Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs - Phần 18: Lập trình bằng danh sách lệnh

18. LẬP TRÌNH BẰNG DANH SÁCH LỆNH

Chủ đề:

 Các mã lệnh và các phép tính danh sách dòng lệnh (IL)

 Chuyển từ logic bậc thang sang IL

 Độ trễ dòng lệnh hướng ngăn xếp

 Phiên bản IL của Allen Bradley

Mục tiêu:

 Học được các nền tảng của lập trình IL

 Hiểu được mối quan hệ giữa logic bậc thang và các chương trình IL

18.1 GIỚI THIỆU

Lập trình IL được định nghĩa như là thành phần của chuẩn IEC 61131. Nó dùng

các dòng lệnh rất đơn giản tương tự như các ngôn ngữ lập trình gợi nhớ nguyên thủy

mà các ngôn ngữ này được phát triển cho các PLC. (Ghi chú: một vài người đọc sẽ

nhận ra sự tương tự với ngôn ngữ lập trình assembly). Nó là mức cơ bản nhất của

ngôn ngữ lập trình – mọi ngôn ngữ lập trình khác có thể được chuyển tới các chương

trình IL. Hầu hết các lập trình viên không dùng lập trình IL trong một ngày liên tục, trừ

khi họ dùng các bộ lập trình bằng tay.

18.2 PHIÊN BẢN IEC 61131

Để dễ hiểu, chương này sẽ tập trung vào quá trình chuyển đổi logic bậc thang

sang các chương trình IL. Một ví dụ đơn giản được chỉ ra trong hình 18.1 bằng cách

sử dụng các định nghĩa tìm được trong chuẩn IEC này. Bậc của logic bậc thang này

bao gồm bốn đầu vào, và một đầu ra. Nó có thể biểu diễn trong một phương trình

Bun bằng cách dùng các dấu ngoặc đơn. Phương trình này sau đó có thể được

chuyển đổi một cách trực tiếp tới các dòng lệnh. Phần đầu của chương trình này bắt

đầu tại nhãn START:. Tại điểm này giá trị đầu tiên được tải, và phần còn lại của biểu

thức này được chia thành những đoạn nhỏ. Thay đổi đáng kể duy nhất là AND NOT

trở thành ANDN.

Nhãn

START: LD

Mã lệnh Toán hạng

Ghi chú

(* Load input bit 00 *)

Tải bit đầu vào 00

(* Start a branch and load input bit 01 *)

Bắt đầu một nhánh và tải bit đầu vào 01

(* Load input bit 02 *)

Tải bit đầu vào 02

(* Load input bit 03 and invert *)

Tải bit đầu vào 03 và lộn ngược

%I:000/00

%I:000/01

%I:000/02

%I:000/03

AND(

OR(

ANDN

)

ST

%O:001/00 (* SET the output bit 00 *)

ĐẶT bit đầu ra 00

Figure 18.1 An Instruction List Example – Một ví dụ danh sách lệnh

Một ý tưởng quan trọng trong ngôn ngữ lập trình này là ngăn xếp. (Ghi chú: nếu

bạn dùng một máy tính với RPN bạn đã quen thuộc với điều này). Bạn có thể nghĩ về

nó như một danh sách làm về sau. Với phương trình trong hình 18.1 số hạng đầu tiên

trong biểu thức này là LD I:000/00, nhưng phép tính đầu tiên phải là (I:000/02 AND

NOT I:000/03). Các giá trị dòng lệnh này được đẩy vào ngăn xếp cho đến khi số hạng

lồng nhau sâu nhất được thấy. Hình 18.2 minh họa biểu thức này được đẩy vào ngăn

xếp như thế nào. Dòng lệnh LD đẩy giá trị đầu tiên vào ngăn xếp. Câu lệnh tiếp theo

là AND, nhưng nó được theo sau bởi một dấu mở ngoặc đơn ’(’ vì thế ngăn xếp này

phải hạ xuống. Dòng OR( mà nó theo sau cũng có cùng hiệu ứng. Lệnh ANDN không

cần đợi, vì thế tính toán được làm xong một cách tức thời và một result_1 vẫn còn.

Các lệnh hai dấu đóng ngoặc đơn ‘)’ tiếp theo loại bỏ lệnh ngăn chặn ‘(’ ra khỏi ngăn

xếp, và cho phép duy trì các dòng lệnh OR I:000/1 và AND I:000/0 được thực hiện

xong. Kết quả cuối cùng phải là một bit đơn lẻ result_3. Hai ví dụ sau theo sau được

cho các điều kiện đầu vào khác nhau. Nếu kết quả cuối cùng trong ngăn xếp là 0, thì

đầu ra ST O:001/0 sẽ thiết đặt đầu ra này, ngược lại nó sẽ tắt nó đi.

