Tiểu luận: Tìm hiểu và PLC Modicon M340

Bộ PLC Modicon M340 còn được gọi là bộ điều khiển tự động hóa khả trình PACs Modicon M340. Bộ điều khiện tự động hóa khả trình PACs là viết tắt của “Programmable Automation Controllers” là sự kết hợp những tinh túy của PLC (Programmable Logic Controllers) và PC (Personal Computer) để tạo nên một nền tảng truyền tải chức năng lớn hơn, độ mở rộng hơn và linh hoạt cao hơn. Từ đó, điều khiển và vận hành hệ thống thiết bị một cách trực quan thông qua máy tính. PACs được sử dụng trong công nghiệp để điều khiển qui trình sản xuất, trao đổi dữ liệu, giám sát thiết bị từ xa, theo dõi hoạt động và điều khiển chuyển động.

LỜI NÓI ĐẦU

*****

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tự động hóa sảnxuất đã và đang trở thành một yêu cầu cấp thiết đối với hầu hết các lĩnh vực.Việc điều khiển, giám sát, vận hành dễ dàng các hệ thống tự động sẽ mang lạihiệu quả cao trong sản xuất, đồng thời giảm được chi phí Do đó cần một độingũ nhân viên kỹ thuật lành nghề để có thể đáp ứng được yêu cầu công việc,không ngừng cập nhật kiến thức để có thể khai thác tối đa các thiết bị mộtcách hiệu quả nhất

Chính vì lẽ đó, PLC ra đời PLC là từ viết tắt của “Programmable LogicController”, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thựchiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lậptrình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sựkiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (ngõ vào) tácđộng vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thời hay các

sự kiện được đếm PLC được dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế.PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào.Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi dựa trên chương trình chứatrong PLC

Người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

 Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn

 Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra

 Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu

giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch

Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển khả trình PLC cũng giống nhưchức năng của các bộ điều khiển được thiết kế trên cơ sở bằng relay hay cáckhối điện tử khác, đó là:

 Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ cảm biến

 Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực

hiện đóng mở các tiếp điểm phù hợp với công nghệ

 Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các

thông tin thu thập được

 Truyền các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp

Bài báo cáo của chúng em muốn đề cập đến là dòng PLC ModiconM340 hoạt động vô cùng hiệu quả và đáp ứng tốt yêu cầu công việc

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC MODICON M340

*****

Bộ PLC Modicon M340 còn được gọi là bộ điều khiển tự động hóa khảtrình PACs Modicon M340 Bộ điều khiện tự động hóa khả trình PACs là viếttắt của “Programmable Automation Controllers” là sự kết hợp những tinh túycủa PLC (Programmable Logic Controllers) và PC (Personal Computer) đểtạo nên một nền tảng truyền tải chức năng lớn hơn, độ mở rộng hơn và linhhoạt cao hơn Từ đó, điều khiển và vận hành hệ thống thiết bị một cách trựcquan thông qua máy tính PACs được sử dụng trong công nghiệp để điềukhiển qui trình sản xuất, trao đổi dữ liệu, giám sát thiết bị từ xa, theo dõi hoạtđộng và điều khiển chuyển động

Hơn nữa với khả năng kết nối qua hệ thống internet phổ thông bằnggiao thức TCP/IP và SMTP để điều khiển quy trình, PACs có thể truyền dữliệu từ thiết bị này sang thiết bị khác trong mạng lưới hay đến các phần mềmứng dụng và hệ thống dữ liệu của doang nghiệp

Năm 2007 công ty Schneider Electric mới phát hành bộ điều khiển tựđộng hóa khả trình Modicon M340 với bộ xử lý BMX P34 20302, đây làdòng sản phẩm mới trong dòng sản phẩm Modicon M340

Hình 2: Cấu trúc cơ bản của PLC Modicon M340.

