Giáo trình Lập trình PLC cơ bản (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:223

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Lập trình PLC cơ bản (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trung cấp) được biên soạn nhằm trang bị cho học viên các trường dạy nghề những kiến thức về điều khiển lập trình, với những kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Lập trình PLC cơ bản (Nghề: Điện tử công nghiệp - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: LẬP TRÌNH PLC Cơ Bản NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: / QĐ-CĐCG ngày … tháng.... năm 2022 của Trường Cao đẳng Cơ giới Quảng Ngãi, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
LỜI GIỚI THIỆU Hiện nay, giáo trình lập trình PLC đã có khá nhiều tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn bài tập thực hành đã được biên soạn và biên dịch của nhiều tác giả, của các chuyên gia đầu ngành về lập trình điều khiển bằng PLC. Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát chương trình khung, giáo trình lập trình PLC được biên soạn bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng Cơ giới dựa trên cơ sở tham khảo các nguồn tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy. PLC cơ bản là một trong những mô đun chuyên môn mang tính đặc trưng cao thuộc nghề Điện Tử Công Nghiệp. Sau khi học mô đun này, học viên có đủ kiến thức và kỹ năng để học tập tiếp các mô đun PLC nâng cao, Chuyên đề điều khiển lập trình cỡ nhỏ Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun MĐ22 của chương trình đào tạo nghề Điện Tử Công Nghiệp ở cấp trình độ trung cấp nghề và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các môn học, mô đun khác của nghề. Ngoài ra, giáo trình cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn hạn hoặc làm tài liệu tham khảo cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực tham khảo. Giáo trình mô đun này được triển khai sau các mô đun Kỹ thuật số; Lập trình vi điều khiển; Kỹ thuật cảm biến. Mô đun cung cấp những kiến thức cơ bản về ngôn ngữ lập trình trong PLC cũng như trang bị những kỹ năng về lắp đặt các bộ điều khiển lập trình và kỹ năng lập trình giải quyết các bài toán điều khiển. Trong quá trình biên soạn, do thời gian, kinh nghiệm và trình độ có hạn nên khó tránh thiếu sót, mong các thầy cô cũng như các độc giả nhận xét, đánh giá, bổ xung để tài liệu ngày một hoàn chỉnh hơn Xin chân thành cảm ơn! Quảng Ngãi, ngày .... tháng .... năm 2022 Tham gia biên soạn 1. BÙI XIN Chủ biên 2. ………….............. 3. ……….............…. 3
MỤC LỤC STT NỘI DUNG TRANG Lời giới thiệu về Modun PLC…………………………................………………….3 Mục lục chương trình…………………………………………………………….......4 1 BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN….11 2 1.1 Giới thiệu chung về PLC…………………………………………………..12 3 1.2 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển……………………............13 4 1.3 PLC các hãng khác………………………………………………………..15 5 1.4 Ưu thế của hệ thống điều khiển dùng PLC……………………………….22 6 1.5 Hạn chế điều khiển dùng PLC……………………………………………..23 7 1.6 Các ứng dụng của PLC…………………………………………………….23 8 1.7 Bài toán điều khiển một hệ thống tự động………………………………...23 9 Bài tập………………………………………………………………… 25 10 BÀI 2 : ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC……………..26 11 2.1 Cấu trúc của một PLC ...............................................................................27 12 2.2 Thiết bị điều khiển lập trình PLC S7.200 .............................................30 13 2.3. Cấu trúc chương trình của PLC s7.200 .....................................................34 14 2.4 Kết nối giữa PLC và các thiết bị ngoại vi…………………………………38 15 Bài tập……………………………………………………………………...42 16 BÀI 3 : CÁC LỆNH CƠ BẢN CỦA PLC …………………………………..43 17 3.1 Các liên kết logic………………………………………………………….44 18 3.2 Các lệnh ghi/xoá giá trị cho tiếp điểm…………………………………….52 19 3.3 Timer………………………………………………………………………56 20 3.4 Counter .....................................................................................................63 21 Bài tập ....................................................................................................72 22 BÀI 4 : CÁC CỜ NHỚ ĐẶC BIỆT PLC .....................................................73 23 4.1 Chức năng truyền dẫn ..............................................................................74 24 4.2 Chức năng so sánh …………………………………………………..77 25 4.3 Chức năng dịch chuyển…………………………………………………. .79 26 4.4 Chức năng chuyển đổi (Converter) …………………………………………81 27 4.5 Chức năng toán học ...............................................................................83 28 4.6 Đồng hồ thời gian thực ………………………………………………….87 29 Bài tập ……………………………………………………………….. ..89 30 BÀI 5: XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG ........................................................91 31 5.1. Tín hiệu Analog ………………………………………………………….92 32 5.2. Biểu diễn các giá trị Analog…………………………………………….. 92 33 5.3. Kết nối ngõ vào/ra Analog………………………………………………. 93 34 5.4. Hiệu chỉnh tín hiệu Analog……………………………………………… 95 35 5.5. Giới thiệu về module Analog PLC S7-200 ………………………………96 36 Bài tập ..................................................................................................102 4
37 BÀI 6 : CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH ...................................................... 103 LẮP ĐẶT MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 38 6.1. Giới thiệu .........................................................................................104 39 6.2. Cách kết nối dây .......................................................................................105 40 6.3. Các mô hình và bài tập ứng dụng. ............................................................106 41 BÀI 7: TRUYỀN THÔNG ETHERNET - PROFIBUS ………………...137 42 7.1 Mạng Ethernet ………………………………………………………….138 43 7.2 Mạng Profibus ………………………………………………………….148 44 7.3 Bài tập ứng dụng mạng Ethernet, mạng PROFIBUS …………………..187 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….. 222 5
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: LẬP TRÌNH PLC CƠ BẢN Mã mô đun: MĐ22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun PLC cơ bản học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là mô đun: Mạch điện; Điện tử cơ bản, ..... - Tính chất : Mô đun PLC cơ bản là mô đun chuyên môn nghề - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật. logic điện tử đã nhanh chóng phát triển và thay thế cho logic điện từ vì những ưu điểm vượt trội của nó. Đó chính là các hệ điều khiển lập trình (PLC). Các hệ PLC là các hệ thống xử lý chuyển dùng cho các bài toán điều khiển các quá trình công nghệ hay sản xuất dịch vụ. Trong tài liệu này đề cập đến một bộ điều khiển lập trình S7 - 200 do hãng Siemens sản xuất rất phổ biến ở thị trường Việt Nam. Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các trường dạy nghề những kiến thức về điều khiển lập trình, với những kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống. Mô đun này cũng có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo tốt cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của ngành khác có quan tâm đến lĩnh vực lập trình điều khiển. - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề Điện Tử Công Nghiệp Mục tiêu mô đun: -Kiến thức: A1- Trình bày được nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; A2- So sánh các ưu nhược điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cỡ nhỏ khác. A3-Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình PLC. -Kỹ năng: B1- Viết được chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp. B2- Phân tích được một số chương trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc phục. 6
