý thông qua kênh dữ liệu trên mặt sau của giá đỡ PLC. Cách điện đạt đến 1500VAC khi khơng có kết nối nào giữa thiết bị ngoại vi [nguồn] với thiết bị điều khiển [lơ gíc]. Sự cách điện này giúp ngăn chặn các xung điện áp cao có thể làm hỏng mạch lơ gíc của giao diện hay của thiết bị điều khiển. Một mạch cầu quang điện th−ờng dùng để đảm bảo cầu nối giữa phần nguồn và phần lô gíc. Khả năng cách điện chính là một trong các lý do tại sao PLC giành đ−ợc sự chấp nhận rộng rãi trong các q trình cơng nghiệp.

Trong cách hệ thống PLC nhỏ , vừa và lớn, thì các mạch vào gián đoạn đ−ợc lắp ráp cùng nhau trên một bảng mạch và lắp đặt trong mô đun vào. Các mơ đun vào có thể có 4, 8, 16 hay 32 mch vo trờn mt mụ un.

Các mô đun vào xoay chiều gián đoạn

Hỡnh 2.. Sơ đồ đấu dây đặc tr−ng của mô đun vào xoay chiều gián đoạn

Trên hình vẽ dây nóng 110VAC [L1] nối đến thiết bị và đây trung tính 110VAC [L2] nối đến đầu nối trung tính của mơ đun vào. Ký hiệu ACI110 trên mơ đun ở hình 2.. là số ký hiệu kiểu mô đun mà nhà sn xut.

Các mô đun vào một chiều [DC]

Các mô đun điện áp một chiều biến đổi trạng thái ON/OFF gián đoạn thành tín hiệu vào một chiều ở mức tín hiệu lơ gíc t−ơng thích với thiết bị điều khiển. Các mơ đun này th−ờng có ba mức điện áp: 12 VDC, 24 VDC và 48 VDC. Thiết bị t−ơng thích với các mơ đun này là cơng tắc, cơng tắc hành trình của van, nút ấn, công tắc tiệm cận một chiều, và cảm biến quang điện.

Sơ đồ đấu dây cho mô đun vào DC cũng t−ơng tự nh− đối với mô đun vào AC, trừ điểm khác biệt là điện áp một chiều DC thay thế cho điện áp xoay chiều AC. Tín hiệu điện áp xoay chiều AC [dây nóng] đến các thiết bị đầu vào đ−ợc thay thế bằng điện áp một chiều và đầu nối trung tính trên mơ đun đ−ợc thay thế bằng đầu nối mát một chiều chung. Các mô đun vào dạng TTL [Transistor – Transistor Logic]

Đây là các mơ đun sử dụng mạch lơ gíc tạo bởi các bộ transistor. Các mô đun vào TTL cho phép thiết bị điều khiển chấp nhận tín hiệu từ các thiết bị TTL t−ơng thích, kể cả các điều khiển trạng thái cứng và thiết bị cảm biến. Đầu vào TTL đ−ợc sử dụng để giao tiếp với các thiết bị điều khiển có mức điện áp +5 VDC và một số dạng cảm biến quang điện. Giao diện bởi mạch lơ gíc TTL đ−ợc thiết kế t−ơng tự nh− các mô đun vào một chiều DC. Mặc dù vậy, thời gian trễ của tín hiệu vào gây ra bởi lọc nhiễu th−ờng ngắn hơn nhiều. Các mô đun vào TTL th−ờng yêu cầu nguồn cấp điện áp ngoài mt chiu +5VDC.

Các mô đun vào gián đoạn cách ®iƯn

Các mơ đun đầu vào và đầu ra th−ờng có dây trung tính chung nối mỗi nhóm đầu vào hay đầu ra trên mỗi mô đun. Mặc dù đôi khi chúng ta có có thể nối thiết bị đầu vào có mức tiếp đất khác đến thiết bị điều khiển. Trong tr−ờng hợp nh− vậy, các mô đun vào cách điện [AC hay DC] với các đ−ờng tín hiệu trở về tách biệt khỏi mạch vào sẽ đ−ợc dùng để nhận các tín hiệu dạng này. Giao diện cách điện và thiết bị vào ra gián đoạn tiêu chuẩn hoạt động giống nhau, trừ tiếp đất chung của các đầu vào đ−ợc tách khỏi tiếp đất chung trong mô đun. Kết quả là mô đun vào cách điện yêu cầu số l−ợng đầu đấu dây nhiều gấp đôi. Hậu quả là mơ đun vào có thể t−ơng thích với một nửa các đầu vào với cùng tính chất vật lý [xem hình 2…]

Hình 2… Sơ đồ đấu dây của mô đun xoay chiều gián đoạn cách điện.

Sè của mô đun cách điện với điện áp 110VAC có ký hiệu IACI-110 và mô đun cách điện 220 VAC có ký hiệu IACI-220.

Mạch ra gián đoạn xoay chiỊu AC

Hình 2.. Sơ đồ khối của mạch ra xoay chiều gián đoạn

Đầu tiên, bộ xử lý gửi tín hiệu ra 0 hay 1 đến phần mạch lơ gíc. Tín hiệu từ phần lơ gíc sâu đó đi qua một mạch cách điện. Tín hiệu lơ gíc từ mạch cách điện đ−ợc cấp tiếp vào mạch cơng tắc nguồn và bộ lọc. Cuối cùng tín hiểua xoay chiều gián đoạn này điều khiển một thiết bị hoạt động với điện áp xoay chiều AC đ−ợc kết nối với điểm đầu ra của mô đun.

Phần công tắc nguồn xoay chiều th−ờng sử dụng bộ Trisistor hay mạch nắn đòng bán dẫn SCR [Silicon Controlled Rectifier] để bật nguồn xoay chiều AC giữa hai trạng thái ON hoặc OFF. Công tắc AC th−ờng đ−ợc bảo vệ bởi mạch RC hay nhiệt điện trở MOV [Metal Oxide Variator], điều này cho phép chống lại sự tăng áp cao quá giá trị điện áp cho phép. Các mạch bảo vệ này hay các thiết bị cũng cho phép ngăn các nhiễu điện từ các các hoạt động của các mơ đun gây ra. Cỗu chì có thể đ−ợc cung cấp trên mạch ra để bảo vệ dịng q lớn có thể làm hỏng cơng tắc xoay chiều AC. Nếu cầu chì khơng đ−ợc cấp cho mỗi mạch trong mơ đun thì chúng có thể đ−ợc thêm vo bờn ngoi ca cỏc mch ra.

Mô đun xoay chiều gián đoạn AC

i vi cỏc PLC nh, vừa và lớn thì các mạch xoay chiều gián đoạn AC đ−ợc lắp chung trên một bảng mạch đơn và cài đặt trong mô đun ra. Các mô đun ra th−ờng có 4, 8, 16 hay 32 mạch ra trên một bo mạch. Cũng nh− các mô đun vào, các mơ đun ra cũng có các diode quang LED để báo hiệu trạng thái của lơ gíc đang hoạt động. Một sơ đồ kết nối của mô đun ra đ−ợc minh hoạ trên hình 2…

Hình 2… Sơ đồ kết nối của mô đun ra gián đoạn xoay chiều.

Các đi ốt LED đ−ợc đặt ở phía trên của mơ đun. Hai đầu ra đầu tiên đ−ợc nối với hai bộ khởi động cho máy gia nhiệt 1 và 2. Tiếp điểm của rơ le chống quá tải OL đ−ợc mắc nối tiếp để tắt bộ khởi động khi dòng tăng cao trong mạch khởi động. Hai đầu ra tiếp theo tại điểm ra 2 và 3 đ−ợc nối với van tr−ợt điện từ 110 VAC là LV-1 và LV-2. Bốn điểm ra còn lại đ−ợc mắc nối tiếp với 4 bộ khởi động với rơ le chống quá tải cùng với cuộn khởi động. Ta cũng cần chú ý rằng điện áp đóng mạch là điện áp ngồi cấp đến mô đun, hay mô đun cũng là thiết bị cp ngun.

Mô đun ra một chiều DC

Mụ un ra một chiều DC đ−ợc sử dụng để cấp nguồn một chiều cho thiết bị ra. Chức năng hoạt động của đầu ra DC t−ơng tự nh− đầu ra AC. Mạch công suất th−ờng đ−ợc sử dụngcác transistor công suất để đóng tải. Giống nh− tyristor, transistor có khả năng phải chịởntạng thái quá áp và dòng khởi động lớn, điều này gây ra việc nung nóng và đoản mạch. Để tránh hiện t−ợng này ta phải bảo vệ các transistor cơng suất bằng các cầu chì. Sơ đồ đấu dây cho mô đun một chiều cũng t−ơng tự nh− sô− đồ đấu dây của mô đun xoay chiều, chỉ có khác là điện áp cung cấp là điện áp một chiều thay cho điện áp xoay chiều. Điểm nối của dây nóng xaoy chiều đ−ợc thay bằng điểm nối điện áp d−ơng một chiều. Điểm nối dây AC trung tính đ−ợc thay bằng tiếp đất hay điểm nối cc in ỏp õm.

Mô đun ra tiếp điểm khô

điện này có thể gây ra tín hiệu giả trong nhiều trờng hợp. Trong các ứng dụng nh vậy, ta cần sử dụng mô đun ra với tiếp điểm khô.

Mụ un ra tip im khụ c sử dụng để đóng tải xoay chiều AC hay một chiều DC. Mặc dù vậy, chúng th−ờng đ−ợc sử dụng trong các ứng dụng với điện áp xoay chiều để cung cấp khả năng cách điện giữa PLC và các thiết bị điện phức tạp khác, nh− bộ điều tốc VSD [Variable Speed Drives]. Hình 2… là mơ đun ra tiếp điểm khô với bốn tiếp điểm th−ờng mở NO điều khiển khởi động và tắt hai bộ điều khiển tốc độ động cơ. Trong ứng dụng này, đây là sự cách điện hồn hảo giữa PLC và VSD.

M« ®un ra TTL

Mô đun ra TTL cho phép thiết bị điều khiển tác động lên thiết bị đầu ra t−ơng thích với TTL nh− màn hình số 7 đoạn, mạch tích hợp và các thiết bị lơ gíc cơ sở khác nhau với điện áp +5VDC. Các mô đun này th−ờng yêu cầu nguồn điện áp ngoài +5 VDC vi dũng in yờu cu c bit.

Mô đun ra cách điện xoay chiều

Giao din cỏch in ca u ra AC đ−ợc minh hoạ trên hình 2.. Hình 2.. Sơ đồ đấu dây của mô đun ra xoay chiều cách điện đặc tr−ng

Ta có thể thấy rằng mơ đun đầu ra điều khiển ba tải khác nhau [ ba bộ khởi động cho ba bơm khác nhau], chúng đ−ợc nối tới ba nguồn xoay chiều khác nhau. −u điểm của mơ đun này là chúng ta có thể khơng phải bận tâm vì có các nguồn điện áp khác nhau trong nhà máy của chúng ta. Điều bất lợi là số l−ợng dây đấu tăng lên và giảm số đầu vào có thể của mỗi mơ đun bởi cơ số 2. Trong ứng dụng trên hình 2.. ba nguồn điện áp 110 VAC khác nhau đ−ợc sử dụng để bật ba bộ khởi động động cơ của ba bơm 1, 2 và 3. Đây là ứng dụng đặc tr−ng cho mô đun ra xoay chiều cách điện AC.

Mô đun tơng tự vào/ra [I/O]

S hin din của các mạch tích hợp giá thành rẻ và các mạch điện tử công nghiệp đã làm tăng các khả năng của các mạch t−ơng tự trong các thiết bị điều khiển PLC. Khả năng mở rộng này đ−a đến sự ra đời của các mô đun vào/ra t−ơng tự tinh vi.

Các mô đun t−ơng tự cho phép đo số l−ợng thu đ−ợc từ các cảm biến của quá trình và các thiết bị cung cấp dữ liệu t−ơng tự. Các mô đun đầu ra t−ơng tự cho phép điều khiển các thiết bị với tín hiệu t−ơng tự liên tục. Các đầu vào /ra t−ơng tự cho phép theo dõi và điều khiển các điện áp và dòng điện t−ơng tự, t−ơng thích với các cảm biến, các bộ điều khiển động cơ, và các thiết bị quá trình. Sử dụng đầu vào/ra t−ơng tự và chuyên dụng cho phép đo hay điều khiển phần lớn các đại l−ợng của q trình cơng nghiệp dài nh− giao din tng ng s dng.

Thiết bị đầu vào tơng tù: - CÈm biÕn l−u l−ỵng - CÈm biÕn ¸p st - CÈm biÕn nhiƯt - Cẩm biến phân tích - Cẩm biến vị trí - BiÕn trë

- Thiết bị điều khiển động cơ, - Thiết bị đo t−ơng tự,

- Thiệt bị ghi đồ hoạ,

- Thiết bị điều khiển quá trình

- Dũng điều khiển bộ chuyển đổi khí nén - Van điều khiển bằng điện

- Bộ điều khiển tốc . -

Mô đun vào tơng tự

Giao din ca mô đun vào t−ơng tự chứa các mạch cần thiết để có thể nhận tín hiệu điện
áp hay dịng điện t−ơng tự từ các thiết bị bên ngoài. Đầu vào điện áp hay dòng điện đ−ợc biến đổi từ tín hiệu t−ơng tự thành các giá trị số tỉ lệ với tín hiệu t−ơng tự nhờ có bộ chuyển đổi tín hiệu ADC [Analog to Digital Converter]. Giá trị chuyển đổi đi qua kênh dữ liệu của thiết bị điều khiển và l−u trong bộ nhớ để sử dụng về sau.

Giao diện vào t−ơng tự có đặc tr−ng là có trở kháng vào rất cao, điều này cho phép chúng giao diện với thiết bị bên ngoài khơng cần tải tín hiệu. Đ−ờng vào từ các thiết bị t−ơng tự th−ờng đ−ợc bọc chống nhiễu bằng hai lớp dẫn điện. Cáp chống nhiễu giảm ảnh h−ởng của nhiễu từ các nguồn bên ngoài đi rất nhiều. Giao diện của tầng đầu vào cung cấp mạch lọc và mạch cách điện để bảo vệ mô đun từ các tr−ờng nhiễu phụ. Một sơ đồ kết nối đặc tr−ng minh hoạ trên hình 2…,. Trong ví dụ này, mơ đun vào t−ơng tự cung cấp nguồn điện áp một chiều DC yêu cầu bởi các thiết bị biến đổi dịng bên ngồi.

Phần lớn các mơ đun đ−ợc thiết kế để thu nhận đến 16 tín hiệu dơn cực hay 8 tín hiệu t−ơng tự l−ỡng cực, thể hiện l−u l−ợng, áp suất, mức và t−ơng tự. Chúng sau đó đ−ợc chuyển đổi thành các từ tỉ lệ với 10 đến 15 bit nhị phân trong bộ nhớ. Đầu vào đén các mơ đun riêng biệt nói chung phải là tất cả là đơn cực hoặc l−ỡng cực. Chọn dạng tín hiệu có thể thực hiện bằng phần cứng hay phần mềm. Nếu tín hiệu qua chuyển đổi l−u trong bộ nhớ của mô đun và đ−ợc gửi đến bộ nhớ của vi xử lý trong nhóm hay trong khối các dữ liệu.

Ch−ơng trình điều khiển sử dụng cấu trúc dữ liệu để truền đến mô đun t−ơng tự. Thông tin về cấu trúc bao gồm lựa chọn miền ví dụ +1 đến +5 VDC, 4 đến 20mA vv. Và hệ số tỉ lệ ca tớn hiu.

Hình 2..

Mô đun ra tơng tự

Mô đun ra t−ơng tự nhận dữ liệu từ bộ xử lý trung tâm của PLC. Dữ liệu đựoc truyền tỉ lệ
với điện áp hay dòng điện để điều khiển thiết bị t−ơng tự bên ngoài. Dữ liệu số đi qua bộ chuyển đổi tín hiêu DAC và gửi đi d−ới dạng t−ơng tự. Cách điẹn giữa mạch ra và mạch lơ gíc đ−ợc đảm bảo bởi cầu quang điện. Các mô đun này th−ờng cần nguồn cấp ngồi với dịng điện xác định và điện áp theo yờu cu.

Mô đun chuyên dụng

Rt nhiu loau mụ đun chuyên dụng đ−ợc sử dụng trong các hệ PLC. Một nhà sản xuất PLC có trên 120 dạng mơ đun vào ra. Chúng ta chỉ quan tâm đến hai trong các mơ đun đó là: mơ đun nối vơi encoder và bộ đếm và mô đun xung vào tốc độ cao.

Mô đun này cung cấp một bộ đếm tốc độ cao từ bên ngoài đến bộ xử lý, sao cho đáp ứng tới các xung đầu vào ghi nhận đ−ợc trong giao diện. Bộ đếm này th−ờng hoạt động độc lập ngoài ch−ơng trình qt hay qt đầu vào/ra. Lý do có vẻ đơn giản nếu bộ đếm phụ thuộc vào ch−ơng trình PLC thì các xung tốc độ cao sẽ khơng đêmd đ−ợc hay bị mất trong quá trình quét. ứng dụng tiêu biểu là giao diện encoder/ bộ đếm là các hoạt động yêu cầu trực tiếp các đầu vào từ encoder và có khả năng cung cấp trực tiếp sự so sánh của các đầu ra.

Mô đun này nhận các xung vào từ bộ encoder gia tăng. Các xung này chỉ vi trí khi thiết bị quay. Bộ đếm xung gửi chúng tới bộ xử lý. Bộ encoder tuyệt đối th−ờng sử dụng vơid giao diện sao cho nhận đ−ợc dữ liệu dạng mã BCD hay mã Gray, thể hiện vị trí góc của trục cơ đang đ−ợc đo.

Trong q trình hoạt động, các mơ đun này thu đ−ợc các xung vào, các xung này đ−ợc đếm và so sánh với giá trị đ−ợc ng−ời vận hành lựa chọn Bộ đếm của mơ đun vào th−ờng có tín hiệu ra là tín hiệu kích hoạt khi đầu vào và giá trị ng−ỡng đếm bằng nhau. Mặc dù vậy, điều này không cần thiết trong phần lớn các PLC. Bởi dữ liệu có trong CPU, ch−ơng trình có thể sử dụnghàm so sánh để đều khiển một đầu ra nào đó trong ch−ơng trình điều khiển.

Truyền dữ liệu giữa giao diện của encoder /bộ đếm với CPU là hai chiều. Mô đun này chấp nhận đặt giá trị ng−ỡng đếm và các dữ liệu điều khiển khác từ CPU và truyền dữ liệu và trạng thái đến bộ nhớ của PLC. Đầu ra điều khiển cho phép từ ch−ơng trình điều khiển, sao cho lệnh đến mô đun phạilàm hoạt động các đầu ra t−ơng ứng với giá trị đếm nhận đ−ợc. CPU sử dụng ch−ơng trình điều khiển, fcho phép và đặt các hoạt động của bộ đém.

