Phân tích lập trình hệ tuần tự plc

Giới thiệu các phương pháp phân tích, lập trình hệ tuần tự... Để xây dựng giải thuật điều khiển cho hệ tuần tự, ta thực hiện các bước sau : Bước 1 : Mô tả thiết bị cảm biến, thiết bị chấ

CHƯƠNG 9 : PHÂN TÍCH, LẬP TRÌNH HỆ TUẦN TỰ

Mục đích :

Giới thiệu phương pháp chung để phân tích, lập trình hệ tuần tự sử dụng phần mềm Step7 MicroWin 32

Yêu cầu sau khi học :

1 Có khả năng phân tích, thiết kế hệ điều khiển tuần tự cho PLC

2 Sử dụng phần mềm STEP 7 Microwin thiết kế hệ tuần tự

3 Ứng dụng lập trình hệ tuần tự mạch đơn, mạch phức

Số tiết giảng dạy: 4

Nội dung giảng dạy :

Trọng tâm bài giảng :

1 Giới thiệu các phương pháp phân tích, lập trình hệ tuần tự

Để xây dựng giải thuật điều khiển cho hệ tuần tự, ta thực hiện các bước sau :

Bước 1 : Mô tả thiết bị cảm biến, thiết bị chấp hành sử dụng trong hệ thống (tài liệu kỹ thuật, hãng sản xuất, đặc trưng,…)

Bước 2 : Vẽ kết nối mạch kết nối động lực : điện, thủy lực, khí nén,…

Bước 3 : Vẽ kết nối PLC

Buớc 4 : Lập bảng kết nối ngõ vào/ra

Bước 5 : Mô tả trạng thái ban đầu của hệ thống

Bước 6 : Xây dựng giải thuật : sơ đồ trạng thái + bảng xuất ngõ ra

Bước 7 : Viết chương trình điều khiển

Bước 8 : Xây dựng tài liệu kỹ thuật

Các bước trên đã được nghiên cứu, phát triển từ tài liệu Automating Manufacturing

Systems with PLCs, PLC Theory và thực tế quá trình làm việc của tác giả

9.1 Hệ thống tuần tự và công cụ xử lý

Qua sơ đồ trên, dễ dàng thấy rằng một hệ thống điều khiển tùy theo mức độ phức tạp mà có thể có những cách phân tích thiết kế khác nhau

Đối với hệ thống đơn giản/nhỏ, ta có thể phân tích mô tả dưới dạng Flowchart hay Sequence Bits Dưới đây là các định nghĩa về các phương pháp phân tích các phương pháp điều khiển tuần tự

9.1.1 Sequence bits :

Hệ thống được mô tả dưới dạng các bước được mô tả bằng các bit tuần tự Tài liệu sẽ giới thiệu về cách thiết kế này

Đối với những hệ thống phức tạp/lớn, ta có thể sử dụng các phương pháp sau để phân tích :

9.1.2 Block Logic :

Theo trạng thái, các hoạt động trong trạng thái sẽ được chia thành các khối logic Tài liệu này

sẽ giới thiệu về cách thiết kế này

9.1.3 Equations :

Theo trạng thái, các hoạt động trong trạng thái được mô tả dưới dạng các phương trình Tài liệu này sẽ giới thiệu về cách thiết kế này

9.1.4 SFC/GRAFSET :

Theo nhóm hoạt động, các hoạt động sẽ được mô tả dưới dạng các khối hàm chuẩn

9.1.5 Giản đồ thời gian :

Biểu diễn hoạt động của một quy trình tuần tự vòng đơn Phương pháp thực hiện cơ bản : 1) Hiểu quy trình

2) Xác định ngõ ra phụ thuộc vào thời gian, tác động

3) Vẽ giản đồ thời gian cho ngõ ra

4) Chia khoảng thời gian cho mỗi thời gian khi một ngõ ra bật on hay off

5) Viết LAD để khảo sát giá trị thời gian và bật ngõ ra on hay off

Phương pháp này đã được hướng dẫn mô tả trong điều khiển khí nén, thủy lực Nhược điểm của phương pháp này là thời gian chuyển giữa các tác động không thể thay đổi linh hoạt, chỉ

mô tả được mạch đơn

Ví dụ : Máy dập lỗ chuyên dùng

Trạng thái và các biến tương ứng :

