V4 04 kĩ thuật lập trình điều khiển theo trình tự

• Các bước thiết kế chương trình trình tự cho PLC như sau:  Diễn đạt bằng lời quá trình điều khiển  Biễu diễn các diễn đạt sang dạng lưu đồ / biểu đồ  Xác định các điều kiện logic cho

 C.B Pham 4-1

Ch 4: Kỹ thuật lập trình điều khiển trình tự

• Nếu chương trình bậc thang được viết theo kiểu: suy nghĩ về quá

trình và thực hiện viết chương trình thì điều này luôn dẫn đến tốn rất

nhiều công sức để hiệu chỉnh chương trình Do đó, việc ứng dụng

các phương pháp thiết kế giúp cho việc thiết kế chương trình được

dễ dàng hơn

• Hầu hết các hệ thống điều khiển có tính tuần tự Có nhiều phương

pháp thiết kế hệ thống điều khiển trình tự được phát triển, đáp ứng

cho các hệ thống trình tự có mức độ phức tạp khác nhau

• Các bước thiết kế chương trình trình tự cho PLC như sau:

 Diễn đạt bằng lời quá trình điều khiển

 Biễu diễn các diễn đạt sang dạng lưu đồ / biểu đồ

 Xác định các điều kiện logic cho từng trạng thái của quá trình

 Chuyển các biểu thức logic sang chương trình dạng bậc thang

 C.B Pham 4-2

 C.B Pham 4-3

4.1 Phương pháp logic rơle

Xét thí dụ thiết kế chương trình điều khiển màn hình đèn chiếu

 Mô tả quá trình

• Màn hình sẽ được cuốn lên khi nút nhấn lên được nhấn tức thời

• Màn hình sẽ được hạ xuống khi nút nhấn xuống được nhấn tức thời

• Có bố trí hai công tắc hành trình để nhận biết giới hạn trên cùng và dưới cùng

• Khi bộ điều khiển bắt đầu làm việc, màn luôn được cuốn lên và dừng ở trên cùng

 Nhận diện các bước / trạng thái

• Step 1: màn hình được cuốn lên cho đến khi cảm biến giới hạn trên bị tác động

• Step 2: màn hình đứng yên ở trên và chờ cho đến khi nút nhấn xuống được nhấn

• Step 3: màn hình được hạ xuống cho đến khi cảm biến giới hạn dưới bị tác động

• Step 4: màn hình đứng yên ở dưới và chờ cho đến khi nút nhấn lên được nhấn

(sau đó quay trở lại Step 1)

 C.B Pham 4-4

 Thiết lập biểu thức logic cho từng bước

Bước 1 tồn tại khi bộ điều khiển bắt đầu hoạt động hoặc khi đang ở bước 4 và có nhấnnút lên Bước 1 sẽ kết thúc khi bước 2 tồn tại Vì các nút nhấn là tức thời nên cần có yếu

tố duy trì Do đó, biểu thức logic của bước 1 là:

Tương tự, các biểu thức logic cho 3 bước còn lại là:

Up_motor = Step_1 Down_motor = Step_3

 C.B Pham 4-5

4.1 Phương pháp logic rơle

 Chuyển sang dạng bậc thang

Device PC device Description

Up_B X000 Up button Down_B X001 Down button Up_LS X002 Screen is at top positionDown_LS X003 Screen is at bottom position

Screen motor

Y000 Raise projector screen Y001 Lower projector screen

 C.B Pham 4-6

 C.B Pham 4-7

4.1 Phương pháp logic rơle

Và với biểu thức ngõ ra:

 C.B Pham 4-8

Phương pháp biểu diễn lưu đồ rất thường dùng khi thiết kế phần mềm máy tính, đồngthời nó cũng rất phổ biến để biểu diễn trình tự họat động của một hệ thống điều khiển.Lưu đồ có quan hệ trực tiếp đến sự mô tả bằng lời hệ thống điều khiển, chỉ ra từng điềukiện cần kiểm tra ở từng bước và các xử lý trong bước đó theo chuỗi trình tự

Các khối biểu tượng được sử dụng để xây dựng lưu đồ:

