Đồ án Công nghệ xử lý nước sạch ở nhà máy nước yên phụ và hệ thống điều khiển và khả năng nâng cấp

Để ghi cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều tương tự, ta tiến hành như sau: Nối đầu điều khiển 7 tới đầu điều khiển 8 qua một công tắc tắt mở bình thường. Nối một biến trở 4,7kW tới các đầu điều khiển, hoặc nối tín hiệu 0á10V đầu (+) nối vào chân 3, đầu (-) nối vào chân 2 và chân 4. Đặt SW1 vào vị trí đầu vào điện áp (V). Lắp vỏ vào và đóng nguồn chính vào bộ biến tần. Đặt thông số P009 tới 002 hoặc 003 để cho tất cả các thông số có thể điều chỉnh được. Kiểm tra thông số P006 được đặt tới 001 để định rõ điểm đặt tương tự (analog). Đặt thông số P007 tới 000 để định rõ đầu vào số (vd chọn cổng 8 - DIN1 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển mặt trước mất hiệu lực. Đặt thông số P021 và P022 để định rõ mức dặt tần số đầu ra cực đại và cực tiểu. Kiểm tra các thông số P081 tới P085 và đảm bảo rằng chúng thích hợp với các yêu cầu nêu rõ trong bảng công suất trên động cơ. Bật công tắc đóng cắt giữa đầu 7 và đầu 8 lên ON (đưa tín hiệu điều khiển vào cổng 8). Điều chỉnh điện áp của đầu điều khiển tương tự cho đến khi tần số mong muốn hiển thị trên bộ biến tần. Bộ biến tần bây giờ sẽ điều khiển động cơ chạy ở tần số đã được đặt bởi tín hiệu điều khiển analog. e. Điều khiển cục bộ và điều khiển từ xa: Bộ biến tần có thể được điều chỉnh cục bộ (mặc định) hoặc từ xa thông qua một đường cáp dữ liệu USS tới các cổng giao diện bên trong (chân 13 và 14) hoặc tới đầu nối kiểu chữ D_RS485 trên mặt bảng điều khiển mặt trước. Khi sử dụng điều khiển cục bộ, bộ biến tần chỉ có thể có thể được điều khiển thông qua bảng điều khiển mặt trước hoặc các đầu cuối điều khiển. Các lệnh điều khiển hoặc các thông số thay đổi nhận được từ giao diện RS485 không có hiệu lực. Đối với điều khiển từ xa, giao diện nối tiếp được thiết kế như một cáp điện đôi để truyền dữ liệu hai chiều. f. Dừng motor: Có thể dừng motor theo nhiều cách: - Huỷ bỏ lệnh ON hoặc ấn nút OFF trên tấm bảng mặt trước làm cho máy dừng làm cho máy dừng ở tỉ lệ lựa chọn. - Làm cho motor đứng lại từ từ. - Làm cho motor hãm nhanh. - Phanh hãm điện từ. - Hãm điện trở. g. Điều khiển mạch vòng kín: Các bộ biến tần của SIEMEN (MICRO MASTER và MIDI MASTER) đều cung cấp chức năng điều khiển mạch vòng kín PID (hình III.10). Xử lý V=0á10V I=0á20mA Mở=0á5V Đóng=0á20mA P201=002 P201=001 M D I P Cảm biến Điểm đặt P211, P212 Cân bằng P202 P203, P207 P204 Ngắt P002, P003 Mô tơ P208 Chọn đầu vào SW2 X2 X1 SW1 P206 P205 Mẫu Máy lọc + - Hình III.10 - Điều khiển mạch vòng kín. Mạch điều khiển mạch vòng kín rất lý tưởng trong điều khiển áp suất và nhiệt độ, hoặc các điều khiển khác nơi các thay đổi biến số điều khiển rất chậm hoặc nơi các nỗi nhất thời không được coi là quan trọng. Điều khiển mạch đóng không thích hợp cho sử dụng trong các hệ thống yêu cầu thời gian phản hồi nhanh. Khi chức năng điều khiển mạch đóng có tác dụng (P201=001 hoặc 002), tất cả các điểm đặt được xác định giữa 0 và 100% (Ví dụ: một điểm đặt 50.0=50%).Điều này cho phép ứng dụng vào các mục đích chung cho các quá trình được hoạt động bởi tốc độ động cơ (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng,...) 5.2 Các thông số đặt: ở đây ta dùng đầu vào analog, hiển thị tần số của động cơ trên màn hiển thị của biến tần. Các thao tác để đặt thông số cho biến tần: Phím Thao tác Hiển thị P Vào thông số P000 Lựa chọn thông số cần thay đổi. P Chứng nhận bạn muốn thay đổi thông số này. Giá trị hiện tại được hiển thị. Sử dụng phím này để thay đổi giá trị yêu cầu. P Khẳng định giá trị muốn thay đổi. Thông số mới đặt sẽ được hiển thị lại. Sử dụng phím này để về thông số P000. Căn cứ vào yêu cầu của công nghệ, ta đặt các thông số như sau: (Những thông số không đặt ta để mặc định). a. Thông số P001: Có thể hiển thị các thông số đặt bởi giá trị P001: 0- Hiển thị tần số ra. 4- Mômen motor.(%). 1- hiển thị điểm đặt tần số. 5 - Tốc độ motor. 2- Dòng motor. 6- Trạng thái bus truyền thông. 3- Điện áp một chiều kết nối. 7 - Tín hiệu phản hồi PID.(%) 8- Điện áp ra (V). Ta chọn giá trị P001 = 0 (hiển thị tần số ra). b. Thông số P006: Lựa chọn cách thức đặt tần số. 0: Đặt theo dạng số. 1: Đặt theo dạng tương tự. (*) 2: Đặt tần số cố định hoặc dùng chiết áp. Ta chọn giá trị P006 = 1. c. Thông số P012: Đặt tần số cực tiểu cho motor. Dải tần số 0 - 150 Hz. Theo công nghệ đặt ra ta đặt thông số này là 35 Hz ( ~ 70% nđm). d. Thông số P013: Đặt tần số cực đại cho động cơ. Dải tần số 0 - 150 Hz. Ta đặt thông số này là 50Hz (ứng với tần số định mức ). e. Thông số P081: Dải tần số thông dụng: 0 - 150Hz. Ta đặt thông số này là 50Hz ( tức là giá trị mặc định ). f. Thông số P082: Dải tốc độ của động cơ: 0 - 9999 (vòng/ phút ). Giá trị đặt là 2900 (vòng/ phút) ứng với động cơ kéo bơm. g. Thông số P083: Dòng điện định mức của động cơ: 0.1 - 300 (A). Ta đặt giá trị là 75A ( dòng định mức của động cơ bơm ). h. Thông số P084: Điện áp định mức cấp cho động cơ: 0 - 1000V. Đặt giá trị của P084 = 380V. i. Thông số P085: Công suất định mức của động cơ: 0.12 - 250 KW. Đặt giá trị này bằng 42(KW). Chú ý: Các thông số P081 đến P085 là hết sức cần thiết và ta phải đặt các thông số này tuỳ theo thông số của động cơ mà ta cần sử dụng. j. Thông số P021: Tần số này tương ứng với giá trị đầu vào tương tự nhỏ nhất., giá trị đầu vào có thể là dòng hoặc áp tuỳ thuộc vào DIP Selector Switch. Giá trị này có thể đặt lớn hơn giá trị đặt trong P022 để tạo ra quan hệ giữa đầu vào tương tự và tần số đầu ra. Tần số này ta lựa chọn là: để giá trị mặc định. k. Thông số P022: Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự lớn nhất. Giá trị này có thể đặt thấp hơn giá trị đặt trong P021 để tạo quan hệ giữa đầu vào đặt và tần số ra. Đặt giá trị P022 = 50Hz tương ứng với giá trị đầu vào tương tự lớn nhất. Tần số P022 P022 V/I P021 P021 Hình III.11 Các quan hệ của đầu vào tương tự đặt với tần số ra. Với các thông số P021 và P022. l. Thông số P023: Thiết lập kiểu đầu vào Analog 1, tương ứng với đầu của PID switch. 