Figure 18.2 Using a Stack for Instruction Lists

Dùng một ngăn xếp cho các danh sách lệnh

Một danh sách của các phép toán được cho trong hình 18.3. Các bổ nghĩa là:

N – phủ định một đầu vào hay một đầu ra

( - lồng một phép toán và đặt nó trong một ngăn xếp để được kéo ra bởi ‘)’

C – bắt buộc một kiểm tra cho các kết được đánh giá hiện thời tại đỉnh của

ngăn xếp này

Các toán tử này có thể sử dụng nhiều kiểu dữ liệu, như được chỉ ra trong cột các

kiểu dữ liệu. Danh sách này phải được hỗ trợ bởi mọi nhà cung cấp, nhưng các hàm

bổ sung có thể được gọi bằng cách dùng hàm CAL.

Toán

tử

Bổ

nghĩa

N

Các kiểu Mô tả

dữ liệu

LD

many

BOOL

set current result to value

Đặt kết quả hiện thời tới giá trị

store current result to location

Lưu kết quả hiện thời tới vị trí

set or reset a value (latches or flip-flops)

Đặt hay đặt lại một giá trị (các chốt hay các mạch lật)

boolean and

ST

N

S, R

AND, & N, (

OR N, (

Phép toán Bun VÀ

boolean or

Phép toán Bun HOẶC

boolean exclusive or

Phép toán Bun XOR

mathematical add

XOR

ADD

SUB

MUL

DIV

GT

N, (

BOOL

many

LABEL

NAME

(

Phép toán toán học THÊM

mathematical subtraction

Phép toán toán học TRỪ

mathematical multiplication

Phép toán toán học NHÂN

mathematical division

Phép toán toán học CHIA

comparison greater than >

Phép toán so sánh lớn hơn >

comparison greater than or equal >=

Phép toán so sánh lớn hơn hay bằng >=

comparison equals =

Phép toán so sánh bằng =

comparison not equal <>

Phép toán so sánh không bằng <>

comparison less than or equals <=

Phép toán so sánh nhỏ hơn hay bằng <=

comparison less than <

(

GE

(

EQ

(

NE

(

LE

(

LT

(

Phép toán so sánh nhỏ hơn <

jump to LABEL

nhảy tới NHÃN

JMP

CAL

RET

)

C, N

call subroutine NAME

Gọi chương trình con NAME

return from subroutine call

trở về từ cuộc gọi chương trình con

get value from stack

Lấy giá trị từ ngăn xếp

Figure 18.3 IL Operations – Các phép toán IL

18.3 PHIÊN BẢN ALLEN-BRADLEY

Allen Bradley chỉ hỗ trợ lập trình IL trên dòng Micrologix 1000, và không có kế

hoạch hỗ trợ nó trong tương lai. Các ví dụ tương ứng của logic bậc thang và các

chương trình IL được chỉ trong hình 18.4 và 18.5. Các chương trình trong hình 18.4

chỉ ra các biến thể khác nhau khi chỉ có một đầu ra đơn lẻ. Nhiều chương trình IL

được cho ở chỗ nó có sẵn. Khi nhìn vào các ví dụ này ta nhớ lại ý tưởng của ngăn

xếp. Khi một dòng lệnh LD hay LDN được gặp phải nó sẽ đặt một giá trị vào đỉnh của

ngăn xếp. Các dòng lệnh ANB và ORB sẽ loại bỏ hai giá trị ở đỉnh của ngăn xếp, và

thay thế chúng bởi một giá trị đơn mà giá trị ấy là kết quả của một phép toán Bun.

Các hàm AND và OR lấy một giá trị ra khỏi đỉnh của ngăn xếp, thực thi một phép toán

Bun và đặt kết quả trên đỉnh của ngăn xếp. Các chương trình tương ứng (tới phía

phải) là ngắn hơn và sẽ chạy nhanh hơn.

Figure 18.4 IL Equivalents for Ladder Logic – IL tương ứng với logic bậc thang

Hình 18.5 chỉ ra các chương trình IL mà chúng được sinh ra khi có nhiều đầu ra.

Điều này thường yêu cầu cái mà ngăn xếp được sử dụng để giữ các giá trị mà chúng

sẽ được lấy mất một cách bình thường bằng cách sử dụng các hàm MPS, MPP và

MRD. Dòng lệnh MPS sẽ lưu giá trị hiện thời của đỉnh của ngăn xếp. Xem xét ví dụ

đầu tiên với hai đầu ra, giá trị của A được tải vào ngăn xếp bởi LD A. Dòng lệnh ST X

kiểm tra đỉnh của ngăn xếp, nhưng không loại bỏ giá trị, vì thế nó vẫn có sẵn cho

dòng ST Y. Trong ví dụ thứ ba giá trị ở đỉnh ngăn xếp sẽ không đúng khi bậc đầu ra

thứ hai được kiểm tra. Vì thế, khi nhánh đầu ra này xuất hiện giá trị ở đỉnh ngăn xếp

