C3 - Programmable Logic Controllers

3. Sơ lược về các giải pháp PLC         

Các yêu cầu cơ bản với các hệ thống điều khiển công nghiệp Lịch sử phát triển của PLC Phạm vi ứng dụng Ưu điểm của PLC so với các giải pháp trước Cấu trúc cơ bản và các thành phần của một hệ PLC Phân loại PLC Nguyên lý làm việc Phương pháp lập trình Các vấn đề khác trong tích hợp hệ thống sử dụng PLC

3-1 18/10/08

Các yêu cầu cơ bản với các HTĐKCN       

Thích hợp với môi trường làm việc công nghiệp Khả năng xử lý tín hiệu logic (24VDC-240VAC) và tín hiệu tương tự Khả năng mở rộng số đầu vào/ra đơn giản Lập trình và thay đối chương trình đơn giản với kỹ sư điện Khả năng giám sát hoạt động của dây chuyền SX, khả năng phát hiện lỗi thiết bị trường từ máy tính điều khiển Tính năng thời gian thực An toàn hệ thống cho người và thiết bị

3-2 18/10/08

Lịch sử phát triển            

1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General Motors 1969: PLC đầu tiên (Allen Bradley và Bedford), được GM sử dụng trong công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ) 1971: Ứng dụng PLC đầu tiên ngoài CN ô-tô 1973: PLC „thông minh“ với khả năng tính toán, điều khiển máy in, xử lý dữ liệu, giao diện màn hình 1975: PLC với bộ điều khiển PID 1976: Lần đầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp điều khiển dây chuyền sản xuất 1977: mP-based PLC 1980: Các module vào/ra thông minh 1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu 1982: PLC lớn với 8192 I/O ra đời 1992: Chuẩn IEC 61131 (phần 1-5) 1996: Slot-PLC, Soft-PLC,... 3-3 18/10/08

Phạm vi ứng dụng của PLC 

Phạm vi ứng dụng: – Lúc đầu chủ yếu trong điều khiển logic, thay thế các rơle – Ngày nay cả trong điều khiển trình tự và điều khiển quá trình liên tục -> cạnh tranh với Compact Controllers và các hệ DCS – Thu thập dữ liệu trong các hệ SCADA



Ưu điểm: – – – –



Phần cứng gọn nhẹ, dễ dàng trong tích hợp hệ thống Độ tin cậy và độ linh hoạt cao, dễ bảo trì và thay thế Phương pháp lập trình gần gũi với người kỹ sư Phù hợp với nhiều qui mô ứng dụng khác nhau

Nhược điểm: – Tích hợp giao diện người-máy là một vấn đề phức tạp – Kiến trúc đóng kín, khó tích hợp sản phẩm ngoài – Năng lực tính toán tương đối yếu 3-4 18/10/08

Cấu trúc cơ bản của một hệ PLC CPU

Nguồn nuôi (PS)

Bộ nhớ làm việc

Tín hiệu điều khiển

Bộ nhớ chương trình

Giao diện truyền thông

Cổng ra tương tự (A0) và cổng ra số (D0)

Tín hiệu đo

Cổng vào tương tự (AI) và cổng vào số (DI)

Vi xử lý

Đồng hồ nhịp

3-5 18/10/08

Thiết kế phần cứng một hệ PLC Các cổng vào/ra

a) Thiết kế gọn Giá đỡ Nguồn

CPU Module ghép nối

Các module vào/ra

Module truyền thông

Nguồn

b) Thiết kế module 3-6 18/10/08

Phương thức thực hiện chương trình Khởi đầu Khởi động Chương trình khởi tạo

Đọc dữ liệu đầu vào

Chờ tới chu kỳ Thời gian

Chương trình tuần hoàn Ghi dữ liệu đầu ra

Vòng quét chương trình (Main Task)