0: 0 đến 10V/ 0 đến 20mA. 1: 2 đến 10V/ 4 đến 20mA. 2: 2 đến 10V/ 4 đến 20mA. Sử dụng với điều khiển start/ stop khi sử dụng đầu vào analog điều khiển. Ta đặt giá trị này bằng 1. ( Đầu vào dòng ). m. Thông số P025: Thông số này cung cấp tỷ lệ % của đầu ra analog 1. Từ đầu ra này ta có thể biết được các thông số như: tần số ra, tần số đặt, dòng điện động cơ, điện áp DC link, momen hoặc tốc độ động cơ. Ta chọn thông số này P025 = 105. Có thể biết được tốc độ thực của động cơ. Với đầu ra này đầu ra analog được giới hạn dưới là 4 mA. Thông số này chỉ dùng với động cơ trên 7.5 KW. n. Thông số P211: Giá trị của P211 được duy trì cho điểm đặt 0%. Ta đặt là 20, ứng với 4mA. o. Thông số P212: Giá trị của P212 được duy trì cho điểm đặt 100%. Ta đặt là 100 (~ 20mA). p. Thông số P220: Phương thức cho tần số cực tiểu. 0: hoạt động bình thường. 1: Tắt biến tần khi tần số nhỏ hơn hoặc bằng tần số cực tiểu. (*) Đặt giá trị của P220 = 1. q. Thông số P323: Đặt kiểu đầu vào tương tự cho Đầu vào analog 2. 0: 0V đến 10V/0 đến 20mA. 1: 2V đến 10V/4 mA đến 20mA. 2: 2V đến 10V/4 mA đến 20mA. Sử dụng với điều khiển start/ stop khi sử dụng đầu vào analog điều khiển. Đặt thông số này là 1. r. Thông số P201: Chế độ điều khiển vòng đóng có bộ điều chỉnh PID. 0: hoạt động bình thường. 1: điều khiển quá trình vòng đóng sử dụng đầu vào analog 2 như một đầu phản hồi. Ta đặt thông số P201 = 1. s. Các thông số P202, P203, P204: Các thông số này xác định các giá trị của bộ PID: hệ số khuếch đại, các hằng số vi phân và tích phân. Các thông số còn lại của bộ PID : hằng số tỷ lệ, tích phân, vi phân cần phải tính toán cụ thể đối với động cơ hiện có. ở đây ta dùng công cụ Matlab để có thể chọn thông số của bộ PID trong biến tần. Mục đích của việc sử dụng bộ PID trong biến tần là để ổn định lưu lượng đầu ra của đường ống chính. PID WBT WĐC WBơm (-) Q Qđ Hình III.12 Sơ đồ khối để xác định các thông số của bộ PID. Trong đó: PID - bộ điều chỉnh có sẵn trong biến tần. WBT - hàm truyền của biến tần ( có dạng khâu khuếch đại). WĐC - hàm truyền của động cơ. WBơm - hàm truyền của bơm. Ta phải xác định từng thông số của sơ đồ khối từ đó tìm ra các thông số của bộ PID. Rw Tr yrd' wr* isq m - w mT * Xác định hàm truyền của động cơ: Hình III.13 Mô hình động cơ có bộ điều chỉnh tốc độ dạng liên tục Theo mô hình trên ta có hàm truyền của động cơ không đồng bộ ba pha có dạng sau: WĐC = = (III-5) TM được xác định bởi: TM = (III-6) J- momen quán tính của động cơ ( ~ 0.25 kg.m2). Rr - điện trở rotor. - thành phần từ thông rotor theo trục thực. pc - số đôi cực. Rr = s.ZN (III-7) ZN = (III-8) PN = 3.Upha. Ipha. cosj (III-9) cosj = 0.85 (III-10) * Dòng stator định mức Isdm : Isdm= (III-11) * Dòng kích từ định mức Isddm : Isddm= (III-12) *Dòng tạo mô men định mức Isqdm . Isqdm= (III-13) *Tần số định mức của mạch rotor wrdm: wrdm=2P ( 50 - ) (III-14) *Hắng số thờ gian rotor Tr : Tr = (III-15) *Kháng phức tiêu tán toàn phần Xd : Xd=[sin(j) -cos(j) ] (III-16) *Điện kháng phức Xh : Xh=- Xd (III-17) *Điện trở stator Rs và điện trở rotor Rr: Rs = Rr = (III-18) *Hệ số tiêu tán tổng s : s = (III-19) *Điện cảm stator Ls : Ls = (III-20) *Hằng số thời gian Ts : Ts = (III-21) *Điện cảm rotor Lr : Lr = TrRr = Lm (III-22) * Tính toán thành phần d của vector từ thông rotor: = Lm. Isddm (III-23) Qua các công thức trên ta tính toán được: Với công suất động cơ 42KW, U = 380V và cosf = 0,85 ta có: TM = 0,0193. Vậy hàm truyền của động cơ có dạng: WĐC = * Hàm truyền của biến tần: Hàm truyền của biến tần có dạng một khâu khuếch đại. Hệ số khuếch đại là tỉ số giữa đầu ra tần số và đầu vào đặt (có thể là đầu analog). Ta chọn tần số 50Hz ứng với đầu đặt là 20mA. Như vậy hàm truyền của biến tần có dạng như sau: WBT(p) = 50/20 = 2,5 * Hàm truyền của bơm: Việc xác định hàm truyền của bơm khá phức tạp, theo kinh nghiệm thì hàm truyền của bơm có dạng khâu quán tính: Q Qmax 0 n nđm Hình III.14 - Đặc tính Q(n). Wbơm(p) = Ta chọn hệ số k = = = 0.062 ( tuyến tính hoá ), hằng số thời gian Tb = 1(s) với bơm có động cơ truyền động là 42KW, loại bơm chìm của Đức. Vậy hàm truyền của bơm có dạng: Wbơm(p) = Sử dụng Matlab để tính toán thông số của bộ PID trong biến tần: Ta có sơ đồ khối sau đây: Hình III.15 Sơ đồ khối xác định các hệ số PID. Sơ đồ khối này được xây dựng trong chương trình mô phỏng Simulink của Matlab. Sau khi chọn các hệ số của bộ PID và cho chạy mô phỏng, ta có đồ thị về lưu lượng như sau: Hình III.16 Đồ thị mô phỏng quá trình ổn định lưu lượng. Hình III.17 Các thông số của bộ PID chọn được. Ta chọn các thông số của bộ PID là : K = 10, Ti = 1, Td = 4 Các thông số này đảm bảo lưu lượng đầu ra ổn định là 150( m3/ h). Như vậy ta chọn thông số của bộ PID đặt trong biến tần như sau: P202 = 10 - Hệ số khuếch đại. P203 = 1 - Hằng số thời gian tích phân. P204 = 4 - Hằng số thời gian vi phân. Một số thông số bảo vệ: - Thông số giới hạn dòng motor: P086 ta đặt là120%. - Bảo vệ quá nhiệt: dùng thông số mặc định là 1 đối với động cơ có 1 đôi cực. Giá trị P076 = 1. Chú ý: Các thông số không đặt thì ta đều để ở giá trị mặc định. chương iv: Giới thiệu chung về PLC. Chương trình phần mềm PLC CQM1H. I.Giới thiệu chung về PLC: 1. Xuất xứ: PC hay PLC là những từ viết tắt của: - Programmable controller - PC (hay được sử dụng ở Anh - Nhật). - Programmable logic controller - PLC (ở Mỹ). - Programmable Binary System - PBS.( Thuỵ Điển ). Chúng được gọi là các bộ điều khiển khả trình hoặc các bộ điều khiển theo chương trình. Lúc đầu các bộ điều khiển này chỉ cung cấp các chức năng thuần, đơn giản, dung lượng nhỏ; thực hiện được các mạch công nghệ tương đương các mạch điều khiển công nghệ khác như: mạch rơle, mạch điều khiển số...không thực hiện được công nghệ của mạch điều khiển phức tạp, các mạch điều khiển chất lượng như các hệ truyền động PI, PID... Ngày nay các bộ điều khiển đã hoàn chỉnh và thực hiện được nhiều chức năng, công nghệ phức tạp, các bộ điều khiển vòng đóng như: PI, PID... các bộ điều khiển thông minh vì vậy hai tên phía dưới không còn phù hợp nữa. Tuy nhiên để khỏi lẫn với máy tính PC thì ta thường dùng tên gọi là PLC. - PLC được chế tạo thành công đầu tiên năm 1968 do một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors ( Mỹ ), đến năm 1969 thì được ứng dụng vào công nghệ sản xuất ôtô. - PLC vào Việt nam những năm 1994 - 1995. - PLC là một bộ Vi xử lý hoàn chỉnh ( còn gọi là máy tính công nghiệp ). Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại PLC của các hãng nổi tiếng khác nhau: SIEMENS, Mishubitsi, OMRON, ABB,... chúng có cấu trúc cơ bản giống nhau về phần cứng, tuy nhiên các hãng khác nhau thì khác nhau về ngôn ngữ lập trình, đây là một nhược điểm chính đối với người sử dụng. Hiện nay người ta đang cố gắng chuẩn hoá các ngôn ngữ để tạo ra một ngôn ngữ chung, thống nhất cho các loại PLC. 2. Các ưu nhược điểm khi dùng PLC: Người ta đã tổng kết được bảng so sánh giữa các hệ khác nhau khi sử dụng thực hiện một công nghệ nào đó. Chỉ tiêu so sánh Hệ điều khiển rơle Mạch số Máy tính PLC Giá thành từng hệ Khá thấp Thấp Cao Thấp Kích thước Lớn Rất gọn Gọn Rất gọn Chế độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Khả năng chống nhiễu Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt Lắp đặt Mất nhiều thời gian thiết kế và lắp ráp Mất nhiều thời gian thiết kế,lắp ráp Mất thời gian thiết kế và lập trình Thời gian lập trình và thiết kế rất ít Khả năng điều khiển cá công nghệ phức tạp Không Có Có Có Thay đổi và hiệu chỉnh Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản Công tác bảo trì Kém vì hệ thống có nhiều tiếp điểm dễ hỏng. Kém vì các IC hàn cứng. Kém vì có nhiều mạch phụ trợ. Tốt vì có các modun chuẩn hoá Bảng IV.1 Bảng so sánh giữa PLC và các thiết bị khác. Từ bảng trên ta thấy PLC có rất nhiều ưu điểm so với các hệ khác . Do đó ngày nay PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp đặc biệt là ở các nước phát triển. Các lợi thế của PLC trong tự động hoá: - Thời gian lắp đặt công trình ngắn hơn. - Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính. - Có thể tính toán được chính xác giá thành. - Cần ít thời gian hướng dẫn cho người sử dụng. - Dễ dàng thay đôỉ thiết kế nhờ phần mềm. - ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng. - Dễ bảo trì, các chỉ thị vào và ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn. - Độ tin cậy cao. - Chuẩn hoá được phần cứng điều khiển. - Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn... Nhược điểm: - Giá thành cao khi dùng để điều khiển các công nghệ không phức tạp. - Ngôn ngữ của PLC có nhiều giới hạn, vì vậy rất khó khăn cho người sử dụng. 3. Cấu trúc chung cuả PLC: Khối nguồn CPU Khối vào Khối ra Khối ngoại vi Hình IV.1 Cấu trúc chung của PLC. - Khối nguồn: có nguồn xoay chiều, một chiều, tuỳ thuộc vào từng hãng chế tạo cung cấp nguồn cho PLC hoạt động. - CPU: là bộ phận chính của PLC, có cấu tạo như CPU trong máy tính gồm có bộ vi xử lý, ROM, RAM, các thanh ghi. + Bộ vi xử lý: có loại 8 bit, 16 bit, 32 bit. Thường dùng loại16 bit, 8 bit thường dùng trong các PLC cỡ nhỏ. Bộ vi xử lý có chức năng điều hành các hoạt động cảu PLC. + ROM: bộ nhớ chỉ đọc. Chương trình trong ROM được ghi bởi nhà sản xuất ra nó, người sử dụng không tác động gì vào phần này. + RAM: bộ nhớ động dùng để ghi chương trình công nghệ của một quá trình sản xuất nào đó, có thể xoá đi và ghi lại được. + Ngoài ra còn có các thanh ghi là nơi lưu giữ các kết quả tính toán, các kết quả trung gian của quá trình điều khiển... - Khối vào / ra: Liên hệ giữa người - máy. Nhận tín hiệu điều khiển và phát lệnh điều khiển các thiết bị chấp hành. Số đầu vào / ra của từng loại PLC là khác nhau. * Mạch đầu vào: Là các mạch điện tử làm nhiệm vụ phối ghép chuyển đổi giữa tín hiệu điện đầu vào (Input) và tín hiệu số sử dụng bên trong PLC. Kết quả của việc xử lý sẽ được lưu ở vùng nhớ Input Area. Mạch đầu vào được cách ly về điện với các mạch trong của PLC nhờ các điốt quang. Bởi vậy, hư hỏng mạch đầu vào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của CPU. Thông thường bộ PLC có điện áp đầu vào là 24V một chiều. Có nhiều loại đầu vào: + Đầu vào một chiều + Đầu vào xoay chiều. * Mạch điện tử đầu ra: sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC (trong vùng nhớ Output Area) thành các tín hiệu điều khiển như đóng mở rơle. Đầu ra gồm có: đầu ra tương tự và đầu ra số. - Khối ngoại vi: sử dụng các thiết bị lập trình. + Programmer console. + Programmer. + Máy tính và phần mềm chuyên dụng của hãng. Ví dụ: Máy tính + Chương trình Step5 của SIEMENS có thể lập trình cho PLC trên máy tính và sau đó nạp vào PLC thông qua cổng truyền thông. Chương trình phần mềm SYSWIN của OMRON cũng có chức năng tương tự. Lập trình trên máy tính bằng ngôn ngữ Ladder. II. CQM1H - Các tính năng chung và ưu việt: Hiện nay có rất nhiều loại PLC của các hãng khác nhau. Trong đó ở Việt Nam sử dụng chủ yếu của hai hãng SIEMENS ( Đức ) và OMRON (Nhật ). Trên cơ sở của bài toán và điều kiện tài liệu cho phép, em chọn PLC loại CQM1H của hãng OMRON: là một loại microplc nhỏ, mạnh mẽ và mềm dẻo. 1. Đặc tính của CQM1H: - CQM1H là loại micro PLC nhỏ gọn và linh hoạt, loại PLC được tích hợp nhiều chức năng, bổ sung các chức năng truyền thông và nhiều chức năng ưu việt khác. - Có cấu hình hệ thống rất linh hoạt và mềm dẻo bổ sung chức năng truyền thông nối tiếp ( chức năng: protocol macro ) trên một bản mạch gọi là INNER BOARD: truyền thông mạng...; có nhiều phương thức thiết lập và giám sát; tốc độ xử lý cao... Với các đặc tính trên thì có thể dùng CQM1H để điều khiển quá trình và hệ thống phức tạp. - Được gắn 2 vỉ mạch bên trong bổ sung các chức năng thông tin và điều khiển: + Chức năng thông tin: card truyền thông nối tiếp ( serial communication ). + Chức năng điều khiển: bao gồm bộ đếm tốc độ cao; card vào/ ra dạng pulse; mạch Incoder; analog setting board và analog I/ O. - Tập lệnh phong phú, bổ sung nhiều lệnh mới so với CQM1. - Mạnh hơn CQM 1: nhanh hơn 1,25 lần; dung lượng bộ nhớ và số đầu vào/ra (Input/ Output ) gấp 2 lần. Đặc biệt, CQM1H được phát triển chức năng truyền thông và có rất nhiều dạng: + Protocol macro. + No - protocol. + Host link. + 1 : 1 data link. + NT link. Dữ liệu và thông tin của PLC được trao đổi với nhau và với các thiết bị khác thông qua mạng truyền thông nối tiếp ( qua các cổng RS-232 và RS-485 ). - Truyền thông với tốc độ cao và khoảng cách lớn. - Bổ sung card truyền thông với một cổng RS232C và RS 485/ 422 . Qua các cổng này ta có thể nối với các thiết bị lập trình hay với các thiết bị ngoại vi khác. - Dễ dàng lập trình hơn với một tập lệnh đầy đủ và các chức năng ngắt: + Các lệnh về toán học: xử lý số thực, các phép tính loga, hàm mũ,... + Lệnh STUP đặt thiết lập truyền thông. + Chức năng ngắt dễ sử dụng và linh hoạt hơn trong việc điều khiển. - Bộ nhớ cassetles dùng cho chương trình và quản lý dữ liệu cùng với các chức năng thời gian thực. - Tương thích hoàn toàn với các môđun của CQM1. 