Tài liệu Đồ án tốt nghiệp: Viết chương trình ứng dụng của PLC OMRON pdf

Đồ án tốt nghiệp

Viết chương trình
ứng dụng của
PLC OMRON










Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
De tai: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG CỦA PLC OMRON
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC
1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ:
Tổng quát, một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bò điện
tử, được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn đònh, sự chính xác, sự
chuyển đổi nhòp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất. Nó thực
hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ, từ cung cấp năng lựơng đến một thiết bò

bán dẫn. Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc
điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều
khiển tự động hóa hoàn toàn, đó là PLC, nó được sử dụng kết hợp với máy tính
chủ. Ngoài ra, nó còn giao diện để kết nối với các thiết bò khác (như là: bảng
điều khiển, động cơ, contact, cuộn dây, ….). Khả năng chuyển giao mạng của PLC
có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn. Ngoài ra,
nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển.
Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng. Từ
hình 1.1 ta thấy: PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu nó không được kết nối
với các thiết bò cảm ứng. Nó cũng không cho phép bất kỳ các máy móc nào hoạt
động nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với động cơ. Và tất nhiên, vùng
máy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt.

SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 1
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
Hình 1.1: Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC
1.2 VAI TRÒ CỦA PLC
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 bò nhập, dựa vào chng trình logic để xử
lý tín hiệu và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bò 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 thông có thể điều
khiển một quá trình phức hợp.
1.3 CÁC THIẾT BỊ NHẬP VÀ XUẤT DÙNG TRONG PLC:
1.3.1 Các thiết bò nhập
Sự thông minh của một hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả năng đọc
các tín hiệu từ các cảm biến tự động của PLC.
Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bò nhập là: nút ấn, cầu

dao, phím,…. Ngoài ra, PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bò nhận dạng tự
động như: công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biến
cấp độ , …. Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng logic ON/OFF hoặc tín
hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các modul
nhập.
Hình1.2: Input Devices
1.3.2 Thiết bò xuất
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 2
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
Trong một hệ thống tự động hóa, thiết bò xuất cũng là một yếu tố rất quan
trọng. Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bò xuất thì hầu như hệ
thống sẽ bò tê liệt hòan toàn. Các thiết bò xuất thông thường là: động cơ, cuộn dây
nam châm, relay, chuông báo ,…. Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây,
PLC có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Các loại thiết bò
xuất là một phần kết cấu của hệ thống tự động hóa và vì thế nó ảnh hưởng trực
tiếp vào hiệu suất của hệ thống .
Tuy nhiên, các thiết bò xuất khác như là : đèn pilot, còi và các báo động chỉ
cho biết các mục đích như: báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào , các
thiết bò ngõ ra được giao tiếp với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC.

Hình 1.3: Output devices
1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯC (PLC) LÀ GÌ
PLC là bộ điều khiển logic theo chương trình bao gồm: bộ xử lý trung tâm
gọi là CPU (Central Processing Unit) chứa chương trình ứng dụng và các modul
giao diện nhập xuất. Nó được nối trực tiếp đến các thiết bò I/O. Vì thế, khi tín
hiệu nhập, CPU sẽ xử lý tín hiệu và gởi tín hiệu đến thiết bò xuất.
Hình 1.4: Sơ đồ khối của PLC
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 3
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG

KHÁC
Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các
hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường. Ta hãy thử so sánh ưu,
khuyết điểm của hai hệ thống trên:
♦ Hệ thống điều khiển thông thường:
• Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bản điều khiển.
• Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt.
• Tốc độ hoạt động chậm.
• Công suất tiêu thụ lớn.
• Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại tòan bộ, tốn nhiều
thời gian.
• Khó bảo quản và sữa chữa.
♦ Hệ thống điều khiển bằng PLC:
• Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn.
• Công suất tiêu thụ ít hơn.
• Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn
nhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên Console.
• Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn.
• Bảo trì và sữa chữa dễ dàng.
• Độ bền và tin cậy vận hành cao.
• Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng.
• Có thiết bò chống nhiễu.
• Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
• Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện
các lệnh tuần tự của nó.
• Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết .
Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bò điều
khiển thông thường khác. PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh
tuỳ theo yêu càu của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó,
điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC.