Mô đun đếm xung vào

Bộ đếm xung vào đ−ợc dùng để giao tiếp vơi thiết bị bên ngoài mà chúng tạo ra các xung, nh− chuyển độngtheo các bộ đo l−u l−ợng chuyển động theo chiều duơng và bộ đo l−u l−ợng dạng tua bin. Trong ứng dụng đặc tr−ng, bộ đo l−u l−ợng phát ra các xungvới biên độ +5VDC phụ thuộc vào thể tích của chất lỏng đi qua. Mỗi xung thể hjiện một thể tích cố định, ví dụ một xung có thể t−ơng đ−ơng 1 lít chất lỏng. Trong ví dụ trên, bộ đếm của PLC đếm số xung nhận đ−ợc bằng mơ đun xung vào sau đó tính tốn thể tích chất lỏngđi qua trong thời gian chu kỳ cố định.

Mô đun vào/ra thông minh

x lý tt mt số dạng tín hiệu hay dữ liệu, cần có các mô đun cấu tạo từ các bộ vi xử lý. Các giao diện thơng minh này xử lý các tín hiệu vào giống nh− các mô đun nối với can nhiệt hay các tín hiệu khác khơng thể giao diện đ−ợc bằng các mô đun vào /ra tiêu chuẩn. Mơ đun thơng minh có thể thực hiện hồn chỉnh các chức năng xử lý tín hiệu, độc lập với CPU và chu trình quét của ch−ơng trình điều khiển. Trong phần này ta sẽ trình bày về hai trong số các mô đun thông minh hay sử dụng nhất: mô đun vào của các can nhiệt và mô đun ra vi ng c bc.

Mô đun vào nối với c¸c can nhiƯt

Một mơ đun vào của các can nhiệt đ−ợc thiết kế để nhận trực tiếp các đầu vào từ can nhiệt nh− trên hình 2..

H×nh 2.. Mô đun vào nối với can nhiệt

một mơ đun vào tiêu chuẩn, chỉ có khác là nó thu nhận các đầu vào có mức tín hiệu thấp cỡ mi li vơn. Các tín hiệu vào sẽ đ−ợc lọc, khuyếch đại, và số hoá qua bộ chuyển đổi tín hiệu t−ơng tự – số ADC. Các tín hiệu này sau đó đ−ợc gửi đến bộ vi xử lý có trong mơ đun để tuyến tính hố và chuyển thành giá trị nhiệt độ. Cuối cùng thì giá trị nhiệt độ sẽ đ−ợc gửi về CPU theo lệnh từ ch−ơng trình điều khiển. Dữ liệu nhiệt độ đ−ợc sử dụng bởi ch−ơng trình điều khiển PLC để thực hiện quá trình điều khiển nhiệt hay chỉ thị nhiệt độ.

Mô đun động cơ b−ớc

Mô đun động cơ b−ớc tạo ra các xung kéo t−ơng thích với bộ điều khiển của động cơ b−ớc. Các xung đ−ợc gửi đến bộ điều khiển th−ờng thể hiện d−ới dạng khoảng cách, tốc độ, và h−ớng để điều khiển động cơ. Giao diện của động cơ b−ớc nhận các tín hiệu điều khiển từ ch−ơng trình điều khiển. Vị trí xác định bởi số l−ợng định tr−ớc các xung ra bằng lệnh điều khiển tiến hay lệnh điều khiển lùi, bằng tăng tốc hay giảm tốc với điều khiển bằng hàm tăng, tức là xác định bởi tốc độ của các xung ra. Các điều khiển này nhìn chung là các điều khiển chuyên dụng trong ch−ơng trình điều khiển và một khi giao diện ra đ−ợc khởi tạo bởi lệnh khởi động, nó sẽ phát ra các xung theo ch−ơng trình PLC. Khi chuyển động bắt đầu, mơ đun ra sẽ không tiếp nhận một điều khiển nào từ CPU cho đến khi chuyển động đ−ợc thực hiện xong. Một số mơ đun có có thể có các lệnh để huỷ lệnh điều khiển này và đặt lại vị trí tức thời. Lệnh này phải đ−ợc huỷ bỏ khi tiếp tục thực hiện lệnh điều khiển chuyển động của động cơ. Mô đun này cũng gửi dữ liệu theo trạng thái của bộ xử lý của PLC.

Hình 2.. Sơ đồ nối của mô đun ra điều khiển động cơ b−ớc Mơ đun truyền thơng

Có sáu dạng mơ đun truyền thông đ−ợc sử dụng trong hệ thống PLC để trao đổi giữa các phần tử của hệ thống. Đây là các mô đun dạng mã ASCII, mô đun nối vào/ra điều khiển từ xa vạn năng, thẻ giao diện PCMCIA, mô đun giao diện Ethernet, và mô đun biến i tớn hiu si cỏp quang.

Mô đun truyền thông m· ASCII

Mô đun truyền thông ASCII đ−ợc sử dụng để truyền và thu dữ liệu dạng ký tự và số giữa các thiết bị ngoại vi và thiết bị điều khiển. Thiết bị ngoại vi đặc tr−ng là máy in, màn hình số, thiết bị lập trình vv. Mơ đun này cũng tuỳ thuộc vào nhà sản xuất. Mạch giao diện truyền thông th−ờng bao gồm bộ nhớ và một vi xử lý dành riêng. Giao diện của các thông tin đ−ợc trao đổi th−ờng chiếm chổ qua cổng nối tiếp RS-232C, RS-422 hay RS-485 hay qua đ−ờng truyền mạch vịng với dong 20mA.

Mơ đun ASCII sẽ có bộ nhớ RAM riêng, để l−u trữ các khối thông tin chuẩn bị đ−ợc truyền đi. Khi dữ liệu vào từ thiết bị ngoại vi đ−ợc nhận trong mô đun, nó truyền đến bộ nhớ của PLC thơng qua lệnh truyền dữ liệu. Tất cả các thông số của khởi thảo truyền tin nh− bit chẳn [chẳn hay lẻ] hay không chẳn, số của bit dừng [stop bit], tốc độ truyền, có thể đ−ợc chọn bằng phần mềm hay phần cng.

Mô đun kết nối vạn năng I/O

Các hệ vao/ra con th−ờng đ−ợc nối vào bộ xử lý thông qua đ−ờng truyền kênh [bus] hay mạng hình sao. Cự ly từ bộ xử lý đến các hệ thống vào /ra con từ xa thông th−ờng vào khoảng 300m đến vài km, phụ thuộc vào dạng thiết bị điều khiển.

Sự bố trí các hệ thống vào /ra từ xa tạo ra khả năng tiết kiệm khá lớn về dây dẫn, nhân công cho các hệ thống điều khiển cỡ lớn, mà trong đó các thiết bị đ−ợc gộp vào một số khu vực xử lý từ xa. Nếu bộ xử lý đ−ợc đặt trong phòng điều khiển chính hay ở một số vị trí trung tâm khác, chỉ cần một cáp thông tin chạy giữa bộ xử lý và các hệ thống từ xa ngoài hiện tr−ờng thay vì hàng trăm, thậm chí hàng ngàn đ−ờng dây nối từ bộ xử lý đến các thiết bị hiện tr−ờng.

Bố trí các hệ thống vào/ra từ xa cịn có −u điểm là cho phép các hệ thống con lắp đặt và thử nghiệm độc lập cũng nh− cho phép bảo d−ỡng và khắc phục sự cố trên từng trạm trong khi các bộ phận khác vẫn tiếp tc hot ng.

Mô đun truyền thông nối tiếp

Mụ đun truyền dữ liệu nối tiếp th−ờng đ−ợc sử dụng để truyền thông tin giữa thiết bị điều khiển và một thiết bị thông minh với đầu ra nối tiếp nh− cân khối l−ợng với cổng nối tiếp. Mô đun truyền thơng nối tiếp này th−ờng có hai đến bốn cổng nối tiếp để có thể kết nối với các cổng giao diện nối tiếp tiêu chuẩn nh− RS-232, RS-422, RS-485.

ThỴ giao diƯn PCMCIA

Vào năm 1990, hiệp hội thẻ nhớ quốc tế cho máy tính cá nhân [Personal Computer Memory Card International Association] phát triển một tiêu chuẩn cho thẻ tín dụng cỡ thẻ giao diện cho máy tính cá nhân. Tiêu chuẩn này định nghĩa cấu trúc và ph−ơng pháp truyền thông cho các thẻ giao diện PC. Các thẻ giao diện này đ−ợc phát triển theo điều khoản 2.0 của tiêu chuẩn và đ−ợc sử dụng để l−u trữ dữ liệu và trao đổi thông tin vao/ra. Các nhà sản xuất PLC phát triển thẻ PCMCIA để máy tính sách tay có thể trao đổi đ−ợc với bộ xử lý của PLC hay đ−ờng truyền dữ liệu tốc độ cao để thực hiện phần mềm PLC hay các hàm sự cố.

Cac thẻ giao diện PCMCIA giống nh− với phần mềm chuẩn đoán để kiểm tra rằng thẻ hoạt động tốt và để kết nối nó vi mng truyn thụng ca PLC.

Mô đun truyền thông Ethernet

Mô đun giao diện Ethernet đ−ợc thiết kế để cho phép một số PLC và các máy tính điều khiển có thể trao đổi thơng tin tốc độ cao trên mạng thông tin tốc độ cao của nhà máy. Mạng nội bộ của nhà máy LAN [Local Area Network] có khả năng truyền dữ liệu và thơng tin điều khiển từ một hệ thống đến hệ thống khác với tốc độ truyền tin cao. Nh− vậy điều khiển hệ thống cơng nghiệp có thể pân bố thành một ssó lớn các thiết bị điều khiển PLC, máy tính, và các thiết bị thông minh. Trong một hệ thống nh− vậy, thông tin đ−ợc trao đổi dễ dàng giữa hệ thống điều khiển, nh−ng mỗi hệ thống có thể điều khiển độc lập một phần của nhà máy công nghiệp. Điều này cải thiện rất lớn độ tin cậy của hệ thống điều khiển nhà máybởi vì từng phần của nhà máy có thể dừng để thay đổi hoặc bảo d−ỡng, trong khi các phần khác của nhà máy tiếp tục hoạt động và sản xuất.

Mô đun biến đổi tín hiệu từ cáp quang

Bộ chuyển đổi tín hiệu từ cáp quang biến tín hiệu điên thành tín hiệu ánh sáng và truyền các tín hiệu này qua cáp quang. Trên đầu kia của cáp quang, một sơi cáp quang thứ hai biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện để sử dụng bởi hệ thống PLC.

Để thiết kế hệ thống vao/ra đúng, các tiêu chí kỹ thuật của nhà sản xuất phải đ−ợc quan tâm và tuân theo để tránh thao tác sai hay làm hỏng thiết bị. Các tiêu chí kỹ thuật này đặt các giới hạn không chỉ trên mô đun mà trên cả thiết bị hiện tr−ờng mà nó điều khiển. Các tiêu chí này có ba dạng: các tiờu chớ v in, c v mụi trng.

Các tiêu chÝ kü tht ®iƯn:

Các tiêu chí kỹ thuật điện bao gồm các thông số sau: mức điện áp vào, mức dòng vào, điện áp ng−ỡng,mức điện áp ra, mức dòng ra, mức năng l−ợng ra và các yêu cầu về dịng cấp vào phía sau để đảm bảo cho mạch của mơ đun có thể hoạt động đ−ợc.

Mức điện áp vào [xoay chiều hay một chiều] cho ta biên độ và dạng tín hiệu vào mà mơ
đun vào chấp nhận. Trong một số tr−ờng hợp, các tiêu chí này xác định miền của điện áp vào thay vì giá trị cố định. Tr−ờng hợp nh− vậy, giá trị max và min chấp nhận đ−ợc của điện áp để tiếp tục hoạt động đ−ợc liệt kê. Ví dụ điện áp làm việc 110 VAC cho mô đun vào có thể đ−ợc chấp nhận từ 95 đến 135 VAC.

Mức dòng vào định nghĩa dòng tối thiểu yêu cầu tại mức điện áp của mô đun mà thiết bị hiện tr−ờng phải có khả năng cung cấp để làm hoạt động mạch của mô đun vào.

Ng−ỡng điện áp vào là điện áp mà tín hiệu vào đ−ợc nhận là đang ở trạng thái bật [ON] hay đúng [TRUE]. Một số mơ đun vào cũng có giá trị điện áp của trạng thái OFF hay FALSE. Ví dụ tín hiệu ON trên mô đul TTL đ−ợc xác định là 2.8VDC và mức OFF là điện áp thấp hơn 0.8 VDC.

Mức điện áp ra chỉ biên độ và dạng điện áp nguồn phải đựoc điều khiển mà khơng có dung sai đ−ợc cơng nhận. Ví dụ trên mơ đun ra tại mức +24 VDC, thì có thể có miền làm việc từ +20 đến +28 VDC.

Mức dòng ra định nghĩa dòng lớn nhất mà mạch ra trên mơ đun ta có thể đảm bảo an tồn khi có tải. Mức dịng này th−ờng đ−ợc chỉ định nh− một hàm của mạch ra của các phần tử điện và đặc tính toả nhiệt tại mơi tr−ờng làm việc trong khoảng từ 0oC- 6OoC. Nếu nhiệt độ môi tr−ờng tăng, dòng điện ra sẽ bị giảm. Dòng lớn quá có thể làm đoản mạch hay gây ra các h hi khỏc cho mụ un ra.

Mức năng lợng ra chỉ mức năng lợng lớn nhất mà mô đun ra có thể tiêu thụ với tất cả các kênh ra đợc kích hoạt. Mức năng lợng cho một đầu ra đợc tính bằng nhân điện áp ra với mức dòng điện ra.

Cỏc yờu cu v dũng cp vo mặt sau là dòng yêu cầu để mạch bên trong mô đun vào/ra hoạt động đảm bảo, đặt sau của giá đỡ nguồn điện. Nhà thiết kế hệ thống phải thêm yêu cầu dòng mặt sau trên tất cả các mô đun đ−ợc cài đặt vào kh−ng giá đỡ vào /ra và so sánh giá trị tính tốn với dịng cực đại mà hệ thống cơng suất nguồn có thể cấp để xác định rằng công suất đ−ợc cấp đủ hay không. Nếu mức công suất thấp hơn yêu cầu, hệ thống sẽ hoạt động chập chờn. Dòng khứ hồi yêu cầu th−ờng phải nhỏ hơn dòng cấp bởi nguồn cụng sut.

Tiêu chí cơ học

Tiờu chớ ny xỏc định số l−ợng điểm hiẹn tr−òng đ−ợc điều khiển hay đ−ợctheo dõi bởi mơ đun. Các mơ đun th−ờng có 2,4,8,16 hay 32 điểm vao/ra. Các mô đun mật độ cao, yêu cầu dòng hoạt động cao hơn, và phải kiểm tra rất cẩn thận dòng. Mặt khác số l−ợng dây và cỡ dây cũng là vấn đề phải tính toỏn trỏnh gõy ra on mch.

Tiêu chí môi tr−êng

Nhiệt độ môi tr−ờng cao quá có thể gây nguy hiểm vì các các mạch bên trong mơ đun có thể hoạt động kém tin cậy và giảm tuổi thọ của mô đun.

Độ ẩm th−ờng từ 5% đến 95% là khoảng ch−a ng−ng tụ n−ớc. Ng−ời thiết kế hệ thống phải đảm bảo rằng độ ẩm đ−ợc điều khiển chuẩn xác trên bàn điều khiển nơi mà hệ thống vào ra đ−ợc lắp đặt.

Ch−ơng 3 Hoạt đông của bộ nhớ và cách ghi địa chỉ Mở đầu

Các hệ thống điều khiển PLC l−u trữ thơng tin và ch−ơng trình điều khiển trong bộ nhớ. Thông tin đ−ợc l−u trữ ở đấy xác định PLC sẽ xử lý các dữ liệu vào ra nh− thế nào. Trong ch−ơng này, chúng ta sẽ trình bày về thành phần và cấu trúc của bộ nhớ, dạng bộ nhớ, tổ chức của bộ nhớ, cách ghi địa chỉ của bộ nhớ và địa chỉ đầu vào/ra. Cuối cùng ta sẽ tập trung vào giao diện từ phần cng n phn mm ca PLC.

3.1 Các thành phần vµ cÊu tróc cđa bé nhí

Bộ nhớ của PLC có thể đ−ợc hiển thị bằng moọt mảng hai chiều của các tế bào nhớ, mà mỗi tế bào có thể chứa một bit đơn của thông tin d−ới dạng là giá trị 0 hay 1. Số nhị phân đơn hay “bit” đ−ợc lấy từ hai chữ đầu của từ Binary và chữ cuối của digit. Bit là đơn vị nhỏ nhất trong bộ nhớ và chỉ chứa đ−ợc thông tin dạng 1 và 0. Mỗi tế bào nhớ có điện áp thể hiện trên đầu ra của mạch điện tử chỉ thị giá trị “1’ và điện áp 0 chỉ giá trị “0”.

Bit đ−ợc bật lên trạng thái ON nếu giá trị l−u trên đó là 1 và OFF nếu là l−u giá trị 0. Trong nhiều tr−ờng hợp, điều quan trọng đối với bộ xử lý là giữ đ−ợc nhiều dữ liệu hơn là một bit đơn. Ví dụ khi bộ xử lý truyền dữ liệu đi và về bộ nhớ, l−u trữ các số, các mã ch−ơng trình, nó cần một nhóm các bit gọi là “byte” hay từ [word]. Một byte đ−ợc định nghĩa là một nhóm nhỏ nhất của các bit mà CPU có thể xử lý đ−ợc đồng thời trong một lần. Trong các thiết bị điều khiển PLC byte có cỡ thơng th−ờng là 8 bit và một từ có cỡ là hai byte hay 16 bit. Mặc dù vậy, một từ có thể có độ lớn lớn hơn hay nhỏ hơn, phụ thuộc vào đặc tính của bộ vi xử lý đ−ợc sử dụng.

L−ợng bộ nhớ đ−ợc tính bằng hàng 1000 hay K “K=kilo”, với 1 K là 1024 từ [ tức là 210=1024] của không gian nhớ.Dung l−ợng bộ nhớ của PLC có thể thay đổi từ nhỏ hơn 1K

Hình 3.. Từ mời sáu bit

Một số PLC sử dụng hệ đếm 16 để nhận dạng mỗi bit, nh− hình 3… Bit có trọng l−ợng lớn nhất là bit 17 và bit nhẹ nhất là bit 00.

Một mảng nhớ đơn 64 bit đ−ợc minh hoạ trên hình 2..

Mảng này gồm 8 hàng và tám cột. Mảng 64 bit cần có 6 bit địa chỉ cấp cho mỗi tế bào. Một tế bào th−ờng là một mạch điện tử đ−ợc gọi là mạch flip-flop, mạch này có giá trị +5VDC hay 0 VDC. Để lấy dữ liệu từ mảng nhớ, các bộ giải mã địa chỉ dòng và cột sẽ chọn ra tế bào yêu cầu.

Các mảng nhớ th−ờng đ−ợc tạo bởi các mạch tích hợp [IC]. Một đơn vị đặc tr−ng của mạch tích hợp chứa nhiều ngàn tế bào nhớ sấp xếp theo cách khác nhau. Một mạch tích hợp 8K-bit [8096 bit] có thể bố trí thành 8K tế bào nhớ với một bit mỗi tế bào, hay 1K byte với 8 tế bào mỗi byte. Số của nhóm [bit, byte hay từ] đ−ợc ghi địa chỉ là hàm của 2n,

vÝ dô 1K=210, 4K=212, 8K=213 và tơng tự. Giá trị n là số bit dịa chỉ cần chọn cho mỗi

nhóm riêng biệt.