2. Cấu trúc của CQM1H: Để có thể lập trình và sử dụng PLC một cách hiệu quả và linh hoạt, để đáp ứng tốt công nghệ đặt ra thì ta phải tìm hiểu rõ các cấu trúc cơ bản của PLC. Cấu trúc của PLC OMRON có dạng sau: Hình IV. 2 Cấu trúc của PLC OMRON. PLC OMRON gồm có 4 thành phần cơ bản sau: 1. Input Area : Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên ngoài (Input Devices) sẽ được lưu trong vùng nhớ này. 2. Output Area : Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ được lưu tạm trong vùng nhớ này. Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lý lệnh và đưa ra tín hiệu điều khiển thiết bị bên ngoài( Output Devices ). 3. Bộ xử lý trung tâm (CPU) là nơi xử lý mọi hoạt động của PLC, bao gồm việc thực hiện chương trình, thực hiện tính toán... 4. Bộ nhớ (Memory) là nơi lưu chương trình điều khiển và các trạng thái nhớ trung gian trong quá trình thực hiện. Hình IV.3 Các thiết bị đầu vào. Cấu trúc cơ bản của CQM1H giống như các loại PLC khác. Hình IV.4 Một số thiết bị đầu ra. Các thiết bị đầu vào để đo lường các tín hiệu từ đó đưa ra các luật điều khiển hệ thống. Những thiết bị này bao gồm: các sensor, các công tắc hành trình, can nhiệt, bộ đếm, incoder, hoặc các nút, các tiếp điểm khác... Hình vẽ trên minh hoạ một số thiết bị đầu vào do OMRON sản xuất. Các thiết bị này tương thích khá tốt vì trong cùng một hãng sản xuất. 3. Cấu trúc bộ nhớ của CQM1H: a.Các địa chỉ bộ nhớ (Address) trong PLC: Tất cả các đầu vào ra cũng như các bộ nhớ lưu trữ khác trên PLC khi sử dụng trong chương trình đều thông qua các địa chỉ bộ nhớ tương ứng. Các địa chỉ bộ nhớ được tổ chức thành các nhóm gồm 16 bit gọi là Word hay Channel ( CH ). Mỗi bit có giá trị 0 hoặc 1. Các bit được đánh số từ 00 đến 15 từ phải qua trái. Địa chỉ đầy đủ của mỗi bit sẽ được ký hiệu bằng 5 chữ số: 3 chữ số đầu từ trái qua là ký hiệu của channel, 2 chữ số tiếp theo là số thứ tự của bit. 15 14 13 12 11 10 09 08 0 7 06 05 04 03 02 01 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 Các kênh như sau: CH000, CH001,... Khi tham chiếu đến từng bit, ta phải định địa chỉ của kênh ( channel ) và số thứ tự của bit trong kênh ( hay trong Word ). Ví dụ: Bit thứ 15 trong kênh 0 được tham chiếu như sau: 000.15 ( bit này có giá trị bằng 1). b. Một số vùng nhớ (Memory Areas ) trong CQM1H: Vùng dữ liệu Kích thước Words Bits Chức năng IR area Input 256 bits IR000 - IR015 IR00000 IR01515 Các bit đầu vào trong Input Unit hoặc I/O Units. IR000 trong CPU Output 256 bits IR100 - IR115 IR10000 IR11515 Các bit đầu ra được định vị trong Output Units hay I/ O Units Work 2528 bits min IR016 - IR089 IR01600 IR08915 Bit làm việc không có những chức năng đặc biệt và có thể sử dụng trong chương trình. IR116- IR189 IR11600 IR18915 IR 216- IR 219 IR21600 IR21915 IR 224 - IR 229 IR22400 IR22915 Vùng trạng thái Controller Link 96 bits IR 090 - IR 095 IR 09000 IR 09515 Chỉ thị thông tin về trạng thái điều khiển và dữ liệu. Vùng Inner Board 256 bits IR 200 IR 215 IR 20000 IR 21515 Vùng Analog setting 64 bits IR 220 - IR 223 IR 22000 IR 22315 Vùng bộ đếm tốc độ cao. 32 bits IR 230 - IR 231 IR23000 IR 23115 HR area 1600 bits HR00- HR 99 HR00000 HR 9915 Lưu trữ các bits và duy trì trạng thái ON/OFF của chúng khi tắt nguồn. AR area 448 bits AR 00 - AR 07 AR0000 AR07215 Các chức năng đặc biệt về cờ hoặc điều khiển. Timer/ Counter area 512 bits TIM/CNT 000 đến TIM/ CNT 511 Các bộ đếm và bộ định thời. Vùng Inner Board Slot 2. 192 bits IR 232 - IR 243 IR23200 IR24315 Định vị các từ trong slot 2. Ta chỉ quan tâm đến: CQM1H-MAB42 Analog I/O Board: IR 232 to IR 239 (8 words): được sử dụng. IR 240 to IR 243 (4 words): không được sử dụng. EM area 6144 Words EM0000 - EM6143 Chỉ có ở CQM1H - CPU61. Chức năng tương tự như DM. DM area Đọc/ Viết 3072 words DM0000 - DM3071 Vùng dữ liệu truy nhập bởi từ nhớ. Dữ liệu được ghi lại khi mất nguồn. 3072 words DM3072 - DM 6143 Chỉ có CQM1H - CPU51/61. Chỉ đọc 425 words DM6144 - DM6568 Không thể ghi từ chương trình. DM 6550 - DM 6559 ( 10 words) Dùng cho thiết lập truyền thông. Báo lỗi 31 words DM 6559- DM 6599 Lưu trữ các lỗi xảy ra. Thiết lập PLC 56 word DM6600 - DM6655 Sử dụng để lưu giữ các thông số biến đổi trong quá trình điều khiển PLC. III. Vấn đề truyền thông trong CQM1H: Truyền thông giữa các thiết bị có tầm quan trọng rất lớn trong lĩnh vực điều khiển, và xu hướng ngày nay càng được dùng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp để cải thiện và tăng năng suất lao động cũng như giảm sức lao động của người làm. Điều đó nói đến khả năng tích hợp máy móc sản xuất trong nhà máy thành một hệ thống sản xuất, gọi là hệ thống sản xuất linh hoạt. Ví dụ: máy gia công CNC, băng tải, robot...được tích hợp thành một hệ thống sản xuất hoạt động một cách đồng bộ. Song song đó, hệ thống sản xuất tích hợp với máy tính, CIM - Computer Intergrated Manufacturing cũng phát triển nhanh chóng và thể hiện trình độ cao nhất trong lĩnh vực quản lý thông tin toàn Nhà máy trong sản xuất tự động. Tất cả các điều khiển cao cấp đều dựa trên nền tảng truyền thông, từ những kết nối đơn giản giữa máy này với máy khác qua cổng nối tiếp cho đến mạng cục bộ ( LAN - Local Area Network ) hay mạng diện rộng ( WAN - Wide Area Network ); trong một xa lộ thông tin. Và PLC cũng đáp ứng đủ các yêu cầu vê truyền thông mạng. Đặc biệt với CQM1H bổ sung nhiều chức năng dành cho truyền thông, bổ sung thêm một Communication Board làm tăng khả năng giao tiếp với các thiết bị khác thông qua các cổng truyền thông RS 232 hay là RS 485. 