Giáo trình PLC cơ bản (Nghề Điện công nghiệp Trung cấp)

Mục tiêu mô đun: - Trình bày được nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh các ưu nhược điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cỡ nhỏ khác.. Một trong những phươn

BỘ LAO ĐỘNG – THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

GIÁO TRÌNH

PLC CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Hà Nội, năm 2019

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

(Ban h ành kèm theo Quyết định số:248a /QĐ- CĐNKTCN ngày 17 tháng 9 năm 2019 của Hiệu Trưởng trường CĐ nghề Kỹ Thuật Công Nghệ)

Hà Nội , năm 2019

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

PLC cơ bản là một trong những mô đun chuyên môn mang tính đặc trưng cao thuộc nghề Điện công nghiệp Sau khi học mô đun này, học viên có đủ kiến thức và kỹ năng để học tập tiếp các mô đun PLC nâng cao, Chuyên đề điều khiển lập trình cỡ nhỏ

Giáo trình PLC cơ bản được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp cho cấp trình độ Cao đẳng nghề Ngoài ra, giáo trình cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn hạn hoặc làm tài liệu tham khảo cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực tham khảo Giáo trình mô đun này được triển khai sau các mô đun Kỹ thuật số; Lập trình vi điều khiển; Kỹ thuật cảm biến Mô đun cung cấp những kiến thức cơ bản về ngôn ngữ lập trình trong PLC cũng như trang bị những kỹ năng về lắp đặt các bộ điều khiển lập trình và kỹ năng lập trình giải quyết các bài toán điều khiển cỡ nhỏ

Trong quá trình biên soạn, do thời gian, kinh nghiệm và trình độ có hạn nên khó tránh thiếu sót, mong các thầy cô cũng như các độc giả nhận xét, đánh giá,

bổ xung để tài liệu ngày một hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 02 năm 2019

BAN CHỦ NHIỆM SOẠN GIÁO TRÌNH NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC

4 Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển 7

5 Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình 11

TÊN MÔ ĐUN: PLC CƠ BẢN

Mã số mô đun: MĐ20

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

Mô đun PLC cơ bản học sau các mô đun chuyên môn nghề, nên học cuối cùng trong khóa học, trước khi đi thực tập tốt nghiệp

Là mô đun chuyên môn nghề

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật logic điện tử đã nhanh chóng phát triển và thay thế cho logic điện từ vì những ưu điểm vượt trội của nó

Đó chính là các hệ điều khiển lập trình (PLC) Các hệ PLC là các hệ thống xử lý chuyển dùng cho các bài toán điều khiển các quá trình công nghệ hay sản xuất dịch vụ Trong tài liệu này đề cập đến một bộ điều khiển lập trình S7 - 200 do hãng Siemens sản xuất rất phổ biến ở thị trường Việt Nam Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các trường dạy nghề những kiến thức về điều khiển lập trình, với những kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống Mô đun này cũng có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo tốt cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của ngành khác có quan tâm đến lĩnh vực lập trình điều khiển

Mục tiêu mô đun:

- Trình bày được nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh các ưu nhược điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cỡ nhỏ khác

- Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình PLC

- Phương pháp kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi

- Thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp

- Kết nối thành thạo phần cứng của PLC - PC với thiết bị ngoại vi

- Viết được chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp

- Phân tích được một số chương trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc phục

- Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, tác phong công nghiệp

Nội dung của mô đun:

