Chương 4: Kỹ thuật lập trình

ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình




PHẦN I

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC)



CHƯƠNG 4
KỸ THUẬT LẬP TRÌNH
Chủ đề:
 Biến và vùng nhớ
 Tổ chức quá trình
 Các kỹ thuật lập trình

Mục đích:
 Sử dụng và đònh nghóa các khối dữ liệu
 Khai báo và truy cập các hàm chức năng
 Mối quan hệ giữa các loại khối hàm và hiệu quả của việc sử dụng
chúng trong thiết kế chương trình.

105
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình


4.1. KHÁI QUÁT
Thiết bò điều khiển lập trình đóng một vai trò rất quan trọng trong điều khiển, giám
sát và quản lý các hoạt động của các thiết bò, máy và công nghệ sản xuất về cả phương
diện kinh tế, sử dụng và kỹ thuật. Đối với các hệ thống điều khiển mà sử dụng thiết bò này
làm trung tâm điều khiển thì ngoài công việc kết nối, đảm bảo về tính đồng bộ, giữa thiết
bò ngoại vi và điều khiển là rất đơn giản, yếu tố cần phải quan tâm đến là chương trình
điều khiển mà người sử dụng viết cho thiết bò điều khiển. Khi đề cập đến những hệ thống
có mức độ hoạt động phức tạp, nhiều đầu vào – ra, sự lặp lại các đòa chỉ của các I/O nhiều
lần thường xuyên trong quá trình quét đòi hỏi việc thiết kế và viết các chương trình phải
có kỹ thuật hẳn hoi. Như vậy việc cấu trúc chương trình làm phân tán quá trình hoạt động
của chương trình thành nhiều vùng chức năng tương ứng với các khối, hàm để quản lý và
truy xuất chúng khi tác nhiệm làm cho chương trình tối ưu, hạn chế tối đa những lỗi, không
gây nhầm lẫn, dễ dàng kiểm tra và sửa lỗi hay là cải tiến. Cấu trúc được mô tả hình 4.1.
SFC
FB
FB
FC
FC

FB
Hệ điều hành
OB

Hình 4.1
–
Cấu trúc gọi các khối chương trình
4.2. TỔ CHỨC BỘ NHỚ CPU
Vùng nhớ của CPU được tổ chức như hình 4.2.
ACCU 1
ACCU 1
Accumulators
Address Registers
ACCU 1
ACCU 1
Data Block Registers
ACCU 1
ACCU 1
Status word
ACCU 1
• Chương trình người sử
dụng (RAM)
• Chương trình người sử
du
ïng (EEPROM)
• Logic Block
• Data Block
• Local Block
Bộ đệm ra số Q
Bộ đệm vào số I

Vùng nhớ cờ M
Timer T
Counter C
Load
memory
Word
memor
y
System
word
Hình 4.2
-
Tổ chức bộ nhớ

Load memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng do người sử dụng viết gồm các
khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình có sẵn trong thư viện hệ

106
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình


thống SFC, SFB và các khối dữ liệu DB. Vùng nhớ này được tạo bởi một phần của bộ nhớ
RAM của CPU và EEPROM.
Work memory: là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB, FB,
FC, SFC, SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình
thức để các khối chương trình này trao đổi tham trò với hệ điều hành và các khối chương
trình khác. Tại một thời điểm nhất đònh vùng Work memory chỉ chứa một khối chương
trình để thực thi. Sau khi khối chương trình này được thi hành xong thì hệ điều hành sẽ xóa
nó khỏi Work memory và nạp vào nó khối chương trình cần thực hiện tiếp theo.

System memory: là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào/ ra (I/ Q), các vùng biến cờ M, các
thanh ghi C-word, PV, T-bit của Timer, thanh ghi C-word, PV, C-bit của Counter. Việc truy
cập, sửa đổi dữ liệu những ô nhớ của các vùng nhớ này được phân chia bởi hệ điều hành
của CPU hoặc do bởi chương trình ứng dụng của người sử dụng.
4.3. TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Công việc này giúp thực hiện các công đoạn tạo dựng một chương trình đơn giản
hơn. Hình 4.3 mô tả những công đoạn nền tảng để tổ chức các yêu cầu điều khiển quá
trình.
4.3.1. Chia quá trình thành nhiều nhiệm vụ
Một quá trình tự động hóa gồm nhiều nhiệm vụ
riêng biệt. Bằng việc nhận đònh các nhiệm vụ có quan hệ
trong quá trình và rồi phân chia thành những nhiệm vụ nhỏ
hơn, thậm chí ngay cả quá trình phức tạp có thể được xác
đònh bởi những vùng nhiệm vụ đơn giản. Ví dụ sau sử dụng
hệ thống trộn để mô tả cách tổ chức quá trình thành những
cụm chức năng và các nhiệm vụ riêng biệt. Hình 4.4.
Chia quá trình thành nhiều
nhiệm vụ riêng lẽ

