Bài giảng An toàn lao động - Chương 1: Tính chất cơ bản của công tác bảo hộ lao động và an toàn lao động

©2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
C
h
ư
ơ
n
g
1
C
h
ư
ơ
n
g
1
Hệ thống 
₫iều khiển phân tán
13.09.06
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3
2©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3
ƒ Giới thiệu chung về IEC 61131
ƒ Tiến trình chuẩn hóa IEC 61131
ƒ Mô hình phần mềm
ƒ Biến và kiểu dữ liệu
ƒ Tổ chức chương trình
ƒ Ngôn ngữ lập trình
3©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
IEC 61131 là gì?
ƒ Tập chuẩn phần mềm quan trọng nhất cho các thiết bị
điều khiển công nghiệp có khả năng lập trình (PLC, 
DCS, Soft PLC,...)
ƒ Bao gồm nhiều phần:
– Phần 1 (General Information)
– Phần 2 (Equipment requirements)
– Phần 3 (Programming languages)
– Phần 4 (Guidelines for users)
– Phần 5 (Communication)
– Phần 7 (Fuzzy Control)
– ...
ƒ Hầu hết các hệ PLC và DCS hiện đại đều hỗ trợ chuẩn
IEC 61131-3
4©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Tiến trình chuẩn hóa IEC 61131
ƒ 1977: IEC 848
ƒ 1979: Bắt đầu soạn bản thảo IEC 1131
ƒ 1982: Hoàn thành bản thảo đầu tiên (5 nhóm làm việc)
ƒ 1983: DIN 19239 PLC-Programming
ƒ 1992: Chuẩn hóa quốc tế IEC 1131-1 và 1131-2
ƒ 1993: Chuẩn hóa quốc tế IEC 1131-3
ƒ 1995: Chuẩn hóa quốc tế IEC 1131-TR4
ƒ 1994-1997: Đính chính IEC 1131-3 (Corrigendum)
ƒ 1996-1999: Sửa đổi, bổ sung (Amendment)
ƒ Từ 2000 -> IEC 61131-3 2nd Edition
5©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các tiến bộ của IEC 61131-3
ƒ Các yếu tố cấu hình thống nhất (CONFIGURATION, 
TASK, RESOURCE), mô hình TASK và RESOURCE 
thích hợp cho nhiều hệ thống khác nhau 
ƒ Mô hình phần mềm thống nhất, hiện đại, với các khối tổ
chức chương trình hợp lý (PROGRAM, FUNCTION 
BLOCK, FUNCTION)
ƒ Các ngôn ngữ lập trình thống nhất, phát triển trên cơ
sở chuẩn hóa các ngôn ngữ hiện có quen thuộc 
ƒ Các kiểu dữ liệu đa dạng, khả mở
ƒ Một thư viện các hàm và khối chức năng chuẩn
ƒ Bước đầu có ý tưởng hướng đối tượng
ƒ Một mô hình giao tiếp thống nhất.
6©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Mô hình phầnmềm
CONFIGURATION
RESOURCE
TASK TASK
PROGRAM PROGRAM
FB FB
RESOURCE
TASK TASK
PROGRAM PROGRAM
FB FB
GLOBAL and DIRECTLY REPRESENTED VARIABLES
and INSTANCE-SPECIFIC INITIALIZATIONS
ACCESS PATHS
Execution control path
Variable access paths
FB Function block
Variable
or
Communication function (See IEC 1131-5)
7©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các yếu tố cấu hình
ƒ Cấu hình (CONFIGURATION):
– Tương ứng cho cả hệ PLC, có thể gồm nhiều CPU ghép nối
– Mỗi PLC tại một thời điểm bất kỳ chỉ có một cấu hình. 
