Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs

33. LỰA CHỌN PLC

Chủ đề:

 Quá trình lựa chọn PLC

 Ước tính bộ nhớ chương trình và các yêu cầu thời gian

 Lựa chọn phần cứng

Mục tiêu:

 Có khả năng lựa chọn một nhà cung cấp phần cứng và phần mềm

 Có khả năng định cỡ một PLC cho một ứng dụng

 Có khả năng lựa chọn các phần cứng và phần mềm cần đến

33.1 GIỚI THIỆU

Sau giai đoạn lập kế hoạch, thiết bị có thể được đặt hàng. Quyết định này

thường dựa trên các yêu cầu đầu vào, đầu ra và các chức năng của bộ điều khiển.

Quyết định đầu tiên là loại của bộ điều khiển: giá, nhỏ, rất nhỏ, hay các thứ dựa trên

phần mềm. Quyết định này sẽ dựa trên các thứ quan trọng cơ bản được liệt kê dưới:

 Số lượng các đầu vào và các đầu ra logic

 Bộ nhớ - thường là 1K hay hơn. Sự cần thiết được quyết định bởi cỡ của

chương trình logic bậc thang. Một chi tiết bậc sẽ dùng chỉ một vài byte, và sẽ

được xác định trong tài liệu của nhà sản xuất.

 Số lượng của các mô đun vào/ra đặc biệt – Khi làm một vài ứng dụng kỳ lạ,

một số lượng lớn của các thẻ bổ sung đặc biệt có thể được yêu cầu.

 Thời gian quét – Các chương trình lớn hay các quá trình nhanh hơn sẽ yêu cầu

các thời gian quét ngắn hơn. Và, thời gian quét ngắn hơn, giá cao hơn. Các giá

trị điển hình cho điều này là một mi li giây cho một lệnh bậc thang đơn giản.

 Các truyền thông – Các kết nối nối tiếp và mạng cho phép PLC này được lập

trình và nói chuyện với các PLC khác. Các sự cần thiết được xác định bởi ứng

dụng này.

 Phần mềm – Sự cần thiết của phần mềm lập trình và các công cụ khác xác định

dễ lập trình và dễ gỡ lỗi.

Quá trình lựa chọn một PLC có thể được chia ra thành các bước được liệt kê

dưới:

1. Hiểu quá trình được điều khiển (Ghi chú: Điều này được làm xong bằng

cách dùng các trang thiết kế trong chương trước ).

 Liệt kê số lượng và các loại của đầu vào và các đầu ra.

 Xác định quá trình này được điều khiển như thế nào.

 Xác định các nhu cầu đặc biệt như là khoảng cách giữa các phần của

quá trình này

2. Nếu chưa được xác định, một nhà cung cấp đơn lẻ phải được lựa chọn.

Các yếu tố mà có thể được cân nhắc là: (Ghi chú: Nghiên cứu nhà cung

cấp cũng được cần đến ở đây)

 Các tài liệu hướng dẫn

 Hỗ trợ trong khi đang phát triển các chương trình

 Phạm vi của các sản phẩm có sẵn

 Hỗ trợ khi có sự cố

 Các thời điểm vận chuyển cho các thay đổi khẩn cấp

 Đào tạo

 Ghi chép theo dõi của công ty

 Các hoạt động kinh doanh (giao dịch, nâng cấp/lỗi thời các sản phẩm,

v.v...)

3. Vẽ logic bậc thang cho các điều khiển này. (Ghi chú: dùng các trang thiết

kế chuẩn).

4. Đếm các lệnh chương trình và đưa vào các giá trị trong các trang này

trong hình 33.1 và 33.2. Dùng chỉ dẫn thời gian và các yêu cầu bộ nhớ cho

mỗi lệnh để xác định nếu PLC này có đủ bộ nhớ, và nếu thời gian trả lời sẽ

là đầy đủ cho quá trình này. Các mẫu của các thời gian quét và bộ nhớ

được cho trong hình 33.3 và 33.4.

