Giáo trình Điều khiển hệ thống cơ điện tử sử dụng PLC - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

Chia sẻ: Cuahuynhde Cuahuynhde | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

65
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình Điều khiển hệ thống cơ điện tử sử dụng PLC cung cấp các nội dung chính như sau: Điều khiển hỗn hợp, các liên kết đồng giá trị, các mạch ứng dụng bộ nhớ, các mạch ứng dụng timer, các mạch ứng dụng counter;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điều khiển hệ thống cơ điện tử sử dụng PLC - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Tác giả (chủ biên) VŨ NGỌC VƯỢNG GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PLC (Lưu hành nội bộ) a Hà Nội năm 2012
Tuyên bố bản quyền Giáo trình này sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội bộ trong trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng và không cho phép bất kỳ cá nhân hay tổ chức nào sử dụng giáo trình này với mục đích kinh doanh. Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình này với mục đích khác hay ở nơi khác đều phải được sự đồng ý bằng văn bản của trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội 1
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 HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PLC” 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 trân trọng cảm ơn! 2
BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN HỖN HỢP 1. Hỗn hợp AND trước OR. 1.1. Hỗn hợp 1. Ngôn ngữ lập trình: PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản sau: Ngôn ngữ lập trình liệt kê lệnh STL (Statement List). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được hoàn chỉnh bởi sự ghép nối của nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và có cấu trúc chung “tên lệnh” + “toán hạng”. Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder Logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ, thích hợp với những người lập trình quen với việc thiết kế mạch điều khiển logic. Ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram). Đây cũng là dạng ngôn ngữ đồ hoạ, thích hợp cho những người quen thiết kế mạch điều khiển số. Trong PLC có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ cho các đối tượng sử dụng khác nhau. Tuy nhiên một chương trình viết trên ngôn ngữ LAD hay FBD có thể chuyển sang dạng STL, nhưng ngược lại thì không. Và trong STL có nhiều lệnh mà LAD hoặc FBD không có. Đây cũng là thế mạnh của ngôn ngữ STL: STL FBD LAD STL là ngôn ngữ mạnh nhất Để đơn giản cho công việc lập trình tuần tự. Gần đây trong những Version mới của STEP7, từ Version 5.0 trở đi có hổ trợ thêm ngôn ngữ lập trình Graph. Vùng nhớ và tầm địa chỉ của PLC S7-300 1
Tên gọi Kích thước truy Kích thước tối đa (tuỳ cập thuộc vào CPU) Process input image I 0.0 ÷ 127.7 (I) IB 0 ÷ 127 Bộ đệm vào số IW 0 ÷126 ID 0 ÷ 124 Process output image Q 0.0 ÷ 127.7 (Q) QB 0 ÷ 127 Bộ đệm ra số QW 0 ÷ 126 ID 0 ÷ 124 Bit memory (M) M 0.0 ÷ 255.7 Vùng nhớ cờ MB 0 ÷ 255 MW 0 ÷ 254 MD 0 ÷ 252 Timer (T) T0 ÷ T255 Counter (C) C0 ÷ C255 Data block (DB) DBX 0.0 ÷ 65535.7 Khối dữ liệu share DBB 0 ÷ 65535 DBW 0 ÷ 65534 DBD 0 ÷ 65532 Data block (DI) DIX 0.0 ÷ 65535.7 Khối dữ liệu instance DIB 0 ÷ 65535 DIW 0 ÷ 65534 DID 0 ÷ 65532 Local block (L) L 0.0 ÷ 65535.7 2
