Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục thực hiện từng lệnh của chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ra tại các thời điểm lập trình.. ư Bộ xử lý t
Trang 1Chương VIII: ứng dụng PLC trong tự động hoá
Bài 8.1 Khái niệm về điều khiển lập trình
Trang 2Bài 8.2 Giới thiệu tổng quát về PLC Giới thiệu chung:
ư PLC ra đời năm 1968 bởi những nhà thiết kế của công ty General Motor – Mỹ, trong thời điểm này hệ thống PLC còn quá đơn giản, cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành do chưa có các thiết bị ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình
ư Để đơn giản hoá việc lập trình, hệ thống điều khiển khả trình cầm tay đầu tiên
được ra đời năm 1969 đã tạo ra một sự phát triển hơn cho kỹ thuật điều khiển lập trình, PLC lúc này chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống rơ le và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển
ư Những năm đầu thập niên 1970 các hệ thống PLC còn có thêm khả năng khác
đó là: Sự hỗ trợ bởi những thuật toán, vận hành với các dữ liệu cập nhật
ư Từ năm 1975 đến nay hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng, hệ thống I/O có thể tăng tới hơn 8.000 cổng, dung lượng bộ nhớ tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ
1 Khái niệm về PLC
PLC là từ viết tắt của cụm từ tiến Anh "Progrrammable Logic Controller": bộ
điều khiển logic có thể lập trình (khả trình)
Là một thiết bị mà người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt hay một trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (thường gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như: thời gian định hay các sự kiện đếm Một khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON hay tắt OFF thiết bị điều khiển điện tử bên ngoài Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục thực hiện từng lệnh của chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu
ở ngõ vào và xuất tín hiệu ra tại các thời điểm lập trình
2 Cấu trúc, hoạt động, phân loại
a/ Cấu trúc:
Về cơ bản PLC được chia làm 5 phần chính như sau:
cpu
Giao diện
đầu vào
Giao diện
đầu ra
Bộ nhớ
Nguồn
Trang 3Phần giao diện đầu vào (Input):
Biến đổi các đại lượng điện đầu vào thành các mức tín hiệu số và cấp vào cho
CPU xử lý Các thiết bị đầu vào là: Nút ấn, cầu dao, phím Ngoài ra PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động như: công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái logic ON/OFF hoặc tín hiệu tương tự (Analog)
ư Phần giao diện đầu ra (Output):
Thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu số bên trong PLC thành
các tín hiệu điều khiển Các thiết bị đầu ra thông thường là: Động cơ, cuộn dây nam châm, rơ le (relay), chuông báo
ư Bộ xử lý trung tâm (CPU):
Tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu trong bộ nhớ, xử lý các tín hiệu
đầu vào và đưa ra kết quả điều khiển cho phần giao diện đầu ra
ư Bộ nhớ (Memory):
Lưu chương trình điều khiển được lập bởi người dùng, nội dung của bộ nhớ
được mã hoá dưới dạng mã nhị phân
ư Nguồn cung cấp cho hệ thống ( Power Supply):
Biến đổi nguồn cung cấp từ bên ngoài thành mức thích hợp cho các mạch điện
tử bên trong PLC
b/ Hoạt động:
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp, mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét, bắt đầu bằng giai đoạn nhập dữ liệu từ các cổng vào như : Công tắc, nút
ấn, cảm biến vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình, giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng việc chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới đầu ra
