Hôm nay, tôi chia sẻ một bài viết thực tế để giúp bạn hiểu một chương trình PLC hoàn hảo trông như thế nào, đồng thời cung cấp các tiêu chuẩn và đề xuất lập trình PLC cho công việc thực tế.
Yêu cầu thiết kế cho một chương trình PLC hoàn hảo:
Một chương trình PLC hoàn chỉnh không chỉ đơn giản là vận hành hệ thống; nó cũng yêu cầu nhận xét đầy đủ, kiến trúc-có cấu trúc tốt, khả năng mở rộng tốt, hệ thống bảo vệ và cảnh báo toàn diện cũng như hệ thống mô phỏng-chạy trước.
1. Đơn giản
Làm cho chương trình PLC đơn giản nhất có thể. Đơn giản có nghĩa là sử dụng khung chương trình được tiêu chuẩn hóa và các hướng dẫn đơn giản. Nói rộng ra, điều này liên quan đến việc tối ưu hóa cấu trúc chương trình và đơn giản hóa chương trình bằng các hướng dẫn điều khiển luồng. Cụ thể hơn, điều đó có nghĩa là thay thế các lệnh-chức năng đơn lẻ bằng các lệnh mạnh hơn và chú ý đến thứ tự của lệnh.
2. Dễ đọc
Chương trình được thiết kế phải có tính dễ đọc cao. Điều này không chỉ giúp người lập trình hiểu rõ hơn về chương trình và tạo điều kiện gỡ lỗi mà còn giúp người khác dễ hiểu và dễ bảo trì. Nó cũng nên tạo điều kiện thuận lợi cho việc phổ biến chương trình khi cần thiết.
Để đảm bảo khả năng đọc tốt, thiết kế chương trình phải càng rõ ràng càng tốt. Hãy chú ý đến hệ thống phân cấp và mô-đun, thậm chí sử dụng các phương pháp thiết kế hướng đối tượng. Sử dụng thực hành thiết kế tiêu chuẩn càng nhiều càng tốt.
Nếu sử dụng ngôn ngữ lập trình trong những trường hợp đặc biệt thì nên sử dụng sơ đồ bậc thang trong hầu hết các trường hợp để dễ đọc hơn. Việc phân bổ I/O phải có hệ thống để ghi nhớ và hiểu dễ dàng hơn. Thêm ý kiến khi cần thiết. Việc sử dụng các bộ phận bên trong cũng phải có tính hệ thống; tránh sử dụng chúng một cách bừa bãi.
Khả năng đọc nên được xem xét ngay từ đầu khi thiết kế chương trình. Điều này không dễ dàng đạt được hoàn toàn, bởi vì trong quá trình gỡ lỗi chương trình, việc thêm hoặc xóa các hướng dẫn và thay đổi trong việc sử dụng các thành phần bên trong có thể khiến một chương trình rõ ràng ban đầu trở nên lộn xộn. Do đó, hãy cho phép điều chỉnh trong quá trình gỡ lỗi ở giai đoạn thiết kế và sau đó dọn dẹp sau khi gỡ lỗi. Điều này sẽ dẫn đến một chương trình chất lượng cao hơn.
Nhận xét về chương trình ít nhất phải bao gồm những nội dung sau:
A. Bình luận hệ thống: Người giữ bản quyền và mục đích của toàn bộ chương trình; B. Khối bình luận: Mục đích chính và tác giả của khối; C. Chú thích đoạn mã: Mục đích của đoạn mã; D. Nhận xét biến: Tầm quan trọng-rõ ràng, bao gồm nhận xét I/O và nhận xét biến trung gian. Về vấn đề bảo mật, những vấn đề này cần được giải quyết thông qua thuật toán mã hóa hoặc mã hóa khối của chương trình, thay vì giảm bớt nhận xét.
3. Tính đúng đắn
Chương trình PLC phải chính xác và được xác minh thông qua hoạt động thực tế để chứng minh chức năng chính xác của nó. Đây là yêu cầu cơ bản nhất đối với chương trình PLC; nếu không đạt được điều này thì các khía cạnh khác dù tốt đến đâu cũng vô ích.
Để đảm bảo tính chính xác của chương trình, các hướng dẫn và thiết bị bên trong phải được sử dụng chính xác. Việc sử dụng chính xác các hướng dẫn có liên quan đến sự hiểu biết chính xác về chúng; do đó, phải hiểu rõ ý nghĩa và điều kiện sử dụng của hướng dẫn. Nếu cần thiết, các chương trình nhỏ có thể được viết để kiểm tra một số hướng dẫn chưa rõ ràng.
