BÀI GIẢNG: LẬP TRÌNH PLC

Bài 1: Mạch logic ứng dụng và các công nghệ sản xuất tự động trong công nghiệp 1.1.. Trong toán học ta dùng hai giá trị: 0 và 1, ta gọi các giá trị 0 hoặc 1 đó là các giá trị logic.Các n

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

Biên soạn : Bùi Mạnh Cường

Bài 1: Mạch logic ứng dụng và các công nghệ

sản xuất tự động trong công nghiệp

1.1 Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ b¶n

1.2 C¸c ph ¬ng ph¸p biÓu diÔn hµm logic

1.3 C¸c ph ¬ng ph¸p tèi thiÓu ho¸ hµm logic

1.4 C¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn

1.5 Mét sè m¹ch ®iÒu khiÓn

hÖ thøc c¬

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 t ợng thể ở hai trạng thái nh : 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 nh

đóng điện và cắt điện, đóng máy và ngừng máy

Trong toán học ta dùng hai giá trị: 0 và 1, ta gọi các giá trị 0 hoặc 1 đó là các giá trị logic.

Các nhà bác học đã xây dựng các cơ sở toán học để tính toán các hàm và các biến chỉ lấy hai giá trị 0 và 1 này, hàm và biến

đó đ ợc gọi là hàm và biến logic, cơ sở toán học để tính toán hàm

1.1.2 C¸c hµm logic c¬ b¶n

Mét hµm víi c¸c biÕn x 1 , x 2 , x n chØ nhËn hai gi¸ trÞ: 0 hoÆc 1 vµ hµm y còng chØ nhËn hai gi¸ trÞ: 0 hoÆc 1 th× gäi lµ hµm logic.

1.1.2.1 Hµm logic mét biÕn:

Víi biÕn x sÏ nhËn hai gi¸ trÞ: 0 hoÆc 1, nªn hµm y cã 4 kh¶ n¨ng hay th êng gäi lµ 4 hµm y 0 , y 1 , y 2 , y 3

C¸c kh¶ n¨ng vµ c¸c ký hiÖu m¹ch r¬le vµ ®iÖn tö cña hµm mét biÕn nh trong b¶ng 1.1.

)x, ,x

,x(f

) x ( f

1.1.2.2 Hµm logic hai biÕn

Víi hai biÕn logic x 1 , x 2 , mçi biÕn nhËn hai gi¸ trÞ 0 vµ 1, nh vËy cã 16 tæ hîp logic t¹o thµnh 16 hµm C¸c hµm nµy

® îc thÓ hiÖn trªn b¶ng1.2.

) x , x ( f

Ta thÊy:

1 biÕn cã 4 kh¶ n¨ng t¹o hµm,

2 biÕn cã 16 kh¶ n¨ng t¹o hµm, th× 3 biÕn cã 256 kh¶ n¨ng t¹o hµm,

nh vËy, khi sè biÕn t¨ng th× sè hµm cã

) x , , x

, x ( f

n 2

2

1.1.4 Tính chất và một số hệ thức cơ bản

1.1.4.1 Các tính chất

Tính chất của đại số logic đ ợc thể hiện ở bốn luật cơ bản là:

+ luật hoán vị, + luật kết hợp, + luật phân phối + luật nghịch đảo.

1 2

2

1.x x x

) x x

( x

x )

x x

( x

x

x1 + 2 + 3 = 1 + 2 + 3 = 1 + 2 + 3

) x x (

x x

).

x x ( x

x

3 2

3 1

3 2

x

)xx

).(

xx

(x

.x

+ Luật nghịch đảo tổng quát:

(định lý De Morgan)

x

x x

x x

.

x

x

x

x x

1.1.4.2 Các hệ thức cơ bản

Một số hệ thức cơ bản th ờng dùng trong đại số logic đ ợc cho ở bảng 1.5:

1.2.1 Ph ơng pháp biểu diễn bằng

bảng trạng thái 1.2.2 Ph ơng pháp biểu diễn hình học

1.2.3 Ph ơng pháp biểu diễn bằng biểu thức đại số 1.2.4 Ph ơng pháp biểu diễn

1.2 Các ph ơng pháp biểu diễn

hàm logic

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.

tổng các tích mà mỗi tích có đủ tất cả các biến của hàm

1 3

2 1 3

2 1 3

2

1 x x x x x x x x x x x x

) x x

x )(

x x

x )(

x x

x )(

x x

x (

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 t ơng ứng với một

tổ hợp biến Đánh số thứ tự các ô trong bảng t

ơng 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 t ơng ứng

VÝ dô : b¶ng Karnaugh cho hµm ba biÕn trªn nh b¶ng 1.7 sau:

1.3 Các ph ơng 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,

+ Nh ng chỉ tồn tại một cách biểu diễn gọn nhất, tối u về số biến và số số hạng hay thừa số đ ợc gọi là dạng tối thiểu.

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

Có hai nhóm ph ơng pháp là:

Ph ơng pháp biến đổi đại số

Ph ơng pháp dùng thuật toán.

