Bài giảng : Điều khiển lập trình PLC

tài liệu “Bộ điều khiển lập trình được và bộ mở rộng” đưa ra các ý tưởng để nghiên cứu 1 cách hiệu quả về phương pháp điều khiển có sử dụng PLC trong lĩnh vực điều khiển cho các giáo viên dạy nghề, học sinh và là tài liệu tham khảo phong phú cho các kỹ thuật viên, đội ngũ công nhân kỹ thuật trong các nhà máy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KHAI THÁC TS

BỘ MÔN ĐIỆN – ĐTHH

Nha Trang 2010

 Phân tích, thiết kế, viết chương trình sử dụng PLC.

Tài liệu tham khảo

SIMATIC S7-200 – NXB Nông nghiệp 1997

[3] Sổ tay hướng dẫn sử dụng FX-TRN-BEG-E – Khoa Điện Trường

ĐH Công nghiệp Tp.HCM, Công ty TNHH Sa Giang

trong công nghiệp - NXB KHKT - 2008

Edition 04/2002

[8] Visual Guide to Programming OMRON PLCs

NỘI DUNG

Chương 1 Đại cương về điều khiển lập trình Chương 2 Cấu trúc và phương pháp hoạt động của PLC

Chương 3 Các phép toán nhị phân của PLC Chương 4 Các phép toán số của PLC

Chương 5 Các họ PLC khác

PLC là thiết bị điều khiển Logic lập trình cho

phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển Logic thông qua 1 ngôn ngữ lập trình

PLC

( P rogrammable L ogic C ontrol)

Các loại PLC S7 của Siemens

S7-200

S7-300

S7-400

Vai trò của PLC

 Trong một hệ thống tự động, nói chung PLC

đuợc ví như là “con tim” của hệ thống điều

khiển

 Với chương trình ứng dụng điều khiển (được lưu trữ trong bộ nhớ PLC) trong việc thực thi,

PLC thường xuyên giám sát tình trạng hệ thống

qua tính hiệu phản hồi của thiết bị đầu vào Sau

đó sẽ dựa vào sự hợp lý của chương trình để xác định tiến trình hoạt động được thực hiện ở những thiết bị xuất cần thiết

PLC có thể được sử dụng điều khiển những nhiệm vụ đơn giản có tính lặp đi lặp lại hoặc một vài nhiệm vụ có thể được liên kết cùng nhau với thiết bị điều khiển chủ hoặc máy tính chủ khác qua một loại mạng giao tiếp để tích hợp điều khiển của một quá trình phức tạp.

Ưu điểm của PLC

Những bất lợi của bảng điều khiển cổ điển

 Có quá nhiều dây trong bảng điều khiển

 Sự thay đổi hoàn toàn khó khăn

 Việc sửa chữa vô cùng phiền phức vì bạn phải cần đến nhà kỹ thuật giỏi

 Tiêu thụ điện năng lớn khi cuộn dây của rờ – le tiêu thụ

Thuận lợi của điều khiển lập trình

Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơ le

Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình (phần mềm) điều khiển

Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống

Nhiều chức năng điều khiển

Tốc độ cao

Công suất tiêu thụ nhỏ

Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt

Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng

Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

12 06/19/24 10:26

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

13

 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 đóng 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.

13 06/19/24 10:26

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

14

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

+ 50% cho phần cứng của 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.

14 06/19/24 10:26

Ứng dụng của PLC

PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, Máy nông nghiệp, Thiết bị y tế, Oâtô (xe hơi, cần cẩu)…

Thay đổi hệ thống

nhanh chóng và dễ dàng

Kích thước nhỏ gọn

Sử dụng bộ điều khiển PLC

Phân loại phương pháp điều khiển

 Trong lĩnh vực điều khiển

Phương pháp điều khiển nối cứng

Phương pháp đièu khiển lập trình được

 Trong các hệ thống điều khiển nối cứng:

Nối cứng có tiếp điểm

Nối cứng không tiếp điểm

Nối cứng cĩ tiếp điểm

 Dùng các khí cụ điện như rơle, công tắc tơ kết hợp với các bộ cảm biến, các nút nhấn,

công tắc Các khí cụ điện này được nối lại với

nhau theo một mạch điện cụ thể để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định