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Chủ động, nghiêm túc trong học tập và công việc. C2. Giữ gìn vệ sinh công nghiệp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. 1. Chương trình khung nghề điện tử công nghiệp Thời gian đào tạo (giờ) Trong đó Số Thực Mã hành/ MH/MĐ Tên mô đun, môn học Tín Tổng Lý thực chỉ số Kiểm tra thuyết tập/thí nghiệm/ bài tập I Các môn học chung/đại cương 12 255 94 148 13 MH 01 Chính trị 2 30 15 13 2 MH 02 Pháp luật 1 15 9 5 1 MH 03 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 MH 04 Giáo dục quốc phòng - An 2 45 21 21 3 ninh MH 05 Tin học 2 45 15 29 1 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 4 90 30 56 4 II Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề II.1 Môn học, mô đun cơ sở 405 161 220 24 MH 07 An toàn lao động 2 30 15 13 2 MH 08 Điện kỹ thuật 3 60 40 16 4 MĐ 09 Máy điện 4 90 30 56 4 MĐ 10 Vẽ điện 2 30 12 16 2 MĐ 11 Linh kiện điện tử 2 60 20 36 4 MĐ 12 Đo lường điện tử 2 45 19 23 3 MĐ 13 Điện cơ bản 4 90 25 60 5 Môn học, mô đun chuyên II.2 1245 324 871 50 môn ngành, nghề MĐ 14 Trang bị điện 2 60 20 37 3 MĐ 15 Mạch điện tử cơ bản 4 90 25 60 5 MĐ 16 Điện tử tương tự 3 60 20 36 4 MĐ 17 Kỹ thuật xung - số 3 75 25 46 4 MĐ 18 Kỹ thuật cảm biến 3 75 30 42 3 MĐ 19 Điện tử nâng cao 8 180 50 121 9 MĐ 20 Thiết kế, chế tạo mạch in và hàn linh kiện 4 90 30 55 5 MĐ 21 Vi điều khiển 4 90 32 53 5 MĐ 22 PLC cơ bản 5 120 47 67 6 MĐ 23 Rô bốt công nghiệp 5 105 45 54 6 7
MĐ 24 Thực tập tốt nghiệp 7 300 15 275 10 Tổng cộng 79 1905 594 1214 97 2.Chương trình chi tiết mô đun: Thời gian ( giờ) Tổng Lý Thực Kiểm Số số thuyết hành, thí tra Tên các bài trong mô đun TT nghiệm, thảo luận, bài tập 1 Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC các 5 5 hãng và bài toán điều khiển 2 Đại cương về PLC S7 – 200 15 8 7 3 Các lệnh cơ bản của PLC 20 9 10 1 4 Các cờ nhớ đặc biệt PLC 15 6 9 5 Xử lý tín hiệu vào ra Analog 5 2 2 1 6 Các bài tập thực hành 30 5 23 2 7 Truyền thông Ethernet - Profibus (sử 30 12 16 2 dụng: S7-300 , S7-200 VÀ S7-1200) Cộng: 120 47 67 6 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề điện, 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch điện trong nhà máy, xí nghiệp công 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: 8
Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 2 Sau 10 giờ. Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, B1, C1, C2 4 Sau 20 giờ thực hành Trắc nghiệm/ thực hành Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, B2, 1 Sau 120 học thực hành thực hành C1, C2 giờ trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân với trọng số tương ứng. Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 5. Hướng dẫn thực hiện mô đun 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Điện Tử Công Nghiệp 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 5.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra. 9
- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các hệ truyền động dùng điện tử công suất, các loại thiết bị điều khiển. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 6. Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với Simatic s7_200, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật [2] Trung tâm Việt - Đức: Kỹ thuật điều khiển lập trình, Trung tâm Việt - Đức. [3] Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow: Automaticsieren mit SPS Theorie und Phraxsis, Viweg. [4] Siemens: LAD and FBD, fourth edition, siemens. [5] Siemens: Workshop to Promote the S7-200 automation platform, Siemens. 10
BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN MÃ BÀI: MĐ22-01 Giới thiệu: Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong các xí nghiệp hiện nay có nhiều hệ thống sản xuất sử dụng các bộ điều khiển lập trình. Trên thế giới có nhiều hãng sản xuất các bộ điều khiển lập trình khác nhau như: Siemens, Omron, Telemecanique, Allen Bredlay,… Về cơ bản, chúng đều có các tính năng tương tự, do đó, trong tài liệu này chỉ đề cập đến một loại PLC khá thông dụng và được dùng nhiều ở Việt Nam. Modul kỹ thuật điều khiển lập trình PLC cơ bản là một modul chuyên môn của học viên ngành điện công nghiệp. Modul này nhằm trang bị cho học viên các trường công nhân kỹ thuật, trung cấp và cao đẳng, các trung tâm dạy nghề những kiến thức về lĩnh vực điều khiển lập trình, với kiến thức này, học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống. Modul này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này. Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC. - Phân tích được các dạng bài toán điều khiển và giải bài toán điều khiển. - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học về plc và các hãng plc khác - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: không có 11
Nội dung chính: 1.1 Giới thiệu chung về PLC Trong thực tiễn, ngành tự động hóa (TĐH) đã luôn có vai trò đặc biệt trong các lĩnh vực sản xuất như: điều khiển các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, các nhà máy chế biến lọc dầu, các nhà máy hóa chất ... Ngoài ra, TĐH còn được áp dụng trong hầu hết các dây chuyền sản xuất tự động, cụ thể là trong sản xuất công nghiệp nhẹ; công nghiệp tàu thủy; công nghiệp chế tạo lắp ráp ô tô, xe máy; khai thác khoáng sản và luyện kim; chế tạo máy; lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe cộng đồng… PLC – thiết bị điều khiển logic lập trình, đã du nhập vào Việt nam trên 20 năm và nay đã trở thành khái niệm phổ cập trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Thị trường PLC luôn được coi là thị trường bền vững nhất, với mức tăng trưởng là 4,6% liên tục từ 2003 đến 2008, và ngày càng phát triển cho đến nay. Thậm chí khái niệm PLC đã không còn bao hàm là chữ viết tắt của “Điều khiển logic khả trình nữa”. Khả năng truyền thông, bộ nhớ lớn và tốc độ cao của CPU đã biến PLC trở thành một sản phẩm tự động hóa tiêu chuẩn. Một thiên đường mới với PAC (Program Automation Controller) sẽ làm thay đổi bộ mặt của tự động hóa công nghiệp ở lớp điều khiển. Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp.Như vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic. PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa. Hình 1.1 Giới thiệu PLC 12
1.2.Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển: 1.2.1 Hệ thống điều khiển là gì? Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử. Nó dùng để vận hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt. 1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và 70, những máy móc tự ñộng được điều khiển bằng những rơle điện từ như các bộ định thời, tiếp điểm, bộ đếm, relay điện từ. Những thiết bị này được liên kết với nhau để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng chịt bên trong panel điện ( tủ điều khiển). Như vậy, với 1 hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ điều khiển rất lớn. Điều đó dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi hư hỏng rất phức tạp và khó khăn. Hơn nữa, các rơle tiếp điểm nếu có sự thay đổi yêu cầu điều khiển thì bắt buộc thiết kế lại từ đầu. 1.2.3 Hệ thống điều khiển dùng PLCVới những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện. những năm 80, người ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt đem lại hiệu quả kinh tế cao. Đó là bộ điều khiển lập trình được chuẩn hóa theo ngôn ngữ Anh Quốc là Programmable Logic Controller (viết tắt là PLC). Hình 1.2 Hinhd ảnh PLC s7.200 Một PLC có khối Module Input, khối CPU(Central Processing Unit) và khối Module Output. Khối Module Input có chức năng thu nhận các dữ liệu digital, analog và chuyển thành các tín hiệu cấp vào CPU. Khối CPU quyết định và thực hiện chương trình điều khiển thông qua chương trình chứa trong bộ nhớ. Khối Module Output chuyển các tín hiệu điều khiển từ CPU thành dữ liệu analog, digital thực hiện điều khiển các đối tượng. 13