– Bao gồm một hay nhiều tài nguyên
ƒ Tài nguyên (RESOURCE)
– Tương ứng cho một CPU với các vào/ra và HMI (đơn giản) 
tương ứng 
– Bao gồm một hoặc nhiều chương trình hoạt động dưới sự điều 
khiển của một hoặc nhiều tác vụ
ƒ Tác vụ (TASK)
– Tác vụ tuần hoàn (Periodic Task)
– Tác vụ sự kiện, task đơn (Event Task, Single Task)
– Tác vụ rỗi (Idle Task)
ƒ Biến toàn cục (Global Variables)
ƒ Lối truy nhập (Access Path)
8©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các kiểu dữ liệu cơ bản
ƒ Kiểu Bool BOOL
ƒ Kiểu nguyên có dấu SINT, INT, DINT, LINT, INT
ƒ Kiểu nguyên dương USINT, UINT, UDINT, ULINT
ƒ Số thực REAL, LREAL
ƒ Khoảng thời gian TIME
ƒ Ngày tháng DATE
ƒ Thời gian trong ngày TIME_OF_DAY, TOD
ƒ Ngày tháng và thời gian DATE_AND_TIME, DT
ƒ Chuỗi ký tự STRING, WSTRING
ƒ Chuỗi bit BYTE, WORD, DWORD, 
LWORD
9©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các kiểu dữ liệu dẫn xuất
ƒ Dẫn xuất trực tiếp:
TYPE RU_REAL : REAL ; END_TYPE
ƒ Liệt kê:
TYPE ANALOG_SIGNAL_TYPE : (SINGLE_ENDED, DIFFERENTIAL) ;
END_TYPE
ƒ Dãy con:
TYPE ANALOG_DATA : INT (-4095..4095) ; END_TYPE 
ƒ Mảng: 
TYPE ANALOG_16_INPUT_DATA : ARRAY [1..16] OF ANALOG_DATA ;
END_TYPE
ƒ Cấu trúc:
TYPE ANALOG_CHANNEL_CONFIGURATION: STRUCT 
RANGE : ANALOG_SIGNAL_RANGE ; 
MIN_SCALE : ANALOG_DATA ; 
MAX_SCALE : ANALOG_DATA ; 
END_STRUCT;
10
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các kiểu dữ liệu tổng quát
ANY
ANY_DERIVED
ANY_ELEMENTARY
ANY_MAGNITUDE
ANY_NUM
ANY_REAL
LREAL
REAL
ANY_INT
LINT, DINT, INT, SINT
ULINT, UDINT, UINT, USINT
TIME
ANY_BIT
LWORD, DWORD, WORD, BYTE, BOOL
ANY_STRING
STRING
WSTRING
ANY_DATE
DATE_AND_TIME
DATE, TIME_OF_DAY
11
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Khai báo biến
ƒ Kiểu của biến:
– Kiểu cơ bản,
– Kiểu dẫn xuất,
– Kiểu tổng quát
– Khối chức năng,
– Khối chương trình
ƒ Từ khóa 
– Bắt đầu với VAR, VAR_INPUT, VAR_OUTPUT, VAR_IN_OUT, 
VAR_EXTERNAL, VAR_GLOBAL, VAR_ACCESS, 
VAR_TEMP hoặc VAR_CONFIG
– Có thể kèm theo thuộc tính RETAIN, NON_RETAIN, 
CONSTANT, AT
– Kết thúc với END_VAR
12
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Ký hiệu biến trực tiếp
ƒ Tiền tố
– I Biến đầu vào (Input)
– Q Biến đầu ra (Output)
– M Biến nhớ (Memory)
– X hoặc không ghi 1 bit, mặc định là BOOL
– B 8 bit, mặc định là BYTE
– W 16 bit, mặc định là WORD
– D 32 bit, mặc định là DWORD
– L 64 bit, mặc định là LWORD
ƒ Ví dụ:
– %QX75, %Q75 Bit ra vị trí 75
– %IW215 Từ vào vị trí 215
– %QB7 Byte vào vị trí 7
– %MD48 Từ đúp vào tại vị trí ô nhớ 48
– %IW2.5.7.1 Từ vào kênh 1, slot 7, rack 5, station 2
– %Q* Đầu vào chưa định vị trí
13
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
VAR RETAIN
AT %IW6.2 : WORD; 
AT %MW6 : INT;
END_VAR
VAR_GLOBAL
LIM_SW_S5 AT %IX27 : BOOL = TRUE;
CONV_START AT %QX25: BOOL;
TEMPERATURE AT %IW28: INT;
C2 AT %Q* : BYTE;
END_VAR
VAR INARY AT %IW6 : ARRAY [0..9] OF INT; END_VAR
VAR
CONDITION_RED : BOOL = 1; 
IBOUNCE : WORD = 16#FF00; 
M YDUB : DWORD; 
A WORD, BWORD, CWORD : INT = 8;
M YSTR: STRING[10];
END_VAR
Ví dụ khai báo biến
14
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các khối tổ chức chương trình (POU)
ƒ Hàm (FUNCTION)
– Tương tự hàm PASCAL, có thể nhiều vào, chính xác một ra
– Như một hệ tĩnh, không có trạng thái
– Có giá trị sử dụng lại