 C.B Pham 4-9

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ

Các bước thông thường để xây dựng lưu đồ là:

• Tìm hiểu quá trình

• Xác định các bước / hành động chính và biểu diễn chúng thành các khối

• Xác định trình tự của các bước (khối) thông qua các mũi tên

• Sử dụng khối quyết định để thực hiện phân nhánh

Xét thí dụ thiết kế chương trình điều khiển một bồn nước

 C.B Pham 4-10

 Mô tả quá trình

• Khi nút nhấn Start được

nhấn, van ngõ vào mở ra cho

nước chảy vào bồn và van ngõ

ra đóng lại

• Khi bồn đầy (dựa vào tín hiệu

từ cảm biến) hoặc nút Stop

được nhấn, van ngõ vào đóng

lại và van ngõ ra mở ra cho

nước chảy ra khỏi bồn

• Khi bộ điều bắt đầu làm việc,

van ngõ ra luôn được mở và

van ngõ vào luôn bị đóng

 Xây dựng lưu đồ

 C.B Pham 4-11

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ - block logic

 Phương pháp 1: Xây dựng logic bậc

thang dùng khối lệnh (sử dụng cặp

lệnh MC và MCR)

• Bước 1: Gán mỗi nhãn vào từng

khối trên lưu đồ

IV Y000 Inlet valve

OV Y001 Outlet valve

 C.B Pham 4-13

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ - block logic

• Bước 3: Vẽ nhánh logic cho mỗi khối trong lưu đồ

Khối thứ nhất khóa van ngõ vào và mở van ngõ ra, sau đó sẽ chuyển sang khối thứ hai,

do đó nhánh logic của khối này có thể được biểu diễn như sau:

 C.B Pham 4-14

Đối với khối thứ hai:

 C.B Pham 4-15

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ - block logic

Đối với khối thứ ba:

 C.B Pham 4-16

Đối với khối thứ tư:

 C.B Pham 4-17

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ - block logic

Đối với khối thứ năm:

 C.B Pham 4-18

Đối với khối thứ sáu:

 C.B Pham 4-19

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ - sequence bits

 Phương pháp 2: Xây dựng logic bậc

thang dùng chuỗi các bit

• Bước 1: Gán mỗi nhãn vào từng

khối và vào từng mũi tên chuyển tiếp

đến từng khối trên lưu đồ

 C.B Pham 4-20

• Bước 2: Xây dựng đọan chương trình xác định điều khiển chuyển tiếp giữa các khối.Các điều kiện này nên viết chung với nhau và được đặt vào phần đầu của chương trìnhPLC (trước các đoạn thực hiện logic cho các khối)

Điều kiện chuyển tiếp cho khối thứ nhất đúng khi bộ điều khiển bắt đầu hoạt động Đốivới khối thứ hai, điều kiện chuyển tiếp là từ ba khối (khối thứ nhất, thứ hai và thứ sáu)

 C.B Pham 4-21

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ - sequence bits

Xét tương tự cho các điều kiện chuyển tiếp của bốn khối còn lại

 C.B Pham 4-22

• Bước 3: Dùng các điều kiện chuyển tiếp ở bước hai để kích hoạt và kết thúc các khối.Theo đó, xây dựng nhánh logic cho các ngõ ra tương ứng

 C.B Pham 4-23

4.2 Phương pháp biểu diễn lưu đồ - sequence bits

 C.B Pham 4-24

 C.B Pham 4-25

4.3 Phương pháp sơ đồ trạng thái

Một trạng thái hệ thống có thể được xem như một chế độ họat động của hệ thống điềukhiển Thí dụ: một máy ATM có thể được xem bao gồm các trạng thái như sau:

Một hệ thống điều khiển trình tự có thể được mô tả bởi các trạng thái hệ thống và cácđiều kiện chuyển tiếp giữa các trạng thái

Idle Get secret number

Scan card

Select transacition type

Ask for amount of cash

Count cash

Deliver cash / return card

• Chỉ một trạng thái tồn tại ở một thời điểm, và các điều kiện chuyển tiếp là tức thời.

