báo cáo môn học tìm hiểu và lập trình điều khiển robot harmo sử dụng plc omron và cx one

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ

BÁO CÁO MƠN HỌC

NHĨM 6: TÌM HIỂU VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT HARMO SỬ DỤNG PLC OMRON VÀ CX-ONE

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN THỊ THANH HẢI

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

CHƯƠNG 1. ROBOT HARMO ... 6

1.1 Giới thiệu về robot Harmo ... 6

2.3 Mơ phỏng hệ thống khí nén của robot Harmo trên Automation Studio .. 30

2.4 Bài tập lập trình điều khiển robot Harmo ... 31

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

LỜI NÓI ĐẦU

Trong q trình cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, tự động hóa đóng vai trị quan trọng khơng thể phủ nhận. Mục tiêu là nâng cao hiệu suất của dây chuyền sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm, gia tăng sức cạnh tranh, tạo điều kiện lao động tốt hơn và nâng cao năng suất lao động. Điều quan trọng nhất là hệ thống sản xuất phải linh hoạt để đáp ứng những thách thức ngày càng đa dạng.

Trong bối cảnh này, robot công nghiệp, đặc biệt là các tay máy robot, đóng vai trị quan trọng trong việc xây dựng những hệ thống linh hoạt này. Robot công nghiệp được thiết kế như những cơ cấu chuyển động tự động có khả năng lập trình và lặp lại các tác vụ theo các chương trình đã được xác định trước. Chúng có khả năng định vị, định hướng, và di chuyển các đối tượng vật chất theo các quỹ đạo đã được lập trình, từ chi tiết nhỏ đến đạo cụ lớn. Robot công nghiệp, với khả năng linh hoạt và lập trình lại, trở thành những cơng cụ khơng thể thiếu để tự động hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất lao động. Đồng thời, chúng đóng vai trị quan trọng trong việc giảm bớt công việc nặng nhọc và độc hại cho con người, đồng thời giúp tăng cường sự giám sát của con người trong quá trình sản xuất. Điều này khơng chỉ mang lại lợi ích về năng suất mà cịn đảm bảo an tồn và chất lượng sản phẩm.

Đề tài "Tìm hiểu và lập trình điều khiển robot Harmo sử dụng PLC Omron và CX-One" là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng kiến thức từ học phần "Kỹ thuật lập trình robot cơng nghiệp" vào thực tế. Với nhiều ứng dụng quan trọng, đề tài này mở ra cánh cửa cho sự sáng tạo và ứng dụng rộng rãi của robot trong các lĩnh vực như vận chuyển, xếp hàng, và nhiều ứng dụng khác, mang lại sự linh hoạt, tự động hóa, và chính xác trong quá trình sản xuất.

Trong quá trình thực hiện, đề tài vẫn cịn những hạn chế và thiếu sót. Chúng em mong nhận được sự hỗ trợ và góp ý của q thầy cơ để cho đề tài trở nên hoàn thiện hơn. Chúng em xin cảm ơn cô Trần Thị Thanh Hải đã hướng dẫn tận tình, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho chúng em tìm hiểu, nghiên cứu cũng như phát triển và hoàn thiện đề tài này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

4 DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Kết cấu trục X của robot Harmo ... 7

Hình 1.2 Kết cấu trục Y của robot Harmo ... 8

Hình 1.3 Khâu tịnh tiến dọc trục Z ... 8

Hình 1.4 Kết cấu cổ tay của robot ... 9

Hình 1.5 Cấu hình robot Harmo ... 9

Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn số khâu, số khớp của robot Harmo ... 10

Hình 1.7 Hệ trục tọa độ và bộ tham số DH ... 11

Hình 1.8 Hệ tọa độ của robot Harmo ... 12

Hình 1.9 Sơ đồ mạch điều khiển khí nén trong robot Harmo ... 13

Hình 2.1 PLC Omron ... 16

Hình 2.2 Sơ đồ minh họa cấu trúc PLC ... 17

Hình 2.3 Load (LD) và Load Not (LD NOT) ... 19

Hình 2.4 AND và AND NOT ... 19

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống khí nén robot Harmo ... 30

