intTypePromotion=1
ADSENSE

Giáo trình PLC cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp-CĐ) - CĐ Cơ Giới Ninh Bình

Chia sẻ: Calliope09 Calliope09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:139

26
lượt xem
9
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình PLC cơ bản được chia làm 6 bài học, trong đó Bài mở đầu có nội dung là 8 giờ. Cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản nhất về thiết bị lập trình PLC S7-300. Trên cơ sở đó giúp người học có thể thiết kế được những hệ thống điều khiển cơ bản và đơn giản, ngoài ra giúp học tốt mô đun PLC Nâng cao.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trình PLC cơ bản (Nghề: Điện công nghiệp-CĐ) - CĐ Cơ Giới Ninh Bình

  1. BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: PLC CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: / QĐ-TCGNB ngày…….tháng….năm 2017 của Trường cao đẳng nghề Cơ giới Ninh Bình Ninh Bình, năm 2018 1
  2. 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
  3. LỜI GIỚI THIỆU Mô đun PLC Cơ bản được biên soạn theo chương trình khung đào tạo hệ Cao Đẳng nghề Điện công nghiệp được Bộ Lao động- Thương binh- Xã hội thông qua năm 2017. Mô đun PLC Cơ bản là môn chuyên nghành quan trọng trong nghành Điện công nghiệp, không những thế nó còn được sử dụng cho các nghành khác như: Cơ khí chế tạo máy, Điện tử… Mô đun PLC cơ bản học sau các mô đun chuyên môn nghề, nên học cuối cùng trong khóa học, trước khi học mô đun PLC Nâng cao, Chuyên đề Điều khiển lập trình cỡ nhỏ... Toàn bộ nội dung mô đun gồm 120 giờ được chia làm 6 bài học, trong đó Bài mở đầu có nội dung là 8 giờ. Mô đun PLC Cơ bản nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản nhất về thiết bị lập trình PLC S7-300. Trên cơ sở đó giúp người học có thể thiết kế được những hệ thống điều khiển cơ bản và đơn giản, ngoài ra giúp học tốt mô đun PLC Nâng cao. Ninh Bình, ngày 5 tháng 6 năm 2018 Tham gia biên soạn 1. Bùi Thị Thủy 3
  4. MỤC LỤC TRANG 1. Lời giới thiệu 1 2. Mục lục 4 3. Bài mở đầu: Giới thiệu chung về PLC và bài toán điều khiển 9 1.Giới thiệu chung về PLC 2. Tổng quan về PLC của các hãng 3. Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều khiển 4. Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình 36 1. Giới thiệu PLC S7-300 2. Các module của PLC S7-300 3. Các kiểu dữ liệu và phân vùng bộ nhớ 4. Vòng quét chương trình 5. Cấu trúc chương trình 6. Các khối OB đặc biệt 7. Ngôn ngữ lập trình 8. Kết nối dây giữa plc với ngoại vi 9. Cài Đặt và sử dụng phần mềm STEP7 5. Bài 2: Các phép toán nhị phân của PLC 79 1. Nhóm lệnh Bit logic 2. Nhóm lệnh Timer 3. Nhóm lệnh Counter 4. Lệnh JMP, Call 6. Bài 3: Các phép toán số của PLC 101 1. Lệnh dịch chuyển (move) 2. Nhóm lệnh so sánh(comparator) 3. Nhóm lệnh dịch/ xoay (Shift/Rotate) 4. Nhóm lệnh chuyển đổi dữ liệu (Converter) 5. Nhóm lệnh toán học (Integer Function) 6. Đồng hồ thời gian thực 7. Bài 4: Xử lý tín hiệu analog 117 1. Tín hiệu Analog 2. Biểu diễn giá trị Analog 3. Kết nối ngõ vào-ra Analog 4. Các hàm xử lý tín hiệu tương tự FC105, FC106 5. Giới thiệu về module Analog PLC S7-300 8. Bài 5: Lắp đặt mô hình điều khiển bằng PLC 130 1. Mô hình xe chuyển nguyên liệu 2. Đo chiều dài và sắp xếp vật liệu 4
  5. 3. Thiết bị nâng hàng 4. Thiết bị vô nước chai 5
