Khám phá bộ điều khiển logic khả trình PLC

Bộ điều khiển logic khả trình PLC

Trong một điều tra gần đây nhất, với sự hợp tác cùng Reed Research, 548 người được hỏi đã chứng minh rằng PLC hiện đại đã đáp ứng được yêu cầu của họ. Trong đó, 57% sử dụng PLC cho các yêu cầu trong nhà máy và 22% sử dụng để bán lại. 21% còn lại mua chúng phục vụ cả hai mục đích trên. Các loại PLC sử dụng cho các ứng dụng này có số I/O rất khác nhau về số lượng các điểm I/O mà chúng điều khiển. Chủng loại đa dạng chỉ ra rằng kỹ sư điều khiển hầu hết đang sử dụng PLC loại nhỏ, có thể điều khiển từ 15 đến 128 điểm I/O, chiếm đến 38,7% số lượng PLC. PLC cỡ vừa, điều khiển từ 128 đến 512 điểm I/O, chiếm 32,7%, và PLC cỡ lớn hơn có thể thực hiện tới trên 512 điểm I/O, chiếm tới 18,4%. Được sử dụng ít nhất là PLC loại nano, điều khiển dưới 15 điểm I/O, chiếm khoảng 10,4%. Nói chung, PLC thực hiện điều khiển từ 15 đến 512 điểm I/O chiếm khoảng gần ¾ các thiết bị được bán ra.

Trung tâm Actech chuyên đào tạo: khóa học điện tử cơ bản, khóa học thiết kế tủ điện, khóa học lập trình plc s7 200, khóa học vi điều khiển pic....

Khám phá bộ lập trình plc

       Còn với PAC, bước phát triển của PLC, chúng ta sẽ khám phá ứng dụng của nó. Trong bài nghiên cứu năm ngoái, 44% người sử dụng đang xem xét sử dụng PC bền vững thay cho một PLC. Thậm chí với các tính năng tiên tiến của PAC, con số các kỹ sư điều khiển đưa ra xem xét để sử dụng giảm xuống đến 31%. Tương tự như vậy, kỹ sư điều khiển đang đưa ra xem xét liệu có thể sử dụng PAC trong các ứng dụng mới hay nâng cấp. Những người trả lời phỏng vấn cho biết rằng họ sẽ sử dụng PAC trong tương lai, hầu hết (75%) cho biết họ sử dụng để bổ sung cho PLC của họ. Số còn lại cho biết họ sẽ sử dụng chúng để thay thế PLC .

Lựa chọn kết nối mạng

       Ứng dụng quan trọng của PLC xuyên suốt ngành tự động hóa. Đúng như mong đợi, ứng dụng trong điều khiển máy móc vẫn phổ biến hơn cả (82%). Theo sau lần lượt là: điều khiển quá trình (74%), điều khiển chuyển động (55%), điều khiển mẻ (31%), các ứng dụng chẩn đoán (25%). Ứng dụng an toàn của PLC chỉ chiếm 1% (thấp nhất).

       Các phương pháp tương tác với hệ thống điều khiển khác là yếu tố quan trọng đối với sự linh hoạt của PLC hiện đại. Theo những người được hỏi, tương tác với mạng của họ là ứng dụng cơ bản khi sử dụng PLC (69%), với 31% được sử dụng như những thiết bị độc lập. Trong những thiết bị được sử dụng trong mạng, hầu hết được sử dụng với máy tính cá nhân hoặc PAC, ngang bằng với số lượng được kết nối với các PLC khác. Số lượng nhỏ nhất, hơn khoảng 5% so với các bộ phận nối mạng khác, được kết nối với các hệ thống điều khiển phân tán.