Hình 2.16 Phân bố các vị trí theo yêu cầu đề bài ... 31

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các loại Bus trong hệ thống điều khiển PLC ... 18

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

6 CHƯƠNG 1. ROBOT HARMO

1.1 Giới thiệu về robot Harmo

Robot Harmo UE700SW-2R là một robot công nghiệp được đặt trong dây chuyền công nghệ ép nhựa, giai đoạn thốt phơi từ máy ép. Trong cơng nghệ này, thơng thường sẽ có một xi lanh thủy lực riêng để điều khiển đóng mở khn và đẩy sản phẩm ra ngồi sau khi đã được làm nguội trong khn. Nhưng với những sản phẩm cần phải qua một khâu kế tiếp trong q trình cơng nghệ, hoặc những sản phẩm có yêu cầu cao về vấn đề vệ sinh sạch sẽ thì cần trang bị một tay máy chuyên để gắp sản phẩm ra từ khuôn đúc và đặt ra các vị trí khác như băng chuyền, vị trí gia cơng tiếp theo, ... bảo đảm quy trình ép các sản xuất nhựa tự động hoàn toàn trên một dây chuyền sản xuất.

Đặc tính kỹ thuật của robot

Robot Harmo nhãn hiệu UE700SW – 2R có 4 bậc tự do với 3 bậc tịnh tiến theo các phương X, Y, Z và 1 bậc tự do quay 90 quanh trục X. Bậc tự do tịnh °tiến dọc trục X được thực hiện nhờ động cơ điện, các bậc tự do theo Y, Z và quay quanh X thực hiện nhờ các xy lanh khí nén.

Bậc tự do tịnh tiến dọc trục X.

Với chuyển động tịnh tiến dọc trục X đưa toàn bộ cánh tay máy cùng di chuyển, bậc tự do được bố trí một động cơ M1 lắp thơng qua một hộp giảm tốc đưa ra vận tốc cuối cùng. Bao gồm các kết cấu sau:

Động cơ M1 đóng vai trị là nguồn động lực có thơng số: Công suất 0.2kW, nguồn 220V-3 pha, n = 1500 vòng/phút, tần số f = 50/60Hz. Inverter đóng vai trị điều khiển nguồn động lực.

Thanh răng với thông số: 1860x20x20, mô đun m = 2. Bánh răng với thông số: số răng Z = 30, mô đun m = 2. Hai cảm biến vị trí CB1 vị trí Home và CB2 vị trí ngồi cùng.

Hai thanh trượt đi én có tác dụng dẫn hướng cho chuyển động của bậc tự do.

Bốn phiến trượt bi đỡ toàn bộ khối lượng của cánh tay robot, kết cấu ma sát bi này đã giải quyết vấn đề ma sát trong chuyển động của robot. Hộp giảm tốc với thông số tỉ số truyền là 1:10.

Encoder bộ đếm kiểu con chuột có tác dụng kiểm sốt và điều khiển hành trình của cánh tay robot.

Chiều dài thông dụng: 1850 mm. Giới hạn dịch chuyển: 1600 mm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Hình 1.1 Kết cấu trục X của robot Harmo

Bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y.

Bậc tự do tịnh tiến theo trục Y được thực hiện nhờ chuyển động tịnh tiến khứ hồi của piston trong xylanh, trong đó trục của piston và xylanh trùng với trục Y, xylanh được gắn cố định, piston dịch chuyển.

Các chi tiết và cụm chi tiết chính trong bậc tự do tịnh tiến theo trục Y: Xylanh khí nén tác động kép.

Động cơ đặt cữ. Bộ truyền đai. Cữ giới hạn hành trình. Khớp nối truyền momen quay.

Sống trượt dẫn hướng chuyển động thẳng. Kết cấu khung đỡ.

Các loại ổ bi trượt dọc trục và quay quanh trục. Chiều dài phương Y: 1200 mm.

Giới hạn chuyển động trục Y: 500 mm.