  6. MÔ ĐUN: PLC CƠ BẢN Mã mô đun: MĐ21 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun PLC cơ bản học sau các mô đun chuyên môn nghề, nên học cuối cùng trong khóa học, trước khi đi thực tập tốt nghiệp. - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề. - Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: Mục tiêu của mô đun: - Về kiến thức: + Trình bày được nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh các ưu nhược điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cỡ nhỏ khác. + Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình PLC. + Biết được phương pháp kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi. - Về kỹ năng: + Thực hiện được 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, lập được chương trình để thực hiện một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp. + Phân tích được một số chương trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc phục. - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, tác phong công nghiệp. Nội dung của mô đun: Thời gian ( giờ) Số Tổng Lý Thực hành, Kiểm Tên các bài trong mô đun số thuyết thí nghiệm, tra* TT thảo luận, bài tập 1 Bài mở đầu: Giới thiệu chung về 8 8 PLC và bài toán điều khiển 1. Giới thiệu chung về PLC 1 6
  7. 2. Tổng quan về PLC của các hãng 5 3. Bài toán điều khiển và giải quyết 2 bài toán điều khiển 2 Bài 1: Đại cương về điều khiển lập 12 6 6 trình 1. Giới thiệu PLC S7-300 0,5 2. Các module của PLC S7-300 0,5 3. Các kiểu dữ liệu và phân vùng bộ 1 nhớ 4. Vòng quét chương trình 0,5 5. Cấu trúc chương trình 0,5 6. Các khối OB đặc biệt 0,5 7. Ngôn ngữ lập trình 0,5 8. Kết nối dây giữa plc với ngoại vi 1 3 9. Cài Đặt và sử dụng phần mềm 1 3 STEP7 3 Bài 2: Các phép toán nhị phân của 28 8 18 2 PLC 1. Nhóm lệnh Bit logic 3 5 2. Nhóm lệnh Timer 2 6 3. Nhóm lệnh Counter 2 6 4. Lệnh JMP, Call 1 1 2 4 Bài 3: Các phép toán số của PLC 28 9 17 2 1. Lệnh dịch chuyển (move) 0,5 2. Nhóm lệnh so sánh(comparator) 2,5 5 3. Nhóm lệnh dịch/ xoay 3 5 7
  8. (Shift/Rotate) 4. Nhóm lệnh chuyển đổi dữ liệu 1 3 (Converter) 5. Nhóm lệnh toán học (Integer 1 3 Function) 6. Đồng hồ thời gian thực 1 1 2 5 Bài 4: Xử lý tín hiệu Analog 16 4 10 2 1.Tín hiệu Analog 0,5 2.Biểu diễn giá trị Analog 0,5 3.Kết nối ngõ vào-ra Analog 1 6 4. Các hàm xử lý tín hiệu tương tự 1 4 FC105, FC106 4 5.Giới thiệu về module Analog PLC 1 2 S7-300 6 Bài 5: Lắp đặt mô hình điều khiển 28 2 24 2 bằng PLC 1. Mô hình xe chuyển nguyên liệu 0,5 7,5 2. Đo chiều dài và sắp xếp vật liệu 0,5 7,5 3. Thiết bị nâng hàng 0,5 7,5 4. Thiết bị vô nước chai 0,5 5,5 2 Cộng: 120 37 75 8 8
  9. BÀI MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU PLC VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN MÃ BÀI: MĐ21-00 Mục Tiêu: Kiến thức: Trình bày được khái niệm và đặc điểm của PLC. Kỹ năng: Phân tích được các dạng bài toán điều khiển và giải bài toán điều khiển. Thái độ: Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động và sáng tạo. Nội dung chính: 1. Giới thiệu chung về PLC Mục tiêu: Mô tả được cấu trúc PLC, ưu điểm của PLC so với điều khiển thông thường khác. 1.1. Sự ra đời của bộ điều khiển lập trình PLC Vào những năm của thập niên 20 cho đến 50, khoa học kỹ thuật của một số nước trên thế đã bước qua một giai đoạn phát triển, một số nhà sản xuất tìm và nghiên cứu đưa ra những giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất như tự động hóa các công đoạn trong sản xuất, giảm bớt các lỗi được sinh ra ở những công đoạn phức tạp, hay là đơn giản hóa các thành phần điều khiển tạo ra những thuận lợi trong lắp đặt, bảo trì và thay thế, giảm thiểu tối đa không gian lắp đặt. Năm 1968 thiết bị đầu tiên có khả năng đáp ứng được các nhiệm vụ của các nhà sản xuất đó là: thiết bị điều khiển lập trình (Programmable Controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời (công ty General Motor - Mỹ). Tuy nhiên, thiết bị này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống . Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho công việc lập trình. Để đơn giản hóa việc lập trình, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình. Trong giai đoạn này các thiết bị điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The Diagram Format). 9
