Tìm Hiểu Chung Về PLC - Ngày Hoàn Thành đồ án:

7. Ngày hoàn thành đồ án:

4.1. Tìm hiểu chung về PLC

4.1.1.Các định nghĩa về PLC

- PLC là chữ viết tắt của chữ tiếng anh Programmable Logic Controller nghĩa là bộ điềuk hiển Logic lập trình được.

- PLC là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính bao gồm bộ sử lý trung tâm CPU, bộ nhớ ROM , bộ nhớ RAM để nhớ chương trình ứng dụng, và các cổng vào/ra.

Hình 4.1. sơ đồ cấu trúc của PLC

Hình 4.2. sơ đồ nguyên lý của PLC a. CPU

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển sẽ thực hiện được xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay. CPU điều khiển các hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các

hoạt động của thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. • CPU Models : Ứng dụng Đặc điểm Đầu vào sẵn có

Đầu vào sẵn có Kiểu

Dung lượng nhớ Khả năng vào ra max Rs 23 2 Đặt tương tự Nhịp vào ra AB S I/F Chuẩn Nhớ chương trình 3.2k WordsNhớ số liệu 1k Words 128 điểm (8 từ) 16 điểm vo DC C ó CQM1-CPU11-E CQM1-CPU21-E Dung lượng cao Nhớ chương trình: 7.2K wordsNhớ số liệu: 6K words Có Có Có CQM1-CPU41-E CQM1-CPU42-E CQM1-CPU43-E CQM1-CPU44-E • CPU Hiển Thị : Chỉ thị Tên Chức năng

Chạy Hiển thị chạy Sáng khi CPU vận hành bình

thường

ERR/ALM Hiển thị lỗi/báo động - Chớp sáng khi có một lỗi không tiền định. CPU tiếp tục

vận hành

- Sáng khi có một lỗi tiền định, khi chỉ thị này sáng, chỉ thị chạy sẽ tắt (tối). CPU ngừng làm việc, tất cả các đầu ra bị ngắt.

CQM1 Hiển thị cổng ngoại vi Chớp sáng khi CPU đang liện lạc với các phần tử khác thông qua cổng ngoại vi

CQM2 Hiển thị cổng RS – 232 Chớp sáng khi CPU đang liên lạc với các phần tử khác thông qua cổng RS – 232 (trừ CQM1-CPU11-E)

OUT INH Hiển thị cấm đầu ra Sáng khi Bit ngắt, RS 25215 làm việc, tất cả các đầu ra của PC bị ngắt

0,1,2… Hiển thị trạng thái đầu vào

Chỉ thị trạng thái ON và OFF của các Bit đầu vào của kênh IR000 trong CPU

b. Nguồn ( power supply)

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC ( 5V hoặc 24V ) cần thiết cho bộ xử lý với các mạch điện trong các module giao diện nhập và xuât. Có hai bộ nguồn xoay chiều và bộ nguồn một chiều, việc chọn bộ nguồn dựa trên dòng tiêu thụ 5VDC và 24VDC.

Model Number Công suất

CQM1 – PA203 5 VDC, 3.6A (18W)

CQM1 – PA206 5 VDC, 6A ; 24 VDC output, 0.5A(30W total)

• Dòng tiêu thụ của CPU và mạch vào ra

Unit Model Number Dòng tiêu thụ 5VDC

CPU CQM1-CPU11-E 800 mA CQM1- CPU12-E 820 mA CQM1- CPU41-E 820 mA CQM1- CPU42-E 820 mA CQM1- CPU43-E 980 mA CQM1- CPU44-E 980 mA Mạch đầu vào một chiều CQM1-ID211 50 mA CQM1-ID212 85 mA CQM1-ID213 170 mA

Mạch đầu vào xoay chiều

CQM1-IA 121 50 mA

CQM1-IA 221 50 mA

Mạch tiếp điểm đầu ra CQM1-OC221 430 mA

CQM1-OC222 850 mA

Transistor mạch đầu ra CQM1-OD211 90 mA

CQM1-OD212 170 mA

CQM1-OD213 240 mA

CQM1-OD214 170 mA

CQM1-OD215 110 mA

Mạch đầu ra Triac CQM1-OA221 40 mA

Mạch ghép nối B7A CQM1-B7A01 150 mA

Liên hệ vào và ra CQM1-LK501 80 mA

Bộ nguồn CQM1-IPS01 950 mA

Xenxơ CQM1-SEN01 600 mA max

c. Bộ nhớ (Memory)

Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu trữ trạng thái hoạt động của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng như :

• Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất/nhập được gọi là RAM xuất nhập.

• Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : Timer, Counter, Relay.

Bộ nhớ gồm những loại sau :

• Bộ nhớ chỉ đọc ( ROM) cung cấp dung lượng cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng.

• Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ( RAM) dành cho chương trình của người dùng.

• Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đầy là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi. Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ ra, cùng với trạng thía của các ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho các dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm,các giá trịn của đồng hồ thời chuẩn…v..v…

• Bộ nhớ chỉ đọc cí thể xóa và lập trình được (EPROM), sau đó chương trình này được thường trú trong ROM.

Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có một lượng RAM để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên, để tránh mất mát chương trình nguồn cung cấp bị ngắt,

PLC sử dụng ắc quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi được cài đặt vào RAM, chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module có thể khóa đối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra cũng có bộ đếm tạm thời, lưu trữ các kênh nhập/xuất.

d. Cổng vào/ ra (INPUT/OUTPUT)

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC). Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lí là 12/24VDC hặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản. Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.

a.1. Vị trí các phần tử vào/ra:

Kênh thứ nhất (IR000) được định vị tới 16 điểm vào lắp trong CPU.

Các phần tử còn lại ( IR001 – IR007 của CPU 11/21 hoặc IR001/IR011 của CPU 41/42/43/44) được định vị tại các phần tử vào, bắt đầu từ phần tử gần CPU nhất và tiếp tục đến phần tử tận cùng bên phải của PLC. Cũng như vậy, các phần tử ra (IR100 – IR107 của CPU 11/21 hoặc IR100 – IR 111 của CPU 41/42/43/44) định vị vào các phần tử ra, bắt đầu từ phần tử gần CPU nhất và tiếp tục đến phần tử tận cùng bên phải của PLC. Một I/O sẽ được định vị vào các điểm I/O có 32 điểm. Ghi chú: IR000 của một kênh vào của CPU được dùng cho ngắt quá trình và cho đếm đầu vào tốc độ cao.

Unit Model Number Đặc điểm kỹ thuật Khối lượng Đầu vào một chiều CQM1 - ID211 8 input points, 12 to 14V

Independent commons

180g max

CQM1 - ID212 16 input points, 24V 180g max CQM1 - ID213 32 input points, 24V 160g max Đầu vào xoay chiều CQM1 - LA121 8 input pts, 200 to 120V 210g max CQM1 - LA221 8 input pts, 200 to 240V 210g max Đầu ra tiếp điểm CQM1 - OC221 8 input points, 2A

(Independent commons, 16A per Unit)

200g max

CQM1 - OC222 16 output points, 2A (8A per Unit)

230g max

Đầu ra Transistor CQM1 - OD211 8 output points, 2A (5A per Unit)

200g max

CQM1 - OD212 16 output points, 0.3A 180g max CQM1 - OD213 32 output points, 0.1A 160g max CQM1 - OD214 16 output points, 0.3A, PNP

output

210g max

CQM1 - OD215 8 output points, 1A (4A/Unit), PNP output, with

short-circuit protecion

240g max

e. Hệ thống BUS

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song :

• Address Bus: Bus địa chỉ được sử dụng để tải địa chỉ các vị trí trong bộ nhớ. Như vậy, mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định, để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đó. Bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ được truy cập.

• Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu. Được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU. Bộ xử lý 8 bit của một bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8 bit, có thể thực hiện các phép tính toán giữa các số 8 bit với phân phối kết quả theo giá trị 8 bit.

• Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền tín hiệu định thời và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.

• Bus hệ thống: Được dùng để truyên thông giữa các cổng nhập/xuất và các thiết bị nhập/xuất.

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.

Nếu một module đầu vào nhân được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data Bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển và theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế.

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1 – 8 MHz. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố định thời, đồng hồ của hệ thống.

4.2.Ngôn ngữ lập trình cho PLC

- Có 3 ngôn ngữ lập trình chung cho PLC

• Lập trình dạng mã lệnh STL (Statement List)

• Lập trình dạng khối hàm FBD (Function Block Diagram)

4.2.1. Lập trình dạng giản đồ thang ( Ladder diagram)

Là ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa. các phần tử cơ bản trong chương trình tương đương với các phần tử của mạch điều khiển rơle . các phần tử này được nối với nhau sẽ tạo thành các “ thang” hay “Network”. Như hình 4.3. tạo thành sơ đồ dạng bậc thang nên còn gọi là “ ngôn ngữ giản đồ thang”

Hình 4.3. Lập trình dưới dạng bậc thang

4.2.2. Lập trình mã lệnh STL (Statement List)

Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh như hình 4.4. Mỗi câu lệnh trong chương trình , kể cả lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

Bước Mã lệnh Địa chỉ 01 LD 000.00 02 AND 000.02 03 OR 010.00 04 AND NOT 00.03 05 OUT 010.00 Hình 4.4. lập trình dưới dạng mã lệnh STL

4.2.3. Lập trình dưới dạng khối hàm FBD (Function Block Diagram)

Phương pháp này sử dụng các khối hàm “khối Logic” để lập trình như hình 4.5.