Trên bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y sử dụng ba khớp tịnh tiến. Trong đó một khớp tịnh tiến gắn với chuyển động của piston và xylanh tham gia thực hiện các thao tác của robot. Hai khớp tịnh tiến cịn lại sử dụng cho q trình đặt cữ làm việc của robot. Các khớp tịnh tiến trên trục Y có thể hoạt động độc lập với nhau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Tay máy của robot làm bằng vật liệu nhôm, là vật liệu có thể chịu đựng được những điều kiện khắc nghiệt như mang những vật nặng và cồng kềnh, lý do được giải thích đơn giản là bởi vì robot này được chế tạo để làm việc tích hợp với máy ép nhựa, mà nhiệm vụ là gắp sản phẩm ra khỏi khuôn ép (đòi hỏi phải tác động và đảo chiều nhanh nên qn tính khơng được q lớn, hay bị giới hạn về mặt khối lượng). Vì thế nên tay máy phải làm sao cho càng đơn giản, gọn nhẹ càng tốt.

Kích thước chiều dài phương Z: 1050 mm, giới hạn chuyển động trục Z: 600 mm.

Hình 1.3 Khâu tịnh tiến dọc trục Z

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Bậc tự do quay quanh trục X.

Bậc tự do quay này thực hiện nhiệm vụ quay bàn kẹp quanh trục OX để đưa bàn kẹp tới hai vị trí song song với phương ngang (vị trí HORIZONTAL) và vị trí vng góc với phương ngang (vị trí VERTICAL) như một cổ tay người, nên có thể gọi bậc tự do này là cổ tay của robot. Hoạt động của nó hồn tồn được thực hiện bằng khí nén. Chuyển động quay này làm cho chi tiết không những được di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác mà còn được thay đổi cả trạng thái (tư thế) của chi tiết.

Hình 1.4 Kết cấu cổ tay của robot

Cấu hình của robot Harmo được thể hiện như hình sau:

Hình 1.5 Cấu hình robot Harmo

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

10 1.2 Động học robot Harmo

Bậc tự do

Robot Harmo nói riêng và robot cơng nghiệp nói chung là loại thiết bị tự động nhiều công dụng. Nên cơ cấu tay máy của chúng phải được cấu tạo sao cho bàn kẹp giữ vật kẹp theo một hướng nhất định nào đó và di chuyển dễ dàng trong vùng làm việc. Muốn vậy cơ cấu tay máy phải có được một số bậc tự do chuyển động nhất định.

Thông thường các khâu của cơ cấu tay máy được nối ghép với nhau bằng các khớp quay hoặc khớp tịnh tiến gọi là khớp động. Các khớp quay và khớp tịnh tiến đều thuộc khớp động loại 5. Trong cơ cấu tay máy các khâu nối liên tiếp với nhau gọi là cơ cấu chuỗi hở và thông thường mỗi khâu động gắn liền với một nguồn động lực riêng, cho nên đối với các loại cơ cấu dung các khớp động loại 5 thì số bậc tự do của cơ cấu bằng chính số khâu động.

Trong trường hợp chung có thể tính tốn số bậc tự do của robot theo công thức thông dụng:

𝑊 = 6𝑛 − ∑ 𝑖𝑃 Trong đó:

n: Số khâu động 𝑃 : Số khớp loại i

Để xác định số bậc tự do trên robot Harmo ta cũng dựa vào số khâu và số khớp thuộc loại nào. Ta có sơ đồ động của robot Harmo như dưới đây:

Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn số khâu, số khớp của robot Harmo

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Dựa trên sơ đồ trên ta thấy rằng kết cấu của robot Harmo gồm có 5 khâu: khâu 0 là khâu cố định, các khâu 1, 2, 3, 4 đều là các khâu động; 4 khớp bao gồm 3 khớp tịnh tiến và 1 khớp quay. Khớp giữa khâu 0 và 1, khớp giữa khâu 1 và 2, khớp giữa khâu 2 và 3 là khớp tịnh tiến loại 5, khớp giữa khâu 3 và 4 là khớp quay loại 5.