1 Bộ Rack

Bộ rack BMX XBP xx00 là phần tử cơ bản trong bộ PLC ModiconM340,bộ phận này có 2 chức năng chính:

 Chức năng cơ khí: bộ phận rack được sử dụng để lắp rắp toàn bộ

các module tại một trạm PLC bao gồm bộ nguồn, CPU, module

mở rộng, module I/O số và tương tự Bộ phận rack này có thểđược ghép vào bảng điều khiển, …

 Chức năng điện – điện tử: bộ rack BMX XBP xx00 được tích

hợp đường truyền Bus X (đường truyền Bus này là độc quyềncủa Schneider) Đường Bus này được sử dụng để:

o Phân phối nguồn điện cho các module được lắp trên cùngmột bộ rack

o Phân phối dữ liệu và tín hiệu điều khiển cho toàn bộ trạmPLC

o Có chức năng tản nhiệt trong suốt quá trình hoạt động

1- Khung kim loại: có chức năng cố định các jack bus và tăng độ cứng

cơ học cho bộ phận giá đỡ

2- Dùng để nối đất cho bộ rack

3- Bốn lỗ vít để lắp ghép lên bảng điều khiển

4- Điểm cố định để lắp các khe cắm lên bộ rack

5- Các lỗ để khóa vít cho các module

6- Cổng kết nối với các trạm PLC mở rộng, cổng này được đánh dấu làXBE

7- Cổng kết nối 40 chân 1/2DIN dùng để kết nối nguồn, dữ liệu giữa

bộ phận giá đỡ và các module Các cổng này được đánh CPS, 00,

…,11 tùy theo phiên bản

8- Khe cắm móc của từng module mở rộng.

Phiên bản Số khe cắm Các loại module Khối lượng (kg)

BMX XBP 0400 4 Các module nguồn BMX

CPS, bộ xử lí BMX P34,các module I/O, modulegiao tiếp, module ứngdụng khác…

Hình 4 Vị trí lắp đặt các module trên bộ rack.

Trong đó:

- Bộ nguồn luôn phải được lắp tại vị trí khe cắm CPS

- Bộ xử lý phải luôn được lắp tại vị trí khe cắm 00

- Các module mở rộng, module I/O và các module ứng dụng khác đượclắp đặt tùy ý từ khe cắm 01 đến:

Mỗi trạm PLC đều được trang bị một bộ xử lý CPU chính Việc chọn

bộ CPU này dựa trên các đặc tính sau:

 Khả năng xử lý của CPU (dựa trên số lượng vào/ra mà bộ CPU

quản lý)

 Khả năng bộ nhớ

 Lựa chọn cổng giao tiếp.

Chuỗi sản phẩm CPU BMX P34 xxxx với hiệu suất và khả năng bộnhớ được cải thiện Một bộ CPU BMX P34 xxxx có thể quản lý toàn bộ trạmPLC, bao gồm các phần tử:

 Các module I/O mở rộng

 Các module I/O analog

 Các module giao tiếp

8- Cổng CANopen.

Bộ rack Số lượng tối đa 4 (loại 4, 6, 8 or 12 khe cắm)

Số lượng tối đa các khe cắm48Inputs/Outputs Số kênh số tối đa 1024

Số kênh tương tự tối đa 256

Số module mở rộng Giới hạn bởi loại đường

Các kênh giao tiếp Ethernet 3

Bộ nhớ chương trình 3584 Kb

Bộ nhớ dữ liệu 256 KbDòng điện tiêu thụ (khi sử dụng nguồn 24VDC) 135mA

Bảng 3 Thông số cơ bản bộ xử lý BMX P34 20302

Hình 9 Các đèn báo trên CPU BMX P34 2030

Ý nghĩa các đèn báo được thể hiện trong Bảng 4.

-Lỗi cấu hình module I/OOff Trạng thái bình thườngCAN RUN (màu xanh On Mạng CANopen đang hoạt động

Nhấpnhanh

nháy Tự động phát hiện các dòng dữ liệu hoặc dịch

vụNhấp

chậm

nháy Mạng CANopen chuẩn bị hoạt động

Nháy 1 lần Mạng CANopen ngừng hoạt độngNháy 3 lần Đạng download phần cứng CANopenCAN ERR (màu

đỏ)

On CANopen ngừng hoạt độngNhấp

nhanh

nháy Tự động phát hiện các dòng dữ liệu hoặc dịch

vụNhấp

chậm

nháy Cấu hình CANopen không hoạt động

Nháy 1 lần Phát hiện một trong các lỗi của bộ điếm đã

vượt mức cảnh báoNháy 2 lần Phát hiện một sự kiện trao đổi thông tin giữa

trạm chủ-tớ hoặc là một chương trình ngắtđang thực thi

Nháy 3 lầnCARD

(màu đỏ)