Thí dụ: Mạch điều khiển đảo chiều quay, mạch

khởi động giới hạn dòng hay mạch điều khiển động cơ chạy tuần tự và dừng tuần tự

Điều khiển nối cứng không tiếp điểm

 Dùng các cổng logic cơ bản, các cổng logic đa năng

hay các mạch tuần tự (gọi chung là IC số), kết hợp

với các bộ cảm biến, các nút nhấn, công tắc

 Các IC số này cũng được nối lại với nhau theo một

sơ đồ logic cụ thể để thực hiện một yêu cầu công

nghệ nhất định

 Các mạch điều khiển nối cứng sử dụng các linh kiện điện tử công suất như SCR, Triac để thay thế công tắc tơ trong các mạch đông lực

Trong hệ thông điều khiển nối cứng, các linh kiện hay khí cụ điện được nối vĩnh viễn với nhau

Do đó, khi muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển thì phải nối dây lại toàn bộ mạch điện Với các hệ thống phức tạp thì không hiệu quả và rất tốn kém

Phương pháp điều khiển nối cứng được thực

hiện theo các bước sau :

Phương pháp điều khiển lập trình được

 Trong các hệ thống điều khiển lập trình được, cấu trúc của bộ điều khiển và cách nối dây độc lập với chương trình

 Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển đựơc ghi trực tiếp vào bộ nhớ của bộ điều khiển nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình (PG) hay máy vi tính (PC)

 Để thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần thay

đổi nội dung bộ nhớ của bộ điều khiển, phần nối dây bên ngoài không bị ảnh hưởng Đây là ưu điểm lớn

nhất của phương pháp lập trình điều khiển được

Qui trình thiết kế điều khiển dùng PLC:

1 Xác định được qui trình điều khiển

2 Xác định tín hiệu vào ra

3 Soạn thảo chương trình

4 Nạp chương trình cho PLC

5 Chạy chương trình

Cấu trúc của PLC

Bộ lập trình Module mở rộng

PLC

Cấu trúc phần cứng của PLC

Bộ xử lý trung tâm (Central Processing

Unit): là một vi xử lý định hướng hoạt

động của PLC Nó thực hiện các lệnh trong chương trình, xử lý tín hiệu xuất nhập và liên lạc với các thiết bị ngoại vi.

 Bộ nhớ: có nhiều loại bộ nhớ Đó là vùng chứa hệ điều hành và vùng bộ nhớ của người sử dụng:

 ROM (Read Only Memory)

 RAM (Random Access Memory)

 EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)

 EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only

Memory)

Cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC

 Mạch đầu vào (Input Unit) là các mạch điện tử

làm nhiệm vụ phối ghép chuyển đổi giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu sử dụng trong PLC Kết quả của việc xử lý sẽ được lưu ở vùng nhớ Input.

 Mạch đầu vào được cách ly về điện với các mạch trong PLC nhờ các diod quang

sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC (vùng nhớ Output) thành tín hiệu điều khiển như đóng mở rơle…

Thiết bị lập trình

Các dạng tín hiệu ngõ vào của PLC

Nút nhấn thường mở

Nút nhấn thường đóng

Công tắc thường mở

Công tắc thường mở

Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thường mở

Các thiết bị vào thường gặp

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

33

Các thiết bị ra thường gặp

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

35

PLC S7-200 điều khiển thiết bị

Bóng đèn

Công tắc

Điều khiển dùng PLC

Điều khiển

Cơ cấu chấp hành

Điều khiển qua contactor

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

41

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

43

Gắn PLC lên Rail

CPU Module mở rộngGiá đỡ

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

44

Số module mở rộng tối đa

Chiều mở rộng

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

45

Đèn báo hiệu

Đèn hiệu ngõ ra

Đèn hiệu ngõ vào Đèn hiệu RUN/STOP

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

46

Đặt tên cho các ngõ vào ra

8 bit = 1 byte

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

47

Kết nối tín hiệu ngõ vào cho PLC

COM ngõ vào

Ngõ vào PLC Nguồn 24Vdc ra từ PLC

Nút nhấn Công tắc

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

48

Kết nối tín hiệu ngõ ra của PLC

Ngõ ra của PLC Bóng đèn Relay

COM ngõ ra

Cấp nguồn AC cho PLC

Biên soạn: Bùi Thúc Minh

49

Kết nối tín hiệu PLC

Công tắc

Đèn

Cấu trúc bộ nhớ

Chương trình Tham số Dữ liệu Vùng đối tượng

Chương trình Tham số Dữ liệu

Chương trình Tham số Dữ liệu

EEPROM Miền nhớ ngoài

Tụ

Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình

Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: Từ khĩa, địa chỉ trạm…

Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đếm truyền thơng…

Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng

Vùng dữ liệu

V : Variable memory.

