GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC . phần 1

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

0
131
lượt xem
75
download

GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC . phần 1

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

PLC (Programmable Logic Controllers) là những bộ điều khiển lập trình được. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hay trong thương mại. PLC theo dõi các trạng thái ngõ vào, ra các quyết định theo chương trình định sẵn và xuất các tín hiệu điều khiển ra ngõ ra để tự động hóa quá trình (process) hay máy móc (machine)

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC . phần 1

  1. GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC ThS. Nguyễn Bá Hội Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách khoa hoinb@ud.edu.vn Giáo trình đầy đủ bao gồm 3 phần: 1. Giáo trình lý thuyết 2. Giáo trình tập lệnh 3. Giáo trình bài tập
  2. nguyen ba hoi Chương 1 Giới thiệu .......................................................................................................................................... 4 1.1. PLC....................................................................................................................................................................4 1.2. Thế hệ PLC S7-200 ...........................................................................................................................................4 1.3. Thuật ngữ..........................................................................................................................................................5 Chương 2 Bắt đầu với S7-200 ........................................................................................................................... 6 2.1. Hình dáng bên ngoài ........................................................................................................................................6 2.2. Các thành viên họ S7-200 ................................................................................................................................7 2.3. Module mở rộng .............................................................................................................................................10 2.4. Chuẩn bị khi lập trình .....................................................................................................................................14 Chương 3 Đấu nối S7-200 ............................................................................................................................... 14 3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều............................................................................................................14 3.2. PLC sử dụng nguồn nuôi một chiều .............................................................................................................15 3.3. Bảo vệ đầu ra PLC..........................................................................................................................................16 3.4. Sơ đồ đấu nối chi tiết .....................................................................................................................................17 Chương 4 Ngôn ngữ lập trình......................................................................................................................... 20 4.1. Statement List (STL).......................................................................................................................................20 4.2. Ladder Logic (LAD) ........................................................................................................................................20 4.3. Function Block Diagram (FBD) ......................................................................................................................21 4.4. Phân biệt SIMATIC với IEC 1131-3.................................................................................................................21 Chương 5 Khái niệm, qui ước và đặc điểm lập trình .................................................................................... 24 5.1. Cấu trúc chương trình....................................................................................................................................24 5.2. Phân loại lệnh .................................................................................................................................................24 5.2.1 Lệnh cơ bản ................................................................................................................................................24 5.2.2 Lệnh đặc biệt...............................................................................................................................................24 5.2.3 Lệnh tốc độ cao...........................................................................................................................................25 5.3. Qui ước ...........................................................................................................................................................25 5.4. Ký hiệu ............................................................................................................................................................25 5.4.1 Contact........................................................................................................................................................25 5.4.2 Coil..............................................................................................................................................................25 5.4.3 Box..............................................................................................................................................................25 5.5. Bài toán AND, OR ...........................................................................................................................................25 5.6. Trạng thái chương trình.................................................................................................................................26 5.7. Forcing ............................................................................................................................................................26 5.8. Bài toán logic tổng quát .................................................................................................................................27 Chương 6 STEP7-MicroWIN ............................................................................................................................ 