Số

Thời gian (giờ) Tổng

Thực hành, thí nghiệm, bài tập, thảo luận

Kiểm tra

1 Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài

toán điều khiển 1 1

1 Giới thiệu chung về PLC

2 Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều

khiển

0.5 0.5

4 Bài 3: Các phép toán số của PLC 15 6 8 1

1 Lệnh dịch chuyển dữ liệu (MOVE) 2 1 1

2 Lệnh tiếp điểm so sánh (=, >,<,<>,>=,<=) 3 2 1

5 Bài 4: Lập trình điều khiển bằng PLC 39 12 26 1

1 Lập trình điều khiển động cơ đảo chiều quay 3 1 2

2 Lập trình điều khiển tuần tự 3 băng tải 5 2 3

3 Lập trình điều khiển hệ thống cấp và trộn

4 Lập trình điều khiển mô hình khoan sản phẩm 6 2 4

5 Lập trình điều khiển đèn giao thông 6 1 5

6 Lập trình điều khiển xe chuyển nhiên liệu 7 2 4 1

7 Lập trình điều khiển mô hình tay gắp sản

Thi kết thúc mô đun 2

Tổng 90 30 54 4

Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển

Mã bài: MĐ20-01

Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC

- Phân tích được các dạng bài toán điều khiển và giải bài toán điều khiển

vụ rộng là bộ điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục

vụ rộng là bộ điều khiển PLC

Khái niệm bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motor vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển như sau

+ Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong các nhà máy công nghiệp

+ Cấu trúc dạng module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa

+ Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp

+ Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải có kích thước nhỏ gọn hơn mạch rowle mà chức năng vẫn tương đương

+ Giá cả canh tranh

Những chỉ tiêu này đã tạo được sự quan tâm của những kỹ sư thuộc nhiều ngành nghien cứu khả năng ứng dụng PLC trong công nghiệp Các kết quả

nghiên cứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năng của PLC

a, Về phần mềm:

Từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thì, tác

vụ đếm Sau đó là các lệnh về sử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung ở tốc độ cao, tính toán số liệu thực 32 bít, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch

b, Về pần cứng:

+ Bộ nhớ lớn hơn

+ Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn

+ Nhiều loại module chuyên dùng hơn

Đến năm 1976 thì PLC có khẳ năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông ( khoảng 200met)

Sự gia tăng những ứng dụng của PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh kỹ thuật của họ PLC với độ khác nhau về khả năng tốc độ xử lý

và hiệu suất

Các họ PLC phát triển từ laoij làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chường trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu trúc module nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng thêm chức năng chuyên dùng như:

Riêng nước ta, hàng rào thuế quan khu vực đang dần dần được loại bỏ, kinh

tế mở cửa hợp tác với nước ngoài Trước tình hình đó, nền công nghiệp sẽ gặp không ít khó khăn vì còn khá nhiều dây truyền công nghệ lạc hậu.Nhà nước cần phải chú trọng đén những ứng dụng và phát triển của tự động trong sản xuất

công nghiệp, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, cũng như giá thành sản phẩm hạ Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng rộng rãi ngày nay là thay thế những công nghệ cũa bằng hệ thống điều khiển tự động dùng PLC

Trong kỹ thuật tự động, điều khiển được chia làm hai loại: điều khiển bằng dây nối và điều khiển bằng PLC

- Điều khiển bằng dây nối ( Điều khiển nối cứng):

Trong các bộ điều khiển nối cứng, các thành phần chuyển mạch như Rowle, Contactor, công tắc, đèn báo, động cơ….được nối cố dịnh với nhau Toàn bộ chức năng điều khiển, cách tiến hành chương trình được xác định qua cách thức nối các Rơle, công tắc với nhau theo sơ đồ thiết kế Khi muốn thay đổi lại hệ thống phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên đối với hệ thống phức tạp thì việc làm này đòi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu quả đem lại không cao Trong công nghiệp, sự ứng dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu:

+ Dễ dàng thay đổi chức năng điều khiển dựa trên các thiết bị cũ

+ Thiêt bị điều khiển dễ dàng làm việc với các dữ liệu, số liệu

+ Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa

+ hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

Để đáp ứng được các yêu cầu trên, trong công nghiệp người ta sử dụng điều khiển lập trình

- Điều khiển lập trình

Bộ điều khiển lập trình PLC ( bộ điều khiển logic khả trình) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua các ngôn ngữ lập trình Với chương trình điều khiển PLC đã tạo cho nó trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, các số liệu và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh

2 Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều khiển

Bài toán: Điều khiển hai động cơ

11

Yêu cầu: Nhấn ON1 thì động cơ 1 chạy

Nhấn ON2 thì động cơ 2 chạy

Nhân OFF thì dừng 2 động cơ

a, Sơ đồ điều khiển nối cứng

Một hệ thống điều khiên luôn gồm 3 phần

Hệ thống trên thiết kế theo PLC ta có sơ đồ:

ON1, ON2, OFF Tiếp điểm của các

BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Mã bài: MĐ20-02 Mục tiêu:

- Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC

- Phân tích được các dạng bài toán điều khiển và giải bài toán điều khiển

Một bộ vi xử 1ý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PL C

Các Module vào /ra

Hình 1.1 : sơ đồ khối của hệ thống điều khiển Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đụng chuơng trình duới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay , RAM thuờng là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã đuợc kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thuờng lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chuơng trình các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS 458……

Khối điều khiển trung tâm ( CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ

và hệ thống nguồn cung cấp

Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát của CPU

a Đơn vị xử lý trung tâm

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra

chuông trình đuợc chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thục hiện thứ tụ từng lệnh trong chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiểnn được giữ trong bộ nhớ

Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu

Control Bus : Bus điều khien dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PL c

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào

ra thông qua Data Bus Addre ss Bus và Data Bus gồm 8 đường , ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus ,

nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một đị a chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tưong ứng s ẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình ho ạt động của PL c

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O B ên cạch đó, CPU được cung cấp một xung clock có tần s0 từ 1 v8 MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thôsng

c.Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :

Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I /O

Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tưong ứng sẽ xuất hiện

ở đấu ra, quá trình này đuợc gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC đuợc tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứ a 2000 + 1 6000 d òng l ệ nh , tùy theo loại vi mạch Trong

P LC c ác bộ nhớ nhu RAM , EPROM đều đuợc sử dụng

RAM (Random Access Memory ) c ó thể nạp chuông trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều đuợc trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng luợng dụ trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thục tế RAM đuợc dùng để khởi tạo và ki ể m tra chu ông trình Khuynh huớng

hi ện nay dùng CMOS RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là b ộ nhớ mà nguời sử dụng bình thuờng chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào đuợc Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó đuợc gắn sẵn trong máy , đã đuợc nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Neu nguời sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC Trên PG (Programer) c ós ẵn chổ ghi và xóa EP RO M

Môi truờng ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, đuợc sử dụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung luợng lớn nên thuờng đuợc dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

Kích thuớc bộ nhớ :

♦ C ác PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 + 1 000 dòng l ệnh tùy vào công nghệ chế tạo

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiệu xử lý là 12/24VDC ho ặc 100/240VAC

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của c ác kênh I/O đuợc cung c ấp bởi các đèn LED trên PL C, điều này làm cho việc kiểm tra ho ạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

Theo cách đánh số của hãng Mitsubishi, các ngõ vào và ngõ ra được đánh

số theo hệ cơ số 8(octal) Các ngõ vào hay ngõ ra liên tiếp sẽ được đánh số liên tiếp nhau

X20-32 (X00-X07, X10-X17, X27,

X20-X30-X37)

40 (X00-X07, X10-X17, X27,

X20-X30-X37, X40-X47)

64 (X00-X07, X10-X17, X27,

X20-X30-X37, X40-X47, X57,

ba giai đoạn nối tiếp nhau :

♦ Đọc trạ ng tháí của tất cả đầu Vào: PLC thực hiện luôn các trạng thái

vật lý của ngõ vào Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC

và đuợc gọi là hệ điều hành

♦ Thực híện chương trình: bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một

trong chuông trình Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thục hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra

♦ Xử lý những yêu cầu truyền thông: suốt thời gian CPU xử lý thông

tin trong chu trình quét PLC xử lý tất cả thông tin nhận đuợc từ cổng truyền thông hay các module mở rộng

