Hệ thống và phần cứng PLC

Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 13 Chương 3 HỆ THỐNG VÀ PHẦN CỨNG PLC 3.1 Cấu trúc một hệ thống PLC tiêu chuẩn: Theo tiêu chuẩn chung bất cứ hệ thống PLC nào cũng gồm 3 phần: •Phần cứng / Hard Ware. •Firmware. •Phần mềm / Software. Nguyên lý làm việc của một PLC 3.2 Phần cứng PLC: 3.2.1 Thành phần: Cấu trúc cơ bàn (nguyên thuỷ) của một PLC bao gồm: Rack.  Power Module. CPU. Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 14 Các Module chức năng. Ngoài ra có các biến thể khác của cấu trúc PLC như Brick PLC hay “All in one PLC” (Các Micro PLC thường ở dạng này). 3.2.1.1 Rack: Rack là thiết bị có chức năng kết nối tất cả các module PLC lại với nhau. Rack rất quan trọng ở tốc độ truyền, khả năng chứa các module (số l ượng), kết cấu lắp ráp....Khi thiết kế hệ thống, lựa chọn loại rack v à số rack là yếu tố quan trong để tối ưu hoá hệ thống phần cứng. 3.2.1.2 Power Module: Power Module: là thành phần cấp nguồn điện điều khiển cho CPU v à tất cả các Module chức năng, ngoài ra nó cũng cấp các nguồn cho thiết bị ngoại vi, chủ yếu là loại nguồn 24V. Power Module có nhiều loại phân biệt nhau bởi công suất , điện áp vào và điện áp ra. Khi lựa chọn Power Module, điều quan trong nhất l à tính và chọn công suất để có thể cấp đủ cho to àn bộ hệ thống và các ngoại vi mà vẫn bảo đảm hệ số dự phòng cần thiết. Điện áp đầu ra của Power Module có nhiều loại tương ứng với các CPU và các Module nên cần tính công suất cho từng loại điện áp ra. 3.2.1.3 CPU:/. Là thành phần quan trong nhất của hệ PLC. CPU đặc tr ưng bởi 1 số thông số cơ bản như: – Số lượng Module mà nó quản lý được. – Số lượng các điểm (I/O Point) mà nó quản lý được. – Tốc độ của một số loại lệnh cơ bản: như lệnh Logic, lệnh số học.. – Bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu và khả năng mở rộng bộ nhớ, khả năng hỗ trợ các thẻ nhớ. – Các chuẩn truyền thông mà nó tích hợp sẵn. 3.2.1.4 Các Module chức năng: Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 15 Các module chức năng rất đa dạng, có thể chia ra làm các loại đặc trưng sau: –Module vào ra (I/O). –Module chức năng đặc biệt. 3.2.1.4.1 Module vào ra Module vào ra chia làm 2 loại chính: –Module vào ra số (Digital I/O). –Module vào ra tương tự (Analog I/O). Các Module vào ra số: Có các loại – Module DI: – Module DO: – Module hỗn hợp. Các tín hiệu vào số DI có thể là sink hoặc source, có thể là 24V hoặc 220VAC/110VAC và nhiều loại khác. Các tín hiệu ra số DQ: Có thể là Relay, có thể là PNP/NPN hoặc là AC/DC 220V/110V Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 16 DQ dạng PNP hay NPN. Module tín hiệu Analog bao gồm: – Module AI: 0..10V (+/-10V); 0..20mA(4..20mA) – Module AQ:0..10V (+/-10V); 0..20mA(4..20mA) – Module hỗn hợp AI/AO. – Module cho cặp nhiệt, nhiệt điện trở. – Module cho load cell... 3.2.1.4.1 Module đặc biệt: Module Đặc biệt bao gồm – Modem Module – Profibus DP Slave Module – AS Interface Master Module – Ethernet Module – IT Communication Module – Module điều khiển PID. 3.2.2 Các thông số để lựa chọn phần cứng PLC: Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 17 Các thông số cơ bản để lựa chọn PLC Các thông số bộ nhớ và biến số Các thông số truyền thông và các chức năng phụ khác 3.3 Lắp đặt Phần cứng PLC: 3.3.1 Các cách lắp đặt PLC: – Rail – Panel 3.3.2 Nối ghép các Module mở rộng: Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 18 3.4Thiết bị ngoại vi và truyền thông: 3.4.1 Thiết bị ngoại vi: 3.4.1.1 Ngoại vi tới DI/DO: –Các nút nhấn, công tắc.. –Các Tiếp điểm giới hạn/hành trình (LS) –Các tiếp điểm rõle trung gian hoặc đầu vào/ra của các thiết bị khác. –Các cảm biến: tiếp điểm tiệm cận, Hồng ngoại.. –Thiết bị phát xung tần số cao: Encoder, … –Đầu vào số của Biến tần, rõle trung gian, Contactor. –Valve, Actuator… 3.4.1.2 Ngoại vi tới AI/AO: – Các tín hiệu 0-10V, 4..20mA của các bộ biến dẫn lưu lượng, áp suất… – Các loại can nhiệt: RTD (PT100, Ni1000), TC (K, R..) –Các Loadcell đo sức nén/kéo.. –Đầu vào analog của Biến tần, bộ biến đổi –Valve tuyến tính, Actuator tuyến tính.. 3.4.1.3 Tiếp điểm tiệm cận và Sensor Hồng ngoại:  Nguyên lý hoật động: Điện Từ trýờng / Hồng ngoại  Sơ đồ đấu nối Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 19 3.4.1.4 Encoder: Nguyên lý hoạt động & Các thông số đặc trưng Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 20 3.4.1.5 Can nhiệt : PT100 Nguyên lý: PT100 là loại cảm biến nhiệt có điện trở tỷ lệ với nhiệt độ đo. Thông số: điện trở ở nhiệt độ 0 C = 100 Om, Phương pháp đo: cấp dòng điện không đổi ra PT100, đo điện áp tr ên PT100: U= (100+Rt)*I màRt=F(t)=kt -> t= (U/I-100)/k. Phương pháp bù sai số: dùng 4 dây hoặc 3 dây. Rt trong công thức trên bao gồm: rt+r, trong đó rt là điện trở thật của PT100, còn r là điển trở dây tín hiệu đến PT100 cần trừ giá trị này. 3.4.1.6 LoadCell: Là loại cảm biến trong đó điện trở thay đổi tỷ lệ với lực kéo/nén. Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 21 Phương pháp đo: dùng cầu điện trở trong đó chỉ có 1 nhánh cầu l à điện trở thay đổi theo lực. 3.4.1.7 Các biến dẫn lưu lương, áp suất: Các biến dẫn thường có nguồn nuôi 24V và đầu ra tín hiệu 4..20mA. Có 2 loại chính: + Loại 2 dây: nguồn 24V và tín hiệu dùng chung 2 dây. + Loại 4 dây : nguồn 24V và tín hiệu dùng riêng 3.4.2 Truyền thông trong PLC: 3.4.2.1 Các chuẩn tín hiệu (Physic) truyền thông sử dụng trong PLC: - Các giao thức (Protocol) dùng trong PLC: SNP,SNPX (GEFanuc), PPI(S7 - 200), MPI(S7-300), Modbus, CClink… - Các giao thức mạng dạng FieldBus dùng trong các mạng PLC điều khiển: Genius Bus (GE Fanuc), Profibus (Siemens – EU), Device Net (Bắc Mỹ), InterLink,… -Các Giao thức mạng dạng EtherNet công nghiệp th ường dùng trong mạng PLC: Modbus TCP, Genius Net, ProfiNet,… 3.4.2.2 Đặt các thông số vật lý (Physic) cho truyền thông sử dụng trong PLC: – Tốc độ truyền: BaudRate (số Bit/S) – 1200, 4800,9600,19200,… – Số Bit dữ liệu (Data Bit): 6,7,8. – Chọn bit kiểm tra: chẵn/lẻ. – Chọn số bít dừng (Stop Bit): 1,1.5,2. Lưu ý: Khi nối PC tới PLC để download, cần kiểm tra các thông số tr ên sao cho PC và PLC như nhau. 3.4.2.3 Đặt các thông số của Giao thức truyền thông sử dụng trong PLC: Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 22 Node ID: số thứ tự hoặc các ký tự đặt tên cho mỗi PLC trong mạng. Số lần quét / giây. Thời gian chờ trả lời. Thời gian chờ báo lỗi. Số lần lặp lại yêu cầu khi có lỗi. 3.5 Trình tự cấu hình hệ thống PLC: 3.5.1 Các thông số yêu cầu để thiết kế hệ thống PLC: Số lượng các cổng vào ra số và tương tự Loại tín hiệu cho từng cổng. Tính chất cách ly nguồn nuôi của các nhóm tín hiệu Quy mô và các yêu cầu đặc biệt của thuật toán điều khiển. Truyền thông. 3.5.2 Các bước thiết kế hệ thống PLC: –Từ Số lượng các cổng vào ra số và tương tự, lựa chọn loại PLC: MicroPLC hay Modular. –Kiểm tra lại các thông số của CPU /loại PLC đã chọn có phù hợp với yêu cầu Quy mô và các yêu cầu đặc biệt của thuật toán điều khiển. –Tùy loại tín hiệu cho từng cổng và số lượng cổng mỗi loại, lựa chọn các Module vào ra và Module đặc biệt. –Tù Tính chất cách ly nguồn nuôi của các nhóm tín hiệu, chia nhóm các tín hiệu và kiểm tra lại số lượng Module đã chọn. –Chọn loại Rack, số lượng rack (đối với Modular PLC) –Chọn loại CPU: Căn cứ vào số rack, Module và cổng, căn cứ vào yêu cầu bài toán để xác định số biến bộ nhớ, các lệnh h àm.. Chương 3: Hệ thống và phần cứng PLC 23 –Chọn Module truyền thông. –Tính toán nguồn nuôi và chọn Module nguồn. –Lựa chọn các phụ kiện: Jack, cable, pin… - Thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đấu nối của Hệ thống PLC. - Khai báo cấu hình và xác định địa chỉ vào ra cho các tín hiệu dùng phần mềm phát triển PLC. - Lập cấu hình cho CPU và từng Module. - Lập cấu hình truyền thông. - Download thử cấu hình. 3.6 Hoàn thành 1 Project: 3 bước để hoàn thành 1 Project: – Cấu hình phần cứng ( Config) – Lập trình (xây dựng Logic) – Download và debug