Giáo trình PLC cơ bản - Nghề: Điện tử công nghiệp - Trình độ: Trung cấp (Tổng cục Dạy nghề)

Chia sẻ: Lê Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:190

Thêm vào BST

Báo xấu

264
lượt xem 106
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sau khi học xong mô đun này, người học có thể kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi, viết chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp, phân tích luận lý một số chương trình, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc phục.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình PLC cơ bản - Nghề: Điện tử công nghiệp - Trình độ: Trung cấp (Tổng cục Dạy nghề)

BỘ LAO ĐỘNG TH 1 ƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mô đun: PLC CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐTCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Năm 2013
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.
3 LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, giáo trình Đo Lường Điện Tử là một trong những giáo trình môn học đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 180 giờ gồm có: Bài MĐ2601: Đại cươ ng về điều khiển lập trình Bài MĐ2602: Cấu trúc và phươ ng thức hoạt động của một PLC Bài MĐ2603: Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi Bài MĐ2604: Các phép toán nhị phân của PLC Bài MĐ2605: Các phép toán số của PLC Bài MĐ2606: Bộ xử lý tín hiệu Analog Bài MĐ2607: Các bài tập ứng dụng trong điều khiển động cơ Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như 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 người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tuy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên TS. Lê Văn Hiền 2. KS. Trương Thanh Inh
4 M ục lục TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ...................................................................................... 2 LỜI GIỚI THIỆU .................................................................................................... 3 Mục lục .................................................................................................................... 4 MÔ ĐUN .................................................................................................................. 7 PLC CƠ BẢN ........................................................................................................... 7 BÀI 1 ....................................................................................................................... 10 ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ..................................................... 10 1.2. B ộ nh ớ (Memory): ................................................................................. 12 1.3. Kh ối x ử lý – điều khiển: ...................................................................... 12 3. So sánh PLC với các hình thức điều khiển khác ................................. 15 BÀI 2 ....................................................................................................................... 18 CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC .................. 18 1.1. Thi ết b ị điều khiển logic kh ả trình PLC ............................................. 18 1.2. B ộ nh ớ: .................................................................................................. 21 2. Thiết b ị điều khiển lập trình PLC ( hình 2.2) ..................................... 23 2.1. CPU 212: ................................................................................................. 24 2.2. CPU 214: ................................................................................................. 25  Câu hỏi ôn tập: Em hãy so sánh CPU 212 và CPU 214? ....................... 27 3. Địa chỉ các ngõ vào/ ra ................................................................................ 27 3.1. Họ S7200 CPU21x bao g ồm: 212, 214, 215 và 216 ( b ảng 2.1) ..... 28 3.2. Họ S7200 CPU22x bao g ồm: 221, 222, 224 và 226 ( bảng 2.2) ...... 28  Câu hỏi ôn tập: Em hãy so sánh các khối CPU 21X và CPU 22X? ...... 28 4. Cấu trúc bộ nhớ: ........................................................................................ 28 4.1. Phân chia b ộ nhớ ................................................................................... 29 4.2. Vùng dữ liệu: .......................................................................................... 29 4.3.Vùng đối tượ ng: ...................................................................................... 32 Vùng nhớ ......................................................................................................... 32 CPU 221 .......................................................................................................... 32 CPU 222 .......................................................................................................... 32 CPU 224 .......................................................................................................... 32 CPU 226 .......................................................................................................... 32 4.4. Cổng vào/ra mở rộng: ........................................................................... 33 5. Xử lý chươ ng trình ...................................................................................... 34 5.1. Th ực hi ện ch ương trình: ( hình 2.6) ................................................... 34 5.2. Cấu trúc chươ ng trình của S7 – 200 ................................................... 36 1.3. Kết nối ngõ ra cho PLC: ....................................................................... 48
