Giáo trình PLC nâng cao (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ/TC): Phần 1 - Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp

Giáo trình PLC nâng cao với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích và giải thích các quy trình hoạt động của hệ thống tự động trong sản xuất công nghiệp và dân dụng; Thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng PLC vào trong sản xuất công nghiệp và dân dụng vừa và nhỏ; Giải thích tập lệnh điều cho bộ điều khiển lập trình PLC. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình!

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP

LỜI GIỚI THIỆU

Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề “Điện tử công nghiệp”, ở trình độ Cao Đẳng Nghề, giáo trình “PLC nâng cao” là một trong những mô đun đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Đồng Tháp phê duyệt năm 2020

Khi biên soạn, tác giả đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo Nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn liền nguyên lý cơ sở với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao

Nội dung bài giảng được biên soạn với thời gian đào tạo 105 giờ gồm: 6 bài

Bài 1: Các Bộ Điều Khiển Lập Trình Trong Tự Động

Bài 2: Kết Nối Bộ Lập Trình Với Thiết Bị Điều Khiển

Bài 3: Lắp Kết Nối Mô Hình Điều Khiển Bằng Plc

Bài 4: Lập Trinh Plc Simatic S7-300

Bài 5: Lập Trình Plc Điều Khiển Mô Hình Ứng Dụng

Bài 6: kết nối lập trình giao tiếp plc với hmi

Chân thành cảm ơn! Tất cả thành viên trong hội đồng thẩm định phản biện, đã đóng góp

và điều chỉnh nội dung giáo trình được hoàn chỉnh

Mặc dù đã cố gắng biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để giáo trình hoàn thiện hơn Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng cộng đồng Đồng Tháp, cơ sở 1, số 2, Trần Phú, P.3, TP Sa Đéc, Đồng Tháp

