Hệ thống PLC

Giới thiệu môn học Hệ Thống PLC (Misubishi) 10/23/2012 TS. Lê Ngọc Bích Khoa Cơ Khí Bộ môn Cơ Điện Tử Lê Ngọc Bích Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được Có khả năng ứng dụng PLC vào việc điều khiển các thiết bị công nghiệp; đặc biệt là điều khiển trình tự các quá trình sản xuất trong công nghiệp Hiểu các thành phần của hệ thống điều khiển dùng PLC. Có thể phân tích cấu hình cần thiết cho hệ thống. Biết sử dụng một loại PLC cụ thể. Xây dựng được một bài toán điều khiển cụ thể dùng PLC. Lê Ngọc Bích Nội dung chính PLC Điều khiển giám sát Các TB ngõ ra Các TB ngõ vào 3 Lê Ngọc Bích Nội dung chính Concept map figure 4 Lê Ngọc Bích Nội dung chính  Chương 1 : Giới thiệu hệ thống điều khiển dùng PLC.  Chương 2 : Các hệ thống số  Chương 3 : Cấu trúc phần cứng PLC  Chương 4 : Các vùng dữ liệu, vùng nhớ, các quy định về dữ liệu và cách truy cặp địa chỉ  Chương 5 : Các dạng giao tiếp  Chương 6 : Hướng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm GX Developer  Chương 7 : Ngôn ngữ lập trình – tập lệnh cơ bản  Chương 8 : Ngôn ngữ lập trình – sử dụng Grafcet  Chương 9 : Ngôn ngữ lập trình – tập lệnh nâng cao  Chương 10 : HMI-SCADA - GOT 5 Lê Ngọc Bích Tài liệu tham khảo  [1] Lê Hoài Quốc – Chung Tấn Lâm, PLC trong điều khiển các quá trình công nghiệp, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia, 2003.  [2] Programable Controllers Theory and implementation, L. A. Bryan.  [3] Misubishi automation website  [4] Lê Ngọc Bích, SCADA và truyền thông công nghiệp, Nhà xuất bản Dân Trí.  [5] Lê Ngọc Bích, Kỹ thuật lập trình PLC, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia, 2011. Lê Ngọc Bích Cách đánh giá môn học Tham dự giờ giảng trên lớp + làm bài tập ... chấm điểm chuyên cần: 20% Kiểm tra trên lớp : 10% Bài tập về nhà: 10% Project: 30% Thi viết cuối học kỳ : 30% Chương 1 : Giới thiệu hệ thống điều khiển dùng PLC Lê Ngọc Bích Hệ thống tự động 9 Lê Ngọc Bích Activity  Analyze the following system to the above diagram:  Microwave oven  Traffic light  Weighting system 10 Lê Ngọc Bích Hệ thống PLC  PLC là thuật ngữ viết tắt từ danh từ : PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER.  Cấu trúc tổng quát của một PLC bao gồm các thành phần sau:  Bộ nguồn.  Bus (Trạm).  Bộ nhớ.  Bộ vi xử lý CPU.  Các ngỏ vào và ra. 11 Lê Ngọc Bích Hệ thống điều khiển PLC đơn cấp Lê Ngọc Bích Hệ thống điều khiển PLC đa cấp 13 Lê Ngọc Bích Phân cấp hệ thống 14 Lê Ngọc Bích Phương pháp thiết kế với PLC 15 Lê Ngọc Bích Quiz  Lập lưu đồ giải thuật cho các hệ thống sau:  Đèn giao thơng (X: 15s, V: 5s, Đ: 20s)  Hệ thống trộn nguyên liệu 16 Lê Ngọc Bích Ưu điểm của hệ thống ĐK dùng PLC 17 Lê Ngọc Bích Các phương pháp lập trình  LAD 18 Đây là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic. Lê Ngọc Bích Các phương pháp lập trình  STL 19 Ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”. Lê Ngọc Bích Các phương pháp lập trình  FBD 20 Đây cũng là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số. Lê Ngọc Bích Các phương pháp lập trình  GRAFCET 21 đĐây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ hoạ. Cấu trúc chương trình rõ ràng, chương trình ngắn gọn. Thích hợp cho người trong ngành cơ khí vốn quen với giản đồ Grafcet của khí nén. 2 1 3 4 6 85 7 10 9 TÁC VỤ TÁC VỤ TÁC VỤ TÁC VỤ TÁC VỤ Lê Ngọc Bích Muddiest point  What are your least understand concepts? Please write down.  