giới thiệu về plc mitsubishi melsec iq r

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

<b>ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ</b>

<b> Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa</b>

<b>Giảng viên hướng dẫn:</b> ^{TS. Giáp Văn Nam}

<b>Bộ môn:</b> Technical Writing and Presentation

<b>HÀ NỘI, 8/2023</b>

<b>LỜI CẢM ƠN</b>

<small> Chữ ký của GVHD</small>

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

Trong môn học Technical Writing and Presentation của kì 2022.3 em được thầy Giáp Văn Nam phân công cho đề tài “Giới thiệu về PLC Mitsubishi MELSEC iQ-R”. Dòng máy MELSEC iQ-R là dòng máy PLC được sử dụng khá rộng rãi vì nó dễ sử dụng và có ứng dụng rất tốt đối với người dùng.

Em xin cảm ơn thầy đã hướng dẫn và chỉ bảo cho em tận tình để em có thể hồn thành được đề tài được giao và cũng giúp em có thêm hiểu biết, kiến thức về dòng máy PLC MELSEC iQ-R.

Vì kiến thức bản thân cịn hạn chế nên trong q trình tìm hiểu, hồn thiệnđề tài này em khơng tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được sự quan tâm cũng như những ý kiến đóng góp của thầy để bài báo cáo của em được hoàn chỉnh hơn.

Những ý kiến đóng góp của thầy sẽ giúp em nhận ra những hạn chế và thiếu sót của bản thân để qua đó em sẽ có thêm những nguồn tư liệu mới trên conđường học tập cũng như nghiên cứu sau này.

Em xin chân thành cảm ơn.

<b>TĨM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI</b>

Nói tới tự động hóa cơng nghiệp, PLC (Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển Logic khả trình) là một trong những thành phần rất quan trọng và không thể thiếu được. Hệ thống điều khiển dùng PLC có rất nhiều những ưu điểm có thể kể tới như: cơng suất tiêu thụ ít, giảm tới 80% số lượng đường dây kết nối, khả năng sửa chữa và chế độ bảo hành dễ dàng và nhanh chóng, giảm thiểu số lượng rơle và timer so với các hệ thống điều khiển cổ điển, tốc độ và năng suất cao, dung lượng chương trình rất lớn đủ để chứa các chương trình phứctạp cần nhiều bộ nhớ, hồn tồn đáng tin cậy trong mơi trường công nghiệp. Nội dung của đề tài liên quan đến việc tìm hiểu thơng tin về PLC nói chung và sê-ri MELSEC iQ-R nói riêng được trình bày chi tiết trong 6 chương:

- Chương 1: Giới thiệu chung

- Chương 2: Các ngôn ngữ lập trình PLC cơ bản- Chương 3: Cấu trúc cơ bản của sê-ri MELSEC iQ-R- Chương 4: Cấu hình thiết bị PLC

- Chương 5: Cấu hình vùng nhớ của mơ-đun CPU- Chương 6: Kết luận và hướng nghiên cứu

<b>MỤC LỤC</b>

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

1.2 Tổng quan về sê-ri MELSEC iQ-R...4

1.3 Cấu tạo chung của PLC...5

2.2 Ngơn ngữ lập trình PLC LAD (Ladder Diagram)...8

2.3 Ngơn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram)...8

2.4 Ngơn ngữ lập trình STL (Statement List)...9

2.5 Tổng kết chương 2...10

<b>CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA SÊ-RI MELSEC iQ-R...11</b>

3.1 Đặt vấn đề...11

3.2 Hệ thống nhiều CPU (Multiple CPU system)...12

3.2 Tổng quan về giao thức CC-Link...13

4.4 Mô-đun CPU(Central Processing Unit)...16

4.5 Motion CPU (Central Processing Unit)...17

4.6 Mô-đun I/O (Input/Output)...17

4.7 Thẻ nhớ...18

4.8 Tổng kết chương 4...18

<b>CHƯƠNG 5. CẤU HÌNH VÙNG NHỚ CỦA MÔ-ĐUN CPU...19</b>

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

6.2 Hướng nghiên cứu...21

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO...21</b>

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

Hình 7. Cấu hình trạm PLC iQ-R với base mở rộng...9

Hình 8.Trạm PLC iQ-R với tối đa 7 base mở rộng...10

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

<b>CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG1.1 Đặt vấn đề</b>

Trong thời đại công nghệ hiện nay, PLC càng chứng tỏ được giá trị của mình và là một phần trong cơng cuộc phát triển ngành công nghiệp trên thế giới. PLC được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực lớn như: công nghệ sản xuất giấy, sản xuất xe ô tô, sản xuất vi mạch, may công nghiệp, chế tạo linh kiện bán dẫn, đóng gói sản phẩm, hệ thống tín hiệu đèn giao thông, hệ thống nâng vận chuyển,…

Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng đã và đang sản xuất các loại PLC rất nổi tiếng từ khi mới bắt đầu phát hiện tới nay và cũng được nhiều công ty tin tưởng lựa chọn sử dụng: Siemens (Đức), Omron và Mitsubishi (Nhật Bản), Delta(Đài Loan). Tại Việt Nam, các dòng máy PLC do Mitsubishi được sử dụng phổ biến và được dạy trong nhiều trường kỹ thuật bởi tính chất dễ sử dụng và thao tácthuận tiện của nó.[1]

Bộ PLC dòng Q ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu mở rộng không ngừng của các hệ thống sản xuất tích hợp các kỹ thuật mới. Điểm nổi bật của PLC dòng Q là kỹ thuật multi-processor, cho phép tại một thời điểm 4 CPU tham gia điều khiển quá trình, giảm thiểu thời gian giải quyết chương trình, tăng tốc độ xử lý . Cấu trúc chương trình điều khiển được tổ chức theo kiểu Project cho phépdễ dàng kiểm tra ,bắt lỗi và nâng cấp. Đặc biệt PLC dịng Q có thêm CPU dự phịng sử dụng để backup chương trình, nâng cao khả năng dự phịng của hệ thống.

Chương trình giữa CPU chủ và CPU dự phịng ln được đồng bộ một cách tự động , do đó khi có bất kì sự cố nào xảy ra trên CPU chính, q trình xử lý được tự động chuyển sang CPU dự phịng mà khơng ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống.

Ngồi ra PLC dịng Q cho phép tiến hành bảo dưỡng thiết bị trực tuyến mà không cần phải dừng hệ thống. Sử dụng các khóa trên bề mặt CPU, người dùng hồn tồn có thể đặt các chế độ Active / Inactive cho CPU tương ứng, các Inactive CPU có thể được tháo ra khỏi hệ thống một cách an tồn.

PLC dịng Q có thể sử dụng trong các nhà máy điện để điều khiển các tuabin, máy phát, trong công nghiệp sản xuất và lắp ráp ôtô , trong công nghiệp hóa dầu …

<b>1.2 Tổng quan về sê-ri MELSEC iQ-R</b>

[2]MELSEC iQ-R Series bao gồm một loạt các bộ điều khiển lập trình có khả năng nhằm phục vụ các nhu cầu điều khiển tự động đa dạng, được thiết kế với tốc độ bus cao để đảm bảo MELSEC iQ-R mới có thể đạt được hiệu suất cao và khả năng xử lý thơng minh hơn. Cấu hình của MELSEC iQ-R bao gồm bộ điều khiển đa năng (CPU) có hiệu suất cao ( tích hợp cấu hình CC-Link IE nhúng) có khả năng thay đổi dung lượng bộ nhớ và bộ điều khiển chuyển động có độ chính xác cao. Có những loại CPU được thiết kế dành riêng cho từng yêu cầu của công việc:

4

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

- Safety CPU: Hỗ trợ các tiêu chuẩn cho chức năng an toàn.

- Process CPU: Hỗ trợ điều khiển PID tốc độ cao và tốc độ phản hồi nhanh với các mô-đun I/O khi được ghép nối với mô-đun chức năng dự phịng sẽtạo ra hệ thống điều khiển có tính khả dụng cao.

- CPU C: sử dụng ngơn ngữ lập trình C để ứng dụng cho hệ thống điều khiển từ máy tính hoặc vi điều khiển một cách thuận tiện hơn.Một số đặc điểm nổi bật của dòng iQ-R có thể được liệt kê như sau:- Khả năng mở rộng cao với hiệu suất chương trình từ 10K đến 1200K

CPU xử lý hệ thống dự phịng có độ tin cậy cao.

