Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs

11. THIẾT KẾ THEO LƯU ĐỒ

Chủ đề:

 Mô tả quá trình điều khiển bằng cách sử dụng các lưu đồ

 Chuyển các lưu đồ sang logic bậc thang

Mục tiêu:

 Có thể mô tả một quá trình bởi một lưu đồ

 Có thể chuyển một lưu đồ sang logic bậc thang

11.1 GIỚI THIỆU

Một lưu đồ là lý tưởng cho một quá trình mà nó có các bước xử lý tuần tự. Các bước

này sẽ được thực thi trong một thứ tự đơn giản mà thứ tự này có thể thay đổi như là kết quả

của một vài quyết định đơn giản. Các ký hiệu được sử dụng cho các lưu đồ được chỉ ra trong

hình 11.1. Những khối này được kết nối bởi các mũi tên để chỉ ra thứ tự của các bước. Các

khối khác nhau ngụ ý các loại khác nhau của các hành động trong chương trình. Các chương

trình luôn cần một khối bắt đầu, nhưng các chương trình PLC hiếm khi dừng vì thế khối dừng

lại là hiếm khi dùng đến. Các khối quan trọng khác bao gồm các thao tác và các quyết định.

Các chức năng khác có thể được sử dụng nhưng không cần thiết cho hầu hết các ứng dụng

PLC.

Figure 11.1 Flowchart Symbols – Các ký hiệu dùng trong lưu đồ

Một lưu đồ được chỉ ra trong hình 11.2 cho một hệ điều khiển đối với một thùng nước

lớn. Khi một nút start được nhấn thùng này sẽ bắt đầu làm đầy, và dòng ra sẽ được dừng lại.

Khi đầy, hay khi nút stop được ấn lối ra sẽ mở ra, và dòng vào sẽ được dừng lại. Trong lưu đồ

này hướng đi chung của thực hiện lưu đồ bắt đầu ở đỉnh. Hành động đầu tiên là mở van lối ra

và đóng van lối vào. Sau đó, một khối quyết định đơn được dùng để đợi một nút bấm được

bấm. Khi nút bấm này được bấm nhánh yes được đi theo và van lối vào được mở ra, và van

lối ra được đóng. Sau đó lưu đồ đi vào trong một vòng lặp mà vòng lặp này dùng hai khối

quyết định để đợi đến khi thùng đầy, hay nếu nút stop được ấn. Nếu một trong các trường

hợp này xảy ra van lối vào sẽ được đóng và van lối ra sẽ được mở. Hệ sau đó trở về để đợi

nút start được nhấn lại. Khi bộ điều khiển là bật chương trình phải luôn là đang chạy, vì thế

chỉ một khối start (bắt đầu) là cần đến. Nhiều người mới sẽ không chú ý tới việc đặt các kiểm

tra cho các nút stop.

Figure 11.2 A Flowchart for a Tank Filler – Một lưu đồ cho một bộ làm đầy thùng

Phương pháp chung để xây dựng các lưu đồ là:

1. Hiểu quá trình.

2. Xác định các hành động chính, ở đây là được vẽ như là các khối.

3. Xác định trình tự của các hành động, ở đây là được vẽ như là các mũi tên.

4. Khi trình tự này có thể thay đổi dùng các khối quyết định cho việc rẽ nhánh.

Một khi một lưu đồ đã được tạo ra logic bậc thang có thể được viết ra. Có hai kỹ thuật

cơ bản mà có thể được sử dụng, kỹ thuật đầu tiên được đưa ra dùng các khối của mã logic

bậc thang. Kỹ thuật thứ hai dùng logic bậc thang bình thường.

11.2 KHỐI LOGIC

Bước đầu tiên là đặt tên cho mỗi khối trong lưu đồ, như được chỉ ra trong hình 11.3.

Mỗi bước được đánh số sau đó sẽ được chuyển sang logic bậc thang.

BƯỚC 1: Thêm các nhãn cho mỗi khối trong lưu đồ:

Figure 11.3 Labeling Blocks in the Flowchart – Gán nhãn cho các khối trong lưu đồ

Mỗi khối trong lưu đồ này có thể được chuyển sang một khối của logic bậc thang. Để

làm điều này ta sẽ dùng các dòng lệnh (chỉ dẫn - instruction) MCR (Master Control Relay) (nó

sẽ được thảo luận chi tiết hơn về sau). Dòng lệnh được chỉ ra trong hình 11.4, và sẽ xuất hiện

như một cặp phù hợp của các đầu ra được gán nhãn là MCR. Nếu dòng MCR đầu tiên là đúng

thì logic bậc thang trên các dòng sau sẽ được quét như là bình thường tới MCR thứ hai. Nếu

dòng đầu tiên là sai các dòng tới khối MCR tiếp theo sẽ được tắt bắt buộc tất cả chúng. Nếu

một đầu ra bình thường được sử dụng bên trong một khối MCR, nó có thể bị tắt bắt buộc. Vì

thế các chốt sẽ được sử dụng trong cách này .