What concept/topic you want to learn more? 22 Lê Ngọc Bích Homework 23 Chương 2 : Các Hệ Thống Số và Chuyển Đổi (Sinh viên tự học) Lê Ngọc Bích Homework 25 Chapter 1 and 2 review 26 Lê Ngọc Bích Concept map review 27 Chương 3 : Cấu Trúc Phần Cứng PLC Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng 29 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng 30 Lê Ngọc Bích Cấu trúc mặt trước 31 Lê Ngọc Bích Cấu trúc mặt trước 32 Lê Ngọc Bích Cấu trúc mặt trước 33 Lê Ngọc Bích Mã số và ý nghĩa  Mơ đun chính (Main module) 34 Lê Ngọc Bích Mã số và ý nghĩa  Mơ đun mở rộng (External module) 35 Lê Ngọc Bích Cáp liên kết 36 Lê Ngọc Bích Ký hiệu chân 37 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng 38 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng  BỘ NGUỒN:  Có nhiệm vụ cung cấp điện áp cần thiết từ nguồn điện lưới xoay chiều thông dụng 110V (hay 220V) hoặc nguồn áp một chiều 24V đến các board mạch điện tử của PLC.  BUS(TRẠM):  Là tập hợp các liên kết điện theo dạng song song (các đường liên kết này có thể dưới dạng mạch in hay cáp nhiều sợi ruột). Số lượng dây dẩn cấu tạo nên BUS phụ thuộc vào tải lượng của các tín hiệu thông tin đến BUS (khi truyền dử liệu 8 bits ta cần cáp có 8 sợi ruột; khi truyền dủ liện 16 bits ta cần cáp 16 ruột).  Có hai lọai BUS: xoay chiều (AC) và một chiều (DC). 39 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng  BỘ NHỚ: Bộ nhớ thường được chia thành hai nhóm chính:  BỘ NHỚ ĐỘNG (RAM : Random Access Memory) đây là bộ nhớ không cố định các dử liệu. Các dử liệu được đọc và ghi bởi bộ vi xử lý trong suốt quá trình PLC họat động.  BỘ NHỚ TỈNH (ROM : Read Only Memory) đây là bộ nhớ có các dử liệu cố định; các dử liệu này chỉ được đọc bởi bộ vi xử lý trong suốt quá trình PLC họat động. Với bộ nhớ tỉnh (tùy theo lọai ROM) ta có thể có các dạng như sau: • PROM (ROM Programmable) : không thể xóa. • EPROM : bộ nhớ của ROM có thể xóa bằng tia cực tím. • EEPROM : bộ nhớ của ROM có thể xóa bằng điện. 40 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng  Bộ xử lý trung tâm (CPU): Thuật ngữ CPU được viết tắt từ danh từ Central Processing Unit . Đây là bộ phận đầu não của PLC, nhiệm vụ của CPU là liên kết thường xuyên các chương trình đang chứa trong bộ nhớ. Quá trình họat động của CPU được tóm tắt đơn giản như sau:  Theo chương trình đã được nạp sẳn, CPU kiểm tra các thông tin và các số liệu nhận được từ các module nhập (input), các cơ quan điều khiển, cảm biến. . .  Phát lệnh điều khiển đến các cơ cấu tiền họat động thông qua các module xuất (output). 41 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng 42 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng  Khi các ngỏ vào ra dạng logic rời rạc: module trên ngỏ vào cho phép ghi nhận (bắt- capture) các trạng thái của cảm biến.; đồng thời chuyển đổi tín hiệu điện nhận được sang các trạng thái logic (0 hay 1). Tại các module trên ngỏ ra cho phép tác động lên các cơ cấu khởi động được liên kết với nó; đồng thời các module ngỏ ra có thể chuyển đổi các trạng thái logic (0 hay 1) sang các tín hiệu điện (xem hình 1.4). 43 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng  Khi các ngỏ vào ra dạng liên tục/tương tự. Về bản chất chúng là những bộ chuyển đổi tương tự sang số với độ phân giải 12 bits hoặc 16 bits(AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits hoặc 16 bits. 44 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng 45 Khi các ngỏ vào ra dạng dữ liệu. Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng Khi vận hành theo trạng thái bình thường, PLC thực hiện có chu kỳ.  