Đồng Tháp, ngày 13 tháng 10 năm 2017 Biên soạn

Nguyễn Thành Nhơn

i

MỤC LỤC

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

LỜI GIỚI THIỆU i

MỤC LỤC i

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN iv

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH TRONG TỰ ĐỘNG 1

Bài 1 Bộ điều khiển lập trình SIEMENS 1

1 Bộ điều khiển lập trình OMRON PLC CPM2A 8

2 Bộ điều khiển lập trình khác 11

3. KẾT NỐI BỘ LẬP TRÌNH VỚI THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 12

Bài 2 Kết nối ngõ vào PLC s7-300 với thiết bị điều khiển 12

1 1.1 Kết nối ngõ vào PLC s7-300 với thiết bị điều khiển đóng mở 12

1.2 Kết nối ngõ vào PLC s7-300 với cảm biến công nghiệp 13

Kết nối ngõ ra PLC s7-300 với thiết bị tải 15

2 Kết nối PLC s7-300 với thiết bị lập trình và thiết bị giao tiếp truyền thông 16

3. LẮP KẾT NỐI MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 18

Bài 3 1 Mô hình động cơ Y-∆ bằng plc s7-300 18

1.1 Phân tích sơ đồ 18

1.2 Lựa chọn thiết bị 20

1.3 Lắp và kết nối theo sơ đồ 20

1.4 kiểm tra kết nối 20

2 Mô hình đếm và phân loại sản phẩm bằng PLC S7-200 20

2.1 Phân tích sơ đồ 21

2.2 Lựa chọn thiết bị 22

2.3 Lắp và kết nối theo sơ đồ 22

2.4 kiểm tra kết nối 22

3 Bài tập kết nối PLC s7-300 22

THỰC HÀNH LẬP TRÌNH PLC SIMATIC S7-300 24

Bài 4 1 Cấu trúc PLC S7-300 24

1.1 Lắp phần cứng PLC s7-300 24

1.2 Xác định địa chỉ vùng nhớ PLC s7-300 26

2 Thực hành phần mềm lập trình s7-300 26

ii

2.1 Cài đặt phần mềm 26

2.2 Sử dụng phần mềm 31

2.3 Mô phỏng chương trình bằng phần mềm 36

3 Khai báo, cấu hình phần cứng cho S7 38

4 Thiết lập giao tiếp giữa PLC với S7 qua MPI 38

5 Download, Upload chương trình 38

6 Thực hành tập lệnh của S7 38

7 Xử lý tín hiệu analog trong S7 59

8 Bài tập ứng dụng tập lệnh s7-300 65

LẬP TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH ỨNG DỤNG 66

Bài 5 Lập trình điều khiển nhóm động cơ khởi động và dừng theo trình tự 66

1 1.1 Phân tích yêu cầu hoạt động của hệ thống 66

1.2 Thiết lập sơ đồ kết nối với bộ điều khiển lập trình 67

1.3 Viết chương trình 68

1.4 Mô phỏng kết quả trên phần mềm 68

1.5 Kiểm tra và sửa lỗi 68

1.6 Kết nối PLC với mô hình thực tế 68

1.7 Nạp chương trình vận hành mô hình và ghi lại kết quả 68

Lập trình điều khiển mô hình đèn giao thông 68

2 2.1 Phân tích yêu cầu hoạt động của hệ thống 68

2.2 Thiết lập sơ đồ kết nối với bộ điều khiển lập trình 69

2.3 Viết chương trình 70

2.4 Mô phỏng kết quả trên phần mềm 70

2.5 Kiểm tra và sửa lỗi 70

2.6 Kết nối PLC với mô hình thực tế 70

2.7 Nạp chương trình vận hành mô hình và ghi lại kết quả 71

Lập Lập trình điều khiển mô hình máy trộn 71

3 3.1 Phân tích yêu cầu hoạt động của hệ thống 71

3.2 Thiết lập sơ đồ kết nối với bộ điều khiển lập trình 72

3.3 Viết chương trình 72

3.4 Mô phỏng kết quả trên phần mềm 73

3.5 Kiểm tra và sửa lỗi 73

3.6 Kết nối PLC với mô hình thực tế 73

iii

3.7 Nạp chương trình vận hành mô hình và ghi lại kết quả 73

Lập trình điều khiển mô hình thang máy công nghiệp 73

4 4.1 Phân tích yêu cầu hoạt động của hệ thống 73

4.2 Thiết lập sơ đồ kết nối với bộ điều khiển lập trình 74

4.3 Viết chương trình 75

4.4 Mô phỏng kết quả trên phần mềm 75

4.5 Kiểm tra và sửa lỗi 75

4.6 Kết nối PLC với mô hình thực tế 76

4.7 Nạp chương trình vận hành mô hình và ghi lại kết quả 76

Lập trình đếm mô hình đếm và phân loại sản phẩm 76

5 5.1 Phân tích yêu cầu hoạt động của hệ thống 76

5.2 Thiết lập sơ đồ kết nối với bộ điều khiển lập trình 77

5.3 Viết chương trình 77

5.4 Mô phỏng kết quả trên phần mềm 77

5.5 Kiểm tra và sửa lỗi 78

5.6 Kết nối PLC với mô hình thực tế 78

5.7 Nạp chương trình vận hành mô hình và ghi lại kết quả 78

Bài tập mở rộng 78

6 6.1 Ứng dụng đếm tốc độ cao 78

6.2 Đọc và hiển thị giá trị nhiệt độ từ cảm biến cặp nhiệt/pt 78

6.3 Đọc tín hiệu từ Loadcell 78

KẾT NỐI LẬP TRÌNH GIAO TIẾP PLC VỚI HMI 79

Bài 6 Màn hình cảm ứng 79

1 Phần mềm lập trình giao tiếp PLC với HMI 79

2 Thiết kế và lập trình trên màn hình HMI giao tiếp với PLC 79

3. Tài liệu cần tham khảo: 83

iv

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: PLC NÂNG CAO

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

Tổng số Lý

thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra (Thường xuyên, định kỳ)

