TÌM HIỂU Về PLC MITSUBISHI - 123doc

Bộ nhớ chương trình là nơi lưu trữ các lệnh và tập lệnh của PLC còn bộ nhớ dữ liệu lưu trữ thông tin nhận được và xử lí từ các cổng vào/ra.. CPU vẫn liên tục đọc dữ liệu từ cảm biến, nếu

TÌM HIỂU VỀ PLC MITSUBISHI Phần I: Tổng quan về cấu trúc và nguyên lí hoạt động của PLC Mitsubishi

1 Tổng quan về cấu trúc của PLC Mitsubishi

Hình 1: Cấu trúc cơ bản của một PLC.

Các thành phần cơ bản của PLC Mitsubishi nói riêng và PLC nói chung gồm:

 Bộ xử lí trung tâm (CPU): Bộ xử lí trung tâm là một bộ vi xử lí, đảm nhiệm cácchức năng điều khiển mọi hoạt động của PLC, điều khiển vào/ra, điều khiển truycập bộ nhớ, tiếp nhận rồi xử lí và xuất dữ liệu từ các cổng vào/ra, thực hiện cácphép tính toán

 Bộ nhớ: Có chức năng lưu trữ thông tin về chương trình, tập lệnh và dữ liệu củaPLC Bộ nhớ về cơ bản có thể được chia thành bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữliệu Bộ nhớ chương trình là nơi lưu trữ các lệnh và tập lệnh của PLC còn bộ nhớ

dữ liệu lưu trữ thông tin nhận được và xử lí từ các cổng vào/ra

 Các module vào/ra: Đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trongPLC với các thiết bị bên ngoài Module nhập nhận tín hiệu từ bên ngoài và đưavào trong CPU, module xuất sẽ đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấphành

Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 ÷ 15 VDC,trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn rất nhiều Có nhiều loại ngõ ra như:ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac, ngõ ra dùng rơ le,…

 Dữ liệu được trao đổi giữa các bộ phận của PLC thông qua hệ thống bus Có 3 loạibus là bus dữ liệu để vận chuyển dữ liệu, bus địa chỉ mang thông tin về điểm đếncủa dữ liệu và bus điều khiển để vận chuyển các lệnh.

Hình 2: Kiến trúc cơ bản của PLC

2 Nguyên lí hoạt động của PLC Mitsubishi

Hình 3: Sơ đồ khối của một chu kì quét của PLC.

PLC hoạt động theo các chu kì quét Một chu kì quét gồm các bước sau:

 Hệ thống bắt đầu chu kì quét và theo dõi thời gian

 CPU đọc dữ liệu từ các đầu vào và kiểm tra trạng thái của tất cả đầu vào

 CPU bắt đầu thực hiện chương trình được nạp trước vào bộ nhớ

 CPU thực hiện các chức năng chẩn đoán và truyền thông

 CPU xuất dữ liệu ra các đầu ra

Chu trình này cứ lặp đi lặp lại liên tục khi PLC làm việc

Một ví dụ cho quá trình làm việc của PLC:

Hình 4: Một máy trộn đơn giản.

Một máy trộn có động cơ, cảm biến áp suất và cảm biến nhiệt độ được kết nối với PLC.PLC sẽ điều khiển cho động cơ quay và bắt đầu trộn khi áp suất và nhiệt độ đạt giá trịchuẩn

Ban đầu, PLC được khởi động bằng nút ấn Chu trình quét bắt đầu, CPU đọc dữ liệu từcác cổng vào được nối với các cảm biến Nếu các giá trị này chưa chuẩn, CPU sẽ khôngthực hiện lệnh quay động cơ và chu trình sẽ kết thúc để chu trình mới bắt đầu Nếu CPUđọc thấy các giá trị đầu vào đã đạt tiêu chuẩn, nó sẽ thực hiện chương trình điều khiểncho động cơ quay để bắt đầu khuấy trộn Trong quá trình khuấy trộn, các chu trình quétvẫn diễn ra CPU vẫn liên tục đọc dữ liệu từ cảm biến, nếu các giá trị này đã đạt một mứcnào đó để dừng lại được, hoặc có lỗi xảy ra làm cho đầu ra của các cảm biến có nhữnggiá trị bất thường thì CPU đưa tín hiệu dừng đến cổng ra nối với động cơ