♦ Thực híện tự kíểm tra: trong 1 chu kỳ quét, PLC kiểm tra hoạt động

♦ Xuất tín híệu ngõ ra: bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu

ra tại các module đầu ra

❖ Lưu ảnh quá trình Xuất nhập

Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trăm I/O, vì thế CPU chỉ c ó thể xử lý một lệnh ở một thời điểm Trong suốt quá trình thực thi , trạng thái mỗi ngõ nhập phải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình Do chúng ta yêu c ầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào , nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục, gọi là chu kỳ quét hay thời gian quét, trở nên

rất dài và tăng theo số ngõ vào

Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I/O được cập nhật tới một vùng đặc biệt trong chương trình Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một b ộ đệm lưu trạng thái c ác logic điều khiển và c ác đon vị I/O Từng ngõ vào và ngõ ra được cấp phát một ô nhớ trong vùng RAM này Trong khi lưu trạng thái các ngõ vào/ra vào RAM CPU quét khối ngõ vào và lưu trạng thái chúng vào RAM Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình

Khi chương trình được thực hiện, trạng thái của các ngõ vào đã lưu trong RAM được đọc ra Các tác vụ được thực hiện theo các trạng thái trên và kết quả trạng thái của các ngõ ra được lưu vào RAM ngõ ra Sau đó vào cuối chu kỳ quét, quá trình cập nhật trạng thái vào/ra chuyển tất cả tín hiệu ngõ ra từ RAM vào khối ngõ ra tương ứng , kích các ngõ ra trên khối vào ra Khối ngõ ra được chốt nên chúng vẫn duy trì trạng thái cho đến khi chúng được cập nhật ở chu kỳ quét kế tiếp

Tác vụ cập nhật trạng thái vào/ra trên được tự động thực hiện bởi CPU bằng một đoạn chương trình con được lập trình sẵn bởi nhà sản xuất Như vậy,

chương trình con sẽ được thực hiện tự động vào cuối chu kỳ quét hiện hành và đầu chu kỳ kế tiếp Do đó , trạng thái của các ngõ vào/ra được cập nhật

Lưu ý rằng, do chương trình con cập nhật trạng thái được thực hiện tại một thời điểm xác định của chu kỳ quét, trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra không thay đổi trong chu kỳ quét hiện hành Neu một ngõ vào có trạng thái thay đổi sau sự thực thi chương trình con hệ thống, trạng thái đó sẽ không được nhận biết cho đến quá trình c ập nhật kế tiếp xảy ra

Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được sử dụng , thường l à vài m s Thời g i an thực thi c hương trình ( chu kỳ quét) phụ thuộ c vào độ lớn chương trình điều khiển Thời giant hi hành một lean cơ bản (một bước) là 0,08 p s đến 0 1 p s tùy loại PL c, nên chương trình c ó độ lớn 1

K bước (1000 bước) c ó chu kỳ quét là 0 , 8 m s đen 1 m s Tuy nhiên, chuông trình điều khiển thường ít hôn 1 000 bước , kho ảng 500 bước trở lại

1.3 Cấu trúc của PLC FX3U

Do nhu cầu sử dụng ngày càng cao PLC trong công nghiệp nên nhà sản xuất đã nghiên cứu chế tạo nhiều họ PLC đáp ứng cho nhu cầu nhiều nhiệm vụ điều khiển với các dạng và qui mô khác nhau Các PLC đuợc chế tạo đuợc chế tạo dục trên nhiều đặc trung nhu nguồn cấp điện, dạng điện áp ngõ vào, dạng ngõ ra, bộ xử lý, ngôn ngữ lập trình, tập lệnh khả năng xử lý số lệnh, khả năng

xử lý tốc độ cao, khả năng m ở rộng với module vào/ra và m oul chức năng chuyê n dùng, khả năng no i mạng

FX có nhiều loại phiên bản khác nhau tùy thuộc vào bộ nguồn hay c ông

nghệ của ng õ ra T a c ó thể lụa chọn b ộ nguồn cung c ấp 100 - 220 V AC, 24

V DC hay 12 - 24 V DC , ng õ ra là relay ho ặc transi stor

Series I/O L 0 ại Số nguồn

vào

Số nguồn

1.4 Phương pháp lập trình

- Phương pháp giản đồ thang (Ladder Logic, kí hiệu là LAD)