Mô tả cấu hình của máy
Thiết kế và mô tả các
yêu cầu an toàn

Mô tả mỗi nhiệm vụ
Đònh nghóa và mô tả trạm
vận hành



Hình 4.4 – Phân chia quá trình

Hình 4.3 – Các nhiệm vụ
tổ chức quá trình






107
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình


Với đặc tính cấu trúc của quá trình được điều khiển ta có thể phân chia quá trình
này thành nhiều nhóm có mối quan hệ với nhau. Cơ bản thành 3 nhóm như mô tả ở hình
4.5.
4.3.2. Mô tả mỗi nhiệm vụ
Khi mô tả mỗi khu vực hay nhiệm vụ, chúng ta không chỉ đònh nghóa hoạt động của
chúng mà còn các thành phần biến đổi điều khiển.
Ví dụ quá trình trộn công nghiệp sử dụng các bơm, động cơ, van, chúng được mô ta đầy đủ
để xác đònh các đặc tính hoạt
động và các quan hệ khắn khít
được đòi hỏi trong suốt thời
gian hoạt động. Bảng 3-1 đến
3-4 cung cấp những mô tả điển
hình của thiết bò sử dụng trong
quá trình trộn.

Hình 4.5 – Đònh nghóa các nhóm trong quá trình



Bảng 3-1 . Mô tả động cơ bơm cung cấp thành phần A

Động cơ bơm cung cấp cấp thành phần A
1. Bơm cung cấp thành phần A tới thùng trộn
- Lưu lượng 75 gallons /min
-
Công suất 80 HP, n = 1000 RPM

2.
Bơm được điều khiển (start/stop) từ trạm vận hành được đặt gần thùng trộn.

3.
Bơm cung cấp có những điều kiện ràng buộc:
- Intake van thành phần A mở
- Feed van thành phần A mở
- Thùng trộn là không đầy
- Drain van của thùng trộn đóng
- Động cơ bơm không lỗi ( tiếp điểm phụ trợ không được nhấc lên)
-

Nút dừng khẩn cấp không làm việc

















108
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình




Bảng 3-2 . Mô tả động cơ trộn

Động cơ trộn
1. Động cơ trộn thành phần A và B trong thùng trộn
- Công suất 80 HP, n = 1000 RPM

2. Động cơ trộn được điều khiển (start/stop) từ trạm vận hành được đặt gần
thùng trộn.
3. Động cơ trộn có những điều kiện ràng buộc:
- Thùng trộn là không trống
- Drain van của thùng trộn đóng
- Động cơ trộn không lỗi ( tiếp điểm phụ trợ không được nhấc lên)
- Nút dừng khẩn cấp không làm việc
Bảng 3-3 . Mô tả van xả
Van xả
1. Van xả có nhiệm vụ xả thành phần đã trộn. Van có 1 cuộn dây và trả về
bằng lò xo.
- Nếu cuộn dây được kích, van xả mở.
- Nếu cuộn dây không được kích, van xả đóng.
2. Động cơ trộn được điều khiển (open/close) từ trạm vận hành được đặt gần
thùng trộn.
3. Mở van xả có ràng buộc:
- Động cơ trộn không hoạt động
- Nút dừng khẩn cấp không làm việc

Bảng 3-4 . Mô tả giới hạn mức thùng trộn


Các giới hạn thùng trộn
1. Các giới hạn mức thông báo trạng thái mức thùng và cung cấp những ràng
buộc trong quá trình.



Mô tả các đầu vào/ra và quan hệ vào – ra
Sau khi viết các mô tả vật lý của mỗi thiết bò được điều khiển, tạo sơ đồ logic của
các đầu vào / ra cho mỗi thiết bò hoặc vùng nhiệm vụ. Hình 4.6 là sơ đồ thích nghi với các
khối logic được lập trình.
Ví dụ
:
Tạo sơ đồ I/O cho bơm của quá trình trộn. Mỗi bơm yêu cầu 4 loại đầu vào: công tắc khởi

động, công tắc ngừng, điều kiện ràng buộc cho phép bơm khởi động và đầu vào phản hồi
mỗi khi lỗi được phát hiện. Đồng thời cũng có 2 đầu ra cho khối điều khiển này: một là bật

109
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình


động cơ chạy, và một thông báo cho CPU là bơm không làm việc. Hình 4.7 mô tả sơ đồ I/O
của bơm cung cấp thành phần A.