Áp dụng công thức tổng quát trên ta có số bậc tự do của robot Harmo là: 𝑊 = 6𝑛 − ∑ 𝑖𝑃 = 6.4 − 5.4 = 4

Thiết lập hệ tọa độ của robot

Hình 1.7 Hệ trục tọa độ và bộ tham số DH

Phương pháp Denavit-Hartenberg đã đề xuất quy tắc dựng các hệ trục tọa độ gắn liền các khâu như sau:

Trục 𝑧 là trục của khớp (i) nối khâu (i-1) với khâu (i).

Trục 𝑥 là đường vng góc chung của hai trục 𝑧 và 𝑧 , hướng từ 𝑧 sang 𝑧 , gốc 𝑂 là giao điểm của 𝑧 với 𝑥 .

Trục 𝑦 được chọn theo quy tắc tam diện thuận.

Theo quy tắc này, trong các trường hợp sau đây việc xây dựng hệ tọa độ khâu là không duy nhất:

Hệ tọa độ 0 mới chỉ có trục 𝑧 xác định, cịn lại gốc 𝑂 và hướng trục 𝑥 có thể chọn tùy ý.

Hệ tọa độ n, do không có khớp (n+1), trục 𝑧 có thể chọn tùy ý và trục 𝑥 phải vng góc với 𝑧 . Thông thường nếu khớp n là khớp quay, nên chọn trục song song với 𝑧 𝑧 .

Nếu hai trục khớp liên tiếp song song, thì đường vng góc chung là không duy nhất.

Nếu hai trục khớp liên tiếp giao nhau, thì hướng của trục x là tùy ý. Nếu khớp (i) là tịnh tiến, chiều trục là tùy ý. 𝑧

Từ đó, ta có hệ tọa độ của robot Harmo như hình vẽ sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

𝑎 : Khoảng dịch chuyển giữa 2 trục khớp động kề nhau.

𝛼 : Góc lệch giữa trục của 2 khớp động liền kề, là góc quay quanh trục 𝑥sao cho trục 𝑧 chuyển đến trục 𝑧 theo quy tắc bàn tay phải. 𝑑 : Dịch chuyển tịnh tiến giữa hai đường vng góc chung của 2 trục. 𝜃 : Góc giữa 2 đường vng góc chung. Là góc quay quanh trục 𝑧 để

trục 𝑥 chuyển đến trục 𝑥 theo quy tắc bàn tay phải.

Bộ thông số: 𝜃 , 𝑑 , 𝑎 , 𝛼 được gọi là bộ thông số Denavit – Hartenberg hoặc viết tắt là bộ thông số DH.

Dựa trên sơ đồ động sau khi đã được gắn hệ tọa độ của robot Harmo, ta có thể xác định được bộ thông số DH như sau:

Thông số 𝛼 của robot Harmo được xác định 𝛼 = 90 , ° 𝛼 = 90 , ° 𝛼 = 90 , °𝛼 = 0°.

Do các khớp động 1, 2, 3 đều là khớp tịnh tiến nên 𝑑 , 𝑑 , 𝑑 ≠ 0. Khớp động 4 là khớp quay nên 𝑑 = 0.

Các khớp động giữa các khâu 0, 1, 2, 3 đều là khớp tịnh tiến nên 𝑎 = 𝑎 = 𝑎 = 0. Khớp động giữa khâu 3 và khâu 4 là khớp quay nên có 𝑎 ≠ 0, 𝑎bằng khoảng cách giữa tâm trục quay và tâm má kẹp.

Thông số 𝜃 của robot Harmo được xác định: 𝜃 = 𝜃 = 𝜃 = 90°, 𝜃 = 𝜃 .

Các biến khớp: 𝑑 , 𝑑 , 𝑑 , 𝜃 .

Ta có bảng thông số DH của robot Harmo như sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hình 1.9 Sơ đồ mạch điều khiển khí nén trong robot Harmo

Giải thích các phần tử trong sơ đồ mạch điều khiển khí nén:

điện từ, vị trí mặc định được thực hiện bởi lò xo.