CHU KỲ : 46 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng 47 Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng  Quan hệ giữa PLC và các thiết bị khác trong hệ thống 48 Cấu trúc truyền thống Lê Ngọc Bích Cấu trúc phần cứng  Quan hệ giữa PLC và các thiết bị khác trong hệ thống 49 Cấu trúc hiện đại kết hợp SCADA Lê Ngọc Bích CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI PLC CÔNG NGHIỆP: 50 Lê Ngọc Bích CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI PLC CÔNG NGHIỆP:  Các lưu ý và phương pháp khử nhiễu khi giao tiếp cảm biến tương tự với PLC: 51 Lê Ngọc Bích52 Lê Ngọc Bích Các dạng PLC thường gặp 53 Lập trình cho PLC dùng hand held. Lập trình cho PLC dùng máy tính. Lê Ngọc Bích Các dạng PLC thường gặp 54 Lê Ngọc Bích Các dạng PLC thường gặp 55 Lê Ngọc Bích Các dạng PLC thường gặp 56 Lê Ngọc Bích Các dạng PLC thường gặp 57 Lê Ngọc Bích Các dạng PLC thường gặp 58 Lê Ngọc Bích Các dạng PLC thường gặp 59 Lê Ngọc Bích Homework 60 Chương 4 : Các vùng dữ liệu, vùng nhớ, các quy định về dữ liệu và cách truy cặp địa chỉ Lê Ngọc Bích Cấu trúc bộ nhớ của CPU Lê Ngọc Bích Cách truy cập địa chỉ Lê Ngọc Bích Cách truy cập địa chỉ Quiz:  Define the following address:  X26, Y15  M32  X10k1, X0k2, M100k4  Write the address of following:  Byte 5, bit 2 digital input  Byte 200 bit 4 flag memory area  From M150 to M167 Chương 5 : Các Dạng Giao tiếp Lê Ngọc Bích Peripheral interface 66 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu rời rạc - Ngõ vào 67 Lê Ngọc Bích Thiết bị giao tiếp ngõ vào tín hiệu rời rạc-Công tắc 68 Lê Ngọc Bích Thiết bị giao tiếp ngõ vào tín hiệu rời rạc – CB TC 69 Lê Ngọc Bích Thiết bị giao tiếp ngõ vào tín hiệu rời rạc – CB quang 70 Lê Ngọc Bích Thiết bị giao tiếp ngõ vào tín hiệu rời rạc - Công tắc HT 71 Lê Ngọc Bích Phương pháp đấu dây ngõ vào DC Lê Ngọc Bích Các ngõ vào DC Sinking sensors allow current to flow into the sensor to the voltage common, while sourcing sensors allow current to flow out of the sensor from a positive source. Lê Ngọc Bích Các ngõ vào DC Lê Ngọc Bích Các ngõ vào dạng cách ly Lê Ngọc Bích Các ngõ vào dạng cách ly Lê Ngọc Bích Cách đấu dây của PLC mitsubishi  Ngõ vào số 77 Lê Ngọc Bích Quiz  Given components and digital input with specific type as following, draw the connection:  2 switch to sink digital inputs  1 limit switch to source digital input  1 sink sensor to sink input  1 source sensor to source input 78 Lê Ngọc Bích Các ngõ vào dạng thanh ghi hoặc số BCD Lê Ngọc Bích Các ngõ vào dạng thanh ghi hoặc số BCD Lê Ngọc Bích Thiết bị giao tiếp ngõ ra tín hiệu rời rạc Lê Ngọc Bích Thiết bị giao tiếp ngõ ra tín hiệu rời rạc Lê Ngọc Bích Thiết bị giao tiếp ngõ ra tín hiệu rời rạc Lê Ngọc Bích Cách ly và khuếch đại tín hiệu Lê Ngọc Bích Các ngõ ra tín hiệu rời rạc Lê Ngọc Bích Các ngõ ra tín hiệu rời rạc Lê Ngọc Bích Cách đấu dây của PLC mitsubishi  Ngõ ra số 87 Lê Ngọc Bích Quiz  Given components and digital output with specific type as following, draw the connection:  1 DC motor sink wiring  1 light source wiring  1 Solenoid AC power actuating  1 three phases AC motor 88 Lê Ngọc Bích Các ngõ ra tín hiệu rời rạc dạng thanh ghi hoặc số BCD Lê Ngọc Bích Các ngõ ra tín hiệu rời rạc dạng thanh ghi hoặc số BCD Lê Ngọc Bích Các ngõ ra tín hiệu rời rạc dạng thanh ghi hoặc số BCD Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào 92 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào 96 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào 97 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào 98 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào  Ví dụ 99 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào  Ví dụ 100 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào 101 Lê Ngọc Bích Cách xác định công thức tính giá trị chuyển đổi  y=mx+c 102 Lê Ngọc Bích Cách xác định công thức tính giá trị chuyển đổi 103 Lê Ngọc Bích Homework  Define transfer equation for the following hardware  Humidity sensor: 0-100%, 0-10VDC; Analog