Đối với cùng một lệnh, do sự khác biệt trong các lô hoặc dòng sản xuất PLC, một số chi tiết lệnh có thể khác nhau. Hướng dẫn lập trình nên được tham khảo cẩn thận.
Việc sử dụng đúng các thiết bị bên trong cũng rất quan trọng. Ví dụ: một số PLC có-bảo vệ mất điện, trong khi một số khác thì không. Điều cần thiết là phải đảm bảo sử dụng các thiết bị yêu cầu bảo vệ-mất nguồn và ngược lại.
Nói tóm lại, yêu cầu cơ bản nhất đối với các chương trình PLC là sử dụng chính xác các lệnh và sử dụng chính xác các bộ phận bên trong để đảm bảo chương trình được lập trình thực hiện chính xác.
Trong một ví dụ đơn giản, PLC của Siemens yêu cầu các biến có chức năng lưu trữ làm biến trung gian cho các cạnh tăng và giảm, chẳng hạn như điểm M{0}}hoặc điểm DB{1}}. Sử dụng biến tạm thời của FC sẽ gây ra vấn đề.
4. Độ tin cậy
Các chương trình không chỉ phải chính xác mà còn phải đáng tin cậy. Độ tin cậy phản ánh tính ổn định của chương trình PLC, đây cũng là một yêu cầu cơ bản.
Một số chương trình PLC hoạt động chính xác trong các điều kiện hoạt động bình thường hoặc trong các hoạt động hợp pháp, nhưng không hoạt động đúng cách trong các điều kiện vận hành bất thường (chẳng hạn như mất điện tạm thời sau đó được phục hồi nguồn điện nhanh chóng) hoặc sau các hoạt động bất hợp pháp (chẳng hạn như nhấn các nút không theo trình tự hoặc nhấn nhiều nút cùng lúc). Những chương trình như vậy không đáng tin cậy, không ổn định hoặc được thiết kế kém.
Các chương trình PLC tốt có thể xác định các điều kiện vận hành bất thường và tích hợp liền mạch chúng với các điều kiện bình thường, cho phép chương trình thích ứng với nhiều tình huống khác nhau. Một chương trình PLC tốt có thể loại bỏ các hoạt động bất hợp pháp mà không để lại bất kỳ “dấu vết” nào, chỉ chấp nhận các hoạt động hợp pháp.
Khóa liên động là một phương pháp phổ biến để từ chối các hoạt động bất hợp pháp; các mạch rơle thường sử dụng phương pháp này và PLC cũng có thể kế thừa phương pháp này.
5. Dễ sửa đổi
Một chương trình phải dễ sửa đổi. Một trong những đặc điểm của PLC là sự tiện lợi và linh hoạt trong việc thích ứng với nhiều tình huống khác nhau. Điều này đạt được bằng cách sửa đổi hoặc thiết kế lại chương trình.
Thiết kế lại chương trình được sử dụng khi cần thay đổi các yêu cầu ứng dụng của quy trình PLC. Không chỉ chương trình được viết lại mà I/O cũng cần được phân bổ lại. Trong hầu hết các trường hợp, việc viết lại chương trình là không cần thiết; sửa đổi nhỏ là đủ. Điều này đòi hỏi chương trình phải dễ dàng sửa đổi.
Dễ sửa đổi cũng có nghĩa là linh hoạt, chỉ yêu cầu những thay đổi nhỏ để đạt được mục đích thay đổi thông số hoặc sửa đổi hành động.
6. Khả năng mở rộng
Nhiều chương trình có thể được lập trình sẵn-trước khi triển khai trên trang web, nhưng có thể cần thêm các chương trình bổ sung trên trang web-. Để tránh làm gián đoạn cấu trúc hệ thống tổng thể, cần phải dành đủ không gian trong từng khu vực chức năng cho phần cứng dự phòng. Phần mềm phải được thiết kế có lưu ý đến hoạt động thủ công, tự động và bán tự động{4}}và không gian phải được phân bổ phù hợp.
