PLC เป็นอุปกรณ์ควบคุมที่มีความสำคัญมากสำหรับระบบควบคุมอัตโนมัติ จะเห็นว่าเครื่องจักรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่นั้นจะถูกควบคุมการทำงานด้วย PLC แต่ PLC จะทำงานได้นั้นก็ต้องมีโปรแกรมควบคุม
วัชรชัย สิทธิพันธ์
ตัวควบคุมตรรกะแบบโปรแกรมได้ (Programmable Logic Controller) หรือเรียกย่อ ๆ ว่า PLC นั้นเป็นอุปกรณ์ควบคุมที่มีความสำคัญมากสำหรับระบบควบคุมอัตโนมัติ โดยที่เราจะเห็นว่าเครื่องจักรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่นั้นจะถูกควบคุมการทำงานด้วย PLC แต่ PLC จะทำงานได้นั้นก็ต้องมีโปรแกรมควบคุมนั่นก็คือกลุ่มคำสั่ง (Instruction Set) ที่เขียนโดยโปรแกรมเมอร์ ดังนั้นการที่จะเขียนโปรแกรม PLC เพื่อให้ทำงานควบคุมเครื่องจักรตามต้องการ การแก้ไขโปรแกรม การตรวจสอบความผิดปกติในการทำงานของเครื่องจักรหรือ PLC เราจำเป็นจะต้องรู้ถึงภาษาที่ใช้ในการเขียน โปรแกรมที่ใช้ในการเขียน และการใช้งาน เป็นต้น
ข้อมูลเบื้องต้นเมื่อต้องการควบคุมกระบวนการด้วย PLC
เมื่อต้องการใช้ PLC สำหรับควบคุมการทำงานสิ่งที่เราจำเป็นจะต้องทราบข้อมูลในเบื้องต้น เช่น
- หน้าที่การทำงานของระบบที่จะควบคุม
- วิธีสำหรับควบคุมการทำงานของกระบวนการ
- Flow Chart การทำงานของกระบวนการ
- ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ใช้พัฒนาหรือเขียนโปรแกรม PLC
หลังจากนั้นเราก็เริ่มต้นโปรแกรม PLC ตามที่ต้องการโดยสามารถแบ่งขั้นตอนได้ง่าย ๆ ดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 ขั้นตอนการใช้ PLC ควบคุมการทำงานของกระบวนการ
ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์สำหรับโปรแกรม PLC
การเขียนโปรแกรม PLC สำหรับควบคุมเครื่องจักรนั้นจะมีส่วนประกอบหลัก ๆ คือ
1. โปรแกรมสำหรับพัฒนาและเขียน PLC (Development Software)
2. อุปกรณ์สำหรับเขียนโปรแกรม (Programming Device)
3. สายสัญญาณสำหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์สำหรับเขียนโปรแกรมกับ PLC
4. PLC
5. เครื่องจักรที่จะควบคุม
รูปที่ 2 ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์สำหรับโปรแกรม PLC
ใช้งาน Allen Bradley PLC
สำหรับหัวข้อนี้จะกล่าวถึงการใช้งาน PLC ยี่ห้อ Allen Bradley ตระกูล MicroLogix และ SLC500 เบื้องต้นโดยที่ให้สามารถเขียนโปรแกรมเบื้องต้น แก้ไขโปรแกรม และตรวจสอบความผิดปกติของ PLC
รูปที่ 3ก Allen Bradley PLC ตระกูล MicroLogix
รูปที่ 3ข Allen Bradley PLC ตระกูล SLC500
Memory Address ของ PLC Allen Bradley
สิ่งที่มีความจำเป็นอย่างมากที่จะต้องรู้เมื่อต้องการเขียนโปรแกรม หรือแก้ไขโปรแกรม PLC คือ Address ของหน่วยความจำภายใน PLC
รูปที่ 4 โครงสร้างส่วนประกอบของ PLC
PLC ตระกูล MicroLogix และ SLC500 นั้นใช้งานหน่วยความจำซึ่งประกอบด้วยแฟ้มข้อมูล (Data Files) และแฟ้มโปรแกรม (Program Files)
แฟ้มโปรแกรม (Program Files)
แฟ้มโปรแกรมจะประกอบด้วยข้อมูลของ PLC แลดเดอร์โปรแกรมหลัก (Main Ladder Program) โปรแกรมย่อยอินเตอร์รัพท์ (Interrupt Subroutine) และโปรแกรมย่อยต่าง ๆ (Subroutine Program)