= p

b ,

1.3.1.Ph ơng pháp tối thiểu hoá hàm logic bằng

biến đổi đại số

ở ph ơng 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 Nh ng do tính trực quan của

ph ơng pháp nên nhiều khi kết quả đ a ra vẫn không khẳng định rõ đ ợc là đã tối thiểu hay ch a Nh vậy, đây không phải

là ph ơng pháp chặt chẽ để cho phép tự

động hoá quá trình tối thiểu hoá.

Ví dụ: cho hàm: f = x x1 2 + x x1 2 + x x1 2

1.3.2.Ph ơng pháp tối thiểu hoá hàm logic dùng

thuật toán

Ph ơng pháp dùng bảng Karnaugh:

Đây là ph ơng pháp thông dụng và đơn giản nhất, nh ng chỉ tiến hành đ ợc với hệ

có số biến

Ph ơng pháp Quine Mc Cluskey: Đây

là ph ơng pháp có tính tổng quát, cho phép tối thiểu hoá mọi hàm logic với số l ợng biến vào lớn

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 th ờng xuyên ta

th ờng dùng áptômát

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

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

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

Tuỳ theo trạng thái tiếp điểm ng ời

ta chia ra các loại tiếp điểm khác nhau

Một số ký hiệu th ờng gặp nh bảng 2.1.

1.5 Các sơ đồ khống chế động cơ rôto lồng sóc

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

RN2

2K 2Tg

2Tg 1K3

2K1

1K1

1.5.4 Khống chế động cơ điện một chiều

-1.5.5 Công nghệ cắt giấy

1.5.5 Lựa chọn encoder

1.5.5 Công nghệ đóng gói sản phẩm

1.5.5 Công nghệ đóng gói sản phẩm

1.5.5 Công nghệ đục lỗ

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Sử dụng sensor

1.5.5 Điều khiển cửa tự động

1 Nguyên lý hoạt động

1.5.5 Điều khiển cửa tự động

2 Mạch điều khiển dùng rơle

1.5.8 Phân tích mô hình điều khiển máy trộn liệu

1.5.9 Phân tích mô hình điều khiển đèn giao thông

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

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

1.5.11 Phân tích mô hình thang máy

16

15

8 6 7

S3.2 S3.0 S3.1

S2.2 S2.0 S2.1 S4.0

Bµn phÝm c a bin S4.1

1.5.11 Phân tích mô hình thang máy

§Õn tÇng

H·m dõng

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

• PLC, viết tắt của 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 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 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 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?

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

• Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC 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.

Đánh 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

Nhược 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

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

Quan hệ về giá thành với số lượng đầu vào/ra có dạng như hình 3.17.

Gi¸ c¶

HÖ PLC

HÖ r¬le

Sè l îng vµo/ra

• Khi tính đến giá cả của PLC thì phải kể đến 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 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.

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.

2.3 Cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

2.3 Cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

2.3 Cấu trúc cơ bản của một bộ PLC

PLC Siemens CPU 224

PLC Omron

PLC

PLC

2.5 Giới thiệu về các loại PLC thông dụng

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

2.5.1 Bộ điều khiển PLC OMRON - CPM1A

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

2.5.2 Bộ điều khiển PLC OMRON – CJ1M

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

2.5.3 Bộ điều khiển ZEN

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

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

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-200

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-300

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-300

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

2.5.4 Bộ điều khiển PLC S7-400

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

Logo! OBA4

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

2.5.4 Bộ điều khiển Logo!

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/m icrosyst_techdoku.htm

8 Dien dan dien tu

http://www.diendandientu.com http://www.dientuvietnam.net http://www.tudonghoa.com.vn

Bài 3: Bé ®iÒu khiÓn PLC - S7-200

3.1 Cấu hình cứng

3.2 Các module vào/ra mở rộng

3.3 Cấu trúc bộ nhớ

3.3.1 Vùng nhớ chương trình 3.3.2 Vùng tham số

3.3.3 Vùng Dữ liệu 3.3.4 Vùng đối tượng 3.4 Thực hiện chương trình

3.5 Cấu trúc chương trình của S7-200

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.

3.1 Cấu tạo của PLC - S7-200

Đơn vị cơ bản của PLC S7-200 (CPU 314) như hình 6.1

4 Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng vào.

5 Cổng truyền thông.

6 Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng ra.

7 Công tắc.

Chế độ làm việc: Công tắc chọn chế độ làm việc

có ba vị trí:

• RUN: RUN: cho phép PLC thực hiện chương

trình trong bộ nhớ PLC sẽ tự chuyển về trạng thái STOP khi máy có sự cố, hoặc

trong chương trình gặp lệnh STOP, do đó khi chạy nên quan sát trạng thái thực của PLC theo đèn báo.

• STOP: STOP: cưỡng bức PLC dừng công việc

đang thực hiện, chuyển về trạng thái nghỉ

ở chế độ này PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

• Chỉnh định tương tự: Chỉnh định tương tự: Núm điều chỉnh

tương tự đặt dưới nắp đậy cạnh cổng ra,

núm điều chỉnh tương tự cho phép điều

chỉnh tín hiệu tương tự, góc quay được

270 0

• Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Nguồn pin được

tự động chuyển sang trạng thái tích cực

khi dung lượng nhớ bị cạn kiệt và nó thay thế để dữ liệu không bị mất.

• Cổng truyền thông: Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng

truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm

9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với

thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác

Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là