- Phương pháp liệt kê lệnh (Statement List, ký hiệu là STL)

- Phương pháp sơ đồ khối chức năng (Funtion Block Diagram)

* Định nghĩa về LAD: LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển dùng rơle Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau:

- Tiếp điểm: là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rowle Các tiếp điểm đó có thể là thường đóng hay thường mở

- Cuộn dây (coil): là biểu tượng mô tả relay được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho relay

- Hộp (box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dọng điện chay đến hộp Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là bộ thời gian (timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học Cuộn dây và các hộp mắc phải đúng chiều dòng điện

- Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành các mạch hoàn thiện, đi từ đường

nguồn bên trái đến đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hòa (neutral) hay là đường trở về nguồn cung cấp,

* Định nghĩa về STL: Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình, kết cả những câu lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

Định nghĩa về ngăn xếp logic(logic stack):

Bảng 1 Định nghĩa về ngăn xếp

S0 Stack 0 - bit đầu tiên hay bit cuối cùng của ngăn xếp

S1 Stack 1 - bit thứ hai của ngăn xếp

S2 Stack 2 - bit thứ ba của ngăn xếp

S3 Stack 3 - bit thứ tư của ngăn xếp

S4 Stack 4 - bit thứ năm của ngăn xếp

S5 Stack 5 - bit thứ sáu của ngăn xếp

S6 Stack 6 - bit thứ bảy của ngăn xếp

S7 Stack 7 - bit thứ tám của ngăn xếp

S8 Stack 8 - bit thứ chín của ngăn xếp

Để tạo ra được một chương trình dạng STL, người lập trình phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của S7-200 Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bít đầu tiên hoặc bít đầu và thứ hai của ngăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi (hoặc được nối thêm) vào ngăn xếp Khi phối hợp hai bít đầu tiên của ngăn xếp được biểu diễn trong hình bên

* Định nghĩa về FBD: Phương pháp sơ đồ khối sử dụng các “Khối” cho từng chức năng Ký tự trong hộp cho biết chức năng (ví dụ kí tự  là phép toán logic AND) Ngôn ngữ lập trình này có ưu điểm là 1 người không chuyên lập trình như một kỹ thuật viên công nghệ cũng có thể sử dụng phương pháp soạn thảo này

2 Kết nối dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi

Khối vào ra 1à mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động: thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly Tuy nhiên khối vào/ra cho phép PLC kết nối trục tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, khỏng 2A trở xuống, không cần các mạch trung gian hay relay trung gian

Tất cả các ngõ vào/ra đếu đuợc cách ly với các tính hiệu điều khiển bên ngoài b ang mạch c ách 1y quang (opto -isolator) trên khối vào ra Mạch c ách 1y quang dùng một dio de phát quang và một transi stor quang gọi 1à bộ opto-

coupler Mạch này cho phép các tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện

áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn Mạch này có tác dụng chống nhiễu khi chuyển contact và bảo vệ quá áp từ nguồn cấp điện thuờng 1 ên đến 1 500V

2.1 Kết n ổi ngõ vào

a Ngõ vào V DC

6 Đầu nối bus mở rộng ( trên PLC)

7 Đầu nối Bus mở rộng ( trên module

mở rộng)

Kết nối ngõ vào kiểu Tranzitor NPN

Kết nối với Diode

Không nối hơn 2 LED nối tiếp Điện áp rồi trên diod tối đa 4V

Ngõ ra dùng relay ( dùng điện áp xoay chiều - đáp ứng chậm)

1 Nguồn xoay chiều

4 Đèn sợi đốt

5 Đèn neon

9 Diode ghim áp

3 Cài đặt và sử dụng phần mềm Step 7 – Micro/win ,Gx-Developer

3 1 Những yêu cầu đối với máy tính PC:

- Tối thiểu phải có 6640 Kbyte RAM (với 500kB bộ nhớ còn trống)

- Màn hình 24 dòng, 80 cột ở chế độ văn bản

- Còn 2Mbyte trống trong ổ đĩa cứng

- Có hệ điều hành MS-DOS ver 5.0 hoặc cao hơn

- Bộ chuyển đổi RS 232 –RS 485 phục vụ ghép nối truyền thông trực tiếp giữa PC và PLC