       Các Protocol kết nối mạng PLC cũng đem lại độ linh hoạt không giới hạn cho kỹ sư điều khiển. Mặc dù có các thói quen sử dụng rõ ràng như Ethernet, Serial RS-232/RS-485, và 4-20 mA, danh sách các protocol nối mạng được sử dụng còn dài. Sau đây là một số các thí dụ tiêu biểu:

                       DeviceNet

                       Allen-Bradley Remote I/O

                       Modbus

                       ControlNet

                       Wireless protocol

                       Profibus

                       HART

       Ngôn ngữ lập trình PLC cũng được sử dụng linh hoạt, nghiên cứu cũng chỉ ra những xu hướng rõ ràng trong lựa chọn. Các phương pháp lập trình ladder diagram (96%) và function block (50%) đứng đầu danh sách này. Chúng còn giữ vị trí như năm 2005 (xem biểu đồ). Rõ ràng, lập trình ladder diagram sẽ khó mà bị đánh bật khỏi vị trí độc tôn, bên cạnh việc ngôn ngữ lập trình function block đã có những bước tiên vượt bậc trong một vài năm gần đây. Structured text cũng đã có bước tiến nhảy vọt khi chuyển từ vị trí thứ 6 năm 2005 với 13% lên vị trí thứ 3 năm 2007 với 24%. Lập trình C là kẻ thất bại nặng nền nhất, giảm từ vị trí thứ 4 năm 2005 xuống còn thứ 6 năm nay. Lập trình instruction list cũng không khá hơn khi rơi từ vị trí thứ 5 xuống vị trí thứ 7 trong cùng giai đoạn này.

        Quá trình lựa chọn PLC không bao giờ là một nhiệm vụ dễ dàng. Tuy nhiên, có rất nhiều đặc điểm rất quan trọng khi xác định, giới thiệu và mua 1 PLC. Theo những người trả lời trong survey này, hỗ trợ truyền thông xếp ở vị trí đầu tiên. Tính năng PID, thời gian quét nhanh, toàn bộ tính năng bộ nhớ, khả năng hỗ trợ chuyển động, bộ nhớ có thể di chuyển, và các tính năng không dây.

       Liệu kỹ sư điều khiển có nghĩ rằng họ đang có được những gì mà mình mong muốn từ nhà cung cấp PLC? Những khách hàng cảm thấy thỏa mãn chiếm đến 95% những người trả lời, chỉ còn 5% kêu ca phàn nàn. Hai đánh giá rất đơn giản từ nhiều người trả lừoi cho survey đã tổng kết cảm nhận của họ về quá trình lựa chọn PLC. Với kỹ sư đầu ngành, “tiêu chuẩn hóa” và “không mua thêm những PLC phức tạp hơn cần thiết” là những tiêu chí quan trọng trong quá trình lựa chọn.

Khi mua PLC, bạn cần cân nhắc điều gì?

       Mặc dù có đến 53% số lượng người trả lời cho rằng việc mua PLC sẽ duy trì trong năm tới, thị trường dường như vẫn còn nhôn nhịp. Việc mua sắm hàng công nghiệp vẫn duy trì mạnh mẽ và 38% số người tham gia survey dự đoán rằng việc mau bán PLC sẽ tăng lên trong tương lai (trên 12 tháng tới). Và đặc điểm nào được cho là sẽ quy định việc mua sắm trong tương lai? Đặc điểm sau đây là những tính năng rất quan trọng được sắp xếp theo trật tự giảm dần:

Phần mềm lập trình đa năng sử dụng cho nhiều nền tảng phần cứng

                  PLC với nhiều hệ thống phụ I/O từ xa

                  PLC với modul I/O tích hợp

                  PLC I/O nối mạng với PC

                  Xử lí và I/O dự phòng

                  Vi PLC

                 PLC Web bao gồm công cụ khai báo e-mail/phone và cảnh báo

                  PLC với xử lí PC

                  PLC nano

                  Điều khiển PC mạnh mẽ với phần mềm logic linh hoạt

                  Công cụ cài đặt.

       “Không nên tìm kiếm phần cứng có chi phí thấp; bởi việc đào tạo lại về phần mềm lập trình sẽ rất tốn kém. Lấy hai nhà cung cấp và so sánh” là một hình thức trả lời phổ biến.