Hình 4.5. lập trình bằng phương pháp khối hàm

4.3. PLC – CQM1- CPU11-E4.3.1. Phần cứng 4.3.1. Phần cứng

- CQM1 cũng có cấu trúc như cấu trúc chung của PLC . gồm CPU ,bộ nhớ RAM , bộ nhớ ROM , cổng vào/ra – INPUT/OUTPUT.

Hình 4.6.PLC – CQM1 – CPU11-E

4.3.2. Ngôn ngữ Lập trình và phần mềm sử dụng cho PLC – CQM1 –CPU11-E

- CQM1 sử dụng 2 ngôn ngữ lập trình chính • Lập trình dưới dạng LAD • Lập trình dưới dạng STL - Phần mềm sử dụng để lập trình cho CQM1 – CPU11-E Sử dụng phần mềm SYSWIN a. Lập trình dưới dạng LAD

- Ngôn ngữ lập trình này được định nghĩa ở phần 4.2.1.

- Tiếp điểm ( open contact ; closed contact) : dùng để lập trình các khối tiếp điểm logic thường mở --- --- và thường đóng --- ---.

- Cuộn dây – Coil : có biểu tượng ---( )-- , Mô tả cuộn dây rơle đầu ra

- Hộp (box) – FUN : là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau , nó làm việc khi có dòng điện chạy đến .Những dạng hàm chức năng được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian TIM , các bộ đếm CNT , các hàm toán học FUN …

- Mạng LAD: là các đường nối các phần tử hoàn thiện đi từ trục nguồn power bus bên trái sang bên phải. Đường bên trái là đường trục nguồn, dòng điện bắt đầu từ đây qua các tiếp điểm đến các cuộn dây và các hộp.

- Các lệnh lập trình cho SYSWIN

• Lệnh open contact ( lập trình khối thường hở)

• Lệnh closed contact ( lập trình các khối thường đóng)

• Lệnh lập trình nối theo chiều ngang

• Lệnh OUT • Lệnh nối dọc • Lệnh FUN • Lệnh TIM • Lệnh CNT • Lệnh Insert Network - Ví dụ lập trình cho SYSWIN 1000 END FUN TIM CNT

Chương 5

SỬ DỤNG PLC – CQM1 ĐỂ THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO MÔ HÌNH MÁY KHOAN TỰ ĐỘNG

5.1. Trình tự thiết kế và lập trình cho PLC

Hình 5.1. trình tự thiết kế và lập trình cho PLC

1.Tìm hiểu kĩ yêu cầu công nghệ

2. Liệt kê các cổng vào ra và chọn PLC

6. chuyển sang ngôn ngữ lập trình mã lệnh LD

3. Phân cổng vào ra

4. Dựng lưu đồ cho chương trình

5. Lập trình cho PLC dưới dạng giản đồ thang LAD

5.2. Chương trình điều khiển mô hình công nghệ khoan tự động lập trình cho PLC

5.2.1. Tìm hiểu công nghệ mô hình khoan tự động

Với công nghệ mô hình khoan tự động đã được tìm hiểu kỹ ở phần 1.2. và phần 3.1.

5.2. 2.Liệt kê cổng vào – ra và chọn PLC

Cổng vào : 11 cổng vào Cổng ra : 9 cổng ra

Chọn PLC CQM1 –CPU 11-E

5.2.3. phân cổng vào ra cho PLC.

a. Phân cổng vào

Biến đầu vào Địa chỉ

Start (g) 0000 Stop 0001 m 0002 a0 0003 a1 0004 b0 0005 b1 0006 d0 0007 d1 0008 e0 0009 e1 0010

b. phân cổng ra cho PLC – CQM1

Biến đầu ra Địa chỉ

RA

(biến ra không xuất) 01000

A+ 10000 A- 10001 B+ 10002 B- 10003 D+ 10004 D- 10005 E+ 10006 E- 10007 Hình 5.2. Phân cổng ra cho PLC – CQM1

5.2.4. Dựng lưu đồ cho chương trình

5.2.5. Lập trình cho PLC dưới dạng giản đồ thang

Hình 5.4. Chương trình dưới dạng LAD 5.2.6. Ngôn ngữ lập trình dưới dạng mã lệnh STL Bước Mã lệnh Địa chỉ 0000 LD 000.00 0001 LD 000.10 0002 AND 010.06 0003 OR LD 0004 OR 001.00

0005 AND NOT 000.01 0006 AND NOT 010.02 0007 OUT 001.00 0008 LD 000.02 0009 LD 000.03 0010 AND 000.05 0011 AND 000.08 0012 AND 000.10 0013 OR LD 0014 AND 001.00 0015 OR 010.02 0016 LD NOT 010.00