I : Input image register.

O : Output image register.

M : Internal memory bits.

SM : Special memory bits.

Truy xuất dữ liệu bằng địa chỉ vùng nhớ

Cách gọi tên Byte.Bit

So sánh cách gọi tên Byte, Word, và Double-Word đến cùng một địa chỉ

Biểu diễn các số

 Số thực (hay còn gọi là chấm động) có thể biểu diễn bằng một con số đơn, chính xác, 32 bit có định dạng như sau: từ +1.175495E-38 đến +3.402823E+38 cho phần dương, và từ -1.175495E-38 đến -3.402823E+38 cho phần âm Số thực được truy xuất theo độ dài vùng nhớ là Double-Word

Cách gọi tên thanh ghi đệm ngõ vào (I)

 Ngay khi bắt đầu mỗi vòng quét, CPU sẽ lấy thông tin

các ngõ vào và ghi các giá trị này vào thanh ghi đệm ngõ vào Chúng ta có thể truy xuất thanh ghi đệm ngõ vào

theo Bit, Byte, Word, hay Double-Word

 Định dạng:

Cách gọi tên thanh ghi đệm ngõ ra (Q)

 Ngay thời điểm kết thúc mỗi vòng quét, CPU sẽ chép

các giá trị lưu trữ trong các thanh ghi đệm ngõ ra vào các ngõ ra Chúng ta có thể truy xuất thanh ghi đệm ngõ

vào theo Bit, Byte, Word, hay Double-Word

 Định dạng:

Cách gọi tên vùng nhớ biến (V)

 Chúng ta có thể sử dụng vùng nhớ V để lưu trữ các kết

quả tức thời của thao tác được điều khiển bởi các điều

khiển logic trong chương trình

 Vùng nhớ V có thể được truy xuất theo Bit, Byte, Word,

hay Double-Word.

 Định dạng:

Cách gọi tên vùng nhớ Bit (M)

 Vùng nhớ M như các relay điều khiển để lưu trữ các trạng thái tức thời của thao tác hay các thông tin điều khiển khác

 Truy xuất vùng nhớ này theo Bit Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể truy xuất nó theo Byte, Word, hay Double-

Word.

 Định dạng:

Cách gọi tên vùng nhớ relay điều khiển

tuần tự (S)

 Định dạng:

Cách gọi tên các bit nhớ đặc biệt (SM)

Cách gọi tên vùng nhớ Timer (T)

 Trong CPU S7-200, các timer là các thiết bị thực hiện

nhiệm vụ đếm thời gian Các timer của S7-200 có các độ phân giải như 1ms, 10ms, 100ms

 Định dạng:

Cách gọi tên vùng nhớ Counter (C)

 CPU S7-200, các counter là các thiết bị thực hiện nhiệm

vụ đếm mỗi lần chuyển trạng thái từ thấp lên cao khi có

tín hiệu ở ngõ vào của counter

 Định dạng:

Sử dụng các giá trị hằng số

Ví dụ:

Địa chỉ truy nhập được qui ước với công thức

 Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+).(+) chỉ

số bit Ví dụ: V153.2 chỉ bit 2 của byte 153 vùng V

 Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ byte

trong miền Ví dụ: VB153 chỉ byte 153 của vùng V

 Truy nhập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao

của từ trong miền Ví dụ: VW153 chỉ từ đơn gồm 2

byte 153 và 154 thuộc miền V, trong đó byte 153 có vai trò là byte cao trong từ

 Truy nhập theo từ kép: Tên miền (+) D (+) địa chỉ byte

cao của từ kép trong miền

 Ví dụ: VD153 chỉ từ kép gồm 4 byte 153, 154 ,155 và

156 thuộc miền V, trong đó byte 153 có vai trò là byte cao và byte 156 có vai trò là byte thấp trong từ kép

Tính Năng Của Các CPU S7-200

Ví dụ

2 Thực hiện chương trình

1 Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào

bộ đệm ảo

3 Truyền thông và tự kiểm tra

lỗi

4 Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo

ra ngoại vi

Các phương pháp lập trình

 Ladder Diagram (LAD): phương pháp dùng đồ thị để

biễu diễn các ký hiệu logic của relay, contactor

 Statement list (STL): dùng ngôn ngữ gợi nhớ để mô

tả các phép logic và qua đó biểu diễn chức năng điều khiển, dạng chương trình này tương tự như chương trình cho vi xử lý

