Giáo trình Điều khiển PLC nâng cao (Nghề: Cơ điện tử - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Hoababytrang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:132

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Điều khiển PLC nâng cao với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được cấu trúc và phương thức hoạt động của các loại PLC theo nội dung đã học; Mô tả cấu trúc các phần chính của hệ thống điều khiển: ngôn ngữ, liên kết, định thời của các loại PLC khác nhau.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điều khiển PLC nâng cao (Nghề: Cơ điện tử - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯƠNG VĂN HỢI (Chủ biên) TRỊNH THỊ HẠNH – TẠ VĂN BẰNG GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC NÂNG CAO Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Trung cấp (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019
LỜI NÓI ĐẦU Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề... thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh. Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế. Nội dung của giáo trình “Điều khiển PLC nâng cao ” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,. Giáo trình nội bộ này do các nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm công tác trong ngành đào tạo chuyên nghiệp. Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề. Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2019 Chủ biên: Trương Văn Hợi 1
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................... 1 MỤC LỤC ............................................................................................................ 2 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ................................................................................ 3 Chương 1 .......................................................................................................... 5 Kết nối dây giữa plc với các thiết bị ngoại vi ................................................ 5 1.1. Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi ............................................. 5 1.2. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm ................................................ 12 Chương 2 ........................................................................................................ 36 PLC của các hãng .......................................................................................... 36 2.1. Giới thiệu chung ................................................................................... 36 2.2. PLC của hãng Mitsubishi ..................................................................... 58 2.3. PLC Của hãng Simen ........................................................................... 65 2.4. Hãng Allenbradley ............................................................................... 73 2.5. Hãng Telemcanique ............................................................................. 95 Chương 3 ...................................................................................................... 104 Lắp đặt mô hình điều khiển bằng plc........................................................ 104 3.1. Giới thiệu............................................................................................ 104 3.2. Cách kết nối dây ................................................................................. 106 3.3. Tóm tắt các mô hình và bài tập ứng dụng .......................................... 108 3.3.2. Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: ................................................................. 110 3.3.4. Viết chương trình điều khiển: ......................................................... 112 Tài liệu tham khảo ...................................................................................... 131 2
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Điều khiển PLC nâng cao Mã số mô đun: MĐ 35 Thời gian mô đun: 120 giờ (LT: 12 giờ; TH/TT/TN/BT/TL: 118 giờ) VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN - Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí dạy cuối chương trình sau khi học xong các môn chuyên môn như kỹ thuật cảm biến, điện tử công suất, Vi xử lí, PLC cơ bản.. - Tính chất của mô đun: Là mô đun chuyên môn nghề. MỤC TIÊU CỦA MÔ ĐUN + Về kiến thức: - Trình bày được cấu trúc và phương thức hoạt động của các loại PLC theo nội dung đã học. - Mô tả cấu trúc các phần chính của hệ thống điều khiển: ngôn ngữ, liên kết, định thời của các loại PLC khác nhau + Về kỹ năng: - Viết chương trình cho các loại PLC khác nhau đạt yêu cầu kỹ thuật - Thực hiện các kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp 3
