ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG THỦY KHÍ CÔNG NGHIỆP,Giảng viên : Phạm Tất Thắng ,Bộ môn: Máy và Tự động thủy khí

Khối thiết bị đầu vào Các nút bấm, công tắc  Các công tắc hành trình, cảm biến đo lường 2.. Khái niệm PLC  PLC Programmable Logic Controller : là thiết bị điều khiển lập trình được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PLC

2

I Tổng quan về hệ thống điều khiển trong công nghiệp

II Khái niệm PLC

I Tổng quan về hệ thống điều khiển trong công nghiệp

1 Khối thiết bị đầu vào

 Các nút bấm, công tắc

 Các công tắc hành trình, cảm biến đo lường

2 Khối cơ cấu chấp hành

 Động cơ

 Các loại van

 Thiết bị gia nhiệt

 Thiết bị hiển thị

II Khái niệm PLC

 PLC ( Programmable Logic Controller) : là thiết bị điều khiển

lập trình được, được thiết kế chuyên dùng cho công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp

1 Cấu trúc PLC

Là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính

 Khối đầu vào

 Đầu vào là đầu đưa tín hiệu vào PLC ( Tín hiệu từ nút bấm,

cảm biến…)

 Số lượng đầu vào phụ thuộc loại PLC

 Phân loại đầu vào : Đầu vào Logic, Đầu vào Analog

 Cấu trúc đầu vào như hình vẽ :

 Đặc điểm đầu vào:

- Đầu vào được đánh số:

PLC hãng Omron: 0.00,0.01,…

PLC hãng Siemens: I0.0, I1.1, AIW0…

- Đầu vào được chuẩn hóa ( tín hiệu dạng 24VDC,220VAC,

….)

 Khối đầu ra

 Là đầu đưa tín hiệu ra của PLC.

 Số lượng đầu vào phụ thuộc loại PLC

 Phân loại đầu ra : Đầu ra ghép rơ le, đầu ra ghép transistor, đầu

ra Analog

 Cấu trúc đầu ra như hình vẽ :

Đầu ra rơle Đầu ra ghép transistor

 Đặc điểm đầu ra:

2 Vai trò của PLC

 Khả năng điều khiển logic:

- Thay chức năng rơle.

- Thay chức năng bộ đếm

- Bộ so sánh

- Bộ định thời Timer

- Điều khiển tự động và bán tự động

- Thay chức năng của các phần tử logic khí nén

 Điều khiển liên tục quá trình

- Thực hiện các phép tính số học và logic

- Điều khiển lien tục quá trình: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng.v.v

- Điều khiển các cơ cấu chấp hành: động cơ, van v.v

 Điều khiển tổng thể quá trình.

- Điều khiển quá trình, phát hiện lỗi, báo động

- Ghép nối mạng công nghiệp : DCS, SCADA

 Thời gian lắp đặt công trình ngắn

 Dễ thay đổi mà không gây tổn thất.

 Cần ít thời gian huấn luyện.

 Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.

 Độ tin cậy cao.

 Chuẩn hóa được thiết bị.

 Thích ứng được môi trường khắc nghiệt.

 Thích ứng với sản xuất linh hoạt.

3 Ưu điểm của PLC

PLC có rất nhiều chủng loại và do rất nhiều nhà sản xuất cung cấp Một số hãng điển hình là: SIEMENS ( Đức),

ALLEN-BRADLEY ( Mỹ), OMRON, MITSUBISHI,

PANASONIC( Nhật Bản)….

4 Các họ PLC thông dụng

a Dòng SIMATIC của hãng Siemens

PLC họ SIMATIC được sử dụng phổ biến hiện nay là thế hệ S7 -Loại nhỏ S7-200, với các CPU 212,214,224…

Mô đun đầu vào Analog

Mô đun đầu ra Analog

Loại vừa S7-300, với các CPU 312,315…

Loại lớn S7-400, với các CPU 412,415…

Phần mềm lập trình cho họ này là : Microwin, STEP7

b Họ SYSMAC của OMRON

- Loại nhỏ CPM1, CPM1A, CPM2A…

- Loại vừa CQM1, CQM1H…

- Loại lớn có C200H, C1000H,…

Dòng CPM1

Dòng CQM1

CHƯƠNG 2

CẢM BIẾN VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ CHẤP HÀNH

2 5

1 Nút bấm, chuyển mạch

 Ứng dụng: con người vận hành, điều khiển máy móc thông qua hệ thống các nút bấm, chuyển mạch.