Phần II: Phần cứng của PLC Mitsubishi

1 Bộ xử lí trung tâm

PLC Mitsubishi loại QnA có thông tin về CPU như sau:

Kiểu CPU Bộ nhớ chương trình Số điểm vào/ra

Các PLC Mitsubishi các đời sau (Q và QnA) có thể cùng lúc sử dụng 4 CPU cho việc xử

lí dữ liệu và điều khiển

2 Bộ nhớ

Bộ nhớ của PLC Mitsubishi về cơ bản được chia như sau:

Bộ nhớ của PLC Mitsubishi được chia thành các vùng:

 Vùng vào: Input (X) là vùng nhớ cung cấp cho CPU các lệnh và dữ liệu bằng các thiết

bị bên ngoài như nút nhấn, công tắc lựa chọn, công tắc giới hạn, công tắc số…

 Vùng ra: Output Y là vùng nhớ lưu trữ kết quả đưa tín hiệu điều khiển cho các thiết bịbên ngoài như đèn báo, hiển thị số, công tắc tơ, cuộn dây điện từ v.v

 Vùng trung gian Internal relay (M) là thiết bị được sử dụng như một rơ le phụ bêntrong mô đun CPU Tất cả các rơ le trung gian được tắt bằng các hoạt động sau: tắtnguồn mô đun CPU, reset, xóa chốt

 Vùng chốt ( Latch relay (L)): Latch relay (L) là rơ le phụ có thể chốt (dự phòng bằngpin) trong mô đun CPU Kết quả tính toán (thông tin ON/OFF) được chốt khi thựchiện các hoạt động sau: tắt nguồn mô đun CPU, reset

 Vùng liên kết: Thiết bị được sử dụng như một phần phụ của CPU khi làm mới dữ liệubit giữa mô đun CPU và mô đun mạng Gửi/nhận dữ liệu qua lại giữa những mô đunmạng rơ le liên kết và rơ le liên kết trong mô đun CPU Đặt mới dải bằng thông số của

mô đun mạng và không thể sử dụng rơ le liên kết cho những mục đích khác

 Vùng liên kết đặc biệt: Thông tin và trạng thái lỗi của các mô đun mạng là đầu ra đếncác rơ le liên kết đặc biệt trong phạm vi mạng Rơ le liên kiết đặc biệt (SB) là thiết bịđược sử dụng như một điểm đến làm mới cho các rơ le liên kết đặc biệt trong mạng vàkhông được sử dụng cho các mục đích khác

 Vùng trạng thái:Thiết bị được sử dụng với các lệnh Step ladder Ở đâu Step ladderkhông được sử dụng nó có thể được dùng cho các mục đích như rơ le phụ

 Vùng Timer: Là thiết bị mà ở đó phép đo bắt đầu khi cuộn hút timer bật, thời giantăng lên đến khi giá trị hiện tại đạt đến giá trị cài đặt, và khi đó tiếp điểm timer được

bật timer cũng là một kiểu bộ đếm thêm vào Khi thời gian đếm tăng, giá trị hiện tại

và giá trị đếm là như nhau Trong PLC có nhiều dạng Timer khác nhau

 Vùng bộ đếm: Có chức năng đếm số lần tăng các điều kiện đầu vào trong chươngtrình Khi giá trị đếm đạt giá trị cài đặt thì tiếp điểm ngõ ra của Counter bật ON.Trong PLC cũng có nhiều loại Counter

 Vùng thanh ghi dữ liệu: Là thiết bị có khả năng lưu trữ dữ liệu số

 Vùng thanh ghi liên kết và thanh ghi liên kết đặc biệt: Thanh ghi liên kết (LW) Làthiết bị được sử dụng nhằm mục đích như một thiết bị phụ CPU khi làm mới dữ liệu

từ giữa mô đun CPU và mô đun mạng Gửi/Nhận dữ liệu qua lại lẫn nhau giữa cácthanh ghi liên kết trong mô đun mạng và thanh ghi liên kết trong mô đun CPU Đặtmới phạm vi sử dụng bằng các thông số của mô đun mạng Các thanh ghi liên kếtkhông được sử dụng cho các mục đích khác Thanh ghi liên kết đặc biệt (SW) Dữ liệu

từ như là thông tin và trạng thái lỗi của các mô đun mạng là đầu ra đến các rơ le liênkết đặc biệt trong phạm vi mạng Các thanh ghi liên kết đặc biệt (SW) là các thiết bịđược sử dụng như một điểm đến làm mới cho các thanh ghi liên kết đặc biệt trongmạng và không được sử dụng cho các mục đích khác

