Tài liệu đồ án PLC barcode

MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT – HÌNH VẼ BẢNG BIỂU 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 6 1 1 Lịch sử phát triển hệ thống tự động hóa 6 1 2 Một số khái niệm cơ bản 6 1 2 1 Khái niệm quá trình kỹ thuật 6 1 2 2 Khái niệm tự động hóa 7 1 3 Thành phần và cấu trúc của hệ thống tự động hóa 7 1 3 1 Cấu trúc hệ thống tự động hóa 7 1 3 2 Thành phần của hệ thống tự động hóa 8 1 4 Mô hình phần cấp hệ thống tự động hóa 9 1 5 Mạng truyền thông công nghiệp trong hệ thống tự động hóa 10 1 5 1 Vai trò và.

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT – HÌNH VẼ - BẢNG BIỂU

Từ viết tắt:

PLC Programmable Logic Controller

IPC Idustrial Personal Computer

SFC Sequential Function Chart

KLTT Khối lượng thực tế

KLLT Khối lượng lý thuyết

Hình vẽ:

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình kỹ thuật theo định nghĩa 1

Hình 1.2: Sơ đồ quá trình kỹ thuật theo định nghĩa 2

Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự động hóa

Hình 1.4: Mô hình phân cấp hệ thống tự động hóa

Hình 1.5: Mô hình phân cấp mạng truyền thông

Hình 1.6: Phương pháp chủ tớ

Hình 1.7: Hai dạng của phương pháp Token pasing

Hình 1.8: Giao tiếp giữa hai máy tính thông qua modem và RS232

Hình 1.9: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS232

Hình 1.10: Sơ đồ giắc cắm và chiều truyền tín hiệu RS232 loại DB9

Hình 1.11: Một số ví dụ ghép nối với RS232

Hình 2.1: Một số loại PLC ngoài thực tế

Hình 2.2: Máy tính công nghiệp

Hình 2.3: Một số loại vi điều khiển

Hình 2.4: Cấu trúc PLC

Hình 2.5: Chương trình thực hiện theo vòng quét trong PLC

Hình 2.6: Cấu trúc chương trình SFC

Hình 2.7: Sơ đồ kết nối mạng CC-link trạm chủ là A/QnA CPU

Hình 2.8: Sơ đồ kết nối mạng CC-link trạm chủ là Q CPU

Hình 2.9: Sơ đồ kết nối mạng CC-link trạm chủ là FX CPU

HÌnh 2.10: Sơ đồ kết nối mạng N-N

Hình 2.11: Sơ đồ kết nối mạng parallel link

Hình 2.12: Sơ đồ kết nối 1:N mạng computer link

Hình 2.13: Sơ đồ kết nối 1:1 mạng computer link

Hình 2.14: Sơ đồ mạng kết nối PLC với biến tần

Hình 2.15: Một số ứng dụng của mã vạch

Hình 2.16: Máy quét mã vạch Zebex Z3100

Hình 2.17: Cấu trúc dữ liệu vùng nhớ đệm gửi/nhận

Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ trạm trộn

Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật hệ thống trộn

Bảng biểu:

Bảng 1.1: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS232

Bảng 2.1: Các loại chuyển tiếp trong SFC

Bảng 2.2: Thông số truyền thông mạng N:N

Bảng 2.3: Thông số truyền thông mạng computer link

Bảng 2.4: Bảng định dạng truyền thông module FX2N-232IF

Bảng 2.5: Trạng thái hoạt động của module FX2N-232IF

Bảng 3.1: Nguyên liệu, mã vạch các thành phần cân

Bảng 3.2: Mã vạch Next/Finish

Bảng 3.3: Trạng thái hoạt động của lưu đồ

Bảng 3.4: Các điều kiện chuyển tiếp của lưu đồ

Bảng 4.1: Danh sách địa chỉ PLC

Bảng 4.2: Bảng danh sách biến cho PLC

Bảng 4.3: Phân bố ngõ vào/ngõ ra cho PLC

1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

1.1 Lịch sử phát triển hệ thống tự động hóa

Nửa cuối của thế kỷ 20 nhân loại chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của khoahọc kỹ thuật Thừa hưởng những thành tựu to lớn của công nghệ điện tử, côngnghệ máy tính và công nghệ thông tin, tự động hóa đã có những bước phát triểnnhảy vọt Nếu như trước kia người ta chỉ thực hiện được tự động hóa từng máyriêng rẽ thì ngày nay người ta thực hiện tự động hóa cả quá trình công nghệ và caohơn nữa là tự động hóa cả quá trình sản xuất

Tự động hóa đã đem lại hiệu quả to lớn: nâng cao chất sản phẩm, năng suất laođộng và hạ giá thành sản phẩm Vì vậy, ngày nay tự động hóa ngày càng được ứnghầu hết trong mọi lĩnh vực công nghiệp

1.2 Một số khái niệm cơ bản

1.2.1 Khái niệm quá trình kỹ thuật

Định nghĩa 1:

Một quá trình kỹ thuật là một quá trình trong đó vật liệu, năng lượng, thông tin

là thay đổi trạng thái của nó Trạng thái này sẽ chuyển đổi từ một trạng thái banđầu đến một trạng cuối cùng

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình kỹ thuật theo định nghĩa 1

Định nghĩa 2: DIN 66201 – Viện tiêu chuẩn Đức.

Một quá trình là tổng thể tất cả các quá trình tương tác lẫn nhau trong một hệthống mà hệ thống đó biến đổi và lưu trữ vật chất, năng lượng hay thông tin

Một quá trình kỹ thuật là một quá trình mà trong đó các tham số vật lý của nóđược lưu lại và bị tác động bởi các công cụ kỹ thuật

Hình 1.2: Sơ đồ quá trình kỹ thuật theo định nghĩa 2

1.2.2 Khái niệm tự động hóa

Tự động hóa = tự động hóa một quá trình kỹ thuật

Hệ thống tự động hóa = Hệ thống kỹ thuật ứng với quá trình trình kỹ thuật +Máy tính và hệ thống truyền thông + Người vận hành quá trình

1.3 Thành phần và cấu trúc của hệ thống tự động hóa

1.3.1 Cấu trúc hệ thống tự động hóa

Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự động hóa

1.3.2 Thành phần của hệ thống tự động hóa

− Giao diện quá trình: các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào/ra,chuyển đổi tín hiệu

− Thiết bị điều khiển tự động: các thiết bị điều khiển như các bộ điều khiểnchuyên dụng, bộ bộ điều khiển số PLC (programmable logic controller), thiết bịđiều chỉnh số đơn lẻ (compact digital controller) và máy tính cá nhân cùng với cácphần mềm điều khiển tương ứng.

− Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện ngườimáy, các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp

− Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm – điểm (point to point), bus trường,bus hệ thống

− Hệ thống bảo vệ: các thiết bị bảo vệ và cơ chế thực hiện chức năng an toàn

hệ thống

1.4 Mô hình phần cấp hệ thống tự động hóa

Hình 1.4: Mô hình phân cấp hệ thống tự động hóa

Cấp chấp hành:

Chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và chuyển đổi tínhiệu trong trường hợp cần thiết Các thiết bị thông minh cũng có thể đảm nhiệmviệc xử lý thô thông tin, trước khi đưa lên cấp điều khiển.

Cấp điều khiển:

Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý cácthông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các cơcấu chấp hành

Cấp điều khiển giám sát:

Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹthuật Khi đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, đảm bảo antoàn hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển giámsát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sátvận hành và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra, trong một số trườnghợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phốihợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế biến dượcphẩm, hoá chất) Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điềukhiển giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoàicác máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, )

Cấp điều hành sản xuất:

Cấp này có nhiệm vụ đánh giá kết quả, lập kế hoạch sản xuất, bảo dưỡng máymóc, đưa ra các giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn

Cấp quản lí công ty:

Là cấp cao nhất của một công ty sản xuất công nghiệp, tính toán giá thành, lãisuất, thống kê số liệu sản xuất, kinh doanh, xử lý đơn hàng, kế hoạch tài nguyêncủa công ty

1.5 Mạng truyền thông công nghiệp trong hệ thống tự động hóa

1.5.1 Vai trò và ý nghĩa

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệmchung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng đểghép nối các thiết bị công nghiệp

Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin là một trong những vấn đề cơ bản trongbất cứ một giải pháp tự động hóa nào Một bộ điều khiến cần được ghép nối với

các cảm biến và cơ cấu chấp hành Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thốngđiều khiến phân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiệnđiều khiển cả quá trình sản xuất Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trongtrung tâm điều khiển cũng cần được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để

có thể theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất điều khiển Sử dụng mạngtruyền thông công nghiệp, đặc điểm là bus trường để thay thế cách nối điểm- điểm

cổ điển giữa các thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt những lợi ích sau:

Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: một số lượng lớncác thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua mộtđường truyền duy nhất

Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: nhờ cấu trúc đơn giản,việc thiết kể hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhiều Một số lượng lớn cáp truyềnđược thay thế bằng một đường duy nhất, giảm chi phỉ đáng kể cho nguyên vật liệu

và công lắp đặt

− Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: khi dùng phương pháptruyền thông tín hiệu tương tự cố điển, tác động của nhiểu dễ làm thay đối nộidung thông tin mà các thiết bị không có cách nào nhận biết Nhờ kỹ thuật truyềnthông số, không những thông tin truyền đi khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nốimạng còn có thêm khả năng tự phát hiện lỗi và chuẩn đoán lỗi nếu có Hơn thểnữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đối qua lại tương tự số và số tương tự nâng cao

độ chính xác thong tin

− Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống Một hệ thống mạngchuẩn hóa quốc tể tạo điều kiện cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hảng khácnhau Việc thay thể thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thốngcũng dễ dàng hơn nhiều Khả năng tương tác các thành phần được nâng cao nhờcác giao diện chuẩn

− Đơn giản hóa, tiện lợi, chuẩn hóa,chuẩn đoán,định vị lỗi, sự cố các thiết bị :với một đường truyền duy nhất, không những các thiết bị có thể trao đổi dữ liệuquá trinh, mà còn có thể gửi cho các dữ liệu trạng thái, dữ liệu cánh báo và dữ liệuchuẩn đoán Các thiết bị có khả năng tích hơp khả năng chuẩn đoán, các trạm trongmạng cũng có thể có khả năng cảnh giới lẫn nhau Việc cấu hình hệ thống, lậptrình, tham số hóa, chỉ định thiết bị và đưa vào vận hành có thể thực hiện từ xa quatrạm kỹ thuật trung tâm

− Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống Sử dụng

như điều khiến phân tán, điều khiến phân tán với thiết bị trường, điều khiến giẩmsát hoặc chuẩn đoán lỗi từ xa qua internet, tích hợp thông tin của hệ thống điềukhiến và giảm sát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty.

Có thể nói, mạng truyền thông công nghiệp đã làm thay đổi hẳn tư duy vềthiết kế và tích hợp hệ thống Ưu thế của giải pháp dùng mạng truyền thông côngnghiệp nằm ở phương diện kỹ thuật, mà còn ở phương diện hiệu quả kinh tế.Chính vì vậy, ứng dụng của nó rộng rãi trong hầu hết các lĩnh lực công nghiệp,như điều khiển quá trình, tự động hóa xí nghiệp, tự động tòa nhà, điều khiển giaothông Trong điều khiển quá trình , các hệ thống bus trường đã dần thay thế cácmạch dòng tương tự 4- 20 mA Trong các hệ thống tự động hóa xí nghiệp hoặc tựđộng hóa tòa nhà, một số lượng các phần tử trung gian được bỏ qua nhờ các hệbus ghép nối trực tiếp các thiết bị cảm biến và chấp hành Nói tóm lại, sử dụngmạng truyền thông công nghiệp là không thể thiếu được trong việc tích hợp các hệthống tự động hóa hiện đại

1.5.2 Mô hình phân cấp mạng truyền thông

Tương ứng với năm cấp chức năng của hệ thống tự động hóa là bốn cấp của hệthống truyền thông Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ bus thườngđược dùng thay cho mạng

Hình 1.5: Mô hình phân cấp mạng truyền thông.