2 Van đảo chiều 5 cửa, 2 vị trí, cả hai vị trí đều được điều khiển bằng điện từ.

3 Van đảo chiều 4 cửa, 2 vị trí, một vị trí điều khiển bằng điện từ, một vị trí mặc định được th ực hiện bởi lò xo.

4 Xy lanh tác động 1 chiều, chuyển động lùi về nhờ lò xo.

5 Xy lanh tác động 2 chiều với piston tác động một đầu cần

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

14

Nguyên lý hoạt động của mạch khí nén:

Máy nén khí tạo ra nguồn năng lượng khí nén cho hệ thống. Khí nén được cung cấp từ máy nén khí đến bộ điều áp, tại đây khí nén được giữ ở áp suất phù hợp để bảo đảm an toàn và hệ thống hoạt động bình thường. Van tiết lưu trong hệ thống được điều chỉnh trực tiếp bằng tay tới khi đạt được tốc độ thích hợp của piston. Van đảo chiều hoạt động nhờ các nam châm điện từ và lò xo, do đó việc điều khiển các van này được thực hiện thông qua bộ điều khiển PLC.

Hoạt động của bậc tự do tịnh tiến dọc trục X:

Khí nén từ bộ điều áp được đưa tới van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí. Khi chưa có tín hiệu cung cấp từ PLC tới van, khí nén được cung cấp vào van đảo chiều qua cửa B đi ra qua cửa E, qua van tiết lưu vào buồng bên phải của xylanh đẩy piston chuyển động lùi về vị trí mặc định của robot. Đồng thời khơng khí từ buồng bên trái của xylanh bị đẩy tới cửa D của van đảo chiều và thốt ra ngồi qua cửa A. Khi PLC cung cấp tín hiệu điều khiển tới cuộn dây điện từ của van, nam châm điện sẽ tác động vào con trượt của van đảo chiều làm con trượt dịch chuyển đóng cửa A, mở cửa C. Lúc này khí nén vào van đảo chiều qua cửa B, đi ra qua cửa D qua van tiết lưu vào buồng bên trái của xylanh đẩy piston tịnh tiến ra, trong buồng bên phải của xylanh khí nén bị đẩy qua van tiết lưu vào cửa E của van đảo chiều và thoát ra ngoài qua cửa C.

Hoạt động của bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y:

Bậc tự do tịnh tiến dọc trục Y cũng được điều khiển bằng van đảo chiều 5 cửa 2 vị trí nên có hoạt động giống bậc tự do tịnh tiến dọc trục X với vị trí an tồn được xác định khi tay kẹp robot ở vị trí cao nhất

Hoạt động của bàn tay kẹp:

Bàn tay kẹp được điều khiển vị trí nằm ngang hay thẳng đứng bằng van đảo chiều 5 cửa, 2 vị trí, cả 2 vị trí đều được điều khiển bằng điện từ. Khi PLC cấp tín hiệu điều khiển vào cuộn dây số 1, cửa a bị đóng, khí nén được cung cấp vào van đảo chiều qua cửa b đi ra qua cửa d vào buồng bên trên của xylanh, đẩy piston đi xuống làm quay bàn tay kẹp nằm ngang, khí nén từ buồng dưới của xylanh đi qua van tiết lưu vào van đảo chiều qua cửa e và thốt ra ngồi qua cửa c. Ngược lại, khi PLC cấp tín hiệu tới cuộn dây số 2, cửa c bị đóng lại, khí nén được cung cấp vào van đảo chiều qua cửa b đi ra qua cửa e vào buồng dưới của

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

xylanh, đẩy piston đi lên làm cho bàn tay kẹp quay tới vị trí thẳng đứng, khí nén từ buồng bên trên của xylanh đi qua van tiết lưu vào van đảo chiều qua cửa d và thốt ra ngồi qua cửa a.