7. Hệ thống báo động toàn diện
Hệ thống PLC thường được sử dụng trong môi trường công nghiệp, nơi mà mọi tai nạn đều có thể gây ra tổn thất dù lớn hay nhỏ. Để đảm bảo ngăn ngừa tai nạn hoặc giảm thiểu tổn thất khi xảy ra tai nạn, chức năng báo động và bảo vệ của PLC phải được nhấn mạnh. Vì vậy, đây được coi là một thành phần quan trọng của hệ thống.
8. Mô phỏng chương trình
Để đảm bảo-tiến trình gỡ lỗi tại chỗ hoặc cho khách hàng xem thử, thường cần phải mô phỏng chương trình hoàn toàn tự động trước khi triển khai. Điều này đòi hỏi phải thêm phần chương trình mô phỏng vào chương trình hiện có. Phần này sẽ bị ngắt kết nối sau khi-hoạt động bình thường tại chỗ. Để cho phép chương trình thực hiện mô phỏng, cần thực hiện các bước sau:
(1) Chuyển đổi các điểm I/O PLC thực tế thành các biến trung gian hoặc biến khối dữ liệu;
(2) Viết chương trình mô phỏng cho từng thiết bị theo yêu cầu quy trình.
Một chương trình PLC tốt có thể được coi là chương trình đáp ứng được các yêu cầu trên.
Thông số kỹ thuật lập trình PLC
1. Chọn model PLC và số điểm I/O thích hợp. Chọn các mô-đun chức năng đặc biệt cho các yêu cầu chức năng cụ thể.
2. Làm quen với các hướng dẫn lập trình PLC và phần mềm biên dịch đã chọn.
3. Sơ đồ các thành phần mềm, bao gồm rơle bên trong, rơle giữ, thanh ghi dữ liệu, bộ định thời và bộ đếm.
4. Lập kế hoạch cho chương trình, thường tuân theo trình tự trích xuất lỗi, xử lý lỗi, xử lý thủ công, xử lý tự động và xử lý đầu ra. Các dự án hoặc thiết bị lớn hơn nên được chia thành các đơn vị chức năng, chẳng hạn như thang máy, thiết bị chuyển tải và thiết bị nâng/xoay trong dây chuyền sản xuất tự động. Chúng nên được lập trình theo phân đoạn và khối theo cấu trúc đơn vị trên.
5. Thêm nhận xét phân đoạn ngắn gọn trước mỗi chương trình dựa trên phân đoạn hoặc khối-, giải thích chức năng của chương trình đó. Nếu cần, hãy chỉ ra quy trình xử lý tương ứng. Thứ tự của các chương trình dựa trên khối hoặc phân đoạn trong chương trình tổng thể thường phải tuân theo trình tự luồng quy trình để dễ đọc.
6. Trước khi thiết kế chương trình, thiết bị cần được trừu tượng hóa. Các yếu tố thông thường như dừng, dừng khẩn cấp, quá tải, vượt quá-giới hạn, hết thời gian chờ, rèm đèn an toàn, dừng va chạm và công tắc cửa phải được trích xuất và đặt trong mạch-khởi động hoặc mạch điều khiển chính và khóa liên động-khởi động. Điều này đóng vai trò là tiền đề bao trùm của toàn bộ cấu trúc chương trình. Dựa trên điều này, chương trình sau đó được chia thành hai khu vực chức năng chính: tự động và thủ công.
7. Các yếu tố phổ biến trong vùng chức năng thủ công của cấu trúc chương trình, chẳng hạn như vận hành thủ công và các yếu tố gây nguy hiểm cho thiết bị và an toàn cá nhân, phải được trích xuất và đặt trong mạch điều khiển chính bằng tay và khóa liên động để bảo vệ, che chắn và báo động cho điều khiển thủ công.
8. Các yếu tố thông thường trong vùng chức năng tự động của cấu trúc chương trình, chẳng hạn như các yếu tố vận hành tự động, quá{1}}giới hạn, hết thời gian chờ cần được trích xuất và đặt trong mạch điều khiển chính và khóa liên động tự động để bảo vệ, che chắn, báo động cho thiết bị được điều khiển tự động. Nguyên tắc chung là hạn chế nghiêm ngặt việc ra vào thiết bị đồng thời hạn chế lỏng lẻo việc ra vào thiết bị, đảm bảo an toàn.
9. Chức năng thiết lập lại tổng thể phải được thiết kế trong chương trình để tạo điều kiện khôi phục nhanh chóng và dễ dàng hoạt động bình thường của thiết bị trong trường hợp có sự cố. Việc thiết lập lại tổng thể cần xem xét đầy đủ đến sự an toàn của thiết bị và nhân sự trong quá trình thiết lập lại.