Hỡnh .. Mảng nhớ đặc tr−ng

các bit dữ liệu đ−ợc ghi vào bộ nhớ hay đ−ợc đọc từ bộ nhớ. Bit dữ liệu đ−ợc ghi vào bộ nhớ khi tín hiệu điều khiển [R/W] ở mức điện áp thấp và dừ liệu đ−ợc truyền đi từ bộ nhớ khi tín hiệu điều khiển [R/W] ở mức điện áp cao. Một chíp phát tín hiệu điều khiển đ−ợc dùng để chọn hoạt động của mỗi chip riêng biệt khi một nhóm các mạch tích hợp đ−ợc sử dụng để tạo ra bộ nhớ lớn hơn khả năng tạo ra bởi một chíp.

Hình 3.. Một chíp nhớ 1K-byte R/Ư đặc tr−ng Dạng bộ nhớ

Ta sẽ nói về dạng bộ nhớ hay đ−ợc sử dụng trong PLC cũng nh− trong ứng dụng của chúng cho các dạng dữ liệu hay thông tin đ−ợc l−u trữ. Trong việc lựa chon bô nhớ để sử dụng, kỹ s− thiết kế hệ thống phải chú ý khả năng xoá và khả năng lập trình dễ dàng. Kỹ s− thiết chịu trách nhiệm về việc mất thông tin trong bộ nhớ, bởi vì bộ nhớ giữ ch−ơng trình điều khiển quá trình, và nếu ch−ơng trình này bị xố thì tồn bộ hệ thống sản xuất bị ngừng. Từ khi bộ nhớ lơi cuốn sự chú ý rằng nó có vị trí quan trọng giũa ng−ời sử dụng và PLC, nó có thể dễ dàng thay đổi. Sự t−ơng tác bắt đầu từ khi bắt đầu lập trình cho hệ thống, sửa lỗi và tiếp tục với các thay đổi trực tuyến, nh− thay đổi các giá trị của các bộ đếm thời gian và bộ đếm th−ờng

Bộ nhớ đọc/ghi [R/W]

Hình 3.. Sơ đồ khối của bộ nhớ R/W

Đối với phần lớn PLC, sử dụng bộ nhớ R/W với pin hồi l−u cho các ứng dụng nhớ. Bộ nhớ R/W tạo biện pháp tuyệt vời để có thể tạo ra dễ dàng và thay đổi một chuy−n−g trình điều khiểncũng tốt nh− cho phép nhập dữ liệu. So sánh với một số dạng bộ nhớ khác, bộ nhớ R/W hoạt động rất nhanh. Chỉ có một bất lợi là pin hỗ trợ bộ nhớ có thể hỏng theo thời gian. Mặc dù vậy, phần lớn PLC có tín hiệu ánh sáng báo pin sắp cạn để báo cho ng−ời vận hành thay nguồn pin hồi l−u cho bộ nhớ.

Bộ nhớ chỉ dùng để đọc ROM

Bộ nhớ ROM đ−ợc thiết kế để l−u th−ờng xuyên một ch−ơng trình cố định mà bình th−ờng không thể hay không bị thay đổi. Tên của bộ nhớ loại này xuất phát từ thực tế nội dung ghi trong nó chỉ đ−ợc đọc và khơng thể ghi hay thay đổi đ−ợc, một khi dữ liệu hay ch−ơng trình đã đ−ợc l−u trong nó. Dữ liệu chỉ có thể sử dụng bằng ph−ơng thức đọc. Cũng nh− bộ nhớ R/W, bộ nhớ ROM cũng có địa chỉ của đầu vào, nơi vị trí xác định của dữ liệu sẽ đ−ợc đọc. Nhờ thiết kế của nó, bộ nhớ ROM không cần bị ảnh h−ởng bởi nhiễu điện hay mất nguồn. Ch−ơng trình thực hiện hay ch−ơng trình của hệ thống điều hành th−ờng đ−ợc chứa trong bộ nhớ ROM.

PLC rất hiếm khi sử dụng bộ nhớ ROM cho các bộ nhớ ch−ơng trình điều khiển ứng dụng. Mặc dù vậy, trong các ứng dụng mà có yêu cầu các dữ liệu cố định, ROM có lợi thế hơn về tốc độ, giá thành và độ tin cậy. Th−ờng các ch−ơng trình PLC trên cơ sở ROM đ−ợc sản xuất tại nhà máy bởi nhà sản xuất thiết bị . Một khi một bộ lệnh gốc đ−ợc lập trình, ng−ời sử dụng khơng bao giờ có thể thay đổi đ−ợc nó. Nhà sản xuất sẽ ghi và sữa lỗi ch−ơng trình nhờ thiết bị điều khiển đọc/ghi hay máy tính và khi ch−ơng trình hồn thiện sẽ đ−ợc đ−a vào bộ nhớ R/W hay ROM. ROM cũng đ−ợc tìm thấy trong các bộ nhớ ứng dụng của các hệ thống PLC chn dụng nh− lị vi sóng, máy bán hàng, máy giặt và t−ơng tự.

Bộ nhớ chỉ dùng để đọc có khả năng lập trình PROM

nh− các bộ nhớ ROM và nó cũng không bị mất thông tin khi mất nguồn hay bị ảnh h−ởng của nhiễu. Bất lợi là lập trình cho PROM cần có thiết bị đặc biệt. Một khi đã lập trình nó cũng khơng thể xố và thay đổi đ−ợc. Một thay đổi trong ch−ơng trình cần phải có một bộ chíp PROM mới. Bộ nhớ PROM có thể thích hợp cho l−u trữ ch−ơng trình đã đ−ợc kiểm tra và nhớ trong bộ nhớ RAM và nó khơng cần thay đổi hoặc có dữ liệu vào trực tuyến.

Bộ nhơ ROM có khả năng xoá bằng điện EEPROM

EEPROM là loại PROM đặc biệt có thể lập trình lại sau khi xố hồn tồn bằng điện. ểPOM có thể xem nh− thiết bị nhớ tạm thời, trong đó có thể chứa ch−ơng trình đén khi nó sãn sàng đ−ợc thay đổi. EEPROM tạo một ph−ơng tiện l−u trữ tuyệt vời cho ch−ơng trình điều khiển có u cầu khơng bị xố và khơng thay đổi ch−ơng trình. Phần lớn các nhà sản xuất PLC chế tạo PLC với bộ nhớ EEPROM để tạo bộ nhớ cố định của ch−ơng trình máy sau khi đá phát triển, sửa lỗi và hoạt động tốt.

Một ch−ơng trình điều khiển gồm chir EEPROM sẽ khơng thuận tiện nếu có u cầu thay đổi trực tuyến hay cần dữ liệu vào. Mặc dù vậy, nhiều PLC đ−a ra bộ nhớ ch−ơng trình bằng EEPROM nh− một yêu cầu thêm thay thế cho các bộ nhớ RAM có pin hở trợ. EEPROM tạo hệ thống nhớ thích hợp bởi vì nó kết hợp đ−ợc khả năng l−u trữ và khả năng thay đổi dễ dàng của bộ nhớ R/W.

Tỉ chøc cđa bé nhí

Bộ nhớ của PLC đặc tr−ng có hai phần chính: bộ nhớ hệ thống và bộ nhớ ứng dụng. Bộ
nhớ hệ thống là nơi chứa của tập hợp các ch−ơng trình và các bộ ghi tạo thành ch−ơng trình điều hành hệ thống, phần mềm chẩn đốn sự cố, và các bộ ghi trạng thái của hệ thống. Hệ thống điều hành h−ớng các hoạt động nh− thực hiện ch−ơng trình điều khiển, trao đổi thơng tin với thiệt bị ngoại vi, hay các chức năng bảo vệ hệ thống.

Bộ nhớ ứng dụng gồm miền vào, miền ra, các bộ ghi dữ liệu hay thông tin, các miền bit l−u trữ bên trong và ch−ơng trình điều khiển. Bộ nhớ hệ thống và bộ nhớ ứng dụng có cách l−u trữ và cách lấy thơng tin khác nhau. Bộ nhớ hệ thông chứa các lệnh để làm CPU hoạt động, chứa một bộ các ch−ơng trình chuẩn đoán và các bộ ghi trạng thái. Bộ nhớ ứng dụng chứa các miền ảnh vào, miền ảnh ra, ch−ơng trình điều khiển, và các bộ ghi dữ liệu. Chúng sử dụng các loại bộ nhớ khác nhau. Phần hệ thống điều hành cần có bộ nhớ cố định để l−u các thông tin hay dữ liệu đ−ợc l−u khơng bị thay đổi vơ tình hay cố ý bởi mất nguồn hay bởi ng−ời sử dụng. ở đây cần đến một số loại bộ nhớ ROM. Mặt khac ng−ời sử dụng cần thay đổi ch−ơng trình điều khiển hay dữ liệu vào/ra cho các ứng dụng cho tr−ớc, thì dùng bộ nhớ R/W là thích hợp.

Một tệp nhớ đ−ợc định nghĩa là một nhóm từ trong bộ nhớ mà chúng có chức năng chuyên dụng. Các tệp vào và tệp ra là các tệp chung giống nhau trong PLC. Các tệp này là các từ nhớ sắp xếp cạnh nhau để cho đầu vào từ bên ngoài và bit đầu ra đ−ợc gán cho điểm vào/ra trong PLC. Cấu trúc tệp của PLC Allen – Bradley PLC5 đ−ợc kê trong bảng 3..

B¶ng 3. CÊu tróc tƯp nhí cđa PLC S5 Allen Bradley

B¶ng 3.. CÊu tróc tƯp nhí cđa PLC S7 Siemens Simatic Bit nhí trong

Phần lớn các PLC gán một miền để nhớ các bit trong. Các bit nhớ này còn đ−ợc gọi là bit đầu ra bên trong , bit ra cuộn hút bên trong hay còn gọi là bit điều khiển trong. Đầu ra trong hoạt động giống nh− bất kỳ đầu ra nào, chỉ khác nó đ−ợc điều khiển bằng lơ gíc ch−ơng trình. Mặc dù vậy, đầu ra này đ−ợc sử dụng hạn chế cho lập trình lơ gíc bên trong và khơng điều khiển trực tiếp đầu ra nào tới quá trình. Các đầu ra trong đ−ợc dùng để khố lơ gíc trung gian trong ch−ơng trình điều khiển. Đây chính là các biến trung gian, bởi chúng vừa có thể là biến ra trong vừa có thể là biến vào trong.

Đầu ra trong bao gồm cả bit thực hiện trên các bộ đếm và bộ đếm thời gian nh− một bit lơ gíc trong các dạng khác nhau. Mỗi bit ra trong đ−ợc so sánh bằng địa chỉ trong ch−ơng trình điều khiển và có bit l−u trữ trên cùng địa chỉ. Khi lô gic điều khiển là đúng “TRUE”, thì bit đầu ra trong bật lên giá trị 1 hay ON.

Miền nhớ chơng trình ứng dụng

khiển các bit trong bảng dữ liệu, tơng ứng với bit thức hay bit vào /ra trong. Chơng trình điều khiển đợc dịch khi bộ xử lý thực hiện chơng trình điều khiển.

Giỏ tr cc i ca bộ nhớ ch−ơng trình ứng dụng là khả năng đảm bảo hoạt động bình th−ờng của ch−ơng trình điều khiển tuỳ thuộc cỡ của hệ thống điều khiển. Hệ thống PLC hạng trung hay hạng lớn, độ lớn của ch−ơng trình sử dụng cũng th−ờng linh hoạt. Nó có thể đ−ợc thay đổi bằng thay đổi kích th−ớc bảng dữ liệu sao cho có thể tìm thấy các u cầu l−u trữ dữ liệu nhỏ nhất. Trong các PLC nhỏ, độ lớn của ch−ơng trình ứng dụng th−ờng cố định.

KÝch cì cđa bé nhí øng dơng

Cỡ của bộ nhớ ứng dụng là một thông số quan trong trong thiết kế hệ thống điều khiển trên cơ sở PLC. Xác định cỡ của nhớ đúng có htể giảm giá thành và tránh mất nhiều thời gian sau này. Nếu tính tốn cỡ của bộ nhớ chính xác ta không cần mua PLC với dung l−ợng thấp hơn hay v−ợt quá.

Cỡ của bộ nhớ ứng dụng có htể mở rộng đến điểm cực đại trong một số thiết bị điều
khiển, nh−ng không thể mở rộng trong một số các PLC nhỏ hơn. Các PLC nhỏ hơn ở đây xác định là các PLC điều khiển từ 10 đên 64 thiết bị vào/ra. Thiết bị điều khiển có sáu m−ơi t− hay nhiều hơn các thiết bị vào ra th−ờng mở rộng bộ nhớ với dung l−ợng 1K, 2K, 4K hay t−ơng tự. Mỗi K t−ơng đ−ơng với 1024 từ. Trong các PLC cỡ lớn dung l−ợng bộ nhớ th−ờng từ 64K trở lên.

Cỡ bộ nhớ đ−ợc thông báo của các PLC chỉ mới đ−a ra chỉ số thơ của khơng gian nhớ có sẵn cho ng−ời sử dụng, bởi vì một phần của bộ nhớ đã phải dùng cho các chức năng bên trong của các thiết bị điều khiển.

Cản trở chính trong việc xác định cỡ của bộ nhớ cho ứng dụng là tính phức tạp của ch−ơng trình điều khiển ch−a đ−ợc xác định cho đến khi đã mua thiết bị. Nh− vậy, th−ờng ta biết số đầu vào/ra trong hệ thống tr−ớc khi phần cứng đ−ợc mua. Kỹ s− thiết kế hệ thống có thể dự trù cỡ bộ nhớ ứng dụng nhân với số đầu vào/ra với hai m−ơi từ nhớ. ví dụ nếu hệ thống có khoảng một trăn điểm vào/ra, thì ch−ơng trình th−ờng cần nói chung cỡ 2K từ. Cần chú ý là cỡ của ch−ơng trình bị ảnh h−ởng bởi mức độ tinh vi của ch−ơng trình điều khiển. Nếu ứng dụng yêu cầu thu thập dữ liệu hay thuật toán điều khiển phức tạp, nh− điều khiển PID, thì việc bổ xung thêm bộ nhớ là cần thiết.

Sau khi kỹ s− thiết kế xác định bộ nhớ tối thiểu yêu cầu cho ứng dụng, cần phải tính thêm 25% đến 50% cho tr−ờng hợp thay đổi ch−ơng trình hay mở rộng ch−ơng trình.

Ghi địa chỉ vao/ra

Từ khi một trong các mục tiêu chính là điều khiển các đầu vào và đầu ra của các thiết bị hiện tr−ờng , các đầu vào/ra phải chiếm chổ trong bộ nhớ của bộ xử lý tín hiệu, nơi mà chúng đ−ợc gán địa chỉ trong ch−ơng trình điều khiển của PLC. Mỗi điểm đấu trên mơ đun vào/ra có thể đ−ợc nối dây đến thiết bị hiện tr−ờng chiếm 1 bit trong bộ nhơ PLC. Phần của bộ nhớ chứa địa chỉ vào/ra đ−ợc gọi là bảng ảnh vào và bảng ảnh ra.

Bảng nhớ ảnh vào

xoỏ hay chuyn sang trạng thái “OFF” hay lơ gíc 0. Bảng đầu vào tiếp tục đ−ợc thay đổi phản ánh trạng thái dòng điện của các thiết bị đầu vào đ−ợc kết nối. Ch−ơng trình điều khiển sử dụng các thơng tin trạng thái để xác định trạng thái “TRUE” hay “FALSE” của các lệnh trong ch−ơng trình.

Bảng 3.. là ví dụ đặc tr−ng của một bit vào đơn trong bảng ảnh vào. Điềm vào I:007/12 đ−ợc nhận dạng trong bản nh.

Bảng nhớ ảnh ra

Hình 3.. Bit ra trong b¶ng nhí ¶nh ra cđa PLC s5 Allen Bradley. Giao diện giữa phần cứng và phÇn mỊm

Có lẽ là thứ quan trọng nhất để hiểu về thiết bị điều khiển là bộ xử lý sử dụng các đầu vào của quá trình nh− thế nào, thứ mà các mạch vào cảm nhận đ−ợc, để kích hoạt các thiết bị đầu ra theo yêu cầu điều khiển q trình cơng nghệ. Đây chính là giao diện giữa phần cứng và phần mềm. Địa chỉ các lệnh là thứ nối ch−ơng trình điều khiển của phần mềm với phần cứng của các điềm vào/ra.

Địa chỉ của các đầu vào và đầu ra của PLC nối vị trí vật lý của các mơ đun đầu cuối đến vị trí bit nhớ. Cấu trúc hay mật độ của mô đun vao/ra: 8, 16 hay 32 điểm, có quan hệ trực tiếp đến các bit mà mơ đun chiếm trong bộ nhớ của PLC. Ví dụ mơ đun 8 điểm vào nh− hình 3.. tám bit 00 đến 07 chiếm 8 vị trí trong bảng nhớ vào trong bộ nhớ của bộ xử lý tín hiệu.

Hình 3.. Mơ đun vào một chiều 8 điểm đặc tr−ng

Ta sẽ giới thiệu một số cách ghi địa chỉ của các hệ thống PLC.
Cách ghi địa chỉ vào/ra trên Allen Bradley PLCS5

Ph−ơng pháp ghi địa chỉ vào ra gián đoạn của Allen – Bradley PLC S5 sử dụng mã 6 vị trí [a:bbc/dd] để đối chiếu với địa chỉ nhớ vào/ra và vị trí vật lý của phần cứng. Trong hệ thống này, vị trí phía trái nhất là chữ I cho đầu vào gián đoạn và chữ O cho đầu ra gián đoạn. Hai chữ tiếp theo [bb] là số hiệu của mô đun, chữ số tiếp theo [c] là số của nhóm vào/ra [ từ 0 đến 7]. Hai chữ số còn lại thể hiện bit vào hay bit ra hay số của điểm cuối: 00 đén 07 hay 10 đến 17.

Hình 3.. Sơ đồ ghi địa chỉ vào/ra gián đoạn của Allen Bradley PLC S5

Một giao diện phần cứng đến phần mền đối với ứng dụng của Allen Bradley PLC S5 đ−ợc minh hoạ trên hình 3..

Hình 3.. Sơ đồ giao diện phần cứng tới phần mềm của PLC S5

ứng dụng này chỉ ra quan hệ hoạt động giữa các thiết bị hiện tr−ờng, bit nhớ vào/ra gián đoạn và ch−ơng trình lơ gíc thang ứng dụng.

Bậc thang lơ gíc trên đáy hình 3.. cho thấy ví dụ hai bit đầu vào từ bên ngoài đ−ợc sử dụng để bật bit ra bên ngoài.