input: 12bit ADC  Pressure sensor: 0-150 kPa, 4-20 mA; Analog input: 14bit ADC  Temperature sensor: 0-500 0 C, -10-10 VDC; Analog input: 16bit ADC 104 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ vào  Cách đấu dây 105 Lê Ngọc Bích Vị trí của mô đun analog và cách đấu dây PLC Mitsubishi 106 Lê Ngọc Bích Cách đọc và ghi dữ liệu từ mô đun analog 107 Lê Ngọc Bích Cách đọc và ghi dữ liệu từ mô đun analog  A Block Location – This is the physical position to the R.H.S. of the base unit. For example, if two special units are attached to the PLC, the first will be block 0 (K0), and the second special unit will be block 1 (K1).  B Buffer memory area – This position writes to the required buffer memory location. For example, K0 means that channel initialisation data, i.e. H3320 will be transferred to buffer memory 0.  C Data requirements of the FX2N-4AD – Information in this location is sent to the buffer memory defined in B. In the above example, the data value H3320 is transferred to BFM 0.  D Amount of information to be transferred – This indicates the amount of data to be transferred to the analogue unit. For example, as shown in the example above ‘K1’ indicates that only one word of information, i.e.H3220 is to be transferred to BFM0. 108 Lê Ngọc Bích Cách thiết lập mô đun analog 109 Lê Ngọc Bích Cách đọc và ghi dữ liệu từ mô đun analog  A Block Location – This is the physical position of the unit, to the R.H.S. of the base unit. For example if two blocks are attached to the PLC, the first will be block 0 (K0), and the second block will therefore be block 1 (K1).  B Buffer memory area – This position reads from the required buffer memory location. In the above example, the CH1-converted digital value, which is stored in BFM 5 will be transferred to D0.  C Destination of data read by the analogue unit – In the example shown above, the converted digital output value for CH1 is transferred to data register D0.  D Amount of information to be transferred – This indicates the amount of data to be transferred from the analogue unit. For example as shown in the example above, ‘K4’ indicates that four words of information are to be transferred to the PLC. 110 Lê Ngọc Bích Cách đọc và ghi dữ liệu từ mô đun analog  Therefore with just one instruction the following would occur:  1. The contents of BFM 5 – CH1 – would be transferred to D0.  2. The contents of BFM 6 – CH2 – would be transferred to D1.  3. The contents of BFM 7 – CH3 – would be transferred to D2.  4. The contents of BFM 8 – CH4 – would be transferred to D3. 111 Lê Ngọc Bích Quiz  Given:  Pressure sensor: 0-150 kPa, 4-20 mA; Analog input: 12bit ADC  Analog input module at slot 0  Sensor is connected to CH1  Task:  Draw the connection  Define H value  Write “To” instruction to configure the analog module  Write “From” instruction to read the value from channel 1 and write value to D10 112 Lê Ngọc Bích Tham khảo  (1) analog input and output modules FX0N-3A The module has two analog input (0 to 10 V DC or 4 to 20 mA DC) channels and one analog output channel. Its resolution digital input channels for eight, and A / D conversion time is 100 μ s, in between analog and digital signals using photoelectric isolation, and applied to FX1N, FX2N, FX2NC-series, occupied eight I / O points. (2) Analog Input Module FX2N-2AD the module for 2-way voltage input (0 to 10 V DC, 0 to 5V DC) or current input (4 ~ 20 mA DC), 12 high-precision resolution, the conversion rate is 2.5 ms / channel. This module occupied eight I / O points, applicable to FX1N, FX2N, FX2NC-series. (3) Analog Input Module FX2N-4AD The module has four input channels, a