Bus trường, bus thiết bị:

Bus trường được dùng để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuậttruyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC hay PLC) với cácthiết bị ở cấp chấp hành hay các thiết bị trường như các distributed I/O, thiết bị đo(sensor, transducer, transmitter) hay cơ cấu chấp hành (actuator, valve) có tích hợpkhả năng xử lý truyền thông Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối mạng cácthết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều khiển cũng được gọi là buschấp hành/cảm biến

Do nhiệm vụ của bus trường là chuyển đổi dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển

để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy yêucầu về tính năng thời gian thực được đặt lên hàng đầu Thời gian phản ứng tiêubiểu nằm trong phạm vi từ 0.1 tới vài mili giây Trong khi đó yêu cầu về lượngthông tin trong một bức điện thường hạn chế trong khoảng một vài byte, vì vậytốc độ truyền thông thường cần ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn Việc trao đổithông tin về các quá trình chủ yếu mang tính chất định kỳ, tuần hoàn, bên cạnhcác thông tin tham số hóa hoặc cảnh báo có tính chất bất thường

Các hệ thống bus trường được sử dụng rông rãi nhất hiện nay PROFIBUS,ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus và gần đây phải kểđến Foundation Feildbus, DeviceNet, AS-I, EIB và Bitbus là một vài hệ thống buscảm biến/ chấp hành tiêu biểu

Bus hệ thống, bus điều khiển:

Hệ thống mạng truyền thông được dùng để nối các máy tính điều khiển và cácmáy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus hệ thống hay busquá trình Qua bus hệ thống các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động,cung cấp dữ liệu quá trình cho các máy tính điều khiển trung tâm cũng như nhậnmệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên Thông tin không những traođổi theo chiều dọc mà còn theo chiều ngang Các trạm kỹ thuật, trạm vận hành vàtrạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống Ngoài ra các máy in báo cáo vàlưu trữ dữ liệu cũng có thể được kết nối qua mạng này

Bus trường và bus hệ thống không bắt buộc phải khác nhau về kiểu bus sửdụng, mà sự khác biệt ở đây chính là mục đích sử dụng hay nói cách khác là thiết

bị được ghép nối Trong một hệ thống, một kiểu bus duy nhất có thể được dùngcho cả hai cấp

Đối với bus hệ thống, tùy theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thờigian thực phải đáp ứng theo những tiêu chí khác nhau Thời gian đáp ứng tiêu biểunằm trong khoảng vài trăm miligiay, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớnhơn bus trường Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống nằm trong phạm vi

từ vài trăm Kbit/s đến vài Mbit/s

Khi bus hệ thống được sử dụng chỉ để ghép nối theo chiều ngang giữa các máytính điều khiển, người ta thường dùng khái niệm bus điều khiển Vai trò của busđiều khiển là phục vụ trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển trongmột hệ thống có cấu trúc phân tán Bus điều khiển thường có tốc độ không caonhưng yêu cầu về tính thời gian thực thường rất khắt khe

Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều loạimáy tính, hầu hết các kiểu bus hệ thống thông dụng đều dựa trên nền ethernet, ví

dụ industrial ethernet, feildbus foundation’s high speed ethernet (HSE),Ethernet/IP Bên cạnh đó phải kể đến profibus-fms, controlnet, modbus plus

Mạng xí nghiệp:

Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng Lan bình thường, có chức năng kết nốicác máy tính của hệ thống điều khiển trung tâm, đồng thời kết nối các máy tính vănphòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Thông tin đượcđưa lên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy cũngnhư của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biếnquá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm thông tin theo chiều ngược lại là cácthông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành Ngoài ra, thông tincũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hànhsản xuất, ví dụ hỗ trợ kiểu làm việc nhóm, cộng tác trong dự án, sử dụng chung cáctài nguyên nối mạng (máy in, máy chủ )

Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêmngặt về tính năng thời gian thực Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định

kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng Mbyte Hai loại mạng được dùng phổbiến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring trên cơ sở các giao thức chuẩnTCP/IP và IPX/SPX

Mạng công ty:

Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máytính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và các hình thức dịch vụ,phương pháp truyền thông và các yêu cầu kỹ thuật Chính vì vậy, mạng công ty ít

được dùng đề cập trong hệ thống scada và không ảnh hưởng lớn đến quá trình diềukhiển giám sát và thu thập dữ liệu của hệ thống.

Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xínghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng nhưthư viện, hội thảo từ xa, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập internet và thương mạiđiện tử Hình thức tổ chức ghép nối mạng cũng như các công nghệ được áp dụngrất đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư của công ty Trong nhiều trường hợp, mạng công

ty và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật

lý, nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt

Mạng công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ thống hạ tầng cơ sởtruyền thông của một công ty, vì vậy đòi hỏi tốc độ truyền thông và độ an toàn, tincậy đặc biệt cao Fast ethernet, FDI, ATM là một vài ví dụ công nghệ tiên tiến được

áp dụng ở đây trong hiện tại và tương lai

1.5.3 Các phương pháp truy nhập bus

Trong một cấu trúc mạng mà các đối tác sử dụng chung một đường dẫn thì việc

sử dụng đường truyền phải được phân chia hợp lý giữa các thành viên nếu không

sẽ gây ra hiện tượng xung đột tín hiệu làm sai lệch thông tin Để giải quyết vấn đềnày, nhiều phương pháp kiểm soát truy nhập bus được xây dựng và có thể phânloại cách truy nhập bus thành nhóm các phương pháp tiền định và nhóm cácphương pháp ngẫu nhiên

Chủ/tớ (Master/Slave):

Trong phương pháp chủ/tớ, một trạm chủ (master) có trách nhiệm chủ độngphân chia quyền truy cập bus cho các trạm tớ (slave) Các trạm tớ đóng vai trò bịđộng, chỉ có quyền truy nhập bus và gửi tín hiệu đi khi có yêu cầu Trạm chủ có thểdùng phương pháp hỏi tuần tự (polling) theo chu kỳ để kiểm soát toàn bộ hoạtđộng giao tiếp của cả hệ thống Nhờ vậy, các trạm tớ có thể gửi các dữ liệu thu thập

từ quá trình kỹ thật tới tạm chủ cũng như nhận các thông tin điều khiển từ trạmchủ

Hình 1.6: Phương pháp chủ/tớ

Trong một số hệ thống, thậm chí các trạm tớ không có quyền giao tiếp trực tiếpvới nhau, mà bất cứ dữ liệu cần trao đổi nào cũng phải qua trạm chủ Nếu hoạtdộng giao tiếp diễn ra theo chu kỳ, trạm chủ sẽ có trách nhiệm chủ động yêu cầu

dữ liệu từ trạm tớ cần gửi và sau đó chuyển tới trạm tớ cần nhận Trong trường hợpmột trạm tớ cần trao đổi dữ liệu bất thường với một trạm khác phải thông báo yêucầu của mình khi được trạm chủ hỏi đến và sau đó chờ được phục vụ

