BÀI TẬP LỚN PLC Ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo áp suất trên đường ống với giải đo:0 ÷ 5

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 LỜI CẢM ƠN 5 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 1.1.Đặt vấn đề 6 1.2. Lý do chọn đề tài 6 1.3. Mục đích 7 1.4 Phương pháp đo 7 1.4.1 Định nghĩa: 7 1.4.2. Nguyên lý đo áp suất 7 1.5 Tìm hiểu về PLC S7200 10 1.5.1 khái quat về PLC S7200 10 1.5.2: Nguyên tắc thực hiện chương trình: 16 1.5.3 Giới thiệu về PLC S7200 CPU224 ACDCRELAY 17 1.5.4 . Module analog EM235 19 1.5.4.6 cài đặt dải tín hiệu vào 27 1.5.5 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong công nghiệp. 29 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31 2.1 Lựa Chọn Thiết Bị. 31 2.1.1: PLC S7200 CPU 224 ACDCRELAY Của Siemens 31 2.1.2 Giới thiệu chung Modul mở rộng EM235 33 2.1.3 Biến tần Siemens MM440 34 2.1.4 RELAY TRUNG GIAN: 42 2.1.5 Chọn động cơ. 43 2.1.6 Chọn Cảm biến đo áp suất. 43 2.2. Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây. 45 2.2.1. Sơ đồ khối. 45 2.2.2. Sơ đồ đấu dây. 47 2.3. Xây dựng thuật toán. 48 2.3.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 48 2.5: Xây Dựng Thuật Toán 50 2.5.1 nguyên lí. 50 2.5.2 Chuyển đổi tín hiệu từ lưu lượng sang dòng điện. 50 2.5.3: giản đồ thời gian. Mô phỏng trên V4.0 Step7200 MicroWIN 52 2.6 Viết chương trinh mô phỏng trên PLC S7200 53 2.7 Chương Trình Khi Chạy Mô Phỏng Trên S7200 57 Chương III: Kết quả đề tài. 58 3.1.Kết luận nội dung đề tài 58 3.2.Các hạn chế 58 3.3.Biện pháp khắc phục 58 3.4 Kết quả thực nhiệm 58 Tài liệu tham khảo 59

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

LỜI CẢM ƠN 5

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

1.1.Đặt vấn đề 6

1.2 Lý do chọn đề tài 6

1.3 Mục đích 7

1.4 Phương pháp đo 7

1.4.1 Định nghĩa: 7

1.4.2 Nguyên lý đo áp suất 7

1.5 Tìm hiểu về PLC S7-200 10

1.5.1 khái quat về PLC S7-200 10

1.5.2: Nguyên tắc thực hiện chương trình: 16

1.5.3 Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY 17

1.5.4 Module analog EM235 19

1.5.4.6 cài đặt dải tín hiệu vào 27

1.5.5 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong công nghiệp 29

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31

2.1 Lựa Chọn Thiết Bị 31

2.1.1: PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/RELAY Của Siemens 31

2.1.2 Giới thiệu chung Modul mở rộng EM235 33

2.1.3 Biến tần Siemens MM440 34

2.1.4 RELAY TRUNG GIAN: 42

2.1.5 Chọn động cơ 43

2.1.6 Chọn Cảm biến đo áp suất 43

2.2 Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây 45

2.2.1 Sơ đồ khối 45

2.2.2 Sơ đồ đấu dây 47

2.3 Xây dựng thuật toán 48

2.3.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 48

2.5: Xây Dựng Thuật Toán 50

2.5.1 nguyên lí 50

2.5.2 Chuyển đổi tín hiệu từ lưu lượng sang dòng điện 50

2.5.3: giản đồ thời gian Mô phỏng trên V4.0 Step7-200 MicroWIN 52

2.6 Viết chương trinh mô phỏng trên PLC S7-200 53

2.7 Chương Trình Khi Chạy Mô Phỏng Trên S7-200 57

Chương III: Kết quả đề tài 58

3.1.Kết luận nội dung đề tài 58

3.2.Các hạn chế 58

3.3.Biện pháp khắc phục 58

3.4 Kết quả thực nhiệm 58

Tài liệu tham khảo 59

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả

trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống

đơn giản, chỉ có chức năng đóng mở ON/OFF thông thường cho đến các ứng dụng

cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong

quá trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm :

- Hoá học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống

dẫn, cân đong trong ngành hoá…

- Chế tạo máy và sản xuất: tự động hoá trong chế tạo máy, cân đong, quá trình

lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ bọt, quá trình

cán,gia nhiệt…

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát

quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây…) cân đong, đóng gói, hoà trộn…

- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra

chất lượng

- Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các

turbin…) các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than,

gỗ, dầu mỏ)

Ứng dụng PLC trong công nghiệp cũng như trong đời sống là không thể phủ

nhận kế thừa những tinh hoa đó nhóm chúng em đã quyết định xây dựng đề tài:

“ Ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo áp suất trên đường ống với giải

đo:[0 ÷ 5]bar”

LỜI CẢM ƠN

Bài tập lớn môn PLC là một bài tập vô cùng quan trọng trong hành trang của

mỗi sinh viên Nó cũng như đánh dấu 1 bước trưởng thành mới của mỗi chúng em

Để hoàn thành được bài đồ án môn này cho phép nhóm chúng em xin được bày tỏ

lòng biết ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Điện- Trường Đại Học Công

Nghiệp Hà Nội đã truyền thụ những kiến thức vô cùng quý báu và bổ ích trong

thời gian đã qua

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài của chúng em cũng xin được bày tỏ lòng biết

ơn chân thành tới cô: Nguyễn Thu Hà - Bộ Môn Đo Lường Và Điều

Khiển-Khoa Điên- Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Cô đã luôn tận tình giúp đỡ

chỉ bảo, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời

gian tìm hiểu, nghiên cứu và xây dựng đề tài

Em xin chân thàng cảm ơn !

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Đ t v n đ ặt vấn đề ấn đề ề

Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác

máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn Nó có khả năng thay thế

hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay; khả năng

điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh

logic cơ bản; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ;

Biến tần (Inverter, Variable Speed Drive – VSD) là thiết bị dùng để điều

khiển tốc độ động cơ dựa trên sự thay đổi tần số làm việc Trên thế giới hiện

nay, biến tần được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp Ngoài ý nghĩa về mặt

điều khiển, nó còn có nhiều chức năng khác như khởi động mềm, hãm, đảo

chiều, điều khiển thông minh… Trong đa số trường hợp, việc sử dụng biến tần

còn mang lại hiệu quả kinh tế (tiết kiệm điện năng tiêu thụ) Biến tần được

ứng dụng nhiều cho các động cơ có yêu cầu về thay đổi tốc độ như: bơm, quạt,

băng tải, thang máy…

1.2 Lý do ch n đ tài ọn đề tài ề

Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường được sử dụng

trong khu công nghiệp, khu dân cư, các chung cư, khách sạn và tòa nhà cao

tầng, hệ thống phân phối nước sạch trong mạng lưới cấp nước sinh hoạt, các

trạm cấp nước nông thôn… Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được

thiết kế theo phương pháp truyền thống với đặc điểm là các bơm được khởi

động trực tiếp sao/ tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định

mức Phương pháp này có nhược điểm chính là tổn hao điện năng lớn và khó

kiểm soát được áp suất trong đường ống nước

Trên cơ sở những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa

vào những tính năng ưu việt của PLC và biến tần Em xin được lựa chọn đề tài

“Đo, cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống cho một bơm” với những

chức năng cơ bản giống với một hệ thống biến tần sử dụng 1 bơm

1.3 Mục đích

Mục đích của đề tài là ổn định áp suất trong đường ống ở một ngưỡng

đặt trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần, hệ thống bơm dựa

trên tín hiệu mà cảm biến áp suất trong đường ống đưa về

1.4 Phương pháp đo

1.4.1 Định nghĩa:

Áp suất là đại lượng có giá trị bằng tỉ số giữa lực tác dụng vuông góc lên một mặt

với diện tích của nó

Đối với các chất lỏng, khí hoặc hơi ( gọi chung là chất lưu), áp suất là một

thông số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học của chúng

Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm

bảo an toàn thiết bị, cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiển hoạt động của

máy móc thiết bị có sử dụng chất lưu

Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất là Pascal: 1 Pascal là áp suất tạo

bởi một lực có độ lớn bằng 1N phân bố đồng đều trên một diện tích 1m 2 theo

hướng pháp tuyến

1.4.2 Nguyên lý đo áp suất

Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu là áp suất tĩnh Do vậy,

đo áp suất chất lưu thực chất là xác định lực tác dụng lên một diện tích thành bình

Đối với chất lưu không chuyển động chứa trong một ống hở đặt thẳng đứng, áp

suất tĩnh tại một điểm M cách bề mặt tự do một khoảng h được xác định theo công

thức:

p = p0 + ρghghTrong đó: p0 là áp suất khí quyển

ρgh: khối lượng riêng của chất lưu

g: gia tốc trọng trường

Để đo áp suất tĩnh có thể tiến hành bằng các cách sau:

- Đo áp suất chất lưu lấy qua một lỗ được khoan trên thành bình nhờ cảm biến

thích hợp

- Đo trực tiếp biến dạng của thành bình do áp suất gây nên

Trong cách đo thứ nhất, phải sử dụng một cảm biến đặt sát thành bình Trong

trường hợp này, áp suất cần đo được cân bằng với áp suất thủy tĩnh do cột chất

lỏng mẫu tạo nên hoặc tác động lên một vật trung gian có phần tử nhạy cảm với

lực do áp suất gây ra Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường

trang bị thêm bộ phận chuyển đổi điện

Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình các cảm biến đo ứng suất để

đo biến dạng của thành bình

Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) là tổng áp suất tĩnh (pt) và áp

suất động (pđ):

p = pt + pđ

Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên khi chất lỏng không chuyển động

Áp suất động do chất lưu chuyển động gây nên và có giá trị tỷ lệ với bình phương

vận tốc chất lưu :

ρ =ρ v2

Trong đó ρ là khối lượng riêng chất lưu

Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển

thành áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng Do vậy áp suất

động được đo thông qua chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh Thông

thường việc đo hiệu áp suất (p - pt) thực hiện nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ra

của một ống Pitot (như hình vẽ bên dưới), trong đó cảm biến (1) đo áp suất tổng,

cảm biến (2) đo áp suất tĩnh

Hình 1 cảm biến áp suất

Hình 1.2 Đo áp suất động bằng ống pitol

Có thể đo áp suất động bằng cách đặt áp suất tổng lên mặt trước và áp suất

tĩnh lên mặt sau của một màng đo, như vậy tín hiệu do cảm biến cung cấp chính là

chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh

1, màng đo

2, phần tử áp điện

Hình 1.3 Đo áp suất động bằng màng

1.5 Tìm hiểu về PLC S7-200

1.5.1 khái quat về PLC S7-200

A.Giới thiệu về PLC

PLC ( Programmable Logic Controller ): là thiết bị điều khiển đặc biệt, dựa trên bộ

vi sử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật

toán để diều khiển máy, và các thiết bị khác, nó cũng được sử dụng trong các ứng

dụng công nghiệp và thương mại

Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuât

đầu tiên cho thiết bị điêù khiển lô gíc khả lập trình Mục đích đầu tiên là thay thế

cho các tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải

thay thể các rơ le do hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm Mục đích

thứ hai là tạo ra một thiều bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi

chương trình điều khiển Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính

công nghiệp, mà ưu điểm chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên

và các kỹ sư sản xuất Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm

thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và

thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển

trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi là

PLC

Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969

đã đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le Các thiết bị

này được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản

xuất và có độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le Các ứng dụng của PLC đã nhanh

chóng rộng mở ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác

Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy

cao và khả năng lập trình dễ dàng Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch

Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các

khả năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn Các PLC có trang bị vi

xử lý có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm

tăng khả năng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp Các PLC

không chỉ dừng lại ở chổ là các thiết bị điều khiển lô gíc,nó còn có khả năng thay

thế cả các thiết bị điều khiển tương tự Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền

dữ liệu đã trở nên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử Các

PLC có thể điều khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét Các PLC có thể trao

