Giáo trình PLC cơ bản với mục tiêu giúp các bạn đọc có thể trình bày được quy trình lắp đặt, sửa chữa những hư hỏng thường gặp của mạch điện điều khiển sử dụng PLC; Lắp đặt, lập trình và sửa chữa được những hư hỏng thường gặp của mạch điện điều khiển sử dụng PLC;
Trang 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH
Trang 2Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm
LỜI GIỚI THIỆU
Trang 3Tự động hóa công nghiệp và dân dụng ngày càng phát triển Bộ não trong các hệ thống tự động hóa là các bộ điều khiển lập trình PLC Việc học tập nghiên cứu PLC cũng như vận hành nó dang là nhu cầu cấp thiết đối với học sinh, sinh viên các ngành
kỹ thuật
Hiện nay tài liệu về giảng dạy lập trình về bộ điều khiển lập trình PLC có rất nhiều tuy nhiên những giáo trình này viết còn khá chung chung, mang nặng tính lý thuyết và chủ yếu dành cho các đối tượng sinh viên đại học Quyển giáo trình này ra đời với mục tiêu giúp cho các đối tượng học sinh, sinh viên học nghề có thể tiếp cận dễ dàng hơn với
bộ điều khiển khả trình này
Tài liệu được chia làm 4 bài, giới thiệu các kiến thức cơ bản về PLC họ S7-1200 của Siemens Mỗi bài ngoài phần lý thuyết cơ bản còn bổ sung thêm các ví dụ minh họa
và các bài toán điều khiển ngoài thực tế giúp cho học sinh sinh viên nắm rõ hơn về loại thiết bị này Dù đã rất cố gắng tuy nhiên tài liệu không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong sự góp ý chân thành của quý đọc giả để giúp tài liệu ngày càng hoàn thiện hơn Mọi ý kiến góp ý xin được gửi về địa chỉ email dosinguyenbkdn@gmail.com Xin chân thành cảm ơn
Hà Tĩnh, ngày 20 tháng 05 năm 2020
Tham gia biên soạn
Đỗ Sĩ Nguyên - Chủ biên
Trang 4CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN
Tên mô đun: PLC Cơ Bản
Mã mô đun:MĐ17
Thời gian thực hiện mô đun: 120 giờ; (Lý thuyết: 40 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 76 giờ; Kiểm tra: 4 giờ)
I Vị trí, tính chất của mô đun:
- Vị trí: Mô đun PLC cơ bản được thực hiện sau khi người học đã học xong các môn học, mô đun cơ sở; chuyên môn nghề liên quan như: Đo lường điện, Kỹ thuật cảm biến, Trang bị điện
- Tính chất: Là mô đun trong phần chuyên môn nghề
II Mục tiêu mô đun:
- Kiến thức: Trình bày được quy trình lắp đặt, sửa chữa những hư hỏng thường gặp của mạch điện điều khiển sử dụng PLC ;
- Kỹ năng: Lắp đặt, lập trình và sửa chữa được những hư hỏng thường gặp của mạch điện điều khiển sử dụng PLC;
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá trình thực hành
III Nội dung mô đun:
1 Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Số
TT Tên các bài trong mô đun
Thời gian(giờ) Tổng số thuyết Lý
Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập
Kiểm tra
Bài 2: Lập trình điều khiển
đảo chiều quay động cơ KĐB
3 pha
1 Yêu cầu công nghệ
2 Thiết kế mạch điện
Trang 53 Lắp đặt
4 Lập trình
5 Vận hành chạy thử
3
Bài 3: Lập trình điều khiển