31 6.1. Giao tiếp máy tính và PLC S7-200 (b2) ..........................................................................................................31 6.1.1 Đặt cấu hình cho cáp PC/PPI ......................................................................................................................31 6.1.2 Đặt cấu hình truyền thông cho CPU S7-200 ................................................................................................32 6.2. Cách thức S7-200 lưu và phục hồi dữ liệu (b6) ............................................................................................32 6.2.1 Download và Upload ...................................................................................................................................33 6.2.2 Lưu trữ vùng nhớ M khi mất nguồn .............................................................................................................33 6.2.3 Phục hồi dữ liệu khi có nguồn trở lại............................................................................................................33 6.3. Mật khẩu (b6) ..................................................................................................................................................34 6.4. Gỡ rối (Debug) (b6).........................................................................................................................................34 6.5. Thông báo và xử lý lỗi (Troubleshooting) (b6) .............................................................................................35 Chương 7 I/O .................................................................................................................................................... 36 7.1. Vào ra số (b3)..................................................................................................................................................36 7.1.1 Nối dây và chương trình điều khiển .............................................................................................................36 7.1.2 Ví dụ điều khiển motor.................................................................................................................................36 7.1.3 Mở rộng ......................................................................................................................................................38 7.2. Vào ra tương tự (b3).......................................................................................................................................40 7.2.1 Vào tương tự...............................................................................................................................................40 7.2.2 Ví dụ ứng dụng ...........................................................................................................................................40 7.2.3 Ra tương tự ................................................................................................................................................40 Trang 2
  3. nguyen ba hoi 7.3. I/O cục bộ và mở rộng (b3) ............................................................................................................................40 7.4. Lọc đầu vào số (b3) ........................................................................................................................................41 7.5. Lọc đầu vào tương tự (b3).............................................................................................................................41 7.6. Bắt xung vào (b3)............................................................................................................................................42 7.7. Bảng đầu ra (b3) .............................................................................................................................................42 7.8. Vào ra tốc độ cao (b5) ....................................................................................................................................43 7.8.1 HSC ............................................................................................................................................................43 7.8.2 PTO ............................................................................................................................................................44 7.8.3 PWM ...........................................................................................................................................................44 7.9. Đinh chỉnh tương tự (b5) ...............................................................................................................................44 Chương 8 Vòng quét ....................................................................................................................................... 