Giáo trình Lập trình PLC

Bài 1: Mạch logic ứng dụng và các công nghệ sản xuất tự động trong công nghiệp Bài 2: Khái niệm về PLC Bài 3: Bộ điều khiển PLC S7200 Bài 4: Phương pháp lập trình PLC Bài 5: Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống Bài 6: Bộ điều khiển PLC S7300

7/14/2014 11:45 AM BMC-K.DIENTU 1

Giáo trình: Lập trình PLC

Bài 1: Mạch logic ứng dụng và các công nghệ sản

xuất tự động trong công nghiệp

Bài 2: Khái niệm về PLC

Bài 3: Bộ điều khiển PLC S7-200

Bài 4: Phương pháp lập trình PLC

Bài 5: Lựa chọn, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì hệ thống Bài 6: Bộ điều khiển PLC S7-300

1

Biên soạn : Bùi Mạnh Cường

Bộ mộn: Đo lường và Điều khiển Tự động Khoa Điện Tử - Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp

7/14/2014 11:45 AM

Bài 1: Mạch logic ứng dụng và cỏc cụng nghệ

sản xuất tự động trong cụng nghiệp

1.1 Những khái niệm cơ bản

1.2 Các phương pháp biểu diễn hàm logic

1.3 Các phương pháp tối thiểu hoá hàm logic 1.4 Các thiết bị điều khiển

1.5 Một số mạch điều khiển dùng Rơle

BMC-K.DIENTU 3

1.1 Những khái niệm cơ bản

1.1.1 Khái niệm về logic hai trạng

1.1 Những khái niệm cơ bản

1.1.1 Khái niệm về logic hai trạng thái

Trong cuộc sống các sự vật và hiện tượng thể ở hai trạng thái như: sạch và bẩn, đắt và rẻ, giỏi và dốt, tốt và xấu

Trong kỹ thuật có khái niệm về hai trạng thái: đóng và cắt như đóng điện và cắt điện, đóng máy và ngừng máy

là hàm và biến logic, cơ sở toán học để tính toán hàm và biến logic gọi là đại số logic cũng

có tên là đại số Boole.

5 7/14/2014 11:45 AM

1.1.2 Các hàm logic cơ bản

Một hàm với các biến x1, x2, xn chỉ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1 và hàm y cũng chỉ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1 thì gọi là hàm logic

1.1.2.1 Hàm logic một biến:

Với biến x sẽ nhận hai giá trị: 0 hoặc 1, nên hàm y có 4 khả năng hay thường gọi là 4 hàm y0,

y1, y2, y3

Các khả năng và các ký hiệu mạch rơle và điện

tử của hàm một biến như trong bảng 1.1

BMC-K.DIENTU 7 7/14/2014 11:45 AM

1.1.2.2 Hàm logic hai biến

Với hai biến logic x1, x2, mỗi biến nhận hai giá trị 0 và 1, như vậy có 16 tổ hợp logic tạo thành 16 hàm Các hàm này được thể hiện trên bảng1.2

BMC-K.DIENTU 9 7/14/2014 11:45 AM

BMC-K.DIENTU 11 7/14/2014 11:45 AM

BMC-K.DIENTU 13

1.1.2.3 Hàm logic n biến

Với hàm logic n biến, mỗi biến nhận một trong hai giá trị 0 hoặc 1 nên ta có 2n tổ hợp biến, mỗi tổ hợp biến lại nhận hai giá trị 0 hoặc 1, do vậy số hàm logic tổng là:

Ta thấy:

1 biến có 4 khả năng tạo hàm,

2 biến có 16 khả năng tạo hàm, thì 3 biến có 256 khả năng tạo hàm, như vậy, khi số biến tăng thì số hàm có khả năng tạo thành rất lớn

13 7/14/2014 11:45 AM

+ luật hoán vị

+ luật kết hợp

+ luật phân phối

Kiểm tra tính đúng đắn của luật phân phối

BMC-K.DIENTU 17 7/14/2014 11:45 AM

BMC-K.DIENTU 19

+ Luật nghịch đảo tổng quát:

(định lý De Morgan)

19 7/14/2014 11:45 AM

1.1.4.2 Các hệ thức cơ bản

Một số hệ thức cơ bản thường dùng trong đại

số logic được cho ở bảng 1.5:

BMC-K.DIENTU 21

1.2.1 Phương pháp biểu diễn bằng

bảng trạng thái

1.2.2 Phương pháp biểu diễn hình học

BMC-K.DIENTU 23

1.2.2.Phương pháp biểu diễn hình học

+ Hàm n biến được biểu diễn trong không gian

1.2.3 Biểu diễn bằng biểu thức đại số

Một hàm logic n biến bất kỳ bao giờ cũng có thể biểu diễn thành các hàm tổng chuẩn đầy đủ và tích chuẩn đầy đủ

+ Hàm tổng chuẩn là hàm chưa tổng các tích

mà mỗi tích có đủ tất cả các biến của hàm

Ví dụ:

+ Hàm tích chuẩn là hàm chưa tích các tổng mà mỗi tổng đều có đủ tất cả các biến của hàm

Ví dụ:

BMC-K.DIENTU 25

1.2.4 Biểu diễn bằng bảng Karnaugh (bìa canô)

Nguyên tắc xây dựng bảng Karnaugh là:

Để biểu diễn hàm logic n biến cần thành lập một bảng có 2n ô, mỗi ô tương ứng với một tổ hợp biến Đánh số thứ tự các ô trong bảng tương ứng với thứ tự các tổ hợp biến

Các ô cạnh nhau hoặc đối xứng nhau chỉ cho phép khác nhau về giá trị của 1 biến

Trong các ô ghi giá trị của hàm tương ứng với giá trị tổ hợp biến

25 7/14/2014 11:45 AM

Ví dụ : bảng Karnaugh cho hàm ba biến trên như

bảng 1.7 sau:

BMC-K.DIENTU 27

1.3 Các phương pháp tối thiểu hoá hàm logic

Phải quan tâm đến vấn đề tối thiểu hoá hàm logic Bởi vì:

+ Cùng một giá trị hàm logic có thể có nhiều hàm khác nhau, nhiều cách biểu diễn khác nhau,

+ Nhưng chỉ tồn tại một cách biểu diễn gọn nhất, tối ưu về số biến và số số hạng hay thừa

số được gọi là dạng tối thiểu.

Tối thiểu hoá hàm logic mang ý nghĩa kinh

tế và kỹ thuật lớn

27 7/14/2014 11:45 AM

Ví dụ: Hai sơ đồ hình 1.3 đều có chức năng như nhau.

Có hai nhóm phương pháp là:

Phương pháp biến đổi đại số

Phương pháp dùng thuật toán.

BMC-K.DIENTU 29

1.3.1.Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic bằng

biến đổi đại số

ở phương pháp này ta phải dựa vào các tính chất và các hệ thức cơ bản của đại số logic để thực hiện tối giản các hàm logic Nhưng do tính trực quan của phương pháp nên nhiều khi kết quả đưa

ra vẫn không khẳng định rõ được là đã tối thiểu hay chưa Như vậy, đây không phải là phương pháp chặt chẽ để cho phép tự động hoá quá trình tối thiểu hoá

Ví dụ: cho hàm:

29 7/14/2014 11:45 AM

1.3.2.Phương pháp tối thiểu hoá hàm logic dùng

thuật toán

Phương pháp dùng bảng Karnaugh: Đây là

phương pháp thông dụng và đơn giản nhất, nhưng chỉ tiến hành được với hệ có số biến

Phương pháp Quine Mc Cluskey: Đây là

phương pháp có tính tổng quát, cho phép tối thiểu hoá mọi hàm logic với số lượng biến vào lớn