khởi động đổi nối sao tam giác
Trang 6BÀI 1 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
I Mục tiêu của bài:
- Trình bày được cấu trúc, hình dạng bên ngoài của PLC;
- Lắp đặt và đấu nối được các tín hiệu vào/ ra số cho PLC;
- Thiết lập được một dự án lập trình PLC sử dụng phần mềm Tia Portal;
- Sử dụng được các lệnh lập trình cơ bản của PLC;
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá trình thực hành
II Nội dung
1.Tổng quan về hệ thống điều khiển bằng PLC
1.1 Khái niệm điều khiển
Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để hệ thống đó đáp ứng được mục đích định trước
Ví dụ:
- Điều khiển bật tắt bóng đèn theo thời gian
- Điều khiển khởi động động cơ,đảo chiều quay động cơ
- Điều khiển chuông báo
- Điều khiển tự động hóa các hệ thống sản xuất công nghiệp
1.2 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển
Hình 1.1 Sơ đồ của một hệ thống điều khiển cơ bản
- Trong đó:
r(t): tín hiệu vào
c(t): tín hiệu ra
cht(t): tín hiệu phản hồi
e(t) (error): sai số điều khiển
u(t) : tín hiệu điều khiển
- Để thực hiện được quá trình điều khiển như định nghĩa ở trên, một hệ thống điều khiển gồm có ba thành phần cơ bản là bộ điều khiển, đối tượng điều khiển và thiết bị đo lường (cảm biến) Cụ thể như sau:
Trang 7 Thiết bị đo lường: có chức năng thu thập thông tin của hệ thống sau đó trả về các tín hiệu phản hồi;
Bộ điều khiển: thực hiện chức năng nhận thông tin từ cảm biến sau đó xử lý thông tin, thực thi chương trình và đưa ra quyết định điều khiển;
Đối tượng điều khiển: sẽ nhận tín hiệu từ bộ điều khiển sau đó sẽ tác động lên cơ cấu chấp hành
1.3 Bộ điều khiển khả trình PLC
1.3.1 Khái niệm
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
1.3.2.Phân loại
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều PLC của các hãng khác nhau, phổ biến có các
thương hiệu như sau:
Trang 8- Dòng PLC S7 của Siemens bao gồm các loại như sau: S7-200, S7-1200, S7-300, S7-1500, S7-400 Mỗi loại có những đặc điểm và ứng dụng khác nhau trong hệ thống
tự động hóa
- PLC S7-1200 thuộc dòng Compact CPU chuyên dùng cho những ứng dụng vừa
và nhỏ trong nhà máy cũng như ngoài đời sống
Hình 1.3: Biểu diễn vị trí 2 dòng PLC S7-1200&1500 trong họ PLC S7 Siemens
Lệnh đếm lên và xuống Count up and down có năm ngõ vào là CU, CD, R, LD và PV;
ba ngõ ra là Q và CV Chức năng của các ngõ vào/ra như sau:
CU: Khi ngõ vào CU chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1 sẽ kích hoạt Count up and down đếm lên 1 một đơn vị
CD: Khi ngõ vào CD chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1 sẽ kích hoạt Count up and down giảm xuống 1 một đơn vị
R: Ngõ vào reset cho Counter, khi ngõ vào Reset có trạng thái logic bằng 1 thì
giá trị đếm của Counter bằng 0
LD: Ngõ vào Load Input của Counter, khi ngõ vào LD có trạng thái logic bằng
1 thì giá trị đếm của Counter bằng với giá trị cài đặt trước PV