Tạo sơ đồ I/O cho động cơ trộn
Cũng giống như bơm, động cơ
cũng có 4 loại đầu vào: công
tắc khởi động, công tắc ngừng,
điều kiện ràng buộc cho phép
bơm khởi động và đầu vào
phản hồi mỗi khi lỗi được phát
hiện. Đồng thời cũng có 2 đầu
ra cho khối điều khiển này:
một là bật động cơ chạy, và
một thông báo cho CPU là bơm
không làm việc. Hình 4.8 mô
tả sơ đồ I/O của động cơ trộn.
Hình 4.6 - S
ơ đồ I/O

Khởi độn
g
Dừng

Phản hồi
Bơm cung cấp
thành phần A
Ràn
g buộc
Lỗi
Chạy
Tạo sơ đồ I/O cho van xả

Khối điều khiển cho van xả có
cuộn dây kích chì có 3 đầu
vào: công tắc mở, công tắc
đóng và ràng buộc. Có một
đầu ra là cuộn dây tác động,
hình 4.9.
Hình 4.7 - S
ơ đồ I/O của bơm cung cấp thành phần A


4.3.3. Mô tả những yêu cầu
an toàn
Khởi động
Dừng
Phản hồi
Động cơ trộn
Ràn
g buộc
Lỗi
Chạy
Các thiết bò hệ thống cần phải

có tính an toàn để đảm bảo
điều kiện hợp pháp và tính
pháp lý, do đó trong mô tả quá
trình thường xuyên phải bao
gồm các thành phần an toàn.
Hình 4.8 - S
ơ đồ I/O của động cơ trộn

Ví dụ: Quá trình trộn sử dụng
điều kiện sau cho mạch an toàn:
 Một nút nhấn Stop chuyển
dừng những thiết bò sau
không lệ thuộc vào PLC.
Mở
Đóng
Chạy
Ràn
g buộc
Van xả
- Bơm cung cấp thành phần A
- Bơm cung cấp thành phần B
- Động cơ trộn
- Cuộn dây của van xả.
Hình 4.9 - S
ơ đồ I/O của van xả


110
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình

 Nút dừng khẩn cấp đặt ngay ở trạm vận hành.
 Đầu vào điều khiển tương ứng với nút dừng khẩn cấp.
4.3.4. Mô tả trạm vận hành
Mỗi quá trình cần có
một giao tiếp vận hành cho
phép sự can thiệp của con người
vào quá trình. Hình 4.10 mô tả
một trạm vận hành bao gồm các
chỉ đònh, tác động…
4.3.5. Tạo cấu hình thiết bò
điều khiển
Sau khi các yêu cầu thiết kế đã
được thành lập, xác đònh loại
thiết bò điều khiển cần thiết cho
dự án. Tức là xác đònh các
mun I/O và số đầu I/O. Hình
4.11 mô tả xác đònh cấu hình
của một quá trình.
Tạo cơ sở dữ liệu của các tín
hiệu I/O
Ta có thể tạo cơ sở dữ liệu bằng
cách khai báo trong bảng các kí
hiệu điển hình (Symbol table).
Hình 4.10 – Mô tả trạm vận hành
Xem file S7-300

4.3.6. Lựa chọn kỹ thuật lập
trình

Do nhu cầu của dự án,
múc độ phức tạp mà ta có thể
sử dụng các kỹ thuật lập trình
sau:
 Lập trình tuyến tính
 Lập trình phân cấp
 Lập trình cấu trúc.

4.4. KỸ THUẬT LẬP
TRÌNH TUYẾN TÍNH
Hình 4.11 – Tạo cấu hình của một quá trình
Lập trình tuyến tính là
chương trình ứng dụng được
tập trung trong một khối tổ
chức chương trình (OB1) chứa
chuỗi lệnh liên tiếp theo tuần

111
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình


tự mà có khả năng thực hiện trực tiếp theo vòng quét. Loại này thì gọn nhẹ nhưng chỉ đối
với bài toán đơn giản.
4.4.1. Local Block của khối OB1
Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luôn cấp một local block có kích thước mặc
đònh là 20 byte trong work memory để OB1 có thể lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành.
Mặc dù mặc đònh là 20 byte nhưng người sử dụng có thể khai báo thêm các biến nhớ cho
chương trình tùy theo khả năng sử dụng của chương trình.
Chú ý do khối local block chỉ tồn tại trong một vòng quét và sau đó được cấp lại

mới trong lần quét tiếp theo, do đó nên chỉ sử dụng local block cho việc lưu trữ biến nháp
tạm thời.


OB1












4.4.2. Điều khiển quá trình trộn
Quá trình được mô tả ở sơ đồ hình 4.4 và hoạt động theo các bảng 3-1 tới 3-4.

112
ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình



113

ĐIỀU KHIỂN LẬP TÌNH PLC - MẠNG PLC
Chương 4 – Kỹ thuật lập trình

114