Trình tự được tham gia giao tiếp, hay trình tự được hỏi của các trạm tớ có thể

do người sử dụng quy định trước (tiền định) bằng các công cụ tạo lập cấu hình.Trong trường hợp chỉ có một trạm chủ duy nhất, thời gian cần cho trạm chủ hoànthành việc hỏi tuần tự một vòng cũng chính là thời gian tối thiểu của chu kỳ bus

Do vậy, chu kỳ bus có thể tính toán trước được một cách tương đối chắc chắn Đâychính là một trong những yếu tố thể hiện tính năng thời gian thực của hệ thống.Phương pháp chủ/tớ có một ưu điểm là việc kết nối mạng các trạm tớ đơn giản,

đỡ tốn kém bởi gần như toàn bộ “trí tuệ” tập trung tại trạm chủ Một trạm chủthường lại là một thiết bị điều khiển, vì vậy việc tích hợp thêm chức năng xử lýtruyền thông là điều không khó khăn

Một nhược điểm của phương pháp kiểm soát truy cập chủ/tớ là hiệu suất traođổi thông tin giữa các trạm tớ bị giảm do phải dữ liệu đi qua khâu trung gian làtrạm chủ, dẫn đến giảm hiệu suất sử dụng đường truyền Nếu hai trạm tớ cần traođổi một biến dữ liệu đơn giản với nhau thì trong trường hợp xấu nhất thời gian đápứng vẫn có thể kéo dài tới hơn một chu kỳ bus Một biện pháp để cải thiện tính

huống này là cho phép các trạm tớ trao đổi dữ liệu trực tiếp trong một chừng mựckiểm soát được.

Một hạn chế nữa của phương pháp này là độ tin cậy của hệ thống truyền thôngphụ thuộc hoàn toàn vào một trạm chủ duy nhất Trong trường hợp có xảy ra sự cốtrên trạm chủ thì toàn bộ hệ thống truyền thông ngừng làm việc Một cách khắcphục là sử dụng một trạm tớ đóng vai trò giám sát trạm chủ và có khả năng thaythế trạm chủ khi có yêu cầu

Vì hai lý do nêu trên, phương pháp chủ/tớ chỉ được dùng phổ biến trong các hệthống bus cấp thấp, tức bus trường hay bus thiết bị khi việc trao đổi thông tin hầunhư chỉ diễn ra giữa trạm chủ là thiết bị điều khiển và các trạm tớ là thiết bị trườnghoặc các module vào ra phân tán Trong trường hợp giữa các thiết bị tớ có nhu cầutrao đổi dữ liệu trực tiếp, trạm chủ chỉ có vai trò phân chia quyền truy nhập buschứ không kiểm soát hoàn toàn hoạt động giao tiếp trong hệ thống

TDMA:

Trong phương pháp kiểm soát truy nhập phân chia thời gian TDMA (TimeDivision Multipe Acess) mỗi trạm được phân một thời gian truy nhập bus nhấtđịnh Các trạm có thể lần lượt thay nhau gửi thông tin trong khoảng thời gian chophép – gọi là khe hở thời gian hay lát thời gian (time slot, time slice) – theo tuần tựquy đinh sẵn Việc phân chia thời gian này được thực hiện trước khi hệ thống đivào hoạt động (tiền định) Khác với phương pháp chủ/tớ, ở đây có thể có hoặckhông có một trạm chủ Trong trường hợp có một trạm chủ thì vai trò của nó chỉhạn chế ở mức độ kiểm soát việc tuân thủ đảm bảo giữ đúng lát thời gian của trạmkhác Mỗi trạm đều có khả năng đảm nhiệm vai trò chủ động trong giao tiếp trựctiếp với các trạm khác

Về nguyên tắc, TDMA có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau Có thểphân chia thứ tự truy nhập bus theo vị trí sắp xếp của các trạm trong mạng, theothứ tự địa chỉ, hoặc theo tính chất của các hoạt động truyền thông Cũng có thể kếthợp TDMA với phương pháp chủ tớ nhưng cho phép các trạm tớ giao tiếp trựctiếp Có hệ thống lại sử dụng một bức điện tổng hợp có cấu trúc giống như sơ đồphân chia thời gian như trên hình để các trạm có thể đọc và ghi dữ liệu vào phầntương ứng

Cũng như phương pháp chủ/tớ, chính vì tính chất tiền định của cách phân chiathời gian mà phương pháp này thích hợp cho các ứng dụng thời gian thực Trong

một số trường hợp, người ta cũng áp dụng kết hợp hai phương pháp chủ tớ vàTDMA

Token Passing:

Token là một bức điện không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc biệt để phân biệtvới các bức điện mang thông tin nguồn, được dùng tương tự như một chìa khóa.Một trạm được quyền truy nhập bus và gửi thông tin địa chỉ trong thời gian nóđược giữ token Sau khi không có nhu cầu gửi thông tin, trạm đang có token sẽphải gửi tiếp tới một trạm khác theo một trình tự nhất định Nếu trình tự này đúngvới trình tự sắp xếp vật lý trong một mạch vòng (tích cực hoặc không tích cực), tadùng khái niêm Token Ring Còn nếu trình tự được quy định chỉ có tính chất logicnhư ở cấu trúc bus (ví dụ theo thứ tự địa chỉ), ta nói tới Token Bus Trong mỗitrường hợp để hình thành một mạch vòng logic

Hình 1.7: Hai dạng của phương pháp Token Passing

Một trạm đang giữ token không những được quyền gửi thong tin đi, mà còn cóthể có vai trò kiểm soát sự hoạt động một số trạm khác, ví dụ kiểm tra xem có thể

có vai trò kiểm soát sự hoạt động một số trạm khác, ví dụ kiểm tra xem có trạmnào xảy ra sự cố hay không Các trạm không có token cũng có khả năng tham giakiểm soát, ví dụ như sau một thời gian nhất định mà token không được đưa tiếp, cóthể do trạm đang giữ token có vấn đề Trong trường hợp đó, một trạm sẽ có chứcnăng tạo một token mới Chình vì vậy, Token Passing được xếp vào phương phápkiểm soát phân tán Trình tự cũng như thời gian được quyền giữ token, thời gian

phản ứng và chu kỳ bus tối đa có thể tính toán được, do vậy phương pháp truynhập này cũng được gọi và có tính tiền định.

