Giáo trình PLC cơ bản (Ngành Điện công nghiệp)

Nội dung của giáo trình được biên soạn với thời lượng 90 giờ phù hợp với giảng dạy tích hợp bao gồm các bài sau: Bài 1: Giới thiệu chung về PLC Bài 2: Cài đặt và sử dụng phần mềm Step7 M

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÕNG

GIÁO TRÌNH Môn học/Mô đun: PLC cơ bản

NGHỀ:ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

Hải Phòng, 2019

LỜI GIỚI THIỆU

Mô đun PLC cơ bản là một mô đun chuyên môn chính của nghề Điện Công

nghiệp Do đó, tập thể giáo viên Khoa Điện đã đầu tư nhiều thời gian và công sức

để xây dựng khung chương trình theo hướng ứng dụng thực tế và đã được phê duyệt bởi Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp vào tháng 6 năm 2017 Theo đó, việc chỉnh sửa và biên soạn giáo trình này nhằm phục vụ cho đào tạo nghề Điện công nghiệp với hai cấp trình độ Cao đẳng và Trung cấp của Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng đã được cập nhật những kiến thức mới, có tính công nghệ để sinh viên có thể vừa học vừa làm trong môi trường thực tế

Giáo trình PLC cơ bản được chỉnh sửa, biên soạn phục vụ công tác giảng dạy của giáo viên, đồng thời làm tài liệu đọc, nghiên cứu cho Học sinh – Sinh viên Nội dung của giáo trình được biên soạn dễ hiểu và tính thực tiễn cao Người học có thể

dễ dàng vận dụng lý thuyết vào thực hành trong rèn luyện nghề và hành nghề Nội dung của giáo trình được biên soạn với thời lượng 90 giờ phù hợp với giảng dạy tích hợp bao gồm các bài sau:

Bài 1: Giới thiệu chung về PLC

Bài 2: Cài đặt và sử dụng phần mềm Step7 Microwin V4.0

Bài 3: Kết nối PLC S7-200 với thiết bị ngoại vi

Bài 4: Đấu lắp mạch điện điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc đảo chiều có giới hạn hành trình

Bài 5: Đấu lắp mạch điện khởi động y - ∆ động cơ không đồng bộ ba pha rô

to lồng sóc

Bài 6: Đấu lắp mạch điện điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha khởi động và dừng tự động theo trình tự

Bài 7: Đấu lắp mạch điện điều khiển băng tải có đếm sản phẩm

Bài 8: Đấu lắp mạch điện điều khiển tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư

Bài 9: Đấu lắp mạch điện điều khiển chuông báo giờ học

Bài 10: Đấu lắp mạch điện điều khiển ổn định áp suất

Bài 11: Đấu lắp mạch điện sử dụng PLC của các hãng khác

Mặc dù nhóm tác giả đã có nhiều cố gắng trong công việc chỉnh sửa, biên soạn nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi khiếm khuyết Nhóm tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của quí Thầy, Cô và bạn đọc để cuốn sánh được hoàn thiện hơn trong những lần tái bản sau

Tổ bộ môn

5 Bài 2 Cài đặt và sử dụng phần mềm Step7 Microwin v4.0 24

6 Bài 3 Kết nối PLC S7 200 với thiết bị ngoại vi 36

7 Bài 4 Đấu lắp mạch điện điều khiển động cơ không đồng

bộ ba pha rô to lồng sóc đảo chiều có giới hạn hành trình

42

8 Bài 5 Đấu lắp mạch điện khởi động y - ∆ động cơ không

9 Bài 6 Đấu lắp mạch điện điều khiển động cơ không đồng

bộ ba pha khởi động và dừng tự động theo trình tự

60

1

12

Bài 9 Đấu lắp mạch điện điều khiển chuông báo giờ học 86

1

13

Bài 10 Đấu lắp mạch điện điều khiển ổn định áp suất 94

4 Cảm biến áp suất 104

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: PLC cơ bản

Mã mô đun: MĐ 24

Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun

- Vị trí: Trước khi học mô đun này cần hoàn thành các môn học cơ sở và các mô-đun chuyên môn, mô đun này nên học cuối cùng trong khóa học, trước khi thực tập xí nghiệp

- Tính chất: Là mô đun đào tạo bắt buộc

Mục tiêu của mô đun

- Kiến thức

+ Trình bày được nguyên lý hoạt động của các bộ điều khiển lập trình PLC; + So sánh các ưu nhược điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm (điều khiển nối cứng) và các bộ lập trình (điều khiển mềm)

+ Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình PLC

+ Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi

+ Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo,tác phong công nghiệp

+ Chấp hành tốt nội quy của xưởng, đảm bảo an toàn trong quá trình luyện tập

Nội dung chính của mô đun

Bài 1: Giới thiệu chung về PLC

Bài 2: Cài đặt và sử dụng phần mềm Step7 Microwin V4.0

Bài 3: Kết nối PLC S7-200 với thiết bị ngoại vi

Bài 4: Đấu lắp mạch điện điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc đảo chiều có giới hạn hành trình

Bài 5: Đấu lắp mạch điện khởi động y - ∆ động cơ không đồng bộ ba pha rô to

lồng sóc

Bài 6: Đấu lắp mạch điện điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha khởi động

và dừng tự động theo trình tự

Bài 7: Đấu lắp mạch điện điều khiển băng tải có đếm sản phẩm

Bài 8: Đấu lắp mạch điện điều khiển tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư

Bài 9: Đấu lắp mạch điện điều khiển chuông báo giờ học

Bài 10: Đấu lắp mạch điện điều khiển ổn định áp suất

Bài 11: Đấu lắp mạch điện sử dụng PLC của các hãng khác

Bài tập lớn

BÀI 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC

MÃ BÀI: PLCCB 1 Mục tiêu

- Phân tích được các dạng bài toán điều khiển và giải bài toán điều khiển và nhiệm vụ các khối chức năng của PLC, nguyên tắc hoạt động của PLC, cấu trúc chương trình của PLC, giải thích được các phương pháp lập trình của PLC

- Thực hiện được kết nối giữa PLC với thiết bị ngoại vi, sử dụng thành thạo phần mềm lập trình Step 7 Microwin

Nội dung chính

1 KHÁI NIỆM PLC

PLC là chữ viết tắt của chữ Tiếng Anh (Programmable Logic Controller)

nghĩa là bộ điều khiển lập trình được Dây là loại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC khác hoặc với máy tính)

2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỐI CỨNG VÀ LẬP TRÌNH

2.1 Khái niệm về điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình

Trong công nghiệp yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu đó Để giải quyết được nhiệm vụ điều khiển người ta có thể thực hiện bằng hai cách: Thực hiện bằng Rơle, khởi động từ (Điều khiển nối cứng) hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ (Điều khiển lập trình)

Hệ điều khiển bằng Rơle và hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ khác nhau ở phần xử lý: Thay vì dùng Rơle, tiếp điểm và dây nối trong phương pháp lập trình

có nhớ chúng được thay bằng cách mạch điện tử Như vậy, thiết bị PLC làm nhiệm

vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu xử lý số liệu Nhiệm vụ của sơ

đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bằng một số hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là "chương trình" Chương trình này mô tả các bước thực hiện gọi là tiến trình điều khiển, tiến trình này được lưu vào bộ nhớ nên được gọi là "điều khiển lập trình có nhớ"

2.2 So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thường khác

Trên cơ sở khác nhau của khâu xử lý số liệu ta có thể biểu diễn hai hệ điều khiển như sau:

Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng Rơle

Hình 1-1 Lưu đồ điều khiển dùng Rơle

Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC

Hình 1 – 2 Lưu đồ điều khiển bằng PLC

Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng Rơle điện Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ

Sự khác nhau giữa hệ điều khiển bằng Rơle điện và lập trình có nhớ có thể minh hoạ như sau:

Xác định nhiệm vụ điều khiển

Sơ đồ mạch điện Chọn phần tử mạch điện Dây nối liên kết các phần tử Kiểm tra chức năng

Xác định nhiệm vụ điều khiển

Thiết kế thuật giải

Soạn thảo chương trình

Kiểm tra chức năng

Điều khiển hệ thống 3 máy bơm nước qua 3 khởi động từ K1, K2, K3 Trình

tự điều khiển như sau: Các máy bơm hoạt động tuần tự nghĩa là K1 đóng trước tiếp đến là K2 rồi cuối cùng là K3 đóng

Hình 1 – 3 Sơ đồ điều khiển bằng Rơle

Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển ta thiết kế như sau: Các nút ấn S1, S2, S3, S4 là các phần tử nhập tín hiệu

Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối liên kết là các phần xử lý Các khởi động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý

Nếu ta thay bằng thiết bị điều khiển PLC ta có thể mô tả như sau:

Tín hiệu vào: S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên

Tín hiệu ra: K1, K2, K3 là các khởi động từ vẫn giữ nguyên

Hình 1 – 5 Sơ đồ nối dây thực hiện bằng PLC

Nếu bây giờ nhiệm vụ điều khiển thay đổi, ví dụ như các bơm 1, 2, 3 hoạt động theo nguyên tắc là chỉ một trong số các bơm được hoạt động độc lập Như vậy, đối với mạch điều khiển dùng Rơle ta phải tiến hành lắp giáp lại toàn bộ mạch điều khiển, trong khi đó đối với mạch điều khiển dùng PLC thì chúng ta chỉ chỉnh sửa lại chương trình rồi nạp vào CPU thì ta sẽ có ngay một sơ đồ điều khiển theo yêu cầu nhiệm vụ mới mà không cần phải nối lại dây trên mạch điều khiển

Như vậy một cách tổng quát hoá hệ thống điều khiển nối cứng và hệ thống điều khiển lập trình như sau:

a Hệ thống điều khiển nối cứng

Từ việc phân tích trên ta có thể tổng quát hoá hệ thống điều khiển nối cứng như sau:

Hình 1 – 6 Tổng quát hệ thống điều khiển nối cứng

b Hệ thống điều khiển lập trình

Hình 1 - 7 Tổng quát hoá hệ thống điều khiển lập trình

Hình 1 - 8 Hệ thống lập trình PLC

Các phần tử đầu vào

Bộ điều khiển

Phần tử chấp hành

 Nút ấn

 Công tắc

 Công tắc hành trình

 Cảm biến quang điện



 Động cơ

 Van thuỷ lực

 Xi lanh

 Bộ hiển thị





PLC

3 CẤU TRÖC VÀ XỬ LÝ CHƯƠNG TRÌNH TRONG PLC

3.1 Cấu trúc của một PLC

Hình 1 – 9 Sơ đồ cấu trúc của một bộ PLC

- Khối xử lý trung tâm

Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: Thực hiện chương trình, xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài

- Bộ nhớ

Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter được chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau:

+ Bộ nhớ ROM: Là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác

+ Bộ nhớ RAM: Là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dử liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin

+ Bộ nhớ EPROM: Giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng Pin, tuy nhiên nội dung chứa trong nó có thể xoá bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp

+ Bộ nhớ EEPROM: Kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa và nạp bằng tín hiệu điện Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn

- Modul quản lý việc nối ghép

Dùng để nối ghép bộ PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành và mạng truyền thông công nghiệp

- Bộ định thì (Timers)

Kí hiệu là T, được dùng để định các sự kiện có quan tâm đến vấn đề thời gian,

bộ định thì trên PLC được gọi là bộ định thì logic Việc tổ chức định thì thực chất

là một bộ đếm xung với chu ký có thể thay đổi được Chu kỳ của xung tính bằng đơn vị ms gọi là độ phân giải Tham số của bộ định thì là khoảng thời gian định thì, tham số này có thể là biến hoặc là hằng, nhập vào là số nguyên

- Bộ đếm (Counters)

Bộ đếm gồm nhiều loại: Bộ đếm lên, Bộ đếm xuống, Bộ đếm lên - xuống, bộ đếm này có cờ chuyên dụng chọn chiều đếm, Bộ đếm pha phụ thuộc vào sự lệch pha giữa hai tín hiệu xung kích, Bộ đếm tốc độ cao (high speed counter), xung kích

có tần số cao khoảng vài kZ đến vài chục kZ

- Khối vào/ ra

Hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC: 5VDC, 15VDC (điện áp cho họ TTL

& CMOS) Trong khi đó tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn, khoảng 24VDV đến 240VDC hay 110VAC đến 220VAC vói dòng lớn Khối giao tiếp vào

ra có vai trò giao tiếp giữa mạch vi điên tử của PLC với mạch công suất bên ngoài Thực hiện chuyển mức điện áp tín hiệu và cách ly bằng mạch cách ly quang (Opto-isolator) trên các khối vào ra Cho phép tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu có mức cao xuống mức tín hiệu chuẩn Tác dụng chống nhiễu tốt khi chuyển công tắc bảo vệ quá áp từ nguồn cung cấp điện lên đến điện áp 1500V

Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ

chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1.8 MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

3.2 Một số dạng dữ liệu

- Bit: Là số nhị phân 0 hoặc 1

- Byte: Là tổ hợp 8 bit nhị phân Trong thiết bị tự động các trạng thái tín hiệu:

ví dụ: 8 ngõ vào, 8 ngỏ ra hoặc 8 biến nhớ (Memory) sẽ gộp thành 1 byte ngõ vào, 1 byte ngõ ra hoặc 1 byte nhớ