System Program (File 0) – จะประกอบด้วยข้อมูลของระบบ ข้อมูลของ User-program เช่น ชนิดของ Processer I/O Configuration, Processer File Name และ Password
Reserved (File 1) - แฟ้มนี้จะถูกสงวนไว้
แลดเดอร์โปรแกรมหลัก (Main Ladder Program) (File 2) – แฟ้มนี้จะประกอบด้วยโปรแกรมที่เขียนด้วยชุดคำสั่งที่ให้ PLC ทำงานตามต้องการ
โปรแกรมย่อย (Subroutine Ladder Program) (File 3 to 255) - แฟ้มนี้จะประกอบด้วยโปรแกรมย่อยที่เขียนด้วยชุดคำสั่งที่ให้ PLC ทำงานตามต้องการ
รูปที่ 5 การจัดสรรหน่วยความจำ PLC Allen Bradley รุ่น SLC500
แฟ้มข้อมูล (Data Files)
* แฟ้มข้อมูลเอาต์พุตและแฟ้มข้อมูลอินพุต (Output and Input Data Files) Files O0: และ Files I1:
Data Files 0 และ 1 จะแทนเอาต์พุตและอินพุตจากภายนอก บิตใน Data Files 1 จะแทนอินพุตจากภายนอก
โดยที่ 1 เวิร์ด (16 บิต) ใน Data Files นี้จะสอดคล้องกันกับตำแหน่งช่องใส่ PLC (Slot) และจำนวนบิตสอดคล้องกับจำนวนขั้วต่อของเอาต์พุตและอินพุต
ตารางที่ 1 รูปแบบของ Output and Input Addressing
ตัวอย่าง
O:3/15 เอาต์พุต 15, Slot 3
O:5/0 เอาต์พุต 0, Slot 5
O:10/11 เอาต์พุต 11, Slot 10
I:7/8 อินพุต 8, Slot 7
I:2.1/3 อินพุต 3, slot 2, Word 1
O:5 เอาต์พุต word 0, Slot 5
O:5.1 เอาต์พุตเวิร์ด 1, Slot 5
I:8 อินพุตเวิร์ด 0, Slot 8
* แฟ้มสถานะ (Status File) File S2:
Status Files จะแสดงถึงการทำงานของระบบปฏิบัติการของ PLC สามารถกำหนดให้ PLC ทำงานได้ตามต้องการและแสดงความผิดปกติของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ของ PLC
ตารางที่ 2 รูปแบบของ Status File Addressing
ตัวอย่าง
S:1/15 Element 1, บิต 15 คือ “First Pass” เราสามารถใช้สถานะของบิตนี้ กำหนดค่าเริ่มต้นให้กับคำสั่งที่ใช้ในโปรแกรมได้
S:3 Element 3 ไบต์ต่ำแสดงเวลาในการสแกนปัจจุบัน (Current Scan Time) ไบต์สูงแสดงเวลาสแกน Watchdog
* แฟ้มข้อมูลแบบบิต (Bit Data File) B3:
Bit Data File เป็นแฟ้มแบบบิตใช้กับคำสั่งแบบบิต แลดเดอร์ลอจิก, Shift Register และ Sequencers โดยที่ขนาดสูงสุดของแฟ้มคือ 256 เวิร์ด นั่นคือ 4096 บิต เราสามารถที่จะกำหนดจำนวนของ Bit Data File ได้ตั้งแต่ 0 ถึง 255 และจำนวนบิต 0 ถึง 15
ตารางที่ 3 รูปแบบของ Bit Data File Addressing
ตัวอย่าง
B3:3/14 Bit 14, Element 3
B3:252/00 Bit 0, Element 252
B3:9 Bit 62
B3/62 Bit 62
B3/4032 Bit 4032
* แฟ้มข้อมูลตัวจับเวลา (Timer Data File) T4:
คำสั่งตัวจับเวลานั้นจะใช้บิตในการควบคุมหลายตัว โดยประกอบด้วย 3 เวิร์ด ใช้สำหรับคำสั่ง TON, TOF และ RTO เวิร์ด 0 เป็นเวิร์ด ที่แสดงสถานะ เวิร์ด 1 บอกถึงค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (Preset Value) และ เวิร์ด 2 แสดงค่าในแอกคูมิวเลเตอร์ (Accumulator)
ตารางที่ 4 แสดงส่วนประกอบของตัวจับเวลา
ตารางที่ 5 รูปแบบของ Timer Addressing
ตัวอย่าง
T4:0/15 หรือ T4:0/EN Enable Bit
T4:0/14 หรือ T4:0/TT Timer Timing Bit