2 Role trung gian

3 Cảm biến

3.1 Phân loại cảm biến

3.2 Các loại cảm biến thông dụng

3.1 Phân loại cảm biến

 Các bộ cảm biến được phân loại theo đặc trưng sau đây:

thích.

Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng kích thích

Hiện tượng Chuyển đổi và đáp ứng kích thích

Vật lý - Nhiệt điện; - Quang điện; - Quang từ

- Điện từ; - Quang đàn hồi; - Từ điện

- Nhiệt từ

Hoá học - Biến đổi hoá học ; - Biến đổi điện hoá

- Phân tích phổ…

Sinh Học - Biến đổi sinh hoá; - Biến đổi vật lý

- Hiệu ứng trên cơ thể sống

Phân loại theo dạng kích thích

Âm

thanh -Biên pha, phân cực; -Phổ; -Tốc độ truyền sóng

Điện -Điện tích, dòng điện; -Điện thế, điện áp

-Điện trường; -Điện dẫn, hằng số điện môi

Từ -Từ trường; -Từ thông, cường độ điện trường; -Độ từ

thẩm Quang -Biên, pha, phân cực,phổ; -Tốc độ truyền

-Hệ số phát xạ, khúc xạ; -Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ

Cơ -Vị trí; -lực ,áp suất; -Gia tốc, vận tốc

-Ứng suất, độ cứng; -Moment; -Khối luợng tỷ trọng -Vân tốc chất lưu, độ nhớt…

Nhiệt -Nhiệt độ; -Thông lượng; -Nhiệt dung, tỉ nhiệt

Bức xạ -Kiểu; -Năng lượng; -Cường độ

3.2 Các loại cảm biến

 3.2.1 Cảm biến có tiếp xúc

 3.2.2 Cảm biến không tiếp xúc

3.2.1.Cảm biến có tiếp xúc

Ưu điểm:

Đơn giản , rẻ tiền, dễ thay thế và thi công

Độ tin cậy cao

Nhược:

Phát hiện vật, đo lường phải cần tiếp xúc

Công tắc hành trình

- Ứng dụng: để nhận biết vị trí của cơ cấu, vị trí này là cố định

a Công tắc hành trình

Nguyên lý hoạt động của công tắc từ

a Công tắc từ

3.2.2 Cảm biến không tiếp

xúc

 Phát hiện vật không cần tiếp xúc

 Đầu cảm biến nhỏ có thể lắp đặt nhiều nơi

 Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt

 Đặc điểm:

ảnh hưởng của nguồn nhiễu hay ảnh hưởng của nguồn ký sinh

 Cảm biến sử dụng điện áp một chiều khoảng 10-30VDC, đầu ra cảm biến chịu dòng điện nhỏ (tối đa khoảng 200mA), đo đó thường

đấu nối ra thiết bị trung gian (rơle trung gian,

bộ điều khiển cảm biến )

b Cảm biến tiệm cận điện dung

 Cảm biến tiệm dung gồm 4 bộ phận chính: Đối tượng phát hiện là chất lỏng, vật liệu phi kim, thuỷ tinh, nhựa Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng

có kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn.

2.2.3 Cảm biến quang

 Nguyên lý hoạt động: Khi chiếu vào nguồn sáng thích hợp vào cảm biến, tính chất dẫn điện của cảm biến thay đổi, làm mạch tín hiệu cảm ứng thay đổi theo Như vậy thông tin ánh sáng được chuyển thành thông tin của tín hiệu điện.

Cảm biến quang thu phát độc lập (Thought Beam)

Đầu thu

Khoảng cách phát hiện

Cảm biến quang phát phản xạ(Retro

G ương ng

Cảm biến quang tán xạ( Diffuse Replective)

Các ứng dụng cảm biến trong công nghiệp

 Sự đa dạng về chủng loại trong các sản phẩm cảm biến đáp ứng được nhiều ứng dụng chuyên sâu trong lỉnh vực tự động hoá công nghiệp Một vài ứng dụng điển hình

 Phát hiện màn trong

 Phát hiện dấu/vết trên nền

 Phát hiện dây băng

 Phát hiện băng niêm phong trên nắp lọ/hộp

 Phát hiện nhãn bằng plastic bóng trên giấy

 Phát hiện nắp nhôn trên chai nước

 Phát hiện chai PET

 Phát hiện mẫu bánh trên băng chuyền

Phát hiện mức sữa/nước trái

cây bên trong hộp

 Phát hiện sữa/nước trái cây bên trong hộp màu trắng, không trong suốt (hộp đã đóng nắp) E3Z-T61 với tia sáng mạnh, có thể xuyên qua lớp vỏ bọc giấy bên ngoài của hộp và do đó có thể phát hiện được sữa/trái cây có bên trong hộp giấy hay không E2K-C là

sensor tiệm cận công suất lớn, nó cũng có thể phát hiện được có chất lỏng bên trong hộp hay không.