- Từ (Word): 2 byte tạo thành 1 từ, trong đó có: 1 byte có giá trị cao và 1

byte có giá trị thấp Trong thiết bị tự động một tiến trình điều khiển có 1 từ, 2 byte hoặc 16 bit .Trong thiết bị tự động các trạng thái tín hiệu như: 16 ngõ vào, 16 ngỏ ra hoặc 16 biến nhớ (Memory) sẽ gộp thành 1 từ ngõ vào, 1 từ ngõ ra hoặc 1

mở rộng như RAM, EPROM

- Các ngõ vào ra I / O: Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các

modul ( các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC) Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24V DC hoặc 100/240V AC Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

3.3 Khai báo địa chỉ trong PLC S7 - 200

a Địa chỉ các ngõ vào/ ra

Địa chỉ ô nhớ trong S7 bao gồm hai phần: Phần chữ và phần số

Ví dụ: PIW 304 hoặc I0.0

b Phần chữ chỉ vị trí và kích thước của ô nhớ

- M: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 1 bit

- MB: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 1 byte (8 bit)

- MW: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 2 byte (16 bit)

- MD: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 4 byte (32 bit)

- I: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 bit trong miền bộ đệm ngõ vào số

- IB: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte trong miền bộ đệm ngõ vào số

- IW: Chỉ ô nhớ có kích thước là 2 byte (1 từ) trong miền bộ đệm ngõ vào số

- ID: Chỉ ô nhớ có kích thước là 4 byte (2 từ) trong miền bộ đệm ngõ vào số

- Q: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 bit trong miền bộ đệm ngõ ra số

- QB: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte trong miền bộ đệm ngõ ra số

- QW: Chỉ ô nhớ có kích thước là 2 byte trong miền bộ đệm ngõ ra số

- QD: Chỉ ô nhớ có kích thước là 4 byte trong miền bộ đệm ngõ ra số

- T: Chỉ ô nhớ trong miền nhớ của bộ thời gian (Timer)

- C: Chỉ ô nhớ trong miền nhớ của bộ đếm (counter)

- PIB: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte thuộc vùng Peripheral Input, thường

là địa chỉ cổng vào của các mô đun tương tự

- PIW: Chỉ ô nhớ có kích thước là 2 byte thuộc vùng Peripheral Input, thường

là địa chỉ cổng vào của các mô đun tương tự

- PID: Chỉ ô nhớ có kích thước là 4 byte thuộc vùng Peripheral Input, thường

là địa chỉ cổng vào của các mô đun tương tự

- PQB: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte thuộc vùng Peripheral Output, thường là địa chỉ cổng ra của các mô đun tương tự

- PQW: Chỉ ô nhớ có kích thước là 2 byte thuộc vùng Peripheral Output, thường là địa chỉ cổng ra của các mô đun tương tự

- PQD: Chỉ ô nhớ có kích thước là 4 byte thuộc vùng Peripheral Output, thường là địa chỉ cổng ra của các mô đun tương tự

- PQB: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte thuộc vùng Peripheral Output, thường là địa chỉ cổng ra của các mô đun tương tự

- DBX: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 bit trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DB (Open Data Block)

- DBB: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DB (Open Data Block)

- DBW: Chỉ ô nhớ có kích thước là 2 byte trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DB (Open Data Block)

- DBD: Chỉ ô nhớ có kích thước là 4 byte trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DB (Open Data Block)

- DBx.DBX: Chỉ trực tiếp ô nhớ có kích thước là 1 bit trong khối dữ liệu DBx, với x là chỉ số của khối DB Ví dụ: DB3.DBX1.5

- DBx.DBB: Chỉ trực tiếp ô nhớ có kích thước là 1 byte trong khối dữ liệu DBx, với x là chỉ số của khối DB Ví dụ: DB4.DBB1

- DBx.DBW: Chỉ trực tiếp ô nhớ có kích thước là 2 byte trong khối dữ liệu DBx, với x là chỉ số của khối DB Ví dụ: DB5.DBW1

- DBx.DBD: Chỉ trực tiếp ô nhớ có kích thước là 4 byte trong khối dữ liệu DBx, với x là chỉ số của khối DB Ví dụ: DB5.DBD1

- DIX: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 bit trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DI (Open instance data block)

- DIB: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DI (Open instance data block)

- DIW: Chỉ ô nhớ có kích thước là 2 byte trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DI (Open instance data block)

- DID: Chỉ ô nhớ có kích thước là 4 byte trong khối dữ liệu DB, được mở bằng lệnh OPN DI (Open instance data block)

c Phần số chỉ địa chỉ của byte hoặc bit trong miền nhớ đã xác định

Nếu ô nhớ đã được xác định thông qua phần chữ là có kích thước 1 bit thì phần số sẽ là địa chỉ của byte và số thứ tự của bit trong byte đó, được tách với nhau bằng dấu chấm Ví dụ:

I 0.0: Chỉ bit 0 của byte 0 trong miền nhớ bộ đệm ngõ vào số PII

Q 4.1: Chỉ bit 1 của byte 4 của miền nhớ bộ đệm ngõ ra số PIQ

M 10.5: Chỉ bit 5 của byte 10 trong miền các biến cờ M

Trong trường hợp ô nhớ đã được xác định là byte, từ hoặc từ kép thì phần số

sẽ là địa chỉ của byte đầu tiên trong mảng byte của ô nhớ đó

Ví dụ: DIB 15: Chỉ ô nhớ có kích thước 1 byte (byte 15) trong khối DB đã

được mở bằng lệnh OPN DI

DIW 18: Chỉ ô nhớ có kích thước 1 từ gồm 2 byte 18 và 19 trong khối DB đã được mở bằng lệnh OPN DB

DB2.DBW15: Chỉ ô nhớ có kích thước 2 byte 15 và 16 trong khối dữ liệu DB2

M105: Chỉ ô nhớ có kích thước 2 từ gồm 4 byte 105, 106, 107, 108 trong miền nhớ các biến cờ M

3.4 Cấu trúc bộ nhớ của S7-200

Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (special memory) là vùng nhớ chỉ đọc

Hình 1 -10 Bộ nhớ trong và ngoài của PLC

- Vùng nhớ chương trình là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh chương trình Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được

- Vùng nhớ tham số: là miền lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm cũng giống như vùng chương trình, Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được

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

- 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 này không thuộc kiểu non-valatile nhưng đọc/ghi được

3.5 Xử lý chương trình

a Vòng quét chương trình

Hình 1- 11 Vòng quét chương trình PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc MEND Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra

Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn (1) và (4) do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào / ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào và ra

Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét

b Cấu trúc chương trình của S7-200

Có thể được lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần

mềm Step 7 – MicroWin

Phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình và các máy tính

cá nhân

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 chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND) Chương trình con là một bộ phận của chương trình, các chương trình phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình đó là lệnh MEND

Các chương trình xử lý ngắt cũng là một bộ phận của chương trình Nếu cần

sử dụng phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND)

Các chương trình được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính, sau đó đến các chương trình xử lý ngắt Cũng có thể do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt ở sau chương trình chính

Hình 1- 12 Cấu trúc chương trình của PLC 3.6 Phương pháp lập trình trong PLC

Lập trình cho S7 200 và các PLC khác của hãng Siemens dựa trên 3 phương pháp cơ bản:

- Phương pháp hình thang (Ladder logic _ LAD)

- Phương pháp khối hàm (Function Block Diagram _ FBD)

- Phương pháp liệt kê câu lệnh (Statement List _ STL)

Nếu chương trình được viết theo ngôn ngữ LAD (hoặc FBD) thì có thể chuyển sang ngôn ngữ STL hay FBD (hoặc LAD) tương ứng Nhưng không phải bất cứ chương trình viết theo STL nào cũng chuyển sang ngôn ngữ LAD hay FBD

Thực hiện trong vòng quét

Thực hiện, khi chương trình chính

gọi

Thực hiện, khi có tín hiệu báo

ngắt

được Bộ tập lênh STL được trình bày trong giáo án này đều có một chức năng như các tiếp điểm, cuộn dây, các hộp (trong LAD) hay IC số trong FBD

Những lệnh này phải phối hợp được trạng thái các tiếp điểm để quyết định về giá trị trạng thái đầu ra hoặc giá trị logic cho phép hoặc không cho phép thực chức năng của một (hay nhiều) cuộn dây hoặc hộp Trong lập trình lôgic thường hay sử dụng hai ngôn ngữ LAD và STL vì nó gần gũi hơn đối với chuyên ngành điện Sau đây là những định nghĩa cần phải nắm khi bắt tay vào thiết kế một chương trình:

a Phương pháp lập trình LAD (Ladder)

Còn gọi là ngôn ngữ giản đồ thang, có các thành phần giống như các thành phần trong kỹ thuật điện (tiếp điểm, cuộn dây, rơ le thời gian…), một chương trình viết bằng LAD có thể có một hoặc nhiều Network

Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với những thành phần

cơ bản dùng trong bảng mạch rơle

- Tiếp điểm có hai loại: Thường đóng, Thường hở

- Cuộn dây (coil): ( )