Hình 1.3 Cấu trúc PLC Ví dụ: điều khiển động cơ theo sơ đồ bên dưới □ Điều khiển bằng Rơle điện Hình 1.4 Mạch điều khiển bằng role □ Điều khiển bằng PLC Hình 1.5 Mạch điều khiển bằng PLC 14
1.3 PLC CÁC HÃNG KHÁC: Hiện nay, một số PLC được sử dụng trên thị trường Việt Nam: - Mỹ:Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,… - Đức: PLC Siemens PLC Schneider. - Hàn Quốc: PLC-LG - Nhật: PLC Mitsubishi, PLC Omron, PLC Panasonci...... - P LC ABB Thụy Sĩ Và nhiều chủng loại khác. Các sản phẩm như: Logo!, Easy, Zen, … cũng được chế tạo ra để đáp ứng những yêu cầu điều khiển đơn giản. 1.3.1. PLC của hãng OMRON Các bộ điều khiển lập trình của hãng Omron rất đa dạng, gồm các loại CPM1A/CPM2A, CQM1/CQM1H, CJ1, CS1…Những loại PLC nên tạo thành từ những modul rời kết nối lại với nhau, có thể cho phép mở rộng dung lượng bộ nhớ và mở rộng các ngõ vào, ra. Vì vậy chúng được sử dụng rất linh hoạt và đa dạng trong thực tiễn. Ngoài ra, hãng Omron còn sản xuất các bộ PLC có cấu trúc cố định, các PLC này chỉ được cho các công việc đặc biệt nên không đòi hỏi tính linh hoạt cao. a. Họ PLC–CPM1A PLC– CPM1A thuộc họ OMRON do Nhật bản sản xuất. Đây là loại PLC đơn khối có thể lắp ghép thêm các module và lắp ghép nhiều PLC với nhau. Đơn vị cơ bản của PLC CPM1A như hình 5.1. . Hình 1.5. PLC họ CPM1. 15
PLC CPM1A có thể ghép nối với 32 bộ PLC cùng loại thành hệ thống. Để lập trình cho PLC thì có thể ghép nối nó với thiết bị lập trình cầm tay, bộ lập trình chuyên dụng hoặc máy tính tương thích. - Ghép nối với thiết bị lập trình cầm tay: Nối trực tiếp cáp của thiết bị cầm tay vào PLC như hình 5.2.a. - Ghép nối với thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc máy tính tương thích 5.2.b Hình 1.6. Kết nối PLC họ CPM1 Hình 1.7: Lập trình cho PLC CPM1. Khi ghép nối với máy tính tương thích người ta dùng cáp nối chuẩn RS-232C và bộ phối hợp RS-232 (hoặc RS-422) hoặc cáp chuyển đổi loại CQMI-CIF02. Ghép nối với thiết bị lập trình chuyên dụng như hình 4.3. PLC được ghép nối với cổng nối tiếp (COM) của máy tính. b. Họ PLC–C200 Bộ điều khiển lập trình Omron C200H như trong hình 5.3 16
- Với mỗi model có bộ nhớ chương trình khác nhau, tốc độ xử lý khác nhau, số lượng I/O, kết nối truyền thông và các đặc tính khác nhau. - Khôi phục bộ nhớ bằng thẻ nhớ (Memory cassettes). - Hàm đa chức năng qua cổng ngoại vi: Kết nối trực tiếp đến chương trình máy tính thông qua cổng ngoại vi hoặc kết nối đến keypad, hoặc kết nối với thiết bị chuyển đổi dùng cáp CIF. - Có tích hợp sẵn cổng RS 232C (có trên một số models). - Chức năng Protocol Macro để truyền thông với các thiết bị nối tiếp bên ngoài (GSM Modem). - Nguồn điện: 24 VDC. - Ngôn ngữ lập trình: Ladder Logic. - Dung lượng bộ nhớ: 31.2 kWords. Hình 1.8: PLC họ C200 của omron. c. Họ PLC–C200Hα Các PLC họ C200Hα là họ các PLC cỡ trung bình, được phát triển dựa trên các họ PLC C200H. Các họ PLC C200Hα có nhiều ưu điểm như bộ nhớ được mở rộng hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn, hỗ trợ Protocal Marco và có thể tùy chọn gắn thêm các card PCMCIA. Dưới đây là một số đặc điểm của các PLC thuộc họ này: - Nguồn cung cấp là module tách rời với CPU. - Tổng số I/ON :1184. - Tốc độ xử lý: 0,1µs/lệnh. -Khả năng mở rộng là 3 backpanel. - Các chức năng tích hợp cho phép các PLC thuộc họ này giao tiếp với nhau một cách dễ dàng. - Khả năng truyền thông với các bảng điều khiển vận hành, các bộ đọc mã vạch,…sử dụng DeviceNet cho phép kết nỗi với các thiết bị của các hãng khác như các bộ biến tần hay các thiết bị analog. 17