T4:0/13 หรือ T4:0/DN Done Bit
T4:0.1 หรือ T4:0.PRE ค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า (Preset Value) ของตัวนับเวลา
T4:0.2 หรือ T4:0.ACC ค่าในแอกคูมิวเลเตอร์ (Accumulated Value) ของตัวนับเวลา
T4:0.1/0 หรือ T4:0.PRE/0 Bit 0 ของ Preset Value
T4:0.2/0 หรือ T4:0.ACC/0 Bit 0 ของ Accumulated Value
* แฟ้มข้อมูลตัวนับ (Counter Data File) C5:
ตัวนับแต่ละตัวจะประกอบด้วยแฟ้มข้อมูล 3 เวิร์ด เวิร์ด 0 เป็นเวิร์ดสำหรับควบคุม เวิร์ด 1 คือค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เวิร์ด 2 คือค่าของแอกคูมิวเลเตอร์
ตารางที่ 6 แสดงส่วนประกอบของตัวนับ
ตารางที่ 7 รูปแบบของ Counter Addressing
* แฟ้มข้อมูลควบคุม (Control Data File) R6:
ชุดคำสั่งต่าง ๆ นั้นจะประกอบด้วยบิตควบคุม โดยที่ประกอบด้วยสมาชิก 3 เวิร์ดใช้กับคำสั่งเลื่อนบิต, FIFO, LIFO, คำสั่งซีเควนซ์, ASCII, ABL, ACB, AHL, ARD, ARL, AWA และ AWT เวิร์ด 0 จะบอกสถานะ เวิร์ด 1 จะบอกความยาวของข้อมูลที่เก็บไว้ และเวิร์ด 2 จะบอกตำแหน่ง
ตารางที่ 9 แสดงส่วนประกอบของแฟ้มข้อมูลควบคุม
ตารางที่ 10 รูปแบบของ Control Data Addressing
ตัวอย่าง
R6:2 Element 2, control file 6 Address bits and words by using the format Rf:e.s/b
R6:2/15 or R6:2/EN Enable Bit
R6:2/14 or R6:2/EU Unload Enable Bit
R6:2/13 or R6:2/DN Done Bit
R6:2/12 or R6:2/EM Stack Empty Bit
R6:2/11 or R6:2/ER Error Bit
R6:2/10 or R6:2/UL Unload Bit
R6:2/9 or R6:2/IN Inhibit Bit
R6:2/8 or R6:2/FD Found Bit
R6:2.1 or R6:2.LEN Length Value
R6:2.2 or R6:2.POS Position Value
R6:2.1/0 Bit 0 of Length Value
R6:2.2/0 Bit 0 of Position Value
* แฟ้มข้อมูลจำนวนเต็ม (Integer Data File) N7:
แฟ้มข้อมูลจำนวนเต็มมีขนาด 1 เวิร์ดสำหรับเก็บข้อมูลที่เป็นจำนวนเต็ม
ตารางที่ 11 รูปแบบของ Integer Data Addressing
ตัวอย่าง
N7:2 Element 2, Integer File 7
N7:2/8 Bit 8 in Element 2, Integer File 7
* แฟ้มข้อมูลจำนวนจริง (Float Data File) N7:
แฟ้มข้อมูลจำนวนจริงมีขนาด 2 เวิร์ดสำหรับเก็บข้อมูลที่เป็นจำนวนจริง
ตารางที่ 12 รูปแบบของ Float Data Addressing
ตัวอย่าง
F8:2 Element 2, Float File 8
แลดเดอร์ลอจิกพื้นฐาน
* คอนแทกต์ (Contacts)
คอนแทกต์ใช้สำหรับแสดงผลสถานะของตัวอ้างอิง (Reference Address) ที่เป็นบิต เช่น รีเลย์ภายใน อินพุต เอาต์พุต สถานะของตัวจับเวลา สถานะของตัวนับ หรือสถานะของแฟ้มสถานะของ PLC การไหลของกำลัง (Power Flow) ที่จะผ่านคอนแทกต์ไปได้นั้นจะขึ้นกับสถานะของตัวอ้างอิงที่จะแสดงและประเภทของคอนแทกต์ ตัวอ้างอิง ON ถ้าสถานะเป็น 1; OFF ถ้าสถานะเป็น 0
* Examine if Closed (XIC) คอนแทกต์ปกติเปิด
คอนแทกต์ปกติเปิดจะทำงานเหมือนกับสวิตซ์ กำลังงานจะไหลผ่าน (Power Flow) เมื่อตัวอ้างอิง ON (1)
* Examine if Opened (XIO) คอนแทกต์ปกติปิด
คอนแทกต์ปกติปิดจะทำงานเหมือนกับสวิตซ์ กำลังงานจะไหลผ่านเมื่อตัวอ้างอิง OFF (0)