Miền nhớ địa phương LB 0 ÷ 65535 cho các tham số hình LW 0 ÷ 65534 thức LD 0 ÷ 65532 Peripheral input (PI) PIB 0 ÷ 65535 PIW 0 ÷ 65534 PID 0 ÷ 65532 Peripheral output PQB 0 ÷ 65535 (PQ) PQW 0 ÷ 65534 PQD 0 ÷ 65532 Trừ phần bộ nhớ EEPROM thuộc vùng Load memory và một phần RAM tự nuôi đặc biệt (non-volatile) dùng để lưu giữ tham số cấu hình trạm PLC như địa chỉ trạm (MPI address), tên các module mở rộng, tất cả các phần bộ nhớ còn lại ở chế độ mặc định không có khả năng tự nhớ (non-retentive). Khi mất nguồn nuôi hoặc khi thực hiện công việc xoá bộ nhớ (MRES), toàn bộ nội dung của phần bộ nhớ non-retentive sẽ bị mất. a. Các kiểu số học trong PLC S7-300 Hệ thập phân Hệ thập phân với cơ số 10 gồm các chữ số là: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Giá trị các chữ số trong hệ thập phân phụ thuộc vào giá trị của từng chữ số và vị trí của nó. Trong hệ thập phân vị trí đầu tiên bên phải là 0; vị trí thứ 2 là 1; vị trí thứ 3 là 2;… tiếp tục cho đến vị trí cuối cùng bên trái. Hệ nhị phân Hệ nhị phân là hệ sử dụng cơ số 2, gồm 2 chữ số là 0 và 1. Giá trị thập phân của số nhị phân cũng được tính tương tự như số thập phân. Nhưng cơ số tính luỹ thừa là cơ số 2. Hệ bát phân. Hệ đếm này có 8 chữ số từ 0 đến 7. Cũng như các hệ đếm khác, mỗi chữ số trong hệ cơ số 8 có giá trị thập phân tương ứng với vị trí 3
của nó. Hệ đếm thập lục phân Hệ đếm thập lục phân sử dụng cơ số 16, gồm 16 chữ số là: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Trong đó A tương ứng 10; B tương ứng 11; C tương ứng 12; D tương ứng 13; E tương ứng 14; F tương ứng 15. Giá trị thập phân của số thập lục phân được tính tương tự như các hệ đếm khác nhưng cơ số tính là 16. Bảng mã: Bảng mã nhị phân 4 bits tương đương cho các chữ số thập phân từ 0 đến 15 và các chữ số thập lục phân từ 0 đến F Nhị phân Thập phân Thập lục phân 0000 0 0 0001 1 1 0010 2 2 0011 3 3 0100 4 4 0101 5 5 0110 6 6 0111 7 7 1000 8 8 1001 9 9 1010 10 A 1011 11 B 1100 12 C 4
1101 13 D 1110 14 E 1111 15 F Các khái niệm xử lý thông tin: Trong PLC, hầu hết các khái niệm xử lý thông tin cũng như dữ liệu đều được sử dụng như: Bit, Byte, Word, Double Word.  Bit: là 1 ô nhớ có giá trị logic là 0 hoặc 1.  Byte gồm 8 bit MSB LSB  Word(từ đơn): 1 từ gồm có 2 byte. Byte thấp Byte cao  Double word: gồm có 4 byte. Byte cao nhất Byte thấp nhất - 1 Kb(Kílobyte) = 210 bits - 1Mb(Megabyte) = 220 bits - 1Gb(Gigabyte) = 220 bits b. Các tập lệnh về Bit logic. Xử lý: Việc sử dụng các tiếp điểm thường đóng hay thường mở 5
cho cảm biến trong điều kiện phụ thuộc các quy tắc an toàn. Ký hiệu: Trong dạng soạn thảo LAD một ký hiệu với tên “NO contact” thì dùng cho việc kiểm tra trạng thái tín hiệu ở mức “1” và một ký hiệu với tên “NC contact ” để kiểm tra trạng thái tín hiệu ở mức “0”. Tiếp điểm thường mở Các đối tượng được sử dụng là: I, Q, M, L, D, T, C Hoạt động: tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi địa chỉ tại tiếp điểm đó có mức logic là 1. Ví dụ: Tiếp điểm thường đóng: Các đối tượng được sử dụng là: I, Q, M, L, D, T, C Hoạt động: tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi địa chỉ tại tiếp điểm đó có mức logic là 1. Ví dụ: 6