- Sử dụng ngơn ngữ lập trình C/C++ dễ sử dụng cho các hệ thống dựa trên máy tính/vi điều khiển

<b>1.3 Cấu tạo chung của PLC</b>

Bộ điều khiển logic khả trình (tiếng Anh: Programmable Logic Controller,viết tắt: PLC) hay còn gọi là bộ điều khiển lập trình, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. [3]

Hình 1. Cấu trúc chung

Một PLC có cấu tạo như sau:

<small>Ngõ raXử lý, Bộ nhớ</small>

<small>Cảm biến, nút</small>

<small>Làm tương thíchLàm tương thích</small>

<small>Bộ đếmBộ đệm</small>

<small>Hệ thống BusẮc quy</small>

<small>Khâu raKhâu vào Khâu xử lý</small>

<small>Nguốn cung cấp</small>

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

- Khối đầu vào: Phần tiếp nhận các tín hiệu từ bên ngồi vào, đưa về PLC.Các đầu vào được thiết kế đa dạng theo bắt ốc hoặc theo Cable kết nối tùythuộc vào dịng loại PLC

relay, Transistor, Triac

AC(110-220v) có loại nguồn mở rộng

<b>1.4 Các thuật ngữ </b>

- Đầu vào/ Input: Là khối mà kết nối trực tiếp các thiết bị như công tắc, nútnhấn, cảm biến để đưa các tín hiệu về bộ xử lý trung tâm

thi các công việc được lập trình sẵn

lý chương trình như giá trị các biến…

chức năng nào đó như mơ-đun truyền thơng, mơ-đun tương tự số, mô-đunđiều khiển …

<b>1.5 Nguyên lý hoạt động của PLC</b>

- PLC nhận thông tin từ các cảm biến và các thiết bị đầu vào được kết nối,xử lý dữ liệu và kích hoạt đầu ra dựa trên các tham số đã được lập trìnhtrước đó.

kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ và thực hiện từng lệnhtrong chương trình được lập trình trước đó.

ghi lại dữ liệu thời gian chạy như năng suất máy và nhiệt độ vận hành, tựkhởi động và dừng quy trình, tạo báo thức nếu máy gặp trục trặc và hơnthế nữa…

- Bộ điều khiển lập trình PLC là một giải pháp điều khiển linh hoạt và mạnhmẽ, có thể thích ứng với hầu hết ứng dụng nào.[4][6]

6

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

<b>2.1 Đặt vấn đề</b>

Ở chương 1 đã trình bày một số kiến thức tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình hay cịn được viết tắt là PLC. Trong chương 2 này sẽ giới thiệu qua về các ngôn ngữ cơ bản được sử dụng để lập trình PLC.

<b>2.2 Ngơn ngữ lập trình PLC LAD (Ladder Diagram)</b>

LAD là từ viết tắt của từ Ladder Diagram, là một ngơn ngữ lập trình PLC dễ dàng vì nó cũng là một dạng lập trình đồ họa và với cấu trúc tương tự như những nấc thang nên LAD cịn có tên goi khác là sơ đồ bậc thang. Tại đây, các kýhiệu khác nhau được kết nối để tạo mã và thực hiện các hành động khác nhau theo mong muốn của người lập trình.[5]

<b>Hạn chế: Ngơn ngữ lập trình PLC LAD cho phép người dùng thực hiện nhiều </b>

chức năng tuy nhiên, ngôn ngữ này được tiêu chuẩn hóa rất nhiều và khơng manglại tính linh hoạt hồn tồn. Có một số hướng dẫn khơng có sẵn, điều này có thể gây khó khăn cho việc lập trình chuyển động và phân luồng.

<b>2.3 Ngơn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram)</b>

Hình 4.Ngơn ngữ FBD

8

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

Giống như ngôn ngữ LAD, ngôn ngữ FBD cũng là một ngơn ngữ lập trình kiểu đồ họa. Sự hiển thị của mạch logic được dựa trên các biểu tượng logic đồ họa sử dụng trong đại số Boolean.

Các hàm toán học và các hàm phức khác có thể được thể hiện một cách trực tiếp trong sự kết hợp với các hộp logic. Để tạo ra logic cho các vận hành phức tạp, ta chèn các nhánh song song giữa các hộp.[5]

<b> Hiểu thêm về ngõ vào (Enable) và ngõ ra (Enable Output)</b>

- Cả ngơn ngữ LAD và FBD đều sử dụng “dịng tín hiệu” (EN và ENO) đối với một vài lệnh “hộp”.

- Các lệnh cố định (như lệnh toán học và lệnh di chuyển) hiển thị các thông số cho EN và ENO.