       Một kỹ sư điều khiển khác thì cho rằng, “Đó là phần mềm lập trình. Sự khác nhau giữa các nhà cung cấp về khả năng sử dụng của phần mềm lập trình là bộ vi phân lớn hơn so với các đặc điểm phần cứng”. Cuối cùng, một số người tham gia đã rút ra kết luận, “Ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn thực sự là một yếu tố cực kỳ quan trọng”.

XEM THÊM NGAY

Giới thiệu về PLC S7 200 của hãng Siemens

Giới thiệu về PLC S7 200

S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số (CPU226). Ta có thể mở rộng số đầu vào/ ra nhờ các module mở rộng. Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển Logic một cách dễ dàng.

Trung tâm Actech chuyên đào tạo các khóa: điện tử cơ bản, thiết kế tủ điện, lập trình PLC S7 200, vi điều khiển pic....

PLC S7-200 của SIEMENS thuộc vào nhóm các PLC loại nhỏ vì chỉ có thể quản lý một số lượng đầu vào/ra ít, bộ nhớ chương trình và dữ liệu nhỏ, sử dụng các ngôn ngữ lập trình như STL (Statement List), LAD (Ladder Logic), FBD (Funtion Block Diagrams). Tuy nhiên, PLC S7-200 lại được tích hợp sẵn các tính năng phong phú, do vậy nó có khả năng đáp ứng được các yêu khác nhau của máy móc, thiết bị công nghiệp.

Cấu tạo PLC S7 200

S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số (CPU226). Có thể mở rộng số đầu vào ra nhờ các module mở rộng. Các đầu vào của S7-200 sử dụng mức 24 VDC rất thích hợp cho việc kết nối với các cảm biến tiệm cận hay cảm biến quang. PLC cũng có luôn đầu cấp nguồn 24 VDC cho các đầu vào, có bảo vệ quá dòng.

Đầu ra có hai sự lựa chọn: đầu ra transistor cho ra điện áp DC phù hợp với các ứng dụng như hút van 24 VDC chiều công suất nhỏ, relay trung gian.., đặc biệt là đầu ra kiểu này có thể sử dụng để phát ra xung cho chức năng PTO hay PWM.

Chức năng của PLC S7 200

Chức năng chính của PLC là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, liên động. Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển Logic một cách dễ dàng. Đặc biệt nó có các lệnh phát hiện ra các sườn xung cho phép ta xử lý thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu. Nếu cần xử lý các thời điểm chuyển trạng thái nhanh hơn ta có thể sử dụng ngắt.

Bên trong S7-200 có tích hợp một đồng hồ thời gian thực. Ta có thể sử dụng nó cho các ứng dụng điều khiển thời gian dài hay các ứng dụng mà việc điều khiển phụ thuộc vào thời gian trong ngày (như điều khiển đèn giao thông) hay có thể theo mùa trong năm (đèn chiếu sáng).

Về mặt xử lý toán học, S7-200 có cả các lệnh toán học cho số nguyên và số thực. Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm cho số nguyên thường và số nguyên 4 byte. Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, sin, cos, tan, ln, exp và đặc biệt là lệnh PID cho điều khiển vòng kín. Các lệnh trên đủ để xử lý các số liệu trong các ứng dụng điều khiển đơn giản, tuy nhiên để thực hiện chúng tốn khá nhiều thời gian của PLC. Lệnh PID sử dụng để điều khiển vòng kín cho các đầu vào/ra tương tự, ra PWM và các dữ liệu khác.

Do thời gian thực hiện lệnh PID lâu cho nên S7-200 chỉ có khả năng thực hiện vài vòng kín với thời gian lấy mẫu từ vài ms đến vài trăm ms thoả mãn cho các ứng dụng biến thiên chậm (điều khiển nhiệt độ..). Nếu ta đặt thời gian lấy mẫu nhỏ hay thực hiện nhiều vòng kín có thể dẫn đến quá tải PLC và làm PLC bị lỗi. Để đơn giản cho việc lập trình điều khiển vòng kín, MicroWin có công cụ cho phép người dùng khai báo dễ dàng.