Token Passing cũng có thể sử dụng kết hợp với phương pháp chủ/tớ, trong đómỗi trạm có quyền giữ token là một trạm chủ, hay còn gọi là trạm tích cực Phươngpháp kết hợp này còn được gọi là nhiều chủ (Multi-Master), tiêu biểu trong hệPROFIBUS Các trạm chủ này có thể là các bộ điều khiển hoặc các máy tính lậptrình, còn cách trạm tớ (trạm không tích cực) là các thiết bị vào/ra phân tán, cácthiết bị trường thông minh Mỗi trạm chủ quản lý quyền truy nhập của một số trạm

tớ trực thuộc, trong khi giữa các trạm chủ thì có quyền truy nhập bus được phânchia theo cách chuyển token Tuy nhiên, một trạm đóng vai trò là chủ ở đây khôngbắt buộc phải có các trạm tớ trực thuộc

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acess with Conllision Detection) :

Theo phương pháp CSMA/CD, mỗi trạm đều có quyền truy nhập bus màkhông cần một sự kiểm soát nào Phương pháp được tiến hành như sau:

Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn (carrier sense), nếu đường dẫn rỗi(không có tín hiệu) thì mới được phát

Do việc lan truyền tín hiệu cần một thời gian nào đó, nên vẫn có khả năng haitrạm cùng phát tín hiệu lên đường dẫn Chính vì vậy, trong khi phát thì mỗi trạmvẫn phải nghe đường dẫn để so sánh tính hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem

có xảy ra xung đột hay không (collision detection)

Trong trường hợp xảy ra xung đột, mỗi trạm đều phải hủy bỏ bức điện củamình, chờ một thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại

Ưu điểm của CSMA/CD là tính chất đơn giản, linh hoạt Khác với các phươngpháp tiền định, việc ghép thêm hay bỏ đi một trạm trong mạng không ảnh hưởng gìtới hoạt động của hệ thống Chính vì vậy, phương pháp này được áp dụng rộng rãitrong mạng Ethernet

Nhược điểm của CSMA/CD là tính bất định của thời gian phản ứng Các trạmđều bình đằng như nhau nên quá trình chờ ở một trạm có thể lặp đi lặp lại, khôngxác định được tương đối chính xác thời gian Hiệu suất sử dụng đường truyền vìthế cũng thấp Rõ ràng, nếu như không kết hợp thêm với các kỹ thuật khác thìphương pháp này không thích hợp với cấp thấp, đòi hỏi trao đổi dữ liệu thời gianthực

CSMA/CA (Carrier Sense Multipe Acess with Collision Avoldance) Tương tựnhư CSMA/CD, mỗi trạm đều phải nghe đường dẫn trước khi gửi cũng như sau khigửi thông tin Tuy nhiên, mỗi phương pháp mã hóa bit thích hợp được sử dụng ởđây để trong trường hợp xảy ra xung đột, một tín hiệu sẽ lấn át tín hiệu kia.

1.5.4 Kỹ thuật truyền dẫn RS-232

RS-232 lúc đầu được xây dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghép nối điểm –điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE, Data Terminal Equipment) hoặc giữa mộtthiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu

Hình1.8: Giao tiếp giữa hai máy tính thông qua Modem và RS – 232

Đặc tính điện học:

RS-232 sử dụng phương pháp truyền không đối xứng Mức điện áp được sửdụng giao động trong khoảng từ -15V tới 15V Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giátrị logic 0, khoảng từ -15V đến -3V ứng với giá trị logic 1

Chính vì từ -3V đến 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợpnày thay đổi giá trị logic từ 0 lên 1 hoặc một xuống 0 một tín hiệu phải vượt quakhoảng quá độ đó trong một thời gian ngắn hợp lý

Hình 1.9: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-232

Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, đa số các hệ thốnghiện nay chỉ hỗ trợ tốc độ 19,2kBd (chiều dài cho phép 30-60m) Gần đây, sự tiến

bộ trong vi mạch đã góp phần nâng cao tốc độ của các modem lên nhiều lần so vớingưỡng 19.2kBd Hiện nay đã có những mạch thu phát đạt tốc độ 460kBd và hơnnữa, tuy nhiên tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 115.2kBd theo chuẩn RS-232trong một hệ thống làm việc dựa vào ngắt là một điều khó có thể thực hiện được.Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là có thể sử dụng công suất phát tương đốithấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 2-7kΩ Bảng dưới đây tómtắt một số thông số điện học quan trọng của RS-232

Bảng 1.1: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-232

Giao diện cơ học:

Chuẩn EIA/TIA-232F quy định ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9 (9 chân),DB-25 (25 chân) và ALT-A (26 chân), trong đó hai loại đầu được sử dụng rộng rãihơn Loại DB-9 cũng đã được chuẩn hóa riêng trong EIA/TIA-574.

Hình 1.10: Sơ đồ giắc cắm và chiều truyền tín hiệu RS-232 loại DB-9

Ý nghĩa của các chân quan trọng được mô tả dưới đây

RxD (Receive Data): Đường nhận dữ liệu

TxD (Transmit Data): Đường gửi dữ liệu

DTR (Data Terminal Ready): chân DTR thường ở trạng thái ON khi thiết bịđầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông Qua việc giữ mạch DTR ở trạng thái

ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE của nó ở chế độ tự trả lời chấp nhận lời gọikhông yêu cầu Mạch DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối không muốnDCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa (chế độ cục bộ)

DSR (Data Set Ready, DCE Ready): Cả hai modem chuyển mạch DSR sang

ON khi một đường truyền thông đã được thiết lập giữa hai bên

DCD (Data Carrier Detect): Chân DCD được sử dụng để kiểm soát truy nhậpđường truyền Một trạm nhận tín hiệu DCD là OFF sẽ hiểu là trạm đối tác chưađóng mạch yêu cầu gửi dữ liệu (chân RTS) và vì thế có thể đoạt quyền kiểm soátđường truyền nếu cần thiết Ngược lại, tín hiệu DCD là ON chỉ thị bên đối tác đãgửi tín hiệu RTS giành quyền kiểm soát đường truyền

RTS (Request To Send): khi CTS chuyển sang ON, một trạm được thông báorằng modem của nó đã sẳn sàng nhận dữ liệu từ trạm và kiểm soát đường điệnthoại cho việc truyền dữ liệu đi xa.