Figure 33.1 Memory and Time Tally Sheet – Trang bộ nhớ và đếm thời gian

Figure 33.2 Memory and Timer Requirement Sheet

Trang bộ nhớ và yêu cầu bộ đếm giờ

(Ghi chú của người gõ: Input Scan Time: thời gian quét đầu vào; Output Scan

Time: thời gian quét đầu ra; Overhead Time: Toàn thời gian; Program Scan Time: thời

gian quét chương trình; Communication Time: thời gian truyền thông; Other Times:

các thời gian khác; TOTAL: tổng cộng.

)

Các giá trị điển hình cho một bộ điều khiển Allen-Bradley micrologix là:

thời gian quét đầu vào 8µs

thời gian quét đầu ra 8µs

housekeeping 180µs

tổng bộ nhớ cho bộ điều khiển 280 từ

Kiểu lệnh

Thời gian

Bộ nhớ lệnh Dữ liệu

lệnh

cực đại (µs) cực tiểu (µs) (từ - word)

CTD - count down

đếm xuống

CTU- count up

đếm lên

XIC - normally open contact

công tắc thường mở

27,22

26,67

1,72

32,19

29,84

1,54

1

3

0

1

0,75

XIO - normally closed contact 1,72

1,54

công tắc thường đóng

OSR - one shot relay

Rơ le dùng một lần

OTE - output enable

cho phép đầu ra

OTL - output latch

chốt đầu ra

OTU - output unlatch

tháo chốt đầu ra

RES – reset

11,48

4,43

13,02

4,43

1

0

3

0,75

1

3,16

4,97

3,16

4,97

4,25

15,19

38,34

39,42

38,34

đặt lại

RTO - retentive on time

Giữ lại đúng lúc

TOF - off timer

bộ đếm giờ tắt

TON - on timer

27,49

31,65

30,38

1

bộ bấm giờ bật

Figure 33.3 Typical Instruction Times and Memory Usage for a Micrologix Controller

Lệnh thời gian và bộ nhớ điển hình cho một bộ điều khiển Micrologix

Các giá trị điển hình cho một bộ điều khiển Allen-Bradley PLC-5 là:

thời gian quét đầu vào ?µs

thời gian quét đầu ra ?µs

housekeeping ?µs

tổng bộ nhớ cho bộ điều khiển ?từ

Kiểu lệnh

Thời gian

Bộ nhớ lệnh Dữ liệu

lệnh

cực đại (µs) cực tiểu (µs) (từ - word)

CTD - count down

đếm xuống

CTU- count up

đếm lên

XIC - normally open contact

công tắc thường mở

XIO - normally closed contact 0,32

công tắc thường dongd

OSR - one shot relay

Rơ le dùng một lần

OTE - output enable

cho phép đầu ra

3,3

3,4

3

1

6

1

3

0

3,4

0,32

0,16

6,0

6,2

0,48

0,16

OTL - output latch

chốt đầu ra

OTU - output unlatch

tháo chốt đầu ra

RES – reset

0,48

2,2

4,1

2,6

4,1

0,16

1,0

2,4

3,2

2,6

1

3

0

3

đặt lại

RTO - retentive on time

giữ lại đúng lúc

TOF - off timer

bộ đếm giờ tắt

TON - on timer

bộ bấm giờ bật

Figure 33.4 Typical Instruction Times and Memory Usage for a PLC-5 Controller

Lệnh thời gian và bộ nhớ điển hình cho một bộ điều khiển PLC-5

5. Tìm kiếm các nhu cầu chương trình đặc biệt và kiểm tra kiểu PLC (ví dụ:

PID)

6. Ước lượng giá cho phần cứng, phần mềm lập trình, các cáp, tài liệu hướng

dẫn, khóa đào tạo, v.v... phù hợp, hay yêu cầu một trích dẫn từ nhà cung

cấp.