Ngoài các bộ đếm bằng phần mềm thực hiên theo chu kỳ quét của chương trình, S7-200 có các bộ đếm bằng phần cứng (HSC-High speed counter). Có tối đa 6 bộ HSC trong S7-200, ta có thể lập trình nó theo 1 trong 13 chế độ khác nhau để đếm thuận/nghịch hay bộ đếm hai pha (dùng cho Encoder) với các đầu vào điều khiển.

Tần số cao nhất mà các bộ đếm này có thể đếm được là 30 kHz với xung 1 pha và 20 kHz với xung hai pha. Các bộ đếm này cho phép S7-200 có thể kêt nối với các máy phát tốc xung để đo tốc độ động cơ, hay với Encoder để đo tốc độ và chiều quay cũng như đo khoảng di chuyển trong các máy gia công cơ khí.

Ứng dụng của PLC S7 200

S7-200 có hai đầu ra xung tại Q0.0 và Q0.1 mà nó có thể sử dụng để phát ra PulseTrain Output (PTO) hay Pulse Width Modulation (PWM). Với chức năng PWM ta có thể dùng nó để điều khiển điện áp ra với các ứng dụng có công suất lớn bằng các thay đổi tỉ lệ giữa thời gian bật (Ton) và thời gian tắt (Toff). Độ phân giải của thời gian này là 1ms. Nó sử dụng cho điều khiển tốc độ động cơ một chiều hay điều khiển nhiệt độ. Với chức năng PTO ta có thể lập trình để đầu ra bắn ra một số xung vuông với tần số nào đó. Các xung này có thể chia ra thành nhiều đoạn với tần số có thể tăng dần hay giảm dần. Nó thích hợp cho các ứng dụng như là điều khiển động cơ bước chẳng hạn.

S7-200 có một hay hai cổng thông tin sử dụng chuẩn RS-485. Các cổng này có thể làm việc ở chế độ PPI (Point to Point Interface), MPI (Mulipoint Interface) hay chế độ Free Port. Ở chế độ PPI hay MPI cho phép S7-200 có thể kết nối với máy lập trình để truyền/nạp chương trình hay sử dụng các tiện ích khác. Nó cũng cho phép các PLC kết nối với nhau để trao đổi dữ liệu hay kết nối với các màn hiển thị khác (TD200, OP3, OP7….).

Một số S7-200 có tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng. Nó cho phép S7-200 có thể tham gia vào mạng Profibus như là một Slave thông minh. Ở chế độ Free port người dùng có thể tự do định nghĩa và lập trình cổng thông tin cho ứng dụng của mình để có thể kết nối S7-200 với vi điều khiển, máy tính hay các thiết bị khác (bar code, printer…). Ta cũng có thể dùng tiện ích có sẵn trong MicroWin để khai báo cho S7-200 thực hiện giao thức USS để kết nối với các biến tần của SIEMENS hay giao thức ModBus.

XEM THÊM NGAY

Giới thiệu về điều khiển lập trình PLC

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (programmable controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Moto – Mỹ) . Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và công kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy cá nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình.

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programmable controller handle) đầu tiên được ra đời năm 1969. Điều này đã tạo ra một sự phát triển thật sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình. Trong giai đoạn này các hệ thông điều khiển lập trình PLC chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. 

Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The diagroom format). Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thông PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng ngày trở nên thuận tiện hơn.

Lập trình PLC phát triển ra sao?

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: hệ thống ngõ/ra có thể tăng lên đến 8.000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (word of memory). Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thông PLC riêng lẻ thành một hệ thông PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc đọ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp số lượng cổng ra/ vào lớn.

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác qua CIM (Computer Intergrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam…ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence) còn gọi là các siêu PLC (super PLCS) cho tương lai.

→→→Khóa học lập trình PLC S7 200←←←

XEM THÊM NGAY