10. Khi chuyển từ chế độ tự động sang chế độ thủ công, chương trình sẽ xóa các đầu ra và trạng thái trung gian khỏi chế độ tự động. Đặc biệt khi sử dụng lệnh SET ở chế độ tự động, nó phải được xóa bằng lệnh RESET ở chế độ thủ công.
11. Đầu ra kép bị nghiêm cấm trong lập trình; nghĩa là, cùng một câu lệnh đầu ra hoặc cùng một cuộn dây đầu ra xuất hiện hai lần trở lên trong chương trình. Đối với cùng một điểm đầu ra trong các điều kiện chế độ khác nhau, hãy sử dụng rơle trung gian để truyền và cuối cùng kết hợp chúng thành một điểm đầu ra duy nhất.
12. Khi sử dụng màn hình cảm ứng, không được sử dụng vùng điều khiển và vùng trạng thái được chia sẻ giữa màn hình cảm ứng và PLC cho các chương trình chức năng khác.
13. Trước khi sử dụng bất kỳ mô-đun PLC đặc biệt nào, hãy kiểm tra xem vùng điều khiển và vùng trạng thái của nó có chiếm các từ làm việc hay không. Nếu vậy, đừng lập trình những từ làm việc này cho các mục đích khác.
14. Đầu vào, đầu ra PLC, rơle trung gian, bộ định thời, bộ đếm và thanh ghi dữ liệu phải được chú thích bằng ký tự tiếng Trung. Đầu vào và đầu ra cũng phải bao gồm tên thành phần và số thẻ. Các điểm đầu vào tương ứng thường được mặc định là KHÔNG có tiếp điểm nào được kết nối với các công tắc bên ngoài. Đối với đầu vào yêu cầu tiếp điểm NC, điều này phải được chỉ định trong phần nhận xét. Mọi nhận xét phải rõ ràng, rõ ràng, tránh hiểu lầm, hạn chế tối đa việc sử dụng thuật ngữ chung chung.
15. Sau khi hoàn tất việc gỡ lỗi dự án, chương trình phần mềm cuối cùng phải được giữ lại. Tên tệp đã lưu phải bao gồm số dự án, tác giả, ngày tháng và số phiên bản.
16. Về mã hóa chương trình: Mật khẩu của chương trình mã hóa phải được lưu trữ trong file chuyên dụng, ghi rõ tên người dùng, mật khẩu và quyền truy cập. Tệp này phải được phân phát cho ít nhất hai người để tìm hiểu mật khẩu và ngăn chặn chương trình không thể truy cập được do mất mật khẩu.
Đề xuất lập trình
1. Khi PLC và máy tính chủ (hoặc màn hình cảm ứng) tạo thành hệ thống giám sát, màn hình thường cần hiển thị các chế độ điều khiển như “thủ công” và “tự động” (nói chung, nhiều chế độ chỉ có thể có một). Lệnh "MOV" có thể được sử dụng trong chương trình. Ví dụ: khi chọn "thủ công", hằng số 1 được CHUYỂN vào thanh ghi VB10; khi "tự động" được chọn, 2 sẽ được CHUYỂN vào cùng thanh ghi VB10. Bằng cách kiểm tra dữ liệu trong sổ đăng ký, có thể xác định chế độ điều khiển của hệ thống. Ưu điểm của phương pháp này là dễ hiểu và tránh được sự cần thiết của các thủ tục phức tạp như khóa liên động.
2. Khi chương trình liên quan đến điều khiển tín hiệu analog, nếu tín hiệu analog đọc hầu như không có lỗi thì có thể sử dụng tính năng lọc thời gian để trì hoãn đầu vào. Nếu dữ liệu đọc có lỗi lớn thì cần có các phương pháp lọc khác, chẳng hạn như lấy trung bình. Tham khảo tài liệu liên quan để biết thêm thông tin.
3. Trong quá trình gỡ lỗi chương trình, nếu một điều kiện được đáp ứng nhưng cuộn đầu ra không được kích hoạt, hãy kiểm tra xem phần này trong chương trình của bạn có nằm trong các câu lệnh như vậy không, chẳng hạn như `JUMP go to`. Một khả năng khác là sau khi chương trình bị gián đoạn, điều kiện được đáp ứng nhưng không có đầu ra; điều này thường chỉ ra rằng phần này của chương trình không được quét.