Cách ghi địa chỉ vào/ra trên PLC Siemens Simatic S7-300

Trên hình 3.. chỉ ra thiết bị có 11 khe cài cho PLC S7 -300 Siemens Simatic. Số khe cài trên giá ảnh h−ởng đến sơ đồ địa chỉ của S7-300. Địa chỉ vào /ra đầu tiên đ−ợc xác định bởi vị trí của nó trên giá đoã. Khe cắm đầu tiên đ−ợc dành cho giá của bộ nguồn, tất nhiên địa chỉ vào/ ra không cần cho nguồn. Mơ đun CPU đ−ợc bố trí tiếp theo trong khe số 2. Không cần địa chỉ vào/ra gán cho mô đun CPU. Khe số 3 chứa mô đun giao diện [CIM: Communication Interface Module]. Mô đun này đ−ợc dùng để nối CPU trong giá đỡ vào/ra chính với các mô đun vào /ra trên giá mở rộng. Khơng có địa chỉ vào/ra nào đ−ợc gán cho mơ đun giao diện trong khe cắm số 3. Mặc dù ngay cả khi khe số 3 khơng có mơ đun giao diện, thì khơng một mơ đun nào đ−ợc cắm vào đây. Khe số 4 là khe cắm đầu tiên cho cho các mô đun vào/ra.

Quan hệ giữa giá đỡ vật lý và vị trí khe cắm và vị trí mơ đun vào/ra đ−ợc chỉ trên hình 3… Địa chỉ gián đoạn cho cả đầu vào và đầu ra bắt đầu bằng địa chỉ từ số 0 và địa chỉ bit 0 [0.0] trong khe só 3 giá đỡ số 0. Chúng tiếp tục tới từ 95 và bit 7 trong khe cắm 11 của giá đỡ số 2. Mỗi mô đun vào/ra gián đoạn đ−ợc dành 4 byte [32 bit] của địa chỉ từ nhớ, không cần quan tâm đến số l−ợng điểm vào/ra thực sự của mô đun.

Ch−ơng 4 Lập trình bằng sơ đồ thang tiêu chuẩn và nâng cao 4.1. Mở đầu

Ngôn ngữ lập trình là phơng tiện cho phép ngời sử dụng giao tiếp với thiế bị điều khiển PLC thông qua các thiết bị lập trình. Các nhà sản xuất PLC sử dụng bốn ngôn ngữ lập trình là :

1- Sơ đồ thang 2- Bảng lệnh

3- Sơ đồ khối hàm lơ gíc 4- Grafcet

Ch−ơng trình điều khiển là một tổ hợp các lệnh đ−ợc viết trong một trật tự nhất định. Có các qui tắc điều khiển ph−ơng pháp tổ hợp các lệnh vễnác định các dạng của lệnh. Các qui tắc này và các lệnh tạo nên ngơn ngữ lập trình.

4.2. Các lệnh cơ bản của sơ đồ thang

Sơ đồ thang viết tắt tiếng anh là LAD, là tập hợn các lệnh dạng ký hiệu đ−ợc sử dụng để tạo ra một ch−ơng trình điều khiển cho PLC. Các lệnh này có sáu loại lệnh: lệnh dạng rơ le, lệnh đếm thời gian và lệnh đếm, lệnh trao đổi dữ liệu, lệnh số học, lệnh truyền dữ liệu, lệnh điều khiển ch−ơng trình.

Chức năng chính của ch−ơng trình LAD là điều khiển các đầu ra trên cơ sở các điều kiện đầu vào. Sự điều khiển này đ−ợc hồn thành thơng qua sử dụng tính lơ gíc liên tục của các bậc của sơ đồ thang. Một bậc thang lơ gíc gồm một tập hợp các điều kiện vào đ−ợc thể hiện bởi các lệnh dạng tiếp điểm rơ le và trên kết thúc của mỗi bậc là lệnh ra thể hiện bằng ký hiệu của cuộn hút rơ le.

Cuộn hút và tiếp điểm là các ký hiệu cơ bản của tập hợp các lệnh sơ đồ thang. Các ký hiệu tiếp điểm đ−ợc lập trình trên bậc thang thể hiện điều kiện cần thiết phải đ−ợc đánh giá để xác định đầu ra sẽ đ−ợc điều khiển nh− thế nào. Tất cả các đầu ra gián đoạn đ−ợc thể hiện bằng ký hiệu cuộn hút.

Hình thức của các tiếp điểm trên mỗi bậc thang phụ thuộc vào lơ gíc điều khiển u cầu. Các tiếp điểm có thể đ−ợc bố trí nối tiếp, song song hay vừa nối tiếp vừa song song, tuy theo yêu cầu điều khiển của đầu ra. Để một đầu ra đ−ợc kích hoạt [tức là cấp năng l−ợng] thì tiếp điểm trên vị trí cuối cùng phía bên phải phải đ−ợc đóng [CLOSE]. Một đ−ờng truyền đ−ợc đóng hồn tồn là điều kiện để đảm bảo tính lơ gíc liên tục. Khi tính lơ gíc đ−ợc đảm bảo liên tục trên ít nhất một đ−ờng truyền, ta có thể nói là điều kiện của bậc thang là đúng [TRUE hay ON], ng−ợc lại là điều kiện không đúng[ FALSE hay OFF]. Trong thời gian đầu, bộ lệnh sơ đồ thang tiêu chuẩn có khả năng rất hạn chế, chỉ thực hiện đ−ợc các hàm lơ gíc t−ơng đ−ơng với lơ gíc rơ le cứng sử dụng ký hiệu cơ bản của tiếp điểm và cuộn hút. Sự cần thiết của tính linh hoạt và cùng với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ vi điện tử, đã đ−a đến sự mở rộng các lệnh sơ đồ thang, trong đó cho phép thực hiện các phép tính số học, thực hiện di chuyển dữ liệu và điều khiển luồng các l−ồng của ch−ơng trình.

Hình 3… Các lệnh sơ đồ thang cơ bản Các lệnh dạng rơ le

Các lệnh dạng rơ le là lệnh cơ bản nhấuatrong các lệnh của PLC. Các lệnh này tạo cùng một khả năng nh− lơ gíc rơ le ‘cứng’, nh−ng có tính linh hoạt cao hơn nhiều. Các lệnh này đầu tiên tạo khả năng kiểm tra trạng thái ON hay OFF của bit có địa chỉ xác định trong bộ nhớ và điều khiển trạng thái của bit ra trong hay bit ra ngồi.

LƯnh th−êng më

Lệnh th−ờng mở NO đ−ợc lập trình khi sự hiện diện của của tín hiệu vào cần để bật đầu ra lểntạng thái ON. Khi đ−ợc đánh giá, địa chỉ tham chiếu sẽ đ−ợc xem xét đối với điều khiện ON [lơ gíc 1] hay OFF [Lơ gíc 0]. Địa chỉ tham chiếu có thể thể hiện trạng thái của tín hiệu vào ngồi hay tín hiệu ra ngoài. Nếu khi kiểm tra bit của địa chỉ tham chiếu là ON hay lơ gíc 1, thì lệnh th−ờng mở cho dịng lơ gíc đi qua nh− hình 4…

Nếu lệnh th−ờng mở NO là OFF hay lơ gíc 0, thì tính liên tục của lơ gíc bị đứt và dịng lơ gíc bị ngăn lại. Để trợ giứp trong xử lý sự cố của ch−ơng trình điều khiển, phần lớn các phần mềm lập trình PLC sẽ sáng bit lơ gíc chỉ thị trạng thai ON của bit đầu vào và bit đầu ra. Một số phần mềm sẽ bật sáng cả bậc thang nếu tính liên tục của lơ gíc hay dịng lơ gíc của tồn bộ bậc thang đ−ợc kích hoạt hay ở trạng thái ON.

Lệnh th−ờng đóng

Lệnh th−ờng đóng NC đ−ợc sử dụng khi khơng có tín hiệu tham chiếu để bật đầu ra lên trạng thái ON. Khi kiểm tra giá trị của lệnh NC, bit địa chỉ t−ơng ứng của lệnh này đ−ợc kiểm tra xem là đang có điều kiện lơ gíc ON [1] hay OFF [0]. Địa chỉ tham chiếu bởi lệnh NC có thể thể hiện trạng thái của tín hiệu vào bên ngồi hay tín hiệu ra bên ngồi. Nếu khi kiểm tra địa chỉ bit tham chiếu có giá trị OFF hay lơ gíc 0, thì tiếp điểm th−ờng đóng vẫn tiếp tục giữ trạng thái đóng, cho phép tính lơ gíc đ−ợc liên tục. Nếu bit trên địa chỉ tham chiếu có giá trị ON hay lơ gíc 1, thì tiếp điểm th−ờng đóng NC bị ngắt và làm gián đoạn dịng lơ gíc.

Hình 4.. Dịng lơ gíc qua lệnh th−ờng đóng NC Lệnh ra cuộn hút

Lệnh ra cuộn hút hay lệnh kích hoạt cuộn hút đ−ợc lập trình để điều khiển đầu ra kkét nơí với thiết bị điều khiển hay bit đầu ra bên trong [đầu ra trung gian]. Bit lệnh đầu ra cuộn hút th−ờng đ−ợc ký hiệu là chữ O hay chữ Q trong hầu hết các hệ thống điều khiển PLC. Nếu một bậc nào đó có tính liên tục lơ gíc thì đầu ra t−ơng ứng sẽ đ−ợc kích hoạt hay bật lên trạng thái TRUE [ lơ gíc = 1]. Bit đầu ra sẽ chuyển về trạng thái OFF nếu dịng lơ gíc đến đầu ra cuộn hút bị gián đoạn.

Khi đầu ra đ−ợc bật ON, lệnh th−ờng mở trên cùng địa chỉ sẽ chuyển sang đóng và các th−ờng đóng sẽ chuyển sang mở. Trên hình 4.. là lệnh ra O:0/01 đ−ợc kích hoạt hay TRUE nếu đầu vào A hay B là TRUE hoặc cả hai đều là TRUE.

Ví dụ : Viết ch−ơng trình bằng LAD để khởi động và dừng bơm. Trong ứng dụng này, công tắc th−ờng mở của nút khởi động trên hột điều khiển đ−ợc nối tới địa chỉ bit vào I: 1/1, và tiếp điểm th−ờng đóng NC của nút dừng đ−ợc nối đến bit vào địa chỉ I: 1/0. Rơ le khởi động bơm đ−ợc nối đến đầu ra của PLC O:3/1, và tiếp điểm khởi động phụ NO đ−ợc nối đến đầu vo ca PLC I:1/2.

Lời giải nh trên hình 4..

Khi nút bấm khởi động NO đ−ợc ấn, đầu vào I:1/1 có giá trị TRUE. Khi nút bấm dừng NC ch−a ấn, đầu vào I:1/0 cũng là TRUE. Kết quả tính liên tục của lơ gíc đ−ợc đảm bảo trên bậc 0, và bit đầu ra O:3/0 kích hoạt hay bật lên giá trị 1. Đầu ra O:3/1 kích hoạt rơ le khởi động bơm, gây ra công tắc phụ đóng lại. Lần này, bit vào I:1/2 duy trì bit nút khởi động và giữ cho bơm ở trạng thái bật cho đến khi nút bám dừng đ−ợc ấn. Khi nút dừng đ−ợc ấn, bit dừng I:1/0 đ−ợc bật về không, bit ra để chạy bơm đ−ợc ngắt năng l−ợng và cũng bật về 0. Kết quả bơm sẽ tắt và các tiếp điểm phụ trên bộ khởi động bơm sẽ mở ra và bật bit đầu vào I:1/2 về 0.

Điều quan trọng cần ghi nhớ rằng tiếp điểm th−ờng đóng NC của nút bấm dừng ln đ−ợc sử dụng để đảm bảo rằng các thiết bị chuyển động hoạt động an toàn. Các tiếp điểm NC đ−ợc sử dụng trong mạch dừng, nh− vậy nếu dây từ nút bấm dừng tới PLC bị cắt hay tháo ra, thiết bị chuyển động sẽ dừng và không thể khởi động lại đ−ợc. Mặt khác giả thiết rằng các tiếp điểm th−ờng mở của nút bấm dừng đ−ợc sử dụng và dây điều khiển từ nút bấm đến PLC đ−ợc cắt hay tháo ra, khi thiết bị chuyển độngdang hoạt động. Trong tr−ờng hợp này, ấn nút bấm dừng không thể dừng đ−ợc thiết bị.

Hình 4.. Ch−ơng trình sơ đồ thang LAD của đèn nháy báo động

Cũng cung một ch−ơng trình trênh hình 4.., khi nút bấn điều khiển đèn nháy đ−ợc ấn lần thứ nhất, bit đầu ra O:3/0 đ−ợc kích hoạt và bật đèn nháy ON. Bit điều khiển đầu ra này cũng có bit duy trì của chính nó. Nếu nút bấm đ−ợc ấn tiếp, đèn nhấy tắt [OFF]. Bậc thang thứ hai [bậc số 1] của ch−ơng trình phát hiện là nút bấm lần thứ nhất đ−ợc ấn, khi bậc thứ nhất [bậc số 0] cảm nhận nút ấn đ−ợc ấn lần thứ hai. Trên bậc cuối cung [bậc số 2] đ−ợc dùng để điều khiển bit trong số 3 [b3/3]. Tiếp điểm th−ờng đóng NC hay bit trong số 3 đ−ợc sử dụng trên bậc 0 và 1 để giúp thực hiện chức năng ấn để khởi động và ấn để dừng của ch−ơng trình sơ đồ thang.

LƯnh duy tr× - Latch Coil

Lệnh này đ−ợc lập trình nếu cần để đảm bảo rằng đầu ra vẫn duy trì hoạt động mặc dù trạng thái của bit vào gây ra kích hoạt đã thay đổi. Nếu đ−ờng dẫn của một bậc có tính liên tục lơ gíc thìđâud ra sẽ bật lên ON và giữ trnạh thái ON ngay cả khi tính liên tục lơ gíc khơng cịn hay nguồn của hệ thống bị ngắt. Đầu ra duy trì sẽ giữ trạng thái ON cho đến khi đ−ợc có lệnh ngừng duy trì đầu ra. Lệnh ngừng duy trì đầu ra đ−ợc lập trình tự động bằng cách bật lại lệnh duy rì. Mặc dù phần lớn các thiết bị điều khiển cho phép đầu ra trong hay đầu ra ngồi đ−ợc duy trì, một số khác lại hạn chế chỉ duy trì các tín hiệu ra bên trong mà thơi.

LƯnh ngõng duy tr× Unlatch Coil

Hình 4.. Chơng trình LAD sử dụng lệnh duy trì và lệnh ngừng duy trì.

Vớ d tip điểm th−ờng mở của nút ấn khởi động và tiếp điểm th−ờng đóng của nút bấm dừng đ−ợc nối vào đầu vào gián đoạn của PLC. Tiếp điểm NC của nút dừng đ−ợc nối vào bit đầu vào I:001/00, và tiếp điểm NO của nút khởi động đ−ợc nối đến đầu vào I:001/01. Nếu nút khởi động đ−ợc ấn, đầu ra O:003/01 là giá trị ON duy trì. Khi bit khởi động I:001/01 chuyển sang FALSE, lệnh đầu ra của bơm vẫn duy trì ON cho đến khi bit dừng I:001/00 đ−ợc ấn để ngừng duy trì đầu ra. Chú ý rằng lệnh ngừng duy trì đầu ra có cung một địa chỉ nh− địa chỉ của bit duy trì. Ch−ơng trình LAD hình 4.. là một ph−ơng pơháp đơn giản hơn để tạo ra chức năng khởi động và dừng mà sau đó ch−ơng trình LAD khởi động/dừng chỉ ra trên hìng 4..

LƯnh nh¶y One shot [ONS]

Lệnh nhảy ONS là lệnh đầu vào và nó lấy giá trị TRUE cho một chu trình quét của PLC, nếu có sự chuyển tiếỉctạng thái từ FALSE sang TRUE trong những điều kiện tr−ớc đấy trên bậc. Lệnh này nói chung đ−ợc sử dụng để khởi động các thao tác đ−ợc khởi động đồng thời với hoạt động của nút bấm, nh− khiPLC đạt đ−ợc giá trị từ công tắc ăn khớp hay hiển thị nhânh dữ liêu LED. Trong Alên Bradley S5 PLC, thì địa chỉ bit phải là một tệp nhị phân [B3] hay tệp nguyên INTERGER [N7] . Lệnh đặc trung minh hoạ trên hình 4… Trong ứng dụng này, khi dữ liệu trên nút ấn đ−ợc ấn, nó bật bit đầu vào I:001/02 lên 1, và điều kiện của bit ONS [B3/04] bậc mà đầu ra [B3/05] bật ON cho một lần quét. Đầu ra bật OFF để quet liên tục cho đến khi đầu vào chuyển từ FALSE sang TRUE lần nữa.

H×nh 4. Ung dơng cđa lƯnh ONS.

Lệnh đếm thời gian và lệnh đếm

Bộ đếm giờ và bộ đếm hoạt động hoàn tồn t−ơng tự bởi vì bộ đếm giờ cũng chính là bộ đếm. Bộ đếm giờ dùng để đém các khoảng thời gian cố định. Còn bộ đếm là để đếm các xuất hiện của các sự kiện.

CÊu tróc tõ cđa bé nhí thêi gian

Các lệnh đếm thời gian yêu cầu ba bộ ghi nhớ hay ba từ: từ điều khiển hay bộ ghi, từ ắc qui để chứa khoảng thời gian trôi qua, và từ bật lại bộ nhớ để chứa giá trị đặt tr−ớc của bộ đếm thời gian. Giá trị đặt tr−ớc sẽ xác định số khoảng thời gian sẽ đ−ợc đếm. Khi giá trị tích luỹ bằng giá trị đặt tr−ớc, bit trạng thái đ−ợc bật lên ON và có thể đ−ợc sử dụng để bật bit đầu ra.

Tren hình 4.. chỉ ra một ví dụ đặc tr−ng của cấu trúc từ nhớ thời gian của hệ thống điều khiển PLC S5 Allen Bradley. Ba bit bên trái [14,15,16] trong từ điều khiển của bộ đếm thời gian đ−ợc sử dụng nh− các bit trạng thái. Bit 15 là bit cho phép bộ đếm thời gian hoạt động [EN], và nó đ−ợc bật khi lơ gíc của bộ đếm thời gian là 1 hay TRUE. Bit 14 là bit thời gian của bộ đếm thời gian [TT], và nó đ−ợc bật khi bậc của bộ đếm trở thành TRUE. Điều này chỉ thị rằng thời gian hoạt động trong gia tăng. Bit 13 là bit thời gian đã qua [DN], và nó có giá trị TRUE khi giá trị tích luỹ bằng giá trị thời gian đặt tr−ớc.

Hình Cấu trúc từ của bộ đếm thời gian allen Bradley PLC s5. Bộ đếm thời gian trễ TON [Time On Delay]

Hình 4.. Sơ đồ thang sử dụng lênh TON

Trong ví dụ ứng dụng trên hình 4.. khi công tắc khởi động bơm ở trnạg thái ON, bit I:000/01 đ−ợc bật lên 1, và bộ đếm thời gian [T4:0] bắt đầu đếm các đơn vị thời gian. Thời gian mà công tắc giữ giá trị CLOSE hay ON, bộ đếm thời gian làm tăng giá trị của từ tích luỹ cho mỗi khoảng thời gian. Khi giá trị tích luỹ bằng giá trị đặt tr−ớc là 5 giây, bộ đếm thời gian ngừng đếm và bật bit thời gian đã qua [DN] lên ON. Bit đã thực hiện xong này [T4:0/DN] đ−ợc sử dụng sau đó trên bậc thang 1 để kích hoạt bit đầu ra của bơm [O:001/01].