Trang 9 PV: Giá trị đếm cài đặt cho Counter
QU: Ngõ ra của Counter, khi giá trị đếm của counter lớn hơn hoặc bằng giá trị
cài đặt PV thì ngõ ra Q được đưa lên mức logic 1
QD: Ngõ ra của Counter, khi giá trị đếm của counter bằng hoặc nhỏ hơn 0 thì
ngõ ra QD được đưa lên mức logic 1
CV: Giá trị đếm hiện thời của Counter
Ban đầu giá trị đếm của Count up ad down là 0 Khi cho tag Count up signal
chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1 sẽ kích hoạt counter đếm lên 1 một đơn vị Khi cho
tag Count down signal chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1 sẽ kích hoạt counter đếm xuống 1 một đơn vị Khi cho tag Reset có trạng thái logic bằng 1 thì giá trị đếm của counter bằng 0 Khi cho tag Load Input có trạng thái logic bằng 1 thì giá trị đếm của
counter bằng với giá trị cài đặt trước PV Khi giá trị đếm của counter lớn hơn hoặc bằng giá trị cài đặt PV thì ngõ ra QU có mức logic 1 Khi giá trị đếm của counter bằng hoặc nhỏ hơn 0 thì ngõ ra QD có mức logic bằng 1
Ví dụ:
Trang 10Đèn 3 sẽ sáng khi giá trị đếm của counter up and down bằng hoặc lớn hơn 5
Đèn 4 sẽ sáng khi giá trị đếm của counter up and down bằng hoặc nhỏ hơn 0
5 Bài tập
Bài 1: Điều khiển đèn giao thông
Trang 11Bài 2: Kiểm soát băng tải sảm phẩm
Bài 2: Lập trình điều khiển đảo chiều quay động cơ không đồng bộ ba pha
I Mục tiêu của bài:
- Trình bày được quy trình lắp đặt mạch điều khiển đảo chiều quay động cơ KĐB
Trang 12II Nội dung chính:
1 Yêu cầu công nghệ
Lắp đặt và lập trình mạch điều khiển đảo chiều quay động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng PLC S7-1200 với những yêu cầu như sau:
Ấn nút khởi động thuận S0 (Nút nhấn tự phục hồi - NO) động cơ quay theo chiều
thuận và duy trì hoạt động đến khi dừng;
Ấn nút khởi động ngược S1 (Nút nhấn tự phục hồi - NO) động cơ quay theo
chiều ngược và duy trì hoạt động đến khi dừng;
Động cơ chỉ dừng khi ấn nút dừng S2 (Nút nhấn tự phục hồi - NC) hoặc rơ le nhiệt OL tác động báo hiệu quá tải
2 Thiết kế mạch điện
2.1 Danh mục thiết bị, vật tư cần sử dụng
STT Tên thiết bị Chủng loại Số
lượng
Đơn vị
1 PLC S7-1200 CPU 1214C
DC/DC/DC 1 Cái Bộ điều khiển trung tâm
Đóng cắt nguồn cho mạch điều khiển và bảo vệ ngắn mạch
8 Động cơ Không đồng bộ
ba pha 1 Cái Thiết bị chấp hành
2.2 Thiết kế mạch điều khiển PLC
Cơ sở: Dựa vào tài liệu của nhà sản xuất để thiết kế mạch điều khiển PLC
Căn cứ vào yêu cầu của công nghệ và bảng danh mục vật tư, thiết bị ta lập được bảng các tín hiệu vào/ra số đưa đến PLC như sau:
Trang 13STT Tên thiết bị Tín hiệu
ngõ vào/ra Kiểu tiếp điểm Chức năng
(NO) Bảo về quá tải
tơ quay thuận
tơ quay ngược
Từ bảng tổng hợp các tín hiệu vào/ra số đưa đến PLC ta sẽ thiết kế mạch điện điều khiển PLC với các nguyên tắc như sau:
Nguồn cấp cho PLC được lấy từ bộ nguồn 24VDC
Các tín hiệu ngõ vào một đầu sẽ nối với chân L+ của PLC, đầu còn lại nối đến các chân ngõ vào số Thứ tự nối các chân sẽ do người thiết kế quyết định