được sao chép bằng cách sử dụng MPS, và được đẩy vào đỉnh của ngăn xếp. Bản sao

này sau đó được AND với B và được sử dụng để thiết đặt X. Sau đó giá trị ở đỉnh

được kéo ra với lệnh MPP, để lại giá trị này tại đỉnh cái là nó trước bậc đầu ra thứ

nhất. Ví dụ cuối chỉ ra nhiều bậc đầu ra. Trước khi bậc đầu tiên giá trị được sao chép

vào ngăn xếp bằng cách dùng MPS. Trước khi bậc cuối giá trị ở đỉnh của ngăn xếp

được loại bỏ bởi câu lệnh MPP. Nhưng, hai câu lệnh trung tâm dùng MRD để sao

chép giá trị đúng tới đỉnh ngăn xếp – nó có thể được thay thế bởi MPP sau đó MPS.

Figure 18.5 IL Programs for Multiple Outputs – Các chương trình cho các đầu ra

Các lệnh phức tạp có thể được trình bày trong IL, như được chỉ trong hình 18.6.

Ở đây hàm được liệt kê bởi sự gợi nhớ của chúng, và điều này được theo sau bởi các

đối cho các hàm này. Dòng thứ hai không có bất cứ công tắc đầu vào nào, vì thế ngăn

xếp ấy được tải với một giá trị đúng.

START:LD I:001/0

TON(T4:0, 1.0, 5, 0)

LD 1

ADD (3, T4:0.ACC, N7:0)

END

Figure 18.6 A Complex Ladder Rung and Equivalent IL

Một bậc thang phức tạp và IL tương ứng

Một ví dụ của một chương trình con ngôn ngữ lập trình lệnh được chỉ ra trong

hình 18. 7. Chương trình này sẽ kiểm tra một đầu vào BCD trên thẻ I:000, và nó trở

nên cao hơn 100 thì 2 giây sau đầu ra O:001/00 sẽ bật lên.

Tệp chương trình 2:

Nhãn Mã lệnh Toán hạng Ghi chú

START: CAL

3

(* Jump to program file 3 *) – Nhảy tới tệp chương

trình 3

Tệp chương trình 3:

Nhãn Mã lệnh

TEST: LD

Toán hạng Ghi chú

%I:000

(* Load the word from input card 000 *)

Tải từ từ thẻ đầu vào 000

BCD_TO_INT

(* Convert the BCD value to an integer *)

Chuyển giá trị BCD này sang một số nguyên

(* Store the value in N7:0 *)

ST

%N7:0

100

Lưu giá trị trong N7:0

GT

(* Check for the stored value (N7:0) > 100 *)

Kiểm tra cho giá trị được lưu (N7:0)> 100

(* If true jump to ON *)

Nếu đúng nhảy tới ON

(* Reset the timer *)

JMPC

CAL

ON

RES(C5:0)

2

Đặt lại bộ bấm giờ

ON:

LD

(* Load a value of 2 - for the preset *)

Tải một giá trị của 2 – cho giá trị đặt trước

(* Store 2 in the preset value *)

Lưu 2 trong giá trị đặt trước

ST

%C5:0.PR

CAL

LD

TON(C5:0) (* Update the timer *)

Cập nhật bộ bấm giờ này

%C5:0.DN (* Get the timer done condition bit *)

Lấy bit điều kiện bộ bấm giờ làm việc xong

ST

%O:001/00 (* Set the output bit *)

Đặt bit đầu ra

RET

(* Return from the subroutine *)

Trở về từ chương trình con

Figure 18.7 An Example of an IL Program – Một ví dụ về một chương trình IL

18.4 TÓM TẮT

 Logic bậc thang có thể được chuyển tới các chương trình IL, nhưng các

chương trình IL không luôn luôn được chuyển sang logic bậc thang.

 Các chương trình IL dùng một ngăn xếp để trì hoãn các hành động được chỉ ra

bởi các dấu ngoặc đơn.

 Phiên bản Allen Bradley là tương tự, nhưng không giống với phiên bản IEC

61131 của IL.

18.5 BÀI TẬP THỰC HÀNH

18.6 GIẢI PHÁP CHO BÀI TẬP THỰC HÀNH

18.7 GIAO BÀI TẬP

1. Giải thích hoạt động của một ngăn xếp

2. Chuyển logic bậc thang sau sang các chương trình IL:

3. Viết các chương trình sơ đồ bậc thang mà nó tương ứng với các chương trình Bun

sau:

LD 001

OR 003

LD 002

OR 004

AND LD

LD 005

OR 007

AND 006

LD 001

AND 002

LD 004

AND 005

OR LD

OR 007

LD NOT 001

AND 002

LD 004

OR 007

AND 005

OR LD

LD 003

OR NOT 006

OR LD

OUT 204

AND LD

OR NOT 008

OUT 204

AND 009

OUT 206

AND NOT 010

OUT 201