STT Trạng thái Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5

9.2 Grafcet, SFC và chuẩn IEC 848

Grafcet được xây dựng bởi người Pháp, sau đó chúng được phát triển thành ngôn ngữ lập trình chung của thế giới viết tắt là SFC (SEQUENTIALFUNCTIONCHARTS) hay chúng còn được gọi dưới tên là IEC 848 Đây là phương pháp phổ biến hiện nay, thường được hỗ trợ bởi phần mềm lập trình thông qua công cụ Graph hoặc Hi-Graph

Hướng đi – kết nối các bước và điều kiện chuyển các trạng thái (Những bước cơ bản này xác định việc tuần tự)

Điều kiện chuyển trạng thái – là nguyên nhân của sự chuyển dịch giữa các bước, hoạt động như một điểm của sự phối hợp (coordination phối hợp)

Cho phép điều khiển để di chuyển đến bước kế khi điều kiện được thỏa (dạng cơ bản là một lệnh if hay một lệnh chờ)

Bước khởi đầu – bước đầu tiên

Bước – thành phần cơ bản là một trạng thái của hoạt động Một trạng thái thường có một mối liên kết hoạt động

macrostep – Một tập hợp các bước (Dạng cơ bản là một chương trình con)

Lựa chọn rẽ nhánh – một lệnh OR – chỉ một theo một nhánh

Simultaneous branch (Nhánh đồng thời) – một lệnh AND – cả hai hay nhiều nhánh cùng hoạt động

Ta cần nghiên cứu sâu về cách viết này vì rất phổ biến trong lập trình có cấu trúc theo chuẩn, phổ biến ở các loại PLC lớn

9.3 Sơ đồ trạng thái và phân tích điều khiển hệ tuần tự:

Sơ đồ trạng thái là một phương pháp phân tích điều khiển tuần tự, trong đó các trạng thái được biểu diễn bằng 1 bit, đại diện cho tình trạng ngõ ra của một nhóm thiết bị liên quan đến

sơ đồ đó Sự di chuyển giữa các trạng thái được mô tả bởi điều kiện chuyển trạng thái, có thể

là một tác động của cảm biến, sau một khoảng thời gian, đếm đủ một số lượng,

Một sơ đồ chuyển trạng thái, có thể là mạch đơn, có thể là mạch phức Việc phân tích, tạo nên các mạch phụ thuộc vào yêu cầu điều khiển, tối ưu quy trình hoặc không tối ưu,…

Phương pháp sơ đồ trạng thái, bao gồm các phần : Sơ đồ kết nối động lực, sơ đồ kết nối PLC, bảng khai báo các biến ngõ vào/ra, sơ đồ chuyển trạng thái, bảng trạng thái các ngõ vào ra

Thành phần quan trọng nhất trong việc tạo sơ đồ trạng thái là mô tả trạng thái Một vài câu hỏi được hỏi là :

1 Hệ thống thường làm gì? Hệ thống có thường thay đổi không? Những thành phần nào hay thay dổi khi hệ thống thay đổi? Có phân đoạn nào được thực hiện không?

2 Danh sách các lựa chọn khi hệ thống hoạt động mỗi khi nhận ra một tác động mà sẽ khởi động hoặc kết thúc Để trong tư tưởng một vài hoạt động có thể chỉ là chờ

Dưới đây là sơ đồ chuyển trạng thái của giản đồ thời gian được mô tả ở phía trên

Đầu tiên, đưa cơ cấu phôi vào, nhấn nút START, piston A đẩy phôi tới chạm giới hạn S2, piston B được đẩy ra cho đến khi kẹp chặt phôi (chạm S4) Khi đó piston A lùi về (cho đến khi chạm S1) và đồng thời piston C được đẩy ra để dập chi tiết (chạm giới hạn S6), sau khi dập xong, piston C lùi về (đến khi chạm S5) và sau đó piston B lùi về (chạm S3) để bắt đầu qui trình mới

9.4 Sơ đồ trạng thái điều khiển:

Từ yêu cầu điều khiển của bài toán, thành lập sơ đồ trạng thái

1 Ứng với sự thay đổi ở một trong các ngõ ra là một trạng thái, trạng thái được mô tả bằng một vòng tròn, bên trong chứa số thứ tự mô tả tên trạng thái

2 Để chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, cần có điều kiện chuyển trạng thái được đánh dấu bằng mũi tên Điều kiện chuyển trạng thái được ghi ngay trên mũi tên