5 3.1 Cài đặt STEP 7 Micro/Win 32 trên máy tính cá nhân(PC): .............. 59  Nội dung thực hành: .................................................................................. 68 BÀI 4 ....................................................................................................................... 70 CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC ............................................................ 70 1. Các liên kết logic ......................................................................................... 70 2. Các lệnh ghi / xóa giá trị cho ti ếp điểm ................................................. 72 2.1. L ệnh Logic ti ếp điểm: ........................................................................... 72 2.2. L ệnh vào/ra: ........................................................................................... 73 2.3. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho ti ếp điểm: ............................................. 75 2.4. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt: ............................................................... 76 3. Timer .............................................................................................................. 77 3.1. Khái niệm về timer ............................................................................... 78 3.2. Các lệnh điều khiển Timer ................................................................... 79  Phần th ực hành: ...................................................................................... 81 4. Counter .......................................................................................................... 84 4.1. khái niệm về counter ............................................................................ 85 4.2. l ệnh điều khiển counter ........................................................................ 86  Phần thực hành: ....................................................................................... 88 5. Các bài tập ứng dụng ................................................................................ 90 BÀI 5 ..................................................................................................................... 110 CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA PLC ...................................................................... 110 1. Chức năng truyền dẫn ............................................................................. 111 2. Chức năng so sánh .................................................................................... 118 2.1 So sánh kiểu Byte .................................................................................. 119 2.2. So sánh kiểu INT .................................................................................. 121 3. Chức năng dịch chuyển ........................................................................... 125 4.Chức năng chuyển đổi .............................................................................. 127 BÀI 6 ..................................................................................................................... 136 XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG ........................................................................... 136 1. Tín hiệu Analog .......................................................................................... 137 2. Biểu diễn các giá trị Analog .................................................................... 137 2.1 . Tín hiệu ngõ vào (Analog Input): ....................................................... 138 2.2. Tín hiệu ngõ ra (Output) Analog: ....................................................... 139 3. Kết nối các ngõ vào/ra Analog ............................................................... 139 3.1. Định địa chỉ phần cứng Analog S7200: ............................................ 139 3.2. Kết n ối ph ần c ứng Analog S7200: ................................................... 139 4. Hiệu ch ỉnh tín hiệu Analog ..................................................................... 142 4.1. Dạng dữ li ệu ở ngõ vào: ..................................................................... 142 4.2. Ví dụ: ..................................................................................................... 145