• Ngõ ra là hàm của các trạng thái

 C.B Pham 4-27

4.3 Phương pháp sơ đồ trạng thái

Đối với một trạng thái Si:

 C.B Pham 4-28

Các bước để thiết lập một sơ đồ trạng thái:

• Nhận diện các trạng thái

• Xác định các ngõ ra tại mỗi trạng thái

• Xác định các điều kiện chuyển tiếp giữa các trạng thái

Xét thí dụ một hệ thống ON / OFF một động cơ

 Mô tả quá trình

• Nếu nút START được nhấn (khi không nhấn nút STOP) thì động cơ sẽ làm việc

sau hai giây

• Bất kỳ khi nào nút STOP được nhấn thì động cơ dừng lại

 C.B Pham 4-29

4.3 Phương pháp sơ đồ trạng thái

 Xây dựng sơ đồ trạng thái – nhận diện các trạng thái

 Xây dựng sơ đồ trạng thái – xác định các ngõ ra

wait for start

wait

2 sec.

motor on

 C.B Pham 4-30

 Xây dựng sơ đồ trạng thái – xác định các điều kiện chuyển tiếp

Motor = 0 Timer = 0

Motor = 0 Timer = 1

Motor = 1 Timer = 0

wait for start

wait

2 sec.

motor on

Timer [2 sec]

STOP

STOP

 C.B Pham 4-31

4.3 Phương pháp sơ đồ trạng thái

 Thiết lập biểu thức logic cho từng trạng thái và các ngõ ra tương ứng

Biểu thức logic tổng quát cho trạng thái thứ i là:

"memory" or

"hold" for state Si

all states that transit to Si

all states that Si transits to

Biểu thức logic tổng quát cho ngõ ra Oi là:

all states where Oi is true (on)

 C.B Pham 4-32

Lưu ý: Nếu giữa hai trạng thái vừa có chuyển tiếp tới và chuyển tiếp lui (direct directional transition), khi đó cần phải thêm trạng thái giả (dummy state) vào sơ đồ trạngthái

Motor = 1 Timer = 0

Motor = 0 Timer = 0

 C.B Pham 4-34

Device PC device Description

START X000 Start button STOP X001 Stop button

Y000 Motor

Với bảng I/O như hình bên,

chương trình PLC được viết như

sau:

 C.B Pham 4-35

4.3 Phương pháp sơ đồ trạng thái

 C.B Pham 4-36

Các phương pháp vừa được trình bày ở trên thông thường chỉ phù hợp đối với nhữngquá trình mà chỉ có một trạng thái / bước tồn tại tại một thời điểm Do đó, chúng trở nênkhó khăn khi biểu diễn một quá trình hoạt động phức tạp – bao gồm nhiều trình tự thựchiện đồng thời Khi đó, phương pháp biểu đồ chức năng được sử dụng để giải quyếtnhững trường hợp như thế

Thí dụ như trong hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông, có nhiều họat động được thựchiện đồng thời cung cấp nguyên vật liệu vào bồn trộn như:

 C.B Pham 4-37

4.4 Phương pháp biểu đồ chức năng

Các thành phần cơ bản hình thành nên biểu đồ chức năng:

 Dòng tín hiệu và điều kiện chuyển tiếp

 Bước đầu tiên (khởi tạo)

 Bước (trạng thái)

 C.B Pham 4-38

 Phân nhánh có lựa chọn  Phân nhánh đồng thời

 C.B Pham 4-39

4.4 Phương pháp biểu đồ chức năng

Sơ đồ SFC mô tả một hệ thốngđiều khiển hai cửa tự động

 C.B Pham 4-40

Kỹ thuật lập trình dùng STepLadder (STL) đối với PLC họ FX - Mitsubishi

Kỹ thuật lập trình STL này tương tự với sự biễu

diển của biểu đồ chức năng, và có những đặc

điểm như sau:

• Khả năng giữ được trạng thái hiện hành

nhờ dùng cờ có khả năng chốt

• Tự động vô hiệu trạng thái trước đó khi

chuyển vào trạng thái hiện hành

• Dễ dàng phân nhánh song song (dạng

OR / AND)