- Các thơng số này liên quan đến dịng tín hiệu và xác định khi nào lệnh được thực thi trong suốt lần qt đó.

<b>Ưu điểm:</b>

- Trình chỉnh sửa trực quan và linh hoạt. Các chức năng rất thân thiện với người dùng và dễ dàng theo tác, kéo thả để tạp ra bất kì bố cục nào.- Sơ đồ khối chức năng hoạt động tốt với các điều khiển chuyển động.- Có thể hợp nhất nhiều dịng lệnh thành 1 khối/ nhóm chức năng duy nhất.

<b>Hạn chế: Hệ thống sẽ khó khắc phục sự cố hơn khi thực hiện ngơn ngữ lập trình </b>

PLC FBD.

<b>2.4 Ngơn ngữ lập trình STL (Statement List)</b>

Hình 5.Ngơn ngữ STL

9

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

Ngơn ngữ PLC STL cho phép ta viết chương trình điều khiển bằng các lệnh gợi nhớ. Soạn thảo bằng STL phù hợp cho người có kinh nghiệm lập trình cơ bản và đã quen với PLC cũng như cách lập trình logic.

Soạn thảo bằng ngơn ngữ STL cũng cho phép ta tạo ra các chương trình mà các ngơn ngữ LAD và FBD khơng thực hiện được. Vì STL là cách lập trình theo ngơn ngữ tự nhiên của CPU, trong khi các phương pháp khác là lập trình đồ họa.[5]

10

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

<b>CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA SÊ-RI MELSEC iQ-R3.1 Đặt vấn đề</b>

Hệ thống bộ điều khiển khả trình sê-ri MELSEC iQ-R được cấu hình bằngcách gắn các mơ-đun trên một thiết bị cơ bản.

Mô-đun nguồn điện được gắn trên khe cắm nguồn điện nằm ở đầu bên tráicủa bộ phận chính và mơ-đun CPU được được gắn trên khe cắm CPU nằm ở phíabên phải của khe cấp nguồn.

Các mơ-đun khơng phải là mô-đun cấp nguồn được gắn trên các khe cắm nằm ở phía bên phải của khe cắm CPU.[6]

Hình 6.Cấu trúc một trạm PLC iQ-R.

Số thứ tự của khe cắm ( Slot number) được gán tuần tự vắt đầu từ khe cắmở phía bên phải của khe cắm CPU. Khi kết nối Base mở rộng, số thứ tự của khe cắm được gán cho thiết bị Base chính trước, sau đó mới tới các Base mở rộng ( Tối đa 7 cấp độ). Cấp của Base mở rộng cần đặt mức bằng chân cài đặt kết nối mở rộng.[6]

Hình 7. Cấu hình trạm PLC iQ-R với base mở rộng.

Có thể thêm tối đa 7 Base mở rộng và có thể gắn tối đa 64 mơ-đun trong tồn bộ hệ thống để xây dựng một hệ thống lớn.

Số thứ tự khe

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

Hình 8.Trạm PLC iQ-R với tối đa 7 base mở rộng

<b>3.2 Hệ thống nhiều CPU (Multiple CPU system)</b>

Cấu hình một hệ thống nhiều CPU trong các trường hợp sau:

• Để thực hiện điều khiển chuyển động có độ chính xác cao bằng cách sử dụng CPU Motion trong hệ thống

• Để thực hiện điều khiển NC có độ chính xác cao bằng cách sử dụng NCPU trong hệ thống

• Để thực hiện gia cơng và lắp ráp với độ chính xác cao bằng cách sử dụng CPU robot trong một hệ thống

• Để rút ngắn thời gian quét của toàn bộ hệ thống bằng cách phân phối điều khiểncác mô-đun I/O và mô-đun chức năng thông minh với nhiều mơ-đun CPU

Mơ-đun CPU chỉ có thể được gắn trên thiết bị cơ sở chính và số lượng mơ-đun CPU có thể gắn tối đa là bốn .

7 đế mở rộng tối đaĐế chính

Cap mở rộng

Main base

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

Hình 9.Hệ thống nhiều CPU

<b>3.2 Tổng quan về giao thức CC-Link</b>

Trước khi mạng PLC được sử dụng, hầu hết các máy vận hành động lập, với mỗi bộ điều khiển khả trình chỉ điều khiển việc vận hành đơn lẻ của một máy cụ thể. Việc tự động hóa thiết bị sản xuất càng tăng thì càng cần phải chia sẻ dữ liệu giữa các máy để thực hiện điều khiển tập trung việc sản xuất của các máy khác nhau.