 Vùng rơ le đặc biệt: Plc chứa các rơ le nội với các thông số được cố định Vì vậy nókhông thể được sử dụng trong chương trình như một rơ le nội thông thường Tuynhiên nó có thể được bật/tắt để điều khiển CPU khi cần thiết

 Vùng thanh ghi đặc biệt Plc chứa các rơ le nội với các thông số được cố định Vì vậy

nó không thể được sử dụng trong chương trình như một thanh ghi nội thông thường.Tuy nhiên dữ liệu có thể được viết để điều khiển CPU khi cần thiết

 Vùng mô đun truy cập Cho phép truy cập trực tiếp bộ nhớ đệm của các mô đun chứcnăng thông minh đã được kết nối đến mô đun CPU

 Vùng thanh ghi chỉ mục Là thiết bị được sử dụng cho việc đánh chỉ mục của các thiết

bị Gồm các kiểu của các thanh ghi chỉ mục sau: thanh ghi chỉ mục Z ( index register)được sử dụng để sử đổi chỉ số 16 bit và thanh ghi chỉ mục dài LZ ( Long indexregister) được sử dụng để sử đổi chỉ số 32 bit

 Vùng thanh ghi tập tin Có chức năng lưu trữ dữ liệu số

Con trỏ được sử dụng cho các mục đích sau: xác định nhãn và nơi nhảy đến cholệnh nhảy (CJ), xác định nhãn (chương trình đầu của chương trình con) và lệnh gọiđến đích của chương trình con (lệnh CALL)

 Vùng con trỏ ngắt Được sử dụng như nhãn tại chương trình đầu của ngắt Có thểđược sử dụng cho tất cả các chương trình đang chạy

 Vùng hằng số Chứa các hằng số cơ số 10 (K) Thiết bị chỉ rõ dữ liệu cơ số 10 chochương trình Được chỉ định là Km ( vi dụ K1234)

Kích thước dữ

liệu Tên kiểu dữ liệu

Dải làm việc của các hằngsố

cơ số 10

16 bits

Word( có dấu) K-32768 đến K32767Word ( không dấu)/ Bit

string ( 16 bit) K0 đến K65535

32 bits

Double word ( có dấu)

K-2147483648 đếnK2147483647Double word ( không dấu)/

Bit string (32 bit) K0 đến K4294967295

3 Module truyền thông

PLC Mitsubishi được trang bị module Ethernet

Hình 5: Module Ethernet trang bị trong PLC Mitsubishi

Các thông số của module Ethernet trong PLC Mitsubishi như sau:

Tốc độ truyền dữ liệu 100/10 MbpsChế độ giao tiếp Full-duplex ( Song công)

Half-duplex (Bán song công)Không hỗ trợ IEEE802.3x flowcontrol)

Phương thức truyền Base bandKhoảng cách tối đa giữa các Hub

-Cáp 10BASE-T: Tối đa 4 tầng

SLMP (3E frames)Socket communicationPredefined protocol support

Số lượng kết nối đồng thời được

10BASE-T

Địa chỉ IP Mặc định 192.168.3.250Các chân của module Ethernet:

Hình 6: Sơ đồ chân của module Ethernet.

Sử dụng cáp thẳng 10BASE-T hoặc 100BASE-TX cat3/5 hoặc cao hơn Sử dụng cápchéo khi dung kết nối trực tiếp giữa máy tính cá nhân và fx5u

Khi được kết nối với một hub, mô-đun CPU xác định cáp được sử dụng (100BASE-TXhoặc 10BASE-T) và chế độ giao tiếp (song công hoặc bán song công) dựa theo HUB(chức năng Auto-negotiation) Đặt hub thành chế độ bán song công nếu hub không hỗ trợchức năng Auto-negotiation

Khi thiết bị đầu cuối nối đất của mô-đun CPU không thể nối đất, đường truyền có thể bịđóng do ảnh hưởng của nhiễu, khiến không thể giao tiếp với các thiết bị khác

4 Module nguồn

Nguồn cấp cho PLC Mitsubishi là nguồn xoay chiều hoặc một chiều có các thông số nhưsau:

 Nguồn xoay chiều

Phạm vi điện áp cung cấp cho

phép

80-264 VAC

Thời gian cắt điện cho phép <10ms

Dòng quá độ 25A – 100VAC50A – 200VAC 30A – 100VAC60A – 200VAC

Ngoài ra PLC Mitsubishi còn được trang bị nguồn mở rộng.