Lệnh xuất tín hiệu (Lệnh OUT) Đối tượng chính: Q, M. Hoạt động: lệnh này dùng để xác nhận trạng thái logic phía trước nó và xuất tín hiệu sang ngỏ ra tùy thuộc vào trạng thái mức logic là 0 hay là 1. Các liên kết nhị phân – Đại số Boolean Phép Toán AND: X AND Y = X x Y = Z X Y Z 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Chương trình: 7
Phép Toán OR: X OR Y = X + Y = Z X Y Z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Chương trình: Phép Toán XOR: X XOR Y = X x +Yx =Z X Y Z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Chương trình: Lệnh Set & Reset 8
Kết quả: Kết quả có được khi chuyển kết quả liên kết (RLO) tới một địa chỉ cụ thể (Q, M, D). Nếu giá trị kết quả (RLO) thay đổi thì trạng thái tín hiệu của địa chỉ đó cũng thay đổi theo. Set: Nếu RLO = “1” địa chỉ cụ thể được đặt ở mức “1” và duy trì trạng thí này cho đến khi nó bị RESET bằng một lệnh khác. Reset: Nếu RLO = “1” địa chỉ cụ thể được đặt ở mức “0” và duy trì trạng thái này cho đến khi nó bị RESET bằng một lệnh khác. Set / Reset một FLIP FLOP Flip Flop: Một Flip Flop có một đầu vào Set & một đầu vào Reset, Bit nhớ được Set hoặc Reset phụ thuộc vào đầu nào có RLO =1. Và nếu cả 2 đầu đều có RLO = 1 thì cần xét sự ưu tiên. RS Flip Flop ưu tiên Set. SR Flip Flop ưu tiên Reset. Nhận biết tín hiệu cạnh lên – POS (P) 9
Nếu tình trạng tín hiệu I0.1 x I0.2 thay đổi từ “0” lên “1” thì kết quả của lệnh (P) ở trạng thái “1” tại đầu M1.1 trong một chy kỳ . Giá trị của việc phát hiện cạnh lên được lưu trữ tại M1.1 Nhận biết tín hiệu cạnh xuống – NEG (N) Nếu tình trạng tín hiệu I0.1 & I0.2 thay đổi trạng thái từ “1” xuống “0” thì kết quả của lệnh NEG (N) ở trạng thái “1” trong một chu kỳ. c. Giải thuật lập trình Graph Ngôn ngữ lập trình S7- Graph tăng cường phạm vi chức năng của Step 7 với một giao diện lập trình đồ họa cho điều khiển tuần tự. S7- Graph cho phép bạn lập trình nhanh chóng và rõ ràng về các hoạt động tuần tự mà bạn muốn kiểm soát với PLC SIMATIC. Quá trình này là ở đây chia thành các bước duy nhất để cung cấp một cái nhìn rõ ràng về phạm vi chức năng. Màn hình hiển thị đồ họa của chuỗi có thể được ghi với hình ảnh và văn bản. Hành động được thực thi được xác định theo các bước. Kiểm soát quá trình chuyển đổi quá trình chuyển đổi giữa các giai đoạn (điều kiện để chuyển sang bước tiếp theo). Các điều kiện này được xác định với sự giúp đỡ của các ngôn ngữ lập trình LAD hoặc FBD. 10
BÀI 2: CÁC LIÊN KẾT ĐỒNG GIÁ TRỊ. Mục tiêu: - Phân tích được nguyên lý,tác động của các liên kết đồng gía trị. - Xây dựng được thuật toán điều khiển theo ngôn ngữ FBD, LAD, STL. - Lập trình, kết nối, chạy thử, hiệu chỉnh, đảm bảo yêu cầu bài tập - Có khả năng học tập độc lập, chuyên cần trong công việc. 1.Liên kết tương đương (đồng giá trị). 1.1. Liên kết tương đương 1. 1.2. Liên kết tương đương 2. 