Việc kết nối các hệ thống qua nhiều mạng khác nhau như Ethernet và Link IE [7] cho phép truyền dữ liệu liền mạch ở nhiều cấp độ khác nhau, từ kiểm soát sản xuất của tất cả tự động hóa cho đến một thiết bị như cảm biến.

CC-- CCCC--Link là từ viết tắt của Control & Communication Link ( Hệ liên kết điều khiển và truyền thông).

- CC-Link là một mạng trường mở được tiêu chuẩn hóa tồn cầu. Hỗ trợ linh hoạt cho mơi trường nhiều nhà cung cấp cho phép kết nối nhiều loại phong phú của hơn 1000 sản phẩm đối tác với sê-ri MELSEC iQ-R.- IE trong CC-Link IE là từ viết tắt của Industrial Ethernet ( Ethernet công

- CC-Link IE là mạng có dung lượng lớn, tốc độ cao 1 Gbps. Băng thông rộng 1 Gbps được chia thành hai phần, một phần dành cho liên lạc điều khiển và phần cịn lại dành cho liên lạc thơng tin, đảm bảo độ tin cậy về thời gian của liên lạc điều khiển và thu thập dữ liệu thời gian thực, điều không được phép thông qua TCP/IP. Các loại mạng CC-Link IE bao gồm CC-Link IE Control Network và CC-Link IE Field Network.

- SSCNETIII/(H) là mạng chuyển động đồng bộ hỗ trợ mạng quang và cungcấp tốc độ cao và độ tin cậy cao.

- Không cần biết về các lớp và ranh giới của mạng, có thể truy cập vào hệ thống điều khiển sản xuất, bộ điều khiển khả trình và các thiết bị khác mộtcách liền mạch và giống hệt nhau. Dễ dàng giám sát thiết bị và thu thập dữliệu từ mọi nơi.[9]

13CPU mô-đun

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

Hình 10.Sơ đồ mạng lưới lắp đặt tích hợp CC-Link

<b>3.4 Hệ thống dự phịng (Redundant system)</b>

Hình 11. Hệ thống dự phòng

Hệ thống này bao gồm hai hệ thống và mỗi hệ thống có một mơ-đun CPU,mơ-đun cấp nguồn và mơ-đun mạng hoặc các mô-đun khác. Ngay cả khi xảy ra lỗi trong một hệ thống, hệ thống kia vẫn tiếp tục kiểm sốt.

Mơ-đun I/O và mơ-đun chức năng thơng minh được sử dụng trong hệ thống dự phòng được gắn vào trạm thiết bị thông minh (mô-đun đầu từ xa) trên CC-Link IE Field Network hoặc thiết bị cơ sở mở rộng trong hệ thống dự phịng có thiết bị cơ sở mở rộng dự phịng.

Cấu hình dự phịng của các hệ thống cơ bản có các mô-đun CPU, mô-đun nguồn điện và mô-đun mạng trên các thiết bị cơ sở chính khả dụng khi các mơ-

14

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

đun chức năng dự phòng được sử dụng và các CPU xử lý được vận hành ở chế độ dự phòng.

Để xây dựng một hệ thống dự phòng, hãy xây dựng hệ thống tương tự với các mơ-đun trên hai thiết bị cơ sở chính và kết nối các mơ-đun chức năng dự phịng của mỗi hệ thống bằng cách sử dụng cáp theo dõi. Kết nối các mơ-đun chức năng dự phịng với hai cáp theo dõi để định cấu hình hệ thống cáp theo dõi dự phòng.)[8]

<b>3.5 Tổng kết chương 3</b>

Tổng kết lại, chương 3 đã đi vào phân tích cấu hình trạm của PLC iQ-R và hệ thống đa CPU. Tiếp đó là giới thiệu tổng quan về giao thức CC-Link là một mạng lưới truyền thông tốc độ cao giữa các bộ điều khiển và thiết bị thông minh. Cuối cùng là hệ thống dự phòng (Redudant system) được cấu tạo từ hai hệ thống phòng khi một hệ thống xảy ra lỗi thì hệ thống cịn lại vẫn tiếp tục kiểm sốt. Cácchương tiếp theo sẽ đi vào trình bày về cấu hình thiết bị và vùng nhớ của PLC.

15

</div>