Giáo trình PLC cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Hà Nam (2021)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:107

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình PLC cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển; Đại cương về điều khiển lập trình; Các phép toán nhị phân của PLC; PLC của các hãng khác; Lắp đặt mô hình điều khiển PLC. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình PLC cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Hà Nam (2021)

SỞ LAO ĐỘNG THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: PLC CƠ BẢN NGÀNH/NGHỀ: Điện công nghiệp TRÌNH ĐỘ: Cao đẳng (Ban hành kèm theo Quyết định số: 835/QĐ- CĐN ngày 31 tháng 12 năm 2021 của Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam) Hà Nam, năm 2021
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu cho giảng viên và sinh viên nghề Điện công nghiệp trong trƣờng Cao đẳng nghề Hà Nam. Chúng tôi đã thực hiện biên soạn tài liệu PLC cơ bản này. Tài liệu đƣợc biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy và học tập, lƣu hành nội bộ trong nhà trƣờng nên các nguồn thông tin có thể đƣợc 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. Dựa theo giáo trình này, có thể giảng dạy cho các trình độ hoặc ngành/nghề khác của nhà trƣờng 1
LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình PLC CƠ BẢN này là tài liệu lƣu hành nội bộ của Trƣờng Cao đẳng nghề Hà Nam. Tài liệu phục vụ cho mô đun PLC CƠ BẢN dành cho học sinh- sinh viên ngành Điện Công Nghiệp. Nội dung của giáo trình đƣợc xây dựng trên cơ sở kế thừa những tài liệu đang đƣợc giảng dạy tại trƣờng, kết hợp với những nội dung mới nhằm nâng cao chất lƣợng giảng và dạy. Giáo trình biên soạn ngắn gọn, cơ bản tùy theo tính chất của ngành nghề đào tạo mà nhà trƣờng đang tự điều chỉnh cho phù hợp với xu thế mới. Giáo trình đƣợc biên soạn với dung lƣợng thời gian đào tạo 60 giờ và đƣợc thiết kế gồm 4 bài: Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển. Bài 1: Đại cƣơng về điều khiển lập trình Bài 2: Các phép toán nhị phân của PLC Bài 3: PLC của các hãng khác Bài 4: Lắp đặt mô hình điều khiển PLC Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng nhƣ khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để ngƣời học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng đƣợc mục tiêu đào tạo nhƣng không tránh đƣợc những khiếm khuyết. Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Hà Nam, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Ngô Thị Oanh 2
MỤC LỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU .................................................................................................... 2 MỤC LỤC ............................................................................................................... 3 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ......................................................................................... 6 BÀI MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ..................................................................................................................... 8 1. Giới thiệu chung về PLC ..................................................................................... 8 1.1. PLC là gì? ...................................................................................................... 8 1.2. Khả năng ứng dụng của PLC ......................................................................... 8 1.3. Đặc điểm của PLC. ....................................................................................... 8 1.4. Điều khiển kết nối cứng và điều khiển lập trình ........................................... 9 1.5. So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác ............................................ 9 2. Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều khiển ....................................... 10 BÀI 1: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH. ....................................... 13 1. Cấu trúc của một PLC ........................................................................................ 13 2. Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 .................................................................. 14 2.1. Địa chỉ các ngõ vào/ ra ................................................................................ 