Hoạt động kẹp – nhả của bàn tay kẹp được điều khiển thông qua van đảo chiều 4 cửa 2 vị trí, một vị trí điều khiển bằng điện từ, vị trí mặc định được thực hiện bằng lị xo. Khi khơng có tín hiệu từ PLC, van ở vị trí mặc định, nối thơng xylanh với khơng khí bên ngồi, lị xo trong xylanh đẩy piston về trạng thái nhả kẹp, khí nén trong xylanh bị đẩy qua cửa d vào van đảo chiều, ra ngồi qua cửa b của van. Khi có tín hiệu từ PLC cấp cho cuộn dây điện từ, cửa b, d đóng lại, cửa a, c mở ra, dịng khí nén được cấp vào van đảo chiều qua cửa a ra khỏi van cửa c vào buồng xylanh, đẩy piston tịnh tiến ra kẹp chặt chi tiết.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

16 CHƯƠNG 2. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT HARMO

2.1 Hệ thống điều khiển PLC Giới thiệu chung

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic có khả năng lập trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình sơ đồ thang hoặc Statement (STL).

Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim của hệ thống điều khiển. Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ của PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập, dựa vào chuơng trình logic để xử lý tín hiệu và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bị xuất.

PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thơng có thể điều khiển một quá trình phức hợp.

Bộ điều khiển PLC OMRON hiện đang sử dụng rộng rãi trên thị trường với giá thành thấp nhưng chức năng vô cùng lớn. Các bộ điều khiển lập trình của hãng PLC Omron rất đa dạng, những loại PLC nên tạo thành từ những module rời kết nối lại với nhau, có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ và mở rộng các ngõ vào, ra. Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa dạng trong thực tiễn. Ngồi ra, hãng PLC Omron cịn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc cố định, các PLC Omron này chỉ được sử dụng cho các công việc đặc biệt nên khơng địi hỏi tính linh hoạt cao. Các PLC Omron đều có cấu trúc gồm: bộ nguồn, CPU, các Port I/O, các modul I/O đặc biệt. Để có được một bộ PLC hồn chỉnh thì ta phải lắp ráp các modul này lại với nhau. Việc kết nối này thực hiện khá đơn giản và cho phép thay thế dễ dàng.

Hình 2.1 PLC Omron

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

PLC Omron CPM2A

Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ và mạch nhập/xuất tín hiệu. CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý trung tâm được trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng từ 1 đến 8 MHz. Tần số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thơng tin trong PLC được truyền dưới dạng các tín hiệu số. Các đường dẫn bên trong truyền các tín hiệu số được gọi là Bus. CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệu giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động điều khiển nội bộ. Bus hệ thống được sử dụng để truyền thông giữa các cổng và thiết bị nhập/ xuất.

Hình 2.2 Sơ đồ minh họa cấu trúc PLC

CPU: Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung CPU có: Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

18 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Hệ thống PLC gồm 4 loại bus như sau:

Bảng 2.1 Các loại Bus trong hệ thống điều khiển PLC

1 Bus dữ liệu Tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU. Bộ xử lý 8 bit có 1 bus dữ liệu có thể thực hiện các phép toán giữa các số 8 bit và phân phối các kết quả theo giá trị 8 bít.

2 Bus địa chỉ Tải các địa chỉ và vị trí trong bộ nhớ. Mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địa chỉ duy nhất sao cho dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định.

3 Bus điều khiển Mang các tín hiệu được CPU sử dụng để điều khiển. Ví dụ: Thơng báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hóa các hoạt động.

4 Bus hệ thống Truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và các thiết bị nhập/xuất.

Bộ nhớ: Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ như:

Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read only Memory): Cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng.

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM (Random Access Memory): Là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên. Dữ liệu lưu trữ trên bộ nhớ RAM sẽ bị xóa hết khi mất điện.Bộ nhớ RAM thường hoạt động nhanh và dễ dàng nạp chương trình điều khiển ứng dụng cũng như các dữ liệu. Một số bộ nhớ RAM sử dụng pin để lưu nội dung nhớ khi mất điện.

Bộ nhớ EEPROM (Ellectrically Erasable Programable Read only Memory): Là bộ nhớ tĩnh có khả năng ghi và xóa bằng cách lập trình lại. EEPROM dùng để ghi chương trình ứng dụng.

Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên, để tránh mất mát chương trình khi nguồn cơng suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy hoặc pin để duy trì nội dung RAM trong một thời gian nhất định. Sau khi được cài đặt vào RAM chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EEPROM, thường là module có khóa nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu. Ngồi ra cịn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất (I/O).

Lập trình PLC bằng ngơn ngữ sơ đồ thang (LADDER)

PLC thông thường sử dụng 5 ngôn ngữ lập trình theo tiêu chuẩn IEC 61131-3: LAD; FDB; IL; ST; SFC.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Ngôn ngữ lập trình sơ đồ thang là ngơn ngữ lập trình bằng đồ họa. Các phần tử cơ bản trong chương trình tương đương với các phần tử của mạch điều khiển role. Các phần tử này được nối với nhau sẽ tạo thành các bậc “thang” hay “Network” tạo thành sơ đồ dạng bậc thang. Như vậy, việc lập trình theo sơ đồ thang tương đương với vẽ mạch điện logic điều khiển với các đầu ra có quan hệ phụ thuộc nhất định đối với đầu vào.

Sơ đồ thang gồm hai đường dọc biểu diễn đường dẫn công suất. Các mạch được kết nối theo đường ngang (các nấc thang) giữa hai đường dọc này. Mỗi nấc thang xác định một hoạt động trong quá trình điều khiển và đều phải bắt đầu với ít nhất một đầu vào và kết thúc với ít nhất một đầu ra. Sơ đồ được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống dưới. Cuối một chương trình bao giờ cũng phải có câu lệnh kết thúc chương trình.

Các lệnh lập trình cơ bản:

2.1.3.1. Lệnh tiếp điểm: Load (LD) và Load Not (LD NOT)

Lệnh LOAD hay LOAD NOT là lệnh tiếp điểm thường hở & tiếp điểm thường đóng, dùng làm điều kiện khởi đầu một thang mới trong sơ đồ bậc thang và có chức năng giống với một tiếp điểm của sơ đồ điện.

Hình 2.3 Load (LD) và Load Not (LD NOT)

2.1.3.2. Lệnh tiếp điểm: AND và AND NOT

Lệnh AND (AND NOT) dùng để tạo ra các tiếp điểm thường mở (thường đóng) theo sau (nối tiếp) với các tiếp điểm tạo ra bởi lệnh LD hay LD NOT.

Hình 2.4 AND và AND NOT

2.1.3.3. Lệnh tiếp điểm: OR và OR NOT

Lệnh OR (OR NOT) tạo ra các tiếp điểm thường mở (thường đóng) nối song song với một nhánh khác.

Hình 2.5 OR và OR NOT

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

20 2.1.3.4. Lệnh: AND LD và OR LD

Lệnh AND LD nối tiếp 2 khối logic với nhau trong một sơ đồ bậc thang. Lệnh OR LD nối song song 2 khối với nhau trong một sơ đồ bậc thang.

Hình 2.6 AND LD

Hình 2.7 OR LD

2.1.3.5. Lệnh cuộn dây: OUT và OUT NOT

Lệnh OUT (OUT NOT) sẽ bật bit được gán cho lệnh này lên ON (xuống OFF) khi điều kiện thực thi đi trước nó là ON và sẽ reset bit này về OFF khi điều kiện đi trước là OFF. Lệnh OUTPUT giống với chức năng cuộn dây trong sơ đồ điện là khi một cuộn dây nhận được điện từ tiếp điểm (điều kiện) đi trước nó sẽ hút (đóng) hay nhả (mở) tiếp điểm đi kèm.

Hình 2.8 OUT

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Hình 2.9 OUT NOT

2.1.3.6. Lệnh bật bit SET và xóa bit RESET

Lệnh SET sẽ bật bit đi kèm lên ON khi điều kiện thực thi của nó là ON. Sau đó, bit sẽ vẫn ở trạng thái ON không phụ thuộc vào việc lệnh SET có điều kiện thực hiện là ON hay OFF cho đến khi lệnh RESET (RSET) xố nó về OFF.