RI (Ring Indicator): Khi modem nhận được một lời gọi, Mạch RI chuyểnON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu cuối.Tín hiệu này chỉ thị rằng một modem xa yêu cầu thiết lập kết nối Dial-up

Chế độ làm việc:

Chế độ làm việc của hệ thống RS-232 là hai chiều toàn phần (full-duplex), tức

là hai thiết bị tham gia cùng có thể thu và phát tín hiệu cùng một lúc Như vậy, việctruyền thông cần tối thiểu 3 dây dẫn, trong đố hai dây tín hiệu nối chéo các đầu thuphát của hai trạm và một dây đất, như hình1.11 a minh họa Với cấu hình tối thiểunày, đảm bảo độ an toàn truyền dẫn tín hiệu thuộc về trách nhiệm của phần mềm

Hình 1.11: Một số ví dụ ghép nối với RS-232

Hình 1.11 b minh họa một ví dụ ghép nối trực tiếp giữa hai thiết bị thực hiệnchế độ bắt tay (handshake mode) không thông qua modem Qua việc sử dụng cácdây dẫn DTR và DST, độ an toàn giao tiếp sẽ được đảm bảo Trong trường hợpnày, các chân RTS và CTS được nối ngắn mạch

2 CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG PLC TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TỰ ĐỘNG 2.1 Tổng quan các bộ điều khiển trong hệ thống tự động hóa

2.1.1 Thiết bị điều khiển khả trình (PLC)

Hình 2.1: Một số loại PLC ngoài thực tế

Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) là một loạimáy tính điều khiển chuyên dụng, do nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lầnđầu tiên đưa ra ý tưởng vào năm 1968 Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của GeneralMotors là xây dựng một thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho mạchđiều khiển logic cứng, hai công ty độc lập là Allen Bradley và Bedford Associates(sau này là Modicon) đã đưa ra trình bày các sản phẩm đầu tiên Các thiết bị nàychỉ xử lý được một số tập lệnh logic cơ bản, 128 điểm vào/ra (1 bit) và 1kByte bộ

nhớ Lúc đầu, cái tên programmable controller, viết tắt là PC, được sử dụng rộngrãi Trong khi đó, programmable logic controller hay PLC là thương hiệu đăng kýcủa công ty Allen Bradley Sau này, khi máy tính cá nhân trở nên phổ biến thì từviết tắt PLC hay được dùng hơn để tránh nhầm lẫn Vì vậy từ đây về sau ta sẽ dùngkhái niệm thiết bị điều khiển khả trình nhưng với từ viết tắt là PLC

Với cấu trúc ghép nối vào/ra linh hoạt, nguyên tắc làm việc đơn giản theo chu

kì, khả năng lập trình và lưu trữ chương trình trong bộ nhớ không cần can thiệptrực tiếp tới phần cứng, PLC nhanh chóng thu hút sự chú ý trong giới chuyênngành Vào thời điểm các máy tính điều khiển chuyên dụng và không chuyên dụngđều có kích cỡ rất lớn và giá thành rất cao, thì việc sử dụng PLC là giải pháp lýtưởng để thay thế các mạch logic tổ hợp và tuần tự trong điều khiển các quá trìnhgián đoạn Cho đến nay, danh mục các chủng loại PLC có mặt trên thị trường thậtphong phú đến mức khó có thể bao quát Chúng không những khác nhau ở côngsuất làm việc của bộ xử lý trung tâm, ở dung lượng bộ nhớ và ở số lượng các cổngvào/ra, mà còn ở các đặc tính chức năng như cấu trúc linh hoạt, phương pháp lậptrình và khả năng nối mạng

− Ưu điểm:

Phần cứng gọn nhẹ, thiết kế bền chắc, độ tin cậy cao, thích hợp với môitrường làm việc công nghiệp

Khả năng xử lý tín hiệu logic (24VDC-240VAC) và tín hiệu Analog

Khả năng mở rộng số đầu vào/ra đơn giản

Lập trình và thay đổi chương trình đơn giản

Khả năng giám sát hoạt động của dây chuyển sản xuất

Tính năng thời gian thực

Với sự phát triển rất nhanh PLC lúc đầu chủ yếu được ứng dụng trong cácngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình rời rạc Ngày nay nó được ứngdụng ngay cả trong điều khiển trình tự và điều khiển quá trình liên tục Là thiết bịthu thập dữ liệu trong các hệ SCADA.

2.1.2 Máy tính công nghiệp (IPC)

Giải pháp sử dụng máy tính công nghiệp (IPC) trực tiếp làm thiết bị điều khiểnkhông những được bàn tới rộng rãi, mà đã trở thành thực tế phổ biến trong nhữngnăm gần đây Nếu so sánh với các bộ điều khiển khả trình (PLC) thì thế mạnh củaIPC không những nằm ở tính năng mở, khả năng lập trình tự do, hiệu năng tínhtoán cao và đa chức năng, mà còn ở khía cạnh kinh tế Các bước tiến lớn trong kỹthuật máy tính, công nghiệp phần mềm và công nghệ bus trường chính là các yếu

tố thúc đẩy khả năng cạnh tranh của IPC trong điều khiển công nghiệp

Hình 2.2: Máy tính công nghiệp (IPC)

Trong giải pháp điều khiển dùng máy tính công nghiệp thì một vấn đề thườngrất được quan tâm là độ tin cậy của máy tính Một phần ta có thể yên tâm bởi vớicấu trúc vào/ra phân tán, máy tính điều khiển được đặt trong phòng điều khiểntrung tâm với điều kiện môi trường làm việc tốt Mặt khác, trên thị trường cũng đã

có rất nhiều loại máy tính công nghiệp, đảm bảo độ tin cậy cao không kém mộtPLC Một khi máy tính chỉ được cài đặt hệ điều hành và phần mềm điều khiển thìkhả năng gây lỗi do phần mềm cũng sẽ được giảm thiểu

Tuy nhiên, đối với các ứng dụng có yêu cầu cao về tính sẵn sàng, độ tin cậycủa hệ thống, ta cần có một giải pháp dự phòng thích hợp Giải pháp đơn giản vàtiết kiệm nhất là “dự phòng lạnh”, có nghĩa là trong trường hợp có sự cố tại máytính điều khiển xảy ra ta chỉ cần thay thế một máy mới với cấu hình và các phầnmềm đã được cài đặt giống hệt máy chính Song giải pháp tốt hơn là sử dụng mộtcấu hình dự phòng nóng