2.Mạch tự giữ. 2.1. Mạch tự giữ 1. Là phương thức mà sau khi nhận điều kiện nhập của công tắc bấm 1 và mở (ON) cuộn dây thì dù có nhấn nút bấm thì cuộn dây vẫn duy trì trạng thái ON. - Có 2 phương thức tự duy trì như sau ① Phương thức tự giữ ② Phương thức sử dụng lệnh duy trì trạng thái ⓐ Để điều khiển, thiết bị của bộ phận đầu ra phải hoạt động theo tín hiệu của bộ phận đầu vào. Khi đó nếu sử dụng công tắc hình thức duy trì theo phương pháp mở (ON)rồi tắt ngay tín hiệu của bộ phận đầu vào thì phải chuyển từ ON thành OFF bằng tay. ⓑ Tuy nhiên để không phải chuyển thủ công ON và OFF mà tự động chuyển ON, OFF theo tín hiệu phát hiện của vật thể thì người ra không sử dụng phương pháp dùng may móc mà sử dụng phương pháp dùng mạch điện để duy trì tín hiệu ON đã được nhập. Phương pháp này gọi là mạch tự giữ ⓒ Ví dụ trong mạch điện sử dụng công tắc dạng tự giữ, không đóng công tắc bằng tay mà tiếp tục thì trạng thái vẫn được duy trì là ON nhưng nếu tạo mạch tự duy trì sử dụng công tắc hoạt động nhất thời như công tắc nút bấm hoặc cảm ứng thì có thể tắt OFF tự động mạch đang hoạt động do công tắc cảm ứng mạch Công tắc nút bấm - Công tắc nút bấm là công tắc chỉ kết nối (ON) khi nhấn, nếu bỏ tay ra thì lò xo quy hồi sẽ ngắt kết nối (OFF) 11
Hình 7-1 Cấu tạo của công tắc bấm 2.2. Mạch tự giữ 2. - Là phương thức tự nhập nhận lại thông tin ON/OFF của tiếp điểm sau khi mở tiếp điểm1 lần bằng tiếp điểm của mình. SW Input Output Output Hình 7-2 Mạch tự giữ - Thao tác ON công tắc là mở ON Cuộn dây, mắc Cuộn dây tiếp điểm tự duy trì vào công tắc rồi duy trì trạng thái ON của mình SW %IX0.0.0 %QX0.1.0 %QX0.1.0 Hình 7-3 Lập trình sử dụng biến số trực tiếp 12
Hình 7-4 Biểu đồ thời gian - Biến số trực tiếp là sử dụng địa chỉ và identifier của khu vực bộ nhớ đã định của công ty sản xuất. - Trong biến số trực tiếp có I% biến số nhập, Q% biến số xuất, M% biến số trong bộ nhớ % I X 0. 0. 0 ① ② ③ ④ ⑤ ① Biểu thị chủng loại của biến số bằng các tiền tố vị trí . Nhập: I, Xuất: Q ② Biểu thi độ lớn không gian bộ nhớ mà biến số chiếm giữ bằng tiền tố độ lớn ③ Byte được trang bị CPU, bằng số byte của PLC. Số base được tính theo trình tự tiếp xúc trong byte Số tiền tố độ lớn 3. Mạch điều khiển tuần tự cưỡng bức. Khối điều khiển tuần tự Một điều khiển tuần tự kiểm soát quá trình theo một thứ tự định sẵn mà phụ thuộc vào điều kiện nhất định. Sự phức tạp của điều khiển tuần tự phụ thuộc vào các nhiệm vụ tự động hóa. Ví dụ cấu trúc giản đồ Graph như sau: 4. Mạch lựa chọn 1 trong 2 khả năng. 4.1 Mạch điều khiển tuần tự 1 13
a. Thể hiện chuỗi Điều khiển theo chuỗi sử dụng xy lanh khí nén là loại điều khiển sử dụng công tắc giới hạn hoặc thiết bị cảm biến tiệm cận để kiểm tra thao tác trước đó đã được hoàn thành hay chưa, sau đó tiến hành các bước thao tác tiếp theo một cách thứ tự. Ở hệ thống điều khiển PLC, tùy theo bố trí thiết bị cảm biến và thiết bị gia động, người ta thiết kế thể hiện song song cấu tạo hệ thống và mạch điều khiển. Trong cấu tạo mạch chuỗi khí nén, phương pháp thể hiện trạng thái hoạt động và điều kiện đóng mở các yếu tố thao tác và yếu tố điều khiển một cách đơn giản và rõ ràng. Điều này có vai trò rất quan trọng trong việc giúp hiểu rõ mạch. Có thể sử dụng hộp trung chuyển để thể hiện một số phương pháp như sau. (1) Bằng ký hiệu tóm tắt(tiến +, lùi -) ; A+, B+, A-, B- (2) Bằng bảng Bảng4-6 Thứ tự thao tác tiến, lùi xylanh Thứ tự thao tác Xylanh A Xylanh B Bước 1 Tiến - Bước 2 - Tiến Bước 3 Lùi - Bước 4 - Lùi (3)Bằng đồ thị a. Biểu đồ thay đổi vị trí – bước Biểu đồ thay đổi vị trí – bước cho thấy trạng thái thao tác theo thứ tự của các yếu tố thao tác. Thay đổi vị trí cho thấy chức năng của mỗi bước và bước có ý nghĩa là sự thay đổi trạng thái của yếu tố thao tác tương ứng. Trạng thái thay đổi vị trí của xylanh gồm có tiến và lùi, lên và xuống, O và 1. Tên của các yếu tố thao tác được ghi lại là xylanh A, xylanhB ở phía bên trái đồ thị. 14