Hình 2.10 SET và RSET

2.1.3.7. Lệnh KEEP

Lệnh KEEP hoạt động như một rơ le chốt với hai đầu vào là SET (S) và RESET (R). Bit B sẽ được Set lên ON khi đầu vào S là ON và sẽ vẫn giữ ở ON cho đến khi B bị reset về OFF khi đầu vào R là ON.

Hình 2.11 KEEP

2.1.3.8. Lệnh copy dữ liệu MOVE - MOV(21)

S = Là địa chỉ của word nguồn (Source word) hoặc một hằng số (# là ký hiệu của một hằng số, ví dụ #155,...được nhập vào ngay khi lập trình).

D = Là địa chỉ của word đích (Destination word).

Khi lệnh MOV(21) có điều kiện thực hiện là ON, lệnh này sẽ copy hằng số hoặc nội dung của word có địa chỉ chỉ định bởi S sang word có địa chỉ chỉ định bởi D. Nội dung của word nguồn S không thay đổi khi thực hiện lệnh này.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

22

Hình 2.12 MOV(21)

2.1.3.9. Rơ le thời gian (TIMER)-TIM

N = Số của timer hiện dùng (Timer Number) (số hợp lệ là từ 000 - 127) SV = Giá trị đặt trước Set Value tính theo đơn vị là 0,1s (SV phải ở dạng số BCD hoặc chỉ đến một Word có chứa giá trị BCD). Giá trị của SV phải nằm trong khoảng từ 0000 - 9999 (0 - 999,9 giây)

Hình 2.13 TIM

2.1.3.10. Bộ đếm (COUNTER) – CNT N: Số của bộ đếm (từ 000 đến 127).

SV: Giá trị đặt (từ 0 đến 9999) và phải ở dạng BCD. CP: Đầu vào xung đếm.

R: Đầu vào reset.

Hình 2.14 CNT

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Các quy tắc chung của sơ đồ thang (LADDER DIAGRAM)

Nếu muốn đầu ra luôn ở ON, phải nối đầu ra này qua 1 cờ (Flag) là Bít 25313 (Channel 253 Bit 13). Bit này là 1 cờ hệ thống ln ln ở trạng thái ON.

Có thể nối song song nhiều tiếp điểm dùng lệnh OR hoặc song song nhiều đầu ra dùng lệnh OUT/OUT NOT và dùng bit đầu vào nhiều lần. Nếu có 2 lệnh Output cho cùng một địa chỉ bit, lệnh Output trước sẽ

Các chức năng chính của CX – Programmer bao gồm: Tạo và quản lý các chương trình.

Kết nối với PLC qua nhiều đường giao tiếp.

Cho phép thực hiện các thao tác chỉnh sửa và theo dõi khi PLC đang chạy. Đặt thông số hoạt động cho PLC.

Cấu hình đường truyền mạng.

Hỗ trợ nhiều chương trình, nhiều PLC trong cùng một chương trình. Để lập trình bằng phần mềm CX – Programmer, ta thực hiện các bước sau: Bước 1: Tạo Project mới

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

24 Bước 2: Chọn loại PLC

Bước 3: Chọn giao thức truyền thông

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Các thông số này thường là khơng cần thay đổi vì các thơng số mặc định đã được đặt sẵn phù hợp với loại PLC đang dùng. Network Type cần chọn là USB như hình trên đối với loại CP1L/CP1H khi dùng cáp USB để kết nối với PLC. Trường hợp CX-Programmer không thể kết nối với PLC, hãy kiểm tra lại thông số này.

Sau khi hoàn thành xong các bước thiết lập ban đầu, giao diện làm việc của phần mềm sẽ hiện ra. Trong quá trình làm việc với CX-Programmer, người sử dụng có thể bật hoặc tắt các cửa sổ phụ. Các cửa sổ này hiển thị các thơng tin có liên quan đến các đối tượng & công việc đang được thực thi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

26 Bước 4: Kiểm tra kết nối với PLC

Bấm vào nút Work Online để kết nối với PLC sau khi đã nối cáp giữa máy tính với PLC. Sau khi kết nối được thiết lập, CX-Programmer sẽ ở chế độ làm việc Online.

</div>