Chương trình tuần hoàn

Task tuần hoàn

Chờ sự kiện Sự kiện Chương trình bất thường

Task sự kiện Chức năng hệ điều hành Chương trình ứng dụng 3-7 18/10/08

Hiệu ứng vòng quét chương trình Đọc

Ghi

Vòng quét chương trình input Đọc DI

Vòng quét I/O Rack 1

output

t Chương trình

Ghi DO

Ảnh I/O

1

2

3

4

5

6

7

8

đọc đếm

1 1

1 1

0 1

1 2

1 2

0 2

1 3

1 3

đọc đếm

1 1

0 1

1 2

0 2

1 3

0 3

0 3

1 4

đọc đếm

0 0

1 1

1 2

0 2

1 3

1 4

0 4

1 5

Rack 2

Rack 3

3-8 18/10/08

Công cụ và ngôn ngữ lập trình 

Thiết bị điều khiển khả trình D C 24V V O LT A G E S E L E C T O R O N O FF

SIEM E N S R U N -P R U N S T O P M R E S

S F B A F C 5E D V FU R C R N ST O P

S 3C 21 D I1 6xM D 24V

S IC SI7M -3A 0T0 314-1A E 0-0A B 0

32 1-1B H 0-0 A 0

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

S 32 124V D I1 6M xD C

3 21 -B H 0-0A0

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

M 32 2 D O 16xS D C 4V /0.5A

321 -1B H 0-0A 0

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

M 3224 2 D O 16S xD C V /0.5A

321 -1B H 0-0A 0

0 1 2 3 4 5 6 7

Lập trình theo ngôn ngữ riêng:  

0 1 2 3 4 5 6 7



Thiết bị lập trình Mã chương trình Dữ liệu cấu hình Dữ liệu tham số



IL (Instruction List) LD (Ladder Diagram) FBD (Function Block Diagram)

Lập trình theo chuẩn IEC 61131-3:   

IL, LD, FBD ST (Structured Text) SFC (Sequential Function Charts)

3-9 18/10/08

Chuẩn IEC 61131 – Programmable controllers 



 



Part 1 (General Information): Các định nghĩa chung và các đặc tính chức năng tiêu biểu (cơ chế thực hiện tuần hoàn, ảnh quá trình, thiết bị lập trình và giao diện người-máy) Phần 2 (Equipment requirements): Các yêu cầu điện học, cơ học và chức năng cho các thiết bị (nhiệt độ, độ ẩm, cung cấp nguồn, độ kháng nhiễu, phạm vi tín hiệu logic và sức bền cơ học), phương pháp kiểm tra và thử nghiệm các kiểu thiết bị. Phần 3 (Programming languages): Mô hình phần mềm và các ngôn ngữ lập trình. Phần 4 (Guidelines for users): Các nguyên tắc chỉ đạo cho nhà tích hợp hệ thống (phân tích hệ thống, lựa chọn thiết bị, vận hành, bảo trì hệ thống). Phần 5 (Communication): Các khốI chức năng truyền thông giữa các PLC cũng như giữa PLC và một thiết bị khác trên cơ sở các khối hàm chuẩn. 3-10 18/10/08

Cấu trúc chức năng cơ sở theo IEC 61131

3-11 18/10/08

Mô hình phần cứng PLC theo IEC 61131

3-12 18/10/08

Các vấn đề trong tích hợp hệ thống với PLC 

Phân tích hệ thống – – – –



Yêu cầu công nghệ Qui mô hệ thống Môi trường làm việc An toàn hệ thống

Lựa chọn thiết bị – CPU, I/O, Module truyền thông,... – Các thiết bị và linh kiện phụ trợ

Thiết kế chương trình – Điều khiển logic – Điều khiển quá trình – Điều khiển trình tự



Xây dựng cấu trúc phần cứng – Cấu trúc các trạm PLC – Cấu trúc mạng





Phát triển ứng dụng – Lập trình ứng dụng – Lập trình giao tiếp – Giao diện người-máy



Đưa vào vận hành – Hoàn chỉnh chương trình – Thiết đặt các chế độ – Cấu hình và tham số hóa các thiết bị trường – Chỉnh định tham số đk 3-13 18/10/08