14 2.2. Phần chữ và phần số chỉ địa chỉ byte, bít trong bộ nhớ............................... 17 2.3. Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 ........................................................................ 17 3. Cài đặt và sử dụng phần mềm STEP 7 – Micro/Win 32 ................................... 21 3.1. Những yêu cầu đối với máy tính PC ........................................................... 21 3.2. Cài đặt phần mềm với STEP 7- Micro/Win 32 ........................................... 21 3.3. Cách sử dụng phần mềm Step 7 Micro Win................................................ 25 4. Xử lý chƣơng trình ............................................................................................. 34 4.1. Vòng quét chƣơng trình ............................................................................... 34 4.2. Cấu trúc chƣơng trình S7 – 200 ................................................................... 35 4.3. Phƣơng pháp lập trình.................................................................................. 35 5. Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi ................................................................ 36 5.1. Giới thiệu CPU 214 và cách kết nối với thiết bị ngoại vi ........................... 36 5.2. Ví dụ kết nối ngõ vào/ra của PLC từ một sơ đồ điều khiển có tiếp điểm ... 40 3
6. Bài tập ứng dụng ................................................................................................ 41 6.1. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm. ....................................................... 42 6.2. Status chart.................................................................................................. 42 6.3. Đọc và thay đổi biến với Status Chart ........................................................ 42 6.3 Cƣỡng bức biến với Status Chart ................................................................. 43 6.4. Ứng dụng Status Chart trong việc kiểm tra kết nối dây trong S7-200. ....... 44 BÀI 2: CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC .............................................. 46 1. Các liên kết logic ............................................................................................... 46 1.1. Lệnh vào/ ra và các lệnh tiếp điểm đặc biệt: ............................................... 46 1.2. Các lệnh liên kết logic cơ bản...................................................................... 48 1.3. Liên kết các cổng logic cơ bản .................................................................... 50 1.4. Bài tập ứng dụng. ......................................................................................... 52 2. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm. .............................................................. 52 2.1. Mạch nhớ R-S .............................................................................................. 52 2.2. Lệnh SET (S) và RESET (R) trong S7-200 ................................................ 55 2.3. Các ví dụ dùng lệnh ghi/ xóa ...................................................................... 56 3. Timer .................................................................................................................. 59 3.1 On – Delay Timer (TON) ............................................................................. 60 3.2. Resentive On-Delay Timer .......................................................................... 62 3.3 Bài tập ứng dụng Timer ................................................................................ 63 4. Counter............................................................................................................... 64 4.1 Bộ đếm lên CTU (Count Up) ....................................................................... 65 4.2. Bộ đếm xuống CTD (Count Down) ............................................................ 66 4.3. Bộ đếm lên – xuống CTUD (Count Up/ Down) ......................................... 67 5. Lệnh nhảy và lệnh gọi chƣơng trình con ........................................................... 71 5.1 Lệnh đặt nhãn ............................................................................................... 71 5.2 Lệnh nhảy đến nhãn ...................................................................................... 72 5.3. Lệnh gán nhãn cho chƣơng trình con .......................................................... 72 5.4. Lệnh kết thúc chƣơng trình con ................................................................... 72 5.5. Lệnh gọi chƣơng trình con .......................................................................... 72 BÀI 3: PLC CỦA CÁC HÃNG KHÁC ................................................................ 75 4
