Tài liệu Trình tự giải bài toán lập trình plc

Trình tự giải bài toán lập trình PLC Thứ năm, 22 Tháng 1 2009 07:52 Xem kết quả: Nguyễn Văn Nghĩa / 33 Bình thường Tuyệt vời BỎ PHIẾU Trình tự giải bài toán lập trình PLC Trình bày các bước cơ bản khi thực hiện bài toán lập trình PLC. Đối với một bài toán tự động hóa PLC, việc khảo sát công nghệ, tìm hiểu kỹ hệ thống để có hướng giải quyết hợp lý đóng vai trò quan trọng. Khảo sát kỹ công nghệ kết hợp với các thuật toán hợp lý cho phép đơn giản hóa bài toán, đồng nghĩa với tốc độ thực hiện nhanh, độ tin cậy cao, dễ bảo trì, bảo dưỡng nâng cấp chương trình. Đây là các tiêu chí rất quan trọng để đánh giá chất lượng của một phần mềm PLC Các bước cơ bản 1. Tìm hiểu công nghệ: Để lập trình PLC cho một hệ thống, trước tiên, phải nắm được nguyên tắc hoạt động của hệ thống. Do vậy, người lập trình cần phải tìm hiểu kỹ hệ thống trước khi bắt tay vào viết chương trình. Trong quá trình tìm hiểu hệ thống, cần phải trả lời được các câu hỏi sau: - Hệ thống được sử dụng làm việc gì, làm như thế nào? Câu trả lời sẽ mô tả được công nghệ sản xuất của một dây chuyền cụ thể. + Quan sát theo dòng sản phẩm: Từ khi nguyên liệu vào hệ thống đến khi ra khỏi hệ thống, nó sẽ đi qua bao nhiêu khâu, bao nhiêu bước, trong mỗi bước này sẽ thực hiện thao tác nào? Cách mô tả này thường được sử dụng với dây truyền đơn, trong đó nguyên liệu đi theo một dòng cố định, không có dự phòng, thay thế, song song… + Quan sát theo tổ chức dây chuyền: Có bao nhiêu loại thiết bị trong dây chuyền, phân thành bao nhiêu cụm, tổ… Mỗi cụm, tổ thực hiện chức năng gì, liên quan với nhau như thế nào? Khả năng chia nhỏ dây chuyền, xử lý song song, tuần tự, thay thế như thế nào? - Liệt kê các thông số hệ thống và thông số công nghệ của dây chuyền - Liệt kê các trạng thái liên khoá và sự cố mà hệ thống cần có. - Liệt kê các đầu vào/đầu ra . Phân loại các đầu vào/ra theo tính chất (analog, số) và thời gian đáp ứng. 2. Xây dựng thuật toán cho bài toán điều khiển: Trên cơ sở phân tích bài toán, xây dựng graphcet hoặc hàm điều khiển. Để giảm nhỏ cấu trúc bài toán, cần lưu ý: - Phân nhỏ bài toán: Bài toán nhỏ sẽ đơn giản, dễ thực hiện, ít lỗi hơn so với bài toán lớn. vì vậy, trong tình huống có thể nên phân chia một bài toán lớn thành các bài toán nhỏ. Mỗi bài toán nhỏ là độc lập với nhau đến mức có thể chạy trên những PLC khác nhau. - Phân loại tín hiệu: Cần có cách xử lý khác nhau với các tín hiệu analog, các xung tần số cao, các yêu cầu đáp ứng nhanh hoặc đều đặn. Khi đó cần có các cách tổ chức chương trình khác nhau, thường là sử dụng ngắt và ngắt thời gian. - Phân loại các dạng bài toán: Các dạng bài toán khác nhau sẽ có các cách xử lý khác nhau, do vậy, cần các phương pháp lập trình khác nhau. VD bài toán trạng thái cần hàm logic của tín hiệu, bài toán trình tự cần xây dựng graphcet. 3. Lập bản đồ tài nguyên: Phân cho mỗi loại tín hiệu vào ra, bộ nhớ, biến một khoảng không gian khác nhau. Có 3 lợi ích: 1. Sẵn sàng cho khả năng mở rộng: Khi mở rộng bài toán, ta sẽ ít bị va chạm với các biến, IO đã có, ít phải sắp xếp lại các biến. 2. Tổ chức các module vào ra: Với một bài toán trải dài trên nhiều module vào ra đặt tách nhau, việc chọn các đầu vào/ra liên quan đến cùng thiết bị sẽ dễ đi dây, sắp xếp hơn. 3. Ưu tiên cho các module đặc biệt có đòi hỏi thời gian đáp ứng. 4. Địa chỉ hoá biến: Trên cơ sở đầu vào, đầu ra đã liệt kê và bản đồ bộ nhớ, định rõ địa chỉ cho từng biến. Khi viết chương trình, sử dụng các biến vào ra theo tên thay vì sử dụng trực tiếp địa chỉ biến. Cần định nghĩa rõ: - Tên biến - Địa chỉ/loại, kiểu biến, độ dài biến - Ý nghĩa thực tế của biến 5. Lập trình PLC: 1. Viết network làm việc theo cách tổ chức các module đã đề ra ở bước 2. 