- Sử dụng phần mềm SYSMAC V1.2 hoặc SYSWIN V3.0 trở nên. Hình 1.9: Các PLC họ C200Hα. d. Họ PLC–CS1 Đây là họ PLC được ứng dụng cho các điều khiển lớn trong các nhà máy, nó có đặc điểm sau: - Khả năng mở rộng các ngõ vào/ra : 5120 đầu vào/ra với các module mở rộng. - Bộ nhớ chương trình 250Kword. - Bộ nhớ RAM : 8.192 Kword. - Bộ nhớ dữ liệu: 32768 Kword. - Có khả năng truyền thông Enthernet, Controller Link, SYSMAC Link, CompoBus/, Profibus DP - Các chức năng điều khiển đặc biệt khác: Analog I/ON, Temperature Sensor, Fuzzy logic, PID controller,… Hình 1.9: Các PLC họ CS1. 1.3.2. PLC của hãng MITSUBISHI. Trong phần này chỉ đề cập đến các CPU họ FX. Các PLC này sử dụng phần mềm FX-WIN và GPP-WIN chúng có một số đặc điểm sau: - Tính hiệu quả cao. - Có thể soạn thảo chương trình ở ba dạng là STL, LAD và FBD. 18
- Có khả năng kết nối với tất cả các CPU của Mitsubishi, CC link, Profibus, AS-i, và các mạng khác. - Sử dụng trong các lĩnh vực điều khiển có số lượng đầu vào ra tới 255. a. PLC loại cực nhỏ Alpha Hình 1.10: PLC cực nhỏ loại Anpha. Dòng Alpha là một dạng micro PLC. Tích hợp sẵn 200 hàm điều khiển và 15 hàm mới bao gồm khả năng toán học, PWM, bộ đếm tốc độ cao 1KHz và chức năng nhắn tin văn bản chuẩn SMS, với tầm nhiệt độ làm việc rộng (-25 đến 55°C) cho phép hoạt động trong các môi trường như tòa nhà, cao ốc và tự động hóa trong công nghiệp. Cho phép kết nối với màn hình hiện thị các thông số, đồ thị và văn bản cuộn liên tục. Khả năng kết ối module mở rộng 4 I/O. Những tính năng chính: Bộ nhớ chương trình lớn (200 khối chương trình) - Khối ngõ ra tương tự (analog) 2 kênh. - Cho những ứng dụng, có môi nhiệt độ môi trường -25°C. - Màn hình hiển thị lớn. - Tính năng truyền thông (bao gồm e-mail và SMS). - Đồng hồ thời gian thực . b. PLC loại FX1 Hình 1.11: PLC Mitsubishi FX1n60MR 19
• Số I/O: 36 ngõ vào và 24 ngõ ra • Tốc độ xử lý nhanh (0.55µs trên một lệnh đơn logic) • Ngôn ngữ lập trình: Ladder, Instruction, SFC • Bộ nhớ chương trình: 8k steps • Relay phụ General: 384; Latched: 1152; Special: 256 • Relay trạng thái: General: 1000; Initial: 10 • Bộ định thì (Timer): 100ms: 200; 10ms: 46; 1ms: 4 • Bộ đếm (Counter): 16; Latched: 184 • Bộ đếm tốc độ cao (High speed counter): • Bộ nhớ dữ liệu (Data Register): General: 7128; Latched: 872; Index: 16; Special: 256, File: 7000 • Con trỏ (Pointer): Dùng với lệnh CALL: 128; Interrupt: 6 Inputs, 3 timers, 6 counters • Mạng truyền thông (Communication): CC-Link; AS-I Network; N:N Link; Parallel Link; I/O Link; Computer Link ; RS485; RS422; RS232C 1.3.3. PLC của hãng SIEMENS Ngoài dòng sản phẩm PLC s7-200, hãng Siemens còn có S7_300,400: là dòng sản phẩm cao cấp ,được dùng cho những ứng dụng lớn với những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh,yêu cầu kết nối mạng,và có khả năng mở rộng cho sau này. Ngôn ngữ lập trình đa dạng. PLC S7-300 PLC S7-400 Hình 1.12: PLC của hãng Siemens. Đặc điểm nổi bật của S7_300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt như : Hàm SCALE….. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần. Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc Modul,nghĩa là đối với S7-300 sẽ có những Modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt như Modul PID,Modul Đọc xung tốc độ cao…. 1.3.4. PLC của ALLENBRADLEY Là hãng sản xuất PLC ALLEN – BRADLEY của Mỹ. Trong đó PLC 5 Sytem Controller là loại PLC dùng để điều khiển hệ thống lớn với khoảng từ 5 đến 125 ngõ 20