1. Truyền thông trên PLC: Khả năng trao đổi dữ liệu giữa các PLC và với các thiết bị khác đều có thể thực hiện trên mọi loại PLC trừ PLC loại nhỏ. Thông thường khả năng truyền thông được thiết kế sẵn trong PLC trừ các PLC loại nhỏ. Và để thực hiện truyền thông thì phải có thêm các môđun chuyên dùng thực hiện giữa các chuẩn giao tiếp và các cổng truyền thông. Truyền thông trên PLC đáp ứng được các yêu cầu sau: Hiển thị dữ liệu động, thông báo và thông tin khác qua máy in hay là màn hình. Thu nhận và lưu trữ dữ liệu vào tệp tin trên máy vi tính, từ đó có khả năng phân tích và tổng hợp các thông tin. Nhập dữ liệu và tham số vào chương trình PLC từ người sử dụng thông qua các thiết bị nhập liệu hay là các máy tính hoặc bộ lập trình chuyên dụng. Thay đổi chương trình điều khiển: nạp vào hay lấy ra. Nối kết PLC vào hệ thống các PLC và máy tính khác. 2. Các tham số và các cổng truyền thông: a. Các tham số: Có 3 yếu tố cần phải xem xét trong truyền thông nối tiếp. Thứ nhất: tốc độ truyền, là số bit truyền đi mỗi giây đơn vị là bps ( bit per second ). Thứ hai: mức logic, nó qui định loại tín hiệu biểu diễn logic 1 và 0 cùng với thứ tự truyền đi của chúng. Cuối cùng, sự đồng bộ dữ liệu cho phép thiết bị nhận hiểu được dữ liệu truyền đến. Ví dụ: Để truyền một ký tự bất kỳ thì ta cần khoảng 10 bit: - Một start bit: start bit là một xung có logic là 1 thông báo cho thiết bị nhận rằng sau đó là chuỗi dữ liệu nhận. - Sau đó là chuỗi dữ liệu biểu diễn ký tự cần truyền: có thể là 6, 7 hay 8 bit biểu diễn mã ASCII của chuỗi dữ liệu cần truyền. - Bit parity: dùng để kiểm tra lỗi đối với dữ liệu. - Stop bit: báo hiệu kết thúc việc truyền kí tự. Các tốc độ truyền chuẩn là 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600. Các thiết bị nhận và thiết bị gửi phải hoạt động cùng tốc độ truyền, cùng khuôn dạng dữ liệu nếu không thì dữ liệu trao đổi sẽ không chính xác. Tóm lại, tham số truyền thông bao gồm start bit, số bit dữ liệu, bit parity, stop bit; các tham số này phải được thiết lập đầu tiên khi mở một cổng nối tiếp. b. Các cổng truyền thông: Truyền thông thường được thực hiện qua các cổng nối tiếp, ví dụ việc trao đổi dữ liệu giữa PLC và các thiết bị khác. Việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa các thiết bị thường dùng chuẩn RS 232 và sau đó là chuẩn RS 485/ 422. Đây là các chuẩn do EIA - Hiệp hội Công Nghiệp Điện tử Hoa Kỳ đưa ra. Truyền thông RS232C được dùng để truyền thông với khoảng cách ngắn, hầu hết là giữa các máy vi tính và các thiết bị ngoại vi như máy in và màn hình. Chuẩn RS232C qui định các chỉ tiêu về kết nối vật lý, mạch điện, mối tương quan giữa đường truyền tín hiệu và các thủ tục truyền thông. Hiện nay sử dụng các đầu cắm 25 chân và 9 chân. Các đầu cắm này sử dụng trên hầu hết các PLC, máy vi tính và các thiết bị ngoại vi. RS232 chỉ có thể truyền ở khoảng cách tối đa 15 m với tốc độ truyền là 9600bps. Do đó để khắc phục nhược điểm này thì chuẩn RS422 được phát triển để cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật và có thể truyền ở khoảng cách xa hơn, với mức điện áp là 5V tương thích với các thiết bị có sử dụng các bộ vi xử lý. 3. Nghi thức truyền thông: Để có thể truyền dữ liệu đúng giữa hai thiết bị, ta phải điều khiển được dòng dữ liệu để thiết bị này có thể báo cho thiết bị kia được. Ví dụ khi máy vi tính gửi dữ liệu sang PLC với tốc độ cao hơn khả năng nhận của PLC thì khi đó máy vi tính phải được thông báo để dừng hay tạm dừng quá trình truyền dữ liệu cho đến khi PLC sẵn sàng nhận dữ liệu. Việc điều khiển dòng truyền thông hay nghi thức truyền thông ( protocol ) được xử lý bằng cách dùng thêm một đường tín hiệu hay bằng cách đưa thêm ký tự điều khiển vào chuỗi dữ liệu truyền. a. Dùng thêm đường tín hiệu: Thường dùng hai đường tín hiệu gọi là tín hiệu handsake ( bắt tay ), được nối giữa thiết bị gửi và thiết bị nhận: một đường dây thông báo cho máy nhận rằng máy gửi sẵn sàng truyền dữ liệu, gọi là RTS (Ready to Send), còn một đường dây thông báo cho máy gửi rằng máy nhận sẵn sàng nhận dữ liệu, gọi là CTS ( Clear To Send ). Hoạt động của hai đường tín hiệu này như sau: một thiết bị yêu cầu truyền dữ liệu bằng cách đưa RTS xuống mức thấp; thiết bị đầu kia trả lời bằng cách đưa CTS xuống mức thấp; và dữ liệu được truyền đi cho đến khi CTS tắt ( mức cao) từ thiết bị nhận. Đường tín hiệu RTS/ CTS có trong chuẩn RS 232 và chúng thường được dùng trong truyền thông giữa máy tính và thiết bị ngoại vi. b. Dùng thêm ký tự điều khiển: Hai dạng nghi thức rất thông dụng dùng ký tự điều khiển trên các đường truyền/ nhận là XON/ XOFF và ENQ/ ACK. Mỗi khi muốn thực hiện một lệnh dừng, lệnh gửi, hay một lệnh bất kỳ nào đó thì gửi lệnh XOFF hoặc XON đến cho máy kia... Còn dạng EQN/ ACK gửi gói dữ liệu, có mã kết thúc là EQN và khi máy nhận thực hiện xử lý dữ liệu gửi đến thì nó có thể yêu cầu khối dữ liệu khối dữ liệu khác bằng cách gửi về ký tự ACK ( 06 Hex). * Máy tính có thể đọc dữ liệu từ PLC bằng cách gửi thông báo cho PLC biết và sau đó dữ liệu cần thiết sẽ được đọc từ bộ nhớ của PLC để gửi đến máy vi tính. 4. Truyền thông với CQM1H: Trong CQM1H ngoài các cổng truyền thông trên CPU còn bổ sung thêm một card truyền thông khác là Communication Board. Có 6 nghi thức truyền thông có thể sử dụng trong CQM1H, điều này chứng tỏ loại PLC này đặc biệt mạnh trong chức năng truyền thông. Các nghi thức truyền thông bao gồm: - Host Link. - Protocol Macro. - No Protocol. - 1 : 1 Data Link. - 1:N mode NT Link. - 1:1 mode NT Link. Ta sẽ xem xét qua từng nghi thức truyền thông. a. Host Link: Nối với máy tính chủ, lệnh yêu cầu sẽ được đưa từ máy tính chủ xuống để đọc hay là viết dữ liệu từ vùng bộ nhớ dữ liệu của PLC. Lệnh TXD được sử dụng để gửi dữ liệu đến máy tính dưới dạng mã ASCII. Dạng truyền thông này gọi là giao tiếp " nô lệ " hay " tự nguyện". Hình IV.5 Nghi thức truyền thông Host Link. b. Protocol Macro: Dùng để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài sử dụng giao thức truyền thông. Việc trao đổi dữ liệu dùng lệnh PMCR(--). Giao thức hệ thống tiêu chuẩn cho sự thay đổi kiểu dữ liệu từ các thiết bị (ví dụ: bộ điều khiển nhiệt độ, bộ vi xử lý thông minh, hoặc máy đọc mã vạch...), các tiêu chuẩn về giao thức truyền thông đã được lập trước trong các thiết bị của hãng và vì thế khi sử dụng ta không cần xây dựng lại. Hình IV.6 Nghi thức truyền thông Protocol Macro. c.No - Protocol: Sử dụng các lệnh TXD và RXD trong ladder để gửi và nhận dữ liệu không biến đổi thông qua cổng RS 232 từ các thiết bị bên ngoài. Hình IV.7 Nghi thức truyền thông No - Protocol. Với nghi thức truyền thông này, người sử dụng có thể không cần quan tâm đến chuẩn truyền thông của hãng mà có thể tự làm ra các chuẩn theo ý muốn phục vụ cho chương trình. d. 1: 1 Data Link: Hai PLC có thể giao tiếp với nhau thông qua cổng RS232 để tạo ra sự liên kết dữ liệu giữa hai PLC thông qua 64 words trong vùng nhớ LR (LR area ). Với CQM1H có thể giao tiếp với các PLC khác như: CQM1, CPM1, C200H, trong họ C - series. Hình IV.8 Nghi thức truyền thông 1:1- Data Link. e. 1:N mode NT Link: Có thể nối PLC với một hoặc nhiều thiết bị đầu cuối lập trình được. Hình IV.9 Nghi thức truyền thông 1:N- mode NT Link. Trong đó PT: programmable terminals. ( thiết bị đầu cuối lập trình được ). Không có các lệnh Ladder cho nghi thức truyền thông này. f. 1: 1 mode NT Link: Tương tự như nghi thức trên nhưng chỉ một PT có thể nối với một PLC. Không có các lệnh Ladder. Hình IV.9 Nghi thức truyền thông 1: 1- mode NT Link. IV. Chương trình PLC điều khiển nhóm bơm giếng trong Nhà máy nước Yên Phụ: Chương trình PLC phải đảm bảo những yêu cầu sau: - Đảm bảo công nghệ đặt ra, điều khiển các bơm hoạt động theo một logic cho trước. - Thông tin giữa máy tính và PLC CQM1H được đáp ứng đầy đủ, có khả năng thu thập dữ liệu thực từ biến tần, động cơ và cảm biến lưu lượng. - Từ máy tính có khả năng điều khiển các biến tần và động cơ thông qua CQM1H. Do đó, trong chương trình PLC ta chia làm 3 phần sau đây: 1. Phần thiết lập truyền thông. 2. Thiết lập các cổng vào Analog ( được đo từ cảm biến lưu lượng và biến tần). 3. Phần điều khiển các bơm hoạt động theo logic. 1. Thiết lập truyền thông trong CQM1H: Như trên đã nói, truyền thông là một phần không thể thiếu được với hệ thống CIM hoặc là hệ thống SCADA. Máy tính và PLC muốn giao tiếp được với nhau thì phải đảm bảo các tham số truyền thông là như nhau. Các tham số truyền thông bao gồm: - Tốc độ truyền. - Khuôn dạng dữ liệu. - Các chuẩn về vật lý ( giắc cắm, tín hiệu logic 0 hoặc 1 tương ứng với mức điện áp như thế nào...). Ta đã biết CQM1H có 6 nghi thức truyền thông, tuy nhiên ta chọn nghi thức Host Link vì nó đáp ứng được các yêu cầu truyền thông và frame lệnh chuẩn do OMRON đặt ra. Trong chế độ truyền thông này, có thể nối PLC với máy tính chủ, hoặc thiết bị lập trình. Máy tính chủ có thể gửi một yêu cầu xuống PLC để đọc/ viết bộ nhớ vào/ ra, điều khiển các chế độ hoạt động. Giao tiếp trong hệ thống Host Link thường được bắt đầu từ máy tính chủ, máy tính chủ gửi yêu cầu đến PLC, PLC sẽ xử lý yêu cầu này và phản hồi lại cho máy tính, quá trình này được lặp lại và cho phép máy tính chủ có thể giám sát và điều khiển hoạt động của PLC. Chế độ này gọi là: Host-initiated communications. a. Đặt các từ điều khiển cho Host - Link: DM6645 1 2 3 4 Những thiết lập trong từ DM6645 xác định những thông số truyền thông chính cho cổng RS 232C. Thiết lập này được minh hoạ như sau: Bit 15 0 Các số trong từ này biểu diễn bằng các số BCD. Số thứ nhất: Đặt các cách thức truyền thông. 0: Truyền theo kiểu Host Link. (*) 1: No - Protocol. 2: One - to - one data link slave. 3: One - to - one data link master. 4: NT link trong 1: 1 mode. Ta chọn cách truyền thông Host - Link ứng với số 0. Số thứ hai: Từ liên hệ cho 1: 1 data link. 0: LR 00 to LR 63 (*) 1: LR 00 to LR 31 2: LR 00 to LR 15 Ta chọn số 0, các từ nối từ LR 00 đến LR63. Số thứ 3: Thiết lập điều khiển CTS ( Clear To Send). 0: Không thiết lập. (*) 1: Thiết lập. Ta chọn chế độ không thiết lập với số 0. Số thứ 4: Thiết lập cổng: 0: điều kiện truyền thông tiêu chuẩn. (*) 1: các thiết lập theo từ trong ô nhớ DM6646. Ta chọn 0, tức là để ở chế độ mặc định. b. Định dạng khung truyền và tốc độ truyền: Các thông số này ta chọn ở chế độ mặc định. Mặc định: Standard port settings (1 start bit, 7-bit data, even parity, 2 stop bits , 9,600 bps). c. Thời gian trễ truyền: Phụ thuộc vào thiết bị nối vào cổng truyền thông, có thể cần thiết đặt một khoảng thời gian cho việc truyền dữ liệu. Trong trường hợp này, đặt trễ truyền bằng khoảng thời gian cho phép. Trễ truyền được thiết lập trong PLC để tạo ra một khoảng thời gian nhỏ nhất giữa hai lần truyền dữ liệu từ PLC. Thời gian trễ được đặt trong ô nhớ DM6647 với truyền thông qua cổng RS232C. Biểu diễn bằng 4 digit BCD, đơn vị là x10 (ms). Tuy nhiên ta không cần quan tâm đến thông số này. d. Giao thức truyền thông Host Link: Host Link được thực hiện bằng cách trao đổi nhữmg yêu cầu và trả lời giữa máy tính chủ và CQM1H. Dữ liệu yêu cầu hoặc trả lời được truyền đi theo một khung và một khung truyền có thể đến 131 ký tự. Định dạng khung truyền cho một yêu cầu ( Command ) của Host Link xuống CQM1H và trả lời từ CQM1H được mô tả dưới đây. PLC sẽ tự động trả lời dưới dạng mã ASCII khi nó nhận được một yêu cầu cũng dưới dạng mã ASCII từ máy tính. Máy tính chủ phải có chương trình để điều khiển sự truyền và nhận yêu cầu và trả lời. Định dạng khung lệnh trong chế độ truyền thông này có dạng như sau: Khi truyền một yêu cầu từ máy tính chủ, dữ liệu yêu cầu gửi từ máy tính có dạng sau: Hình IV.10 Khung truyền thông trong chế độ Host Link. Kí tự đầu tiên được qui định là @. Mã đầu ( Header Code ) và Text phụ thuộc yêu cầu được chuyển đi. Khi dữ liệu yêu cầu được chuyển đi kèm theo mã đầu. Text: dữ liệu được gửi xuống PLC. FCS (Frame Check Sequence ) được tính toán trong máy tính và được gửi kèm theo khung lệnh yêu cầu. Phần này có chức năng kiểm tra lỗi. Khung lệnh có thể truyền đến 131 ký tự, để tách những khung lệnh truyền khác nhau thì người ta dùng kí tự kết thúc có mã ASCII là 13 ( phím Enter ). Kí tự này để kết thúc một khung lệnh. Kí tự này bắt buộc phải có để phân biệt giữa các lệnh được truyền đi. Chú ý khi truyền dữ liệu vào một ô nhớ đơn thì phải truyền trong cùng một khung lệnh. Bảng IV. 1 Bảng các phần trong khung lệnh và chức năng. Phần Chức năng @ Bắt buộc phải bắt đầu trong mọi câu lệnh. Đầu nối số Xác định chỉ số của PLC trong Host Link. Mã khởi đầu Thiết lập mã cho một yêu cầu ( 2 kí tự ). Chuỗi text Thiết lập thông số yêu cầu. FCS Đặt 2 kí tự cho mã FCS. Kết thúc khung Gồm 2 kí tự "*" và trả lại giá trị ASCII là 13.