2. Thêm các logic liên khoá, bảo vệ vào các network đầu ra sao cho không xảy ra các trạng thái điều khiển ngược nhau. 3. Tổ chức các network sự cố sao cho khoá hoàn toàn hệ thống khi có sự cố. Một số thuật ngữ Thông số hệ thống: được hiểu là những thông số ảnh hưởng đến thiết bị, còn các thông số công nghệ là các thông số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Khi thay đổi các thông số hệ thống, đồng nghĩa ta thay đổi thiết bị trong dây chuyền, hay tổ chức lại dây chuyền. Thay đổi một cách tuỳ tiện thông số hệ thống có thể dẫn đến phá huỷ thiết bị. VD: Nhiệt độ cho phép của lò nung bị chi phối bởi các thiết bị cấu thành hệ thống, khi thay đổi quá giới hạn này sẽ dẫn đến cháy các thiết bị, cách nhiệt, bảo vệ…. Thông số công nghệ: chỉ làm ảnh hưởng đến sản phẩm. Nếu thay đổi không hợp lý thông số công nghệ sẽ dẫn đến chất lượng sản phẩm đầu ra bị biến đổi. VD: Thời gian trộn của thiết bị trộn, nhiệt độ của sản phẩm nung… Logic làm việc: Là những logic tạo nên tính chất của hệ thống, chúng thực hiện việc tổ hợp đầu vào và điều khiển đầu ra. Hệ thống hoạt động có đúng đắn hay không chính là ở các logic làm việc. Thông thường, trong hệ thống thực, logic làm việc chiếm 70% đến 95% code chương trình. Logic liên khoá, bảo vệ: Là những logic được thêm vào tất cả các network điều khiển đầu ra nhằm tránh những trạng thái điều khiển đối nghịch đồng thời tồn tại. Chúng sẽ không cho phép đầu ra được tích cực khi có những điều kiện trái ngược. Trong trạng thái bình thường, các logic liên khoá, bảo vệ sẽ luôn cho tín hiệu qua. Do vậy, logic liên khoá, bảo vệ không làm thay đổi tính chất hệ thống mà chỉ đảm bảo cho hệ thống làm việc tin cậy, ổn định . Logic liên khoá bảo vệ có thể được tích cực khi có lỗi trong lập trình hoặc hư hỏng thiết bị ngoài. Khi những sai sót được khắc phục, hệ thống ngay lập tức làm việc bình thường. Logic sự cố: Sự cố không lường trước là tình huống luôn có thể xảy ra với hệ thống. Để đảm bảo hệ thống không bị phá huỷ hoặc hư hại nặng hơn, cần dừng hệ thống càng sớm càng tốt. Logic sự cố thường được tổ chức dưới dạng các network độc lập ở đầu hoặc cuối của chương trình hoặc trong một ngắt "đi tuần" theo thời gian. Khi logic sự cố tích cực, tất cả các logic làm việc sẽ bị vô hiệu hoá (đấu tắt, off) và hệ thống chuyển sang trạng thái "lỗi". Một tập nhỏ các đầu ra hoặc trạng thái đặc biệt vẫn có thể tích cực để thực hiện việc khôi phục hệ thống. Việc khôi phục bắt buộc phải do con người thực hiện. Các phương pháp tổ chức chương trình PLC thường gặp Trên cơ sở ngôn ngữ lập trình PLC thông dụng, để triển khai một ứng dụng cụ thể cần có cách tổ chức chương trình thích hợp. Một số nguyên tắc sau thường được sử dụng hiệu quả trong những trường hợp cụ thể: I. Phương pháp lập trình theo tổ hợp trạng thái: 1. Mô tả bài toán: - Hệ thống gồm n đầu vào và m đầu ra. Khi các đầu vào chuyển trạng thái, đầu ra phải có đáp ứng (thay đổi trạng thái tương ứng). - Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích (đầu vào và đầu ra) là quan hệ không nhớ: Trạng thái của đầu ra thay đổi ngay khi trạng thái vào thay đổi và ít phụ thuộc vào tình trạng bên trong của hệ thống. 