ƒ Khối chức năng (FUNCTION BLOCK)
– Tương tự lớp trong lập trình HĐT, có thể có nhiều đầu ra
– Như một hệ động, có trạng thái
– Phân biệt giữa kiểu và thể nghiệm theo ngữ cảnh
– Có giá trị sử dụng lại
ƒ Chương trình (PROGRAM)
– Về cơ bản giống như khối chức năng
– Truy cập được các biến trực tiếp (biến vào/ra, biến nhớ trực 
tiếp) và các biến toàn cục
– Không có giá trị sử dụng lại
15
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Khai báo và sử dụng hàm
(* Khai báo hàm *)
FUNCTION fct1: REAL
VAR_INPUT
a, b: REAL;
c : REAL:= 1.0;
END_VAR
fct1:= a*b/c;
END_FUNCTION
(* Gọihàm *)
...
y := fct1(a:= x, b:= 2.0);
...
Name
P1
P2
P3
Data Type
Data Type
Data Type
Data Type
Các tham số hình thức
KHAI BÁO HÀM
Name
P1
P2
P3
X
0.25
Các tham số thực tại
SỬ DỤNG HÀM
16
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Khai báo và sử dụng khối chức năng
FUNCTION_BLOCK Example
VAR_INPUT
X : BOOL;
Y : BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
Z : BOOL;
END_VAR
VAR
INTERNAL_STATE: BOOL;
END_VAR
(* statements of functionblock body *)
END_FUNCTION_BLOCK
X
0.25
Các tham số thực tại
SỬ DỤNG KHỐI CHỨC NĂNG
fb1
FB_NAME
P1 O1
P2 O2
P3
Y
Tên biến thể nghiệm
FB_NAME
P1 O1
P2 O2
P3
Data Type
Data Type
Data Type
Data Type
Các tham biến hình thức
KHAI BÁO KHỐI CHỨC NĂMG
Data Type
17
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các ngôn ngữ lập trình
ƒ Các ngôn ngữ lập trình văn bản (textual languages):
– Instruction List (IL) : Một dạng hợp ngữ
– Structured Text (ST): Giống PASCAL
– Các thành phần SFC có thể sử dụng phối hợp
ƒ Các ngôn ngữ đồ họa (graphical languages):
– Ladder Diagram (LD): Giống mạch rơ le
– Funtion Block Diagram (FBD): Giống mạch nguyên lý
– Sequential Funtion Charts (SFC): Xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet
Instruction List (IL) Structured Text (ST)
Function Block Diagram (FBD) Ladder Diagram (LD)
LD A
ANDN B
ST C
C:= A AND NOT B
 A B C
-| |--|/|----------------( )
AND
A C
B
Sequential Function 
Charts
18
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các ngôn ngữ văn bản: IL và ST 
ƒ Các yếu tố chung:
TYPE...END_TYPE
VAR...END_VAR
VAR_INPUT...END_VAR
VAR_OUTPUT...END_VAR
VAR_IN_OUT...END_VAR
VAR_EXTERNAL...END_VAR
VAR_TEMP...END_VAR
VAR_ACCESS...END_VAR
VAR_GLOBAL...END_VAR
VAR_CONFIG...END_VAR
FUNCTION ... END_FUNCTION
FUNCTION_BLOCK...END_FUNCTION_BLOCK
PROGRAM...END_PROGRAM
STEP...END_STEP
TRANSITION...END_TRANSITION
ACTION...END_ACTION
19
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Instruction List (IL)
Cú pháp câu lệnh
NHÃN TOÁN TỬ/HÀM TOÁN HẠNG CHÚ THÍCH
START: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *)
ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *)
ST %QX2 (* FAN ON *)
LD 2#00010001
ST %QB3
Lệnh phức hợp
AND(
LD %IX1
OR %IX2
)
AND( %IX1
hoặc OR %IX2
)
Accu đa năng: chứa "giá trị tức thời"
• Thích hợp với các kiểu dữ liệu khác nhau
• Mã thực hiện cụ thể do trình biên dịch tạo ra
• Chuẩn không qui định về các cờ trạng thái accu
20
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Structured Text (ST)
ƒ Ngôn ngữ hoàn toàn mới, dựa trên PASCAL/C
ƒ Ưu điểm: Đơn giản, mạnh
– Lập trình ở mức cao
– Dễ mô tả nhiệm vụ điều khiển
– Lập trình có cấu trúc
– Các lệnh điều khiển chương trình (IF, WHILE, FOR,..)
