Chương 1. Tổng quan về PLC và Fx5U của Mishubishi các PLC hiện đại đã được trang bị và tăng cường các tính năng xử lý ngắt ngày càng hoàn thiện để xử lý nhanh và kịp thời. Vấn đề xử lý vòng quét đầu tiên cần phải được quan tâm khi ứng dụng PLC. Điều này là do ở vòng quét đầu tiên, các dữ liệu đều chưa sẵn sàng, hệ đang ở quá trình khởi tạo.
Đối với các hệ mà quá trình khởi tạo không ảnh hưởng đến quá trình điều khiển thì có thể bỏ qua. Ngược lại, các hệ thống khác cần lưu ý vòng quét này. Vì vậy, PLC đều cung cấp cờ trạng thái có giá trị bằng 1 ở vòng quét đầu tiên và bằng 0 ở các vòng quét khác, gọi là First Scan Flag. Người sử dụng có thể dùng cờ trạng thái này để tiến hành khởi tạo và thiết lập các điều kiện ban đầu cho hệ thống.
Sự khác biệt giữa PLC và PC Về cấu trúc, PLC tương tự như máy tính số. Tuy nhiên, giữa PLC và máy tính số có sự khác nhau về căn bản. Thứ nhất, PLC được thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp rất khắc nghiệt với sự thay đổi lớn về độ ẩm, nhiệt độ và nhiễu mạnh. Thứ hai, phần cứng và phần mềm của PLC được thiết kế dễ sử dụng và phù hợp với trình độ của người vận hành trực tiếp tại dây chuyền sản xuất.
Phần cứng được chế tạo ở dạng các module tiêu chuẩn dễ lắp ráp, bảo dưỡng. Chương trình của PLC được biểu diễn một cách tiêu chuẩn không chính thức ở dạng giản đồ thang (LAD) rất trực quan và dễ sử dụng. Mỗi họ PLC có hệ điều hành riêng và chỉ sử dụng một ngôn ngữ lập trình do nhà sản xuất cung cấp. Vì vậy, không thể chạy chương trình của PLC hãng này trên PLC của hang khác.
Trong khi đó, máy tính có thể cài đặt nhiều hệ điều hành, có thể sử dụng nhièu ngôn ngữ lập trình. Có thể sử dụng máy tính vai trò như PLC, thậm chí có thể chạy chương trình mô phỏng PLC trên máy tính. máy tính được cài đặt phần mềm lập trình trở thành thiết bị lập trình cho PLC và điều khiển PLC. Máy tính có thể sử dụng như thiết bị giao diện người máy trong các hệ điều hành mà PLC vừa là các bộ điều khiển, vừa là thiết bị thu nhập dữ liệu.
Thứ ba, máy tính là thiết bị tính toán phức tạp, có chức năng đa nhiệm (Multitask). Bộ nhớ của máy tính có thể chứa đồng thời nhiều chương trình. Trong khi đó, PLC chỉ thực hiện một chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ RAM. Thứ tư, PLC hoạt động theo nguyên tắc quét vòng, máy tính hoạt động theo nguyên tắc xử lý ngắt.
Các PLC hiện đại được hoàn thiện về tốc độ tính toán, mở rộng bộ nhớ, tăng cường trang bị các chức năng tính toán và xử lý ngắt để thu hẹp khoảng cách so với máy tính. Vì vậy, các PLC hiện đại ngoài chức năng cơ bản là điều khiển logic, nó còn là một trạm tính toán đóng vai trò như các bộ điều khiển quá trình, điều khiển vị trí và xử lý thông tin. Các chủng loại PLC và ứng dụng PLC có rất nhiều chủng loại và do rất nhiều nhà sản xuất cung cấp. Một số nhà sản xuất và tích hợp hệ thống sử dụng PLC do chính họ chế tạo.Nó là một thành phần cấu thành hệ thống và được sử dụng trong phạm vi hẹp.