2. Cách giải quyết: - Trong tình huống này, đầu ra chỉ phụ thuộc vào đầu vào, do vậy, cách lập trình theo tổ hợp trạng thái là đơn giản nhất. - Dễ dàng thiết lập một hàm logic mô tả đầu ra theo đầu vào. - Việc sử dụng đại số bool và các phương pháp tối thiểu hoá cho phép xây dựng các hàm tối thiểu hoá một cách đơn giản nhất. 3. Các bước thực hiện: 1. Tìm hiểu công nghệ. 2. Xây dựng các hàm điều khiển: - Với mỗi đầu ra, xây dựng hàm điều khiển (đại số bool) của đầu ra theo đầu vào. - Sử dụng các kỹ thuật tối thiểu hoá để tối thiểu hàm đầu ra. 3. Lập bản đồ tài nguyên 4. Địa chỉ hoá các biến. 5. Viết các logic điều khiển đầu ra. Lưu ý: - Mỗi đầu ra được tổ chức thành một network độc lập. - Không có 2 network cùng điều khiển một đầu ra. 6. Bổ sung các logic bảo vệ, sự cố. 4. Đánh giá ưu nhược điểm Phương pháp lập trình theo trạng thái có các đầu ra là hàm của đầu vào. Chúng liên hệ chặt chẽ với đầu vào. Do vậy, Bất kỳ đầu vào nào thay đổi cũng dẫn đến sự thay đổi đầu ra tương ứng: luôn kiểm soát đầu ra theo đầu vào. Rất thích hợp với các bài toán điều khiển đầu ra. Khi số lượng tín hiệu vào lớn, hàm điều khiển cũng tăng theo cấp số nhân, tổ chức chương trình sẽ yếu đi nhiều. Có thể bổ sung một số cờ nhớ để tạo ra tính nhớ cho hệ thống, tuy nhiên, cấu trúc sẽ phức tạp hơn, và dễ sai sót. II. Phương pháp lập trình theo bước: 1. Mô tả bài toán: Hệ thống cần thực hiện theo nhiều công đoạn khác nhau: VD: một máy trục phân xưởng thực hiện tuần tự các thao tác lấy, chuyển phôi trong nhà máy theo một lộ trình xác định, các thao tác tuần tự của tay máy... Hệ thống phải mô tả được bằng graphcet, trong đó, chia làm nhiều bước, mỗi bước thực hiện một thao tác xác định, và khi điều kiện xác định sẽ chuyển sang bước sau. Graphcet thông thường có dạng đường thẳng, vòng tròn (lặp lại có điều kiện) - được gọi là các chu trình. Với graphcet có dạng phức tạp hơn người ta sẽ cố gắng chia nhỏ thành nhiều bài toán độc lập tương đối với nhau và liên kết bằng liên khoá giữa các chu trình. 2. Cách giải quyết: - Tìm cách chuyển tương ứng 1-1 từ graphcet sang cấu trúc chương trình PLC. (Trong một số ngôn ngữ PLC cho phép hỗ trợ trực tiếp cách viết này) 3. Định nghĩa Graphcet: Cấu trúc một trạng thái trong graphcet Si: Ký hiệu trạng thái. Điều kiện để chuyển từ trạng thái i-1 sang trạng thái i được gọi là điều kiện vào trạng thái i Điều kiện để chuyển từ trạng thái i sang trạng thái i+1 được gọi là điều kiện ra khỏi trạng thái i Nhận xét: - Điều kiện vào trạng thái i cũng là điều kiện ra khỏi trạng thái i-1. Vì vậy, trong một bài toán cụ thể, người ta sẽ chỉ quan tâm đến các điều kiện ra khỏi trạng thái đó(hoặc vào trạng thái) và gọi là điều kiện chuyển trạng thái. Trong phần sau này, ta sẽ lấy điều kiện ra trạng thái làm điều kiện chuyển trạng thái. - Tại mỗi trạng thái, người ta chỉ quan tâm đến tín hiệu chuyển trạng thái (có thể là một đầu vào, một biến trung gian) nhất định, không quan tâm đến các tín hiệu còn lại (Khác cơ bản so với lập trình trạng thái: Mỗi đầu ra là tổ hợp của tất cả các đầu vào). Điều này làm cho chương trình trở nên đơn giản, dễ kiểm soát hơn. - Mỗi đầu ra sẽ được tích cực trong một số trạng thái mà thôi. Ngoài các trạng thái này, đầu ra đó sẽ không tích cực. Những nhận xét trên là tiền đề để xây dựng phương pháp lập trình theo bước. 4. Nguyên tắc lập trình Nội dung: - Định nghĩa một tập các biến trạng thái. Mỗi biến ứng với một trạng thái. Trong mỗi thời điểm, chỉ có duy nhất một biến trạng thái được tích cực - ứng với trạng thái đang tích cực. Khi chuyển trạng thái, biến ứng với trạng thái cũ sẽ được xoá, biến ứng với trạng thái mới sẽ được bật lên. - Việc chuyển trạng thái sẽ xảy ra khi điều kiện chuyển trạng thái thoả mãn. - Các logic thực hiện việc chuyển trạng thái gọi là network chuyển trạng thái. - Các logic thực hiện việc điều khiển đầu ra gọi là logic đầu ra. 5. Các bước thực hiện: LAST_UPDATED2