NỘI DUNG MÔ ĐUN Thời gian Thực hành/thực TT Tên các bài trong mô đun Tổng Lý tập/thí Kiểm số thuyết nghiệm/bài tra tập/thảo luận 1 Kết nối dây giữa PLC và thiết 6 2 4 bị ngoại vi 1.1 Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi 1.2. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm 1.3. Cài đặt và sử dụng phần mềm lập trình cho PLC 2 PLC của các hãng khác 12 4 7 1 2.1. PLC của hãng Omron 2.2. PLC của hãng Mitsubishi 2.3. PLC Của hãng Simen ( Trung bình và lớn ) 2.4. Hãng Allenbradley 2.5. Hãng Telêmcanique 3 Lắp đặt mô hình điều khiển 42 6 35 1 bằng PLC 3.1. Giới thiệu 3.2. Cách kết nối dây 3.3. Thực hành và ứng dụng Kiểm tra Cộng 60 12 46 2 4
Chương 1 Kết nối dây giữa plc với các thiết bị ngoại vi 1.1. Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi Trong các hệ thống sản xuất hiện đại thì số lượng đối tượng điều khiển có số lượng lớn cũng như rất đa dạng về hình thức. Để tăng tính linh hoạt cho người ta chia PLC thành nhiều module (các khối chức năng) với CPU có thể quản lý một vùng nhớ lớn.( hình 1.1) PLC S7-300 của Siemens cũng tuân theo nguyên này: Hình 1.1: Các khối chức năng của S7-300 Các module chức năng của S7-300: PS (Power Supply Module): bộ nguồn cho S7-300 CPU: bộ xử lý trung tâm SM (Signal Module): module tín hiệu có 2 dạng + DI/DO (Digital Input/Digital Output): ngõ vào/ra dạng số + AI/AO (Analog Input/Analog Output): ngõ vào/ra dạng tương tự IM (Interface Module): khối giao tiếp mở rộng PLC FM (Function Module): module chức năng đặc biệt + Đếm (Counter) + Điều khiển vị trí (Positioning Module) + Điều khiển vòng kín (PID module) CP (Communication Processing module): module xử lý truyền thông + Kết nối điểm – điểm (point – point) + Profibus 5
+ Ethernet công nghiệp (Industrial Ethernet) DM (Dummy Module): Module giả lập dự phòng DM370 địa chỉ ngõ vào/ra 1.1.1. Kết nối với máy tính Sơ đồ kết nối giữa máy tính với PLC ( hình 1.2) Hình 1.2 Sơ đồ kết nối giữa máy tính với PLC Sơ đồ kết nối chi tiết giữa máy tính với PLC SIMENS Đối với các thiết bị lập trình của hãng SIMENS có các cổng giao tiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp. Tuy nhiên đối với những máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. ( hình 1.3) Hình 1.3 Sơ đồ khối plc 6
Mở nguồn cho PLC Chuyển sang trạng thái stop. Đèn stop hiện lên Chuyển cần gạt sang chế độ MRES và giữ khoảng 3s để reset trước khi đổ. Chương trình sau khi đã soạnChuyển thảo nút cầngạt về vị được trí stop truyền và đổ xuống CPU. Để làm được điều này,chương ta nhấntrình chuột trái vào biểu tượng này trên thanh công cụ và trả lời đầy đủ các câu hỏi. Chú ý khi nạp chương trình cần phải đặt CPU ở trạng thái Stop hoặc CPU ở trạng thái RUN-P Xóa chương trình có sẵn trong CPU Để thực hiện việc nạp chương trình mới từ PC xuống CPU ta cần thực hiện công việc xóa chương trình đã có sẵn trong CPU. Đều này ta thực hiện các bước như sau: ( hình 1.4) + Đưa trạng thái của CPU về STOP: Từ màn hình chính của Step 7, ta chọn lệnh: Hình 1.4 xóa chương trình plc 7
Giám sát hoạt động của chương trình (hình 1.5) Sau khi đã nạp chương trình soạn thảo xuống CPU lúc này chương trình đã được ghi vào bộ nhớ của CPU. Khi đó ta có thể tách rời PC và CPU của S7 mà chương trình vẫn hoạt động bình thường. Để thực hiện việc quan sát quá trình hoạt động của chương trình và CPU ta sử dụng chức năng giám sát chương trình bằng cách nhấn vào biểu tượng này trên thanh công cụ. Sau khi chọn chức năng giám sát chương trình này thì trên màn hình sẽ xuất hiện một cửa sổ sau: Tùy theo kiểu viết chương trình mà ta nhận được sự khác nhau về kiểu hiển thị trên màn hình (Dưới đây sử dụng chương trình kiểu viết chương trình FBD). Hình 1.5 chương trình khối theo dạng FBD Các cảm biến logic (rời rạc): Công tắc cơ: 2 trạng thái: Đóng và mở ( hình 1.6) + Công tắc có các tiếp điểm thường mở (NO), thường đóng (NC) + NO: Khi không có tín hiệu vào cơ học: Mở, khi có tín hiệu vào cơ học: Đóng + NC: Khi không có tín hiệu vào cơ học: Đóng, khi có tín hiệu vào cơ học: Hình 1.6 kết nối công tắc cơ theo mức logic 0 và 1 8