Bộ đếm sớm TOF [Time Off Delay]

Bộ đếm TOF là lệnh đầu ra, tạo một dạng khác của hoạt động của bộ đếm thời gian. Nếu tính liên tục lơ gíc bị mất, bộ đếm thời gian bắt đầu đếm các khoảng thời gian cho đến khi thời gian tích luỹ bằng thời gian đ−ợc lập trình tr−ớc đấy. Khi thời gian tích luỹ bằng thời gian đặt tr−ớc, bộ đếm ngừng đếm và bit đếm xong [bit 13] đ−ợc bật về 0. Bit thời gian hoàn thành [DN] có thể đ−ợc sử dụng nh− các lệnh tiếp điểm th−ờng mở NO hay th−ờng đóng NC. Nếu tính liên tục lơ gíc lại có tr−ớc khi bộ đếm thời gian đém xong, từ tích luỹ đ−ợc bật về khơng và bit hồn thành đ−ợc bật lên lơ gíc 1.

Trên hình 4.. là ví dụ về ch−ơng trình đối với lệnh TOF với giá trị đặt tr−ớc là 5 giây. Trên bậc 0, khi đầu vào I:000/01 là TRUE, bit DN đ−ợc bật lên 1, bật bit đầu ra O:001/01. lên ON. Nếu công tắc đầu vào I:000/01 là OPEN cho 5 giây hay nhiều hơn thì bộ đếm thời gian sẽ đếm tăng đến 5 giây. Khi giá trị đặt tr−ớc bằng giá trị tích luỹ thì bit hồn thành [T4:1/DN] đ−ợc bật về 0 và bit đầu ra O:001/01 trên bậc thang số 1 sẽ đ−ợc bật về OFF.

Hình 4.. Lệnh TOF trên sơ thang

Bộ đém thời gian duy trì RTO [Retentive Timer On]

[T4:2/RES] trên bậc thang số 1 sẽ bật lên giá trị lơ gíc 1, nếu bit I:000/03 đ−ợc bật lên 1.
Điều này sẽ bật lại bộ ăca qui trên bộ đếm T4:2 về 0 và bật lại bit DN.

H×nh 4.. LƯnh RTO

ỉng dụng đặc tr−ng cho các bộ đếm thời gian là để tạo ra các xung thay đổi cho đèn nháy, đèn báo động.

Ví dụ 3: Thiết kế mạch thời gian sao cho mạch này đ−ợc sử dụng để tạo ra tín hiệu thay đổi nh− đèn báo động nối đến đầu ra tại đèn nháy với vị trí bit O:3/1. Chọn chu kỳ thời gian là 0.5 giây tắt [OFF] và 0.5 giây bật [ON].

Giải: ch−ơng trình LAD gồm ba bậc thang với bộ đếm 0.5 giây trên bậc thứ nhât và thứ hai, và bit đếm xong điều khiển đèn báo động trên bậc thang thứ 3.

Bộ đếm tăng CTU

Khi điều kiện của bậc phải đi từ TRUE sang FALSE và ng−ợc lại về TRUE tr−ớc khi b−ớc đếm tiếp theo đ−ợc ghi nhận.

Khi giá trị tích luỹ đạt giá trị cho tr−ớc, bit đếm xong bật lên 1. Không nh− lệnh đếm thời gian, lệnh đếm tiếp tục đếm để tăng giá trị tích luỹ sau khi đã đạt giá trị cho tr−ớc. Nếu giá trị tích luỹ v−ợt quá miền đêm cao nhất, một bit tràn OV [overflow] đ−ợc bật lên

Bộ đếm giảm CTD [counter down]

Lệnh ra của bộ đếm giảm sẽ tính lùi một đơn vị mỗi lần khi có trạng thái chuyển tiếp từ FALSE sang TRUE của lơ gíc đầu vào của bộ đếm. Trong một số ứng dụng, bộ đếm giảm đ−ợc sử dụng chung với bộ đếm tăng, tạo ra bộ đếm tăng/giảm. Ví dụ trên hình 4.. là bộ đếm tăng /giảm của Allen Bradley PLC S5. Cùng một địa chỉ C5:0 đ−ợc sử dụng cho cả hai bộ đếm.

Ví dụ 4: Lập trình bằng LAD sử dụng lệnh đếm để đếm số chi tiết sản xuất trên đây chuyển lắp ráp. Giả thiết rằng đầu vào I:000/12 của PLC đ−ợc kích hoạt bởi mỗi chi tiết rời khỏi dây chuyền lắp ráp, đầu vào I:000/13 đ−ợc kích hoạt khi chi tiết bị loại do phế phẩm sau kiểm tra công đoạn cuối, và đầu vào I:000/00 đ−ợc cấp năng l−ợng tại cuối mỗi hành trình sản xuất.

Hình 4..LAD cho đếm sản phẩm. Các thao tác truyền dữ liệu

Lệnh truyền dứ liệu gây ra sự truyền các nội dung của một bộ ghi sang bộ ghi khác. Lệnh truyền dữ liệu có thể ghi địa chỉ một vị trí nào đó trong bảng nhớ dữ liệu, với cá biệt các miền hạn chế cho các ứng dụng. Các giá trị l−u tr−ớc đó có thể đ−ợc tự động lấy ra và cho vào một vị trí mới nào đó. Vị trí này có thể là bộ ghi đ−ợc đặt tr−ớc đối với bộ đo thời gian hay bộ đếm hay có thể cả hai là bộ ghi đầu ra điều khiển màn hình số 7 đoạn.

Hệ lập trình Allen Bradley PLC S5 sử dụng 3 lệnh truyền bit dữ liệu và từ : Bit phân phối BTD, chuyển dịch MOV, và chuyển động giấu MVM. Các lệnh truyền dữ liệu đ−ợc sử dụng bởi phần lớn các nhà sản xuất PLC.

Bit ph©n phèi BTD

Lệnh BTD là lệnh ra, mà nó dịch chuyển lên 16 bit dữ liệu trong hay giữa các từ. Nguồn của dữ liệu đ−ợc giữ khơng thay đổi. Trên hình 4.. là ví dụ lệnh BTD dịch chuyển các bit trong một từ . Lệnh này ghi chồng lên đích với các bit đặc biệt. Nếu chiều dài của tr−ờng bit v−ợt qua từ đích, bộ xử lý sẽ khơng ghi nhớ phần các bit tràn. Bởi vì chúng khơng đ−ợc bọc vào từ kế tiếp và chúng bị mất đi.

Hinh 4 …Lªnh BTD

LƯnh MOVE vµ MASKED MOVE

Lệnh chuyển MOV là lệnh ra mà nó cốp pi dữ liệu trên địa chỉ nguồn đến địa chỉ đích. Bậc thang duy trì đ−ợc giá trị TRUE bao nhiêu thì lệnh MOV dịch chuểncác nội dung của mỗi chu kỳ quet của PLC đến địa chỉ đích. Nguồn có thể lập trình khơng đổi hay địa chỉ dữ liệu trên đó lệnh này có thể đọc đ−ợc ảnh của giá trị. Đích của dữ liệulà địa chỉ dữ liệu sẽ đ−ợc ghi vào nh− kết quả của phép tính. Lệnh này viết chồng lên một dữ liệu đ−ợc l−u nào đó tại đích. Ví dụ trên bậc 0, khi đầu vào I:000/02 là TRUE, dứ liệu l−u tại địa chỉ N7:10 đ−ợc copy và ghi vào vị trí N7:12.

Lệnh MVM là lệnh ra mà nó cốp pi nguồn gửi đến đích và cho phép một phần dữ liệu bị che [cản lại, không cho qua]. Bậc thang giữ đ−ợc TRUE càng lâu bao nhiêu thì lệnh này dịch chuyển dữ liệu mỗi lần quét.

Lệnh MVM có thể đ−ợc sử dụng để cốp pi bảng ảnh vào/ra, giá trị nhị phân hay số ngun. Ví dụ nó đ−ợc sử dụng để tách dữ liệu của bit, nh− là bit trạng thái hay bit điều khiển, từ một địa chỉ chứa bit dữ liệu hay từ dữ liệu. Nguồn thơng tin là ch−ơng trình không thay đổi hay địa chỉ dữ liệu từ nơi mà lệnh này sẽ đọc giá trị của ảng. Nguồn thông tin đ−ợc giữ không thay đổi.

Mặt nạ hay lá chắn có thể có địa chỉ hay giá trị hệ cơ số 16 để chỉ rõ bit bị chắn lại hay cho đi qua. Ng−ời lập trình phải bật bit bị che lên giá trị 1 để cho dữ liệu đi đến đích. Dữ liệu đ−ợc di chuyển sẽ ghi chồng lên dữ liệu trên đích. Đích là địa chỉ dữ liệu để trên đó lệnh này ghi kết quả của phép tính. Lệnh này ghi chồng lên dữ liệu l−u tại đích đến.

C¸c phÐp tÝnh sè häc

Các phép tính lơ gíc gồm bốn phép tính cơ bản là: cộng, trừ, nhân và chia. Các lệnh này sử dụng nội dung trong vị trí của hai từ để thực hiện chức năng yêu cầu. Các lệnh số học là các lệnh ra, mà chúng có thể hay khơng có thể lệnh vào lơ gíc. Các lệnh này sử dụng hoặc một hay hai từ dữ liệu để l−u kết quả. Lệnh cộng hay trừ sử dụng một từ. Lệnh nhân hay chia cần hai từ để tính kết quả. Chúng ta sẽ nói về từng lệnh ở các mục tiếp theo.

PhÐp céng [ADD]

Lệnh công thực hiện phép cộng của hai giá trị l−u trong hai vị trí khác nhau của bộ nhớ, nguồn A và nguồn B. Kết quả đ−ợc l−u trữ trong bộ ghi đích đến. Nguồn A và nguồn B có thể là giá trị hay địa chỉ có chứa các giá trị. Trong ví dụ trên hình 4..,nếu đầu vào trên bit I:000/01 là TRUE, lệnh cộng giá trị l−u trong địa chỉ N7:0 vào giá trị l−u trong N7:1 và l−u kết quả lên địa chỉ N7:2.

Lệnh trừ thực hiện phép tính trừ của hai số trong hai địa điểm nguồn A và nguồn B. Nh− trong phép công, nếu điều kiện cho phép thực hiện phép trừ bật lên 1, kết quả đ−ợc đ−a đến bộ ghi trên đích đến. Quan sát trên bậc 1 của hình 4.. , nếu bit vào tại địa chỉ I:000/02 đ−ợc bật lên 1, số trên địa chỉ N7:4 đ−ợc trừ đi số trên địa chỉ N7:3 và kết quả đ−a vào bộ ghi N7:5.

PhÐp nh©n MUL

Lệnh nhân đ−ợc sử dụng để nhân một giá trị [nguồn A] với một giá trị khác [nguồn B] và kết quả đ−a vào đích đến. Nguồn A và nguồn B có thể là giá trị hay địa chỉ. Lệnh nhân đặc trung MUL đ−ợc minh hoạ trên hình 4.. , nếu bit vào I:000/03 trên bậc 0 là TRUE, bộ xử lý sẽ nhân giá trị trong N7:3 với giá trị trong N7:4 và l−u kết quả trong N7:20.

PhÐp chia DIV

Lệnh chia đ−ợc sử dụng để chia một giá trị [nguồn A] bởi một giá trị khác [nguồn B] và l−u kết quả trên đích đến. Nguồn A và nguồn B có thể là giá trị hay địa chỉ. Trong lệnh chia nh− trên ví dụ 4.., nếu bit vào I:000/02 trên bậc 1 là TRUE, bộ xử lý sẽ chia giá trị trong N7:0 cho giá trị trong N7:1 và kết qu lu trong N7:21.

Hìng 4..

Các phép so sánh dữ liệu

Núi chung vic di chuyn d liệu sử dụng các lệnh sơ đồ thang gây ra sự sử dụng của một bộ ghi đơn để so sánh nội dung của hai bộ ghi. Trong ngôn ngữ sơ đồ thang, chúng óc ba lệnh so sánh là bằng, nhỏ hơn hay lớn hơn. Phụ thuộc vào kết quả của phép so sánh lớn hơn, nhỏ hơn hay bằng, một đầu ra có thể đ−ợc bật lên [ON] hay tắt đị [OFF] hay một phép tính khác có thể đ−ợc thực hiện.

So s¸nh b»ng EQU

Lệnh này đ−ợc dùng để kiểm tra hai gái trị bằng nhau hay khơng. Nguồn A và nguồn B có thể là giá trị hay địa chỉ chứa các giá trị. Ví dụ trên bậc 0 của hình 4.., nếu sự bằng nhau là TRUE, thì đầu ra đ−ợc kích hoạt.

Giống nh− lệnh EQU, lệnh LES kiểm tra nội dung của giá trị trong một vị trí [nguồn A] để xem nếu nó nhở hơn giá trị l−u trong vị trí thứ hai [nguồn B]. Nếu điều kiện kiểm tra là TRUE, đầu ra cuộn hút trên bậc thang 1 c kớch hot.

So sánh lớn hơn GRT

Lệnh so sánh lớn hơn hoạt động nh− lệnh LES, với cá biệt là kiểm tra đ−ợc thực
hiện cho giá trị lớn hơn điều kiện là TRUE, đầu ra cuộn hút trên bậc thang 2 sẽ đ−ợc kích hoạt.

Các lệnh điều khiển

Cỏc hm ca chng trỡnh iu khiển để thực hiện một chuổi các lệnh nhảy có điều kiện hay khơng có điều kiện và lệnh khứ hồi. Các lệnh này cho phép ch−ơng trình để thực hiện chỉ một số đoạn của lơ gíc điều khiển nếu tập hợp cố định các điều kiện đ−ợc đảm bảo. Các lệnh này diễn tả trêm các phần tiếp theo.

Lệnh điều khiển rơ le chủ MCR

Lnh r le chủ đ−ợc dùng theo cặp để kích hoạt hay dừng thực hiện của nhóm hay một vùng của các bậc thang. Lệnh điều kiện MCR đ−ợc dùng cùng với lệnh cuộn hút MCR không điều kiện để đ−a hàng rào xung quanh một nhóm các bậc. Ví dụ, trên hình 4.., nếu đầu vào I:000/03 là đúng [TRUE], cuộn hút MCR có điều kiện trên bậc 0 sẽ đ−ợc kích hoạt và lơ gíc bên trong của vùng này sẽ đ−ợc thực hiện t−ơng ứng với lơ gíc trên từng bậc trong vùng MCR. Nếu lệnh MCR có điều kiện tắt [OFF], tất cả các đầu ra không l−u bên trong vùng này sẽ bị tắt.

Lệnh nhảy JMP và lệnh nhÃn LBL

Lnh nhy JMP và lênh nhãn LBL là các lệnh đ−ợc sử dụng theo cặp để bỏ qua một đoạn của ch−ơng trình lơ gíc thang. Lệnh nhảy cho phép sự thực hiện kế tiếp bình th−ờng đ−ợc thay đổi để CPU nahỷ đến vị trí mới trên ch−ơng trình thang. Nếu lơ gíc của nhảy là TRUE, thì cuộn hút nhảy JMP ra lệnh cho CPU nhảy đến và thực hiện bậc đ−ợc gán địa chỉ trên cùng nh− địa chỉ cuộn nhảy. Điều này cho phép ch−ơng trình thực hiện các bậc mà đầu ra của dòng kế tiếp bình th−ờng của ch−ơng trình sơ đồ thang tiêu chuẩn. Mục đích của của nhãn để nhận dạng bậc thang mà nó sẽ là địa chỉ đích của lệnh nhảy. Nhãn tham chiếu phải khớp với nơi mà lệnh nhảy sẽ đ−ợc sử dụng. Lệnh nhãn khơng đóng góp cho tính liên tục lơ gíc, và nó ln là lơ gíc TRUE. Lệnh này đ−ợc bố trí nh− điều kiện lơ gíc đầu tiên trong bậc. Lệnh nhẫn tham chiếu bởi một địa chỉ duy nhất, địa chỉ có thể đ−ợc định nghĩa chỉ một lần trong ch−ơng trình.

Lệnh nhảy đến ch−ơng trình con JST

Các ch−ơng trình con đ−ợc sử dụng trong lập trình để sản xuất một ch−ơng trình có cấu trúc cao hơn và để giảm số l−ợng bộ nhớ đ−ợc dùng cho ch−ơng trình. Các ch−ơng trình con đ−ợc sử dụng để l−u các hàm lơ gíc đ−ợc tái xuất hiện mà có thể truy cập vào từ các phần khác nhau của ch−ơng trình lơ gíc sơ đồ thang chính. Điều này tiết kiệm khơng gian bộ nhớ bởi vì hàm đ−ợc lập trình chỉ là một mặc dù nó đ−ợc sử dụng nhiều lần trong ch−ơng trình điều khiển.

PLC S5 của Allen – Bradley có ba lệnh ch−ơng trình con: lệnh nhảy đến ch−ơng trình con JSR, ch−ơng trình con SBR và khứ hồi RET. Các lệnh này h−ớng bộ xử lý đi đến một tệp ch−ơng trình con riêng biệt trong ch−ơng trình lơ gíc thang, qt tệp ch−ơng trình con này một lần, và quay trở lại điểm xut phỏt.

Tài liệu của chơng trình ®iỊu khiĨn PLC

Một phần quan trọng của lập trình PLC là tài liệu của ch−ơng trình điều khiển phải đúng và hoàn chỉnh. Phần lớn các nhà sản xuất PLC đã làm cho khả năng in ch−ơng trình cốp pi “cứng” của ch−ơng trình điều khiển ra từ bộ nhớ của PLC. L−u trong sơ đồ thang hay trong một ngôn ngữ khác, bản cốp pi “cứng” sẽ đ−ợc xem nh− bản sao chính xác của ch−ơng trình điều khiển l−u trong bộ nhớ.

Lập trình sơ đồ thang nâng cao Giới thiệu

Các lệnh của sơ đồ thang nâng cao đ−ợc yêu cầu để thực hiện các chức năng mạnh hơn là
điều khiển ON/OFF, đếm thời gian, đếm và di chuyển dữ liệu. Các lệnh nâng cao này đ−ợc sử dụng để điều khiển t−ơng tự, để tính tốn các tệp dữ liệu, các phép tính kế tiếp, báo cáo dữ liệu, các hàm lơ gíc phức tạp, và các chức năng khác mà các lệnh LAD cơ bản không thể thực hin c.

Các lệnh LAD nâng cao

Các lệnh LAD nâng cao cho phép ngời sử dụng lập trình những hàm điều khiển PLC phức tạp hơn. Ta sẽ nói về các lệnh nâng cao chung nhất nh tệp, bộ ghi cao h¬n, sù kÕ tiÕp, sù trun khèi cđa PLC Allen Bradley S5.