- Hộp (box): Mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có tín hiệu đưa đến hộp Có các nhóm hộp sau: hộp các bộ định thời, hộp các bộ đếm, hộp di chuyển dữ liệu, hộp các hàm toán học, hộp trong truyền thông mạng

Mạng LAD: Là mạch nối các phần tử thành một mạng hoàn thiện, các phần tử như cuộn dây hoặc các hộp phải được mắc đúng chiều Nguồn điện có hai đường chính, một đường bên trái thể hiện dây nóng, một đường bên phải là dây trung tính (neutral) nhưng không được thể hiện trên giao diện lập trình Một mach làm việc được khi các phần tử được mắc đúng chiều và kín mạch

Hình 1- 13 Phương pháp lập trình LAD

b Phương pháp lập trình STL (Statement List)

Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh ( như

.)

Hình 1-14 Phương pháp lập trình STL

c Phương pháp lập trình FBD( Function Block Diagrams)

Đây là ngôn ngữ viết dưới dạng liên kết của các hàm logic kỹ thuật số, loại ngôn ngữ này thích hợp cho những người quen sử dụng và thiết kế mạch điều khiển số

Hình 1 – 15 Phương pháp lập trình FBD

4 BÀI TẬP THỰC HÀNH CHO HỌC VIÊN

Bài 1: Trình bày sự giống và khác nhau của hệ thống điều khiển nối cứng và hệ thống điều khiển lập trình Cho ví dụ minh họa

Bài 2: Giải thích các kí hiệu sau: I1.7; Q1.5; M0.6; SM0.5; T37; C5

Bài 3: Hãy Trình bày các phương pháp lập trình trong PLC S7 200 Mỗi phương pháp lấy một ví dụ minh họa

Statement List

BÀI 2 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM STEP7 MICROWIN V4.0

1 CÀI ĐẶT PHẦN MỀM STEP 7 MICROWIN V4.0

1.1 Những yêu cầu đối với máy tính PC

Để có thể cài đặt được phần mềm STEP 7 - Micro/win 32, thì máy tính PC phải có cấu hình tối thiểu như sau:

- Hệ điều hành: Windows 2000 with SP3 ,Windows XP

- Ổ cứng có dung lượng >350MB

- RAM > 128MB

Trên đó có cài đặt phần mềm Step7 Mcro/Win 32 và Step7 Mcro/Dos Hiện nay hầu hết sử dụng Step7 Mcro/Win 32 version 3.0, 3.2, 4.0 V4.0 cho phép người lập trình có thể xem được giá trị, trạng thái cũng như đồ thị của các biến

a Cài đặt STEP 7-Micro/Win V4.0

Hình 2- 1 Kết nối giữa máy tính và PLC

Bước 1: Chạy file Setup.exe trong bộ cài STEP 7-Micro/Win 32

Chọn OK

Bước 2: Trên màn hình xuất hiện thông báo

Chọn Next

Bước 3: Xuât hiện bảng thông điệp

Chọn YES để cài đặt tiếp

Bước 4: Xuất hiện bảng thông điệp Điền tên sử dung và tên công ty

Chon Next để tiếp tục cài đặt

Bước 5: Xuất hiện bảng thông điệp lựa chọn thư mục cài đặt phần mềm Nếu

muôn thay đổi thư mục cài đặt nhấn vào: Browse

Chon Next để tiếp tục cài đặt

Bước 6: Xuất hiện bảng thông điệp lựa chọn ngôn ngữ sử dụng để cài đặt

Chọn Next để tiếp tục lựa chọn và cài đặt

Bước 7: Xuất hiện bảng thông điệp các ngôn ngữ cài đặt Nếu lựa chọn ngôn ngữ

nào thì đánh dấu

Chon Next để tiếp tục cài đặt

Bước 8: Xuất hiện bảng thông điệp lựa chọn Cáp để kết nối giữa PLC và máy tính

Chon Next để tiếp tục cài đặt

Bước 9: Xuất hiện bảng thông điệp

Chon Finish để kết thúc quá trình cài đặt

b Cài đặt giao tiếp giữa PC-PLC

Để có thể giao tiếp giữa máy tính và PLC cho thực hiện việc Download hoặc Upload cho PLC, ta phải thực hiện các bước sau:

Chọn cổng giao tiếp:

Trường hợp cáp giao tiếp là cáp USB thì cổng giao tiếp phải chọn USB

Trường hợp cáp giao tiếp là cáp COM thì phải chọn đúng cổng giao tiếp của máy tính

Để có thể chọn cổng giao tiếp, vào mục Communication, chọn Set PG/PC Interface

Hình 2 – 2 Cửa sổ thiết lập truyền thông PLC

Sau đó chọn Properties của PC/PPI cable (PPI)

Trong Tab PPI: Chọn đúng tốc độ Bauds ở phần Transmission Rate: Tốc độ

để mặc định là 9600, tốc độ Baud mặc định ở cáp cũng là 9600 ( tốc độ Baud này chỉ áp dụng đối cáp cổng COM), trên cáp COM cho phép ta chọn nhiều mức tốc độ Baud khác nhau

Hình 2-3 Cửa sổ thiết lập tốc độ truyền thông PLC

Trong phần Local Connection: Cho phép ta chọn cổng COM

Hình 2 – 4 Cửa sổ chọn cổng giao tiếp với PLC

Chọn địa chỉ PLC: Thông thường địa chỉ mặc định của PLC là 2, nếu địa chỉ PLC khác 2 thì ta phải chọn địa chỉ đúng trước khi thực hiện việc Communication Trường hợp nếu không biết địa chỉ PLC ta có thể thực hiện như sau:

Hình 2 – 5 Cửa sổ thiết lập địa chỉ PLC

Vào phần Communication,chọn Search all baud rate sau đó double click vào phần “ Double click to refresh”, khi đó chương trình sẽ tự nhận địa chỉ PLC

Sau khi chọn xong cổng Com cũng như địa chỉ PLC, ta thực hiện việc Download cũng như Upload:

Chọn mũi tên xuống cho việc Download, mũi tên lên cho việc Upload

Ngoài ra việc Communication còn có thể thực hiện bằng cách:

Vào CPU click chuột phải,chọn Type

Chọn Read PLC, nếu liên thông được thì chương trình có thể đọc được loại PLC, còn không thì nó sẽ báo, ta phải chọn lại cổng COM cũng như địa chỉ PLC trong phần Communications

Hình 2 - 6 Của sổ đọc PLC

2.2 Giới thiệu về giao diện Step7 Microwin V4.0

- Giao diện lập trình S7 200

* Chú thích:

1 - Thanh công cụ để download và Upload chương trình

2 - Vùng định nghĩa địa chỉ cho các thiết bị trong PLC

3 - Vùng dùng để thao tác các lệnh trong PLC

4 - Vùng soạn thảo chương trình

* Vùng nhớ các thiết bị trong S7 – 200

- Dữ liệu kiểu bit: I, Q, V, M, SM, S, T, C, L

- Bước 2: Chuyển chương trình từ phần mềm Step7 Microwin V4.0 sang phần mềm mô phỏng

Vào File/Export/chọn ổ đĩa để chuyển/đặt tên cho file cần chuyển/ Save

- Bước 3: Mở file đã chuyển từ phần mềm Step7 Mcrowin V4.0 trên phần mềm mô phỏng

Vào Program/ Load Program/ Accept/ chọn file cần mở/ Open

- Bước 4: Điều khiển chương trình hoạt động

Click vào RUN sau đó kích chuột vào các địa chỉ tương ứng với chương trình điều khiển và quan sát đèn báo trạng thái ngõ ra của PLC trên phần mềm mô phỏng

3 BÀI TẬP THỰC HÀNH CHO HỌC VIÊN

Bài 1: Hãy trình bày các bước cài đặt và sử dụng phần mềm Step7 Microwin V4.0

Bài 2: Soạn thảo chương trình trên phần mềm Step7 Microwin V4.0 đáp ứng yêu cầu điều khiển động cơ KĐB 3 pha quay 2 chiều, có bảo vệ quá tải cho động

cơ

BÀI 3 KẾT NỐI PLC S7 200 VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI

- Đèn trạng thái: Trên PLC có 3 đèn báo trạng thái hoạt động

- Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình

- Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đang thực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off)

- Đèn SF-màu đỏ, đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành Ở đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, khi lỗi chương trình người dùng thì CPU không thể nhận biết được vì trước khi download xuống CPU, phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ kiểm tra trước khi dịch sang mã máy

Hình 3 – 1 Hình dáng PLC S7 -200

Trong đó:

- Power Supply: Nguồn cấp cho PLC – 220VAC, 110VAC

- Output Terminals: Đầu ra của PLC

- Programming Interface Port(PPI): Cổng lập trình PLC

- Input Terminals: Đầu vào PLC

- Output for sensors DC24V/180mA: Nguồn ra DC nuôi các cảm biến

- Mode Selector swich STOP, TERM, RUN: Công tắc lựa chọn chế độ

- Port for expansion modules: Cổng ghép Module mở rộng

- Analog potentiometer: Vít chỉnh tương tự

Ngoài ra trên PLC còn có các đèn báo hiệu trạng thái đầu vào và ra của PLC:

- Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số

- Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số

1.2 Port truyền thông nối tiếp

Cổng truyền thông của PLC S7 -200 dùng đê ghép nôia với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp Vì thế trên PLC, có thể có 2 cổng truyền thông

Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu PPI là 9600 baud

Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu Freeport là 300 ÷ 38400 baud

Hình 3 – 2 Cấu trúc của cổng truyền thông PLC

Bảng sơ đồ chân của cổng truyền thông PLC – RS485 như sau:

1.3 Công tắc chọn chế độ

Công tắc chọn chế độ RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình gặp lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC sẽ tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở chế độ RUN (nên quan sát đèn trạng thái)

Công tắc chọn chế độ STOP: Khi chuyển sang chế độ STOP, dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các tín hiệu ra lúc này đèn về off

Công tắc chọn chế độ TERM: Cho phép người vận hành chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra ở chế độ này được dùng để download chương trình người dùng

1.4 Vít chỉnh định tương tự

Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có thể xoay được một góc 270°, dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình

1.5 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ

Sử dụng tụ vạn năng và pin Khi năng lượng của tụ bị cạn kiệt PLC sẽ tự động chuyển sang sử dụng năng lượng từ pin

2 KẾT NỐI VÀO/RA PLC

Các ngõ vào, ra của PLC cần thiết để điều khiển và giám sát quá trình điều khiển Các ngõ vào và ra có thể được phân thành 2 loại cơ bản: Số (Digital) và tương tự (analog)

Đối với bộ điều khiển lập trình họ S7-200, hãng Siemens đã đưa ra rất nhiều loại CPU với điện áp cung cấp cho các ngõ vào ra khác nhau Tuy nhiên, dựa trên nguồn cấp cho PLC, có 2 loại cơ bản:

- Nguồn cấp xoay chiều:

Hình 3.3 Sơ đồ kết nối PLC S7 200, CPU 224 loại AC/DC/RLY

áp tùy thuộc vào loại ngõ vào

a Ngõ vào DC

+ Điện áp DC thường thấp do đó an toàn hơn

+ Đáp ứng ngõ vào DC rất nhanh Điện áp DC có thể được kết nối với nhiều phần tử hệ thống điện

b Ngõ vào AC

+ Ngõ vào AC yêu cầu cần phải có thời gian

Ví dụ: Đối với điện áp có tần số 50 Hz phải yêu cầu thời gian đến 1/50 giây mới nhận biết được

+ Tín hiệu AC ít bị nhiễu hơn tín hiệu DC, vì vậy chúng thích hợp với khoảng cách lớn và môi trường nhiễu (từ)

+ Nguồn AC kinh tế hơn

+ Tín hiệu AC thường được sử dụng trong các thiết bị tự động hiện hữu

2.3 Kết nối các ngõ ra số với ngoại vi

Các ngõ ra của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng, hoặc kết hợp với các ngõ ra chung trong một khối hoặc được tích hợp trên khối CPU Trong trường hợp nào cũng vậy, các ngõ ra cũng phải được cung cấp nguồn riêng với cấp điện áp tùy thuộc vào loại ngõ ra Cần lưu ý trong một khối ra cũng như các ngõ ra được

tích hợp sẵn trên CPU có thể có các nhóm được cung cấp nguồn độc lập nhau Vì vậy cần lưu ý khi cấp nguồn cho các nhóm này Nguồn cung cấp cho các khối ra của họ S7-200 có thể là:

+ Xoay chiều: 20 264 VAC , f = 47 63 Hz;

+ Một chiều: 5 30 VDC đối với ngõ ra rơ le; 20.4 28.8 VDC đối với ngõ

ra transistor;

3 KIỂM TRA VIỆC KẾT NỐI DÂY BẰNG PHẦN MỀM

Một công việc quan trọng cho người lắp đặt và vận hành là biết được các kết nối của các ngõ vào/ra với ngoại vi có đúng hay không trước khi nạp chương trình điều khiển vào CPU Hoặc khi một hệ thống đang hoạt động bình thường nhưng một sự cố hư hỏng xảy ra thì các phần ngoại vi nào bị hư và phát hiện nó bằng cách nào Trong phần mềm Step 7 Micro/Win có trang bị thêm phần này đó là mục

3.2 Đọc và thay đổi biến với Status Chart

Hình dưới đây chỉ một ví dụ về cách sử dụng Status Chart Để đọc hay ghi các biến chúng ta thực hiện theo các bước sau:

Hình 3 – 5 Cửa sổ Status Chart