Biểu đồ thay đổi vị trí – bước b. Biểu đồ thay đổi vị trí – thời gian Biểu đồ thay đổi vị trí – thời gian cho thấy chức năng của thời gian thay đổi vị trí của yếu tố thao tác, so với biểu đồ thay đổi vị trí – bước thì dòng thời gian được thể hiện bằng t và cho thấy một cách thứ tự mỗi quan hệ thời gian giữa các yếu tố thao tác. Biểu đồ thay đổi vị trí – thời gian b. Thứ tự thao tác (1) Chuẩn bị thao tác. - Chuẩn bị nguồn điện và khí nén - Chuẩn bị thiết bị PLC, công tắc bấm, công tắc giới hạn, van điện từ 2 phía (Double Solenoid)… - Chuẩn bị dây nối điện về lỗ dẫn khí nén. - Kiểm tra chức năng của từng máy, kiểm tra các yếu tố an tòan. (2) Phân tích điều kiện thao tác. - Quyết định thứ tự tùy theo nội dung thao tác. ① Khi bấm nút khởi động PB 1 thì xylanh tiến hành theo thứ tự A+, B+, A-, 15
B- ② Khi dừng thao tác, bấm lại nút PB1 thì thao tác sẽ được lặp lại. - Quyết định phương pháp điều khiển tùy theo điều kiện thao tác. ① Sử dụng xy lanh thao tác kép. ② Sử dụng van điện từ 2 phía ③ Sử dụng mạch điều khiển theo bước (3) Lập chương trình. - Quyết định ngôn ngữ mệnh lệnh PLC sẽ dùng để thể hiện mạch. - Lập bảng phân bố xuất, nhập. - Lập mạch điều khiển theo chuỗi. ① Sử dụng mạch điện Khi lập bảng mạch điều khiển theo bước, người ta chia các thao tác của từng yếu tố gia động thành từng nhóm tín hiệu điều khiển. A+/B+/A-/B- Có 4 nhóm tín hiệu điều khiển, và cần có 4 rơ le điều khiển. Hệ thống điều khiển được cấu tạo với mạch khí nén và mạch điện, đầu tiên phải vẽ yếu tố thao tác bằng khí nén và thể hiện công tắc giới hạn hay vị trí của thiết bị cảm biến tiệm cận. ② Bảng mạch thao tác A+ Khi nhập công tắc khởi động PB1 thì sẽ bị trùng với tiếp điểm a của công tắc giới hạn LS3, CR4 và tiếp điểm b của CR2 vốn đang được thao tác khiến rơ le CR1 bị tác động. Lúc này rơ le CR1 sẽ tự động duy trì dựa vào tiếp điểm a của nó. Tại mạch chính, tiếp điểm a của rơ le CR1 sẽ tác động lên cuộn dây SOL1 khiến xylanh A tiến về phía trước. Hình 4-15 Mạch khí nén 16
Mạch điều khiển thao tác A+ ③ Bảng mạch thao tác B+ Xylanh A tiến về phía trước tác động vào công tắc giới hạn LS2, khi đó tiếp điểm a của CR1 sẽ chuyển sang trạng thái đóng và rơ le CR3 sử dụng tiếp điểm b sẽ không hoạt động, rơ le CR2 sẽ tiến tới. Rơ le CR2 cũng ở trạng thái tự duy trì. Cùng lúc đó mạch tự duy trì của rơ le CR1 thông qua tiếp điểm b của CR2 để tự hủy hoạt động. Trên mạch chủ, tiếp điểm a của rơle CR2 sẽ tác động lên cuộn dây SOL3 khiến xylanh B tiến về phía trước. Mạch điều khiển thao tác B+ ④ Bảng mạch thao tác A- Xylanh B tiến về phía trước tác động vào công tắc giới hạn LS4, khi đó tiếp điểm a của CR2 sẽ chuyển sang trạng thái đóng và rơ le CR4sử dụng tiếp điểm b sẽ không hoạt động, rơ le CR3 sẽ tiến tới. Rơ le CR3 cũng ở trạng thái tự duy trì. Cùng lúc đó mạch tự duy trì của rơ le CR2 thông qua tiếp điểm b của CR3 để tự hủy hoạt động, chỉ có rơ le CR3 ở trạng thái duy trì. Trên mạch chủ, tiếp điểm a của rơle CR3 sẽ tác động lên cuộn dây SOL2khiến xylanh A lùi về phía sau. 17