Công tắc giới hạn: Công dụng phát hiện sự có mặt của chi tiết chuyển động ( hình 1.7 ) Hình 1.7 công tắc hành trình cơ  Kết nối ngõ vào bằng nút nhấn và công tắc hành trình ( hình 1.8 ) Hình 1.8 kết nối tín hiệu ngõ vào plc Cảm biến quang, Cảm biến điện dung, Cảm biến điện cảm: dùng để xác định có vật thể. Có hai dạng cảm biến: kiểu NPN ( hình 1.9 ) và kiểu PNP ( hình 1.10 ) Hình 1.9: kết nối ngõ vào cảm biến kiểu NPN 9
Hình 1.10: kết nối ngõ vào cảm biến kiểu PNP Các cảm biến liên tục Bộ đo tốc độ góc: đo tốc độ quay của trục động cơ ( hình 1.11) Hình 1.11. Tín hiệu Cảm biến nhiệt độ + Các loại cảm biến nhiệt độ + Cảm biến nhiệt độ điện trở RTD (Resistive temperature detector). ( hình 1.12 ) + Nhiệt độ tăng => điện trở tăng Hình 1.12: Điện áp ra 10
+ Cặp nhiệt điện ( hình 1.13 ) + Dải đo: -100 đến 2000 độ C Hình 1.13: Nhiệt độ 1.1.2. Kết nối ngõ ra cho PLC Công dụng: Biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành các hoạt động có công suất cao hơn, sau đấy hoạt động này sẽ điều khiển các quá trình khác. Phân loại: + Thiết bị ra logic Solenoid Van Xi lanh + Thiết bị ra liên tục Động cơ DC, AC Động cơ bước kết nối ngõ ra: Hình 1.13: kết nối ngõ ra với chân com âm 11
Hình 1.14: kết nối ngõ ra với chân com dương 1.2. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm Để viết chương trình điều khiển thì các loại PLC đều phải sử dụng các chương trình đi kèm. Đa số các phần mềm viết chương trình lập trình PLC rất đơn thuần là thảo chương trình điều khiển. Tuy nhiên, phần mềm Step7 Manager dành cho PLC S7-300 & 400 là một phần mềm toàn diện gồm nhiều chức năng, không những soạn thảo chương trình mà còn giúp quản lí hoạt động của PLC. Step7 Manager hỗ trợ các chức như sau: + Khai báo phần cứng cho trạm PLC thuộc họ S7-300/400. + Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng như thủ tục truyền thông giữa chúng. + Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm. Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển cho một trạm PLC và gỡ rối chương trình. Ngoài ra Step7 còn có cả một thư viện gồm đầy đủ các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online rất mạnh có khả năng trả lời các câu hỏi của người dùng về cách sử dụng Step7, về cú pháp lệnh lập trình, về xây dựng cấu hình cứng của một trạm cũng như một mạng gồm nhiều trạm PLC. ( hình 1.15) 12
Hình 1.15: Giao diện chương trình Step7 Manager 5.1 Chọn giao diện kết nối PC/PLC: Chương trình Step7 được cái đặt trên PC hoặc PG để hỗ trợ việc soạn thảo cấu hình phần cứng cũng như chương trình cho PLC, tức là sau đó toàn bộ những gì soạn thảo sẽ được biên dịch và chuyển sang PLC. Không những thế, Step7 còn tạo khả năng quan sát việc thực hiện chương trình của PLC. Muốn như vậy ta cần phải cần có các thiết bị với giao diện kết nối giữa PC với PLC để truyền dẫn thông tin, dữ liệu. ( hình 1.16) Step7 có thể được ghép nối với PLC qua nhiều bộ giao diện khác nhau như card MPI (Multi Point Interface), qua cáp chuyển đổi PC/PPI (Point to Point Interface), qua card PROFIBUS (CP) … nhưng chúng phải được khai báo sử dụng. Ngay sau khi Step7 vừa được cài đặt xong, trên màn hình xuất hiện cửa sổ thông báo cho ta chọn các bộ giao diện sẽ được sử dụng. Hình 1.16 cài đặt card truyền thông 13
Các loại giao diện có thể lựa chọn gồm có: + CP5511 (Plug & Play): Card truyền thông CP 5511 chuẩn PCI. + CP5511 (Plug & Play): Card truyền thông CP 5512 chuẩn PCI. + CP5611 (Plug & Play): Card truyền thông CP 5611 chuẩn PCI. + PC Adapter: Bộ giao diện tích hợp trong Step7 dành cho PC. + PC/PPI cable: Cáp truyền PPI giao tiếp RS-485 giữa PC/PG với PLC ( hình 1.17.) Khi cần sử dụng bộ giao diện nào, ta cần đánh dấu chọn loại giao diện đó rồi nhấn Install để cài đặt. Bộ giao diện được sử dụng thường xuyên là PC Adapter vì đây là bộ giao diện ảo tích hợp sẵn trong phần mềm Step7. Tuy nhiên, chọn bộ giao diện thôi vẫn chưa đủ ta còn phải thiết lập các thông số của giao diện bao gồm giao thức, tốc độ truyền, cổng ghép nối máy tính… Hình 1.17: Cửa sổ cài đặt giao diện kết nối PC/PLC Để thiết lập các thông số này ta vào mục Options Set PC/PG Interface. Các loại chuẩn kết nối của bộ giao diện PC Adapter: + Auto: Tự động dò tìm chuẩn kết nối phù hợp với phần cứng. ( hình 1.18) + MPI: Chuẩn kết nhiều điểm (giữa các PLC S7-300/400). ( hình 1.19a,b) 14