ƒ Nhược điểm: Mã chậm, lớn
– Phụ thuộc nhiều vào chất lượng của trình biên dịch
– Không phải hệ PLC/DCS nào cũng hỗ trợ
ƒ Lựa chọn hay không?
– Qui mô ứng dụng
– Tỉ lệ đầu tư phần cứng/phát triển phần mềm
– Điều khiển đơn giản hay điều khiển cao cấp
21
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các ngôn ngữ ₫ồ họa: LD, FBD và SFC
ƒ Các yếu tố chung:
– Ký hiệu mô tả các khối và đường nét: 
– Hướng của các dòng trong mạng
z Power flow
z Signal flow
z Activity flow
– Đánh giá mạng (network evaulation)
– Các yếu tố điều khiển thực thi
z Các ký hiệu nhảy
z Các ký hiệu kết thúc 
ƒ Lựa chọn ngôn ngữ phù hợp:
– LD cho mạch điều khiển logic
– FBD cho điều khiển tương tự (ĐK quá trình) và điều khiển logic
– SFC cho điều khiển trình tự, phối hợp sử dụng LD và FBD
22
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Ladder Diagram
I1 I2 O1
I3
Tiếp điểm thường mở (NO)
Tiếp điểm thường đong (NC)
Tiếp điểm nhận biết sườn xung lên
Tiếp điểm nhận biết sườn xung xuống
Cuộn dây (đầu ra)
Cuộn dây âm (đầu ra nghịch đảo)
Cuộn dây đặt
Cuộn dây xoá
Cuộn dây cảm nhận sườn xung lên
Cuộn dây cảm nhận sườn xung xuống
P
N
S
R
P
N
CTU
PV50 CV
C1
CU Q
I1
23
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Function Block Diagram
CTU
PV CV
CU Q
R
50
C1
&
I1
I2
I3
PID
PV CV
SP
MAN
TC001
AI
TT001
SP001
M001
AO
INOUT
TY001
>> Safety
LED
24
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Sequential Function Chart (SFC)
ƒ Step: Một bước thực hiện trong điều khiển 
trình tự
– Có thể bao gồm nhiều hành động đi kèm
– Có ít nhất một bước tích cực
– Trạng thái hệ thống được xác định qua các 
bước tích cực
ƒ Transition: Chuyển tiếp, được thực hiện khi 
điều kiện chuyển tiếp thỏa mãn
– Lập trình bằng ST, FBD, LD hoặc IL 
ƒ Action: Hành động đi với một bước
– Nằm trong một "Action Block"
– Được kiểm soát thực thi qua các "Qualifier"
– Lập trình bằng ST, FBD, LD hoặc IL 
Active
Final
Initial
T1
T2
T3
25
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 9: Chuẩn IEC 61131-3 © 2005 - HMS
© HMS
Các loại chuyển tiếp SFC
S1
S2
S1
S2 S3
S2 S3
S4
S1
S2 S3
S2 S3
S4
a) Đơn giản b) Phân nhánh cạnh tranh
(phân nhánh OR)
c) Phân nhánh song song
(phân nhánh AND)
d) Chuyển tiếp lựa chọn
Kết hợp kiểu OR
e) Chuyển tiếp đồng bộ
(Kết hợp kiểu AND)