C¸c lƯnh tƯp [file]

Một tệp là nhóm các các từ của bảng dữ liệu liên tiếp đ−ợc sử dụng để chứa thông tin của PLC. Lệnh tệp đ−ợc sử dụng để thực hiện các phép tính nh− số học, lơ gíc, tìm kiếm, cốp pi, và so sánh. Các lệnh tệp của PLC 5 Allen Bradley gồm tệp số học và lơ gíc FAL, tệp tìm kiếm và so sánh FSC, tệp cốp pi COP, và tệp điền đầy FLL.

Trên hình 4… minh hoạ cấu trúc lệnh FAL đặc tr−ng với các tham số điều khiển, chiều dài, vị trí, chế độ, đích đến, và thể hiện.

Bộ xử lý dùng thông tin này để thực hiện lệnh. Điều khiển là địa chỉ của cấu trúc điều khiển trong một tệp điều khiển kiểu R. Độ dài là số từ [0 đến 999] trong khối dữ liệu mà trên đó lệnh tệp hoạt động. Vị trí là phần tử tức thời với khối dữ liệu mag bộ sử lý đang truy cập. Chế độ là số phần tử của tệp hoạt động trên mõi lần khi bậc đ−ợc quét trong ch−ơng trình. Có ba chế độ là :

- Chế độ toàn bộ, - Chế độ số, - Chế độ gia tăng.

địa chỉ, các hằng số của ch−ơng trình, các phép tính mà nó xác định nguồn của dữ liệu và các phép tính sẽ đ−ợc thực hiện.

Lệnh đầu ra cuộn hút bên phải của lệnh tệp là bit cho phép [EN – enable], bit thực hiện xong [DN – done], bit lỗi [ER – error]. Các bit này có cùng địa chỉ từ nh− lệnh điều khiển. Bộ xử lý tự động bật địa chỉ của các bit trạng thái khi ng−ời lập trình nạp địa chỉ điều khiển. Bit cho phép EN đ−ợc bật từ FALSE lên TRUE để chuyển bậc, và nó chỉ thị rằng lệnh này đã đ−ợc cho phép. Trong chế độ gia tăng, bit EN theo dõi điều kiện của bậc thang. Trong chế độ số và chế độ toàn bộ, bit EN giữ trạng thái đặt cho đến khi lệnh này hoàn tất các phép tính của nó, khơng cần quan tâm đến điều kiện của bậc. Bit cho phép đ−ợc đặt lại khi bậc chuyển sang trạng thái FALSE, và lệnh này sau đó hồn tất phép tính của nó.

Bit thực hiện xong DN đ−ợc dặt sau khi lệnh đã hoạt động trên nhóm cuối cùng của từ. Trong chế độ gia tăng, nếu lệnh này là FALSE tại lúc hoàn thành, lệnh này có đ−ợc bộ xử lý bật lại bit DN để qt một ch−ơng trình sau khi hồn thánh phép tính của nó. Nếu lệnh này là TRUE tại lúc hoàn thành, bit hoàn thành đ−ợc đặt lại khi lệnh này chuyển sang trạng thái FALSE.

Bỉ lỗi ER đ−ợc đặt khi phép tính gây ra trạng thái tràn. Lệnh dừng đến khi ch−ơng trình sơ đồ thang đặt lai bit lỗi. Khi bộ xử lý phát hiện ra các lỗi, vị trí l−u trong số lng t b li.

Tệp số học và lô gic

Để minh hoạ các lệnh FAL hoạt động nh− thế nào, ta thực hiện mọtt lệnh cốp pi nh− hình 4.. Trong ví dụ này, khi bậc chuyển sang trạng thái TRUE [bit I:000/02 bật lên 1], bộ xử lý đọc dữ liệu l−u trong 4 từ của tệp số nguyên N71, bắt đầu trên từ số 3. Sau đó nó ghi dữ liệu lên tệp số nguyên N70 bắt đầu trên từ 0. Nó ghi chồng lên dữ liệu trên tệp đích đến.

Tệp tìm và so sánh FSC

Lnh tỡm kim và so sánh là lệnh đầu ra mà nó so sánh giá trị trong tệp nguồn, từ với từ, để thực hiện phép tính xác định trên hình thức thể hiện. Khi bộ xử lý tìm ra sự so sánh đúng TRUE, nó bật bit tìm thấy FD [found] vàghi nhận vị trí, nơi mà sự so sánh đúng đ−ợc tìm thấy. Bit ngăn IN [inhibit] đ−ợc tạo ra để ngăn sự tìm kiếm tệp này trong t−ơng lai.

Lệnh FSC đ−ợc sử dụng để thực hiện các phép tính nh− đặt chế độ báo động mức cao và mức thấp cho q trình cơng nghệ với nhiều đầu vào t−ơng tự và so sánh các khối biến với tệp tham chiếu tr−ớc khi bắt đầu phép tính khối. Lệnh FSC thực hiện các phép so sánh liệt kê trên bảng 4.. têndữ liệu của tệp t−ơng ứng với ph−ơng trình đ−ợc kê trong phần của hình thức thể hiện của lệnh. Bộ xử lý so sánh các tệp của các dạng dữ liệu khác nhau bởi biến đổi dữ liệu bên trong thành dữ liệu nhi phân t−ơng đ−ơng tr−ớc khi so sánh.

Trong tìm tệp, khi bậc thang điều kiện là TRUE, sự so sánh yêu cầu đ−ợc thực hiện trên dữ liệu đ−ợc địa chỉ hoá trên hình thức thể hiện. Từ đ−ợc so sánh thứ tự theo chiều tăng tại lức bắt đầu. Tốc độ đ−ợc xác định bởi chế độ của phép tính xác định trong lệnh FSC. Bit hoàn thành DN đ−ợc bật sau khi bộ xử lý đã so sánh cặp cuối cùng. Nếu trên bậc này là TRUE khi hoàn thành, bit hồn thành đ−ợc tắt khi bậc thang khơng ở trạng thái TRUE lâu hơn. Trong chế độ số, mặc dù bậc khơng phải là TRUE tại lúc hồn thành, bit DN đ−ợc giữ trên một vong quét ch−ơng trình sau khi phép tính đã hàon thành.

Để minh hoạ lệnh FSC hoạt động nh− thế nào, ta thực hiện một lệnh FSC “tìm khơng bằng”, nh− trên hình 4.. Khi bit I:000/03 trở thành TRUE, bộ xử lý thực hiện phép so sánh “không bằng” giữa các từ, bắt đầu tại B3:0 và B15:0. Số từ đ−ợc so sánh trên một vịng qt ch−ơng trình là 10 trong ví dụ trên, bởi vì chế độ đ−ợc bật là 10.

Ví dụ 2 : Viết ch−ơng trinh LAD của PLC 5 để tìm dữ liệu trong tệp số nguyên
N40, từ số 0 đến 99, và so sánh nó cho điều kiện bằng với dữ liệu trong tệp N50 bắt đầu cúng tại từ số 0, nu bit u vo I:000/03 l TRUE.

Giải: Chơng trình LAD cđợc thể hiện trên hình 4..

Lệnh cốp pi tÖp COP

Lệnh này là lệnh đầu ra mà nó cốp pi giá trị trên tệp nguồn vào tệp đích. Tệp nguồn giữ khơng thay đổi. Lệnh COP khốngử dụng bit trạng thái. Lệnh COP không ghi chồng lên ranh giới của tệp, nh− vậy dữ liệu tràn sẽ bị mất. Cũng vậy, khơng có chuyển đổi dữ liệu nên tệp nguồn và tệp đích sử dụng dùng dạng dữ liệu.

LƯnh ®iỊn tƯp FLL

Lệnh FLL là lệnh ra mà nó điền các từ của tệp với giá trị nguồn. Tệp nguồn giữ không thay đổi. Giống nh− lệnh COP, lệnh FLL không dung bit trạng thái. Lệnh FLL sẽ không ghi lên lề, và nh− vậy dữ liệu tràn sẽ bị mất. Cũng nh− vậy, khơng có sự chuyển đổi dữ liệu, dũ liệu nguồn và dữ liệu đích là cùng một dạng.

Trên hinhg 4.. lag minh hoạ của lệnh FLL. Khi bit vào I:000/03 là TRUE, bộ xử lý copy 10 từ bắt đầu từ tại tệp N50:0 đến 10 từ đầu tiên của tệp N60:0.

C¸c lƯnh chuyÓn bé ghi

Các lệnh chuyển bộ ghi đ−ợc sử dụng theo dõi chuyển động hay dòng của các phần và thông tin trong các ứng dụng công nghiệp. Các lệnh này gồm: bit chuyển trái BSL, bit chuyển phải BSR, nạp đầu tiên vào đầu tiên ra FFL, xoá đầu tiên vào đầu tiên ra FFU.

Lệnh dịch chuyển bit BSR và BSL đ−ợc sử dụng để nạp bit vào, bit dịch chuyển qua và bit xoá từ mảng bit với một bit bị xoá mỗi lần. Một ứng dụng là dùng theo dõi các chai trên dây chuyền đóng chai, trong đó mỗi bit thể hiện một chai. Lệnh dịch chuyển ghi và xoá FFL và FFU đ−ợc dùng để ghi và xoácác giá trị trên cùng một thứ tự. T−ơng tự nh− vậy là có thể ứng dụng để theo dõi các chi tiết trên dây chuyền lắp ráp, nơi mà chi tiết đ−ợc thể hiện bằng giá trị xác định bởi số của chi tiết và mó lp rỏp.

Các lệnh dịch chuyển bit

Lnh dịch chuyển dịch tất cả các bit trong một địa chỉ xác định bởi một vị trí bit sau mỗi lần bậc thang chuyển trạng thái từ FALSE sang TRUE. Có hai lệnh dịch chuyển là dịch chuyển một bit sang trái BSL và dịch chuyển một bit sang phải BSR. Trên hình 4.. chỉ ra cấu trúc của lệnh dịch chuyển bit sang trái BSL với các tham số của nó trong tệp, điều khiển, bit địa chỉ và độ dài.

Tham sốđiều khiển là địa chỉ của cấu trúc điều khiển [bốn m−ơi tám bit hay ba từ m−ời sáu bit] trong điều khiển của dạng tệp [R] đ−ợc chứa các bit trạng thái thái của lệnh, kích cỡ của mảng [số l−ợng bit], và bit con trỏ. Bộ xử lý sử dụng thông tin này để thực hiện lệnh. Bit địa chỉ là địa chỉ của bit nguồn. Lệnh dịch chuyển bit chèn giá trị 0 hay 1 của một bit vào bit khác bắt đầu từ vị trí bit thấp nhất cho BSL hay từ bit có vị trí cao nhất của mảng cho lệnh BSR.

Tham số độ dài là số thập phân chỉ số l−ợng của các bit sẽ đ−ợc dịch chuyển. Trong Allen Bradley PLC5, các bit trong tệp vào/ra đ−ợc đánh số cơ số 8 từ 00 đến 07 và 10 đến 17, nh−ng trong tất cả các tệp khác đ−ợc đánh số thập phân từ 0 đến 15.

Các đầu ra cuộn hút của các lệnh tệp này là bit cho phép EN và bit hoàn thành DN. Các bit này có cùng một địa chỉ từ nh− là các phần tử điều khiển của lệnh. Các địa chỉ của các bit trạng thái đ−ợc bật tự động bởi bộ xử lý khi ng−ời lập trình nhập vào các địa chỉ điều khiển. Bit cho phép EN đ−ợc bật khi trạng thái của bậc thang chuyển từ FALSE sang TRUE và chỉ thị rằng lệnh đ−ợc cho phép. Bit hoàn thành DN đ−ợc bật để chỉ thị rằng mảng bit đ−ợc dịch chuyển sang phải hay sang trái của một bit.

Phần tử điều khiển cũng chứa hai bit trạng thái: bit báo lỗi ER tại bit 11 và xoá tại UL tại bit 12. Bit báo lỗi ER đ−ợc bật để chỉ thị rằng lệnh phát hiện ra lỗi, nh− lỗi vào với độ dài tệp âm. Bit chuyển UL là đầu ra của lệnh. Bit UL l−u trạng thái của bit đã đ−ợc di chuyển từ mảng mỗi khi lệnh dịch chuyển đ−ợc cho phép.

Trong ch−ơng trình LAD trên hình 4.. khi bậc thang có chứa lệnh BSL đi từ trạng thái FALSE sang TRUE, bộ xử lý bật bit EN. Bộ xử lý sau đó dịch chuyển 16 bit trong tệp bit B3, bắt đầu với bit 16, sang bên trái[ bit có trọng l−ợng cao hơn] một vị trí. Bit cuối cùng dịch chuyển ra là bit trên vị trí bit 31, bit này đ−ợc chuyển đến bộ ghi điều khiển UL, bit UL [R6:0/10]. Bit nguồn đến từ địa chỉ I:000/10 và dịch chuyển đến vị trí đầu tiên của B3:1. Sau khi bộ xử lý hoàn tất việc dịch chuyển trong một chu kỳ quét, khi bit điều khiển của bậc thang I:000/03 trở thành FALSE, lệnh này bật lại các bit trạng thái EN, ER [nếu đã đ−ợc bật] và DN.

Để đóng gói phép tính, thì địa chỉ nguồn đ−ợc gán cùng một địa chỉ nh− là địa chỉ bit cao nhất [nằm ngoài].

chứa lệnh BSR đi từ FALSE sang TRUE, bộ xử lý bật bit EN. Sau nó đó dịch chuyển m−ời sáu bit trong tệp bit B3 sang phải [đến số bit thấp hơn] một vị trí, bắt đầu từ bit 31. Bit cuối cùng là bit 16 bị dịch ra ngoài vào bộ ghi điều khiển UL, bit [R6:0/10]. Bit nguồn đến từ I:000/10 và dịch chuển vào vị trí bit cao nhất, bit 31 của tệp B3.

Sau khi bộ xử lý hoàn tất phép dịch chuyển trong một vịng qt ch−ơng trình, khi bậc thang của bit điều khiển I:000/03 trở thành FALSE, lệnh này bật lại tất các các bit trạng thái: bit EN, bit ER [nếu đã đ−ợc bật] và bit DN. Để đóng gói phép tính, địa chỉ của nguồn đ−ợc gán cùng địa chỉ nh− địa chỉ của bit cao nhất [nm ra ngoi].

Các lệnh vào đầu tiên ra đầu tiên FIFO

Cú hai lnh thuc nhúm ny l lệnh nạp FIFO dùng nhớ FFL và lệnh di chuyển FIFO có sử dụng nhớ FFL. Hai lệnh này đ−ợc sử dụng theo cặp để l−u và lấy dữ liệu theo một trật tự cho tr−ớc. Khi sử dụng theo cặp, chúng tạo ra một bộ ghi dịch chuyển không đồng bộ hay bộ ghi dồn.

Hai lệnh này phải sử dụng cùng một tệp và cùng một địa chỉ điều khiển, độ dài, và giá trị vị trí nh− trên hình 4..

Dữ liệu đ−ợc nạp bắt đầu trên từ số 0 và tăng dần cho đến từ số n. Dữ liệu đ−ợc bỏ đi từ từ số 0, và tất các các từ đ−ợc dịch chuyển lên một vị trí h−ớng vào từ số 0.

Tham số nguồn là địa chỉ mà nó sẽ l−u các giá trị vào tiếp theo của bộ ghi dồn. Lệnh FIFO-FFL lấy giá trị từ địa chỉ nguồn và nạp vào từ tiếp theo của bộ ghi dồn. Tham số đích đến là địa chỉ mà nó l−u giá trị có trong bộ ghi dồn.

FIFO là địa chỉ đ−ợc đánh chỉ số của bộ ghi dồn. Cùng một địa chỉ FIFO này đ−ợc sử dụng cho cả lệnh FFL và FFU. Tham số điều khiển là địa chỉ của cấu trúc điều khiển [bốn m−ơi tám bit hay ba từ m−ời sáu bit] trong miền điều khiển của bộ nhớ. Cấu trúc điều khiển l−u các bit trạng thái của lệnh, độ dài của bộ ghi dồn, và vị trí sẵn sàng kế tiếp [con trỏ] trong bộ ghi dồn.

Tham số vị trí chỉ thị vị trí kế tiếp sẳn sàng khi lệnh nạp dữ liệu vào bộ ghi dồn. Vị trí đ−ợc ghi địa chỉ bằng cách thêm từ POS vào trong địa chỉ điều khiển [bộ ghi R]. Thông th−ờng giá trị vị trí là 0, nếu ng−ời lập trình khơng muốn lệnh bắt đầu từ một điểm mốc nào đó khi khởi động.

Ví dụ 3: Một đây chuyền lắp ráp có một trăm chi tiết máy trên mỗi vòng chạy. Số xê ri của mỗi chi tiết đ−ợc l−u trong từ N40:1. Viết ch−ơng trình LAD để đ−a số xê ri này vào tệp N50:3.. Hãy tải số xê ri này đến từ N40:2.

C¸c lƯnh kÕ tiÕp

Các lệnh kế tiếp là các lệnh đ−ợc sử dụng để điều khiển tự động các máy lắp ráp, mà các máy này có các thao tác khơng đổi và lặp lại. Có ba lệnh kế tiếp chung là: đầu vào kế tiếp, đầu ra kế tiếp và nạp kế tiếp.

Các lệnh kế tiếp nói chung đ−ợc sử dụng để chuyển dữ liệu từ bộ nhớ đến mô đun ra gián đoạn để điều khiển các thao tác của quá trình gián đoạn hay các thao tác lô kế tiếp [ đầu ra gián đoạn]. Các lệnh này cũng đ−ợc sử dụng để so sánh các dữ liệu của các từ vào/ra với dữ liệu l−u trong bảng nhớ mà các điều kiện hoạt động của quá trình có thể đ−ợc kiểm tra để điều khiển hay để chẩn đoán [đầu vào kế tiếp]. Lệnh này cũng đ−ợc sử dụng để chuyển dữ liệu của từ vào/ra vào bộ nhớ [nạp kế tiếp].

Các lệnh kế tiếp có thể chiếm bộ nhớ ch−ơng trình bởi vì chúng có thể hiển thị và điều khiển nhiều đầu ra trong số m−ời sáu đầu ra gián đoạn, trên một bậc thang lơ gíc đơn. Lệnh vào kế tiếp SQI và lệnh ra kế tiếp SQO đ−ợc sử dụng theo cặp, để hiển thị và điều khiển một thao tác kế tiếp t−ơng ứng. Trên hình 4.. là minh hoạ của ba lệnh kế tiếp của Alên Bradley PLC5. Các tham số dùng cho các lệnh này gồm tệp, mặt nạ, nguồn, đích đến, điều khiển, độ dài và vị trí. Tệp là tên địa chỉ đ−ợc đánh số của cuat tệp kế tiếp, nơi mà lệnh này chuyển dữ liệu vào và ra từ bộ nhớ. Mục đích nó phụ thuộc vào bản thân mỗi lệnh. Mặt nạ đói với SQI và SQO là mã m−ời sáu hay địa chỉ của phần tử mặt nạ hay tệp qua đó lệnh này dịch chuyển dữ liệu. Bật bit mặt nạ lên 1 là cho dữ liệu đi qua; bật bit mặt nạ về 0 để ngăn lệnh điều hành t−ơng ứng trên các bit đích. Ng−ời lập trình có thể xác định giá trị hệ cơ số m−ời sáu để có giá trị mặt nạ khơng đổi. Ng−ời lập trình cũng có thể l−u mạt nạ trên phần tử hay tệp nếu muốn thay đổi mặt nạ phù hợp cho các yêu cầu ứng dụng điều khiển. Nguồn đối với SQI và SQO là địa chỉ của phần tử đầu vào hay tệp từ đó lệnh này có đ−ợc dữ liệu cho tệp kế tiếp của nó.