để mô tả điều kiện chuyển

3 Sơ đồ trạng thái kết hợp với bảng xuất giá trị ngõ ra có thể mô tả hoạt động của hệ thống một cách hoàn chỉnh

4 Trong giải thuật thường không mô tả nút Reset và Stop, tuy nhiên trong chương trình mặc nhiên ta phải viết

9.4.1 Điều kiện chuyển trạng thái :

Điều kiện chuyển trạng thái là thời gian :

Điều kiện chuyển trạng thái là một Counter :

Với điều kiện đếm là một Timer, đếm xung 5s

Dưới đây mô tả các dạng sơ đồ có thể xảy ra trong điều khiển tuần tự và phương pháp lập trình duy trì (latch) Những phương pháp lập trình điều khiển khác được mô tả ở lớp

9.4.2 Đoạn chương trình nhánh đơn

Đoạn chương trình điều khiển tuần tự chỉ có nhánh đơn :

9.4.3 Rẽ nhánh lựa chọn (OR) :

Được dùng với các yêu cầu điều khiển ở (1) có 2 lựa chọn, hoặc là thực hiện (21) nếu có điều kiện dk21, hoặc là thực hiện (31) nếu có điều kiện dk31 Ở đây, sự lựa chọn có thể

Đoạn chương trình mô tả rẽ nhánh lựa chọn OR

9.4.4 Rẽ nhánh đồng thời (AND)

Đoạn chương trình mô tả việc rẽ nhánh đồng thời

9.4.5 Hợp nhánh hoặc (OR)

Đoạn chương trình mô tả hợp nhánh OR

9.4.6 Hợp nhánh đồng thời (AND)

22

23

32

33

dk22

dk23

dk32

dk33

4

5

dk5

Đoạn chương trình mô tả hợp nhánh đồng thời ADN

Chương trình

9.4.7 Bảng xuất ngõ ra :

Để linh hoạt trong việc xuất kết quả ra ngõ ra mà không sai sót, ta thường xây dựng bảng ngõ

ra

o Cột dọc phía trái chứa tên trạng thái

tt Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5

trên ngõ ra sẽ được điều khiển :

 Ưu điểm của việc xuất ngõ ra theo trạng thái là rõ ràng, có thể thêm bớt dễ dàng và đặc biệt có thể lập trình chế độ dừng khẩn cấp (các chuyển động phải đứng yên) bất chấp hệ thống đang hoạt động Hệ thống được cho phép hoạt động trở lại khi nhấn nút thoát khỏi chế độ dừng khẩn cấp

5/3 điều khiển pitton khí; Q0.2 dùng điều khiển cuộn dây 2 của van 5/3 điều khiển pitton khí Q0.4 dùng điều khiển đèn D1, Q0.5 dùng điều khiển đèn D2 Như vậy, trong chế độ dừng khẩn cấp chỉ tác động lên các tải liên quan đến chuyển động (Ta cũng có thể điều khiển theo cách dùng nút dừng khẩn cấp cứng, tuy nhiên với cách này chỉ sử dụng được khi ta đứng trực tiếp ở hiện trường, không thể điều khiển từ xa qua mạng)

9.5 Phương trình trạng thái

Sau khi xây dựng xong sơ đồ trạng thái, có rất nhiều cách lập trình và phương trình trạng thái

là một trong những phương pháp ấy Nguyên tắc viết được mô tả như sau :

Trạng thái X=(trạng thái X+trạng thái vừa rời khỏi) và đảo của trạng thái sẽ chuyển đến

Ở đó, STATEi là một biến có thể phản hồi nếu trạng thái được tích cực

N=số điều kiện chuyển đến STATEi

M=Số điều kiện chuyển rời khỏi STATEi

Tij= Điều kiện logic của điều kiện chuyển đến tương ứng từ trạng thái j đến trạng thái i Tik=Điều kiện logic của điều kiện chuyển đi khỏi từ trạng thái i đến trạng thái k

Tài liệu tham khảo

TIẾNG VIỆT

[1] Trần Văn Thành Hệ thống điều khiển dùng PLC Đại học Lạc Hồng 2008

TIẾNG ANH

[2] L A Bryan; E A Bryan Programmable Controller Theory and Implementation

Industrial Text Company 1998

[3] HughJack Automating Manufacturing Systems with PLCs.2010

[4] E.A Parr, MSc, CEng, MIEE, MinstMC Programmable Controllers An engineer’s guide Newnes 2003

[5] Siemens One hour primer

[6] Siemens Two hours primer