ERR On -Chưa cắp thẻ nhớ

-Chưa nhận dạng được thẻ nhớOff -Đã nhận dạng được thẻ nhớ

-Nội dụng thẻ nhớ tương thích với ứng dụngđược lưu trong bộ xử lý

ETH ATC (màu xanh) On Đã phát hiện cổng Ethernet, tuy nhiên không

có hoạt động trao đổi dữ liệuOff Không phát hiện tín hiệu cổng EthenetNhấp nháy Cổng Ethernet đang hoạt động và đang trao đổi

thông tinBảng 4 Ý nghĩa các đèn báo trên CPU BMX P34 2030

2.1 Cổng USB

Hầu hết các bộ xử lý BMX P34 xxxx đều được trang bị cổng USB Có

2 loại dây cáp có thể sử dụng để kết nối tạo nên giao diện giao tiếp giữa người

và máy thông qua cổng USB, đó là:

 BMX XCA USB 018, có chiều dài là 1.8m

 BMX XCA USB 045, có chiều dài là 4.5m Hai loại dây cáp này

thuộc hai kiểu:

o Kiểu USB loại A dùng để kết nối với bàn phím

o Kiểu USB loại B dùng để kết nối với bộ điều khiển

Khi sử dụng bộ PLC Modicon M340, nhà sản xuất đề nghị sử dụng

cổng USB 2.0, vì cổng USB này được thiết kế theo tiêu chuẩn quốc tế Và

dây cáp BMX XCA USB 018, BMX XCA USB 045 được thiết kế cho cổng

USB 2.0, tránh những dịch chuyển không đáng có của PLC Hai loại cáp này

được bảo vệ và kiểm tra để chống nhiễu

2.2 Giao thức Modbus.

Modbus là giao thức giao tiếp do hãng Modicon phát triển Theo mô

hình ISO/OSI thì Modbus thực chất là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc

lớp ứng dụng, vì vậy có thể được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp

thấp như TCP/IP, MAP (Manufacturing Message Protocol), và ngay cả quađường truyền nối tiếp RS-232.

Modbus định nghĩa một tập hợp rộng các dịch vụ phục vụ trao đổi dữliệu quá trình, dữ liệu điều khiển và chuẩn đón Tất cả các bộ điều khiển củahãng Modicon đều sử dụng Modbus là ngôn ngữ chung Modbus mô tả quátrình giao tiếp giữa một bộ điều khiển với các thiết bị khác thông qua cơ chếyêu cầu/đáp ứng Vì lý do đơn giản nên Modbus tác động mạnh mẽ với cáctrạm PLC của các nhà sản xuất Cơ chế giao tiếp ở Modbus phụ thuộc vào hệthống truyền thông cấp thấp, do đó có thể phân chia giao thức Modbus làm 2loại là Modbus chuẩn và Modbus trên các mạng khác (như TCP/IP, ModbusPlus, MAP)

 Modbus chuẩn: các cổng Modbus chuẩn trên các bộ điều khiểncủa Modicon cũng như các nhà sản xuất khác đều sử dụng cổnggiao tiếp nối tiếp RS-232 Các bộ điều khiển có thể được kết nốitrực tiếp hoặc qua modem Các trạm Modbus giao tiếp với nhauqua cơ chế chủ/tớ (Master/Slave), trong đó chỉ có một thiết bị chủ

có thể chủ động gửi yêu cầu, còn lại các thiết bị tớ sẽ đáp ứngbằng dữ liệu trả lại hoặc thực hiện một hành động nhất định theoyêu cầu Trong đó, các thiết bị chủ thông thường là các máy tínhđiều khiển trung tâm và các thiết bị lập trình, các thiết bị tớ có thể

là PLC hoặc các bộ điều khiển chuyên dụng khác Một trạm chủ

có thể gửi thông báo yêu cầu tới riêng một trạm tớ nhất định hoặcgửi thông báo đồng loạt tới tất cả các trạm tớ

 Modbus trên các mạng khác: với một số mạng như Modbus Plus

và MAP sử dụng Modbus là giao thức cho lớp ứng dụng, các thiết

bị có thể giao tiếp cơ chế riêng của mạng đó Mỗi bộ điều khiển cóthể đóng vai trò là chủ hoặc tớ trong các lần giao tiếp khác Nhìn

nhận ở các mức giao tiếp, giao thức Modbus vẫn tuẩn theo nguyêntắc chủ/tớ mặc dù phương pháp giao tiếp mạng cấp thấp là có thểngang nhau.