(¿ ) Định dạng khung trả lời thông thường: Phản hồi bình thường từ PLC được định dạng theo khung dưới đây. Trong máy tính phải có chương trình nhận và xử lý các dữ liệu. Hình IV.11 Định dạng khung trả lời từ PLC. Mã khởi đầu ( Header Code ) và chuỗi Text phụ thuộc vào yêu cầu từ máy tính chủ mà PLC đã nhận được. Mã kết thúc ( End Code ) chỉ thị trạng thái hoàn thành của một yêu cầu nào đó ( có lỗi hay không có lỗi ). Khi dữ liệu trả lời dài hơn 131 ký tự thì nó sẽ được chia ra nhiều hơn một khung để truyền. Mã kết thúc của Frame là 13 ( ¿ ) sẽ tự động được thiết lập ở cuối khung truyền. Bảng IV. 2 Bảng các phần trong trả lời và chức năng. Phần Chức năng @ Bắt buộc phải bắt đầu trong mọi trả lời. Đầu nối số Xác định chỉ số của PLC trong Host Link. Mã khởi đầu Mã yêu cầu ( 2 kí tự ) được trả về. End code Trả về trạng thái của lệnh (được thực hiện như thế nào ). Chuỗi text Trả về kết quả của yêu cầu. FCS Đặt 2 kí tự cho mã FCS. Kết thúc khung Gồm 2 kí tự: "*" và giá trị ASCII là 13.(¿ ) Định dạng khung báo lỗi: Một phản hồi để báo lỗi từ PLC Omron có khung định dạng như sau: Hình IV.12 Định dạng khung báo lỗi từ PLC. Trong máy tính chủ phải có chương trình để xử lý phần báo lỗi. Header code phụ thuộc vào yêu cầu được gửi từ máy tính chủ. End code chỉ thị trạng thái hoàn thành của câu lệnh yêu cầu. Bảng IV. 3 Bảng các phần trong chức năng báo lỗi. Phần Chức năng @ Bắt buộc phải bắt đầu trong mọi trả lời. Đầu nối số Xác định chỉ số của PLC trong Host Link. Mã khởi đầu Mã yêu cầu ( 2 kí tự ) được trả về. End code Trả về trạng thái của lỗi. FCS Đặt 2 kí tự cho mã FCS. Kết thúc khung Gồm 2 kí tự : "*" và giá trị ASCII là 13.(¿ ) FCS (Frame Check Sequence ): Phần này luôn tồn tại trong mỗi khung yêu cầu hay trả lời. Đó là phần kiểm tra lỗi dữ liệu. FCS gồm 8 bit dữ liệu được chuyển thành 2 kí tự theo mã ASCII. 8 bit FCS là kết quả của phép XOR ( phép hoặc loại trừ ) thực hiện trên dữ liệu từ bắt đầu của khung truyền cho đến kết thúc của phần "text" trong khung truyền. Hình IV.13 Phần kiểm tra lỗi dữ liệu. Tính toán FCS và gửi kèm theo khung lệnh có thể tránh được lỗi nhờ kiểm tra các dữ liệu thông qua FCS. Hình IV.14 Ví dụ kiểm tra lỗi dữ liệu. Kết quả của các phép XOR giữa các dữ liệu sẽ được chuyển thành mã ASCII và truyền đi cùng với khung truyền. * Một số mã đầu ( Header code ) của Command (yêu cầu) gửi từ máy tính chủ xuống PLC CQM1H: Header Code Chế độ của PLC Chức năng RUN MONITOR PRG RR Hợp lệ Hợp lệ Hợp lệ Đọc vùng nhớ IR/ SR. RD Hợp lệ Hợp lệ Hợp lệ Đọc vùng nhớ DM RE Hợp lệ Hợp lệ Hợp lệ Đọc vùng nhớ EM. WR Không được Hợp lệ Hợp lệ Ghi vùng nhớ IR/ SR WD Không được Hợp lệ Hợp lệ Ghi vùng nhớ DM. WE Không được Hợp lệ Hợp lệ Ghi vùng nhớ EM RP Hợp lệ Hợp lệ Hợp lệ Đọc chương trình WP Không được Hợp lệ Hợp lệ Ghi chương trình IC Lệnh không được định nghĩa( chỉ cho trả lời Từ PLC ). * Bảng mã kết thúc ( End Code ) từ phản hồi của CQM1H. Bảng mã này được phản hồi từ PLC sau khi máy tính chủ gửi xuống một yêu cầu nào đó. Khi có một hay nhiều lỗi xảy ra, mã kết thúc của lỗi đầu tiên sẽ được gửi trả cho máy tính chủ. Từ bảng này ta có thể xác định nguyên nhân của các lỗi xảy ra và có thể chỉnh được. Mã kết thúc bao gồm 2 kí tự ASCII được PLC gửi lên kèm với khung truyền được phản hồi từ PLC. Vị trí của End Code như ở trong khung lệnh Responce ta đã nói ở trên. End Code Nội dung Nguyên nhân 00 Hoàn thành bình thường Không tồn tại vần đề gì. 01 Không thực hiện được ở chế độ RUN. Lệnh yêu cầu không thực hiện ở chế độ RUN 02 Không thực hiện được ở chế độ MONITOR Lệnh yêu cầu không phù hợp chế độ MONITOR 03 UM chống ghi Vùng nhớ UM được chống ghi. 04 Quá địa chỉ. Địa chỉ trong lệnh quá bộ nhớ của PLC. 13 Lỗi FCS ( kiểm tra dữ liệu truyền ) FCS bị sai. 14 Lỗi định dạng Định dạng yêu cầu bị sai. 15 Lỗi dữ liệu vào Do các dữ liệu vào bị sai 16 Câu lệnh không trợ giúp Các lệnh không tồn tại trong chương trình 18 Lỗi độ dài khung truyền Độ dài khung quá 132 kí tự. 19 Không thể thực hiện được Đọc vùng nhớ SV không thể thực hiện được 23 Vùng nhớ user được bảo vệ Bảo vệ chống ghi của vùng nhớ UM A3 Bỏ qua do lỗi FCS trong dữ liệu truyền Thường xảy ra khi truyền khung thứ 2 hoặc cao hơn A4 Bỏ qua do lỗi khung truyền Command không phù hợp. A5 Bỏ qua do lỗi dữ liệu vào A8 Bỏ qua do lỗi chiều dài khung truyền * Các khung lệnh và yêu cầu có dạng như sau ( đối với chuỗi dữ liệu trong yêu cầu): - Đọc vùng nhớ IR/ SR: ở frame lệnh yêu cầu ( Command), chuỗi text bao gồm từ bắt đầu và số lượng từ đọc từ ô nhớ. ở frame lệnh phản hồi từ PLC (Responce ), chuỗi text là các dữ liệu được đọc về. Dữ liệu của vùng nhơ IR/ SR bắt đầu từ ô nhớ 0000 đến 0255 và có thể đọc tối đa là 256 từ. - Đọc vùng nhớ DM: Từ bắt đầu có thể từ 0000 đến 6655 ( số hệ 10 ), số lượng từ lớn nhất có thể đọc được là 6656 từ. Nội dung của các từ nhớ được đọc về dưới dạng các số hex. - Ghi vùng nhớ DM: Chuỗi text trong dữ liệu gửi bao gồm từ bắt đầu ( số thập phân ) có thể ghi đến ô nhớ 6143, tiếp theo là các dữ liệu cần ghi ( số hex ). Ta cần quan tâm đến cấu hình của PLC để biết rõ vùng nhớ cần thiết để ghi hoặc đọc. 2. Thiết lập các đầu vào và ra Analog: ở đây ta sử dụng mạch phụ trợ Analog I/O. Ta dùng 3 đầu vào Analog để chỉ thị các giá trị tốc độ của 3 bơm. Các đầu vào này được lấy từ biến tần. Một đầu vào Analog để báo giá trị lưu lượng thực của đường ống chính được lấy từ sensor lưu lượng. Môđun analog là: CQM1H - MAB42. Đặc tính: - Có 4 đầu vào Analog: -10 V đến +10V; 0 đến 5V; 0 đến 20mA... có thể đặt riêng cho mỗi cổng. - Hai đầu ra Analog: - 10V đến 10V; 0 đến 20mA, có thể đặt riêng rẽ. Hình IV. 10 Bảng mạch AnalogI/O. - Đầu vào Analog: dữ liệu đầu vào và sự biến đổi dữ liệu. Tín hiệu vào 10V Giá trị biến đổi (12 bit nhị phân) 0V 5V 0000Hex 0800 0FFF Tín hiệu vào Giá trị biến đổi (12 bit nhị phân ) 07FF 0400 F800 FC00 Các quan hệ được biễu diễn như sau: -10V -5V 0V 5V 10V Từ -10V đến +10V. Từ 0V đến 10V. Giá trị biến đổi (12 bit nhị phân) 0V 0mA 2.5V 10mA 0000Hex 0800 0FFF Tín hiệu vào 5V 20mA Từ 0 đến 5V hoặc từ 0 đến 20mA. Hình IV. 11 Các giá trị đầu vào biến đổi. Các đầu vào analog được biến đổi ra 12 bit nhị phân hoặc biểu diễn dưới dạng 4 số