Ghi chú: Ta sẽ dùng các chỉ dẫn MCR để thực thi một vài chương trình dựa trên trạng

thái. Điều này cho phép ta chuyển mạch tắt một phần nào đó của logic bậc thang. Một lưu ý

quan trọng là nhớ rằng bất cứ đầu ra thông thường nào (không là các chốt hay các bộ bấm

giờ) sẽ bị FORCED OFF (TẮT BẮT BUỘC). Trừ khi đây là cái bạn muốn, đặt các đầu ra thông

thường bên ngoài các khối MCR.

(Ghi chú của người gõ: Nếu A là đúng thì MCR sẽ làm cho bậc thang trong ở giữa được thực

thi. Nếu A là sai các đầu ra là được tắt bắt buộc

).

Figure 11.4 The MCR Function – Chức năng MCR

Phần đầu tiên của logic bậc thang này được yêu cầu sẽ đặt lại logic bậc thang này tới

một điều kiện ban đầu, như trong hình 11.5. Dòng này sẽ chỉ là đúng cho quét lần đầu của

PLC này, và tại thời điểm đó nó sẽ bật khối lưu đồ F1 mà F1 là thao tác đặt lại mọi giá trị

thành tắt. Tất cả các hoạt động khác sẽ bị tắt.

BƯỚC 2: Viết logic bậc thang để bắt PLC này vào trong trạng thái đầu tiên

Figure 11.5 Initial Reset of States – Đặt lại các trạng thái ban đầu

Logic bậc thang cho trạng thái đầu tiên được chỉ ra trong hình 11.6. Khi F1 là đúng logic

giữa các dòng MCR sẽ được quét, nếu F1 là sai logic này sẽ bị bỏ qua. Logic này bật van lối ra

và tắt van lối vào. Nó sau đó tắt thao tác F1, và bật thao tác tiếp theo F2.

BƯỚC 3: Viết logic bậc thang cho mỗi chức năng trong lưu đồ này:

Figure 11.6 Ladder Logic for the Operation F1 – Logic bậc thang cho thao tác F1

Logic bậc thang cho thao tác F2 là đơn giản, và khi nút start được nhấn, nó sẽ tắt F2 và

bật F3. Logic bậc thang cho thao tác F3 mở van lối vào và chuyển tới thao tác F4.

Figure 11.7 Ladder Logic for Flowchart Operations F2 and F3 – Logic bậc thang cho các thao

tác lưu đồ F2 và F3

Logic bậc thang cho thao tác F4 tắt F4, và nếu thùng này đầy nó bật F6, ngược lại F5

được bật. Logic bậc thang cho thao tác F5 là rất tương tự.

Figure 11.8 Ladder Logic for Operations F4 and F5

Logic bậc thang cho các thao tác F4 và F5

Logic bậc thang cho thao tác F6 sẽ bật van lối vào và tắt van lối ra. Nó sau đó kết thúc

thao tác F6 và trở lại thao tác F2.

Figure 11.9 Ladder Logic for Operation F6 – Logic bậc thang cho thao tác F6

11.3 CÁC BIT TUẦN TỰ

Nói chung có một sự ưa thích cho các phương pháp không dùng các phát biểu

(statements – các câu lệnh) MCR hay các chốt. Lưu đồ được dùng cho ví dụ trước có thể

được thực thi mà không dùng các chỉ dẫn (dòng lệnh - instructions) này bằng cách dùng

phương pháp sau. Bước thứ nhất của quá trình này được chỉ ra trong hình 11.1 0. Như trước

mỗi thành phần của các khối trong lưu đồ này là được gán nhãn, nhưng giờ các mũi tên kết

nối (chuyển tiếp) trong sơ đồ này cũng phải được gán nhãn. Các chuyển tiếp này cho thấy khi

một khối chức năng khác nào đó sẽ được kích hoạt.

Figure 11.10 Label the Flowchart Blocks and Arrows

Gán nhãn cho các khối và các mũi tên

Phần đầu tiên của logic bậc thang được chỉ ra trong hình 11 .11. Điều này cho thấy khi

nào các chuyển đổi giữa các chức năng phải xuất hiện. Mọi logic này cho các chuyển đổi phải

được giữ lại cùng nhau, và xuất hiện trước logic trạng thái mà logic này theo sau trong hình

11.12.

Figure 11.11 The Transition Logic – Logic chuyển đổi

Logic trong hình 11.12 sẽ giữ một chức năng là bật, hay chuyển tới chức năng tiếp theo.