Các bộ xử lý BMX P34 xxxx được xây dựng dựa trên phương thứcgiao tiếp nối tiếp thông qua cổng nổi tiếp RJ45 như Hình 10 bao gồm 8 chân.Các chân này được sử dụng với mục đích khác nhau tùy theo liên kết vật lýđược sử dụng là cổng nối tiếp RS-232 hay cổng song song RS-485

Hình 10 Cổng nối tiếp RJ45Các chân sử dụng cho cổng nối tiếp RS-232 bao gồm:

 Chân 1: chân tín hiệu RXD

 Chân 2: chân tín hiệu TXD

 Chân 3: chân tín hiệu RTS

 Chân 6: chân tín hiệu CTS

Các chân sử dụng cho cổng song song RS-485 bao gồm

 Chân 4: chân tín hiệu D1

 Chân 5: chân tín hiệu D0.

Còn lại chân 7 và 8 được kết nối với nguồn, trong đó:

 Chân 7 nối với nguồn 5VDC/190mA

 Chân 8 nối với mass (0v)

2.3 Cổng Ethernet.

Ethernet là một công nghệ mạng cục bộ dùng để kết nối các thiết bịtrong phạm vi gần Các bộ xử lý BMX P34 2020 và BMX P34 2030/20302được xây dựng, tích hợp cổng giao tiếp chuyên dụng Ethernet với 2 công tắcxoay dùng để lựa chọn địa chỉ IP một cách dễ dàng Hình 11 minh họa bộ xử

lý được tích hợp cổng Ethernet với chuẩn RJ45

Hình 11 Cổng Ethernet RJ45Trong đó:

 Chân 1: TD+

 Chân 2:

TD- Chân 3: RD+

 Chân 6:

RD- Chân 4, 5, 7, 8: không kết nối.

Bên cạnh đó, địa chỉ MAC cũng được ghi phía trước bộ xử lý Với cùngmột mạng cục bộ gồm nhiều trạm PLC được kết nối với máy tính thông quaEthernet, thì mỗi trạm đóng vai trò như một nút mạng, do đó mỗi trạm PLCphải có một địa chỉ IP nhất định Hai công tắc xoay phía sau bộ xử lý là mộtcách đơn giản để chọn một địa chỉ IP

3 Bộ nguồn

Mỗi bộ rack đều cần phải có 1 bộ nguồn để phân phối đến các moduletrên rack Điều đó có nghĩa là bộ nguồn BMX CPS xxxx được sử dụng để cấpnguồn cho mỗi rack BMX XBP xx00 và các module trên đó Sự lựa chọn bộnguồn phù hợp phụ thuộc vào mạng lưới phân phối (có thể xen kẽ hoặc trựctiếp) Ngoài chức năng phân phối nguồn điện cho rack và các module, bộnguồn còn có các chức năng bổ sung khác bao gồm:

 Cấp nguồn cho khối hiển thị

 Cấp nguồn cho các relay cảnh báo

 Khởi động lại toàn bộ các thiết bị trên rack

 Đảm bảo đầu ra là 24VDC nhờ có cảm biến nguồn

Hình 12 thể hiện các phần tử của bộ nguồn BMX CPS xxxx bao gồm:1- Khối hiển thị

2- Nút reset

3- Cổng kết nối với thiết bị cảnh báo

4- Kết nối với ngõ vào của mạng

Hình 12 Bộ nguồn BMX CPS xxxxKhối hiển thị trên bộ nguồn bao gồm 2 LED hiển thị:

 OK: nếu led này ở trạng thái On chứng tỏ bộ nguồn đang hoạtđộng, còn nếu ở trạng thái Off tức là nguồn điện áp thấp dướingưỡng cho phép hoặc khi nhấn nút RESET

 24V: nếu led này ở trạng thái On thì bộ nguồn hoạt động bình thường, nếu ở trang thái Off khi cảm biến 24V phát hiện nguồn cung cấp không hoạt động.