Hexa. - Đầu ra Analog: có 2 đầu ra Analog. Ta có thể đặt các đầu ra analog để điều khiển biến tần hoặc một thiết bị nào đó. Có thể đặt bằng giá trị điện áp hay dòng điện. Khi cần tín hiệu từ -10V đến 10V thì tín hiệu đặt là 12 bit. Khi cần tín hiệu từ 0 đến 20 mA thì tín hiệu đặt trong PLC là 11 bit. Tín hiệu đặt (12 bit nhị phân). Tín hiệu đầu ra Analog 10V 5V -10V -5V 0400 07FF FC00 F800 Tín hiệu đầu ra Analog 0000 Hex 0400 0mA 10mA 20mA Tín hiệu đặt 07FF Hình IV. 12 Đặt giá trị đầu ra. Tất cả các đầu vào và ra Analog ta đều sử dụng giá trị dòng điện, với mức từ 4 - 20 mA. Trong đó các đầu vào để đo tốc độ ta lấy từ đầu ra Analog của biến tần và đầu vào Analog đo lưu lượng được lấy từ cảm biến lưu lượng. Đầu ra Analog đặt mức lưu lượng khác nhau cũng là đầu ra Analog ( có dạng dòng từ 4 - 20mA). Bảng các bit có liên quan: Từ Bits Tên Chức năng IR232 00 đến 15 Giá trị chuyền đổi đầu vào 1 Giá trị biến đổi đầu vào thành 4 digits số Hexa. –10 đến +10 V: F800 đến 07FFF Hex 0 đến 10 V: 0000 đến 0FFF Hex 0 đến 5 V/0 đến 20 mA: 0000 to 0FFF IR233 00 đến 15 Giá trị chuyền đổi đầu vào 2 IR234 00 đến 15 Giá trị chuyền đổi đầu vào 3 IR235 00 đến 15 Giá trị chuyền đổi đầu vào 4 IR236 00 đến 15 Đặt giá trị đầu ra 1 Giá trị đặt cho các đầu ra Analog được lưu trữ trong 4 digits số Hexa. –10 đến +10 V: F800 đến 07FF Hex. 0 đến 20 mA: 0000 đến 07FF Hex. IR237 00 đến 15 Đặt giá trị đầu ra 2 Analog I/O board không sử dụng các lệnh đặc biệt. Lệnh MOV(21) sử dụng để đọc và đặt các dữ liệu. Bảng các bits thiết lập Analog I/O trong CQM1H. Từ Bits Chức năng DM6611 00 đến 07 00,01: dải tín hiệu đầu vào 1. 02,03: dải tín hiệu đầu vào 2. 04,05: dải tín hiệu đầu vào 3. 06,07: dải tín hiệu đầu vào 4. 00: –10 đến +10 V 01: 0 đến 10 V 10: 0 đến 5 V/0 đến 20 mA 11: Không sử dụng. 08 Sử dụng đầu vào analog 1. Thiết lập sử dụng hay không sử dụng bộ biến đổi A/D . 0: sử dụng đầu vào (biến đổi). 1: không sử dụng.(không biến đổi). 09 Sử dụng đầu vào analog 2. 10 Sử dụng đầu vào analog 3. 11 Sử dụng đầu vào analog 4. 12 đến 15 Không sử dụng ( thường đặt là 0 ). Từ yêu cầu công nghệ ta sử dụng tất cả các đầu vào Analog và các đầu ra Analog, đều dưới dạng dòng điện. Theo bảng trên thì ta đặt nội dung của từ nhớ DM6611 là: 00AA. Chú ý: - Các thiết lập này được đưa vào từ thiết bị lập trình. (Program Device). - Có thể sử dụng các đầu nối để đặt mức giá trị cho đầu ra ( dòng hoặc áp ). Thiết lập này không có trong từ nhớ. 3. Lựa chọn các cảm biến mức và cảm biến lưu lượng: - Các cảm biến mức nước trong giếng là các cảm biến dạng phao. Các cảm biến này có tác dụng báo mức( cạn hoặc đầy ) và để điều khiển việc đóng cắt các bơm theo yêu cầu công nghệ đặt ra ( công nghệ đặt ra ở chương II ). Khi cạn nước thì tiếp điểm của phao mở ra, còn khi đầy nước thì tiếp điểm của phao đóng lại. Đây thực ra là hệ thống tiếp điểm được đóng cắt bằng phao. Các tiếp điểm này được nối vào PLC để điều khiển các bơm. - Cảm biến lưu lượng (flow sensor): Ta chọn loại cảm biến lưu lượng mà đầu ra (output ) là dòng điện từ 4mA - 20mA. Loại cảm biến SITRANS FI Gardex Flowmeter do hãng SIMENS sản xuất. Đặc tính kỹ thuật: . Dải đo: 0,4 - 1350 (m3/ h). . Đơn vị đo: m3/ h. . Đường kính ống: 200 - 300 mm. . Điều kiện hoạt động cho phép: độ chính xác ±3% hoặc ± 5%. . Nhiệt độ hoạt động cho phép: <90o. . Đầu ra Analog: 0 - 20 mA hoặc 4 - 20 mA. . Nguồn nuôi: 220 - 250 VAC. . Với đường kính ống là 250 mm thì lưu lượng đo được tối đa là 200 (m3/h). Loại cảm biến này hoàn toàn phù hợp với điều kiện công nghệ đặt ra. * Vị trí đặt cảm biến phao: theo hệ thống thực tế thì vị trí đặt cảm biến phao báo khô là ở vị trí 32,5m. Ta cũng có thể xác định được nhờ vào đồ thị quan hệ giữa cột áp và lưu lượng của bơm. Vị trí đặt phao là vị trí mà với tốc độ định mức thì bơm không đảm bảo lưu lượng yêu cầu là 150 m3/h. 4. Lưu đồ thuật toán của chương trình PLC: Thuật toán của chương trình PLC phải đảm bảo các yêu cầu công nghệ về điều khiển các bơm hoạt động theo một logic nhất định. Sơ đồ thuật toán điều khiển thể hiện trình tự hoạt động của các bơm ( tuy nhiên không đi vào chi tiết ). Các điều kiện cho các bơm có thể hoạt động chính là các phao báo khô và các điều kiện liên động giữa các bơm ( bơm 1 hoạt động sau đó đến bơm 2 và cuối cùng là bơm 3, ...). Từ đó ta xây dựng được lưu đồ thuật toán của chương trình như sau: Start P1 đóng P2 đóng P3 đóng Bơm 1 Chạy Bơm 2 Chạy Bơm 3 Chạy Phao 1 mở Phao 2 mở Phao 3 mở END Đ S S Đ Đ S Hình IV.13 Sơ đồ thuật toán điều khiển. 5. Chương trình PLC viết cho CQM1H - CPU 51: - Bố trí các đầu vào và ra: + Nút Start: có địa chỉ là 000.00 tức là kênh CH000 và bít thứ 0. + Nút Stop: có địa chỉ là 000.04. + Cảm biến phao đầu vào: . Phao 1: ở giếng 1 có địa chỉ là 000.01. . Phao 2: ở giếng 1 có địa chỉ là 000.02. . Phao 3: ở giếng 1 có địa chỉ là 000.03. + Các đầu ra cho các bơm: . Bơm 1: có địa chỉ là 010.00 kênh CH010 và bít thứ 0. . Bơm 2: có địa chỉ là 010.01. . Bơm 3: có địa chỉ là 010.02. - Bố trí các đầu vào và ra trên môđun Analog I/ O. + Đầu vào lưu lượng: có địa chỉ là IR232 trên môđun. Lưu lượng đầu vào có dạng dòng điện với dòng từ 4 - 20 mA. + Đầu vào đo tốc độ của bơm 1 từ biến tần 1: IR233. + Đầu vào đo tốc độ của bơm 2 từ biến tần 2: IR234. + Đầu vào đo tốc độ của bơm 3 từ biến tần 3: IR235. Các đầu vào này cũng dạng dòng 4 - 20mA. + Đầu ra đặt lưu lượng: IR236. Ô nhớ chứa mức đặt lưu lượng là DM0030. - Các ô nhớ được phân cho các bơm như sau: . Ô nhớ từ DM0011 đến DM0014 là để chứa các dữ liệu của bơm 1. . Ô nhớ từ DM0015 đến DM0018 là để chứa các dữ liệu của bơm 2. . Ô nhớ từ DM0018 đến DM0012 là để chứa các dữ liệu của bơm 3. Các lệnh MOV(21) trong chương trình là để đặt lưu lượng và để lấy các dữ liệu từ các bơm. - Các bộ TIMER trong chương trình là để duy trì thời gian khi một phao nào đó cắt. Mục đích là để duy trì lưu lượng trong đường ống được liên tục. Có 3 bộ TIMER để sử dụng cho 3 bơm: TIM000, TIM001, TIM003. Ta đặt giá trị là #0100 tương đương với 10 (s). Thời gian này đặt lâu hơn thời gian quá độ của bơm để đảm bảo chắc chắn lưu lượng là liên tục. Từ đó ta xây dựng được chương trình Ladder cho PLC, viết trong phần mềm chuyên dụng SYSWINS của hãng OMRON.