  10. Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn. Sự phát triển của công nghệ thông tin và mạch tích hợp điện tử vào những năm cuối thập niên 80 đã dần dần tạo ra hệ thống phần cứng và phần mềm hoàn thiện về tốc độ, tin cậy, linh động, giao tiếp… cho đến nay thiết bị PLC phát triển mạnh với các chức năng mở rộng: Hệ thống đầu vào/ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128000 từ bộ nhớ (word of memory) có thể gắn thêm nhiều Module bộ nhớ để có thể tăng thêm kích thước chương trình. Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, kết nối với các hệ thống máy tính, tăng khả năng điều khiển của từng hệ thống riêng lẽ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn. Một số thuật toán cơ bản dùng cho điều khiển cũng được tích hợp vào phần cứng như điều khiển PID (cho điều khiển nhiệt độ, cho điều khiển tốc độ động cơ, cho điều khiển vị trí), điều khiển mờ, lọc nhiễu ở tín hiệu đầu vào...vv Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam, … Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence) còn gọi là các siêu PLC (super PLC) cho tương lai. Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider, Hitachi ... vv. Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị mở rộng khác như :các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ nhớ Cartridge thêm vào. 1.2. Cấu trúc chung của PLC Thiết bị điều khiển logic khả t rình (Programmable Logic Controller) là loại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật 10
  11. toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (scan). Hình 0.1. Cấu trúc bên trong của một PLC Để thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục bài toán điều khiển số, PLC còn phải có thêm một số khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời (Timer) … và những khối hàm chuyên dùng. 11
  12. Hình 0.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC Ưu điểm của điều khiển lập trình được so với điều khiển nối dây: - Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơ le. - Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi thay đổi yêu cầu điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình (phần mềm) điều khiển. - Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống. - Nhiều chức năng điều khiển. - Tốc độ cao. - Công suất tiêu thụ nhỏ. - Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt. 12
  13. - Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng. - Giá thành không cao. - Phù hợp với môi trường công nghiệp. - Độ tin cậy cao. - Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới. Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mái trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trường của sản phẩm. Các ứng dụng của PLC trong sản xuất và trong dân dụng: + Điều khiển các Robot trong công nghiệp. + Hệ thống xử lý nước sạch. + Công nghệ thực phẩm. + Công nghệ chế biến dầu mỏ. + Công nghệ sản xuất vi mạch. +Điều khiển các máy công cụ. + Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất. + Điều khiển hệ thống đèn giao thông. 2. Tổng quan về PLC của các hãng 2.1. PLC của hãng Omron 2.1.1. Các PLC họ CPM1A 13
  14. Các PLC loại này là các PLC có kích thước nhỏ gọn, cấu trúc đồng nhất một khối, trên mỗi CPU có sẵn từ 10, 20, 30, 40 ngõ I/O. Tất cả các CPU dạng này đều có ngõ ra Rơle. Để dữ liệu trong RAM không bị mất khi PLC bị mất điện thì người dùng có thể sử dụng một Card nhớ Flash Memory. Khả năng mở rộng: Các modul CPU có thể mở rộng thêm 3 modul mở rộng, mỗi module mở rộng có từ 30-40 I/O Chức năng lọc tín hiệu ngõ vào: Các ngõ vào có khả năng đáp ứng nhanh, nhận biết trạng thái tín hiệu ngõ vào trong vòng 0,2 ms và có khả năng chống nhiễu Bộ đếm tốc độ cao Bộ đếm tốc độ cao cho phép tăng khả năng đếm lên hoặc xuống và không bị ảnh hưởng bởi chu kỳ quét của CPU. Timer Các Timer có khả năng trì hoãn từ 0.5 ms đến 999,9s. có tổng số 128 Timer. Chức năng chỉnh định tín hiệu Analog Trên CPU có 2 biến trở nhỏ cho phép chỉnh định giá trị cài đặt của tín hiệu Analog Truyền thông Các PLC CPM1A có khả năng kết nối với các máy tính cá nhân PC, chuyển đổi giao tiếp RS 232 cho truyền thông 1-1 và bộ chuyển đổi giao tiếp RS-422 cho truyền thông 1-n. 14