BMC-K.DIENTU 31

1.4 Các thiết bị điều khiển

Để điều khiển sự làm việc của các thiết bị cần phải có các thiết bị điều khiển

Để đóng cắt không thường xuyên ta thường dùng áptômát

áptômát là thiết bị đóng cắt bằng tay có bộ phận bảo vệ quá tải

Để đóng cắt thường xuyên ta dùng công tắc tơ (khởi động từ), công tắc tơ tác dụng nhờ lực hút điện từ

31 7/14/2014 11:45 AM

Để bảo vệ ta dùng các rơ le, tuỳ theo nguyên lý tác động người ta chế tạo nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau như rơle dòng điện, rơle điện áp, rơle thời gian

Tuỳ theo trạng thái tiếp điểm người ta chia ra các loại tiếp điểm khác nhau

Một số ký hiệu thường gặp như bảng 2.1

BMC-K.DIENTU 33 7/14/2014 11:45 AM

1.5 Các sơ đồ khống chế động cơ rôto lồng sóc

1.5.1 Sơ đồ khống chế đơn giản

1.5.3 Khởi động động cơ rôto dây quấn theo nguyên tắc thời gian

RN2

2K 2Tg

2Tg

1K32K1

1K1

1.5.5 Công nghệ cắt giấy

BMC-K.DIENTU 39

1.5.5 Lựa chọn encoder

39 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Công nghệ đóng gói sản phẩm

BMC-K.DIENTU 41

1.5.5 Công nghệ đóng gói sản phẩm

41 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Công nghệ đục lỗ

BMC-K.DIENTU 43

1.5.5 Sử dụng sensor

43 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Sử dụng sensor

BMC-K.DIENTU 45

1.5.5 Sử dụng sensor

45 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Sử dụng sensor

BMC-K.DIENTU 47

1.5.5 Sử dụng sensor

47 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Sử dụng sensor

BMC-K.DIENTU 49

1.5.5 Sử dụng sensor

49 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Sử dụng sensor

BMC-K.DIENTU 51

1.5.5 Sử dụng sensor

51 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Sử dụng sensor

BMC-K.DIENTU 53

1.5.5 Điều khiển cửa tự động

1 Nguyên lý hoạt động

53 7/14/2014 11:45 AM

1.5.5 Điều khiển cửa tự động

2 Mạch điều khiển dùng rơle

BMC-K.DIENTU 55

1.5.8 Phân tích mô hình điều khiển máy trộn liệu

55 7/14/2014 11:45 AM

1.5.9 Phân tích mô hình điều khiển đèn giao thông

BMC-K.DIENTU 57

1.5.10 Phân tích mô hình tay máy “gắp – đặt”

57 7/14/2014 11:45 AM

1.5.10 Phân tích mô hình tay máy “gắp – đặt”

Cánh tay máy thực hiện gắp vật trên băng chuyền A bỏ sang băng chuyền B

Trước khi xuất phát, vị trí của cánh tay ở vị trí băng chuyền B (S1 tác động)

Ấn nút Start → Cánh tay quay ngược chiều kim đồng hồ → S2 tác động → Dừng quay, băng chuyền A hoạt động → S3 tác động → Dừng băng chuyền A, gắp vật (A5 = 1) → S4 tác động → Cánh tay quay cùng chiều kim đồng hồ → S1 tác động → Dừng Quay, nhả vật (A5 = 0; S4 = 0); Sau đó thực hiện lặp lại hành trình như trên

Khi có sự cố bất thường xảy ra, ấn Stop → Dừng hệ thống; sau khi khắc phục xong sự cố → Ấn Reset → Cánh tay tự động quay

về lại vị trí xuất phát ban đầu và dừng tại đây

BMC-K.DIENTU 59

1.5.11 Phân tích mô hình thang máy

59 7/14/2014 11:45 AM

1.5.11 Phân tích mô hình thang máy

Hãm dừng ρ

BMC-K.DIENTU 61

Bài 2: Khái niệm về PLC

2.1 PLC là gi?

2.2 Tại sao phải sử dụng PLC

2.3 Thay thế các mạch điều khiển dùng rơle

bằng PLC

2.4 Hệ thống đầu vào và ra của PLC

2.5 Giới thiệu các loại PLC thông dụng

2.6 Tài liệu tham khảo

61 7/14/2014 11:45 AM

• PLC, viết tắt của Programmable Logic Control , là thiết bị

điều khiển logic lập trình được, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.

• Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính.

• Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC được phát triển từ

những năm 1968 -1970 Trong gia đoạn đầu các thiết bị khả

trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có

trình độ cao

• Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ, có mức độ

phổ cập cao và càng dễ sử dụng.

2.1 PLC là gì?

BMC-K.DIENTU 63

• Các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho

chương trình điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản Người vận hành nhập

chương trình vào PLC Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình.

• Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp Vì vậy PLC được thiết kế bền, có sẵn giao diện vào ra, được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch.

63 7/14/2014 11:45 AM

• Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều

khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử

BMC-K.DIENTU 65

Đ ánh giá ưu điểm của PLC

+ Chuẩn bị vào hoạt động nhanh

+ Độ tin cậy cao

+ Dễ dàng thay đổi chương trình

+ Cài đặt các thuật toán phức tạp

+ Khả năng tái tạo

+ Tiết kiệm không gian

+ Khả năng truyền thông

+ Có nhiều chức năng.

2.2 Tại sao phải sử dụng PLC

65 7/14/2014 11:45 AM

N hược điểm của PLC

+ Giá thành cao (phần cứng + phần mềm)

+ Đòi hỏi người sử dụng phải có chuyên môn

2.2 Tại sao phải sử dụng PLC

BMC-K.DIENTU 67

Về giá trị kinh tế

Khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập đến

số lượng đầu ra và đầu vào

• Khi tính đến giá cả của PLC thì phải kể đến các bộ

phân phụ như thiết bị lập trình, máy in, băng ghi cả việc đào tạo nhân viên kỹ thuật Nói chung những

phần mềm để thiết kế lập trình cho các mục đích đặc biệt là khá đắt

• Ngày nay nhiều hãng chế tạo PLC đã cung cấp chọn bộ

đ óng gói phần mềm đã được thử nghiệm, nhưng việc thay thế, sửa đổi các phần mềm là nhu cầu không thể tránh khỏi, do đó, vẫn cần thiết phải có kỹ năng phần mềm.

BMC-K.DIENTU 69

Phân bố giá cả cho việc lắp đặt một PLC thường như sau:

+ 50% cho phần cứngcủa PLC

+ 10% cho thiết kế khuân khổ chương trình

+ 20% cho soạn thảo và lập trình

+ 15% cho chạy thử nghiệm

+ 5% cho tài liệu.

Việc lắp đặt một PLC tiếp theo chỉ bằng khoảng 1/2 giá thành của bộ đầu tiên, nghĩa là hầu như chỉ còn chi phí phần cứng.