đổi dữ liệu cho nhau và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn

Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp

dùng cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế

cho các thiết bị “cứng” như các rơ le, cuộn hút và các tiếp điểm

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp

Chúng được sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế biến dầu, công

nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công

nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công

nghiệp khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống

đảm bảo an toàn, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều

khiển máy công cụ CNC vv Các PLC có thể được kêt nối với các máy tính để

truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê,

quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình

điều khiển từ xa

Sự ra đời của máy tính cá nhân PC trong những năm tám mươi đã nâng cao

đáng kể tính năng và khả năng sử dụng của PLC trong điều khiển máy và quá trình

sản xuất Các PC giá thành không cao có thể sử dụng như các thiêt bị lập trình và

là giao diện giữa người vận hành và hệ thống điêu khiển Nhờ sự phát triển của các

phần mềm đồ hoạ cho máy tính cá nhân PC, các PLC cũng được trang bị các giao

diện đồ hoạ để có thể mô phỏng hoặc hiện thị các hoạt động của từng bộ phận

trong hệ thống điêu khiển Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các máy

CNC, vì nó tạo cho ta khả năng mô phỏng trước quá trình gia công, nhằm tránh các

sự cố do lập trình sai Máy tính cá nhân PC và PLC đều được sử dụng rộng rãi

trong các hệ thống điều khiển sản xuất và cả trong các hệ thống dịch vụ

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới Về nguyên lý

hoạt động, các PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử

dụng thì chúng hoàn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất

PLC khác với các máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ

điều hành Khi được bất lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ

nhớ của nó, chứ không thể chạy được hoạt động nào khác Một số hãng sản xuất

PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley,

Rocwell, Fanuc là các hãng chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới Các PLC của

các hãng này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự

động hoá

B: Ư u nhược điểm PLC

Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho

các hệ thống công nghiệp Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá

trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn

PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý

do sau:

-Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ

điều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng

- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy

tính thông thường

-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả

năng thay thế hàng trăm rơ le

- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ

các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động

và nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này

- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có

thể giao tiếp với môi trường công nghiệp Trong khi đó các PLC có thể giao diện

trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O

- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang,

tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh

chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ

lập trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng

C: Cấu trúc chung PLC

 Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào

 CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ

hoặc quá trình

 Vùng nhớ

 Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự Các ngõ vào

dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng

để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình

 Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối

CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa

các trạm trong mạng

 Các loại module chức năng (FM: Function Module): Ví dụ các module điều

khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ…

- Phân loại:

 PLC thường được phân làm hai loại theo cấu trúc phần cứng:

o PLC kiểu hộp đơn

o Thường sử dụng trong các thiết bị lập trình cỡ nhỏ

o Được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc bao gồm cả bộ nguồn, bộ xửlý, bộ

nhớ và các thiết bị nhập xuất

 PLC kiểu module

o Kiểu module gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý,…

o Các module thường được lập trên các rãnh bên trong hộp kim loại

o Sự phối hợp các module cần thiết tuỳ theo công dụng do ngừơi dùng xác

định ⇒khá linh hoạt

- CPU thường có:

+ Bộ thuật toán và logic: xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ)

và các phép toán logic

+ Bộ nhớ (thanh ghi): dùng để lưu trữ thông tin

+ Bộ điều khiển: chuẩn thời gian của các phép toán

D: Cấu trúc bên trong của PLC

Hình 1.4 cấu trúc bên trong PLCMột hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm (CPU:

Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)

Trong đó:

 Thiết bị đầu vào gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như nút nhấn,

cảm biến, công tắc hành trình…

 Input, Output: các cổng nối phía đầu vào ra của PLC hay các Module mở

rộng

 Cơ cấu chấp hành gồm các thiết bị điều khiển như: chuông, đèn, contactor,

động cơ, van khí nén, heater, máy bơm, led hiển thị…

 Chương trình điều khiển: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output đầu ra

theo tín hiệu Input đầu vào như mong muốn Các chương trình điều khiển được tạo

ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay ( Hand – Hold programmer

PG) hoặc chạy bằng phần mềm điều khiển trên máy tính sau đó được nạp vào PLC

thông qua cáp kết nối PLC với máy tính ( hay PG)