1. PLC của hãng Omron ....................................................................................... 75 1.1. Các PLC họ CPM1A .................................................................................. 75 1.2. Các CPU họ C200H ................................................................................. 76 1.3. PLC loại Micro ............................................................................................ 77 1.4. PLC loại Mini: CQM1/CQM1H .................................................................. 78 1.5. PLC loại Medium CS1 ................................................................................ 78 2. PLC của hãng Mitsubishi.................................................................................. 79 2.1. PLC cực nhỏ loại Alpha .............................................................................. 80 2.2. PLC loại FXO, FXOS .................................................................................. 81 2.3. PLC loại FXON, FX, FX2C, FX2N ............................................................ 81 3. PLC của hãng Siemens (trung bình và lớn) ....................................................... 82 3.1 PLC họ S7- 300 ............................................................................................ 82 3.2. PLC họ S7- 400 ........................................................................................... 83 4. Hãng allenbradley .............................................................................................. 83 4.1. PLC – 5 System Controller.......................................................................... 83 4.2. Loại Pico Controllers ................................................................................... 84 5. Hãng telemecanique........................................................................................... 84 5.1 PLC loại XPS MF 60 .................................................................................... 84 5.2. PLC loại XPS MF 1-2-3 .............................................................................. 85 5.3 PLC loại XPS MF 31-30-35 ......................................................................... 85 BÀI 4: LẮP ĐẶT MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC ................................... 87 1. Giới thiệu ........................................................................................................... 87 2. Cách kết nối dây ................................................................................................ 88 2.1. Khối ghép nối vào........................................................................................ 88 2.2. Khối ghép nối ra .......................................................................................... 89 3. Mô hình điều khiển băng tải dùng PLC ............................................................. 90 4. Mô hình thang máy xây dựng ............................................................................ 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 106 5
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: PLC cơ bản Mã số mô đun: MĐ 27 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: trƣớc khi học mô đun này cần hoàn thành các môn học cơ sở và các mô đun chuyên môn, mô đun này nên học cuối cùng trong khóa học, trƣớc khi thực tập xí nghiệp. - Tính chất: là mô đun đào tạo nghề bắt buộc. - Ýnghĩa và vai trò của môn học: Trong sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nƣớc, ngành công nghiệp điện giữ vai trò hết sức quan trọng, bởi các thiết bị hiện đại nhƣ PLC đƣợc sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân. Khi xây dựng nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cƣ, thành phố…trƣớc tiên ngƣời ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cung cấp điện năng cho các máy móc và phục vụ nhu cầu sinh hoạt của con ngƣời. Nội dung mô đun này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức, kỹ năng cơ bản về kỹ thuật lập trình điều khiển Mục