69 7/14/2014 11:45 AM

2.3 Cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

BMC-K.DIENTU 71

2.3 Cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

71 7/14/2014 11:45 AM

2.3 Cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

BMC-K.DIENTU 73 7/14/2014 11:45 AM

BMC-K.DIENTU 75 7/14/2014 11:45 AM

PLC Siemens CPU 224

7/14/2014 11:45 AM BMC-K.DIENTU 77 7/14/2014 11:45 AM

BMC-K.DIENTU 79 7/14/2014 11:45 AM

PLC Omron

7/14/2014 11:45 AM BMC-K.DIENTU 81

PLC

PLC

81 7/14/2014 11:45 AM

PLC

BMC-K.DIENTU 83

2.5 Giới thiệu về các loại PLC thông dụng

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

83 7/14/2014 11:45 AM

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

BMC-K.DIENTU 85

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

85 7/14/2014 11:45 AM

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

BMC-K.DIENTU 87

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

87 7/14/2014 11:45 AM

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

BMC-K.DIENTU 89

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

89 7/14/2014 11:45 AM

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

BMC-K.DIENTU 91

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

91 7/14/2014 11:45 AM

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

BMC-K.DIENTU 93

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

93 7/14/2014 11:45 AM

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

BMC-K.DIENTU 95

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

95 7/14/2014 11:45 AM

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

BMC-K.DIENTU 97

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

97 7/14/2014 11:45 AM

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

BMC-K.DIENTU 99

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

99 7/14/2014 11:45 AM

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

BMC-K.DIENTU 101

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

101 7/14/2014 11:45 AM

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

BMC-K.DIENTU 103

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

103 7/14/2014 11:45 AM

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

• Micro PLC cho phép tự động hóa tối đa với chi phí tối thiểu

• Cài đặt, lập trình và vận hành rất đơn giản

• Mạnh, có khả năng tích hợp trên quy mô lớn, tiết kiệm không gian lắp đặt, có tác động nhanh.

• Có thể sử dụng cho những công việc từ đơn giản đến phức tạp

• Tất cả các CPU đều có thể sử dụng độc lập, trong

mạng và trong hệ thống phân tán

• Thích hợp cho ứng dụng mà trước kia không làm được

• Nổi bật là đặc tính thời gian thực hiện và truyền thông

BMC-K.DIENTU 105

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

105 7/14/2014 11:45 AM

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

BMC-K.DIENTU 107

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

107 7/14/2014 11:45 AM

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-300

BMC-K.DIENTU 109

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-300

109 7/14/2014 11:45 AM

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-300

• Là hệ thống PLC modul hóa cỡ nhỏ, có dải sản phẩm từ mức trung bình đến cao cấp

• Tất cả các modul đều thích hợp cho các

hệ thống tự động hóa

• Sử dụng linh động nhờ cấu trúc phân

tán và khả năng nối mạng linh hoạt

• Dễ dàng mở rộng hệ thống khi cần thiết

• Đầy sức mạnh nhờ kết hợp nhiều tình

năng

BMC-K.DIENTU 111

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-400

111 7/14/2014 11:45 AM

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-400

• Hệ thống modul toàn diện và các CPU thích nghi tối

ưu với các công việc tự động hóa

• Linh hoạt thông qua việc sử dụng đơn giản các cấu trúc phân tán và khả năng truyền thông rộng

• Thân thiện với người sử dụng, không phức tạp, thiết

kế không cần quạt gió

• Có khả năng mở rộng mà không gây sự cố

113 7/14/2014 11:45 AM

Logo! OBA4

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

BMC-K.DIENTU 115

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

115 7/14/2014 11:45 AM

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

BMC-K.DIENTU 117

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

117 7/14/2014 11:45 AM

2.6 Tài liệu tham khảo

1 Tu dong hoa voi Simatic s7-200 PXMinh, NguyenDPhuoc

2 Tu dong hoa voi Simatic s7-300 PXMinh, NguyenDPhuoc

3 Dieu khien Logic va ung dung Nguyen Trong Thuan

4 Ung dung PLC Siemens va Moeller trong tu dong hoa Nguyen Tan Phuoc (tim hieu ve LOGO!)

5 Manuals Micro Automation S7-200/LOGO!:

Micro Automation - Tai lieu tra nhanh Catalog ST-M/V.10.2004

http://www.automation.siemens.com/_en/s7-200/index.htm

http://www.automation.siemens.com/simatic/portal/html_76/techdok_simatic/microsyst_techdo ku.htm

3.1 Cấu tạo của PLC - S7-200

• PLC Step 7 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất Đây là loại PLC hỗn hợp vừa đơn

khối vừa đa khối

• Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị

cơ bản sau đó có thể ghép thêm các module

mở rộng về phía bên phải, có các module mở rộng tiêu chuẩn