33.2 NHỮNG MÔ ĐUN VÀO RA ĐẶC BIỆT

Nhiều mô đun vào/ra đặc biệt khác nhau là có sẵn. Một vài loại mô đun được

liệt kê ở dưới cho minh họa, nhưng sự lựa chọn thương mại là rất rộng. Nói chung

hầu hết các nhà cung cấp đề xuất các mô đun cạnh tranh. Một vài mô đun, như là

logic mờ và rõ ràng, là chỉ được cung cấp bởi một vài các nhà cung cấp, như là

Omron. Điều này thỉnh thoảng ảnh hưởng một quyết định mua một loại cá biệt của

bộ điều khiển.

Các thứ của CPU trong PLC



Một số lượng lớn khác nhau của các thứ của CPU là có sẵn, và có thể

thường được dùng một cách thay thế cho nhau trong các hệ khung.

Công thức cơ bản là giá/hiệu suất. Bảng dưới so sánh một vài đơn vị

CPU trong các vấn đề quan trọng khác nhau.

Chú giải:

prop. - proprietary technology used by a single vendor - công nghệ độc

quyền được dùng bởi một nhà cung cấp đơn lẻ.

option - the vendor will offer the feature at an additional cost - tùy chọn –

nhà cung cấp này sẽ cung cấp đặc tính tại một giá cả bổ sung.

Figure 33.5 CPU Comparison Chart – Biểu đồ so sánh vi xử lý

Các bộ lập trình:



Có một vài loại cơ bản của các bộ lập trình đang dùng. Chúng có xu

hướng rơi vào trong 3 loại:

1.

2.

Phần mềm cho các máy tính cá nhân – tương tự với các đơn vị

lập trình được đặc biệt hóa, nhưng phần mềm này chạy trên một

máy tính đa sử dụng, được cung cấp bởi người dùng. Tiếp cận

này là được ưa thích một cách điển hình.

Các đơn vị cầm tay (hay được tích hợp) – Cho phép lập trình của

PLC bằng cách dùng một giao diện loại máy tính bỏ túi. Thường

được làm xong bằng cách sử dụng các gợi nhớ.

3.

Các đơn vị lập trình đặc biệt hóa – Cho hiệu quả một máy tính

xách tay mà nó cho phép chỉnh sửa về đồ họa của logic bậc

thang này, và làm nhanh tải lên/tải xuống/theo dõi PLC này.

Mạng Ethernet/modem:



Để giao tiếp với các máy tính từ xa. Điều này bây giờ là một tùy chọn

trên nhiều CPU. Các đầu vào/ra TTL.

Khi làm việc với các điện thế TTL (0-5Vdc) hầu hết các thẻ đầu vào sẽ

không nhận ra các điều này. Các thẻ này cho phép chuyển mạch các

điện thế này.

Các đầu vào/ra TTL:

Khi làm việc với các điện thế TTL thấp hơn (0-5Vdc) hầu hết các thẻ đầu



vào sẽ không nhận ra các điều này. Các thẻ này cho phép chuyển mạch

của các điện thế này.

Mô đun bộ đếm bộ mã hóa:



Làm các đầu vào từ một bộ mã hóa và theo dõi vị trí. Điều này cho phép

bộ mã hõa thay đổi mà chúng là nhanh hơn nhiều hơn là cái PLC có thể

quét.

Giao diện người máy – Human Machine Interface (HMI)



A-B/Siemens/Omron/Modicon/v.v... cung cấp các hệ giao diện người

dùng. Người dùng có thể dùng các màn hình cảm ứng, màn hình và các

nút,LCD/LED và bàn phím.

Mô đun ASCII



Thêm một cổng nối tiếp cho giao tiếp với các cổng nối tiếp chuẩn RS-

232/422.

Các thẻ máy tính cá nhân IBM:



Một thẻ máy tính tương thích IBM mà nó cắm vào một buýt PLC, và cho

phép dùng các phần mềm thông dụng.

Ví dụ Siemens CP580 Simatic AT

- các cổng nối tiếp: RS-232, RS-422, TTY

- bộ điều khiển màn hình RGB (VGA)

- các giao diện bàn phím và chuột

- đĩa cỡ 3,5 ing

Các bộ đếm:



Mỗi thẻ sẽ có 1 tới 16 bộ đếm tại các tốc độ lên tới 200KHz

Bộ đếm này có thể thiết đặt tới không, hay lên/xuống, hay cho qua có

thể xảy ra với một đầu vào bên ngoài.

