Đồ án tốt nghiệp "Điều khiển lập trình bằng PLC"

Chia sẻ: Minhle Tr | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

969
lượt xem 515
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp "Điều khiển lập trình bằng PLC"

MỤC LỤC Chương I. GIỚI THIÊU CHUNG VỀ “ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH BẰNG PLC ” 1.1. Giới thiệu phần cứng của bộ điều khiển khả trình PLC. 1.2 GIỚI THIỆU VỀ PLC- S7-200 CỦA SIEMEN 1.2.1Ðặc trưng thông số 1.2.2 Ðặc điểm ngỏ vào 1.2.3 Cấu trúc bộ nhớ Chương III. TÌM HIỂU TẬP LỆNH PLC CỦA S7-200 3.1 Tập lệnh PLC S7-200 Chương IV: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 4.1 Cảm biến quang 4.2 Encoder
Chương V. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM CAO THẤP 5.1 Phân tích yêu cầu công nghệ và lựa chọn thiết bị điều khiển 5.2 Địa chỉ các biến vào ra 5.3 Viết chương trình điều khiển ( Dùng ngôn ngữ LaDer) Chương VI CHẠY THỬ CHƯƠNG TRÌNH TRÊN PHÂN MÊM MÔ PHỎNG SIMULATOR CỦA SIEMEN 6.1. Các bước chạy bằng phần mềm mô phỏng. 6.2. Kết nối và vận hành thử. Chương VII : KẾT LUÂN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1. Kết luận. 7.2 Kiến nghị. ✿ Tài liệu tham khảo
LỜI MỞ ĐẦU • Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. • Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội. Qua bài tập của đồ án môn học tôi sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào sản xuất phân loại sản phẩm theo chiều cao bằng bốn băng tải của công ty,xí nghiệp sản xuất. Trong thực tế lập trình PLC có thể được sử dụng nhiều hãng phần mềm sản xuất như là hãng Siemens- Đức, omron-Nhật bản, Goldstar-Hàn Quốc,… tuỳ thuộc vào đối tác, tiềm lực của Công ty, xí nghiệp để sử dụng công nghệ của hãng. • Trên đây là một phần nhỏ về chương trình điều khiển viết cho hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao. Trong quá trình thực hiện chương trình còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho vấn đề này đang rất ít,và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề như phần cơ trong dây chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo, các quý bạn đọc cũng nh các bạn đồng nghiệp để đồ án được hoàn thiện hơn. ư này • Sinh
• Chương I: GIỚI THIÊU CHUNG VỀ “ ĐIỀU KHIỂN LẬP • TRÌNH BẰNG PLC” • 1.1. Giới thiệu phần cứng của bộ điều khiển khả trình PLC. • PLC viết tắt của Program Mable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, bộ điều khiển thoả mãn các yêu cầu: • - Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học. • - Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản. • - Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp. • - Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. • - Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul mở rộng. • - Giá cả phù hợp. • Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trển việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các tác vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương
• Cơ sở của việc sử dụng PLC: Trong công nghiệp trước đây, các hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch logic điện tử kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống. Điều đó có nghĩa là: Quan hệ giữa các biến vào và các biến ra tuân theo một hàm số, mà hàm số này chính được xác định bởi luật kết nối giữa các phần tử logic. • (y1, y2,... yn ) = f (x1, x2,... xn ) • Như vậy đối với mục đích điều khiển xác định thì hàm f cố định. Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và làm việc độc lập thì việc sử dụng các phần tử có sẵn liên kết cứng với nhau có nhiều ưu điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các hệ thống điều khiển phức tạp nhiều chức năng thì những cấu trúc theo kiểu cứng có nhiều nhược điểm như: • - Hệ thống cồng kềnh, đầu nối phức tạp dẫn đến độ tin cậy kém. • - Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng thì phải dừng cả hệ thống để đấu nối...
• Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: • - Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây. • - Tính mềm dẻo cao trong hệ thống. • - Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ caoKhối vi xử lý trun tâm • + Hệ điều hànhBộ đếm vào-raBộ định thờiBộ đếmBit cơCổng vào ra • OnboardQuản lý ghép nốiBus của PLC • - Bộ nhớ vào ra:
Bộ định Khối vi thời Bộ đếm xử lý trun vào-ra tâm Bộ đếm + Hệ điều hành Bit cơ Cổng Bus của PLC vào ra Onboard Quản lý ghép Cổng nối ngắt và đếm tốc độ cao
• Hình 1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC • Trạng thái tín hiệu vào được nhận biết và chứa trong bộ nhớ, nơi PLC thực hiện các lệnh logic được lập trình để xử lý các tín hiệu vào máy và tạo ra các tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị liên quan. • Cấu trúc PLC bao gồm: • Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có một số hạng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng. Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau:
Nguồn cung Nhớ chương trình Mô đun Mô đun xuất cấp nhập dữ liệu dữ liệu + -
• Hình 2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC • Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thường các tín hiệu xuất nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog). • a. Mô đun nguồn: (Moudule) • Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều. • b. Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module): • Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ: • * Bộ vi xử lý (CPU): CPU là một bộ não của PLC. Nó điều khiển và kiểm soát tất cả mọi hoạt động bên trong của PLC. Nó thực hiện những lệnh đã được chương trình hoá lưu trữ bên trong bộ nhớ. Một hệ thống BUS mang thông tin đến và kết nối CPU, bộ nhớ và bộ xuất nhập cũng chịu sự điều khiển của CPU. CPU được cung cấp bởi một tần số đồng bộ do tinh thể thạch anh bên ngoài hay một bộ giao động RC. Mạch dao động này có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động từ 118 MHZ. Tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý đã được sử dụng và phạm vi sử dụng. Một CPU bao gồm 3 thành phần riêng biệt sau:
• + Bộ điều khiển (CU – Control Unit) gồm khối soạn lệnh và ngăn xếp có nhiệm vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu lệnh. • + Bộ lý luận và số học (AIU) để thực hiện các phép toán số học và logic như: cộng trừ, AND, OR, NOT,… • + Bộ nhớ có tốc độ cao, kích thước nhỏ để lưu các kết quả tạm thời và các thông tin điều khiển. • * Bộ nhớ: Bao gồm bộ nhớ chứa chương trình và bộ nhớ dữ liệu,….Đơn vị nhỏ nhất của bộ nhớ là bít có giá trị “1” (hoặc “0”). Nhiều bít hợp theo hàng và cột tạo thành một khối bộ nhớ. Nội dung bộ nhớ có thể đọc ra hoặc ghi vào. Mỗi bít được định nghĩa một địa chỉ riêng để bộ nhớ dễ quản lý. • Có hai loại bộ nhớ như sau: • - Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): Ram là bộ nhớ chính trong mọi máy tính. Kể cả PLC. Bộ nhớ RAM có lợi là dung lượng lớn nhưng giá rẻ. Ram là loại bộ nhớ có thể đọc ghi chương trình một cách dễ dàng. Tuy nhiên dữ liệu trong Ram sẽ bị xoá sạch khi có sự cố về điện. Vì vậy muốn lưu trữ chương trình điều khiển tron bộ nhớ Ram thì người ta dùng phương pháp nuôi bộ nhớ Ram bằng 1 nguồn pin. Nếu cần lưu trữd dài thì ta dùng loại pin có chất lượng cao...
• - Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Rom là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ nhớ này có đặc tính trái ngược với bộ nhớ Ram là rất khó xoá, nên khi có sự cố về điện thì nội dung chương trình vẫn còn trong bộ nhớ. Nhưng hiện này người ta có thể thay đổi nội dung của nó. Tuỳ thuộc vào cách tạo nội dung, cách xoá nội dung, cách nập nội dung mới vào nó mà ta có các loại bộ nhớ Rom khác nhau như: PROM, EPROM, RPROM, EEPROM, EAROM. • Điển hình ở đây ta xét 2 loại bộ nhớ ROM được dùng rộng rãi trong các PLC là EPROM và EEPROM. • + EPROM (Erasable Programmable Read – Only Memory): Bộ nhớ Rom có thể xoá nội dung chương trình. Nó được xoá bằng tia cực tím, sau khi nội dung cũ đã xoá thì người ta dùng một thiết bị đặc biệt để ghi nội dung chương trình mới vào trong Rom. Loại này rất phức tạp vì phải dùng thiết bị đắt tiền. • + EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read – Only Memory): • Bộ nhớ loại này cũng giống như bộ nhớ EPROM nhưng phương thức xoá nội dung chương trình đơn giản hơn. Tức là nó được xoá bằng điện và việc nạp một chương trình mới cho nó cũng đơn giản. Ngoài hai loại trên trong các PLC người ta còn thường dùng FLASH EROM. Đối với những bộ điều khiển logic theo chương trình thuộc loại lớn có thể có nhiều Module CPU nhằm tăng tốc độ xử lý.
• c. Mô đun nhập: (Input Module) • Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,…Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho mọt lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến. • Các cảm biến (Sensors) được nối với Module ngõ vào của PLC. Thông thường một Module nhập có 8 ngõ vào hoặc 16 ngõ vào hoặc có thể hơn nữa tuỳ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng mà chọn cho phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần khoảng 16 ngõ vào, ứng dụng trung bình thì cần khoảng 80 ngõ vào, ứng dụng cỡ dùng các cuộn dây Rơle cho ngõ vào. Điện áp hoạt động đưa vào các cuộn dây này thường vào khoảng 24 VDC với dòng vào vài mA (6mA), rất bé so với dòng tiêu thụ qua cuộn dây trong rơle thực tế. Cũng có PLC hoạt động với điện áp 220V AC. Mặc dù điện áp cao như vậy nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho mạch điện tử của PLC vì người ta sử dụng các linh kiện cách ly (Optocoupler). Theo tiêu chuẩn công nghiệp với điện áp 24 VDC, người ta quy định: • - Điện áp từ 0 - 5 VDC thể hiện logic 0 ở ngõ vào • - Điện áp từ 11 - 30 VDC thể hiện logic 1 ở ngõ vào
d. Mô đun xuất (Output Module): Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập. Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT. Aptomat. Triac… Ngoài ra còn có PLC với ngõ ra là tín hiệu điện: Logic 0 ứng với điện áp từ 0 - 0,8V và logic 1 ứng với điện áp từ 12 - 28V với dòng ra có khi lên tới 300mA. Dải điện áp cấp nguồn từ 12V - 28V. PLC thực hiện chương trình: PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Bắt đầu mỗi vòng quét là việc quét các tín hiệu vào. Trong quá trình quét này trạng thái hiện thời của mỗi tín hiệu vào được chứa trong bảng ảnh. Việc quét các đầu vào này rất nhanh, việc quét phụ thuộc vào các module vào, xung nhịp cũng như các đặc tính riêng của mỗi loại CPU thực hiện chương trình sử dụng. Công việc này thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của chương trình (lệnh MEND). Như vậy thời gian thực hiện chương trình sẽ phụ thuộc vào độ dài chương trình, độ phức tạp của các lệnh, và đặc tính kỹ thuật của từng loại CPU
Chuyển dữ liệu từ đầu Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới đầu vào I đầu ra Q tới cổng ra Thực hiện Truyền thông và chương trình kiểm tra bộ nhớ
• Hình 3: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC • Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra. Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những trường hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chương trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Tập lệnh của PLC chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường của chương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chương trình. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng quét chiếm thời gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiện càng nhanh.
• Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với 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 thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. • Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con 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.
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC – PLC-S7-200 CỦA SIEMEN 2.1 Giới thiệu phần cứng S7-200 là PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens.Cấu trúc S7-200 gồm 1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau.S7-200 gồm nhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226….có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu cầu: tổng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng (AS-I, Profibus
Hinh 4:hình dáng s7-200
• 2.1.2Ðặc trýng thông số