Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 5 - TS. Nguyễn Anh Tuấn

Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 5 - TS. Nguyễn Anh Tuấn được biên soạn nhằm giúp các bạn sinh viên nắm được các kiến thức trọng tâm về: Cấu trúc chung của bộ nhớ PLC; Cấu trúc chương trình PLC; Các nhóm lệnh cơ bản trong PLC. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây.

Trang 1

Bài giảng

PLC và Mạng Công Nghiệp

PLC and Industrial system

(ME 4501)

Giảng viên: TS Nguyễn Anh Tuấn

Bộ môn Cơ điện tử – ĐHBK Hà nội

Email: tuan.nguyenanh@hust.edu.vn bktuan2000@gmail.com

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Trang 2

5 Cấu trúc và hoạt động của bộ nhớ PLC

4 Các mô đun vào ra

3 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC

2 Logic cứng và sự phát triển của PLC

1 Tổng quan về điều khiển logic

6 Mạng công nghiệp và các giao thức kết nối

Mục lục

7 Ứng dụng của PLC trong công nghiệp

Trang 3

5.1 Cấu trúc chung của bộ nhớ PLC

5.2 Cấu trúc chương trình

5 Cấu trúc và HĐ của bộ nhớ PLC

5.3 Các nhóm lệnh cơ bản

Trang 4

 Khái niệm

- Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình điều khiển cùng với các thông tin có thể truy

xuất

- Bộ nhớ của PLC có thể được hiển thị bằng một mảng hai chiều của các tế bào nhớ,

mà mỗi tế bào có thể chứa một Bit đơn của thông tin dưới dạng là giá trị 0 hay 1.

- Một byte được định nghĩa là một nhóm nhỏ nhất của các bit mà CPU có thể xử lýđược đồng thời trong một lần

- Các bộ nhớ được yêu cầu trong các trường hợp: làm bộ định thời gian cho các củakênh trạng thái I/O, làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời,đếm, ghi các rơ le

- Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ và được đánh số, nóchính là địa chỉ của bộ nhớ

- Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý

Trang 5

 Thẻ nhớ

Thẻ nhớ là một thành phần quan trọng trên CPU:

 Có chức năng chứa chương trình, dữ liệu, thông số từ

PC chuyển xuống và chuyển sang RAM trong CPU

 Thẻ nhớ được reset bằng SIMATIC Manager V5.x,

TIA Portal kết hợp Simatic field PG hoặc đầu đọc thẻ

nhớ

Trang 6

 Vùng nhớ

 Vùng nhớ chương trình (Load memory): kích thước bằng

kích thước thẻ nhớ Được sử dụng để lưu trữ blocks,

datablock, cấu hình và thông số hardware

 Vùng nhớ làm việc (working memory): là RAM, được tích

hợp trong CPU và không thể mở rộng Được sử dụng để

thi hành code và dữ liệu chương trình người dùng

 Vùng nhớ hệ thống (system memory): được tích hợp trong

CPU và không thể mở rộng Phục vụ cho chương trình

người dùng, bao gồm: timer, counter, vùng nhớ M, local

data, process image I/Q

 Vùng nhớ lưu giữ (Retentive memory data): dữ liệu trong

các DBs được lưu trữ, ngay cả khi mất điện CPU và có

điện trở lại, dữ liệu trong các DBs vẫn được duy trì giống

như cài đặt trước đó

Trang 7

 Cấu trúc bộ nhớ

 Cấu trúc thanh ghi

1 đoạn thanh ghi = 1 byte (B) = 8 bit

1 word (W) = 2 byte = 16 bit

1 Doubleword (DW) = 2 Word = 4 byte = 32 bit

 Các kiểu dữ liệu

Trang 8

 Các kiểu dữ liệu

Trang 9

FCPI

Local data block

LFB

OBPQ

MTCQI

Data blockDBCPU

Vùng chứa tham số

của hệ điều hành và

chương trình ứng dụng

Vùng chứa chương trình ứng dụng

Vùng chứa các khối

dữ liệu

Trang 10

+ OBx (Organization Block): chứa chương trình chính.

OB1 Khối tổ chức chính, mặc định, thực thi vòng lặp

OB10 Được thực hiện khi có tín hiệu thời gian ngắt

OB 20 Được thực hiện sau một khoảng thời gian đặt trước

OB 35 Khối ngắt theo chu kỳ định trước

OB 40 Được thực hiện khi tín hiệu ngắt cứng ở ngõ vào

+ FC (Program block): Chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có khả năng

trao đổi dữ liệu với bất kỳ 1 khối chương trình nào khác

+ FB (Function Block): Chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và có khả năng

trao đổi dữ liệu với bất kỳ 1 khối chương trình nào khác Các dữ liệu này phải được xâydựng thành một khối dữ liệu riêng (Data Block khối DB)

Trang 11

 Các vùng nhớ

Vùng nhớ chứa tham số hệ điều hành

+ I (Process image Input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thực hiện

chương trình, PLC sẽ đọc giá trị lô gíc của tất cả các cổng đầu vào và cất chúng trong 1vùng nhớ I

+ Q (Process image Output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số Kết thúc giai đoạn

thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị lô gíc của bộ đệm Q tới các cổng ra số

+ M (Memory): Miền các biến cờ Do vùng nhớ này không mất sau mỗi chu kỳ quét nên

chương trình ứng dụng sẽ sử dụng vùng nhớ này để lưu các tham số cần thiết Nó có thểtruy cập theo bit (M), byte (MB), theo từ (MW), hay từ kép (MD)

Trang 12

 Các vùng nhớ

Vùng nhớ chứa tham số hệ điều hành

+ T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt

trước, giá trị đến thời gian tức thời cũng như giá trị lô gíc đầu ra của bộ thời gian

+ C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị

đếm tức thời và giá trị lô gíc đầu ra của bộ đếm

+ PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự Các giá trị tương tự tại cổng vào

của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo địa chỉ Chương trìnhứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo Byte, từng từ PIW hoặc PID

+ PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự Các giá trị theo những những địa

chỉ này sẽ được chuyển tới các cổng ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy nhậpmiền nhớ PQ theo Byte (PQB) từng từ (PQW) hoặc theo từng từ kép (PQD)

Trang 13

+ DB (Data Block): Miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước cũng như số

lượng khối do người sử dụng quy định, Phù hợp với từng bài toán điều khiển Chươngtrình có thể truy nhập miền này theo theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từkép (DBD)

+ L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC,

FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thứcvới khối chương trình gọi nó Toàn bộ vùng nhớ sẽ bị xóa sau khi khối thực hiện xong

Có thể truy nhập theo từng bit (L), byte (LB), từ (LW), hoặc từ kép (LD)

Trang 14

 Vòng quét chương trình

 PLC thực hiện chương trình

theo chu trình lặp, mỗi vòng

lặp được gọi là vòng quét

 Vòng quét bắt đầu từ giai đoạn

truyền thông và kết thúc ở kết

thúc chu trình thực thi OB1

 Ngoài ra PLC có các chế độ

ngắt đặc biệt (OB40, OB80…),

khi có tín hiệu ngắt, khối ngắt

cùng loại sẽ được thực hiện

3 Chuyển

dữ liệu

từ cổng vào tới I

4 Thực hiện chương trình OB1

1 Truyền thông và kiểm tra nội bộ

Trang 15

Có 2 phương pháp lập trình:

 Lập trình tuyến tính: Chương trình chỉ được viết duy nhất khối OB1 Phù hợp các

bài toán điều khiển nhỏ, đơn giản

 Lập trình cấu trúc: Chương trình được viết trong các hàm chức năng FC, FB và

được gọi ra trong khối OB1, FB, FC

Trang 16

 Các khối trong chương trình

Có 4 khối cơ bản trong bài toán lập

Trang 17

 Các khối trong chương trình

- Loại khối OB (Organization block): khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển

Có các loại khối OB có chức năng khác nhau như: OB1, OB35, OB40,…

- Loại khối FC (Program block): khối chương trình với những chức năng riêng giống

như một chương trình con hoặc một hàm Một chương trình ứng dụng có thể cónhiều khối FC

- Loại khối FB (Function block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi mộtlượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác nhau

- Loại khối DB (Data block): khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chươngtrình Các tham số của khối do người dùng tự đặt

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyểnkhối Một số dòng PLC cho phép gọi chương trình con lồng nhau

Trang 18

 Nguyên tắc gọi khối hàm

 Để các khối hàm được thực thi trong chương trình người dùng, chúng cần đượcgọi từ một khối hàm khác đã được gọi

 Khi khối hàm A gọi khối hàm B, lệnh trong khối hàm B được thi hành

 Chỉ khi khối hàm B đã hoàn thành, khối hàm A tiếp tục được thi hành Quá trìnhthực hiện được tiếp tục với lệnh theo sau lệnh gọi khối hàm B

 Lưu ý: Không thể gọi các khối hàm thành một vòng lặp.