Hình 7: Đấu ngõ vào kiểu sink.

 Đấu nối kiểu Source : Ngược lại với Sink, để một tín hiệu đầu vào được kích hoạt,

nó được nối với +Vcc Và chân S/S được nối với tín hiệu 0V

Hình 8: Đấu ngõ vào kiểu source.

Các đầu vào/ra của PLC Mitsubishi được chia thành đầu vào/ra số và tương tự.

a Đầu vào/ra số

Các thiết bị ra là các thiết bị logic như: đèn, rơ le, contactor, van,… Đó là các thiết bị

có hai trạng thái ON/OFF

Mỗi thiết bị ra logic nối với module ra tại một điểm có vị trí xác định gọi là điểm đầu

ra (Output Point) Mỗi điểm đầu ra tương ứng với một địa chỉ của Bit dữ liệu trong vùngđầura Giá trị của Bit dữ liệu quyết định trạng thái của thiết bị ra Nếu giá trị của Bit bằng

1 thì trạng thái của thiết bị ra là tích cực (Active) Nếu giá trị của Bit bằng 0, thì trạng tháicủa thiết bị ra là không tích cực (Inactive)

Trên các module ra đều có LED chỉ thị tín hiệu ra Mạch điện của khối CPU và mạchngoài được cách ly với nhau Sơ đồ khối chức năng của moule ra rời rạc được trình bày ở

Hình 9: Sơ đồ khối chức năng của các module ra rời rạc.

Sơ đồ được chia làm 2 phần: phần logic và phần nguồn Các mạch logic xác định trạngthái đầu ra phụ thuộc tín hiệu nhận CPU Trạng thái tín hiệu đầu ra được chỉ thị bằngLED Phần tử đầu ra có hai trạng thái ON/OFF tương ứng với tín hiệu từ mạch logic

 Đầu ra rơle

Hình dưới trình bày sơ đồ một đầu ra kiểu tiếp điểm Phần tử L là tải Đầu ra kiểu tiếpđiểm rơ le điện từ sử dụng nguồn cung cấp một chiều hoặc xoay chiều

Hình 10: Đầu ra kiểu tiếp điểm rơ le điện từ

Đầu ra kiểu rơle bán dẫn sử dụng nguồn xoay chiều:

Hình 11: Đầu ra kiểu rơ le bán dẫn (SSR – Solid State Relay)

 Đầu ra kiểu transistor

Mạch đầu ra có hai kiểu: NPN và PNP Mạch đầu ra kiểu NPN có đặc điểm: điểm COM

là 0V, tải L nối giữa đầu ra (Out) và cực dương của nguồn (+V)

Hình 12: Mạch ra kiểu NPN

Mạch đầu ra kiểu PNP có đặc điểm: điểm COM là dương nguồn +V, tải L nối giữa đầu ra(OUT) và 0V

Hình 13: Mạch kiểu PNP

 Đầu ra kiểu Triac

Hình trình bày sơ đồ đầu ra kiểu xoay chiều Phần tử đóng cắt là Triac Đầu ra xoaychiều này cho phép dòng qua tải lớn và điện áp nguồn 110VAC hoặc 220VAC

Hình 14: Đầu ra kiểu triac.

b Đầu vào/ra tương tự

Trên thực tế PLC được ứng dụng trong các bộ điều khiển quá trình với nguồn tín hiệu

và đối tượng điều khiển là các thiết bị tương tự Các module vào/ra tương tự là các mạchghép nối PLC với các thiết bị này

 Đầu vào tương tự

Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D) Nó chuyển tín hiệu tương tự ởđầuvào thành các giá trị dưới dạng số ở đầu ra Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộđiều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng, áp suất, lưu lượng, khốilượng…

Các module vào tương tự nhận tín hiệu tương tự (dòng điện, điện áp) từ thiết bị trường, từcác bộ chuyển đối (Transducer), từ các bộ truyền tín hiệu (Transmitter) biến đổi thành tínhiệu số nhờ bộ biến đổi ADC

Hình 15: Sơ đồ khối vào/ra tương tự của PLC Mitsubishi.