Thông số kĩ thuật cơ bản

số hiệu là BMX Dxx xx xx Trong đó ý nghĩa của từng số hiệu được thể hiệntrong Hình 13:

Hình 13 Ý nghĩa các số hiệu trên các module I/O mở rộng

Hiện trạm PLC Modicon M340 được sử dụng trong mô hình bao gồm 2 module I/O số BMX DDI 1602 và BMX DRA 0805 Thông số 2 module I/O này được mô tả như Bảng 6.

Kiểu I/O Ngõ vào số Ngõ ra bằng relay

Độ trễ chuyển mạch 4-7 ms <10 ms

Dòng điện tiêu thụ 90 mA 55 mA

Bảng 6 Thông số kỹ thuật cơ bản module BMX DDI 1602 và BMX DRA

0805

5 Module I/O tương tự.

Bên cạnh các module I/O số dùng để xử lý các tín hiệu logic, trongcông nghiệp việc thu thập và xử lý các tín hiệu tương tự cũng không kémphần quan trọng Do đó, trạm PLC Modicon M340 cũng được trang bị 2module I/O tương tự BMX AMI 0410 và BMX AMO 0210

Trong đó, BMX AMI 0410 là module ngõ vào Analog (16 bit) với 4kênh tốc độ cao riêng biệt, tác động ở mức điện áp cao BMX AMO 0210 làmodule ngõ ra Analog (15 bit) với 2 kênh ngõ ra, tác động ở mức điện áp caohoặc dòng điện

Các thông số cơ bản của 2 module BMX AMI 0410 và BMX AMI 0210được mô tả như Bảng 7

Trang 19

Loại I/O Ngõ vào tác động mức

0mA-20mA hoặc 20mA

4mA-Điện áp 0V-10V, ±10V ± 10V

Bảng 7 Các thông số cơ bản của các module I/O tương tự BMX AMI 0410

giám sát các trạng thái logic cần thiết để kiểm soát ứng dụng, bao gồm công

cụ để quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong dự án như bộ xử lý, bộnguồn, các module I/O, các module ứng dụng khác…

Unity Pro XL có thể được sử dụng để lập trình cho các bộ PLCModicon M340, Modicon Premium, Modicon Atrium hoặc ModiconQuantum Unity Pro XL cung cấp 5 loại ngôn ngữ để người dùng có thể dễdàng sử dụng bao gồm:

• FBD (Function Block Diagram): đây là dạng ngôn ngữ lập trìnhtheo dạng sơ đồ khối chức năng dựa trên những biểu tượng logic

đồ họa được sử dụng trong đại số Boolean

• LAD (Lader Diagram): đây là dạng ngôn ngữ theo dạng đồ họa,tương tự với sơ đồ mạch điện

• SFC (Sequential Function chart): ngôn ngữ lập trình dạng lưu đồ

• IL (Instruction Laguage): ngôn ngữ lập trình dạng hưỡng dẫn cáccâu lệnh

• ST (Structured text): ngôn ngữ lập trình dạng chuỗi hàm

Phần mềm Unity Pro XL có nhiệm vụ làm cầu nối trung gian giữangười lập trình và PLC

2 Giao diện phần mềm Unity Pro XL

Giao diện phần mềm lập trình Unity Pro XL được thiết kế thân thiệnvới người dùng như Hình 14 Trên cửa sổ này:

1 Menu bar

2 Thanh công cụ (tool bar)

3 Cây thư mục để quản lý Project (Project Browser)

4 Cửa sổ soạn thảo (Editor Window)

5 Thanh ghi tên các cửu sổ đang được mở

6 Cửa sổ thông tin (Information Window) tại cửa sổ này thể hiện cácthông tin các lỗi đã xảy ra về chương trình, hoặc lỗi về cấu hình phần cứng)

7 Thanh trạng thái (Status bar) thể hiện trạng thái của PLC hoặc PLCtrong mô phỏng