Trang 19

 Hệ thống phân cấp gọi khối hàm

 Sắp xếp theo thứ tự và lồng các lệnh gọi khối hàm, được gọi là phân cấp

 Mỗi model PLC cho phép lồng tối đa số khối hàm khác nhau

Sắp xếp theo thứ tự Lồng các khối hàm

Trang 20

 Truyền tham số khi gọi hàm

 Quy tắc cung cấp thông số cho khối hàm: Khối gọi sẽ cung cấp cho khối được gọicác giá trị mà nó sẽ hoạt động

 Có các loại thông số thực hiện liên kết giữa hàm gọi và hàm được gọi:

 Input parameters: Hàm được gọi chỉ đọc giá trị của thông số này.

 Output parameters: Hàm được gọi chỉ ghi giá trị cho thông số này.

 In/Out parameters: Hàm được gọi có thể đọc hoặc ghi giá trị cho thông số này.

Trang 22

 Thanh ghi trạng thái

Khi thực hiện lệnh, CPU sẽ ghi lại trạng thái của phép tính trung gian cũng như

ghi lại kết quả vào 1 thanh ghi đặc biệt 16 bit, gọi là thanh ghi trạng thái Tuy

nhiên chỉ có 9 bit thấp của thanh ghi này được sử dụng, có cấu trúc như sau:

- FC: FC=0 khi dãy lệnh lô gíc tiếp điểm vừa được kết thúc, ngược lại FC = 1

- RLO: kết quả tức thời của phép tính lô gíc vừa được thực hiện

- STA: Có giá trị lô gíc của tiếp điểm được chỉ định trong lệnh

- OR: ghi lại giá trị của phép tính VÀ cuối cùng được thực hiện để thực hiện phép tính

HOẶC (V) sau đó

Trang 23

 Thanh ghi trạng thái

- OS (Stored overflow bit): ghi giá trị bit bị tràn

- OV (Overflow Bit): ghi giá trị bit bị tràn

- CC0 và CC1 (Condition code): : hai bit báo trạng thái của kết quả phép tính với số

nguyên, số thực, dịch chuyển hoặc phép tính lô gíc trong ACCU

- BR (Binary Result bit): bit trạng thái cho phép liên kết giữa hai ngôn ngữ STL và LAD

Cho phép người lập trình viết một khối chương trình FB hoặc FC bằng STL, nhưng có thểgọi và sử dụng chúng trong chương trình khác viết bằng LAD Để có mối liên kết này, cầnphải kết thúc trong chương trình trong FB, FC bằng lệnh ghi giá trị vào BR: 1 nếu chươngtrình không có lỗi, 0 nếu chương trình có lỗi

Trang 24

5 Cấu trúc và HĐ của bộ nhớ PLC 5.3 Các nhóm lệnh cơ bản

Cấu trúc: Tên lệnh <Toán hạng>

Trang 25

- Lệnh gán: cấu trúc = <toán hạng>

Toán hạng là các địa chỉ: I, Q, M, L, D

Ý nghĩa: thực hiện gán giá trị lô gíc của RLO tới ô nhớ có địa chỉ được thể hiện

trong toán hạng Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái (ký hiệu ‘–’ chỉ nội dung Bit không bị thay đổi, ‘x’ chỉ nội dung thay đổi theo lệnh)

Trang 26

%I0.0 // Đọc nội dung I0.0 vào RLO

%I0.1 // AND với I0.1

%Q0.0 // Kết quả ra Q0.0

Trang 27

%I0.0 // Đọc nội dung I0.0 vào RLO

%I0.1 // OR với I0.1

Trang 28

- Lệnh thực hiện phép tính AND NOT: Cấu trúc AN <toán hạng>

Toán hạng là các địa chỉ: I, Q, M, L, D, T, C

Ý nghĩa: nếu FC = 0 thực hiện gán giá trị lô gíc của RLO Ngược lại, lệnh sẽ thực

hiện phép toán AND NOT giữa RLO và toán hạng và lưu kết quả vào RLO

=

%I0.0 //Đọc nội dung I0.0 vào RLO

%I0.1 // AND NOT với I0.1

Trang 29

- Lệnh thực hiện phép tính OR NOT: Cấu trúc ON <toán hạng>

Toán hạng là các địa chỉ: I, Q, M, L, D, T, C

Ý nghĩa: nếu FC = 0 thực hiện gán giá trị lô gíc của RLO Ngược lại, lệnh sẽ thực

hiện phép toán OR NOT giữa RLO và toán hạng và lưu kết quả vào RLO

=

%I0.0 //Đọc nội dung I0.0 vào RLO

%I0.1 // OR NOT với I0.1

Trang 30

 Rơ le thời gian

- Rơ le thời gian được sử dụng để làm chậm đóng hoặc mở tiếp điểm

để điều khiển mạch.