tiêu của mô đun: - Kiến thức + Trình bày đƣợc nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh các ƣu nhƣợc điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cỡ nhỏ khác. + Phân tích đƣợc cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình PLC. + Phƣơng pháp kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi. - Kỹ năng: + Thực hiện đƣợc một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp. + Kết nối thành thạo phần cứng của PLC - PC với thiết bị ngoại vi. + Viết đƣợc chƣơng trình, nạp trình để thực hiện đƣợc một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp. + Nhận biết đƣợc cổng vào, cổng ra ở bộ biến tần, kết nối mạch động lực cho bộ biến tần, khởi động và thực hiện dừng mềm, đảo chiều quay cho động cơ. Kết nối PLC với biến tần + Phân tích đƣợc một số chƣơng trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc phục. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Có năng lực phát hiện và giải các bài toán điều khiển tự động sử dụng các 6
loại PLC thông dụng. + Có năng lực đƣa ra những đề xuất cải tiến ứng dụng các PLC trong thực tế. + Hƣớng dẫn ngƣời khác và chịu trách cá nhân, giải quyết các vấn đề của một nhóm làm việc. Nội dung của mô đun: 7
BÀI MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN Mã bài: MĐ 27 - 00 Giới thiệu: Bài học này đƣa ra tổng quan về điều khiển lập trình PLC, so sánh điều khiển lập trình PLC so với các dạng điều khiển khác. Mục tiêu: - Trình bày đƣợc các ƣu điểm của điều khiển lập trình so với các loại điều khiển khác và các ứng dụng của chúng trong thực tế. Nội dung chính: 1. Giới thiệu chung về PLC 1.1. PLC là gì? PLC viết tắt của cụm từ “Programmable Logic Controler” là bộ điều khiển có khải năng lập trình đƣợc. Nó chính là một máy tình công nghiệp để thực hiện một dãy các quá trình sản xuất và thƣờng đƣợc gắn ngay tại dây truyền sản xuất. Hay nói một cách khác thì PLC là một thiết bị điều khiển đƣợc trang bị các chức năng logic, tạo xung, đếm thời gian, đếm xung, và thực hiện nhiều phép tính kỹ thuật ứng dụng trong kỹ thuật điều khiển tự động hoá. 1.2. Khả năng ứng dụng của PLC Bộ điều khiển PLC đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp: - Tự động hoá quá trrình cung cấp vật liệu cho quá trình sản xuất. - Tự động hoá các máy gia công cơ khí nhƣ: Máy khoan, Tiện, phay…. - Điều khiển hệ thống trạm bơm thuỷ lợi. - Điều khiển hệ thống đèn đƣờng giao thông. - Đèn đƣờng thắp sáng tự động…. - Tự động hoá lắp ráp các linh kiện điện - điện tử. - Điều khiển các thiết bị nâng chuyển nhƣ: Băng tải, cầu trục, cầu thang máy…… - Điều khiển rôbôt công nghiệp…… 1.3. Đặc điểm của PLC. - Đấu nối các thiết bị ngoại vi với PLC đơn giản, rút ngắn thời gian lắp đặt công trình. - Dễ ràng thay đổi công nghệ cũng nhƣ nội dung chƣơng trình. - Kết cấu mạch điện trong PLC nhỏ gọn, giảm đƣợc kích thƣớc định hình. - Dễ thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. - Ứng dụng điều khiển rộng rãi. - Xử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn. - Chuẩn hóa đƣợc phần cứng điều khiển. 8
- Thích ứng môi trƣờng khắc nhiệt: Nhiệt độ, độ ẩm, điện áp không ổn định, tiếng ồn. - Phải có kiến thức về tin học. - Giá thành tƣơng đối cao. 1.4. Điều khiển kết nối cứng và điều khiển lập trình - Điều khiển kết nối cứng là loại điều khiển mà các chức năng của nó đƣợc đặt cố định (nối dây). Nếu muốn thay đổi chức năng điều đó có nghĩa là thay đổi kết nối dây. Điều khiển kết nối cứng có thể thực hiện với các tiếp điểm (Rơle, khởi động từ….) hay điện tử (mạch điện tử). - Điều khiển lập trình (PLC) là loại điều khiển mà chức năng của nó đƣợc đặt cố định thông qua một chƣơng trình còn gọi là bộ nhớ chƣơng trình. Sự điều khiển bao gồm một thiết bị điều khiển mà ở đó tất cả các bộ phát tín hiệu cần thiết và đối tƣợng điều khiển đƣợc kết nối cho một chức năng cụ thể. Nếu chức năng điều khiển cần thay đổi, thì chỉ phải thay đổi chƣơng trình bằng thiết bị chƣơng trình tƣơng ứng hay cắm một bộ nhớ chƣơng trình đã lập trình khác vào trong điều khiển. Hình 1: Hai sơ đồ điều khiển trong công nghiệp 1.5. So s nh PLC với c c hệ thống điều khiển kh c a. PLC với hệ thống điều khiển bằng rơle Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đã dần thay thế từng bƣớc hệ thống điều khiển bằng rơle trong các quá trình sản xuất khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, ngƣời kỹ sƣ phải cân nhắc, lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình thƣờng đƣợc sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng rơ le do các nguyên nhân sau: Thay đổi chƣơng trình điều khiển một cách linh động, có độ tin cậy cao, không gian lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm nhiều diện tích, có khả năng đƣa tín 9
hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp: dòng, áp. Dễ dàng thay đổi đối với cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tƣơng lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất. Đặc trƣng cho hệ thống điều khiển chƣơng trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vƣợt trội hơn hệ thống điều khiển cũ (rơle, contactor …). Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tƣơng lai do không phải thay đổi, loại bỏ hệ thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi chƣơng trình sao cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới. b. PLC với m y t nh c nh n Đối với một máy tính cá nhân, ngƣời lập trình dễ nhận thấy đƣợc sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết đƣợc nhƣ sau: Máy tính không có các cổng giao tiếp tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trƣờng công nghiệp. Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải dạng hình thang, máy tính ngoài việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các phần mềm khác làm “chậm” đi quá trình giao tiếp với các thiết bị đƣợc điều khiển. Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dể dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng nhƣ PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lƣợng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC. 2. Bài to n điều khiển và giải quyết bài to n điều khiển Điều khiển hệ thống của 3 máy bơm qua 3 khởi động từ K1, K2, K3. Trình tự điều khiển nhƣ sau: Các khởi động từ chỉ đƣợc phép thực hiện tuần tự, nghĩa là K1 đóng trƣớc, tiếp theo K2 đóng và cuối cùng K3 mới đóng. Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển đƣợc thiết kế nhƣ sau: 10
Hình 2 : Mạch điều khiển tuần tự 3 máy bơm Khởi động từ K2 sẽ đóng khi công tắc S3 đóng với điều kiện là khởi động từ K1 đã đóng trƣớc đó. Phƣơng thức điều khiển nhƣ vậy đƣợc gọi là điều khiển tuần tự. Tiến trình điều khiển này đƣợc thực hiện một cách cƣỡng bức. Bốn nút nhấn S1, S2, S3, S4: Các phần tử nhập tín hiệu. Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối nối liên kết là các phần tử xử lý. Các khởi động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý. Nếu thay đổi mạch điện điều khiển ở phần xử lý bằng hệ PLC ta có thể biểu diễn hệ thống nhƣ sau: - Phần tử vào: Các nút nhấn S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên. - Phần tử ra: Ba khởi động từ K1, K2, K3, để đóng và mở ba máy bơm vẫn giữ nguyên. - Phần tử xử lý: đƣợc thay thế bằng PLC. Sơ đồ kết nối với PLC đƣợc cho nhƣ ở hình 2. Tuần tự đóng mở theo yêu cầu đề ra sẽ đƣợc lập trình, chƣơng trình sẽ đƣợc nạp vào bộ nhớ Nhập số liệu Xử lý Kết quả Hình 3: Lƣu đồ xử lý bằng PLC 11
S1 S2 S3 S4 24V N K1 K2 K3 Hình 4: Sơ đồ kết nối cứng PLC Bây giờ giả thiết rằng nhiệm vụ điều khiển sẽ thay đổi. Hệ thống ba máy bơm vẫn giữ nguyên, nhƣng trình tự đƣợc thực hiện nhƣ sau: chỉ đóng đƣợc hai trong ba máy bơm hoặc mỗi máy bơm có thể hoạt động một cách độc lập. Nhƣ vậy theo yêu cầu mới đối với hệ thống điều khiển bằng rơ le điện phải thiết kế lại mạch. Hình 5: Sơ đồ mạch điều khiển 3 động cơ đã đƣợc thay Nhƣ vậy mạch điều khiển sẽ thay đổi rất nhiều nhƣng phần tử đƣa tín hiệu vào và ra vẫn giữ nguyên, chi phí cho nhiệm vụ mới sẽ cao hơn. Nếu ta thay đổi hệ điều khiển trên bằng hệ điều khiển có nhớ PLC, khi nhiệm vụ điều khiển thay đổi thì thực hiện sẽ nhanh hơn và đơn giản hơn bằng cách thay đổi lại chƣơng trình Hệ điều khiển lập trình có nhớ (PLC) có những ƣu điểm sau: - Thích ứng với những nhiệm vụ điều khiển khác nhau. - Khả năng thay đổi đơn giản trong quá trình đƣa thiết bị vào sử dụng. 12