1 Bài 1: CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN

2 Kết nối mô đun xử lý trung tâm

CPU với các mô đun khác

3 Kết nối nối với thiết bị ngoại vi

3 Bài tập thiết kế - kết nối PLC

với thiết bị điều khiển

vi

cơ khởi động và dừng theo trình tự

2 Lập trình điều khiển mô hình

đèn giao thông

3 Lập Lập trình điều khiển mô

hình máy trộn

4 Lập trình điều khiển mô hình

thang máy công nghiệp

GIAO TIẾP PLC VỚI HMI

1 Cấu hình truyền thông giữa PLC

2

GT-PLCNC-MĐ24

3.1 Các PLC họ S7300: (hình 1.1)

Hình 1.2 Giao diện modul s7 300

Là dòng sản phẩm của Siemens, của Đức, Việt Nam đây là mô hình khá phổ biến trong việc

áp dụng trong công nghiệp cũng như đào tạo trong các trường đại học Bởi tính phổ biến đơn giản và chi phí thấp, hơn nữa phần mềm hỗ trợ khá thân thiện Một hệ thống s7 300 cho phép tiết kiệm không gian, modul điều khiển, thay thế các thiết bị vận hành bằng tay Có thể

mở rộng ngõ vào ra bằng việc kết nối thêm các modul mở rộng Ngoài việc kết nối trực tiếp với PC, PLC S7 300 còn cho phép hỗ trợ kết nối với các thiết bị điều khiển bằng tay

Lĩnh vực áp dụng:

Tự động hóa trong công nghiệp

Trong các dây chuyền sản xuất nhựa plastic

Đóng gói sản phẩm

Thực phẩm và công nghiệp thức ăn

Ngoài ra S7-300 còn áp dụng trong những phạm vi đặc biệt sau: những nơi cần sự an toàn cao, trong giao thông, năng lượng, trong những khu vực nguy hiểm cần kiểm soát qua thiết

bị HMI, ET200S còn sử dụng trong các thiết bị điều khiển thông minh…

Thông tin chung (hình 1.2)

4

GT-PLCNC-MĐ24

Thông tin cấu hình CPU được hiển thị trong bảng sau (bảng 3):

Bảng 1.3 thông số kỹ thuật các loại CPU s7 300

5

GT-PLCNC-MĐ24

Một CPU chuẩn thông thường có kích thước 80-120mm Để thiết kế một hệ thống lập trình điều khiển người dùng có thể chọn lựa các loại PLC với các thông số CPU phù hợp có thể đáp ứng tốc độ cao trong điều khiển Trong môi trường chật hẹp, người thiết kế có thể chọn lựa CPU có kích thước thông thường là 40mm

6

GT-PLCNC-MĐ24

Tất cả CPU 313 có bộ nhớ kích thước 512kb và cho phép sử dụng phần mềm lập trình là S7-300 CPU 317-2dp thông thường có thể đáp ứng mọi nhiệm vụ về điều khiển và liên kết truyền thông 2DP cho phép kết hợp DP/DPI và cũng có thể cấu hình Profibus như một máy trạm chủ hoặc tớ

CPU 317T-2DP được áp dụng trong các hệ thống điều khiển cơ khí phức tạp Step 7 cũng dùng để lập trình và điều khiển cho loại CPU này

Sáu loại CPUs: 312C, 313C, 313-2PtP, 313C-2 DP, 314-Ptp, 314C-2 DP đều được tích hợp các modul mở rộng nhằm đáp ứng:

1.2 Bộ điều khiển lập trình SIEMENS PLC S7-1200

Giới thiệu tổng quan

Với thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC

S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau

CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với 1 vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các tín hiệu đầu vào/ra, thiết kế theo nền tảng Profinet, các bộ đếm/phát xung tốc độ cao tích hợp trên than, điều khiển vị trí (motion control), và ngõ vào analog đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ Sau khi download chương trình xuống CPU vẫn lưu giữ những logic cần thiết để theo dõi và kiểm soát các thiết bị thông tin trong ứng dụng của người lập trình CPU giám sát ngõ vào và những thay đổi của ngõ ra theo logic trong chương trình người dùng, có thể bao gồm các phép toán logic của đại số Boolean, những bộ đếm, bộ định thì, các phép toán phức tạp, và những giao tiếp truyền thông với những thiết bị thông minh khác

PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng Profinet để truyền thông mạng Profinet Ngoài

ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông Profibus, GPRS, RS485 hoặc RS232 thông qua các module mở rộng

Bảng 1.4 Thông tin về CPU 1211C/1212C/1214C/1215C

• (*) Signal board (SB), Battery board (B) và communication board (CB)

• 1-tốc độ xử lý HSC thấp khi sử dụng chế độ lệch pha 90o

• 2-Khi CPU với ngõ ra relay thì có thể mua SB gắn vào mở rộng để sử dụng

9

GT-PLCNC-MĐ24

1 Đầu đấu dây cho:

Dây nguồn điện cung cấp cho PLC (Power Supply Input Terminal)

Đầu nối đất tín hiệu (Functional Earth Terminal) (chỉ đối với loại AC) nhằm tăng khả năng chống nhiễu và tránh điện giật

Đầu nối đất bảo vệ (Protective Earth Terminal) để tránh điện giật

PLC có thể được cung cấp bằng nguồn điện xoay chiều 100-240VAC hoặc 1 chiều 24VDC (tuỳ loại)

Đầu nối tín hiệu vào (Input Terminal)

Nối dây từ các nguồn tín hiệu ngoài vào các cực đấu dây này của PLC Loại 20CDR-A cung cấp 12 đầu nối vào với 1 đầu đấu chung (COMMON)

CPM2A-2 Đầu nối nguồn cấp DC ra từ PLC (DC Power Supply Output Terminal)

Điện áp ra chuẩn là DC 24V với dòng định mức là 0,3A có thể được dùng cấp cho các đầu vào số DC

3 Đầu nối ra thiết bị ngoài (Output Terminal)

PLC loại CPM2A-20CDR-A có 8 đầu nối ra trong đó có 3 đầu COMMON

4 Các đèn LED chỉ thị trạng thái của PLC (PC Status Indicators)

điện, điện yếu, )

RUN (màu xanh) Bật PLC đang hoạt động ở chế độ RUN hay MONITOR

Tắt PLC đang ở chế độ PROGRAM

ERROR/ALARM

(Đỏ)

Sáng PLC gặp lỗi nghiêm trọng (PLC ngừng chạy)

Nhấp nháy PLC gặp một lỗi không nghiêm trọng (PLC tiếp tục

chạy ở chế độ RUN) Tắt PLC hoạt động bình thường không có lỗi COMM (Da cam)

Sáng Dữ liệu đang được truyền qua cổng Peripheral Port Tắt Không có trao đổi dữ liệu giữa PLC và thiết bị ngoài

qua cổng Peripheral Port

5 Input LED

Các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào (Input Indicator)

Đèn LED trong nhóm này sẽ sáng khi đầu vào tương ứng lên ON

Khi gặp một sự cố trầm trọng, các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào sẽ thay đổi nhỏ sau :

6 Output LED (Output Indicator): Các đèn chỉ thị trạng thái đầu ra Các đèn LED này

sẽ sáng khi rơ le tương ứng được bật

7 Analog Setting Controls

PLC loại CPM2A có 2 bộ chỉnh giá trị thanh ghi bên trong PLC đánh số 0 và 1 Mỗi khi núm điều chỉnh được vặn, giá trị của thanh ghi tương ứng được thay đổi trong khoảng giá trị

từ 000 đến 200 (theo mã BCD) Các thanh ghi trong PLC tương ứng với 2 bộ chỉnh này là IR250 và IR251 Nếu gán địa chỉ tham chiếu của timer hoặc counter với các địa chỉ này ta

có thể điều chỉnh giá trị của chúng bằng tay không cần đến phần mềm hỗ trợ

8 Peripheral Port

Dùng để nối PLC với thiết bị ngoại vi, bộ chuyển đổi RS-232 hay RS-485 hoặc bộ lập trình cầm tay (Programming Console)

9 Đầu nối với module vào ra mở rộng (Expansion I/O Unit)

Dùng để nối module có CPU (là module chính có bộ xử lý trung tâm - CPU và chứa chương trình ứng dụng - User program) với module vào ra mở rộng (Expansion I/O Unit) để

bổ sung đầu vào ra cho module chính

Loại chạy trên DOS: SYSMAC Support Software (SSS)

Loại chạy trong Windows: SYSWIN V3.3/3.4 hoặc CX-Programmer

Bảng 6: Các phụ kiện cho kết nối PLC - phần mềm lập trình (vd: SYSMAC Support Software)

RS-232C Adapter Để chuyển đổi sang chuẩn của cổng Peripheral CPM1-CIF01

RS-232C Adapter + Cáp nối Bộ chuyển đổi có sẵn cáp để nối với máy tính

PLC Loại cực nhỏ loại Alpha

Ưu điểm chính của bộ mini alpha chính là thuộc tính nhỏ gọn nhưng có đủ tính năng Một

bộ mini alpha có thể giup tiết kiệm không gian, thời gian, tiền bạc một đặc điểm khá thú vị

là hệ thống lập trình và quản lý tích hợp chung trên một modul

1.1 Kết nối ngõ vào PLC s7-300 với thiết bị điều khiển đóng mở

Công tắc cơ: 2 trạng thái: Đóng và mở ( hình 2.1)

+ Công tắc có các tiếp điểm thường mở (NO), thường đóng (NC)

+ NO: Khi không có tín hiệu vào cơ học: Mở, khi có tín hiệu vào cơ học: Đóng

+ NC: Khi không có tín hiệu vào cơ học: Đóng, khi có tín hiệu vào cơ học:

kết nối công tắc cơ theo mức logic 0 và 1

Hình 2.1

Công tắc giới hạn: Công dụng phát hiện sự có mặt của chi tiết chuyển động ( hình 2.2 )

13

GT-PLCNC-MĐ24

công tắc hành trình cơ

Hình 2.2

 kết nối ngõ vào bằng nút nhấn và công tắc hành trình ( hình 2.3 )

Kết nối tín hiệu ngõ vào plc

Hình 2.3

1.2 Kết nối ngõ vào PLC s7-300 với cảm biến công nghiệp

Phân biệt được các loại cảm biến

Cách kết nối ngõ vào cho PLC

 Cảm biến:

Công dụng: Biến các đại lượng vật lý sang tín hiệu điện để PLC xác định được trạng thái của quá trình đang điều khiển

Phân loại:

Các cảm biến logic (rời rạc): Được dùng để xác định sự tồn tại của vật thể

( Công tắc cơ, công tắc lưỡi gà, công tắc nhiệt, cảm biến quang, cảm biến điện dung, cảm biến điện cảm, cảm biến áp suất )

Các cảm biến liên tục: Được dùng để đo các đại lượng vật lý như nhiệt độ, áp suất, tốc

độ ( Cảm biến khoảng dịch chuyển, cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất )

a Các cảm biến logic (rời rạc):

+ Các loại cảm biến nhiệt độ

+ Cảm biến nhiệt độ điện trở RTD (Resistive temperature detector) ( hình 2.7 ) + Nhiệt độ tăng => điện trở tăng

+ Thiết bị ra logic: Solenoid; Van; Xi lanh

+ Thiết bị ra liên tục: Động cơ DC, AC; Động cơ bước …

kết nối ngõ ra:

TIẾP TRUYỀN THÔNG

Sơ đồ kết nối chi tiết giữa máy tính với PLC SIMENS

Đối với các thiết bị lập trình của hãng SIMENS có các cổng giao tiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp Tuy nhiên đối với những máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI ( hình 2.11)