• Được hổ trợ thông qua cờ trạng thái S

 C.B Pham 4-41

4.4 Phương pháp biểu đồ chức năng

Kỹ thuật lập trình STL được sử dụng khá phổ

biến vì nó còn có thể được lập trình ở dạng

bậc thang hoặc ở dạng lệnh thông thường

Lệnh STL thể hiện dưới dạng công tắc STL

cho phép đóng hay mở các trạng thái theo

trình tự

Mạch STL được phát triển từ cơ chế điều

khiển MC và MCR Nó cho phép trạng thái họat

động trở thành trạng thái hiện hành, thực hiện

tác vụ trong trạng thái đó và sang trạng thái

khác khi thỏa điều kiện chuyển tiếp

 C.B Pham 4-42

• Đoạn chương trình STL có thể được viết lồng bên trong một chương trình bậc thangthông thường

 C.B Pham 4-43

Lập trình STL

• Khởi tạo trạng thái / kích họat những trạng thái mới / kết thúc đọan chương trình STL

 C.B Pham 4-44

Lưu ý khi dùng lệnh SET / OUT để di chuyển giữa các bước:

 C.B Pham 4-45

Lập trình STL

• Phân nhánh có lựa chọn

 C.B Pham 4-46

• Phân nhánh đồng thời

 C.B Pham 4-47

Lập trình STL

 C.B Pham 4-48

Thí dụ 1: a semi-automatic loading-unloading ore truck

 C.B Pham 4-49

Lập trình STL

The push button X0 acts as a start button and a mode selection button The STL state S0

is initialized with the ZRST instruction The system waits until inputs X0 and X2 are givenand Y13 is not active In the scenario this means the ore truck is positioned at the oredischarge point, i.e above the position sensor X2 The ore truck is not currentlydischarging its load, i.e the signal to open the trucks unloading doors (Y13) is not activeand the start button (X0) has been given Once all of the points have been met theprogram steps on to state S21

On this state the ore cart is moved (Y10) and positioned (X1) at the loading hopper If thestart button (X0) is pressed during this stage the ore cart will be set into a repeat mode(M2 is reset) where the ore truck is immediately returned to the loading hopper afterdischarging its current load This repeat mode must be selected on every return to theloading station

 C.B Pham 4-50

Once at the loading point the program steps onto state S22 This state opens the hoppersdoors (Y11) and fills the truck with ore After a timed duration, state S23 is activated andthe truck returns (Y12) to the discharge point (X2)

Once at the discharge point the truck opens its bottom doors (Y13) After a timed duration

in which the truck empties its contents, the program checks to see if the repeat mode wasselected on the last cycle, i.e M2 is reset If M2 was reset (in state S21) the program

‘jumps’ to step S21 and the ore truck is returned for immediate refilling If M2 is not reset,i.e it is active, the program cycles back to STL state S0 where the ore truck will wait untilthe start push button is given

 C.B Pham 4-51

Lập trình STL

 C.B Pham 4-52

 C.B Pham 4-53

Lập trình STL

Thí dụ 2: an automatic sorting robot

 C.B Pham 4-54

The sequence of physical events (from initial power On) are:

1) The pickup arm is moved to its zero-point when the start button (X12) is pressed.When the pickup arm reaches the zero-point the zero-point lamp (Y7) is lit

2) The pickup arm is lowered (Y0) until a ball is collected (Y1) If the lower limit switch(X2) is made a small ball bearing has been collected; consequently no lower limit switchsignal means a large ball bearing has been collected Note, a proximity switch (X0) withinthe ‘source pool’ identifies the availability of ball bearings

3) Depending on the collected ball, the pickup arm retracts (output Y2 is operated until X3

is received) and moves to the right (Y3) where it will stop at the limit switch (X4 or X5)indicating the container required for storage

4) The program continues by lowering the pickup arm (Y0) until the lower limit switch (X2)

is reached

5) The collected ball being is released (Y1 is reset)

6) The pickup arm is retracted (Y2) once more

7) The pickup arm is traversed back (Y4) to the zero-point (X1)

 C.B Pham 4-55

Lập trình STL

 C.B Pham 4-56