resolution of 12. Choice of current or voltage input, users choose wiring to achieve. Optional simulated values for the range of ± 10VDC (resolution of 5 mV), or 4 to 20 mA, -20 ~ 20mA (μ A 20-bit resolution). The highest conversion rate of 6 ms / channel. FX2N-4AD occupied eight I / O points. (4) analog output modules FX2N-2DA The module will be 12 for the digital conversion 2:00 analog outputs. Output voltage can be in the form of, for the current. Their choice depends on the different wiring. Voltage output, two analog output channels output signal is 0 to 10 V DC, 0 to 5V DC; current output of 4 to 20 mA DC. Resolution of 2.5 mV (0-10V DC) and 4 μ A (4 ~ 20mA). Digital-to-analog converter features can be adjusted. Conversion rate of 4 ms / channel. The modules occupy eight I / O points. Apply to FX1N, FX2N, FX2N-series. 113 Lê Ngọc Bích Tham khảo  (5) analog output modules FX2N-4DA The module has four output channels. Provide a resolution of 12 high-precision digital input. Conversion rate of 2.1 ms / 4-channel, the use of the channel will not change a few changes in conversion speed. Performance and other similar FX2N-2DA. (6) Analog Input Module FX2N-4AD-PT module and the PT100 temperature sensor match will come from the four foil temperature sensor (PT100, 3-wire, 100 Ω) input signal amplification, and data into readable 12 data stored in the host cell. Degrees centigrade and data can be read. Its internal temperature transmitter and analog input circuits, nonlinear sensor can be corrected. Reading a resolution of 0.2 ℃ to 0.3 ℃. Conversion rate of 15 ms / per channel. All the data transmission and parameter settings can be adopted FX2N-4AD-PT software configuration completed by the FX2N TO / FROM Application instructions to achieve. FX2N-4AD-PT occupied eight I / O points can be used to FX1N, FX2N, FX2NC subsystems for the temperature control system to provide more convenient. (7) Analog Input Module FX2N-4AD-TC and the thermoelectric module coupling temperature sensor match will come from the four thermal coupling sensor input signal amplification, and data conversion into a 12-readable data stored in the Main Unit, Celsius and Fahrenheit data can be read, read in the type of resolution K at 0.2 ℃; types at 0.3 ℃ J, and K-type (-100 to 1200 ℃) and J-(-100 ~ 600 ℃) supporting the use of thermoelectric coupling, four-channel, using K, or J-conversion rate of 240 ms / channel. All data and parameter settings can be adopted FX2N-4AD-TC software configuration completed, occupied eight I / O points. 114 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 115 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 116 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 118 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 119 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog  Ví dụ 120 Decimal=? % open=30% Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 121 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 122 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog  Ví dụ 123 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 124 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog  Phương pháp kết nối 125 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 126 Lê Ngọc Bích Giao tiếp tín hiệu tương tự-Ngõ ra analog 127 Lê Ngọc Bích Xử lý tín hiệu ngõ ra analog với PLC Misubishi 128 Lê Ngọc Bích Thứ tự ô nhớ trong bộ đệm và chức năng tương ứng 129 Lê Ngọc Bích Thứ tự ô nhớ trong bộ đệm và chức năng tương ứng 130 Lê Ngọc Bích Vị trí mô đun và cách đấu dây 131 Lê Ngọc Bích Cách thiết lập các channel cho mô đun ngõ ra analog 132 To k1 k0 H2110 k