Chân chung một 1M sẽ nối chung với chân M
Nguồn cấp cho ngõ ra PLC lấy chung với nguồn cấp chính cho CPU
Hai đầu cuộn dây của rơ le trung gian thì một đầu sẽ nối với chân 3M, đầu còn lại nối đến các ngõ ra số của PLC Thứ tự nối các chân sẽ do người thiết kế quyết định
2.2 Thiết kế mạch điều khiển công tắc tơ
Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển công tắc tơ:
Mỗi rơ le trung gian sẽ điều khiển một công tắc tơ;
Thiết kế dùng các tiếp điểm thường đóng của công tắc tơ này để khống chế hoạt động của công tắc tơ kia đảm bảo hai công tắc tơ không cùng làm việc cùng một lúc;
Sử dụng tiếp điểm phụ thường đóng của rơ le nhiệt để ngắt mạch khi xảy ra sự
cố quá tải
Ký hiệu và đánh chân số thiết bị rõ ràng
2.3 Thiết kế mạch động lực
Trang 14Nguyên tắc thiết kế mạch động lực:
Sử dụng áp tô mát 3 pha để cấp nguồn và bảo vệ ngắn mạch;
Sử dụng rơ le nhiệt để bảo vệ quá tải cho động cơ;
Ký hiệu và đánh chân số thiết bị rõ ràng
3 Lắp đặt
3.1 Quy trình lắp đặt
Quy trình lắp đặt trải qua ba bước đó là:
Bước 1 : Đấu nối mạch động lực
Bước 2 : Đấu nối mạch điều khiển công tắc tơ
Bước 3 : Đấu nối mạch điều khiển PLC
II Lỗi đấu nối tín
hiệu đầu vào:
- Kiểm tra đấu thêm
- Xem lại bản vẽ, dùng đồng hồ đo và kiểm tra
3
III Lỗi đấu nối tín
hiệu đầu ra:
- Rơ le trung gian bị hỏng
- Kiểm tra lại các chân 13/14
- Thay thế rơ le TG
Trang 1596 của rơ le nhiệt bị hỏng
- Đấu nhầm cầu đấu
- Công tắc tơ bị hỏng
- Công tắc tơ tự khống chế chính nó
- Kiểm tra lại các tiếp điểm
- Kiểm tra và đấu nối lại
- Kiểm tra và thay thế công tắc tơ
- Kiểm tra lại phần khóa chéo công tắc tơ
và đấu nối lại
- Khi đang quay theo
chiều ngược động cơ
quá tải rơ le nhiệt
không tác động
- Đấu nhầm mạch động lực
- Đấu nối mạch động lực chiều ngược không qua rơ le nhiệt
- Kiểm tra lại mạch động lực và đấu nối lại
4 Lập trình
Bước 1: Khởi tạo project mới với PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Bước 2: Khai báo các tag vào ra cho PLC
Trang 16Bước 3: Viết chương trình điều khiển
Có rất nhiều cách viết chương trình đảm bảo đúng yêu cầu cảu bài toán Sau đây là một trong số đó Bạn đọc có thể lập trình theo những cách khác
5 Vận hành chạy thử
Quy trình vận hành chạy thử mạch điện trải qua các bước đó là:
Bước 1 : Cấp nguồn cho mạch điều khiển
Bước 2 : Vận hành mạch điều khiển
Bước 3 : Nếu mạch điều khiển hoạt động sai thì tìm lỗi và khắc phục sau đó quay lại
bước 1, nếu mạch điều khiển hoạt động đúng thì chuyển sang bước 4
Bước 4 : Cấp nguồn cho mạch động lực
Bước 5: Vận hành toàn bộ mạch điện, nếu mạch chạy sai thì chuyển sang bước 6 Bước 6: Sửa chữa nếu có những sai hỏng nếu có của mạch động lực sau đó lặp lại bước
5
Trang 17Bài 3: Lập trình điều khiển khởi động đổi nối sao tam giác động cơ KĐB 3 pha
I Mục tiêu của bài:
- Trình bày được quy trình lắp đặt mạch điện điều khiển khởi động khởi động đổi nối sao tam giác động cơ KĐB ba pha sử dụng PLC;