Một số nhà sản xuất cung cấp PLC như là sản phẩm đa dụng cho người thiết kế và tích hợp hệ thống. Nhà sản xuất cung cấp thiết bị, phần mềm, hỗ trợ kỹ thuật và đào tạo để người sử dụng có điều kiện ứng dụng các sản phẩm này vào các hệ thống của mình. Có một số hãng sản xuất điển hình là: SIEMENS(Đức), ALLEN-BRADLEY, GE- FUNUC(Mỹ), MITSUBISHI, TOSHIBA( Nhật bản). Do PLC được sử dụng rất rộng rãi từ các bài toán đơn giản đến các bài toán phức tạp, nên PLC được chế tạo dưới nhiều loại khác nhau phù hợp với yêu cầu của thực tế.
Việc phân loại PLC dựa trên cơ sở khả năng (tốc độ xử lý, dung lượng bộ nhớ, số lượng đầu vào/ ra) được chia thành các loại chính sau: loại nhỏ, loại vừa và loại lớn. Tổng quan về PLC và Fx5U của Mishubishi PLC loại nhỏ có nhiều tên gọi khác nhau tùy thuộc các hãng chế tạo (small, micro), có dung lượng bố nhớ dưới 2KB, quản lý số điểm vào/ra dưới 128 và được sử dụng trong các ứng dụng đơn giản, yêu cầu ít điểm ra/vào. PLC cỡ vừa (Medium) có bộ nhớ đến 32KB, và quản lý số điểm vào/ra đến 2048. cấu hình của hệ có thể sử dụng các module vào/ra đặc biệt để thực hiện các chức năng điều khiển quá trình và xử lý thông tin.
PLC cỡ lớn (Large) là thiết bị phức tạp nhất có thể quản lý đến 2MB bộ nhớ và 16.000 điểm vào ra. PLC loại này có ứng dụng không hạn chế từ điều khiển một quá trình công nghệ đến điều khiển một phân xưởng, một nhà máy. Phương pháp phân loại PLC ở trên kết hợp với kiểu dáng chế tạo sẽ đưa ra các chủng loại PLC sau đây. Các PLC cỡ nhỏ thường được chế tạo ở dạng cố định (Compact, Fixed).
Với loại này, nguồn cung cấp,CPU và một số điểm vào/ra được chế tạo trên cùng một (Onboard). Ưu điểm cơ bản của PLC loại này là giá thành thấp, nhỏ, gọn và thích hợp các ứng dụng nhỏ. Số các điểm vào/ra trên PLC theo tỷ lệ 3:2, ví dụ, loại 10 điểm (6 vào, 4 ra), loại 20 điểm (12 vào, 8 ra), loại 30 điểm (12 vào, 18 ra) và loại 48 điểm, 60 điểm. Khi cần thiết có thể sử dụng các module vào/ra mở rộng.
Tuy nhiên với PLC loại này ít khi sử dụng cách mở rộng như vậy. Nhược điểm chính là tính mềm dẻo không cao, tốc độ xử lý chậm, bộ nhớ nhỏ, hạn chế số điểm vào/ra. Sơ đồ tổ chức PLC loại nhỏ, dạng cố định được trình bày trên hình dưới. Các PLC loại vừa và loại lớn được chế tạo ở dạng các module riêng biệt, có thể tháo, lắp dễ dàng (Modular).
Các module cơ bản là: nguồn, CPU, vào/ra. Đây là cấu trúc tiêu chuẩn của PLC, đảm bảo cho PLC được sử dụng một cách mềm dẻo và người sử dụng có nhiều lựa chọn cho cấu hình của mình. Các module được lắp vào các khe cắm (Slot) trên bảng mạch Bus (Bus Module, Backplane). Nguồn Các thiết bị đầu vào PLC KHỐI VÀO/RA MỞ RỘNG M Các thiết bị đầu ra M PLC loại nhỏ, dạng cố định.
Tổng quan về PLC và Fx5U của Mishubishi Module vào Module ra Module kết hợp vào/ra Module CPU nguồn PLC PLC Khe cắm (slot) Bảng mạch BUS (backplane) PLC loại vừa và lớn, dạng modul. Ứng dụng của PLC được chia làm 3 nhóm chính là: Đơn nhiệm (Single), đa nhiệm (Multitask) và quản lý điều khiển (Control Manegment). Ứng dụng đơn nhiệm là chỉ sử dụng một PLC duy nhất để điều khiển một quá trình kĩ thuật. Đó là một khối điều khiển độc lập, không có trao đổi thông tin với máy tính hoặc các PLC khác.