− Ưu điểm:

Hiệu năng tính toán cao với giá thành thấp, chu kỳ điều khiển có thể xuốngtới 1ms

Tính năng mở: Với hệ điều hành thông thông dụng, khả năng lập trình tự do

sử dụng ngôn ngữ bậc cao, công cụ lập trình mạnh

Có thể tích hợp phần mềm SCADA

− Nhược điểm:

Kích thước vật lý tương đối lớn

Cần có hệ điều hành tốt hoạt động ổn định, đảm bảo tính năng thời gianthực

Cần có giải pháp dự phòng nóng trong trường hợp cần thiết

Điều khiển quá trình: công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, xử lý nước sạch,nước thải, công nghiệp bán dẫn

2.1.3 Vi điều khiển (Microcontroller)

Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chip, nó thường được sửdụng để diều khiển các thiết bị điện tử Vi điều khiển thực chất là một hệ thống baogồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý

đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ các môđun vào/ra, các mô đun biến đổi số sang Analog và Analog sang số Ở máy tínhthì các mô đun thường được xây dựng bởi các chip và mạch ngoài

Hình 2.3: Một số loại vi điều khiển

Vi điều khiển thường được xây dựng các hệthống nhúng Nó xuất hiện khá nhiều trong cácdụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, thiết bị đa

Hầu hết các vi điều khiển ngày nay được xâydựng dựa trên kiến trúc Harvard, kiến trúc nàyđược định nghĩa bốn thành phần cần thiết của một hệ thống nhúng Những thànhphần này là CPU, bộ nhớ chương trình (thông thường là ROM hoặc bộ nhớ Flash),

bộ nhớ dữ liệu (RAM), một hoặc vài bộ định thời và các cổng vào/ra để giao tiếpvới các thiết bị ngoại vi – tất cả các khối này được thiết kế trong một vi mạch tíchhợp

Yêu cầu cao về môi trường làm việc.

Yêu cầu người lập trình phải hiểu rõ về cấu trúc phần cứng

Khả năng nhiễu cao

− Phạm vi ứng dụng

Được ứng dụng nhiều trong dân dụng: nhà thông minh, điều khiển các thiết

bị từ xa, hệ thống vệ sinh thông minh

Chế tạo các card thông minh

Hình 2.4: Cấu trúc PLC

Bộ xử lý trung tâm:

Bộ xử lý trung tâm là thành phần quan trọng nhất của một PLC, gồm có baphần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp Bộ xử lý thực hiệnchương trình điều khiển được lưu trữ trong hệ thống bộ nhớ có dạng sơ đồ ladder,trong khi hệ thống nguồn cung cấp cung cấp tất cả cấp điện áp cần thiết để đảmbảo hoạt động của bộ nhớ và bộ xử lý

Module đầu vào số của PLC có thể được chia thành ngõ vào DC, ngõ vào ACtheo kiểu điện áp ngõ vào loại cách ly hay không cách ly Loại cách ly dùng để côlập nhiễu đối với môi trường công nghiệp khắc nghiệt

− Ngõ ra số:

Module ngõ ra số của PLC xuất trạng thái tín hiệu ON/OFF để điều khiển quátrình Thiết bị ngõ ra có được kết nối tới các thiết bị như đèn, contactor, relay Module ngõ ra số của PLC có thể được chia thành ngõ ra relay, ngõ ratransistor, SSR

− Ngõ vào Analog (Bộ chuyển đổi A/D):

Bộ chuyển đổi A/D dùng để chuyển đổi tín hiệu analog sang số (số hóa hay còngọi là A/D) để xử lý tín hiệu Analog trong CPU Nhiệm vụ chính của quá trìnhchuyển đổi từ giá trị Analog sang tín hiệu số là biểu diễn giá trị số tương ứng vớigiá trị tín hiệu Analog Độ phân giải của bộ chuyển đổi A/D được xác đinh bởi sốbit đầu ra

Độ phân giải được tính theo công thức sau đây:

Độ phân giải = 2N (N là số bit ngõ ra)

− Ngõ ra Analog (Bộ chuyển đổi D/A):

Bộ chuyển đổi D/A dùng để chuyển đổi giá trị số sang Analog (bình thườnghóa giá trị số hay còn gọi là D/A) để xuất tín hiệu Analog từ CPU ra bên ngoài.Nhiệm vụ chính của quá trình chuyển đổi từ giá trị số sang tín hiệu Analog là biểudiễn giá trị số tương ứng với giá trị tín hiệu Analog

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.5: Chương trình thực hiện theo vòng quét (scan) trong PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp hay còn gọi là vòng quét (Scan).Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ cổng vào tới vùng bộđệm ngõ vào ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòngquét chương trình thực hiện từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh kết thúc Sau giai đoạnthực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi và cuốicùng là chuyển các nội dung của bộ đệm ngõ ra ảo tới các cổng ra

2.3 Ngôn ngữ lập trình SFC

2.3.1 Giới thiệu chung về ngôn ngữ SFC

SFC là một trong năm loại ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn được đề cập trongphiên bản IEC61131-3 được công bố năm 2003 Năm ngôn ngữ được chuẩn hóa làliệt kê lệnh( IL, Instruction List), sơ đồ tiếp điểm (LD, Ladder Diagram), sơ đồkhối chức năng (FBD, Function Block Diagram), văn bản có cấu trúc (ST,Structured Text) và biểu đồ hoạt động tuần tự (SFC, Sequential Function Chart)

Theo tiêu chuẩn IEC, một chương trình SFC bao gồm ba thành phần chính là:

Sự chuyển tiếp:

Quá trình chuyển tiếp là thành phần cơ bản của một khối, sau khi PLC thựchiện xong các lệnh trong phần tác động gắn với bước, PLC sẽ thực hiện một sựchuyển tiếp rồi mới thực thi bước kế tiếp Một điều kiện chuyển tiếp là điều kiện

để tiến hành thực hiện các bước tiếp theo sau khi điều kiện đó được thỏa mãn Mộtchuyển tiếp có thể lấy từ các tín hiệu ngõ vào có sự thay đổi, kết quả của tác độngbước kế trước hay là kết quả một phép so sánh.