Đo đường kính của ống

 Sensor laser với tia sáng song song Z4LC là loại cho phép đo đường kính ống với độ

chính xác cao mà không cần tiếp xúc.

Đo quãng đường di chuyển thẳng

 Dùng để đo hành trình chuyển động thẳng

 Ứng dụng trong các máy công cụ, máy ép.

Encoder

 Dùng để đo vận tốc quay, góc quay

 Ứng dụng trong robot, các hệ truyền động

CHƯƠNG 3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PLC

5 7

5 8

5 Dịch lưu đồ ra giản

đồ thang

6.Lập trình giản đồ thang vào PLC

5 9

Chương trình đúng ?

10 Chạy hệ thống

Đúng Sai

Sai Đúng

6 0

11.Lưu cất chương

trình, bàn giao

Kết thúc

6 1

 Lưu ý trong một số bước lập trình:

triển hệ thống.v.v và chọn PLC có số đầu vào ra lớn hơn hoặc bằng theo yêu

cầu.

Bước 3 : Phân cổng vào ra cho PLC về nguyên tắc nên tuân thủ các nguyên

tắc để thuận tiện cho việc lập trình, theo dõi kiểm tra phát hiện lỗi như sau :

 Phân cổng vào ra theo chức năng yêu cầu: ví dụ đầu vào đếm tốc độ

cao, đầu vào Analog, đầu vào logic, phải đúng với các đầu vào chức năng của PLC

 Phân cổng vào ra có dụng ý: theo tên gọi, hoặc theo trình tự tác động để

tận dụng được các khả năng tín hiệu hoá của PLC dễ theo dõi phát hiện lỗi và

dễ lập trình.

6 2

II Cấu trúc bộ nhớ cho PLC

Chức năng:

- Lưu trữ tạm thời các bảng trạng thái I/O

- Lưu trữ chương trình, dữ liệu, …

6 3

II Cấu trúc bộ nhớ cho PLC

PHÂN CHIA BỘ NHỚ

Gồm 4 vùng:

Vùng chương trình: lưu trữ lệnh chương trình

Vùng tham số: lưu trữ các tham số như từ khóa, địa chỉ,

…

Vùng dữ liệu: lưu trữ dữ liệu của chương trình như kết

quả tính, bộ đệm truyền thông, …

Vùng đối tượng: lưu dữ liệu cho các đối tượng lập trình

như counter, timer, thanh ghi, bộ đệm ngõ vào/ra tương

tự.

6 4

II Cấu trúc bộ nhớ cho PLC

VÙNG NHỚ DỮ LIỆU PLC S7-200

Là miền nhớ động, cóthểtruy cập theo bit, byte, word,

Dword.

Chia làm 5 miền nhỏ:

- Miền I (Input image register)

- Miền Q (Output image register)

- Miền V (Variable Memory)

- Miền M (internal Memory bits)

- Miền SM (Special memory bits)

6 5

II Cấu trúc bộ nhớ cho PLC

VÙNG NHỚ DỮ LIỆU PLC S7-200

Miền I: là thanh ghi đệm, lưu các giá trị ngõ vào khi PLC hoạt động.

Miền Q: thanh ghi đệm, chứa các kết quả chương trình để

điều khiển ngõ ra.

Miền V: lưu các kết quả trung gian khi thực hiện chương

trình.

6 6

II Cấu trúc bộ nhớ cho PLC

VÙNG NHỚ DỮ LIỆU PLC S7-200

Miền M: được sử dụng như các relay điều khiển để lưu trạng thái trung gian của 1 hoạt động hoặc các thông tin điều khiển khác

Miền SM: chứa các bit đểlựa chọn và điều khiển các chức

năng đặc biệt của CPU

6 7

II Cấu trúc bộ nhớ cho PLC

6 8

II Cấu trúc bộ nhớ cho PLC

PHƯƠNG THỨC TRUY CÂP BỘ NHỚ

Theo Bit: tên miền + địa chỉbyte + ‘.’+ chỉsốbit

Theo Double word: tên miền + D + địa chỉ word cao của

double word VD0, QD2, ID1, …

(VD0 = VW0 VW2 = VB0 VB1 VB2 VB3)

6 9

III Các lệnh cơ bản cho PLC

PLC có 3 ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ liệt kê dòng lệnh (STL)

Ngôn ngữ giản đồ thang (LAD)

Ngôn ngữ khối chức năng ( FBD)

7 0

III Các lệnh cơ bản cho PLC

Ngôn ngữ liệt kê dòng lệnh (STL)

Sử dụng các lệnh gợi nhớ.