* คอยล์ (Coil)
คอยล์ใช้สำหรับควบคุมตัวอ้างอิง สภาวะทางลอจิกจะใช้ควบคุมกำลังงานที่ไหลผ่าน (Power Flow) คอยล์ โดยทั่วไปคอยล์จะอยู่ทางขวาสุดของ Rung ในแต่ละ Rung ก็สามารถเชื่อมต่อกับคอยล์ได้เป็นจำนวนจำกัดขึ้นกับแต่โปรแกรมที่ใช้เขียน PLC ชนิดของคอยล์จะขึ้นกับรูปแบบของการกระทำของโปรแกรมที่ต้องการ
* Output Energize (OTE)
คอยล์ OTE จะกำหนดให้ตัวอ้างอิง ON เมื่อมีการไหลของกำลัง
* Output Latch (OTL) and Output Unlatch (OTU)
คอยล์ OTL จะกำหนดให้ตัวอ้างอิง ON เมื่อมีการไหลของกำลังและจะคงสถานะ ON ไว้
คอยล์ OTU จะกำหนดให้ตัวอ้างอิง OFF เมื่อมีการไหลของกำลังและจะคงสถานะ OFF ไว้
* One-shot Rising (OSR)
ถ้าตัวอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับคอยล์ที่ทำงานเฉพาะการเปลี่ยนแปลงแบบบวกอยู่ในสถานะ OFF เมื่อคอยล์ได้รับการไหลของกำลังก็จะเปลี่ยนสถานะเป็น ON ในช่วงระยะเวลา Scan Time ของ PLC โดยที่สามารถใช้คอยล์แบบนี้ทำงานภายในช่วงเวลาสั้น (One-shot)
รูปที่ 6 ตัวอย่างแลดเดอร์ไดอะแกรม One-shot Rising
จากตัวอย่างแลดเดอร์เมื่อคำสั่งอินพุตเปลี่ยนแปลงจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1 คำสั่ง OSR จะเปลี่ยนสถานะของคอยล์เอาต์พุตเป็นลอจิก 1 เป็นเวลา 1 Scan Time หลังจากนั้นก็จะกลับสถานะเป็นลอจิก 0 ตามเดิมไปจนกว่าอินพุตจะมีการเปลี่ยนแปลงจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1 ใหม่
ตัวจับเวลา (Timer)
* ตัวจับเวลาแบบหน่วงเวลา ON (TON)
ตัวจับเวลาหน่วงเวลา ON (TON) จะเพิ่มค่าเมื่อได้รับการไหลของกำลังและจะรีเซตเป็นศูนย์เมื่อหยุดการไหลของกำลัง ในขณะเดียวกันเมื่อได้รับการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1 และเมื่อหยุดการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 1 เป็นลอจิก 0 เมื่อตัวจับเวลาหน่วงเวลา ON ได้รับการไหลของกำลังตัวจับเวลาก็จะเพิ่มค่าเวลา เมื่อค่าปัจจุบันในแอกคูมิวเลเตอร์มีค่าเท่ากับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเอาต์พุต DN ก็จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1จนกว่าจะหยุดการไหลของกำลัง
รูปที่ 7 ตัวอย่างแลดเดอร์ไดอะแกรมของตัวจับเวลาแบบหน่วงเวลา ON
รูปที่ 8 Timing Diagram ของตัวจับเวลาแบบหน่วงเวลาตามแลดเดอร์ไดอะแกรมรูปที่ 7
* ตัวจับเวลาแบบหน่วงเวลา OFF (TOF)
ตัวจับเวลาหน่วงเวลา OFF (TOF) จะเพิ่มค่าเมื่อได้รับการไหลของกำลังและจะรีเซตเป็นศูนย์เมื่อหยุดการไหลของกำลังในขณะเดียวกันเมื่อได้รับการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1 และเมื่อหยุดการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 1 เป็นลอจิก 0 เมื่อตัวจับเวลาหน่วงเวลา OFF ได้รับการไหลของกำลังตัวจับเวลาก็จะเพิ่มค่าเวลา เมื่อค่าปัจจุบันในแอกคูมิวเลเตอร์มีค่าเท่ากับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเอาต์พุต DN ก็จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 1 เป็นลอจิก 0 จนกว่าจะหยุดการไหลของกำลัง