Ng−ời lập trình có thể sử dụng địa chỉ điều khiển với khả năng nhớ để ghi địa chỉ các thông số độ dài [LEN] và vị trí POS. Độ dài của tệp kế tiếp, và vị trí là vị trí tức thời của từ trongtrong tệp kế tiếp để bộ xử lý sử dụng. Độ dài là số b−ớc trong tệp kế tiếp bắt đầu từ vị trí 1. Vị trí 0 là vị trí khởi động. Lệnh này bật lại vị trí 1 tại mỗi lần thực hiện xong. Chú ý địa chỉ gán cho tệp kế tiếp là b−ớc 0. Các lệnh kế tiếp sử dụng từ dữ liệu [độ dài +1] cho mỗi tệp tham chiếu trong lệnh này. Điều này cũng áp dụng cho nguồn, mặt nạ, và giá trị đích nếu chúng đ−ợc ghi địa chỉ nh− các tệp.

Vị trí là vị trí của từ trong tệp kế tiếp. Giá trị của nó đ−ợc tăng nội hàm bởi lệnh SQO và SQI. Để minh hoạ các lệnh kế tiếp hoạt động nh− thế nào, ta xem ví dụ lệnh ra kế tiếp SQO nh− trên hình 4..

Lệnh SQO chuyển dữ liệu của b−ớc đang thực hiện [1] qua mặt nạ đến từ đầu ra nối đến

này tăng lên b−ớc tiếp theo [từ tiếp theo] trong tệp kế tiếp: #N7:1. Từ 7:1 là vị trí “home” hay b−ớc 0, và N7:2 là từ cho b−ớc 1. Khi chuổi kết thúc, nó lại bắt đầu lặp lại từ b−ớc 1. Dữ liệu trong tệp kế tiếp đ−ợc dịch chuyển qua mặt nạ cố định [F0F0,HEX] để tới địa chỉ đích O:014. Dữ liệu tức thời đ−ợc ghi đến phần tử dích cho mỗi chu kỳ quét trong lúc bậc thang duy trì giá trị TRUE.

LƯnh chun khèi

Trong c¸c hệ PLC cỡ lớn, các khối dữ liệu lớn phải đợc truyền giữa Bộ xử lý của PLC giám sát và bộ xử lý từ xa trên mạng truyền thông cao tèc. Trong PLC5 cđa Allen Bradley, sù di chun các khối dữ liệu đợc thực hiện bằng sử dụng lƯnh khèi ghi dÞch chun BTW [Block Transfer Write] vµ lƯnh khèi BTR [Block Transfer Read].

Bộ xử lý cơ sở trong PLC 5 của Allen Bradley ở chế độ quét có thể truyền tới sáu m−ơi t− từ mỗi lần đến hay đi từ mô đun truyền khối [BT] trong các giá đỡ tại chỗ hay hay từ xa. Mô đun BT đặc tr−ng là mô đun đầu vào nối với các can nhiệt, các mô đun vào/ra, các mô đun vào ra BCD, các bộ đếm xung. Sơ đồ khối của các lệnh BT đ−ợc minh hoạ trên hình 4.. Các khối dữ liệu đ−ợc truyền từ mô đun BT gá trên giá đỡ từ xa về PLC giám sát trong chế độ quét. Các mơ đun từ xa của Allen Bradley PLC5 có một mơ đun kết nối t−ơng thích ABS -17, mà mơ đun này có thể trao đổi với các mơ đun bằng kênh truyền dữ liệu trên giá đỡ.

PLC của Allen Bradley có thể truyền tới sáu m−ơi t− từ trong mỗi lần truyền giữa quá trình đ−ợc giám sát với bộ xử lý thông qua chế độ quét và mô đun ABS. Trong ứng dụng, cả hai bộ xử lý thực hiẹn đồng thời các lệnh truyền khối nh−ng ng−ợc nhau.

Ch−¬ng 5 Lập trình bằng ngôn ngữ tiêu chuẩn Giới thiệu

Theo tiêu chuẩn quốc tế, ngơn ngữ lập trình của PLC có năm ngơn ngữ đó là sơ đồ thang LAD, sơ đồ hàm lơ gíc FBD, Sơ đồ hàm nhiệm vụ gián đoạn Grafcet, bảng lệnh STL và ngôn ngữ lập trình bậc cao: soạn thảo cấu trúc ST [Structured Text]. Bốn ngôn ngữ cơ bản ta đã giới thiệu ở phần đầu.

Tiªu chuÈn quèc tÕ cho các ngôn ngữ PLC

Cú rt nhiu tiờu chun lp trình cho PLC đ−ợc đ−a ra bởi các Uỷ ban quốc gia và quốc tế để phát triển giao diện chung cho thiết bị điều khiển khả lập trình. Từ 1979 một nhóm các chun gia lập trình quốc tế d−ợc tập hợp từ một số các Uỷ ban quốc gia để soạn thảo những sơ hoạ đầu tiên về tiêu chuẩn dễ hiểu của PLC. Uỷ ban phác hoạ tiêu chuẩn này ra đời năm 1982. Sau khi Uỷ ban này đệ trình tài liệu phác thảo đầu tiên và hiệu chỉnh ban đầu, họ cho rằng tiêu chuẩn này khá phức tạp để có thể xử lý nh− một tài liệu đơn giản. Kết quả, nhóm làm việc phải tách ra làm năm nhóm với nhiệm vụ khác nhau t−ơng ứng với mỗi phần của tiêu chuẩn. Phần 1 thực hiện về các thông tin chung, phần hai về thiết bị và thử nghiệm, phần ba về các ngơn ngữ lập trình, phần bốn là h−ớng dẫn sử dụng và phần năm là truyền thơng.

Mỗi nhóm có vài chun gia qc tế có sự trợ giúp của các nhóm chuyên gia quốc gia.
Tiêu chuẩn IEC 61131-3 về các ngơn ngữ lập trình cho PLC đ−ợc ra đời năm 1993 bởi Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế [International Electrotechnical Commision]. Theo tiêu chuẩn này có ba ngơn ngữ lập trình đồ hoạ cho PLC là sơ đồ thang LAD, Sơ đồ hàm lơ gíc FBD và GRAFCET và hai ngôn ngữ trên cơ sở bảng lệnh STL và cấu trúc soạn thảo ST. Tiêu chuẩn các ngơn ngữ lập trình của PLC cho phép lập trình các phần khác nhau của ứng dụng bằng một ngôn ngữ khác nhau và ttổ hợp lại thành một ch−ơng trình thực hiện đơn giản.

Ngơn ngữ LAD là ngôn ngữ sử dụng rộng rãi nhất của các PLC. Ngôn ngữ này bao gồm một tập hợp các lệnh để thực hiện phần lớn các chức năng điều khiển cơ bản nh−: lơ gíc dạng rơ le, lệnh đếm thời gian và đếm, và các phép toán cơ bản. Mặc dù vậy, tuỳ thuộc vào mô đen của PLC, ng−ời lập trình có thể mở rộng hay nâng cao các tập hợp lệnh để thực hiện các phép tính khác. Các chức năng tăng c−ờng đ−ợc sử dụng cho điều khiển t−ơng tự, thao tác với dữ liệu, báo cáo, điều khiển lơ gíc phức howpj và các chức năng khác.

Ngôn ngữ sơ đồ hàm chức năng FDB là ngôn ngữ đồ hoạ. Ngôn ngữ này sử dụng các sơ đồ của các phần tử lơ gíc t−ơng tự nh− trong đại số Bool để thể hiện các hàm lơ gíc. Ng−ời ta cũng sử dụng các sơ đồ khối phức hợp để th−ợc hiện các phép tính nh− đếm thời gian, đếm, các phép tính số học, nạp, so sánh và truyền dữ liệu. Ng−ời lập trình có thể sử dụng ngơn ngữ này để lập ch−ơng trình điều khiển phức tạp, nhờ th− viện sơ đồ hàm chức năng có kết nối với các sơ đồ khối.

Ngôn ngữ bảng lệnh là ngôn ngữ lập trình cấp thấp. Ngơn ngữ này rất đơn giản và dễ lập trình cho các ứng dụng nhỏ hay để tối −u hoá các phần của một ứng dụng. Các lệnh luôn gắn với kết quả tức thời. Kết quả của phép tính thực hiện giữ các bộ ghi đ−ợc l−u vào bộ ghi kết quả, thay cho giá trị tr−ớc đó.

ngơn ngữ diễn tả các hoạt động bên trong các b−ớc và các điều kiện gắn với trạng thái quá độ t−ơng tự nh− ngôn ngữ GRAFCET.

GRAFCET là ngôn ngữ đồ hoạ dùng để diễn tả các hoạt động kế tiếp. Quá trình điều khiển đ−ợc thể hiển nh− một tập hợp các b−ớc hoạt động liên kết bằng các trạng thái chuyển tiếp q độ. Điều kiện lơ gíc của mỗi hoạt động trong mỗi b−ớc là trạng thái chuyển tiếp gắn với b−ớc này. Các hoạt động trong một b−ớc và các điều kiện chuyển tiếp trạng thái của chúng có thể thực hiện bằng các lệnh từ các ngôn ngữ tiêu chuẩn khác. Ngôn ngữ Grafcet

Ngôn ngữ này diễn tả các hoạt động giống nh− trong thực tế của các hệ thống. Các b−ớc hoạt động đ−ợc thể hiện bằng các các sơ đồ khối, với các liên kết là các điều kiện bắt đầu và kết thúc của mỗi b−ớc. Các điều kiện này chính là các trạng thái chuyển tiếp của giữa các b−ớc. Ch−ơng trình bắt đầu bao giỡ cũng bằng b−ớc khởi động, là nơi mà PLC bắt đầu thực hiện các chức năng điều khiển của mình và cũng đồng thời là nơi quay trở về của ch−ơng trình sau khi thực hiện đến lệnh cuối cùng hay sau khi thực hiện một lệnh điều kiện nào đó buộc hệ thống phải hoạt động lại từ đầu. Mỗi sơ đồ khối của mỗi b−ớc hoạt động là một đơn vị cơ bản của ngôn ngữ GRAFCET, chứa đựng bên trong nó lơ gíc hoạt động cho mỗi b−ớc độc lập của q trình cơng nghệ hay của máy và thiết bị. Trong mỗi khối có thể đ−ợc đánh số qui −ớc thứ tự thực hiện trong ch−ơng trình và có thể đ−ợc ghi chú sang bên phải của mỗi khối. Các điều kiện chuyển tiếp của các trạng thái quá độ giữa các b−ớc cũng đ−ợc ghi chú sang bên phải để tiện theo dõi hoạt động của ch−ơng trình. Điều kiện chuyển tiếp có giá trị lơ gíc là 1 hay TRUE, của b−ớc hay các b−ớc hoạt động tr−ớc b−ớc này đã kết thúc, và đây là điều kiện để bắt đầu của hoạt động kề sau. Kết thúc của lệnh cuối cùng hay của lệnh điều kiện nào đó th−ờng là điều kiện để bắt đầu lại b−ớc đầu tiên của ch−ơng trình.

Trên hình 4… là ví dụ ch−ơng trình điều khiển động cơ với nhiều trạng thái chuyển tiếp.

Trong Grafcet có các điều kiện chuyển tiếp đơn và các điều kiện chuyển tiếp kép để diễn tả tr−ờng hợp một trong các hoạt động có thể diễn ra hay tr−ờng hợp tất cả các hoạt động diễn ra đồng thời [song song]. Điều kiện chuyển tiếp đơn có thể là điều kiện phân nhánh của các hoạt động, t−ơng ứng với điều kiện lô gíc OR, hay là điều kiện hội tụ đơn, là b−ớc hoạt động kế tiếp sẽ diễn ra khi một trong các nhánh đã kết thúc các hoạt động bên trong nó.

Để diễn tả điều kiện bắt đầu hay kết thúc của các hoạt động diễn ra đồng thời trên các nhánh song song, ng−ời ta sử dụng ký hiệu chuyển tiếp kép, t−ơng ứng với lơ gíc AND. Điều kiện chuyển tiếp kép là điều kiện bắt đầu là điều kiện để nhiều hoạt động đồng thời có thể xảy ra trong cùng một thời điểm. Điều kiện chuyển tiếp kép là điều khiện kết thúc hay điều kiện bắt đầu của một b−ớc hay một hoạt động kế tiếp khi tất cả các b−ớc hoạt động kề tr−ớc của các nhánh song song cùng kết thúc tai một thời điểm. Nếu có một nhánh nào đó trong các nhánh song song, ch−a kết thúc xong hoạt động trong b−ớc của nó thì hoạt động của b−ớc kế tiếp ch−a thể xảy ra.

Trong GRAFCET có ba nguyên tắc cơ bản. Nguyên tắc thứ nhất là b−ớc khởi động ln đ−ợc kích hoạt ở đầu ch−ơng trình. Ch−ơng trình kết thúc lệnh cuối cùng là điều kiện để bắt đầu lại bằng lệnh khởi động cho chu kỳ mới. Nguyên tắc thứ hai là trạng thái chuyển tiếp đ−ợc kiểm tra sau khi nó kết hợp với b−ớc tiếp theo và nh− vậy các phép tính đi qua từ b−ớc này sang b−ớc tiếp theo khi trạng thái chuyển tiếp có giá trị lơ gíc là 1 [TRUE]. Nguyên tắc thứ ba là sau khi trạng thái chuyển tiếp có lơ gíc là 1, bộ xử lý quét b−ớc này một lần nữa để bật lại toàn bộ các lệnh đếm thời gian à sau đó thực hiện b−ớc tiếp theo. Lần quét này đ−ợc gọi là quét hậu. Nh−ng quét hậu chỉ dùng cho các b−ớc thông th−ờng. Trong các tệp chuyển tiếp, không cần có các bộ đếm thời gian, cho nên bộ xử lý khơng cần thực hiện qt hậu.

Khi có các nhánh ch−ơng trình song song với điều kiện đơn OR thì bộ xử lý sẽ quét ch−ơng trình lần l−ợt từ trái qua phải và từ trên xuống d−ới của mỗi nhánh. Nếu các nhánh này là các điều kiện kép AND thì bộ xử lý sẽ tiến hành quét từ bên trái qua bên phải và từ trên x−ớng d−ới đồng thời của các nhánh.

úng dụng của Grafcet thuận tiện hơn các ngôn ngữ khác, ở chổ nó thể hiện tứng
b−ớc hoạt động của máy hay q trình cơng nghệ cùng với các điều kiện bắt đầu và kết thúc của mỗi b−ớc. Ngôn ngữ này rất đơn giản và t−ơng tự nh− thuật tốn dùng trong lập trình, nên rất dễ sử dụng. Ví dụ ta có một máy dập bán tự động điều khiển quá trình dập các sản phẩm cơ khí. Khi ng−ời thao tác ấn nút điều khiển, máy đi từ vị trí bắt đầu [vị trí cao] đi xuống dập vào tấm tôn. Khi đầu dập đạt đến vị trí thấp nhất tức là chi tiết đã dập xong, đầu dập chuyển động ng−ợc lai. Các hành trình lên xuống đ−ợc giới hạn bởi các công tắc hành trình. Trong hành trình dập, nếu có sự cố thì đầu dập sẽ dừng lại, khắc phục xong sự cố nó tự động quay về vị trí xuất phát.

Chơng 6

Ngôn ngữ dạng soạn thảo cấu trúc ST và ngôn ngữ bảng lệnh stl

õy l ngơn ngữ lập trình bậc cao thiết kế cho tự động hố các q trình phức tạp. Ngơn ngữ này chủ yếu dùng để thực hiện các quá trình phức tạp mà các ngôn ngữ đồ hoạ nh− LAD, FBD, hay ngơn ngữ đơn giản kiểu bảng lệnh STT khó diễn đạt đ−ợc. Ngôn ngữ soạn thảo cấu trúc ST cũng đ−ợc sử dụng để thực hiện các b−ớc của quá trình và các điều kiện chuyển tiếp trong các hàm nhiệm vụ kế tiếp. Một ch−ơng trình ST là danh các lệnh lập trình. Mỗi lệnh kết thúc bằng dấu cách [;]. Các tên đ−ợc dùng trong mã nguồn, nh− các các biến nhận dạng, các hằng số, và các từ khố của ngơn ngữ, đ−ợc tách ra bởi các dấu cách thụ động nh− dấu cách trống, dấu hết dòng, dấu chấm. Các lệnh th−ờng đ−ợc tách riêng bằng các dấu cách tác động ví dụ dấu “”. Ng−ời lập trình có thể chèn các ghi chú để cho ng−ời đọc có thể hiểu đ−ợc. Phần chú thích phải bắt đầu bằng hai ký tự [* và kết thúc bằng hai ký tự *]. Mỗi lệnh kết thúc bằng dấu ; [dấu cách].

Các lệnh cơ bản của chơng trình ST là: 1. Lệnh gán tên biến [Assignment]

variable:=expression [biến:=hàm diễn tả]

2. Lệnh gọi các hàm hay chơng trình con : Subprogram or functions call 3. LÖnh gäi hµm khèi: “C” function block call

4. LƯnh chän ®iỊu kiƯn: Selection statement [IF, THEN, ELSE, CASE, ..] 5. LƯnh lỈp : Iteration statement [FOR, WHILE, REPEAT,…]

6. Lệnh điều khiển: Control statement [RETURN, EXIT,…] 7. Các lệnh đặc biệt để có thể liên kết với các ngơn ngữ khác.

Ng−ời lập trình có thể chèn tuỳ ý các dấu cách thụ động giữa các dấu cách tác động, giữa các diễn tả hằng số, các biến nhận dạng để giúp cải thiện khả năng đọc cho ch−ơng trình. Các dấu cách thụ động của ngơn ngữ ST là dấu trắng, dấu tabs, và dấu hết dịng. Khơng giống nh− các ngơn ngữ hình thức nh− bảng lệnh STL, kết thúc dịng có đ−ợc nhập vào bất kỳ của ch−ơng trình. Điều này nâng rất cao khả năng đọc của ch−ơng trình khi sử dụng các dấu cách thụ động. Một số qui tắc cần nhớ khi lp trỡnh l:

1. Không viết lệnh dài quá một dòng.

2. S dng du cỏch tabs để làm các lệnh phức hợp lùi vào. 3. Chèn các chú thích để đọc đ−ợc các dịng lệnh.

Ví dụ về một đoạn chơng trình trong ngôn ngữ ST: [*imax: số vòng lặp*]

[*i: chỉ số của lệnh vòng FOR*]

[*cond: biến điều khiển từ quá trình công nghÖ*] imax:=max_ite;

cond:=X12

if not[cond[*báo động*]]

then return;

end_if

[* Vòng lặp của quá trình công nghệ*] for i [*chỉ sè*]:=1 to max_ite do if 12 then

End_if; End_for;

Ngôn ngữ soạn thảo cấu trúc ST hay ngôn ngữ lập trình bậc cao của PLC không khác nhiều so với các ngôn ngữ lập trình cho máy tính.

