Như vậy với chương trình điều khiển trongmình PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặcbiệt là dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.Toàn bộ chươngt
Trang 11968 từ một nhóm kỹ sư hãng General Motors với ý tưởng ban đầu là thiết
kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau: lập trình dễ dàng, ngôn ngữ
dễ hiểu, dễ dàng sửa chữa thay thế, ổn định trong môi trường công nghiệp,giá cả cạnh tranh PLC là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuậttoán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiệnthuật toán đó bằng mạch số Như vậy với chương trình điều khiển trongmình PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặcbiệt là dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.Toàn bộ chươngtrình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khốichương trình và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét
Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải
có tính năng như 1 máy tính, nghĩa là phải có 1 bộ vi xử lý, một hệ điềuhành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhieenphair cócác cổng vào ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và để trao đổi thôngtin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điềukhiển số, PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như Counter,Timer, và các khối hàm chuyên dụng khác PLC đáp ứng hầu hết các yêucầu và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuấttrong công nghiệp Trước đây việc tự động hóa chỉ được áp dụng trong hoạtđộng sản xuất hàng loạt năng suất cao, nhưng hiện nay cần thiết phải tự
Trang 2động hóa trong nhiều ngành sản xuất khác nhau và trong cả nhiều hoạt độngsản xuất khác nhau, để nâng cao năng suất và chất lượng
Hình 26 Nguyên lý chung về cấu trúc của PLC
Hình 27 Hệ thống điều khiển dung PLC
Trang 33.2 ƯU ĐIỂM CỦA PLC TRONG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ.
Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần thay thế các hệ thốngđiều khiển bằng rơle và contactor thông thường, bởi nó có những ưu điểmvượt trội sau:
- Linh kiện lắp ráp hệ thống là rất ít, dây dẫn kết nối giảm rất nhiều sovới hệ thống điều khiển cổ điển nên hệ thống nhỏ gọn
- Công suất tiêu thụ nhỏ
- Sự thay đổi cấu trúc hệ thống điều khiển rất dễ dàng đây chính là ưuđiểm lớn nhất của PLC Nhiệm vụ điều khiển có thể được thay thế rất dễdàng bằng cách thay đổi chương trình điều khiển nạp vào bộ nhớ của PLCthông qua phần mềm viết trên máy tính hay máy lập trình
- Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh Nhờ công nghệ tích hợp bándẫn và vi xử lý nên tốc độ hoạt động của PLC trong hệ thống điều khiển tựđộng được nâng lên rất nhiều so với hệ điều khiển cổ điển bằng dây dẫn
- Độ bền và độ tin cậy vận hành cao
- Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng Nếu ở hệ thốngrơle hay contactor khi số tiếp điểm tăng thì kéo theo rất nhiều dây dẫn vàchi phí lắp ráp tăng, khó khăn trong công tác bảo trì, độ chính xác kém Còn
hệ thống lắp bằng PLC thì hoàn toàn có lợi về mọi mặt trên
- Dễ lập trình, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và có thể lập trình trên máytính hay máy lập trình PG thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự củanó
- Có các module rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết mộtcách rất dễ dàng và linh hoạt
Trang 43.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA PLC
- Module CPU
Module CPU là module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ định thì, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) … và có thể còn có mộtvài cổng vào/ra số Các cổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là
cổng vào/ra onboard như CPU 314IFM.Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại
module CPU khác nhau Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý cótrong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315…
Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau vềcổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵntrong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/raonboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữcái IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ module CPU313IFM,module CPU314IFM…
Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đócổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạngphân tán như mạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) Tất nhiên kèm theocổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng
đã được cài sẵn trong hệ điều hành Các loại module CPU này được phânbiệt với các loại module CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (DistributedPort) Ví dụ như module CPU315-2DP.Tham khảo hình dưới:
Trang 5Hinh 28 Cổng giao tiếp của các PLC
• DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số với số lượngcổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module Gồm 24VDC vàngắt điện từ
• DI/DO (Digital Input/Digital Out): Module mở rộng các cổngvào/ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy theotừng loại module
• AI (Anolog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự Về bảnchất chúng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tínhiệu tương tự được chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12bits Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module
Trang 6• AO (Anolog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự Chúng
là những bộ chuyển đổi số tương tự 12 bits (DA) Số các cổng ra tương tự
có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module Tín hiệu ra có thể là áp hoặcdòng
• AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module mở rộng các cổngvào/ra tương tự Số các cổng tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ratùy theo từng loại module
+ IM (Interface Module): Module ghép nối Đây là loại module chuyêndụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thànhmột khối và được quản lý chung bởi một module CPU Thông thường các
module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack Trên
mỗi thanh rack chỉ có thể gá tối đa 8 module mở rộng (không kể moduleCPU, nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp vớinhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng moduleIM
Hình 29 Thanh rack
Trang 7Hình 30 Sơ đồ phân bố các racks
+ FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụnhư module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước,module PID, module điều khiển vòng kín, Module đếm, định vị, điều khiểnhồi tiếp …
+ CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trongmạng (MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặcgiữa PLC với máy tính.Hình sau là cấu hình đầy đủ của một thanh Rack và
sơ đồ kết nối nhiều Rack:
Trang 8Hình 31 Cấu hình 1 thanh rack của PLC S7-300
Hình 32 Cấu hình tổng quát của một PLC S7-300 với 4 thanh rack nối với
nhau nhờ moduleIM và cáp nối 368
- Phụ kiện: Bus nối dữ liệu (Bus connector)
Trang 9cứ một khối chương trình nào khác Các dữ liệu này phải được xây dựngthành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-Data Block).
• Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng : đượcphân chia thành 7 miền khác nhau gồm
- I (Process image Input): Miền bộ điệm các dữ liệu cổng vào số.
Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cảcác cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I Thông thường chươngtrình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉlấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I
Trang 10- Q (Process image output): Miền bộ điệm các dữ liệu cổng ra số Kết
thúc giai đọan thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộđệm Q tới các cổng ra số
Thông thường chương trình ứng dụng không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra
mà chỉ chuyển vào bộ đệm Q
- M: Miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này
để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit (M), Byte(MB), từ (MW), hay từ kép (MD)
- T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giátrị thời gian đặt trước (PV- preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV-Current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ timer
- C: Miền nhớ phục vụ đếm (counter) bao gồm việc lưu trữ giá trị đặttrước (PVpreset value), giá trị đếm tức thời (CV-Current value) cũng nhưgiá trị logic đầu ra của bộ counter
- PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O externalinput) Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ đượcmodule đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ Chương trình ứng dụng
có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo
từ kép (PID)
- PQ: Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự (I/O external0utput) Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module đọc và chuyểntới các cổng ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ
PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từ kép (PQD)
• Vùng chứa các khối dữ liệu : được chia làm 2 loại
- DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối.Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp
Trang 11với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theotừng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD)
- L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khốichương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời vàtrao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó.Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúcchương trình tương ứng OB, FC, FB Miền này có thể truy nhập từ chươngtrình theo bit (L), byte (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD)
CHƯƠNG 5:
LẬP TRÌNH HỆ THỐNG5.1 GRAFCET:
Trang 135.2.BẢNG SYMBOL:
Trang 145.3.CHƯƠNG TRÌNH:
