Tài liệu Bai giang dklg_plc ee4220 nguyen tri cuong(dklg) (1)

21/07/2015 BÀI GIẢNG ĐKLG & PLC Giảng viên: Nguyễn Trí Cường Bộ môn Tự động hóa XNCN – viện Điện Điện thoại: 0983309963 Email: [email protected] 1 21/07/2015 2 Mục tiêu học phần: • Cung cấp cho sinh viên cái nhìn khái quát về ĐKLG (đặc biệt là trong công nghiệp). • Trang bị một số công cụ phân tích và thiết kế hệ thống tự động hóa có tính chất là các sự kiện rời rạc. • Cung cấp các kiến thức về PLC – thiết bị điều khiển logic điển hình. • Trang bị kiến thức về một số thiết bị chấp hành trong hệ thống tự động hóa. 21/07/2015 3 Kết quả mong đợi (đối với sinh viên) • Hiểu biết khái quát về điều khiển các sự kiện rời rạc (điều khiển logic). • Phân tích & thiết kế một hệ thống tự động hóa có tính chất rời rạc. • Lập trình, ghép nối PLC với các thiết bị trong hệ thống tự động hóa. • Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống tự động hóa theo yêu cầu đặt ra. 21/07/2015 4 Nội dung vắn tắt • Khái niệm chung về điều khiển logic. • Mạch logic tổ hợp và phương pháp thiết kế mạch logic tổ • • • • hợp. Mạch logic tuần tự và phương pháp thiết kế mạch logic tuần tự. Giới thiệu về PLC: cấu tạo, hoạt động và ngôn ngữ lập trình. Thiết kế logic với PLC. Các thiết bị vào ra. 21/07/2015 5 Tài liệu Bài giảng. 2. Nguyễn Trọng Thuần, “Điều khiển Logic và Ứng dụng”, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000. 3. Trịnh Đình Đề, Võ Trí An, “Điều khiển tự động truyền động điện”, tập I, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, 1983 4. L. A. Bryan, E. A. Bryan, “ Programmable Controllers, Theory and Implementation”, Second Edition, An Industrial Text Company Publication, Atlanta- GeorgiaUSA, 1997. 1. 21/07/2015 6 Tài liệu 5. 6. 7. 8. 9. W. Bolton, “Programmable Logic Controllers”, Fifth Edition, Elsevier, 2009. “Introduction to PLC Programming and Implementationfrom relay logic to PLC logic”, Industrial Text& Video Company. J. R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr, “Programmable Logic Controllers: Programming Methods and Applications”, Prentice Hall, 2003. Karl-Heinz John, and Michael Tiegelkamp, “IEC 611313: Programming Industrial Automation Systems”, 2nd Edition Springer, 2010. IEC 61131 Standard. 21/07/2015 Tài liệu 10. Giáo trình ĐKLG & PLC 11. Tài liệu & phần mềm PLC Mitsubishi 12. Tài liệu & phần mềm PLC Siemens 13. Tài liệu & phần mềm PLC Omron 7 21/07/2015 Chương mục 1. Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 2. Chương 2: Mạch logic tổ hợp 3. Chương 3: Mạch logic tuần tự 4. Chương 4: Tổng quan về PLC 8 21/07/2015 9 CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐKLG 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 10 1. Khái niệm về ĐKLG Quá trình liên tục: Quá trình rời rạc: • VD: quá trình nhiệt, biến đổi • VD: quá trình lắp ráp, quá áp suất, phản ứng hóa học … trình đóng gói … (tập hợp các hoạt động, sự kiện) • Có thể xác định, mô tả các • Chỉ có thể xác định giá trị đại lượng liên quan tại mọi thời điểm theo thời gian các đại lượng liên quan khi sự kiện nhất định diễn ra 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 11 1. Khái niệm về ĐKLG Quá trình liên tục: Quá trình rời rạc: • Mô hình hóa: • Các phương trình đại số, vi phân … • Là đối tượng nghiên cứu của Lý thuyết điều khiển tự động • Mô hình hóa: • Dùng các công cụ: đại số bool, Automat hữu hạn, Petri Net, Statecharts, Stateflows, GRAFCET … • Là đối tượng nghiên cứu của điều khiển logic. 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 12 2. Mô hình hóa quá trình rời rạc: a. Đại số BOOL: (đại số logic) • Coi các sự kiện chỉ có 2 trạng thái đối lập: có/không; đúng/sai; 1/0; 0V/5V; -10V/+10V … • Là nền tảng tạo nên hệ đếm cơ số 2 – cơ sở của máy tính điện tử. • Phù hợp với các mạch logic điện tử, rơ le logic. • Có khả năng mô tả hầu hết các quá trình thực tế. • Vẫn còn có các nhược điểm: • • Thiếu trực quan. Gặp khó khăn khi quá trình thực tế trở nên quá phức tạp. 13 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 21/07/2015 2. Mô hình hóa quá trình rời rạc: b. Automat hữu hạn: (finite state machine - FSM) • Ví dụ FSM điều khiển thang máy: • Dữ liệu: • • • • • Chỉ có 2 tầng: Ground – First. Tín hiệu vào: Up = 1; Down = 0. Trạng thái: Ground = 0; First = 1. Tín hiệu ra (đèn báo): On = 1; Off = 0. Bảng trạng thái: Trạng thái Đầu vào 0 0 1 1 0 1 0 1 Trạng thái tiếp theo 0 1 0 1 Đèn đỏ Red 1 0 1 0 Đèn xanh Green 0 1 0 1 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 14 2. Mô hình hóa quá trình rời rạc: c. Petri Net: • Đồ thị có hướng. • Bước chuyển – gạch đứng: các sự kiện có thể xảy ra. • Điều kiện – vòng tròn nhỏ: các vị trí. • Cung có hướng – mũi tên: các trạng thái chuẩn bị, không bao giờ nối cùng vị trí, cùng bước chuyển. • Cung đầu vào: nối vị trí đến bước chuyển. • Cung đầu ra: nối bước chuyển đến vị trí. • Token (dấu hiệu) – chấm đen: mỗi vị trí có số lượng các token nào đó. 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 15 2. Mô hình hóa quá trình rời rạc: d. Statecharts: • Dựa trên FSM. • Bổ sung thêm 3 khái niệm: phân cấp, tranh chấp, quảng bá truyền thông. • VD: hoạt động của đồng hồ bấm giờ: 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 2. Mô hình hóa quá trình rời rạc: e. Stateflows: • Là 1 dạng của statecharts được phát triển bởi Matlab. • Tích hợp trong môi trường Simulink. • Tự động chuyển sang dạng mã chương trình C. • VD: mô hình hộp số tự động điều khiển ô tô. 16 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 21/07/2015 2. Mô hình hóa quá trình rời rạc: GRAFCET: f. Có cơ sở toán học là mạng Petri Net. Giao diện đồ thị rõ ràng. Nền tảng tạo lên ngôn ngữ lập trình SFC. Có một số thành phần cơ bản: • • • • • • • Step: trạng thái. Chuyển: Transistion Các nhánh có quan hệ logic. 17 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 18 3. Chuẩn IEC 61131: • • IEC: International Electrotechnical Commision – Tổ chức về các tiêu chuẩn quốc tế và đánh giá mức độ tuân theo trong lịch vực điện, điện tử và các công nghệ liên quan. IEC 61131: standards on programmable controllers and their associated peripherals – tiêu chuẩn về các bộ điều khiển khả trình và ngoại vi liên kết với chúng. 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 19 3. Chuẩn IEC 61131: IEC 61131: gồm 8 phần: • • • • • • • • • IEC 61131-1 General information IEC 61131-2 Equipment requirements and tests IEC 61131-3 Programming Languages - providing the basis IEC 61131-4 User Guidelines IEC 61131-5 Messaging service specification IEC 61131-6 Funtional Safety IEC 61131-7 Fuzzy control programming IEC 61131-8 Guidelines for the application and implementation of programming languages 21/07/2015 Chương 1: Khái niệm chung về ĐKLG 20 3. Chuẩn IEC 61131: Đặc điểm chính của IEC 61131-3: • Quy định 5 ngôn ngữ lập trình: • • • • • • Ladder (LD): giản đồ thang, giống sơ đồ rơ le tiếp điểm. Function Block Diagram (FBD): sơ đồ khối chức năng, giống với các khối chức năng trong sử dụng IC. Sequential Function Chart (SFC): biểu đồ hàm tuần tự, được phát triển từ GRAFCET. Structure Text (ST): lệnh có cấu trúc, gần với ngôn ngữ lập trình cấp cao như C, Pascal … Instruction List (IL): danh sách mã lệnh, gần với mã máy hoặc lập trình ASEMBLY trên vi điều khiển.