- Nhu cầu mặt bằng ít. - Tiết kiệm thời gian trong quá trình mở rộng và phát triển nhiệm vụ điều khiển bằng cách copy các chƣơng trình. - Các thiết bị điều khiển chuẩn. - Không cần các tiếp điểm. Hệ thống điều khiển theo lập trình có nhớ đƣợc sử rộng rất rộng rãi trong các ngành khác nhau: - Điều khiển thang máy. - Điều khiển các quá trình sản xuất khác nhau: sản suất bia, sản xuất xi măng v.v .... - Hệ thống rửa ô tô tự động. - Thiết bị khai thác. - Thiết bị đóng gói bao bì, tự động mạ và tráng kẽm v.v ... BÀI 1: ĐẠI CƢƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH. Mã bài: MĐ 27 - 00 Giới thiệu: Nêu cấu trúc phần cứng của PLC S7-200, cách kết nối PLC với thiết bị ngoại vi, cách cài đặt phần mềm PLC- S7-200. Mục tiêu: - Trình bày đƣợc cấu trúc và nhiệm vụ các khối chức năng của PLC. - Xác định đƣợc cấu trúc bộ nhớ, cách xử lý chƣơng trình và địa chỉ vào ra của PLC. - Biết đƣợc cách cài đặt phần mềm lập trình PLC. Nội dung chính: 1. Cấu trúc của một PLC 13
Hình 1.1: Cấu trúc chung của một PLC Khối nguồn nuôi: nguồn trong các PLC thƣờng là 24VDC. Module CPU: (cũng có bộ PLC sử dụng nguồn 220VAC. Những PLC không có module nguồn thì đƣợc cấp nguồn bên ngoàiCPU: central processing unit: đơn vị xử lý trung tâm) bao gồm: bộ vi xử lý và bộ nhớ. Module xuất nhập (I/O module). + Module nhập (input module) đƣợc nối với các công tắc, nút ấn, các bộ sensor … để điều khiển từ chƣơng trình bên ngoài. + Module xuất (output module) đƣợc nối với các tải ở ngõ ra nhƣ cuộn dây của relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ ghép quang … Hệ thống bus truyền tín hiệu: hệ thống bus truyền tín hiệu gồm nhiều đƣờng tín hiệu song song: - Tuyến địa chỉ (address bus): chọn địa chỉ trên các khối khác nhau. - Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu từ khối này đến khối khác. - Tuyến điều khiển (control bus): chuyển, truyền các tín hiệu định thì và điều khiển để đồng bộ các hoạt động trong PLC. Chƣơng trình điều khiển đƣợc nạp vào bộ nhớ nhờ bộ lập trình cầm tay (programming console) hay bằng một máy tính. Hiện nay đã có một số loại PLC đƣợc thiết kế có các phím bấm để có thể lập trình trực tiếp mà không cần bộ lập trình cầm tay hay máy vi tính. 2. Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 2.1. Địa chỉ c c ngõ vào/ ra a. Cấu trúc phần cứng S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMENS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và các modul mở rộng. Các modul này đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212, CPU 214, CPU 215, CPU 216, CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 224XP, … Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU này nhận biết nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp. Ví dụ: - CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng đƣợc mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng. - CPU-214(224) bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở rộng. + Tổng số ngõ vào / ra cực đại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra. + 128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16 14
Timer 10ms và 108 Timer 100ms. + 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. + 86 byte nhớ đặc biệt (SM) dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. + 4696 byte nhớ đa dụng(V). + Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp. b. Mô tả đèn b o trạng th i trên S7 – 200, CPU 214 (224) - SF (Đèn đỏ): Đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc. - RUN (Đèn xanh): Đèn chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chƣơng trình đƣợc nạp trong máy. - STOP (Đèn vàng): Đèn chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chƣơng trình đang thực hiện lại. - Ix.x(Đèn xanh): đèn ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x(x.x = 0.0 †1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của cổng ngõ vào. - Q y.y (Đèn xanh): đèn ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng Qy.y(y.y = 0.0 †1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của cổng ngõ ra. ra Hình 1.2: Các cổng vào ra của PLC S7-200 Số lƣợng các địa chỉ ngõ vào ra phụ thuộc vào từng CPU nhƣ bảng sau: Bảng 1.1: Địa chỉ ngõ vào ra của c c loại CPU S7 - 200 Mô tả CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 224XP CPU 226 Vùng I0.0…I15.7 I0.0…I15.7 I0.0…I15.7 I0.0…I15.7 I0.0…I15.7 đệm vào 15