1.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 4
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
Để thiết kế 1 chng trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những
bước sau:
1. Xác đònh qui trình công nghệ
Trước tiên , ta phải xác đònh thiết bò hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục
đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động
Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bò đầu vào. Nó nhận
tín hiệu và gởi tín hiệu đến CPU , CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến thiết bò xuất
để điều khiển sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẵn trong chương trình
2. Xác đònh ngõ vào, ngõ ra :
Tất cả các thiết bò xuất , nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển
lập trình. Thiết bò nhập là những contact, cảm biến ... Thiết bò xuất là những cuộn
dây , valve điện từ , motor, bộ hiển thò.
Sau khi xác đònh tất cả các thiết bò xuất nhập cần thiết, ta đònh vò các thiết
bò vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình.
3. Viết chương trình:
Khi viết chương trình theo sơ đồ hình bậc thang (ladder ) phải theo sự hoạt
động tuần tự từng bước của hệ thống
4. Nạp chương trình vào bộ nhớ :
Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình
thông qua cổng I/O. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua bộ console
lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong,
kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán. Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ
thống để chắc chắn rằng chng trình đã hoạt động tốt.
5. Chạy chương trình :
Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào,
ra đến các thiết bò nhập, xuất đã được nối đúng theo chỉ đònh. Lúc đó PLC mới
bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bò lỗi thì máy tính

hoặc bộ Console sẽ báo lỗi , ta phải sữa lại cho đến khi nó hoạt động an toàn
Sau đây là lưu dồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 5
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 6
Xác đònh yêu cầu của
hệ thống điều khiển
Vẽ lưu đồ chung của
hệ thống điều khiển
Liệt kê tất cả các ngõ ra, ngõ vào nối
tương đối đến các cổng I/O của PLC
Chuyển lưu đồ sang
sơ đồ hình thang
Nạp lập trình sơ đồ hình
thang thiết kế cho PLC
Mô phỏng chương trình
và sửa lỗi phần mềm
Hiệu chỉnh chương
trình cho phù hợp
Kết nối toàn bộ thiết
bò vào, ra với PLC
Kiểm tra tất cả các
tiếp điểm vào, ra
Chương
trình
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
1.7 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC:
Cấu trúc phần cứng của tất cả các PLC đều có các bộ phận sau: bộ xử lý,
bộ nhớ, bộ nhập, xuất.
1.7.1 Đơn vò xử lý trung tâm (CPU):

Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện
chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bò bên
ngoài
1.7.2 Bộ nhớ (Memory):
Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu giữ trạng thái hoạt động
của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động ,
phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực
hiện các chức năng khác như :
+ Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất / nhập được gọi
là RAM xuất / nhập
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 7
Chạy thử chương trình
Hiệu đính lại
phần mềm
Nạp chương trình
vào EPROM
Lập hồ sơ hệ thống
cho tất cả các bản vẽ
END
Chương
trình
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
+ Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : Timer ,
Counter, Relay
Bộ nhớ gồm có những loại sau :
+ Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: Read Only Memory): ROM không phải là một
bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó không thích hợp cho việc
điều khiển “mềm” của PLC. ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.
+ Bộ nhớ ghi đọc (RAM: Random Access Memory): RAM là một bộ nhớ
thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng. Dữ liệu

trong RAM sẽ bò mất đi nếu nguồn điện bò mất. Tuy nhiên vấn đề này được giải
quyết bằng cách gắn thêm vào RAM một nguồn điện dự phòng. Ngày nay, trong
kỹ thuật phát triển PLC , người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lượng
khá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các RAM này khi mất nguồn. Pin
dự phòng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạc
gắn với hệ thống , pin sẽ được sạc khi cấp nguồn cho PLC.
+ Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM: Erasable Programmable
Read Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung
của nó có thể bò xoá đi nếu ta phóng tia tử ngoại vào, người viết phải viết lại
chương trình trong bộ nhớ.
+ Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được bằng điện (EEPROM: Electric
Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM kết hợp khả năng truy
linh động của RAM và tính khả biến của EPROM, nội dung trên EEPROM có thể
bò xoá và lập trình bằng điện , tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất đònh.
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 8
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
CHƯƠNG II: KHẢO SÁT PLC CỦA HÃNG OMRON
2.1 KHẢO SÁT LOẠI CPM2A
2.1.1 Giới thiệu chung:
Các bộ điều khiển lập trình của hãng OMRON rất đa dạng, gồm các loại
CPM1A, CPM2A, CPM2C, CQM1,…. những loại PLC nên tạo thành từ những
modul rời kết nối lại với nhau, có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ và
mở rộng vác ngõ vào, ra. Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa dạng
trong thực tiễn. Ngoài ra, hãng OMRON còn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc cố
đònh, các PLC này chỉ được cho các công việc đặc biệt nên không đòi hỏi tính
linh hoạt cao.
Các PLC đều có cấu trúc gồm: bộ nguồn, CPU, các Port I/O, các modul I/O
đặc biệt …. Để có được một bộ PLC hoàn 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.

Họ CPM2A có rất nhiều loại. Ta có thể tóm tắt trong bảng sau:
Tên Modul Số ngõ I/O Nguồn cung cấp
CPU có
ngõ ra
dùng Relay
CPM2A-20CDR-A
CPM2A-20CDR-D
CPM2A-30CDR-A
CPM2A-30CDR-D
CPM2A-40CDR-A
CPM2A-40CDR-D
CPM2A-60CDR-A
CPM2A-60CDR-D
20
20
30
30
40
40
60
60
AC
DC
AC
DC
AC
DC
AC
DC
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 9

Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
CPU có
ngõ ra
dùng
Transistor
CPM2A-20CDT-D
CPM2A-20CDT1-D
CPM2A-30CDT-D
CPM2A-30CDT1-D
CPM2A-40CDT-D
CPM2A-40CDT1-D
CPM2A-60CDT-D
CPM2A-60CDT1-D
20 (ngõ ra
ở mức thấp)
20 (ngõ ra
ở mức cao)
30 (ngõ ra
ở mức thấp)
30 (ngõ ra
ở mức cao)
40 (ngõ ra
ở mức cao)
40 (ngõ ra
ở mức cao)
60 (ngõ ra
ở mức cao)
60 (ngõ ra
ở mức cao)
DC

DC
DC
DC
DC
DC
DC
DC
2.1.2 Các thành phần của CPU:
Cấu tạo chung của 1 bộ CPU gồm những phần như sau:
Hình 2.1: Các thành phần của CPU
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 10
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
Trong đó:
1 - Nguồn cung cấp: tuỳ theo loại CPU mà ta dùng nguồn AC từ 100V-240V
hoặc nguồn DC 24V
2,3 - Chân nối đất bảo vệ (đối với loại CPU dùng nguồn AC): để bảo vệ an
toàn cho người sử dụng.
4 - Nguồn cung cấp cho ngõ vào : đây là nguồn 24V DC được dùng để cung
cấp điện áp cho các thiết bò đầu vào (đối với loại CPU dùng nguồn AC ).
5 - Các ngõ vào : để liên kết CPU với các thiết bò ngõ vào.
6 - Các ngõ ra : để liên kết CPU với các thiết bò ngõ ra.
7 - Các đèn báo chế độ làm việc của CPU : các đèn báo này cho chúng ta biết
chế độ làm việc hiện hành của PLC.
Đèn báo Trạng thái nghóa
PWR
(xanh)
On PLC đã được cấp nguồn
Off PLC chưa được cấp nguồn
RUN
(xanh)

On PLC đang hoạt động ở chế độ
RUN hoặc ở chế độ MONITOR
Off PLC đang ở chế độ
PROGRAM hoặc bò lỗi
COMM
(vàng)
Flashing Dữ liệu đang được chuyển vào
CPU thông qua cổng Peipheral
hoặc cổng RS-232C
Off Dữ liệu không được chuyển
vào CPU thông qua cổng
Peripheral hoặc cổng RS-232C
ERR/ALARM
(red)
On Xuất hiện lỗi (PLC ngừng hoạt
động )
Off Đèn báo hoạt động bình thường
8 - Đèn báo trạng thái ngõ vào : khi 1 trong các ngõ vào ở trạng thái ON thì
đèn báo tương ứng sẽ sáng.
 Lưu ý : Khi ta sử dụng bộ đếm tốc độ cao thì các đèn báo ngõ vào sẽ không
sáng nếu tần số xung sáng quá nhanh.
9 - Đèn báo trạng thái ngõ ra: các đèn báo trạng thái ngõ vào sẽ sáng khi các
ngõ ra ở trạng thái ON.
10 - Cổng điều khiển tín hiệu Analog: được sử dụng khi tín hiệu vào hoặc ra là
tín hiệu Analog, được lưu giữ vào vùng nhớ IR250 và IR251.
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 11
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
11 - Cổng giao tiếp với thiết bò ngoại vi : liên kết PLC với thiết bò lập trình:
máy tính chủ, thiết bò lập trình cầm tay ...
12 - Cổng giao tiếp RS-232C : liên kết PLC với thiết bò lập trình (ngoại trừ

thiết bò lập trình cầm tay và máy tính chủ).
13- Communication Switch : là công tắc , chọn để sử dụng một trong hai cổng
Peripheral hoẵc cổng RS-232C để liên kết với thiết bò lập trình
14 - Bộ Acquy
15 - Phần mở rộng : kết nối CPU và PLC với khối mở rộng I/O hoặc khối mở
rộng nói chung ( Analog I/O Unit, Temporature Senson Unit ...) , có thể kết
nối 3 modul mở rộng
2.1.3 Các thành phần khác của khối mở rộng
Hình 2.2: Các thành phần của khối mở rộng
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 12
Đồ án tốt nghiệp Chinh sua boi:
Trong đó :
1. Đầu nối ngõ vào : liên kết CPU với các thiết bò ngõ vào.
2. Đầu nối ngõ ra : liên kết CPU với các thiế bò ngõ ra.
3. Các đèn báo hiển thò ngõ ra.
4. Các đèn báo hiển thò ngõ vào.
5. Cáp kết nối đơn vò mở rộng I/O với CPU.
2.1.4 Các thành phần của Modul nhập xuất Analog.
Modul I/O Analog thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu
số hoặc từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự để giao tiếp giữa CPU với các thiết bò
tương tự như máy phát sóng cảm biến , các dụng cụ đo và các thiết bò điều khiển
khác.
Modul I/O Analog có khoảng thay đổi tín hiệu điện áp từ 0-10V hoặc từ
0-5V (đối với Analog Input) và từ -10-10V (Analog Out Put). Một CPU có thể kết
nối với 3 modul Analog I/O ( 2 Analog Input và 1 Analog Output )
Dữ liệu đã được biến đổi thì được lưu trữ trong vùng phân bổ words của
Analog I/O Unit và nó được sử dụng bởi lệnh đọc nội dung của Words ngã vào .
Một chức năng khác của nó là xử lý giá trò trung bình để cho tất cả các dữ
liệu ở ngõ ra ổn đònh . Nó còn có chức năng phát hiện dây dẫn bò đứt khi tầm ngõ
vào được đặt khoảng 4-20mA , hoặc từ 1-5 V.

Cấu tạo của khối mở rộng Analog được mô tả trong hình
Hình 2.3: Các thành phần của modul Analog I/O
1. Các đầu nối của khối Analog I/O : kết nối với các thiết bò tương tự nhập
hoặc xuất .
2. Cáp kết nối của phần mở rộng : kết nối Analog I/O Unit với cổng mở rộng
của CPU hoặc của khối mở rộng khác .
SVTH: Lê Hạ Thiên Tường 13