Cấu hình của hệ có thể dùng PLC các loại nhỏ, vừa hoặc lớn. Ứng dụng đa nhiệm thường sử dụng PLC cỡ vừa để điều khiển một công đoạn của dây truyền sản xuất hoặc để điều khiển một vài quá trình kỹ thuật với số lượng điểm vào/ra thích hợp. Mỗi PLC có thể thành một nút trong hệ điều khiển phức tạp (ví dụ: hệ điều khiển DCS). Khi đó, yêu cầu có sự trao đổi dữ liệu, thông tin giữa các PLC với nhau, hoặc giữa PLC và các thiết bị khác (như máy tính, trạm kĩ thuật.
Việc trao đổi dữ liệu, thông tin nhờ truyền thông mạng theo chuẩn công nghiệp. Ứng dụng quản lý điều khiển thường sử dụng các PLC cỡ lớn, với cấu hình của hệ là một mạng LAN điều khiển thống nhất, có sự trao đổi dữ liệu và thông tin giữa các thành phần của hệ. Trong đó PLC đóng vai trò là bộ điều khiển, đồng thời quản lý hoạt động toàn bộ hệ là trạm chủ (Master). Các PLC khác là các bộ điều khiển và đồng thời là thiết bị thu nhập dữ liệu phục vụ cho công tác quản lý và theo dõi hệ thống gọi trạm tớ (Slave).
Các kiểu chương trình Hiện nay có một số kiểu chương trình được qui chuẩn hóa quốc tế và gọi là tiêu chuẩn lập trình IEC-61131. Đó là: + Chương trình kiểu danh sách lệnh - Instruction List (IL), đây là ngôn ngữ bậc thấp thể hiện dưới các câu lệnh và chương trình là tập hợp một dãy lệnh liên tiếp giống với Assembler. Khi thể hiện ở dạng đồ họa có hình thức giống như vẽ mạch điện kinh điển và gọi là Ladder program. + Chương trình kiểu cấu trúc – Structured Text (ST), đây là ngôn ngữ bậc cao như C, nên thực hiện các phép gán giá trị các biến, gọi hàm và khối hàm, các biểu thức, các câu lệnh điều kiện và các vòng lặp.
+ Chương trình kiểu khối hàm – Function Block (FB): là một ngôn ngữ đồ họa, diễn tả quá trình theo dòng tín hiệu giữa các phần tử, khá tương tự với sơ đồ mạch điện tử logic. Function Block (FB) : là một ngôn ngữ đồ hoạ, diễn tả quá trình trên phương diện dòng tín hiệu giữa các phần tử; tương tự sơ đồ của các mạch điện tử. Tổng quan về PLC và Fx5U của Mishubishi Các kiểu chương trình PLC + Chương trình kiểu lưu đồ trạng thái tuần tự - Sequential Function Charts (SFC). SFC được phát triển từ ngôn ngữ GRAFCET (là một công cụ đồ họa miêu tả chuỗi hành động).
SFC là m ột công cụ rất mạnh trong miêu tả cấu trúc hệ thống điều khiển tuần tự. + Chương trình kiều khối điều khiển – Control Module (CM), là dạng lưu đồ điều khiển ở mức độ rất cao, trong đó không chỉ thể hiện logic điều khiển và các phép toán mà còn thể hiện cả các dữ liệu,, truyền thông… Mỗi kiểu chương trình có ưu-nhược điểm riêng, để kết hợp được các ưu điểm của từng loại vào một chương trình, hiện này các hãng đã thiết kế để cho phép trong một chương trình có thể lập trình đồng thời theo nhiều kiểu. Thông thường lấy chương trình Ladder là cốt, trong từng đoạn có thể chuyển sang dùng FB, ST… 1. Thiết bị và công cụ lập trình Để đưa chương trình vào PLC cần có công cụ lập trình tương ứng.
Thiết bị lập trình được sử dụng để soạn thảo chương trình, nạp vào bộ nhớ của PLC. Ngoài ra, thiết bị lập trình còn được sử dụng để theo dõi, gỡ rối, thay đổi lệnh, lưu giữ chương trình và thực hiện các thao tác điều khiển PLC.