+ PROFIBUS: Chuẩn truyền thông công nghiệp.( hình 1.20a,b) + PC/PPI: Kết nối với cáp truyền đi kèm của S7-300. Cổng kết nối giữa PC với PLC và tốc độ truyền là các thông số chung của tất cả các chuẩn kết nối. Tuy nhiên, tùy theo chuẩn kết nối mà các thông số kết nối có số khác biệt. PC Adapter (Auto): Hình 1.18 khai báo cổng và địa chỉ giao tiếp PC Adapter (MPI) Hình 1.19: Chọn cổng COM 15
Hình 1.19b: Chọn chế độ PC Adapter (PROFIBUS): Hình 1.20a : Truyền thông Hình 1.20b: Thay đổi thông số 16
Soạn thảo một dự án (Project): Khái niệm Project trong Step7 không đơn thuần chỉ là chương trình ứng dụng mà rộng hơn là bao gồm tất cả những gì liên quan đến việc thiết kế phần mềm ứng dụng để điều khiển, giám sát một hay nhiều trạm PLC. Theo khái niệm như vậy, một project Step7 sẽ có các thành phần sau: + Cấu hình phần cứng các module PLC S7-300/400. + Bảng tham số xác định chế độ làm việc cho từng module của mỗi trạm PLC. + Các logic block chứa chương trình ứng dụng của PLC. + Cấu hình ghép nối và truyền thông giữa các trạm PLC. + Màn hình giao diện phục vụ quản lí giám sát các trạm PLC trong mạng (kết hợp các phần mềm khác của Simatic). Cài đặt và sử dụng phần mềm lập trình Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản: STL (Statement list) Dạng ngôn ngữ sử dụng dòng lệnh cho chương trình. Đây là ngôn ngữ thông thường với máy tính. Một chương trình gồm nhiều câu lệnh được ghép với nhau bởi một thuật toán nhất định. LAD (Ladder logic) Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa tích hợp quen thuộc với những người quen thiết kế tự động hóa. FBD (Function block Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa tích hợp diagram) quen thuộc với những người quen thiết kế mạch kỹ thuật số. Một chương trình viết bằng ngôn ngữ LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được sang dạng STL nhưng ngược lại thì không. Trong STL có một lệnh không có trong có LAD và FBD.( hình 1.21) S L F TL AD BD Hình 1.21: STL là ngôn ngữ lập trình mạnh nhất 17
Kỹ thuật lập trình Phần bộ nhớ CPU dành cho chương trình ứng dụng có tên gọi là logic block. Như vậy logic block là tên chung để gọi tất cả các khối chương trình bao gồm những khối chương trình tổ chức OB (Organization block), khối chương trình FC (Function), khối hàm FB (Function block). Trong các khối chương trình này chỉ có duy nhất khối OB1 được thực hiện trực tiếp theo vòng quét. Nó được hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với khoảng thời gian không cách đều nhau mà phụ thuộc vào độ dài của chương trình. Các loại khối chương trình khác không được tham gia trực tiếp vào vòng quét. Với hình thức tổ chức chương trình như vậy nên ta chia ra 2 dạng lập trình như sau: + Lập trình tuyến tính ( hính1.22): Trong vòng quét của PLC chỉ duy nhất khối OB1 được tham gia trực tiếp nên nó có đầy đủ điều kiện của một chương trình điều khiển thời gian thực và toàn bộ chương trình ứng dụng có thể được viết trong OB1 là đủ. Cách tổ chức chương trình chỉ với khối OB1 được gọi là lập trình tuyến tính (linear programming). Hình 1.22: Lập trình tuyến tính Đặc điểm của chương trình được lập trình dạng tuyến tính: + Áp dụng cho các giải thuật điều khiển đơn giản, không phức tạp. + Các câu lệnh được thực hiện tuần tự theo vòng quét. + Lập trình cấu trúc (hình1.23): Khác với kiểu lập trình tuyến tính, kỹ thuật lập trình có cấu trúc (structure programming) là phương pháp lập trình mà ở đó toàn bộ chương trình điều khiển được chia nhỏ thành các khối FC hay FB mang một nhiệm vụ cụ thể riêng và được quản lí bởi chung bởi các khối OB. Kiểu lập trình này rất phù hợp cho các bài toán điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ,… 18
Lập trình tuyến tính: Chương trình được lập trình theo dạng tuyến tính thường có giải thuật lập trình khá đơn giản. Hoạt động của hệ thống trải qua các bước theo tuần tự (Sequence step) với các đặc điểm như sau: ( hình 1.23) Trong một thời điểm nhất định chỉ có duy nhất 1 bước hoạt động. Bước hoạt động trước sẽ chuẩn bị điều kiện cho bước kế tiếp. Khi đã chuyển sang bước sau thì bước hoạt động trước đó bị vô hiệu hóa. Hình 1.23 sơ đồ khối lập trình tuyến tính 19