 Khối điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit) gồm ba phần:

Bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp

 Có nhiều loại bộ nhớ để người sử dụng lựa chọn theo mục đích hay yêu cầu

sử dụng

 ROM ( Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc không nhớ, dùng lưu trữ

chương trình cố định, không thay đổi thường dùng cho nhà sản xuất PLC

 RAM ( Random Access Memory) : bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu

dữ liệu và chương trình cho người sử dụng

 EPROM: ROM lập trình có thể xóa được

 EEPROM: Electrically EPROM

Thiết bị nhập xuất:

- Tín hiệu nhập từ các bộ cảm biến có thể là:

 Tín hiệu analog: từ các bộ cảm biến nhiệt độ, áp suất,…

 Tín hiệu rời rạc: từ các công tắc trực tiếp, gián tiếp (công tắc điện từ, công

tắc kiểu điện dung…)

 Chuỗi xung: từ encoder.

- Tín hiệu xuất ra có thể dưới dạng:

 Tín hiệu analog: điều khiển động cơ…

 Tín hiệu số: điều khiển contactor, van điều khiển hướng trong các van

solenoid…

1.5.2: Nguyên tắc thực hiện chương trình:

- PLC thực hiện chương trình theo chu trình vòng lặp Mõi vòng lặp được gọi

là vòng quét Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện tư lệnh đầu tiên

và kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND)

- Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm sau

STEP7-Micro/WIN

- Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính

(main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt

- Chương trình con là một bộ phận của chương trình chính, thực hiện mỗi khi

được gọi từ chương trình chính Ưu điểm của chương trình con:

- Giảm kích thước chương trình chính

- Thời gian quét giảm (nếu không thoả điều kiện thì sẽ không nhảy tới chương

trình con)

- Dễ dàng sao chép qua các chương trình khác

- Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình Chương trình

- phục vụ ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xuất hiện Sự kiện ngắt đã được

định nghĩa trước trong hệ thống

Hình 1.5 vòng quyét của PLC

1.5.3 Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY

Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY

Thông tin: - Nguồn cấp: 85-264VAC 47-63Hz

- Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm

- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words

- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words

- Bộ nhớ loại EEFROM

- Có 14 cổng vào, 10 cổng ra

- Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog

- Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37μss

- Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực

- Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz

- Có 2 bộ điều chỉnh tương tự

- Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…

- Đồng hồ thời gian thực

- Chương trình được bảo vệ bằng Password

- Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi

PLC bị mất điện

- Xuất sứ: Siemens Germany

Hình 1.6 hình ảnh của PLC S7-200 CPU-224

- CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc,

mức 0 là 0Vdc) 10 ngõ ra dạng relay

Mô tả các đèn báo trên S7-200:

- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.

- RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và

thực hiện chương trình nạp ở trong máy

- STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng,

không thực hiện chương trình hiện có

- Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x Đèn sáng

tương ứng mức logic là 1

- Qx.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x Đèn sáng

tương ứng mức logic là 1

Cách đấu nối ngõ vào ra PLC:

Hình 1.7 Sơ đô đấu nối ngõ vào ra của PLC

Cách đấu nối S7-200 và các module mở rộng:

- S7-200 và module vào/ra mở rộng được nối với nhau bằng dây nối Hai đầu

dây nối được bảo vệ bên trong PLC và module.Chúng ta có thể kết nối PLC

và module sát nhau để bảo vệ hoàn toàn dây nối CPU224 cho phép mở rộng

tối đa 7 module

PLC S7-200 có các module analog mở rộng như sau:

 EM 231 : gồm có 4 ngõ vào analog

 EM 232 : gồm có 2 ngõ ra analog

 EM 235 : gồm có 4 ngõ vào và 1 ngõ ra analog

 Với đê tài chúng em chọn module analog EM 235

1.5.4 Module analog EM235

1.5.4.1 Khái niệm về analog

Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý

các tín hiệu số

 Analog input

Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D) Nó chuyển tín hiệu

tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra Dùng để kết nối các thiết bị đo

với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ

 Analog output

Analog output cũng là một phần của module analog Thực chất nó là một

bộ biến đổi số - tương tự (D/A) Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín

hiệu tương tự ở đầu ra Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự

Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ

biến tần 0-50Hz

1.5.4.2 Giới thiệu về Module analog EM 235

EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các

bộ chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong)

Hình 1.8 module analog em 235

Hình 1.9 hình ảnh module EM235

1.5.4.3 Các thành phần của module analog EM235.

4 đầu vào tương tự

được kí hiệu bởi

A+ , A- , RA Các đầu nối của đầu vào AB+ , B- , RB Các đầu nối của đầu vào B

các chữ cái

A,B,C,D

C+ , C- , RC Các đầu nối của đầu vào CD+ , D- , RD Các đầu nối của đầu vào D

1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO) Các đầu nối của đầu ra

Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân

giải

Sơ đồ khối của đầu vào Analog

Hình 1.10 Sơ đồ khối của đầu vào Analog

Sơ đồ khối đầu ra Analog

Hình 1.11 Sơ đồ khối đầu ra Analog

1.5.4.4 Định dạng dữ liệu

A / Dữ liệu đầu vào:

Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)

Định dạng:

+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA):

b/ Dữ liệu đầu ra:

- Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…)

Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 0 ¿ 32000 thành tín hiệu

điện áp đầu ra 0 ¿ 10V

+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ ± 10V, ± 10mA,): Kiểu này các

module Analog output của S7-200 không hỗ trợ

MSB LSB

15 4 3 2 1 0

RA A+

Kiểu tín hiệu đối xứng ( ± 10V, ±

a/ Đầu vào tương tự:

- Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp:

Hình 1.12 Sơ đồ đầu vào điện áp

- Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện:

RA A+

A-4-20

MHoặc :

Hình 1.13 Sơ đồ đầu vào dòng điện

b/ Đầu ra tương tự:

+

VO IO

Tải điện áp Tải dòng điện

M L+

Nguồn

24 VDC

Hình 1.14 Sơ đồ đâu ra tương tự

c/ Cấp nguồn cho Module:

Hình 2.15 Sơ đồ cấp nguồn cho module EM235

Tổng quát cách nối dây:

Hình 2.16 Sơ đồ tổng quát cách nối dây

1.5.4.6 cài đặt dải tín hiệu vào

Module EM 235 cho phép cài đặt dải tín hiệu và độ phân giải của đầu vào bằng

switch:

Sau đây là bảng cấu hình :

Dải không đối xứng Dải đầu vào Độ phan giải

1.5.4.7 Trình tự thiết lập và căn chỉnh cho module analog

A / Căn chỉnh đầu vào cho module analog

- Hãy tắt nguồn cung cấp cho module

- Gạt switch để chọn dải đo đầu vào

- Bật nguồn cho CPU và module Để module ổn định trong vòng 15 phút.

- Sử dụng các bộ truyền, nguồn áp, hoặc nguồn dòng, cấp giá trị 0 đến một

trong những đầu vào

- Đọc giá trị nhận được trong CPU

- Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0 (căn chỉnh điểm

không) , hoặc giá trị số cần thiết kế

- Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo

- Đọc giá trị nhận được trong CPU

- Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh GAIN để đọc được giá trị là 32000, hoặc giá

- Dây dẫn tín hiệu phải có lớp bảo vệ chống nhiễu

- Các đầu vào analog không sử dụng phải được nối ngắn mạch (ví dụ A+ nối

với A-)

1.5.5 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn

trong công nghiệp.

Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc

dòng điện Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu

không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng Vì vậy người ta

cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp

hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến

Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín

hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2

loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện

- Điện áp : 0 – 10V, 0-5V, ± 5V…

- Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA, ± 10mA

Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn Vì

vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công

nghiệp

Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm

biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và

chuyển đổi đo ( bộ transducer)

Hinh 1.8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến và module analog