- Lắp đặt, sửa chữa được những hư hỏng thường gặp của mạch điện điều khiển khởi động đổi nối sao tam giác động cơ KĐB ba pha sử dụng PLC;
- Lập trình được mạch điện điều khiển khởi động đổi nối sao tam giác động cơ
KĐB 3 pha sử dụng PLC;
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá
trình thực hành
II Nội dung:
1 Yêu cầu công nghệ
Lắp đặt và lập trình mạch điều khởi động đổi nối sao tam giác động cơ KĐB 3 pha
sử dụng PLC S7-1200 với những yêu cầu như sau:
Ấn nút khởi động S0 (Nút nhấn tự phục hồi - NO) động cơ khởi động với chế độ
chạy sao;
Sau 10 giây kể từ khi khởi động, động cơ chuyển chế độ chạy tam giác
Động cơ chỉ dừng khi ấn nút dừng S1 (Nút nhấn tự phục hồi - NC) hoặc rơ le nhiệt OL tác động báo hiệu quá tải
Chức năng
1 PLC S7-1200 CPU
1214DC/DC/DC 1 Cái Bộ điều khiển trung tâm
Trang 184 Công tắc tơ Cuộn dây 220V 3 Cái Điều khiển động cơ khởi
động sao – tam giác
Đóng cắt nguồn cho mạch động lực và bảo vệ ngắn mạch
Đóng cắt nguồn mạch điều khiển và bảo vệ ngắn mạch
8 Động cơ Không đồng bộ
ba pha 1 Cái Thiết bị chấp hành
2.2 Thiết kế mạch điều khiển PLC
Cơ sở: Dựa vào tài liệu của nhà sản xuất để thiết kế mạch điều khiển PLC
Căn cứ vào yêu cầu của công nghệ và bảng danh mục vật tư, thiết bị ta lập được bảng các tín hiệu vào/ra số đưa đến PLC như sau:
STT Tên thiết bị Tín hiệu
ngõ vào/ra Kiểu tiếp điểm Chức năng
(NO)
Mở máy theo chiều thuận
Trang 192 Nút nhấn S1 Ngõ vào Thường đóng
(NC) Dừng máy
(NO) Bảo về quá tải
tơ nguồn
tơ sao
tơ tam giác
Từ bảng tổng hợp các tín hiệu vào/ra số đưa đến ta sẽ thiết kế mạch điện điều khiển PLC với các nguyên tắc như sau:
Nguồn cấp cho PLC được lấy từ bộ nguồn 24VDC
Các tín hiệu ngõ vào một đầu sẽ nối với chân L+ của PLC, đầu còn lại nối đến các chân ngõ vào số Thứ tự
5 Vận hành chạy thử
Quy trình vận hành chạy thử mạch điện trải qua các bước đó là:
Bước 1 : Cấp nguồn cho mạch điều khiển
Bước 2 : Vận hành mạch điều khiển
Bước 3 : Nếu mạch điều khiển hoạt động sai thì tìm lỗi và khắc phục sau đó quay lại
bước 1, nếu mạch điều khiển hoạt động đúng thì chuyển sang bước 4
Bước 4 : Cấp nguồn cho mạch động lực
Bước 5: Vận hành toàn bộ mạch điện, nếu mạch chạy sai thì chuyển sang bước 6
Trang 20Bước 6: Sửa chữa nếu có những sai hỏng nếu có của mạch động lực sau đó lặp lại bước
5
Bài 4: Bài tập mở rộng
I Mục tiêu
- Trình bày được nguyên lý của các mạch điện ứng dụng được điều khiển bằng PLC;
- Lập trình được những mạch điện ứng dụng được điều khiển bằng PLC;
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá trình thực hành
II Nội dung:
1 Điều khiển thiết bị rót chất lỏng
1.1 Yêu cầu công nghệ
Trang 211.2 Lập trình
Trang 221.3 Vận hành chạy thử
2 Điều khiển bơm nước
2.1 Yêu cầu công nghệ
2.2 Lập trình
Trang 242.3 Vận hành chạy thử
3 Điều khiển bể ăn mòn
2.1 Yêu cầu công nghệ
3.2 Lập trình
Trang 263.3 Vận hành chạy thử