6 5. Giới thiệu mô đun Analog của PLC ...................................................... 151 5.1. Module EM231: .................................................................................... 151  Phần thực hành ......................................................................................... 157 BÀI 7 ..................................................................................................................... 165 CÁC BÀI TẬP ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ................... 165 1. Giới thiệu: ................................................................................................. 165 2. Cách kết nối dây: ....................................................................................... 171 2.1. Kết nối ngõ vào: .................................................................................. 171 2.2. Kết nối ngõ ra ...................................................................................... 171 2.3. Đấu nối thiết b ị lập trình với PLC. .................................................. 173 3. Bài tập ứng dụng ............................................................................ 174 3.1 M ạch kh ởi động động cơ .................................................................... 174 3.2 M ạch đổi chiều quay ............................................................................ 177 3.3 M ạch điều khiển tốc độ ....................................................................... 181 3.4 M ạch m ở máy sao/ tam giác ............................................................... 185 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 189
7 MÔ ĐUN PLC CƠ BẢN Mã mô đun: MĐ26 I. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: * Vị trí của môn học: Môđun đượ c bố trí dạy cuối chươ ng trình sau khi học xong các môn chuyên môn như điện tử công suất, Kỹ thuật xung – s ố, Vi xử lí, trang b ị điện... * Tính chất của môn học: Mô đun PLC cơ bản mang tính tích hợp. ̃ ̉ * Y nghia cua mô đun: Là môn h ́ ọc bắt bu ộc ̀ ̉ * Vai tro cua mô đun: Sau khi học xong mô đun này, người học có thể kết nối dây giữa PC CPU và thiết bị ngoại vi, Viết chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp, Phân tích luận lý một số chương trình, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc phục. II. Mục tiêu của Mô đun: Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực * Về kiến th ức: Trình bày đượ c các khái niệm về điều khiển lập trình chính xác theo nội dung đã học Trình bày đượ c cấu trúc và phươ ng thức hoạt động của các lệ nh cơ bản * Về kỹ năng: Thực hiện lập trình các bài tập ứng dụng dùng PLC đạt các yêu cầu về kỹ thuật và công nghệ Kết nối mạch điện theo yêu cầu công nghệ * Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp III. Nội dung mô đun: Mã bài Tên các bài trong mô đun Thời gian
8 Lý Kiểm Tổng Thực thuyế tra số hành t Đại cươ ng về điều khiển MĐ2601 lập trình 4 4 0 1 Tổng quan về điều khiển 1 1 0 Điều khiển nối cứng và 2 1 1 0 điều khiển l ập trình So sánh PLC với các hình 3 1 1 0 thức điều khiển khác Các ứng dụng của PLC trong 4 1 1 0 thực tế Cấu trúc và phươ ng thức MĐ2602 12 4 7 1 hoạt động của một PLC 1 Cấu trúc của một PLC 1 1 0 Thiết bị điều khiển lập trình 2 2 1 1 PLC 3 Địa chỉ các ngõ vào/ ra 1 0,5 0,5 4 Cấu trúc bộ nhớ. 1 1 0 5 Xử lý chươ ng trình 6 0,5 5,5 Kết nối dây giữa PLC và MĐ2603 12 4 7 1 thiết bị ngoại vi Kết nối dây giữa PLC và 1 3 1 2 thiết bị ngo ại vi Kiểm tra việc nối dây bằng 2 2 1 1 phần mềm Cài đặt và sử dụng phần 3 6 2 4 mềm lập trình cho PLC Các phép toán nhị phân của MĐ2604 40 12 27 1 PLC 1 Các liên kết logic 1 1 0 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho 2 7 4 3 tiếp điểm 3 Timer 7 3,5 3,5 4 Counter 7 3,5 3,5 5 Các bài tập ứng dụng 17 17
9 MĐ2605 Các phép toán số của PLC 12 6 6 0 1 Chức năng truyền dẫn 2 1 1 2 Chức năng so sánh 2 1 1 3 Chức năng dịch chuy ển 2 1 1 4 Chức năng chuyển đổi 3 1,5 1,5 5 Chức năng toán học 3 1,5 1,5 MĐ2606 Xử lý tín hiệu analog 40 12 27 1 1 Tín hiệu Analog 1 1 0 2 Biểu diễn các giá trị Analog 5 2 3 Kết nối các ngõ vào/ra 3 8 3 5 Analog 4 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog 8 3 5 Giới thiệu mô đun Analog 5 17 8 9 của PLC Các bài tập ứng dụng trong MĐ2607 60 12 46 điều khiển động cơ 1 Giới thiệu 2 2 0 2 Cách kết nối dây 6 2 4 3 Bài tập ứng dụng 50 8 42 Tổng cộng: 180 60 114 6 Ghi chú: Thời gian ki ểm tra đượ c tích hợp giữa lý thuyết với thực hành đượ c tính vào giờ thực hành