- Trong thời gian chuyển mạch của rơ le, thời gian trễ có thể từ vài giây đến vài giờ tùy theo yêu cầu của bài toán đặt ra.

Rơ le thời gian có thể bao gồm:

+ Rơ le thời gian dạng cơ khí

+ Rơ le thời gian dạng khí nén

+ Rơ le thời gian gian dùng mạch điện tử (sử dụng các linh kiện bán dẫn tạo thời gian trễ)

Trang 31

Phân loại: Khi thiết kế mạch điều khiển thì có hai loại rơ le thời gian

thường được sử dụng:

+ Rơ le thời gian tác động đóng trễ (ON delay relay timer): TON

INPUT OUTPUT

Tiếp điểm thường mở đóng trễ Tiếp điểm thường đóng mở trễ

Ký hiệu:

Trang 32

Ví dụ: Sử dụng tiếp điểm thường hở trên TON

Ví dụ: Sử dụng tiếp điểm thường đóng của TON

Khi tác động tiếp điểm S1, cuộn dây

rơ le TD thời gian hoạt động, saukhoảng thời gian t = 10s tiếp điểmthưởng mở TD1 của TD đóng vàđèn L1 sẽ sáng Sau đó ngắt tiếpđiểm S1 thì đèn L1 sẽ tắt

Trang 33

+ Rơ le thời gian tác động ngắt trễ ( OFF delay relay timer): TOFF

Ký hiệu:

Tiếp điểm thường hở đóng trễ Tiếp điểm thường đóng mở trễ

INPUT OUTPUT

Trang 34

Ví dụ: Sử dụng tiếp điểm thường mở trên TOFF

Trang 35

Ví dụ: Sử dụng tiếp điểm thường đóng trên TOFF

Trang 36

 Bộ định thời trong PLC (Timer)

 Các chức năng tương tự như trên rơle định thời cơ khí và điện tử TON, TOFF.

 Tất cả các bộ định thời PLC đều là lệnh đầu ra

 Ưu điểm so với các bộ định thời cơ và điện tử tương ứng:

• Toàn bộ chức năng định thời xảy ra bên trong bộ điều khiển.

• Cài đặt thời gian có thể dễ dàng thay đổi.

• Số lượng bộ định thời được sử dụng trong một mạch có thể được tăng hoặc giảm thông qua việc sử dụng các thay đổi lập trình hơn là thay đổi dây dẫn.

• Độ chính xác và độ lặp lại của bộ hẹn giờ rất cao vì độ trễ thời gian được tạo ra trong bộ xử lý PLC.

Trang 37

 Có 3 loại bộ định thời gian:

+ Bộ định thời gian đóng trễ (TON): Đếm khoảng thời gian cơ sở

(time-based) khi điều kiện đầu vào là True

+ Bộ định thời gian ngắt trễ (TOFF): Đếm khoảng thời gian dựa trên

thời gian cơ sở khi lệnh đầu vào chuyển từ điều kiện đúng (True) sang điều kiện sai (False).

+ Bộ định thời gian có nhớ (RTO) Đếm thời gian dựa trên thời gian

cơ sở khi lệnh là đúng (True) và lưu lại giá trị thời gian đã tích lũy khi lệnh sai (False) hoặc khi mất nguồn.

RES (Reset) - Đặt lại giá trị tích lũy của bộ định thời về giá trị 0.

Trang 38

 Các đại lượng của bộ đinh thời:

+ Thời gian cơ sở (time-base) là thời gian nhỏ nhất của Timer khi xảy ra một sự

kiện Thời gian trễ của Timer là tổng thời gian cơ sở Thời gian cơ sở thường gặptrong PLC: 1ms; 10ms; 100ms

+ Giá trị đặt PV (Preset Value): là giá trị đặt trước cho bộ định thời.

Để tính thời gian trễ của bộ định thời, ta sử dụng công thức:

T = PV x time-base

Ví dụ: Thời gian trễ của bộ định thời khi PV = 50 và time-base = 100ms là

T = 50 x 100 = 5000 ms = 5s

+ Giá trị tích lũy (Accumulated Value): Là thời gian trôi qua kể từ khi tác động

vào bộ định thời, chính là số thời gian sơ sở đã diễn ra

Tiêu đề	Bài giảng PLC và Mạng Công Nghiệp
Tác giả	TS. Nguyễn Anh Tuấn
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Thể loại	Bài giảng
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	1,41 MB