45 Chương 9 Bộ nhớ dữ liệu và cách định địa chỉ............................................................................................. 48 9.1. Định địa chỉ trực tiếp......................................................................................................................................48 9.1.1 Vùng ảnh các đầu vào I...............................................................................................................................48 9.1.2 Vùng ảnh các đầu ra Q................................................................................................................................49 9.1.3 Vùng nhớ các biến V ...................................................................................................................................49 9.1.4 Vùng nhớ các bit M .....................................................................................................................................49 9.1.5 Vùng nhớ các rơ le điều khiển tuần tự S .....................................................................................................49 9.1.6 Vùng các bit đặc biệt SM.............................................................................................................................49 9.1.7 Vùng nhớ cục bộ L ......................................................................................................................................50 9.1.8 Vùng các bộ định thời T ..............................................................................................................................50 9.1.9 Vùng các bộ đếm C.....................................................................................................................................51 9.1.10 Vùng các đầu vào tương tự AI ....................................................................................................................51 9.1.11 Vùng các đầu ra tương tự AQ .....................................................................................................................51 9.1.12 Các accumulator AC....................................................................................................................................52 9.1.13 Các bộ đếm tốc độ cao HC..........................................................................................................................52 9.1.14 Các hằng số ................................................................................................................................................52 9.2. Định địa chỉ gián tiếp......................................................................................................................................53 9.3. Không gian địa chỉ các vùng nhớ..................................................................................................................54 9.4. Bảo toàn dữ liệu .............................................................................................................................................55 Chương 10 Timer và Counter.......................................................................................................................... 57 10.1. Các loại timer (b3)...........................................................................................................................................57 10.2. TON (b3) ..........................................................................................................................................................57 10.3. TONR (b4)........................................................................................................................................................58 10.4. TOFF (b4) ........................................................................................................................................................59 10.5. Bài tập Timer (b4) ...........................................................................................................................................60 10.6. Chú ý khi dùng Timer với độ phân giải khác nhau (b4) ...............................................................................60 10.7. Counter (b5) ....................................................................................................................................................60 10.8. Counter tốc độ cao (b5)..................................................................................................................................60 Chương 11 Giải bài toán có cấu trúc ............................................................................................................. 62 11.1. GBT bằng giản đồ thời gian (Timing diagram) .............................................................................................62 11.2. GBT bằng lưu đồ (flowchart) và các bit tuần tự (sequence bits).................................................................62 11.3. GBT bằng sơ đồ trạng thái (state diagram) ..................................................................................................62 11.4. Các lệnh còn lại trong tập lệnh......................................................................................................................62 Chương 12 Ngắt ............................................................................................................................................... 63 Chương 13 PID, Freeport................................................................................................................................. 65 13.1. PID ...................................................................................................................................................................65 13.2. Freeport...........................................................................................................................................................65 Chương 14 Các phương thức truyền thông .................................................................................................. 66 14.1. PPI ...................................................................................................................................................................67 14.2. MPI...................................................................................................................................................................67 14.3. PROFIBUS.......................................................................................................................................................67 Trang 3