Ngôn ngữ bảng lệnh tiêu chuÈn

Đối với các PLC của hãng Siemens thì ng−ời ta hay dùng ngôn ngữ bảng lệnh STL cho cả các thế hệ PLC mới nhất PLC S7-300 và S7-400. Ngơn ngữ này là ngơn ngữ ngữ lập trình bằng các câu lệnh có cấu trúc t−ơng tự nh− ngơn ngữ máy ASSEMBLER. Các lệnh th−ờng đi với địa chỉ, để chỉ ra nơi mà các lệnh sẽ thực hiện. Ngôn ngữ bảng lệnh STL chứa một mảng các lệnh dễ hiểu để có thể tạo ra một ch−ơng trình điều khiển hoàn chỉnh. Các PLC S7 của Siemens sử dụng hơn 130 lệnh STL cơ bản cùng với một miền rộng các địa chỉ sẳn có phụ thuộc vào kiểu PLC. Phần lớn các nhà sản xuất PLC cũng sử dụng thể hệ t−ơng tự của ngôn ngữ STL.

CÊu tróc cđa lƯnh STL

Lệnh STL có hai cấu trúc cơ bản. Cấu trúc thứ nhất là lệnh không cần địa chỉ, ví dụ nh− lệnh phủ định NOT. Cấu trúc thứ hai là lệnh có kèm theo địa chỉ. Đây là loại lệnh dùng nhiều nhất.

Địa chỉ của lệnh chỉ thị một hằng số hay một vị trí nhớ mà trên đó lệnh tìm đ−ợc giá trị để thực hiện một phép tính. Địa chỉ có thể có tên bằng ký hiệu hay một vị trí nhớ cố định. Địa chỉ có thể chỉ đến số của phần tử nào đó nh− một hằng số, bit trạng thái, tên bằng ký hiệu, khối dữ liệu nhớ vv.

Các PLC S7 của Siemens sử dụng từ 32 bit, ký hiệu từ o đến 31.

Cách biểu diễn lệnh và dấu ngoặc Lập trình bằng ngôn ngữ bảng lệnh Cờu trúc của bảng lệnh

Lệnh bit l« gÝc

LƯnh AND

LƯnh OR

LƯnh EXCLUSIVE OR

LÖnh AND NOT

LÖnh OR NOT LÖnh thêi gian

Cấu trúc từ của bộ đếm thời gian

Lập trình ngơn ngữ lệnh cho một bộ đếm giờ

ứng dụng của lập trình bộ đếm giờ

Lệnh đếm

Cấu trúc từ của bộ đếm

ứng dụng của lập trình bộ đếm

PhÐp trõ sè nguyên Phép nhân số nguyên Phép chia số nguyên Các lƯnh to¸n cã dÊu phÈy

LƯnh céng sè thùc

Lệnh trừ

Lệnh nhân

Lệnh chia

Các lệnh so s¸nh

So sánh số nguyên đơn So sánh số nguyên kép So sánh số thực

Ch−¬ng 7

PhÇn tư và cấu trúc hộp Các lệnh bit lô gic

LÖnh AND

LÖnh OR

Lệnh EXCLUSIVE OR Phủ định bit vo

Lệnh gán Lệnh ra

Lệnh duy trì lệnh ra øng dơng cđa c¸c lƯnh bit C¸c lƯnh thêi gian

CÊu tróc tõ cđa bé nhí thêi gian

Cấu hình của Sơ đồ khối của bộ đếm thời gian Bộ đếm xung thời gian S5

Bộ đếm xung mở rộng S5 Bộ đếm thời gian trễ S5 Bộ đém trễ có nhớ Bộ đếm sớm S5 Các lệnh đếm

Cấu trúc từ của bộ đếm

Cấu hình của Sơ đồ khối của bộ đếm Bộ đếm tăng/giảm

Bộ đếm tăng Bộ đếm giảm Các lệnh tính số nguyên Các lệnh tính với số thực Các lệnh so sánh

So sánh số nguyên So sánh số thực

Truyền thông đơn h−ớng Truyền thông bán hai chiều Truyền thơng hai chiều Ph−ơng pháp truyền tin

Trun song song Trun nèi tiÕp Bé dån tÝn hiƯu Bé dån kªnh tần số Dồn kênh thời gian Dồn kênh bằng thống kê Lỗi điều khiển và kiểm tra Kiểm tra ồn

KiĨm tra møc l−ỵng d− däc KiĨm tra l−äng d− ngang Kiểm tra lợng d trụ Các qui chuẩn truyền th«ng

Truyền nối tiếp đồng bộ

Qui phạm truỳen nối tiếp đồng bộ Qui phạm truyên nhị phân đồng bộ

Qui phạm HDLC

Mạng nội bộ LAN Cấu hình mạng LAN Qui phạm mạng LAN Cấu trúc mạng tiêu chuẩn Tiêu chuẩn phần cứng nối tiếp

Tiêu chuẩn RS-422 Tiêu chuẩn RS-485

Tiêu chuẩn mạch vòng dong 20-mA

Chơng 9 Các ứng dụng công nghiệp 1. Điều khiển băng tải:

Vớ d 9.1 Trong cụng nghiệp ta hay gặp vấn đề cần điều khiển xe cấp phôi điều

khiển tự động AGV [Automated Guided Vehicle] trong các phân x−ởng. Một ví dụ đơn giản là ta cần điều khiển Xe C giữa hai điểm A và B. Các điểm này đ−ợc chỉ thị bới các các công tắc mini M1 và M2. Xe đ−ợc điều khiển bằng hai nút ấn P1 và P2. Ban đầu xe dừng tại điểm A, công tắc mini M1 đ−ợc bật và xe sẽ đứng yên cho tới khi nào nút P1 đ−ợc ấn. Khi đó đầu ra Z1 đ−ợc kích hoạt và động cơ của xe đ−ợc bật lên, xe bắt đầu chuyển động h−ớng đến điểm B. Chuyển động này sẽ tiếp tục ngay cả khi P1 hay P2 đ−ợc ấn. Khi xe đạt đến điểm B, nó làm bật công tắc mini M2. Công tắc M2 bật làm cho đầu ra Z2 đ−ợc kích hoạt và ngắt đầu ra Z1. Xe bắt đầu chuyển động theo chiều ng−ợc lại từ B đến A. Trong quá trình chuyển động nếu ta ấn nút P2, xe sẽ đảo chiều chuyển động và lại chuyển động theo h−ớng đến B. Nh− vậy là đầu ra Z2 đ−ợc ngắt và đầu ra Z1 đ−ợc kích hoạt. Nếu P2 khơng đ−ợc bấm, xe tiếp tục đi vế đến điểm A và sẽ dừng khi công tắc mini M1 đ−ợc bật.

Z1 Z2 C

M1 M2

P1 P2

PLC

H×nh 1***

xe quay về đến A, Z2 tắt và Z1 đ−ợc kích hoạt, xe quay lại điểm B và lắp lại hành trỡnh t B v A.

Nếu thể hiện chức năng của hệ thống điều khiển bằng các hàm lô gíc th× ta sÏ cã: 222111

1 M .P M .M Z .P

Z = + +

1212

2 [M M ].P.Z

Z = +

Chơng trình điều khiển của hệ thống viết bằng ngôn ngữ bảng lệnh cơ bản sẽ có dạng: STR M1

AND P1

STR NOT M1

AND M2 OR STR

STR NOT Z2

AND P2 OR STR

OUT Z1

STR M2

OR NOT M1

AND NOT P2

AND NOT Z1

OUT Z2

Chơng trình điều khiển viết trong ngôn ng÷ LAD:

M1 IR2 IR0

IR0

P1 M2 IR0 Z1

IR1

P2 M2 IR1

IR1

M2 IR2

IR2

Chơng trình thể hiện bằng ngôn ngữ Grafcet:

1 Khởi động hệ thống & M1=1 P1 =1

2 Chuyển động đến B : Z1 =1, Z2=0 M2 = 1

Chuyển động về 3 A: Z2 = 1, Z1=0

P2 = 1 M1 = 1

Nguån s¸ng

Sản phẩm Cửa xả

Băng tải

C¶m biÕn quang

X1 X2

M

X2 PLC Z
X1

H×nh **. Hệ thống phân loại sản phẩm

Nh vy ta thấy rằng khi khởi động hệ thống thì X1=0 và X2=0. Nếu sản phẩm đi qua các cảm biến thì có thể X1=1, sau đó X2=1. Nếu X1=1 khi X2 chuyển từ 0 thành 1, thì sản phẩm này đã dài hơn yêu cầu. Động cơ dừng khi X2=0

Ch−¬ng trình trong ngôn ngữ bảng lệnh cơ bản sẽ có dạng: STR X1

AND X2OUT Z

Chơng trình bằng ngôn ngữ Grafcet:

1 Khởi động hệ thống phân loại

X1.X2=1

Më cưa x¶: Z=1 2

1. Điều khiển cấp phôi tự động cho máy CNC

4.1 ứng dụng PLC trong điều khiển hệ thống cấp phôi cho máy cơng cụ Ta có hệ thống tự động cấp phôi cho máy công cụ phục vụ bởi một rơ bốt cơng nghiệp nh− hình vẽ.

C¶m biÕn m· vạch C1/R1

Tấm chắn R4

Phôi Băng tải

C¶m biÕn tiÕp xóc MS1

R« bèt

C2, R2, R3 M¸y CNC C3, C4

Rơ bốt cấp phôi vào máy CNC và lấy chi tiết từ máy CNC ra băng tải. Khi phôi chạy trên băng tải, chạm vào cảm biến tiếp xúc MS1, cảm biến mã vạch sẽ quét để nhận dạng phôi. Nếu đúng chi tiết yêu cầu, tấm chắn sẽ đ−ợc đẩy ra để dừng phôi lại. Rô bốt sẽ kẹp phôi và gá vào máy nếu máy đang ở trạng thái không làm việc. Ng−ợc lại, rô bốt phải chờ để tháo chi tiết đã gia công xong từ máy CNC ra băng tải. Các thành phần của hệ thống điều khiển gồm:

TT Ký hiệu

Mô tả Trạn

g thái

Chú thích

1 MS1 Cảm biến tiếp xúc 1 Phôi đến 2 R1 Đầu ra của cảm biến mã vạch 1 Quét mã vạch 3 C1 Đầu vào của cảm biến mã vạch 1 Đúng loại phôi 4 R2 Đầu ra của rô bốt 1 Gá lắp phôi 5 R3 Đầu ra của rô bốt 1 Tháo chi tiết 6 C2 Đầu vào của rô bốt 1 Rô bốt đang bận 7 R4 Đầu ra của cơ cấu đẩy tấm

chặn

1 Đẩy tấm chắn ra 8 C3 Đầu vào từ máy CNC 1 Máy CNC đang bận 9 C4 Đầu vào từ máy CNC 1 Gia công xong

2. Điều khiển thang máy

3. Điều khiển máy rửa xe

H thng cấp dầu cho lò hơi trong các nhà máy nhiệt điện hoạt động theo nguyên tắc sau:

1. Dầu trong thùng chứa đ−ợc sấy đến một nhiệt độ nhất định bằng bộ sấy bằng điện [ hoặc bằng chính hơi n−ớc]. Cảm biến nhiệt TSL sẽ chỉ thị mức nhiệt độ cần sấy [TSL=1].

2. Trong thùng chứa dầu cịn có cảm biến mực dầu LSL. Nếu cảm biến này báo mức dầu thấp hơn mức cho phép, phải dừng bơm P [LSL=1, PP=1], van điện từ XV3 mở để dầu trở về thùng chứa và đồng thời đèn đỏ RL đ−ợc bật lên để báo hiệu hệ thống đạng bị dừng [XV3=1, RL=1] .

3. Nếu áp suất của dầu tổn thất qua bộ lọc F, làm tăng áp trên trên đầu ra của bơm [cảm biến cao áp DPSH = 1] hay áp suất dầu trên đầu ra của bộ lọc giảm [cảm biến áp thấp PSL=1], nh− vậy hoạt động thứ hai đ−ợc lặp lại. 4. Nếu áp suất dầu trên đầu ra của của bộ lọc v−ợt quá một mức cho phộp

[cảm biến PSH=1], van điện từ XV3 phải ®−ỵc më [XV3=1].

5. Nếu một trong các súng bơm dầu bị tắt lửa [BS1 = 1 hay BS2 = 1] thì các van điện từ t−ơng ứng XV1 hay XV2 phải đ−ợc đóng [XV1=0 hay XV2=0] và XV3 phải đ−ợc mở [XV3=1].

6. Nếu khơng có súng phun nào hoạt động [BS1=1 và BS2=1], hệ thống phải dừng hoạt động nh− ở b−ớc 2.

7. Trong điều kiện hoạt động bình th−ờng đèn xanh GL đ−ợc bật [GL=1]. Với hoạt động nh− vậy, điều kiện để bơm ngừng hoạt động có thể biểu diễn bằng hàm lơ gíc sau:

2.1BSBSPSLDPSHTSLLSL

PP= + + + +

PPGLPPRL==11 BSXV =22 BSXV =21

3 LSL TSL DPSH PSL BS BS

XV = + + + + +

Qui ớc các biến vào/ra đợc thể hiện trên bảng sau:

STT Tên biến Ký hiÖu biÕn cho PLC

1 LSL X0

2 TSL X1

3 DPSH X2

4 PSL X3

5 PSH X4

6 BS1 X5

7 BS2 X6

8 PP Y1

9 XV1 Y2

10 XV2 Y3

11 XV3 Y4

12 GL Y5

Chơng trình thể hiện bằng ngôn ngữ bảng lệnh: STR X0

OR X1 OR X2 OR X3 STR X5 AND X6 OR STR OUT Y1

STR NOT X5

OUT Y2 STR NOT X6 OUT Y3

STR Y1

OR X4

OUT Y4

STR NOT Y1

OUT Y5

STR Y1

OUT Y6

Ng«n ng÷ LAD:

X0 Y1

X1 X2 X3

X5 X6

X5 Y2

X6 Y3

Y1 Y4

X4

Y1 Y5

5. Điều khiển ga ra tự động

Có một ga ra tự động điều khiển bằng PLC. Ga ra này có dung l−ợng chứa là 10 xe. Trên đầu vào và đầu ra của ga ra có hai ba ri ê điều khiển bằng hai động cơ M1 và M2. Mỗi ba ri ê đầu có hai cảm biến đặt phía tr−ớc và phía sau của ba ri ê để báo có xe phía tr−ớc hay xe đã đi qua ba ri ê [S1, S2, S3 và S4]. Không bao giờ đồng thời cả S1 và S2 hoặc S3 và S4 đều đ−ợc bật đồng thời. Trên đầu ra có một cảm biến S5 để kiểm soát vé ra. Hệ thống điều khiển của ga ra sẽ điều khiển các hoạt động sau:

1. Đóng và mở ba ri ê tự động. Ba ri ê vào sẽ mở nếu trong ga ra có ít hơn 10 xe và cảm biến S1 = 1, báo có xe vào tr−ớc ba ri ê. Khi xe đi qua ba ri ê sẽ đóng lại nếu cảm biến S2 chuyển trạng thái từ 1 sang 0. Ba ri ê ra sẽ mở nếu S5 bật và S3 chuyển trạng thái từ 0 sang 1. Và ba ri ê ra đóng lại khi S4 chuyển từ trạng thái 1 sang 0, báo xe đã đi qua.

2. Trên đầu vào của ga ra nếu đèn xanh bật, báo hiệu ga ra đang còn chỗ. 3. Nếu trên đầu vào có đèn đỏ, báo hiệu ga ra ó y.

Hệ thống điều khiển có các đầu vµo sau:

- Nút khởi động M: từ khi nguồn đ−ợc cấp vào PLC, khơng có một xe nào đ−ợc vào hay ra khi ch−a ấn nút này.

- Nút dừng P: nếu nút này đ−ợc bật, không xe nào đ−ợc vào hay ra khi ch−a ấn lại nút M. Tr−ờng hợp cả hai nút P và M ấn đồng thời, thì nút P đ−ợc −u tiên. - Nút ấn R: để đặt lại số của bộ đếm xe khi PLC đ−ợc bật lên.

C¶m biÕn S4

M2 Ba ri ê ra

Cảm biến S3 Ra

P C¶m biÕn S5

M R Vào

Cảm biến S2 RL

M1 Ba ri ê vào

GL

C¶m biÕn S1

Để xác định đ−ợc ch−ơng trình điều khiển của hệ thống này, tr−ớc hết ta phải qui −ớc các biến vào/ra:

BiÕn ngoµi BiÕn trong PLC

S1 X0

S2 X1

S3 X2

S4 X3

S5 X4

M X5

P X6

R X7

M1 Y0

M2 Y1

GL Y2

RL Y3

Các hàm lô gíc tơng ứng với các chức năng cđa hƯ thèng ®iỊu khiĨn gåm: 2

050 X .X .Y

Y =

2451 X .X .X

Y =

CTRXY2 = 5.

CTRX

Y3 = 5.

Do cần sử dụng bộ đếm, cho nên ta phải sử dụng các biến trung gian để tạo xung và tạo các mạch duy trì các trạng thái của các biến vào. Trong ch−ơng trình này sử dụng 6 bin trung gian t IR0 n IR6.

Chơng trình PLC bằng ngôn ngữ bảng lệnh cơ bản của hệ thống ®iỊu khiĨn ®−ỵc thĨ hiƯn nh− sau:

STR X5

OR IRO [ Tạo mạch duy trì]

AND NOT X6

OUT IR0

STR X0

OR Y0

AND NOT IR2 [Gán mạch duy trì cho ®Çu ra Y0]

AND IR0AND NOT Y3OUT Y0

STR X1

OR IR1

AND NOT IR2 [Tạo xung đếm xe vào ga ra cho bộ đếm và

AND Y0 hạ ba ri ê ]

OUT IR1

AND IR1OUT IR2

STR X4

OR IR3

AND NOT IR5 [T¹o m¹ch duy trì cho trạng thái soát vé ra] AND IR0

OUT IR3

STR IR3

AND X2

OR Y1 [ Tạo mạch duy trì cho ®Çu ra Y1]

AND NOT IR5

OUT Y1

STR X3

AND Y1

OR IR4

AND NOT IR5 [Tạo xung đếm cho xe ra ] AND IR0

OUT IR4

STR NOT X3

AND IR4 OUT IR5

STR X7

AND Y1

STR IR5

STR IR2 [ Đếm xe và bật đèn đỏ khi số xe bằng 10]

OR IR5

CTR 45 10

OUT Y3

STR IR0

AND NOT Y3 [ Tạo tín hiệu đèn xanh]

OUT Y2

END

X5 X6 IR0

IR0

X0 IR2 IR0 Y3 Y0 Y0

X1 IR2 Y0 IR1 IR1

X1 IR1 IR2 X4 IR5 IR0 IR3 IR3

IR3 X2 IR5 Y1 Y1

X3 Y1 IR5 IR0 IR4 IR4

X3 IR4 IR5

X7 IR0

CTR 45 IR5

10

IR2 Y3

IR5

Video liên quan