Một số loại chuyển tiếp được cho trong Bảng 2.1:

Bảng 2.1: Các loại chuyển tiếp trong SFC

Loại

Serial transition

Selection transition(branch/coupling)

Parallel transition(branch/coupling)

biến Tín hiệu đưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự(Analog), các tín hiệu này được giao tiếp với PLC thông qua các Module ngõ vào.

− Chức năng điều khiển:

Điều khiển logic:

PLC thay thế các bộ điều khiển role, công tắc tơ phức tạp để điều khiển bằngtay, bán tự động, tự động hoàn toàn các máy và các quá trình

Điều khiển liên tục:

Ngoài chức năng điều khiển logic cơ bản thay thế bộ điều khiển role, PLC còn

có thể điều khiển các quá trình liên tục, như điều khiển PID, FUZY

− Tự phát hiện lỗi và chẩn đoán lỗi

Hình 2.7: Sơ đồ kết nối mạng CC-link trạm chủ là A/QnA CPU

Hình 2.9: Sơ đồ kết nối mạng CC-link trạm chủ là FX CPU

− Thông số truyền thông

Bảng 2.2: Thông số truyền thông mạng N:N

thông

Bán song cong,song côngTôc độ baud 38400 bps

Parallel link:

Parallel link cho phép kết nối hai PLC FX cùng serries Theo số thiết bị đượcliết kết, có thể lựa chọn chế độ bình thường hoặc là tốc độ cao Khoảng cách giữahai trạm lớn nhất là 500m Tốc độ baud là 115200bps và 19200bps tùy series

Hình 2.11: Sơ đồ kết nối mạng parallel link

Hình 2.12: Sơ đồ kết nối 1:N mạng computer link

Thông số truyền thông:

Bảng 2.3: Thông số truyền thông mạng computer link

Chuẩn truyền Chuẩn RS485 hoặc RS-232C

Khoảng cách có thể thayđổi phụ thuộc vào loạithiết bị truyền thông

Tổng khoản cách mở

rộng các trạm

RS-485: 500 m hoặc

nhỏ hơnRS-232C: 15m hoặc

nhỏ hơn

Khoảng cách thay đổiphụ thuộc vào loại thiết

bị truyền thôngPhương pháp truyền

thông

Bán song cong, song

côngTôc độ baud

300, 600, 1200, 2400,

4800, 9600, 19200 hoặc

38400 bps

Parity bit Không có, chẳn hoặc lẻ

Sum check Được hoặc không đượccung cấp

Truyền thông với biến tần:

Truyền thông biến tần cho phép kết nối giữa PLC FX và 8 biến tần để giám sáthoạt động của biến tần, đọc và ghi thông số biến tần qua truyền thông với chuẩntruyền RS485 Tổng khoảng cách các trạm lớn nhất là 500m

Hình 2.14: Sơ đồ mạng kết nối PLC với biến tần

Truyền thông không giao thức:

− Lệnh RS

Truyền thông không giao thức thường để kết nối các thiết bị như là máy in,barcode reader , trong dòng PLC FX, truyền thông không giao thức thì có thể sửdụng các lệnh RS và RS2

Tổng số point của truyền và nhận dữ liệu là 8000 points, khoảng các truyền là15m đối với chuẩn truyền RS232 và 500m đối với chuẩn truyền RS485

− Khối truyền thông FX2N-232IF

Khối truyền thông chức năng đắc biệt hoạt động tương ứng với RS232C,FX2N-232IF được kết nối tới một PLC FX2N, FX3U, FX2NC và FX3UC đểchuyển đổi dữ liệu nối tiếp theo phương pháp full-duplex giữa PLC với thiết bị hỗtrợ RS232 như là máy tính, barcode reader hoặc máy in

PLC dòng FX có thể kết nối đến 8 khối FX2N-232IF, định dạng truyền thôngđược xác định bằng cách sử dụng vùng nhớ đệm (BFM)

Các lệnh FROM/TO được dùng để đọc hoặc ghi dữ liệu tới vùng nhớ đệm.Vùng nhớ đệm gửi và nhận có thể lên tới 512 byte/256 word.

2.6 Truyền thông PLC FX2N và máy quét mã vạch thông qua khối truyền thông FX2N–232IF

2.6.1 Tổng quan về Barcode

Ý tưởng về barcode được phát triển bởi Norman Joseph Woodland và BernardSilver Năm 1948 khi đang là sinh viên ở trường Đại học tổng hợp Drexel, họ đãphát triển ý tưởng này sau khi được biết mong ước của một vị chủ tịch của mộtcông ty buôn bán đồ ăn là làm sao để có thể tự động kiểm tra toàn bộ quy trình.Ngày nay Barcode được sử dụng trong mọi lĩnh vưc của đời sống trong côngnghiệp cũng như dân dụng

Barcode hỗ trợ các giao tiếp giao tiếp với các thiết bị theo các chuẩn phổ biếntrong công nghiệp như: truyền thông nối tiếp, Ethernet, CAN bus, PROFIBUS,DeviceNet

Là một công nghệ nhận dạng tự động, cho phép thu thập dữ liệu một cáchnhanh chóng và chính xác

Phân loại barcode:

Có hai loại barcode:

Barcode tuyến tính (linear barcode)/barcode 1D

Các chuẩn mã hóa dữ liệu 1D – barcode:

− UPC (Universal Product Code)

UPC là 1 lọai ký hiệu mã hóa số được ngành công nghiệp thực phẩm ứng dụngvào năm 1973 Ngành công nghiệp thực phẩm đã phát triển hệ thống này nhằm gán

mã số không trùng lặp cho từng sản phẩm Người ta sử dụng UPC như “giấy phépbằng số” cho các sản phẩm riêng lẻ

UPC gồm có 2 phần: phần mã vạch mà máy có thể đọc được và phần số màcon người có thể đọc được Số của UPC gồm 12 ký số, không bao gồm ký tự Đó

là các mã số dùng để nhận diện mỗi một sản phẩm tiêu dùng riêng biệt

Nhìn ký hiệu UPC như hình trên ta thấy tổng cộng gồm 12 ký số:

Ký số thứ 1: Ở đây là số 0, gọi là ký số hệ thống số (number system digit) hoặccòn gọi là “Family code” Nó nằm trong phạm vi của 7 con số định rõ ý nghĩa vàchủng lọai của sản phẩm như sau:

5 – counpous: phiếu lĩnh hàng hóa