 Function Block Diagram (FBD): là phương pháp

dùng các khối hàm để mô tả các khối chức năng để thực hiện một phép toán logic nào đó như AND,

OR, EX-OR hoặc chức năng của bộ đếm, bộ định thì

Một số bài tập

 Mạch khởi động trực tiếp động cơ

 Mạch đảo chiều quay động cơ KĐB ba pha

 Mạch khởi động 3 động cơ độc lập & dừng độc lập

 Khởi động tuần tự 3 động cơ

 Mạch khởi động sao/tam giác

Một số lệnh vào/ra

 Lệnh ra

Các lệnh tiếp điểm đặc biệt

Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị của đỉnh ngăn xếp) LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt để tác động vào dòng cung cấp

Các lệnh tiếp điểm đặc biệt

NETWORK 1

LD I0.0

A I0.1

= Q0.0 NOT

EU

S Q0.3, 1

= Q0.4 LPP

ED

R Q0.3, 1

= Q0.5

Giản đồ thời gian

NỘI DUNG

1 Lệnh điều khiển Timer

2 Lệnh điều khiển Counter

3 Một số ví dụ

 Ứng dụng các lệnh Timer, Counter viết

chương trình điều khiển

1 Lệnh điều khiển Timer

vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ.

On-Delay Timer

TIMER Off-Delay Timer

On-Delay Timer Retentive

Các loại Timer

On Delay Timer Off Delay Timer On-Delay Timer Retentive

Thời gian trễ T = PT*độ phân giải

Giá trị đặt

Số hiệu

On Delay Timer

On Delay Timer

OFF => ON

Ton

Giản đồ thời gian

Ton = PT*độ phân giải

Ví dụ cách sử dụng On-Delay Timer

Thời gian trễ T = PT*độ phân giải (T = 100*10ms = 1s)

Off Delay Timer

Off Delay Timer

ON=>OFF

Toff

Giản đồ thời gian

Ví dụ cách sử dụng Off-Delay Timer

Thời gian trễ T = PT*độ phân giải (T = 100*10ms = 1s)

VD cách sử dụng

VD cách sử dụng On-Delay Timer

Retentive

On-Delay Timer Retentive On-Delay Timer

=> Sự khác nhau giữa :

và

2 Lệnh điều khiển Counter

 Counter là bộ đếm thực hiện đếm sườn xung trong S7 200

 Phân loại :

Up Counter

Up/Down Counter

Ví dụ cách sử dụng Down Counter

VD cách sử dụng Up/Down Counter

Đếm số xe vào đoạn đường có giới hạn số lượng xe lưu thông

Ngõ vào

Ngõ ra

Reset

Báo đầy

GIẢN ĐỒ THỜI GIAN

Đầu vào (Input) Đầu ra (Output)

MÔ HÌNH ĐÈN GIAO THÔNG

SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC

Sơ đồ kết nối PLC

CÂU HỎI BÀI TẬP

Timer có nhớ?

khởi động sao/tam giác?

thông ngã tư, một tuyến đường ưu

tiên?

Cách tìm tài liệu trên mạng internet

- www.google.com.vn

=> PLC timer counter siemens “logo!soft

comfort application collection”

- Online Help “ simatic Step 7 – MicroWin 32

DÂY CHUYỀN ĐÓNG HỘP TÁO

băng tải thùng và băng tải táo, cả hai băng tải đều được kéo bởi động cơ điện (xem hình ở trang sau) Dây chuyền hoạt động như sau:

MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN ĐÓNG HỘP TÁO

Yêu cầu

 Khi nhấn nút < START > thì dây chuyền hoạt động, băng tải thùng chạy đưa thùng rỗng đến đúng vị trí của băng tải táo Khi thùng đến đúng

vị trí nó sẽ tác động vào 1 công tắc hành trình (cảm biến CB2 trên hình vẽ) làm trạng thái công tắc này ON Khi đó băng tải thùng dừng và băng tải táo bắt đầu chạy làm táo rơi vào thùng Mỗi khi có một quả táo rơi vào thùng thì cảm biến quang đếm táo (cảm biến CB1 trên hình vẽ) chuyển trạng thái từ OFF sang ON Khi đủ số táo qui định (chẳng hạn 10 trái/thùng) thì băng tải táo dừng lại, băng tải thùng lại chạy để đưa thùng rỗng khác đến đúng vị trí.

 Nhấn < STOP > băng tải dừng lại.

Phân địa chỉ vào/ra

Cảm biến phát hiện thùng I0.3