  15. Dưới đây là toàn bộ các Module họ CPM1A 2.1.2. Các CPU họ C200H Các PLC họ C200H là họ các PLC cỡ trung bình, được phát triển dựa trên các PLC họ C200H. Các CPU C200H có nhiều ưu điểm như bộ nhớ được mở rộng hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn, được hỗ trợ Protocol Marco (thủ tục tryền thông cho các Modul ASCII và Basic Modul )và có thể tùy chọn gắn thêm các card PCMCIA . Dưới đây là một số đặc điểm của các PLC thuộc họ này. + Có 11 loại CPU thuộc họ này 15
  16. + Nguồn cung cấp là module tách rời với CPU + Tổng số I/O: 1184 + Tốc độ xử lý: 0.1 s/lệnh + Khả năng mở rộng là 3 Backplane(rack mở rộng) + Các chức năng tích hợp cho phép các PLC họ này giao tiếp với nhau một cách dễ dàng. + Khả năng truyền thông với các bảng điều khiển vận hành (OP), các bộ đọc mã vạch,… sử dụng Devicenet cho phép chúng có thể kết nối dễ dàng với các thiết bị của các hãng khác như các bộ biế tần hay các thiết bị Analog. + Sử dụng phần mềm SYSMAC V1.2 hoặc SYSWIN V3.0 trở lên. Cấu hình của 1 PLC họ C200H Backplane và các modul mở rộng 16
  17. 2.1.3. PLC loại Micro Gồm có các loại PLC: CPM1A, CPM2A, CPM2C CPM1A CPM2A CPM2C Hình 0.3. PLC loại Micro của OMRON Các PLC này có kích thước dạng Modul nhỏ gọn, có tích hợp sẵn các bộ đếm tốc độ cao, ngõ ra xung, đặt chỉnh được ngõ vào analog, thích hợp trong việc lắp đặt trong các máy công cụ. Ngoài ra PLC loại này còn có một số đặc điểm sau: - Số lượng ngõ vào ra tối đa từ 100 đến 140 ngõ tùy loại CPU. - Có khả năng mở rộng các ngõ vào ra với các modul mở rộng. - Bộ nhớ chương trình từ 2..4kWord tùy loại. - Có khả năng kết nối mạng. PLC CPM2A - Có giao diện RS232; mở rộng tối đâ 120 I/O - Xử lý tốc độ cao với quét và ngắt tốc độ cao - Bộ đếm đầu vào tốc độ cao 20kHz - Điều khiển xung đồng bộ cho điều chỉnh thời gian dễ dàng - Chức năng đầu ra xung cho nhiều ứng dụng định vị khác nhau - Các đầu nối có thể tháo rời giúp cho bảo trì dễ dàng 17
  18. - Có chức năng đồng hồ thời gian thực - Có thể sử dụng điều khiển analog phân tán Thông tin CPU Số Số Số model Nguồn Diễn giải đầu đầu Các đầu ra điện Các đầu ra rơle vào ra TZT Các CPU CPM2A-20CDR- với 20 đầu 12 8 AC …. A I/O CPM2A-30CDR- Các CPU AC …. A với 30 đầu 18 12 CPM2A-30CDR- CPM2A- I/O DC D 30CDT-D CPM2A-40CDR- Các CPU AC A với 40 đầu 24 16 CPM2A- I/O DC 40CDT-D CPM2A-60CDR- Các CPU AC A-V1 với 60 đầu 36 24 CPM2A-60CDR- CPM2A6CD I/O DC D T-D - Cấu hình hệ thống: - Tới 3 modul mở rộng có thể kết nối với CPU bằng cáp nối I/O. (chỉ có 1 modul mở rộng hoặc 1 modul I/O mở rộng có thể được kết nối nếu 1 bộ tiếp hợp NT-AL001 được nối với cổng RS232C bởi vì nguồn điện 5VDC của CPU bị hạn chế) 2.1.4. PLC ZEN Bộ lập trình đơn giản với 44 đầu vào ra 18
  19. ZEN là bộ điều khiển lập trình dễ sử dụng và đơn giản cho các ứng dụng tự động hóa nhỏ: điều khiển đèn chiếu sáng , điều hòa, bơm cấp thoát nước, của tự động, thang cuốn, quạt thông gió, máy công cụ… - Màn hình LCD với 8 phím chức năng ở mặt trước cho phép lập trình dạng bậc thang. - Tình năng HOLDING TIMERS và HOLDING BITS (bit lưu) giúp hoạt động ổn định sau khi mất điện. - Tính năng MEMORY CASSETTES (card nhớ) tiện cho người sử dụng. - Mô phỏng không cần kết nối trực tiếp (ở chế độ offline). - 16 bit timers, 8 holding timers, 16 counters, 16 timer tuần, 16 timer tháng, 16 timer bit hiển thị. 19
  20. 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2