Tín hiệu đầu vào analog theo chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện

Tín hiệu điện áp có thể là đơn cực và lưỡng cực: Tín hiệu đơn cực có các dải điện áp sau:(0V÷ +5V), (0V ÷ +10V), (1V ÷ +5V) Tín hiệu lưỡng cực có dải điện áp như sau: (-5V ÷+5V), (-10V ÷ +10V)

 Đầu ra tương tự

Analog output cũng là một phần của module analog Thực chất nó là một bộ biến đổi số tương tự (D/A) Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra Dùng

-để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc

từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz Các module ra tương tự nhận tín hiệu

số từ CPU, biến đổi thành tín hiệu điện áp và dòng điện để điều khiển các thiết bị trường.Thành phần cơ bản của module ra tương tự là bộ DAC

Tín hiệu ra tương tự được chuẩn hóa theo các thiết bị trường Ví dụ, tín hiệu ra điện áp cócác dải: (0V÷ +5V), (0V ÷ +10V), (1V ÷ +5V) tín hiệu dòng điện có các dải: (0mA ÷20mA) và (4mA ÷ 20mA)

Trên module ra tương tự có thể có 2, 4, 8 đầu ra gọi là các kênh Kiểu và dải tín hiệu(V/I)

ở mỗi kênh được chọn nhờ các chuyển mạch chọn trên module

Các tham số đặc trưng cho module ra tương tự là:

Chương trình lập trình PLC dạng bậc thang (ladder) là một sơ đồ logic dạng biểu đồ logicdựa trên mạch điện Trong các chương trình lập trình lập trình dạng ladder , các biểutượng biểu thị các lệnh được kết nối với các dòng , tương tự như sơ đồ mạch và có thể dễdàng nhận biết các dòng vận hành Ngoài ra , lập trình PLC dạng Ladder không yêu cầucác kiến thức lập trình đặc biệt như ngôn ngữ C hay Basic và những ai đã có kinh nghiệm

về mạch và rowle điện đều có thể hiểu được dễ dàng

Hình 16: Một chương trình PLC viết bằng Ladder.

Bảng dưới đây hiển thị chương trình tương tự trong IL IL yêu cầu phải có chút kiến thứclập trình để mô tả vận hành dưới các lệnh

1.2 Các giá trị sử dụng trong chương trình

Các chương trình cho bộ điều khiển khả trình có thể xủ lí hai loại giá trị

- BIT: +Bit cũng được mo tả theo hai loại tín hiệu điện , BẬT và TẮT Cũng cóthể mô tả dưới dạng “1”(Bật) và “0” (tắt) Các giá trị thường sủ dụng để hiển thịcác hiện trạng thiết bị I/O như công tắc và đèn

- TỪ: Số và kí tự Các giá trị thường được sử dụng để hiển thị số lượng và thời gian Các định dạng số dưới đây được sử dụng để hiển thị giá trị

Lệnh LD dùng để đặt một contact logic thường mở (NO) vào chương trình Trong chương trìnhdạng Instruction, lệnh LD luôn xuất hiện ở vị trí đầu tiên ở một dòng chương trình hoặc mở đầucho một khối logic Trong chương trình dạng Ladder, lệnh LD thể hiện contact logic thường mởđầu tiên nối trực tiếp vào đường bus bên trái của một nhánh chương trình hay contact thường mởđầu tiên của một khối logic.

 Lệnh OUT

Lệnh OUT dùng để đặt một relay logic vào cuối chương trình Trong chương trình dạng Ladder,lệnh OUT được thực hiện khi điều kiện bên trái thỏa mãn Chú ý: Lệnh OUT được nối trực tiếpvới đường bus bên phải Lệnh OUT không dùng để điều khiển thiết bị ngõ vào loại “X” Nhiềulệnh OUT có thể nối song song với nhau

 Lệnh AND và AND INVERSI