  4. nguyen ba hoi Chương 1 Giới thiệu 1.1. PLC PLC (Programmable Logic Controllers) là những bộ điều khiển lập trình được. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hay trong thương mại. PLC theo dõi các trạng thái ngõ vào, ra các quyết định theo chương trình định sẵn và xuất các tín hiệu điều khiển ra ngõ ra để tự động hóa quá trình (process) hay máy móc (machine). Hoạt động của PLC Ưu điểm của PLC so với đấu dây thuần túy · Kích cỡ nhỏ hơn · Thay đổi thiết kế dễ hơn và nhanh hơn khi có yêu cầu · Có chức năng chẩn đoán lỗi và ghi đè · Các ứng dụng có thể dẫn chứng bằng tài liệu · Các ứng dụng được nhân bản nhanh chóng và thuận tiện 1.2. Thế hệ PLC S7-200 S7-200 là PLC thuộc họ Micro Automation của hãng SIEMENS, có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá. Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S7-200 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động vừa và nhỏ. PLC S7-200 cho phép tự động hoá tối đa với chi phí tối thiểu. - Cài đặt, lập trình và vận hành rất đơn giản. - Các CPU có thể sử dụng trong mạng, hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn lẻ. - Có khả năng tích hợp trên quy mô lớn. - Ứng dụng cho những điều khiển đơn giản và phức tạp. - Truyền thông mạnh (PPI, Profibus-DP, AS- Trang 4
  5. nguyen ba hoi i). 1.3. Thuật ngữ Cảm biến Thiết bị chấp hành CPU, RAM, ROM, Firmware Ngõ vào rời rạc Ngõ ra rời rạc Ngõ vào tương tự Ngõ ra tương tự Trang 5
  6. nguyen ba hoi Chương 2 Bắt đầu với S7-200 2.1. Hình dáng bên ngoài Chỉ thị trạng thái Đánh số các ngõ vào ra Chuyển chế độ và hiệu chỉnh tương tự Cartridge Trang 6
  7. nguyen ba hoi Input Simulator Removable Terminal Strip 2.2. Các thành viên họ S7-200 Trang 7
  8. nguyen ba hoi Trang 8
  9. nguyen ba hoi Trang 9
  10. nguyen ba hoi 2.3. Module mở rộng Lắp đặt CPU và module Trang 10
  11. nguyen ba hoi Trang 11
  12. nguyen ba hoi Trang 12
  13. nguyen ba hoi Trang 13
  14. nguyen ba hoi 2.4. Chuẩn bị khi lập trình · PLC S7-200 CPU từ 221 đến 226XM · Máy tính (PC hoặc PG) · Phần mềm lập trình STEP7- MicroWin · Cáp truyền thông PC/PPI Chương 3 Đấu nối S7-200 3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều [a] Công tắc ngắt nguồn cho CPU, toàn bộ mạch vào và ra của PLC. [b] Thiết bị chống quá dòng cho CPU, các mạch vào và ra. Có thể sử dụng cầu chì riêng cho từng phần (CPU, mạch vào, mạch ra) để bảo vệ tốt hơn. [c] Bảo vệ quá dòng cho mạch vào không cần thiết nếu các đầu vào sử dụng nguồn 24VDC do PLC cung cấp. Nguồn này (gọi là nguồn cảm biến) đã được thiết kế chống ngắn mạch. Trang 14
  15. nguyen ba hoi [d] Nối đầu đấu mát của PLC vào điểm nối đất gần nhất để chống nhiễu. Tất cả các đầu đấu mát trong một hệ thống nên được đấu vào cùng một điểm. Tốt nhất nên sử dụng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm(. [e] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng cho mạch các đầu vào. [f] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng cho mạch các đầu vào mở rộng. [g] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng nuôi các module ra mở rộng. (Nguồn cảm biến này đã được thiết kế chống ngắn mạch.) [h] Trong đa số các trường hợp, nối đất đầu M của nguồn cảm biến 24VDC này là một trong những cách chống nhiễu tốt nhất. 3.2. PLC sử dụng nguồn nuôi một chiều [a] Công tắc ngắt nguồn cho CPU, toàn bộ mạch vào và ra của PLC. [b] Thiết bị bảo vệ quá dòng cho CPU. [c] Thiết bị bảo vệ quá dòng cho mạch vào. [d] Thiết bị bảo vệ quá dòng cho mạch ra. [e] Cần đảm bảo nguồn một chiều có đủ độ “cứng” cần thiết nhất là trong các trường hợp tải thay đổi (đóng ngắt đầu ra). Nếu cần phải đấu thêm tụ điện ngoài. [f] Trong đa số các trường hợp, nối đất đầu âm của tất cả các nguồn 24VDC là một trong những cách chống nhiễu tốt nhất. [g] Điện trở cho phép dòng điện rò chạy qua để chống hiện tượng tích điện tĩnh (thường có giá trị khoảng 1M(). Tụ điện chống các nhiễu hài bậc cao (thường có giá trị khoảng 4700 pF). Trang 15
  16. nguyen ba hoi [h] Nối đầu đấu mát của PLC vào điểm nối đất gần nhất để chống nhiễu. Tất cả các đầu đấu mát trong một hệ thống nên được đấu vào cùng một điểm. Tốt nhất nên sử dụng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm(. Chỉ sử dụng nguồn cung cấp 24VDC có cách điện tốt với lưới điện xoay chiều cũng như với các nguồn điện khác. 3.3. Bảo vệ đầu ra PLC § Bảo vệ các đầu ra 24V một chiều (Transistors) § Bảo vệ rơ le đóng ngắt dòng điện một chiều § Bảo vệ rơ le đóng ngắt dòng điện xoay chiều Trang 16
  17. nguyen ba hoi 3.4. Sơ đồ đấu nối chi tiết Trang 17
  18. nguyen ba hoi Trang 18
  19. nguyen ba hoi Trang 19
  20. nguyen ba hoi Chương 4 Ngôn ngữ lập trình Có 03 ngôn ngữ lập trình thông dụng cho PLC, (ta tạm dùng chữ “ngôn ngữ” để chỉ môi trường (editor) lập trình cho PLC). 03 ngôn ngữ thông dụng đó là: Statement List (STL), Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD) Với S7-200, mỗi ngôn ngữ có thể sử dụng tập lệnh SIMATIC hay tập lệnh theo chuẩn IEC 1131-3, riêng STL chỉ có thể sử dụng tập lệnh SIMATIC. 4.1. Statement List (STL) STL cho phép tạo chương trình bằng cách viết từng câu lệnh, khác với hai ngôn ngữ kia là dạng đồ họa. Chính vì thế trong STL có thể viết những chương trình mà trong hai ngôn ngữ còn lại không viết được, bởi vì nó sát với ngôn ngữ máy hơn, không bị giới hạn bởi các qui tắc đồ họa. STL thường dành cho các lập trình viên giàu kinh nghiệm. STL có nhiều nét tương tự ngôn ngữ lập trình Assembler. Một khái niệm rất quan trọng trong STL là Ngăn xếp (Stack), khái niệm này không có trong LAD và FBD. Ngăn xếp trong STL về kích thước nhỏ hơn nhiều so với khái niệm ngăn xếp trong Assembler, chỉ bao gồm 09 bits. Tuy nhiên nó lại đóng vai trò lớn hơn, ảnh hưởng tới sự thực hiện của hầu hết các lệnh và các lệnh cũng luôn tác động tới nội dung ngăn xếp. STL thường dành cho các lập trình viên giàu kinh nghiệm; STL có thể giải quyết được một số vấn đề không thể giải quyết dễ dàng trong LAD và FBD; STL chỉ có thể sử dụng với tập lệnh SIMATIC; Mọi chương trình viết bằng LAD hay FBD đều có thể chuyển về xem và sửa trong STL nhưng không phải tất cả những chương trình viết trong STL đều có thể xem bằng LAD hoặc FBD. 4.2. Ladder Logic (LAD) Một chương trình viết trong LAD rất giống với một sơ đồ điện, vì thế được rất nhiều người lựa chọn khi lập trình cho PLC nói chung. Chương trình thường được chia thành nhiều phần nhỏ, rất dễ hiểu và tương đối độc lập gọi “network”. Những thành phần cơ bản của một chương trình trong LAD là các tiếp điểm (contacts) - đại diện cho các đầu vào như nút bấm, tiếp điểm, điều kiện, . . . các cuộn dây (coils) - đại Trang 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản