Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 4 - TS. Nguyễn Anh Tuấn

Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 4 - TS. Nguyễn Anh Tuấn được biên soạn nhằm giúp các bạn sinh viên nắm được các kiến thức trọng tâm về: Mô đun đầu vào số DI; Mô đun đầu vào tương tự AI; Mô đun đầu ra số DO; Mô đun đầu ra tương tự AO; Mô đun kết nối mạng; Mô đun kết nối can nhiệt;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây.

Bài giảng

PLC và Mạng Công Nghiệp

PLC and Industrial system

(ME 4501)

Giảng viên: TS Nguyễn Anh Tuấn

Bộ môn Cơ điện tử – ĐHBK Hà nội

Email: tuan.nguyenanh@hust.edu.vn bktuan2000@gmail.com

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

5 Cấu trúc và hoạt động của bộ nhớ PLC

4 Các mô đun vào ra

3 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC

2 Logic cứng và sự phát triển của PLC

1 Tổng quan về điều khiển logic

6 Mạng công nghiệp và các giao thức kết nối

Mục lục

7 Ứng dụng của PLC trong công nghiệp

4.1 Mô đun đầu vào số DI (Digital Input)

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI (Analog Input)

4.3 Mô đun đầu ra số DO

4.5 Mô đun kết nối mạng

4.4 Mô đun đầu ra tương tự AO

4 Các mô đun vào ra

4.6 Mô đun kết nối can nhiệt

4.7 Mô đun kết nối động cơ bước

4 Các mô đun vào ra

4.1 Mô đun đầu vào số DI

 Là kênh để kết nối với các thiết bị ngoại vi có tính chất ON/OFF như: Các

công tắc, các loại cảm biến số, …

 Nguồn cung cấp cho mô đun DI là nguồn điện một chiều 24v, 5v hoặc

nguồn điện xoay chiều 110v, 220v

4 Các mô đun vào ra

4.1 Mô đun đầu vào số DI

4 Các mô đun vào ra

4.1 Mô đun đầu vào số DI

 Quy tắc kết nối mở rộng mô-đun vào số

1 Kết nối nguồn cho mô đun DI

2 Kết nối tín hiệu từ mô đun DI đến CPU

3 Kết nối thiết bị đầu vào số với DI module

4 Các mô đun vào ra

4.1 Mô đun đầu vào số DI

 Cách đấu nối các tiếp điểm lô gíc với mô đun DI.

 Hai kiểu kết nối đối với DI

Sourcing (cấp dòng), phổ biến hơn

Sinking (rút dòng)

4 Các mô đun vào ra

4.1 Mô đun đầu vào số DI

 Các toán tử logic đầu vào

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Là kênh để kết nối với các thiết bị ngoại vi với tín hiệu vào có tính chất tương tự như: các loại cảm biến nhiệt, cảm biến ánh sáng, áp suất, …

 Là một bộ chuyển đổi giá trị tương tự sang giá trị số A/D

 Hiện nay trên plc tích hợp 2 dạng ngõ vào ra analog phổ biến như sau:

+ 0-10 V: đọc điện áp analog từ 0-10V.

+ 4-20 mA: đọc dòng điện 4-20 mA.

 Dạng đọc tín hiệu 4-20 mA được sử dụng trong thực tế nhiều hơn nhờ khả năng kéo dây đi xa mà tín hiệu vẫn không bị suy yếu

 Đặc điểm

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Mô đun đơn cực (Unipolar): có thể chấp nhận tín hiệu đầu vào chỉ thay

đổi theo giá trị dương.

Ví dụ: Giá trị điện áp ra của thiết bị từ 0-10V thì sử dụng mô đun đơn cực.

 Mô đun lưỡng cực (Bipolar): Tín hiệu lưỡng cực dao động giữa giá trị

âm lớn nhất và giá trị dương lớn nhất.

Ví dụ: Thiết bị có điện áp đầu ra ±10V thì sử dụng mô đun lưỡng cực

 Phân loại

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Xử lý tín hiệu vào Analog

Trình tự xử lý tín hiệu vào analog trong PLC

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Cách chuyển đổi tín hiệu

xmin/xmax

PIW

0V/10V -10V/10V

0/27648 -27648/27648

Công thức tính giá trị đại lượng đo OUT (Real)

 IN: Tín hiệu đầu vào, kiểu dữ liệu Integer.

 HI_LIM và LO_LIM: Chỉ định giới hạn cao và thấp phạm vi của giá trị mà giá trị đầu vào được chia tỷ lệ.

 OUT: Kết quả của hàm.

 RET_VAL: Hàm trả về giá trị thể hiện cho trạng thái của hàm (lỗi hay không, mã để tra cứu lỗi).

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Cách chuyển đổi tín hiệu

Khi đó cần phải chuyển đổi tín hiệu đầu vào theo một tỷ lệ Giá trị

đó là OUT và nằm trong khoảng [0,1]:

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Cách chuyển đổi tín hiệu

Sử dụng hàm SCALE_X: Scale

Sử dụng hàm NORM_X: Normalize

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Cách chuyển đổi tín hiệu

 Ví dụ Xử lý tín hiệu đo của cảm biến nhiệt độ:

Khoảng giá trị nhiệt độ của cảm biến nhiệt là 0 – 2000C, giá trị chuyển đổi điện áp tươngứng của cảm biến là 0 – 10V

 Sử dụng mô-đun đầu vào analog PLC S7-1200 Siemens

Đầu vào analog sẽ chuyển đổi giá trị 0-10V sang giá trị số tương ứng 0 – 27648 và lưudưới dạng dữ liệu Word và sử dụng hàm NOMR_X Để đọc được giá trị nhiệt độ của cảmbiến từ PLC cần chuyển đổi giá trị số đã chuyển đổi tỷ lệ sang giá trị analog bằng hàm

SCALE_X

Việc chuyển đổi này được thực hiện bằng chương trình LD sử dụng hàm NORM_X vàhàm SCALE_X sau:

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Đấu nối phần cứng

 Đấu nối kiểu điện áp (hình a): chỉ cần 2 dây: A+ (hoặc

AIN) và A- (hoặc AGND) để đảm bảo luôn có thể đo

được hiệu điện thế giữa hai điểm

A+ để đấu với tín hiệu của đầu vào tương tự

A- để đấu với đất hoặc dây tín hiệu của đầu vào tương tự

Đối với cách đấu kiểu điện áp thường xảy ra sự sụt áp

nếu dây dẫn dài, điện áp tại mô-đun đầu vào khác với

điện áp thực của cảm biến

(a)

(b)

 Đấu kiểu dòng điện (hình b): Dòng điện của

tín hiệu analog thường sử dụng dạng nằm

trong khoảng 0-20 mA (nếu nhỏ hơn sẽ khó

đo lường, cao hơn sẽ gây nguy hiểm)

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Đấu nối phần cứng

Ví dụ: Đấu nối với mô đun analog PLC Siemens (hình)

+ Đấu với thiết bị 2 dây (hình a): là kiểu đấu đơn giản nhất Cực dương “+” của nguồnđấu với đầu “+” của thiết bị, dây còn lại của thiết bị được đấu với chân “+” của mô-đunanalog Âm nguồn được đấu với chân chân 0V của mô-đun analog

Đấu nối thiết bị 2 dây (a), 3 dây (b), 4 dây (c) trên S7-1200

4 Các mô đun vào ra

4.2 Mô đun đầu vào tương tự AI

 Đấu nối phần cứng

 Đấu nối can nhiệt đầu ra điện áp (PLC Allen Bradley)

Cặp nhiệt không tiếp đất

Cặp nhiệt tiếp đất

 Đấu nối cặp nhiệt nối đất

và không nối đất (Rockwell Micrologix)

4 Các mô đun vào ra

4.3 Mô đun đầu ra số DO

 Đặc điểm

 Là kênh để kết nối với các thiết bị đầu ra số,

 Tín hiệu ra có thể được cung cấp cho các contactor, solenoid, các rơ le… để điềukhiển các cơ cấu chấp hành hay các quá trình công nghiệp

 Đầu ra số của PLC thường là là loại rơ le, nhưng chúng cũng có thể là điện tử trạngthái rắn như transistor cho đầu ra DC hoặc Triac cho đầu ra AC

 Cũng tương tự như các mô đun đầu vào, đầu ra cũng rất ít khi được cấp nguồn mà

nó hoạt động giống như công tắc

SIMATIC S7-300

CPU 314C-2 PN/DP (16DO)

Mô đun DO mở rộng SM 322

Siemens S7-300, 32DO

4 Các mô đun vào ra

 Đấu nối phần cứng

 Đấu nối kiểu sinkking

4.3 Mô đun đầu ra số DO

 Đấu nối kiểu sourcing

4 Các mô đun vào ra

 Đấu nối phần cứng

 Kết nối tín hiệu từ

CPU đến mô đun DO

4.3 Mô đun đầu ra số DO

 Kết nối nguồn cho

mô đun DO

 Kết nối mô đun DO

với thiết bị đầu ra số

Mô đun DO mở rộng SM 322

Siemens S7-300, 32DO

4 Các mô đun vào ra

 Đấu nối phần cứng

 Kết nối tín hiệu từ

CPU đến mô đun DO

4.3 Mô đun đầu ra số DO

 Kết nối nguồn cho

mô đun DO

 Kết nối mô đun DO

với thiết bị đầu ra số

S7-1200 CPU 1214C,

AC/DC/Relay (4DO)

4 Các mô đun vào ra

 Các tập lệnh cơ bản của PLC S7-1200

4.3 Mô đun đầu ra số DO

4 Các mô đun vào ra

 Bài tập

4.3 Mô đun đầu ra số DO

Sử dụng 2 nút ấn START (NO / I0.0) và STOP (NC / I0.1) để bật và tắt đèn Q0 (Green / Q0.0) và động cơ điện 1 chiều 24VDC - MOTOR (Q0.1) Trong đó đèn Q0 sáng chỉ báo hệ thống đã sẵn sàng, nhấn nút START để khởi động MOTOR, đồng thời đèn Q0 tắt Nhấn nút STOP để dừng MOTOR và đèn Q0 sáng.

3 Lập bảng cho biến đầu vào và đầu ra.

4 Viết chương trình điều khiển PLC.

5 Nạp và chạy mô phỏng trên PLCSIM.

4 Các mô đun vào ra

4.3 Mô đun đầu ra số DO

TH1: Nút ấn START (NO) và STOP (NC)

4 Các mô đun vào ra

4.3 Mô đun đầu ra số DO

TH2: Nút ấn START (NO) và STOP (NO)

4 Các mô đun vào ra

 Đặc điểm

4.4 Mô đun đầu ra tương tự AO

 Mô đun ra tương tự nhận dữ liệu từ bộ xử lý trung tâm của PLC Dữ liệu được truyền tỉ lệ với điện áp hay dòng điện để điều khiển thiết bị tương tự bên ngoài như: Biến tần, van điều khiển vị trí,…

 Dữ liệu số đi qua bộ chuyển đổi tín hiêu D/A và gửi đi dưới dạng tín hiệu tương tự bao gồm:

+ Tín hiệu điện áp: ± 5V; ±10 V; 0  5 V; 0  10 V + Tín hiệu dòng điện: 4  20 mA; 0  20mA

4 Các mô đun vào ra

 Đặc điểm

4.4 Mô đun đầu ra tương tự AO

SM 334 (4AI/2AO) S7-300, CPU 314C-

2PN/DP (2AO)

4 Các mô đun vào ra

 Chuyển đổi tín hiệu đầu ra analog

4.4 Mô đun đầu ra tương tự AO

0/27648

-27648/27648

0V/10V

-10V/10V PQW

Sử dụng hàm chuyển đổi UNSCALE để xác định

giá trị thiết lập PQW (Int)

4 Các mô đun vào ra

 Chức năng

4.5 Mô đun kết nối mạng

 Mô đun kết nối mạng có chức năng kết nối các

thiết bị ngoại vi với PLC, và có thể giao tiếp,

truyền thông với nhau thông qua các cổng kết nối

 Các mô-đun truyền thông nối tiếp được sử dụng

để thiết lập kết nối điểm-điểm với các thiết bị

thông minh khác để trao đổi dữ liệu

 Dùng kết nối với máy tính, trạm điều hành, hệ

thống điều khiển quá trình và các PLC khác

 Mô-đun giao tiếp cho phép người dùng kết nối

PLC với các mạng cục bộ tốc độ cao có thể khác

với giao tiếp mạng được cung cấp với PLC

Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi

4 Các mô đun vào ra

 Cổng kết nối

4.5 Mô đun kết nối mạng

 Cổng nối tiếp (Serial Port)

- Là một trong những cổng kết nối bên ngoài phổ biến

nhất của máy tính Các cổng này hoạt động theo

nguyên lý nối tiếp

- Các cổng này thường gọi là cổng COM, RS232,

RS422, RS485

- Số chân kết nối thường là 9 (DB9) hoặc 25(DB25)

Các cổng giao tiếp COM

Cổng kết nối

Đầu kết nối

 Cổng ethernet

 Cổng USB ( Universal

Serial Bus)

4 Các mô đun vào ra

 Cấu trúc cặp nhiệt điện

4.6 Mô đun kết nối với can nhiệt

Phân loại cặp nhiệt điện

Cặp nhiệt điện loại K (Niken-Crom / Niken-Alumel)

Là cặp nhiệt điện phổ biến nhất Tính chính xác, độ tin cậy cao, giá thành thấp, có phạm vi cảm nhận nhiệt độ khá rộng

• Phạm vi nhiệt độ: loại 270°C đến 1260°C

Cặp nhiệt điện loại J (Sắt / Constantan)

Loại J cũng khá phổ biến Có độ tin cậy, tính chính xác và giá thành tương đương với loại K Nhưng lại có phạm vi nhiệt độ và tuổi thọ thấp hơn loại K

• Phạm vi nhiệt độ: -210°C đến 760°C

4 Các mô đun vào ra

 Kết nối với can nhiệt

4.6 Mô đun kết nối với can nhiệt

Cặp nhiệt không tiếp đất

Cặp nhiệt tiếp đất

Sơ đồ đấu nối mô đun AI với can nhiệt

Đấu nối can nhiệt nối đất và không nối đất

(Rockwell Micrologix)

4 Các mô đun vào ra

 Cấu tạo động cơ bước

4.7 Mô đun điều khiển động cơ bước

Động cơ bước là một động cơ đồng bộ

dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển

dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp

nhau thành các chuyển động góc quay

của roto

Để điều khiển động cơ bước thông qua PLC, thìcần phải có một bộ kết nối trung gian giữachúng, đó chính là Driver của động cơ bước.Driver có chức năng định hướng chiều quay vàxung điều khiển động cơ bước

 Kết nối PLC với động cơ bước