Phù hợp cho người có kinh nghiệm lập trình.

Điều khiển nhiều chức năng hơn LAD và FBD.

Có thể từ STL chuyển sang LAD và FBD.

7 1

III Các lệnh cơ bản cho PLC

Ngôn ngữ giản đồ thang (LAD)

Chương trình tương tự như sơ đồ nối dây mạch điện.

Mô phỏng chuyển động của dòng điện từ nguồn qua các điều kiện ngõ vào tác động đến ngõ ra.

Phù hợp với người mới bắt đầu.

7 2

III Các lệnh cơ bản cho PLC

Ngôn ngữ giản đồ thang (LAD)

Sử dụng các lệnh như các khối logic.

Chương trình là sự kết nối các hộp.

7 3

III Các lệnh cơ bản cho PLC

1 Lệnh LD (LoaD) :

Lệnh LD dùng để đặt một công tắc logic thường mở vào chương trình

Chương trình STL: lênh LD luôn xuất hiện ở vị trí

đầu tiên của một nhánh chương trình hoặc mở đầu một

khối logic

Cú pháp: LD bit

Toán hạng

Địa chỉ Loại dữ liệu Vùng biến nhớ

bit bool I,Q,V,M

Ví dụ: LD I0.1

7 4

III Các lệnh cơ bản cho PLC

Chương trình dạng LAD: lệnh LD thể hiện công tắc

logic thường mở đầu tiên nối trực tiếp với bus bên trái

của một nhánh chương trình hay công tắc thường mở

đầu tiên của logic

7 5

III Các lệnh cơ bản cho PLC

Địa chỉ Loại dữ liệu Vùng biến nhớ

bit bool I,Q,V,M

Ví dụ: LDN I0.1

7 6

III Các lệnh cơ bản cho PLC

Chương trình dạng LAD:

Địa chỉ Loại dữ liệu Vùng biến nhớ

bit bool I,Q,V,M…

Ví dụ: = Q0.0

III Các lệnh cơ bản cho PLC

III Các lệnh cơ bản cho PLC

4 Lệnh SET / RESET :

-Lệnh SET dùng để đặt trạng thái của bit về mức logic 1 vĩnh viễn

- Lệnh RESET dùng để đặt trạng thái của bit về mức logic 0 vĩnh

III Các lệnh cơ bản cho PLC

III Các lệnh logic cho PLC

7 Lệnh ALD ( AND LOAD)

Nối nối tiếp 2 tổ hợp khối

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 1: chuyển chương trình dạng Ladder sang STL

1.

2.

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 2: chuyển chương trình dạng STL sang Ladder

III Các lệnh logic cho PLC

8 Lệnh khai báo điểm rẽ nhánh và gọi lại điểm rẽ nhánh

( LPS , LPP)

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 1: chuyển chương trình dạng Ladder sang STL

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 2:

Ban đầu xilanh ở vị trí KH1.

Bấm nút Start, xilanh chuyển động

tịnh tiến ra đẩy chi tiết và quay trở lại

khi gặp KH 2 Xilanh chuyển động

lùi về và dừng lại khi gặp KH1

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 3:

Ban đầu xilanh ở vị trí KH1.

Bấm nút Start, xilanh chuyển động

tịnh tiến ra đẩy chi tiết và quay trở lại

khi gặp KH 2 Xilanh chuyển động

lùi về và dừng lại khi gặp KH1

III Các lệnh logic cho PLC

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 4:

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 5: Máy cắt phôi tự động

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 6: Bơm nước thải

Bể nước

10 0

III Các lệnh logic cho PLC

Ví dụ 8: Hệ thống vận chuyển sản phẩm

10 1

III Các lệnh logic cho PLC

9 Lệnh phát hiện sườn lên EU ( Edge Up)/ Sườn xuống

10 2

III Các lệnh logic cho PLC

10 3

IV Các bit đặc biệt hay dùng

10 4

V Bộ định thì- Timer

1 Định nghĩa:

Là bộ đếm xung có chu kỳ xác định và khi được kích hoạt

nó sẽ thực hiện đủ số xung tương ứng với thời gian cần đã đặt

Thời gian trễ = n x độ phân giải

n: số xung

độ phân giải: 1ms, 10ms, 100ms

T33-T36 T97-T100 100ms T37-T63

T101-255 T37-T63T101-255 T37-T63T101-255

10 5

V Bộ định thì- Timer

2 Lệnh TON ( On Delay):

10 6

V Bộ định thì- Timer

2 Lệnh TOF ( Off Delay):

10 7

V Bộ định thì- Timer

Ví dụ 1:

10 8

V Bộ định thì- Timer

Ví dụ 2:

10 9

V Bộ định thì- Timer

Cảm biến vùng:

11 0

V Bộ định thì- Timer

Ví dụ 2:

11 1

KH2

1

2

11 2

11 3

11 4

M0.1

M0.2

11 5

V Bộ định thì- Timer

VD2.1

11 6

V Bộ định thì- Timer

11 7

V Bộ định thì- Timer

11 8

11 9

V Bộ định thì- Timer

VD4

KH1 KH2 KH3 KH4

XL1

XL2

12 0

12 1

12 2

V Bộ định thì- Timer

Ví dụ 3: Đèn giao thông

Điều khiển tín hiệu đèn giao thông ở các ngã

tư với các thông số về thời gian như sau:

Đèn xanh sáng 25s, đèn Vàng sáng 5s,

đèn Đỏ sáng 30s,

Khởi động hệ thống bằng nhấn

nút PB_Start, dừng bằng cách nhấn PB_Stop

12 3

12 4

V Bộ định thì- Timer

12 5

V Bộ định thì- Timer

12 6

V Bộ định thì- Timer

12 7

V Bộ định thì- Timer

Ví dụ 3: Máy ép

12 8

Bộ đếm dùng để đếm sự kiện xảy ra

Có 2 loại bộ đếm: + Đếm tăng ( Counter-Up)

+ Đếm giảm ( Counter-Down) + Đếm thuận nghịch

V Bộ đếm - Counter

12 9

1 Bộ đếm tăng – CTU

Đếm số sườn lên của tín hiệu đầu vào, kết quả đếm này

được so sánh với giá trị đặt Khi giá trị tức thời này

lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt thì bit Cxx có giá trị

logic 1

V Bộ đếm - Counter

Cú pháp: CTU Cxx PV

CU: đầu vào xung đếm

R : đầu vào Reset

PV :giá trị đặt Cxx: C0-C255

13 0

1 Bộ đếm tăng – CTU

Đếm số sườn lên của tín hiệu đầu vào, kết quả đếm

này được so sánh với giá trị đặt Khi giá trị tức thời

này lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt thì bit Cxx có giá trị

logic 1

V Bộ đếm - Counter

Cú pháp: CTU Cxx PV

CU: đầu vào xung đếm

R : đầu vào Reset

PV :giá trị đặt VW; T; C; IW; QW; MW; SMW;

AC; AIW; Constant

Cxx: C0-C255

13 1

2 Bộ đếm lùi – CTD

Đếm số sườn lên của tín hiệu đầu vào Bộ counter sẽ

đếm lùi bắt đầu từ giá trị đặt Khi giá trị tức thời này

bằng 0 bit Cxx có giá trị logic 1

V Bộ đếm - Counter

Cú pháp: CTD Cxx PV

CD: đầu vào xung đếm

LD : đầu vào đặt giá trị ban đầu

PV :giá trị đặt VW; T; C; IW; QW; MW; SMW;

AC; AIW; Constant

Cxx: C0-C255

13 2

V Bộ đếm - Counter

13 3

3 Bộ đếm tiến/ lùi – CTUD

13 4

V Bộ đếm - Counter

13 5

Cảm biến táo

13 6

V Bộ đếm - Counter

13 7

VI Các lỗi hay gặp trong lập trình

1 Không được lập trình Hai hoặc nhiều " Thang " khác

nhau hay " nhánh hoàn thiện" trong cùng một Network

13 8

VI Các lỗi hay gặp trong lập trình

2 Nếu một lệnh OUT, hoặc một lệnh FUN luôn cần điều

kiện thực hiện là ON, thì lệnh này không được nối trực

tiếp với đường trục nguồn Power bus bên trái mà

Thay vào đó phải nối qua một tiếp điểm cờ thường ON

- ( ALWAYS ON SM0.0)