Truyền thông giữa Step 7 – Micro/win với CPU s7-200 qua cổng truyền thông ở phía đáy của PLC Sử dụng cáp có bộ chuyển đổi RS232-RS485, được gọi là cáp PC/PPI, để nối với máy tính tạo thành mạch truyền thông trực tiếp

Cắm một đầu của cáp PC/PPI với cổng truyền thông 9 chân của PLC, còn đầu kia nối với cổng truyền thông nối tiếp RS232 của máy PC Nếu máy PC có cổng truyền thông nối tiếp RS232 với 25 chân , thì phải qua bộ chuyển đổi chân

3 2 Cài đặt phần mềm lập trình SEP 7-Micro/win 32, Gx-Developer

Sau khi kiểm tra bộ nhớ, ổ cứng hoàn toàn có đủ khả năng để cài phần mềm STEP 7 –Micro/win vào ổ cứng, thì lần lượt tiến hành các bước:

1/ Chèn đĩa CD vào ổ CD máy tính

2/ Kích chuột vào nút start để mở menu Window

3/ Kích chuột vào mục Run của menu

4/ Nếu cài đặt từ:

+ Disk A: Trong hộp thoại Run, gõ a:\setup và enter

+ CD: Trong hộp thoại Run, gõ e:\setup và enter

5/ Sau đó sẽ nhận được các chỉ dẫn thao tác tiếp theo trên màn hình

6/ Khi kết thúc việc cài đặt, hộp thoại setup PG/PC Interface tự động xuất hiện Kích Cancle để trở về cửa sổ chính của step 7 Micro/win, GX

Developer

Sau khi cài đặt xong có thể bắt đầu soạn thảo chương trình bằng cách nhấp đúp vào biểu tượng của phần mềm để làm việc với giao diện trên màn hình

BÀI 2: CÁC LỆNH CƠ BẢN PLC

Mã bài: MĐ20-03 Mục tiêu:

- Trình bày được các chức năng của các lệnh tiếp điểm và lệnh đầu ra, Lệnh

lấy sườn xung tín hiệu đầu vào, Lệnh Set, Reset,Timer,counter

- Ứng dụng linh hoạt các chức năng của các lệnh tiếp điểm và lệnh đầu ra,

Lệnh lấy sườn xung tín hiệu đầu vào, Lệnh Set, Reset, Timer,counter trong các bài toán thực tế Lập trình, kết nối, chạy thử

nhớ Ký hiệu Chức năng Thiết bị Số bước chương trình

1.2 Lệnh LOAD INVERSE ( Lệnh LDI)

Lệnh gợi

nhớ Ký hiệu Chức năng Thiết bị Số bước chương trình

vào đường bus bên trái của một nhánh chương trình hay contact thường đóng đầu tiên của một khối logic

1.3 Lệnh OUT

Lệnh gợi

nhớ Ký hiệu Chức năng Thiết bị Số bước chương trình

OUT Tác vụ logic cuối - loại

điều khiển cuộn dây Y, M, S 1 Lệnh OUT dùng để đặt một relay logic vào cuối chương trình Trong

chương trình dạng Ladder, lệnh OUT được thực hiện khi điều kiện bên trái thỏa mãn

Chú ý:

• Lệnh OUT được nối trực tiếp với đường bus bên phải

• Lệnh OUT không dùng để điều khiển thiết bị ngõ vào loại “X”

• Nhiều lệnh OUT có thể nối song song với nhau

Ví dụ:

1.4 Các lệnh liên kết logic

1.4.1 Lệnh AND và AND INVERSI ( ANI)

Lệnh gợi

nhớ Dạng mẫu Chức năng Thiết bị Số bước chương trình

1.4.2 Lệnh OR và OR INVERSI ( ORI)

Lệnh gợi

nhớ Ký hiệu Chức năng Thiết bị Số bước chương trình

Ví Dụ:

- Lệnh OR, ORI được dùng để nối song song một contact

- Một bên lệnh luôn nối với đầu bên trái

Nối song song

• Để khai báo điểm bắt đầu của một khối dùng lệnh LD hay LDI Sau một khối nối tiếp nối nó vào khối trước bằng lệnh ORB

• Khi dùng lệnh ORB theo khối, đảm bảo không dùng quá 8 lệnh LD hay LDI

• Không có giới hạn số mạch mắc song song khi dùng lệnh ORB trong mạch xử

lý tuần tự

1.4.4 Lệnh AND Block

ANB

(And Block) — Nối tiếp các mạch

contact nối song song nhau hay dùng trong lệnh ORB

• Để khai báo điểm bắt đầu của một khối lệnh dùng LD hay LDI Sau một khối nối tiếp, nối nó vào khối trước bằng lệnh ANB

• Khi dùng lệnh ANB theo khối, đảm bảo không dùng quá 8 lệnh LD hay LDI

• Không có giới hạn số mạch mắc song song khi dùng lệnh ANB trong mạch xử lý tuần tự

2 Lệnh lấy sườn xung tín hiệu đầu vào (PLS, PLF)

Tiếp điểm chuyển đổi dương cho phép

dòng cung cấp thông mạch trong một

vòng quét khi sườn xung điều khiển

chuyển từ 0 lên 1

Lệnh nhận biết sự chuyển tiếp trạng thái từ 0 lên 1 trong một vòng quét của đỉnh ngăn xếp Khi nhận được sự chuyển tiếp như vậy đỉnh ngăn xếp sẽ

có giá trị bằng 1 trong 1 vòng quét

P

LAD STL LAD STL

b Nguyên lý hoạt động

Tiếp điểm chuyển đổi âm cho phép

dòng cung cấp thông mạch trong một

vòng quét khi sườn xung điều khiển

chuyển từ 1 xuống 0

Lệnh nhận biết sự chuyển tiếp trạng thái từ 1 xuống 0 trong một vòng quét của đỉnh ngăn xếp Khi nhận được sự chuyển tiếp như vậy đỉnh ngăn xếp sẽ

có giá trị bằng 1 trong 1 vòng quét

c Bài tập

1 Nhập đoạn chương trình sau và phân tích nguyên lý hoạt động của mạch

LDP X000 OUT Y000 LPF X001 OUT Y001

2 Nhập đoạn chương trình sau và phân tích nguyên lý hoạt động của mạch

LDP X000 OUT Y000 LPF X001 OUT Y001

Y000 X000

Y001 X001

Y000 X001

X000

Y001 X002 X003

N

3 Các lệnh ghi/xoá giá trị cho tiếp điểm

3 1 Mạch nhớ R_S:

Mạch nhớ là mạch có hai trạng thái ổn định và thông qua tín hiệu ngõ vào

mà trạng thái của nó thay đổi Đối với mạch điều khiển dùng relay và contactor

ta có mạch tự duy trì Còn trong PLC có khâu R-S (viết tắt của Reset và Set) Mạch nhớ R-S là rất cần thiết trong kỹ thuật điều khiển Nó được xem là

một chức năng cơ bản trong hầu hết các loại PLC và được chia thành hai loại là: Ưu tiên SET và ưu tiên RESET

3 2 Lệnh Set (S) và Reset (R)

3.2.1 Lệnh SET

Lệnh SET là lệnh logic điều khiển dòng điện đóng các cuộn dây đầu ra Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở tiếp điểm ( hoặc một dãy các tiếp điểm)

SET n

S

n

S7 - 200 FX 3U

Bài 2: Khởi động ấn S1 thì K1 có điện Khi ấn S2 thì K2 có điện Khi ấn S3 cả

K1 và K2 mất điện Khi có lỗi thì cả K1 và K2 có thể bị ngắt điện bằng cách nhấn S4 Nút ấn S5 để phục hồi mạch, khi đó quá trình mới có thể được bắt đầu

Yêu Cầu

- Lập bảng xác định vào/ra

- Vẽ sơ đồ kết nối với PLC

- Viết chương trình và thử chương trình

Bài 3: Viết chương trình điều khiển 3 băng tải theo yêu cầu sau:

- Nhấn S1 thì băng tải 1 chạy

- Nhấn S2 thì băng tải 2 chạy Băng tải 2 chạy khi băng tải 1 chạy

RST Y000 X001

Y001

RST Y001 X001

- Nhấn S3 thì băng tải 3 chạy Băng tải 3 chạy khi băng tải 2 chạy

Bộ định thì ký hiệu là T và được đánh số thập phân, ví dụ : T0, T1, T200,

T250

Tham số của bộ định thì là khoảng thời gian định thì Tham số này có thể là hằng số hoặc biến số, được nhập vào là số nguyên và đơn vị là 1 mili giây, 10 mili giây, 100 mili giây tùy độ phân giải bộ định thì sử dụng Ví dụ :

T0 K20 :tham số là hằng số, thời gian định thì là 20 x 100 ms = 2000 ms = 2s T200 D0 : tham số là biến D0, thời gian định thì là D0 x 10 ms

b Phân loại

Bộ định thì được phân loại theo độ phân giải

+ Bộ định thì độ phân giải 100 mili giây : khoảng thời gian định thì từ 0,1 đến 3276,7 giây

+ Bộ định thì độ phân giải 10 mili giây : khoảng thời gian định thì từ 0,01 đến 327,67 giây

+ Bộ định thì độ phân giải 1 mili giây : khoảng thời gian định thì từ 0,001 đến 32,767 giây

Thông thường bộ định thì sẽ đặt lại trạng thái ban đầu khi điều kiện kích hoạt không thỏa Một số bộ định thì có khả năng tự duy trì (chốt) Điều này có nghĩa

là ngay cả khi tín hiệu kích hoạt không còn thỏa mãn thì giá trị hiện hành

(khoảng thời gian đang được định thì) được lưu lại trong bộ nhớ, bộ nhớ

EEPROM Những bộ định thì này cần được đặt lại (reset) bằng lệnh RST

4.2 Cú pháp

Txxx: Khai báo số hiệu timer

200 (T0-T199)

(T32-T55)

31 (T32-T65)

46 (T200-T245)

trước thì T-bit có giá trị logic bằng 1 Có thể reset timer kiểu TON bằng lệnh R

hoặc bằng giá trị logic 0 tại đầu vào

b Timer có nhớ

T XXX K

Khai báo timer số hiệu xx kiểu TONR để tạo thời gian trễ tính từ khi bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị logic 1 Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước k thì T-bit có giá trị logic bằng 1 Chỉ có thể reset timer kiểu

TONR bằng lệnh R cho T-bit

V í dụ 7: Cách khai báo và sử dụng sử dụng timer kiểu TON

Khi ngõ vào (X000) =1 Timer Txx được kích , Nếu sau 10x100ms =1s X0 vẫn giữ trạng thái thì bit T37 sẽ lên 1 ( Khi đó ( Y000) lên 1 ) Nếu (X000)

=1 không đủ thời gian 1S thì bit T37 sẽ không lên 1

V í dụ 8: Cách khai báo và sử dụng sử dụng timer kiểu TONR

Network 1

X000

Y000 T250

T37 k50

Ngõ vào (X000) có tác dụng kích thời gian cho Timer,khi ngõ (X000) =1

thời gian Timer được tính,khi (X000)=0 thời gian không bị Reset về 0.Khi đủ

thời gian thì Bit T1 sẽ lên 1 Thời gian Timer chỉ bị Reset khi có tín hiệu Reset Timer ( tín hiệu từ ngõ I0.1 (X001))

3.3 Bài tập ứng dụng timer

Khởi động hệ thống băng tải gồm 3 động cơ:

Khi khởi động START thì động cơ 1 chạy, sau 3s thì tự động động cơ 2 chạy, tiếp theo 3s kể từ động cơ chạy Tương ứng mỗi động cơ chạy thì có đèn sáng

Khi ấn STOP thì động cơ thứ 1 dừng trước, sau 5s thì tự động động cơ thứ