Vậy một vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào và sau đó thực hiện chương trình vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra
2 giai đoạn thực hiện chương trình
1 giai đoạn nhập dữ
liệu từ ngoài vào
4 giai đoạn chuyển dữ
liệu ra cổng ra
3 giai đoạn truyền
thông nội bộ và tự
kiểm tra lỗi
Trang 4Một vòng quét thường xảy ra với một thời gian rất ngắn, từ 1ms tới 100ms Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếp với các thiết bị ngoại vi
c/ Phân loại
ư PLC siêu nhỏ có 32 cổng I/O, bộ nhớ 1K
ư PLC cỡ nhỏ có 128 cổng I/O, bộ nhớ 2K
ư PLC cỡ trung bình có 1024 cổng I/O, bộ nhớ 4K, có thể nâng lên 8K
ư PLC cỡ lớn có 2048 cổng I/O, bộ nhớ 12K, mở rộng thêm được 32K
ư PLC cỡ rất lớn có 8192 cổng I/O, bộ nhớ 64K, mở rộng thêm được 1M
Bài 8.3 Các thao tác chung trên Plc
1 Kết nối
* Kết nối PLC với các thiết bị vào ra I/O ( Input/ Output: thiết bị nhập dữ liệu vào
và thiế bị xuất dữ liệu ra)
Khi kết nối PLC với các thiết bị vào ra thì phải căn cư vào điện áp nguồn nuôi cho PLC, điện áp cấp cho các tín hiệu vào, điện áp xuất ra khi PLC làm việc Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5 V, tín hiệu xử lý là 12/ 24 VDC hoặc 100/240 VAC
Thực tế hiện nay đã có những bộ PLC điện áp xuất ra là 220V vì vậy khi kết nối với các thiết bị với đầu ra của bộ PLC thì không phải nối thông qua cuộn dây của rơ le trung gian như trên mà kết nối trực tiếp với cuộn dây của công tắc tơ của mạch động lực
* Kết nối PLC với thiết bị lập trình
Thông dụng thiết bị lập trình cho PLC là máy tính Các PLC kết nối với máy tính thông qua các cổng giao tiếp khác nhau:
Input1 Output 1
Input2 Output 2
Input n Output n Com
Trang 5Ví dụ: Với PLC của hãng OMRON (CPU CPM2A) kết nối với máy tính thông qua
cổng giao tiếp là RS-232C
Với PLC của hãng SIEMEN (Simantic S7-200 CPU224) kết nối với máy tính
thông qua cổng giao tiếp RS-485
2 Cài đặt phần mềm lập trình
Đối với mỗi PLC của các hãng khác nhau thì lại có một phần mềm ứng dụng lập trình cho PLC
Ví dụ: Với PLC của hãng OMRON (CPU CPM2A) sử dụng phần mềm Syswin 3.4
để lập trình thông qua công cụ lập trình là máy tính
Với PLC của hãng SIEMEN (Simantic S7-200 CPU224) sử dụng phần mềm
V3.2 STEP 7 MicroWIN để lập trình thông qua công cụ lập trình là máy tính
3 Soạn thảo chương trình (lập trình) cho PLC
4 Vận hành
Bài 8.4 Lập trình cho PLC
1 Phương pháp viết chương trình
ư Chương trình là chuỗi các lệnh nối tiếp nhau viết theo một ngôn ngữ mà một PLC có thể hiểu được
ư Cách viết chương trình cho PLC dựa trên hai phương pháp cơ bản: Phương
pháp hình thang (Ladder logic – viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement list - viết tắt là STL)
ư Chương trình được viết theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tạo ra một chương
trình theo kiểu STL tương ứng và ngược lại
* Phương pháp LAD:
LAD là ngôn ngữ lập trình đồ họa những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic:
+ Tiếp điểm: là biểu tượng mô tả các tiếp điểm của rơle tương ứng
Tiếp điểm thường đóng
Tiếp điểm thường mở
+ Tín hiệu ra (tương tự như đưa điện đến cuộn dây công tắc tơ hoặc rơ le):
Ký hiệu (với PLC của hãng OMRON)
hoặc (với PLC của hãng SIEMEN)
+ Hộp : Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp Thường là các bộ thời gian - Timer, bộ đếm - Counter và các hàm toán học
Trang 6+ Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang nguồn bên phải, có thể coi đường nguồn trái là dây pha,
đường nguồn bên phải là dây trung tính đường nguồn bên phải không được thể hiện, dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm và đến tín hiệu ra ( tương ứng các cuộn dây) hoặc các hộp rồi về bên phải nguồn
* Phương pháp liệt kê lệnh STL :
Phương pháp liệt kê lệnh STL là phương pháp thực hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC
ư Thường sử dụng viết chương trình theo phương pháp hình thang (LAD) đơn giản, dễ hình dung vì nó tương tự như các sơ đồ mạch điều khiển có tiếp điểm của rơ le công tắc tơ
2 Lập trình với PLC của hãng OMRON (CPU loại CPM2A)
Với PLC của hãng OMRON (CPM2A) có tổng số 20 cổng vào/ ra
Có 12 cổng vào với địa chỉ từ: 00; 01; …; 09 ; 10; 11:
Có 8 cổng ra với địa chỉ từ: 1000; 1001; …; 1007:
Sử dụng phần mềm Syswin 3.4 để soạn thảo chương trình theo các bước sau:
* Soạn thảo chương trình mới:
ư Nháy đúp vào biểu tượng Syswin 3.4 từ màn hình destop để khởi động phần
mềm
ư Nháy đúp vào biểu tượng tiếp điểm, cuộn dây, Timer, counter để soạn chương trình chú ý phải khai báo địa chỉ
ư Soạn thảo xong thì ghi chương trình vào máy tính:
File\ Save Project as\ Đặt tên file\ OK
* Nạp và Chạy chương trình vừa tạo lập:
+ Nạp chương trình:
+ Chạy chương trình:
* Dừng chương trình đang chạy:
* Mở chương trình cũ:
File\ Open project\ Chọn tên file cần mở\ OK
* Ví dụ:
Chương trình điều khiển động cơ quay theo một chiều (Mạch khởi động từ
đơn) Sử dụng phần mề Syswin3.4 để lập trình cho PLC của hãng OMRON đối với
CPU loại CPM2A
Trang 73 Lập trình cho PLC của hãng SIEMEN (simatic S7-200 với CPU224)
Với PLC của hãng SIEMEN có nhiều đời như S7-200; S7-300; và hiện nay có
cả S7-400
Đối với PLC của SIEMEN (simatic S7-200) thì có CPU212; CPU214;
CPU224; CPU226…
Với CPU224:
* Các cổng vào ra
- Có 14 cổng vào với địa chỉ từ: I0.0; I0.1; …; I0.7; và từ I1.0; I1.1; …; I1.5
- Có 10 cổng ra với địa chỉ từ: Q0.0; Q0.1; …; Q0.7; Q1.0; Q1.1
Sử dụng phần mềm V3.2 STEP 7 Micro WIN để soạn thảo chương trình thực
hện theo các bước sau:
* Soạn thảo mới một chương trình:
ư Từ màn hình destop nháy đúp chuột trái vào biểu tượng V3.2 Step7 Microwin
để khởi động phần mềm soạn thảo
ư Kích chuột trái vào biểu tượng Bit logic để lấy các tiếp điểm hoặc vào bộ định thời gian Timer, bộ đếm Couter
ư Để lấy tiếp điểm thường đóng, thường mở, tín hiệu ra (tương tự cuộn dây công tắc tơ, rơ le trung gian) ta kích đúp chuột vào các biểu tượng đó, sau đó gán
địa chỉ cho chúng
ư Sau khi soạn thảo xong kích chuột vào PLC trên thanh công cụ và kích vào
compile để kiểm tra lỗi Nếu có lỗi thì sửa, không có lỗi thì nháy chuột vào file\ save as\ nhập tên file vừa tạo lập\ OK
• Chú ý:
- Các biến trung gian (tương tự như rơ le trung gian) bắt đầu bằng địa chỉ m0.0 hoặc s0.0
1000
1000
End(01)
Trang 8- Timer (tương tự như rơ le thời gian ): Khai báo tên timer (dùng loại ton) bắt
đầu từ T37 sau đó khai báogiá trị thời gian cần tác động vào chân PT
- Couter (Bộ đếm) : Chân CU (cấp xung), chân R (reset)
* Nạp và chạy chương trình vừa tạo lập:
+ Xoá chương trình cũ nếu có:
+ Nạp chương trình vừa tạo lập vào PLC:
+ Chạy chương trình:
PLC\ Run
+ Kết thúc chương trình:
PLC\ Stop
* Nạp và Chạy chương trình cũ:
File\ Open\ Chọn tên file cần mở\ Open
PLC\ Compile\ PLC\ Clear\ OK
PLC\ Stop\ Yes
* Ví dụ:
Chương trình điều khiển động cơ quay theo một chiều (mạch khởi động từ
đơn) Sử dụng phần mề V3.2 STEP 7 Micro WIN để lập trình cho PLC của hãng
SIEMEN đời S7-200 với CPU 224
Q0.0 I0.0 I0.1
Q0.0
END
Trang 9Bài 8.5 ứng dụng của plc trong mạch điều khiển động cơ quay hai chiều
(Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A)