รูปที่ 9 ตัวอย่างแลดเดอร์ไดอะแกรมของตัวจับเวลาแบบหน่วงเวลา OFF
รูปที่ 10 Timing Diagram ของตัวจับเวลาแบบหน่วงเวลาตามแลดเดอร์ไดอะแกรมรูปที่ 9
* ตัวจับเวลาแบบคงสภาวะ ON (RTO)
ตัวจับเวลาหน่วงเวลาแบบคงสภาวะ ON (RTO) จะเพิ่มค่าเมื่อได้รับการไหลของกำลังและจะคงค่าไว้แม้ว่ามีการหยุดการไหลของกำลัง ในขณะเดียวกันเมื่อได้รับการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1 และเมื่อหยุดการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 1 เป็นลอจิก 0 เมื่อตัวจับเวลาแบบคงสภาวะ ON ได้รับการไหลของกำลังตัวจับเวลาก็จะเพิ่มค่าเวลา เมื่อค่าปัจจุบันในแอกคูมิวเลเตอร์มีค่าเท่ากับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเอาต์พุต DN ก็จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1 จนกว่าจะมีการรีเซต
รูปที่ 11 ตัวอย่างแลดเดอร์ไดอะแกรมของตัวจับเวลาแบบคงสภาวะ ON
รูปที่ 12 Timing Diagram ของตัวจับเวลาแบบหน่วงเวลาตามแลดเดอร์ไดอะแกรมรูปที่ 11
* ตัวจับเวลาแบบคงสภาวะ OFF (RTF)
ตัวจับเวลาหน่วงเวลาแบบคงสภาวะ OFF (RTF) จะเพิ่มค่าเมื่อได้รับการไหลของกำลังและจะคงค่าไว้แม้ว่ามีการหยุดการไหลของกำลังในขณะเดียวกันเมื่อได้รับการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 0 เป็นลอจิก 1 และเมื่อหยุดการไหลของกำลังเอาต์พุต EN จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 1 เป็นลอจิก 0 เมื่อตัวจับเวลาแบบคงสภาวะ OFF ได้รับการไหลของกำลังตัวจับเวลาก็จะเพิ่มค่าเวลา เมื่อค่าปัจจุบันในแอกคูมิวเลเตอร์มีค่าเท่ากับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเอาต์พุต DN ก็จะเปลี่ยนสถานะจากลอจิก 1 เป็นลอจิก 0 จนกว่าจะมีการรีเซต
ตัวนับ (Counter)
ตัวนับพื้นฐานมีสองประเภทคือตัวนับขึ้น (Count up Counter) และตัวนับลง (Count down Counter) เมื่ออินพุตของตัวนับขึ้นมีค่าเป็นลอจิก 1 ค่าในแอกคูมิวเลเตอร์จะเพิ่มค่าจากเดิมไปอีก 1 เมื่อค่าในแอกคูมิวเลเตอร์มีค่าเท่ากับค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้าบิต DN ของตัวนับจะมีค่าเป็นลอจิก 1 ในทำนองเดียวกันตัวนับลงจะลดค่าจากเดิมไป 1 เมื่ออินพุตของตัวนับมีค่าเป็นลอจิก 1 จนกระทั่งค่าในแอกคิวมูเลเตอร์มีค่าถึงค่าที่กำหนดไว้ รูปที่ 13 นั้นแสดงช่วงของตัวนับโดยมีค่าตั้งแต่ -32,768 ถึง +32,767 หากค่าเกิน +32,767 จะเรียกว่า Overflow และถ้าค่าต่ำกว่า -32,768 เรียกว่า Underflow
รูปที่ 13 ช่วงค่าของตัวนับ
* ตัวนับขึ้น (Count up Counter)
* ตัวนับลง (Count down Counter)
* รีเซต (RES)
คำสั่งรีเซตนั้นใช้สำหรับรีเซตตัวจับเวลา ตัวนับและบิตควบคุมต่าง ๆ
ตารางที่ 13 การทำงานของคำสั่งรีเซต
จากที่กล่าวมาทั้งหมดนั้นคงทำให้เราทราบเกี่ยวกับการจัดการหน่วยความจำของพีแอลซี Allen Bradley เบื้องต้นและคำสั่งของพีแอลซีเบื้องต้นในตอนต่อไปจะกล่าวถึงการใช้งานโปรแกรมสำหรับเขียนโปรแกรมพีแอลซีและการเขียนโปรแกรมพีแอลซี Allen Bradley เบื้องต้น
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