Xem xét thang bậc thang đầu tiên cho F1, nó sẽ được bật bằng cách chuyển đổi T1 và một khi

chức năng F1 là bật nó sẽ tự giữ nó là bật, trừ khi T2 xuất hiện tắt nó (T1) đi. Nếu T2 đã xuất

hiện dòng tiếp theo của logic bậc thang sẽ bật F2 lên. Logic chức năng được theo sau bởi

logic đầu ra mà logic này có liên quan đến các giá trị đầu ra tới các chức năng kích hoạt này.

Figure 11.12 The Function Logic and Outputs

Logic chức năng và các đầu ra

11.4 TÓM TẮT

 Các lưu đồ là phù hợp với các quá trình với một dòng (đi) đơn lẻ của việc thực thi.

 Các lưu đồ là phù hợp với các quá trình với các trình tự rõ ràng của thao tác.

11.5 BÀI TẬP THỰC HÀNH

1. Chuyển lưu đồ sau sang logic bậc thang:

2. Vẽ một lưu đồ cho máy cắt cỏ, sau đó phát triển logic bậc thang cho ba hành động/quyết

định này.

3. Thiết kế một bộ điều khiển cửa gara bằng cách sử dụng lưu đồ. Cách hành xử của bộ điều

khiển cửa gara là tuân theo:

- có một nút đơn trong gara này, và một nút đơn điều khiển từ xa.

- khi nút này được bấm cửa sẽ chuyển động lên hay xuống.

- nếu nút này được bấm khi đang chuyển động, cửa sẽ dừng lại, một lần nhấn thứ hai sẽ

bắt đầu chuyển động tiếp theo theo hướng ngược lại.

- có các chuyển mạch giới hạn đỉnh/đáy để dừng chuyển động của cửa.

- có một chùm sáng đi qua đáy của cửa. Nếu chùm sáng này là bị cắt trong khi cửa đang

đóng thì cửa sẽ dừng và đổi chiều.

- có một đèn gara mà đèn này sẽ bật trong 5 phút sau khi cửa mở hay đóng.

11.6 GIẢI PHÁP CHO BÀI TẬP THỰC HÀNH

1.

2.

3.

11.7 GIAO BÀI TẬP

1. Phát triển logic bậc thang cho lưu đồ sau:

2. Dùng lưu đồ để thiết kế một bộ điều khiển cửa điểm đỗ xe:

- cửa này sẽ được nâng lên bởi một đầu ra và

hạ xuống bởi một đầu ra khác. Nếu cửa bị mắc

và một máy dò siêu tải sẽ làm cho một đầu

vào PLC là đúng. Nếu đây là trường hợp đó

cổng phải được chuyển động ngược lại và đèn

phải được bật vô thời hạn.

- nếu một thẻ chìa khóa phù hợp được cho

vào một đầu vào PLC sẽ là đúng. Cổng là kéo

lên và giữ mở trong 10 giây.

- khi một xe hơi đi qua bộ phát hiện xe hơi

một đầu vào PLC sẽ thành đúng. Cổng được

mở trong khi máy dò này là kích hoạt. Nếu nó

kích hoạt hơn 30 giây đèn cũng phải được bật

cho đến khi cửa này đóng.

3. Một trạm hàn được điều khiển bởi một PLC. Bên ngoài có một buồng an toàn mà buồng

này phải đóng trong khi trạm này là kích hoạt. Một băng chuyền đưa các vật thể vào trong

trạm hàn này và đi ra. Một cảm biến lân cận cảm ứng phát hiện khi một vật thể là trong vị trí

cho việc hàn, và dây chuyền được dừng lại. Để hàn, một bộ truyền động được bật trong 3

giây. Như bình thường trạm này có các nút start và stop.

a) Vẽ lưu đồ

b) Thực thi lưu đồ này theo logic bậc thang

Inputs

Outputs

DOOR OPEN (NC)

START (NO)

CONVEYOR ON

WELD

STOP (NC)

PART PRESENT

4. Chuyển lưu đồ sau thành logic bậc thang:

5. Một máy đang được thiết kế để đóng các gói sô cô la. Các hộp này đến máy này trên một

băng chuyền. Danh sách sau chỉ các bước xử lý theo trình tự:

1. Hộp này đến và được phát hiện bởi một cảm biến quang (P), sau khi băng chuyền này

được dừng lại (C) và hộp này được giữ lại đúng vị trí (H).

2. Một cơ cấu đóng gói (W) được bật trong 2 giây.

3. Một xy lanh dán nhãn (S) được bật trong 1 giây để đặt nhãn hàng lên hộp này.

4. Kẹp (H) được tắt và băng tải (C) được bật.

5. Sau khi hộp này rời đi hệ thống sẽ trở về trạng thái không làm gì cả.

Phát triển logic bậc thang cho hệ này bằng cách sử dụng một lưu đồ. Đừng quên cho vào

các đầu vào start và stop thông thường.

Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs - Phần 11: Thiết kế theo lưu đồ