4. Trong các chương trình điều khiển tuần tự, tức là khi một hành động được hoàn thành và hành động tiếp theo được bắt đầu, chế độ điều khiển +10+10 rất thuận tiện. Ý tưởng như sau: Một thanh ghi được đặt trước về 0 trong quá trình khởi tạo. Sau khi khởi động hệ thống, nó được tăng thêm 10, nâng giá trị thanh ghi lên 10. Với thanh ghi ở mức 10, hành động đầu tiên có thể được thực hiện. Sau hành động đầu tiên, thanh ghi lại tăng thêm 10, nâng giá trị thanh ghi lên 20, cho phép thực hiện hành động thứ hai. Sau hành động thứ hai, nó lại tăng thêm 10, nâng giá trị thanh ghi lên 30. Bằng cách này, bằng cách kiểm tra giá trị trong thanh ghi, hành động mong muốn có thể được xác định. Khi cần thực hiện hành động nhảy, mức tăng có thể được thay đổi từ 10 đến 20, 30, v.v., tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể.
Tại sao tăng thêm 10 thay vì 1? Vì sau khi tăng thêm 10, nếu cần chèn một đoạn nào đó thì có thể chèn đoạn đó vào bất kỳ vị trí nào trong 10 vị trí có sẵn.
5. Khi thiết kế chương trình, nếu xảy ra lỗi liên quan đến quá trình-(không được hệ thống điều khiển kiểm soát), tốt nhất nên duy trì hiện tượng lỗi và cung cấp cảnh báo bằng hình ảnh và âm thanh cho đến khi người vận hành đặt lại hệ thống để họ biết về lỗi. Ngược lại, nếu hệ thống dừng, những người khác có thể cho rằng có vấn đề với chương trình. Những điểm này thường cần được xem xét khi thiết kế một hệ thống mới.
6. Các chương trình con được gọi thường xuyên có thể được tạo thành các mô-đun con cho các cuộc gọi thường xuyên.
7. Vì mỗi bước trong chu trình làm việc của máy sản xuất cần một khoảng thời gian nhất định để thực hiện và những khoảng thời gian này có những giới hạn nhất định nên bộ hẹn giờ có thể được khởi động đồng thời với thời điểm bắt đầu bước cần theo dõi. Cài đặt thời gian của bộ hẹn giờ phải dài hơn 20%–30% so với thời lượng bình thường của hành động. Tín hiệu đầu ra của bộ hẹn giờ có thể được sử dụng cho các thiết bị báo động hoặc tự động tắt. Khi thời gian của một bước vượt quá thời gian đã chỉ định, đạt đến thời gian đặt trước của bộ hẹn giờ tương ứng và trước khi bước tiếp theo bắt đầu, bộ hẹn giờ sẽ phát ra tín hiệu lỗi. Tín hiệu này dừng chu trình làm việc bình thường và bắt đầu quy trình báo động hoặc tắt máy; đây là điều chúng tôi thường gọi là bảo vệ theo-chu kỳ.
8. Một số công tắc phát hiện an toàn (chẳng hạn như nút dừng khẩn cấp, rèm đèn an toàn, công tắc giới hạn, v.v.) nên sử dụng đầu vào thường đóng (NC).
9. Để cân nhắc về an toàn và tiết kiệm năng lượng, đầu ra phải được thiết kế để chỉ kích hoạt khi cần và dừng khi hành động hoàn tất, thay vì được thiết kế để xuất liên tục cho đến khi cần dừng.
10. Nguyên lý hoạt động của bộ truyền động là: đứng yên tốt hơn là di chuyển thất thường.
11. Điều khiển thiết bị-đơn lẻ: Mỗi thiết bị phải có chức năng chuyển đổi thủ công/tự động và chức năng khởi động/dừng trong quá trình vận hành thủ công. Khi chuyển từ vận hành tự động sang vận hành thủ công, thiết bị không được dừng; khi chuyển từ chế độ thủ công sang tự động, việc khởi động/dừng thiết bị phụ thuộc vào chương trình tự động.
12. Mỗi bộ phận thiết bị (máy bơm, quạt và các thiết bị lớn khác) phải được luân chuyển sau 24 giờ hoạt động và phải có bản ghi thời gian chạy tích lũy, trừ khi trình tự khởi động/dừng do máy tính chủ thiết lập; nếu không, người vận hành phải thiết lập thủ công.