số Vùng Q0.0…Q15. Q0.0…Q15.7 Q0.0…Q15.7 Q0.0…Q15.7 Q0.0…Q15.7 đệm ra số 7 Ngõ vào AW0…AW6 AW0…AW6 AW0…AW AW0…AW30 AW0…AW30 analog 2 2 62 Ngõ ra AQ0…AW6 AQ0…AW30 AQ0…AW30 AQ0…AW62 AQ0…AW62 analog 2 c. Cổng truyền thông: S7 – 200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với các thiết bị lập trình hoạc với các trạm PLC khác. Để ghép S7 – 200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi từ RS232 sang RS485. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp cho của PLC theo kiểu tự do là từ 300 đến 38400. Hình 1.3: Sơ đồ cấu chân của cổng truyền thông Để ghép nối S7 – 200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình. d. Công tắc chọn chế độ của PLC Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh cổng kết nối modull mở rộng, có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC. RUN: cho phép PLC thực hiện chƣơng trình trong bộ nhớ. PLC S7 – 200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chƣơng trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN. Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. 16
STOP: Cƣởng bức PLC dừng thực hiện chƣơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chƣơng trình hoạc nạp một chƣơng trình mới. TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho PLC (hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP) 2.2. Phần chữ và phần số chỉ địa chỉ byte, b t trong bộ nhớ Truy xuất theo bit trong vùng nhớ xác định. Để truy suất theo địa chỉ Bit chúng ta xác định vùng nhớ trên địa chỉ Byte và địa chỉ của Bit. Ví dụ: 7 6 5 4 3 2 1 0 Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte 3 Trong hình trên là bản đồ vùng nhớ của bộ đệm dữ liệu ngõ vào I, bản đồ của vùng nhớ khác cũng có cấu trúc tƣơng tự nhƣ vậy. bit thấp nhất là bit 0 nằm bên phải và bít cao nhất là Bít 7 nằm bên trái do đó chúng hoàn toàn khai báo tƣơng tự nhƣ trên nhƣ Q0.3, V5.6, M0.0…. Dung lƣơng các vùng nhớ phụ thuộc vào từng loại CPU mà chúng ta sử dụng. - Truy suất theo Byte trong vùng nhớ xác định. Khi truy xuất dữ liệu theo Byte, chúng ta xác định vùng nhớ và thứ tự của Byte cần truy xuất. Ví dụ: 7 6 5 4 3 2 1 0 VB 0 VB 1 VB 2 VB 3 Tƣơng tự nhƣ khai báo các vùng nhớ khác nhƣ: IB4, MB2, QB1…. 2.3. Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 a. Vùng nhớ: Bộ nhớ của S7 – 200 đƣợc chia thành các vùng nhớ nhƣ hình vẽ: 17
Hình 1.4: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 Trong PLC có một tụ điện có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong khoảng thời gian nhất định khi bị mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi trong toàn vùng, trừ các bit nhớ đặc biệt SM (special memory) chỉ có thể truy cập để đọc. Vùng chƣơng trình: vùng nhớ này sữ dụng để lƣu các lệnh của chƣơng trình, nó thuộc kiểu đọc/ghi(non/volatile) Vùng tham số: là vùng nhớ để lƣu trữ các tham số nhƣ: từ khoá, địa chỉ trạm, vùng tham số này cũng thuộc kiểu đọc/ghi. Vùng dữ liệu: đƣợc sữ dụng để cất giữ các dữ liệu của chƣơng trình bao gồm các kết quả của các phép tính, hằng số đƣợc dịnh nghĩa trong chƣơng trình, bộ đếm truyền thông… vùng nhớ này có một phần thuộc kiểu đọc/ghi đƣợc. Vùng dữ liệu đƣợc chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau: + I - Input image registet: Vùng đệm cổng vào + V - Variable memory: Vùng nhớ biến + Q - Output image registet: Vùng đệm cổng ra + M - Internal memory: Vùng nhớ nội + SM - Special memory: Vùng nhớ đặc biệt Vùng đối tƣợng: Bao gồm các times, counter, high speed counter, các cổng vào ra tƣơng tự đƣợc đặt trong vùng nhớ cuối cùng, tham số này cũng thuộc kiểu đọc/ghi. + T - Times: Điều khiển thời gian + C – Counter: Bộ đếm + HSC - High Speed Counter: Bộ đếm tốc độ cao + AIW - Analog Input: Cổng vào tƣơng tự + AQW - Analog Output: Cổng ra tƣơng tự 18
+ AC – Accumulator: Thanh ghi Địa chỉ truy nhập đƣợc qui ƣớc với công thức: - Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+). (+) chỉ số bit Ví dụ: V150.4: Chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V - Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ số byte trong miền. Ví dụ: VB150: Chỉ của byte 150 thuộc miền V - Truy nhập theo từ (Word): Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ: VW150: Chỉ từ đơn gồm hai byte 150 và 151thuộc miền V. Trong đó byte 150 có vai trò là byte cao trong từ - Truy nhập theo từ kép (Double Word): Tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ: VD150: Chỉ từ kép gồm bốn byte 150;151;152 và 153 thuộc miền V. Trong đó byte 150 có vai trò là byte cao và byte 153 là byte thấp trong từ kép b. Mở rộng ngõ vào/ ra Có thể mở rộng ngõ vào/ ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào PLC các modull mở rộng về phía bên phải của CPU (CPU 224 có thể ghép nhiều nhất 7 modull mở rộng), làm thành một móc xích, bao gồm các modull có cùng kiểu. Các modull mở rộng số hay tƣơng tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tƣơng ứng với số ngõ vào/ ra của các modull. 19