1 Chương trình điều khiển động cơ quay theo hai chiều không có khoá liên
động:
Yêu cầu:
- Bấm nút mở thuận (01) động cơ quay thuận
- Bấn nút dừng (00) động cơ dừng
- Bấm nút mở ngược (02) động cơ quay ngược
1000
End(01)
1001
1001
1000
Trang 102 Chương trình điều khiển động cơ quay theo hai chiều có khoá liên động:
Yêu cầu:
- Bấm nút mở thuận (01) động cơ quay thuận
- ấm nút mở ngược (02) động cơ quay ngược (đảo chiều trực tiếp)
- Bấm nút dừng động cơ dừng
Bài 8.6 ứng dụng của plc trong mạch điều khiển tuần tự khởi động các động cơ dùng timer
(Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A)
1 Chương trình điều khiển khởi động tuần tự 3 động cơ với yêu cầu:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động trước
- Sau 5 giây động cơ số 2 tự động khởi động
- Sau 5 giây tiếp theo động cơ số 3 tự động khởi động
- Khi bấm nút dừng thì cả 3 động cơ đều dừng
1000
End(01)
1001
1001
1000
02
01
Trang 112 Chương trình điều khiển khởi động tuần tự 3 động cơ với yêu cầu:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động trước
- Sau 5 giây động cơ số 2 tự động khởi động
- Sau 5 giây tiếp theo động cơ số 3 tự động khởi động
- Khi bấm nút dừng thì động cơ số 3 dừng trước, sau 5 giây động cơ số 2 tự động dừng, sau 5 giây cuối động cơ số 1 tự động dừng
1001
1001
1001
Timer
TIM
001
#0050 0050bcd
1003
Timer
TIM
002
#0050 0050bcd
End(01)
Trang 12Timer
TIM
001
#0050 0050bcd
Timer
TIM
002
#0050 0050bcd
01
1001
1001
1003
1003
1005
TIM01
TIM02
2000
2000
Timer
TIM
003
#0050 0050bcd
TIM03
TIM03
Timer
TIM
004
#0050
TIM04
2000
1001
Trang 13Bài 8.7 ứng dụng của plc
Dùng bộ đếm counter
(Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A)
1 Chương trình điều khiển động cơ hoạt động khi có xung đếm:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động
- Sau khi cấp 5 xung thì động cơ số 2 khởi động
- Khi bấm nút dừng thì cả hai động cơ đều dừng
CNT001
End(01)
1002
02
Counter
CNT
001
#005 1000
1000
1000
Trang 142 Chương trình điều khiển động dừng động khi có xung đếm:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút khởi động thì động cơ hoạt động
- Sau khi cấp 5 xung đếm thì động cơ dừng
02
Counter
CNT
001
#005
1000
1000
CNT001
Trang 15Bài 8.8 ứng dụng của plc Trong mạch
điều khiển đèn giao thông dùng timer
(Sử dụng phần mềm V3.2 Setp7 MicroWIN ứng dụng cho PLC của hãng
SIEMEN- CPU 224)
1 Chương trình điều khiển đèn giao thông 3 đèn:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút mở thì đèn xanh sáng 20 giây
- Sau 20 giây thì đèn vàng sáng 5 giây đồng thời đèn xanh tắt
- Sau 5 giây thì đèn đỏ sáng 25 giây đồng thời đèn vàng tắt (đèn xanh vẫn tắt)
- Sau 25 giây thì đèn xanh lại sáng đẻn đỏ tắt chu kỳ lặp lại từ đầu
I0.0 I0.1
M0.0
Q0.1
Q0.1
T37
200
IN TON
PT Q0.2
Q0.2
50
IN TON
PT
Q0.3
IN TON
M0.0 Q0.3
Q0.3
T39
Trang 162 Chương trình điều khiển đèn giao thông 6 đèn:
Yêu cầu:
- Khi bắt đầu làm việc ấn nút I0.1 thì đèn hoạt động theo sơ đồ mô tả sau:
- Khi ấn nút dừng I0.0 thì bất kỳ đèn nào đang sáng thì phải tắt
- Muốn mạch hoạt động trở lại ấn nút I0.1
X 1 V 1 Đ 1
Đ 2 X 2 V 2
Trang 18Bài 8.9 ứng dụng của plc Dùng bộ đếm counter
(Sử dụng phần mềm V3.2 Setp7 MicroWIN ứng dụng cho PLC của hãng
SIEMEN- CPU 224)
1 Chương trình điều khiển đèn sáng khi có xung đếm:
Yêu cầu:
- Lúc đầu đèn tắt
- Khi cấp 5 xung đếm thì đèn sáng
- Khi bấm nút dừng thì đèn tắt
Trang 191 Chương trình điều khiển đèn tắt khi có xung đếm:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút khởi động thì đèn sáng
- Sau khi cấp 5 xung đếm thì đèn tắt