Cặp nhiệt điện:



Các cặp nhiệt điện có thể được dùng đo nhiệt độ, nhưng các thiết bị

điện thế thấp này yêu cầu các thiết bị điện tử nhạy để giành được các

việc đọc nhiệt độ chính xác.

Vào ra tương tự:

Các thẻ này đo các điện thế trong các phạm vi khác nhau, và cho phép



theo dõi các quá trình liên tục. Các thẻ này cũng có thể đưa các điện

thế tương tự để giúp điều khiển các quá trình bên ngoài, v.v...

Các mô đun PID



Có hai loại PID mô đun. Trong lần đầu CPU làm tính toán, trong lần thứ

hai, một thẻ bộ điều khiển thứ hai làm tính toán này.

- khi CPU này làm tính toán vòng PID là chậm hơn.

- khi một thẻ đặc biệt nào đó điều khiển vòng lặp PID này, nó sẽ nhanh

hơn, nhưng chi phí ít hơn.



Các ứng dụng điển hình – định vị phôi

Các động cơ bước:



Cho phép điều khiển một động cơ bước từ một giá PLC.

Mô đun điều khiển tự động:



Có một cặp bộ mã hóa và bộ khuyếch đại được thiết kế bên trong thẻ

này

Các mô đun chẩn đoán:



Cắm vào và chúng theo dõi trạng thái CPU

Các thẻ đặc biệt cho giao diện máy tính cá nhân IBM



Siemens/Allen-Bradley/v.v... có các thẻ mà chúng phù hợp với các buýt

IBM, và sẽ giao tiếp với các PLC

Truyền thông:

Điều này cho phép các giao tiếp hay các giao thức mạng bổ sung với cái

có sẵn trên PLC này. Điều này bao gồm DH+, v.v...

Mô đun tráo đổi nhau



Các số có thể quay trên trong các bánh xe với các chữ số từ 0 đến 9.

Mô đun vào/ra BCD



Cho phép các số trở thành ra/vào trong BCD.

Mô đun ngôn ngữ lập trình BASIC:



Cho phép người dùng viết các chương trình bởi ngôn ngữ lập trình

BASIC.

Các máy phát tín hiệu RF khoảng cách ngắn



Ví dụ: định danh hệ Omron V600/V620

Định danh thẻ - các thẻ (tag) đặc biệt có thể được đính kèm tới các sản

phẩm, và khi chúng truyền qua với phạm vi phát hiện của các cảm biến,

chúng truyền một số định danh, hay một gói dữ liệu. Dữ liệu này sau

đó có thể được dùng, cập nhật, và được viết lại tới các thẻ này bởi PLC

này. Các thông điệp được lưu ở dạng chữ ASCII.

Nhận dạng/Nói tiếng nói



Trong một vài trường hợp vào/ra bằng lời có thể hữu ích. Các phương

pháp nhận dạng tiếng nói vẫn là rất hạn chế, người dùng phải điều

khiển phát âm của họ, và các tạp âm gây ra các vấn đề.

33.3 TÓM TẮT

 Cả hai các người cung cấp và các sản phẩm phải được ước lượng.

 Một nhà cung cấp đơn lẻ có thể là thuận lợi trong đơn giản hóa duy trì.

 Các yêu cầu về thời gian và bộ nhớ cho một chương trình có thể được ước

lượng bằng cách dùng công việc thiết kế.

 Các mô đun vào/ra đặc biệt có thể được lựa chọn để phù hợp các nhu cầu dự

án.

33.4 BÀI TẬP THỰC HÀNH

33.5 GIẢI PHÁP CHO BÀI TẬP THỰC HÀNH

33.6 GIAO BÀI TẬP

1. Loại giao diện vào ra gì được sử dụng thông thường nhất?

2. Một cỡ bộ nhớ lớn cho một PLC là gì?

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn cỡ của một PLC là gì?

Giáo trình Hệ thống sản xuất tự động hóa với PLCs - Phần 33: Lựa chọn PLC