10 BÀI 1 ĐẠI CƯƠ NG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mã bài: MĐ2601 Giới thiệu: Như đã biết, nướ c ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vì thế, tự động hóa sản xuất đóng vai trò quan trọng, t ự độ ng hóa giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Để có thể thực hiện tự độ ng hóa sản xuất, bên cạ nh các máy móc cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xu ất…v.v, cũng cần thiết phải có các bộ điều khiển để điều khiển chúng.Trong đó, đượ c yêu cầu đó.điề u khiển lập trình là một trong các bộ điều khiển đáp ứng Mục tiêu: Phát biểu đượ c khái niệm về điều khiển lập trình theo nội dung đã học So sánh ưu nhượ c điểm của điều khiển lập trình với các hình thưc điều khiển khác theo nội dung đã học. Trình bày đượ c các ứng dụng của PLC trong th ực t ế theo n ội dung đã học. Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp Nội dung chính: 1. Tổng quan v ề điều khiển Mục tiêu: Hiểu đượ c bộ nhớ , kh ối x ử lý điều khiển. Nhận bi ết Kh ối ngõ vào, ngõ ra Trong ứng dụng các công nghệ khoa h ọc vào sản xuất công nghiệp yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điề u khiển phải đáp ứng đượ c những yêu cầu đó, với mục tiêu tăng năng suất lao độ ng bằng con
11 đườ ng tăng mức độ tự động hóa các quá trình và thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượ ng, c ải thi ện ch ất l ượng và độ chính xác của sản phẩm. Tự động hóa trong sản xuất nh ằm thay th ế m ột ph ần ho ặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển. Những hệ thống điều khiển này có thể điề u khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của ng ười v ận hành. Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi độ ng, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đế m các giá trị đã đượ c xác định nhằm đạt đượ c kết quả mong mu ốn ở s ản ph ẩm đầ u ra của máy hay thiết b ị. M ột h ệ th ống nh ư v ậy đượ c gọi là hệ thống điề u khiển. Trong kỹ thu ật t ự động điề u khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: + Điều khiển nối cứng + Điều khiển logic khả trình ( PLC) Một hệ thống điề u khiển bất kỳ đượ c tạo thành từ các thành phần: + Khối vào + Khối xử lý – điều khiển + Khối ra * Sơ đồ tổng quát của điều khiển lập trình như sau ( hình 1.1): Hình 1.1 1.1. Kh ối vào: ( bảng 1.1) Còn đượ c gọi là giao tiếp ngõ vào có nhiệm vụ biến đổ i các đạ i lượ ng vật lý đầu vào ( từ các tiếp điểm của cảm biến, hay các nút nhấn, điệ n trở đo sức căng….) thành các mức tín hiệu số ON/OFF (digital) hay tín hiệu liên tực (analog) tùy theo bộ chuy ển đổn ngõ vào và cấp vào cho khối xử lý trung tâm (CPU). Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng ra
12 Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển/ Điện áp nhị phân vị trí (ON/OFF) Công tắc hành trình (Limit Sự dịch chuyển/ Điện áp nhị phân switch) vị trí (ON/OFF) Bộ điều chỉnh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) (ON/OFF) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi Tế bào quang điện (Photo Ánh sáng Điện áp thay đổi (analog) cell) Tế bào tiệm cận Sự hiện diện của Trở kháng thay đổi (Proximity cell) đối tượng Điện trở đo sức căng Áp suất/ sự dịch Trở kháng thay đổi (Strain gage) chuyển Bảng 1.1 1.2. Bộ nhớ (Memory): Lưu chươ ng trình điều khiển đượ c lập trình bởi ngườ i dùng và các dữ liệu khác như cờ, thanh ghi t ạm, tr ạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra… Nội dung các bộ nhớ đã đượ c mã hóa dướ i dang mã nhị phân. 1.3. Khối xử lý – điều khiển: Là khối xử lý trung tâm (CPU) thay th ế ng ười v ận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động. Từ thông tin tín hiệu vào hệ thống điều khiển tuần t ự th ực thi các lệnh trong ch ương trình lưu trong bộ nh ớ, x ử lý các đầu vào và đưa kết quả xuất hoặc điề u khiển cho phần giao di ện đầu ra ( output) nh ư: cu ộn dây, mô tơ….Tín hiệu điều khiển đượ c thực hiện theo 2 cách: + Dùng mạch điện nối kết cứng + Dùng chương trình điều khiển 1.4. Khối ra: ( bảng 1.2) Còn đượ c gọi là phần giao diện đầu ra. Tín hiệu ra là kế t quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Lúc này tín hiệu ngõ vào đượ c biế n đổ i thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài như: đóng mở rơle, biến đổ i tuyến tính số tươ ng t ự….. Thiết bị ở ngõ ra Đại lượng ra Đại lượng tác động Động cơ điện Chuyển động quay Điện Xy lanh Piston Chuyển động thẳng/áp Dầu ép/ khí ép
13 lực Solenoid Chuyển động thẳng/áp Điện lực Lò xấy/ lò cấp nhiệt Nhiệt Điện Van Tiết diện cửa van thay Điện/dầu ép/khí ép đổi Rơle Tiếp điểm điện/ chuyển Điện động vật lý có giới hạn Bảng 1.2 2. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình Mục tiêu: Phân biệt điều khiển nối c ứng và điều khiển lập trình Thấy đượ c tầm quan trọng c ủa vi ệc điều khiển có lậ p trình Trong các bộ điều khiển nối cứng, các thành phần chuyển mạch nh ư các rơle, cotactor, các công tắc, đèn báo, động cơ, v.v.v đượ c nối cố định với nhau. Toàn bộ chức năng điều khiển, cách tiến hành chươ ng trình đượ c xác định qua cách thức nối các rơ le, công tắc… với nhau theo s ơ đồ thiết kế. Khi muốn thay đổi lại hệ thống thì phải nối dây lại cho hệ thống điề u khiển nên đối với hệ thống ph ức t ạp thì việ c làm này đòi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu qu ả đem lại không cao. Các bướ c thiết l ập s ơ đồ điề u khiển bằng Rơle ( điều khiển nối cứng ) ( hình 1.2) Hình 1.2: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle Trong công nghiệp, sự ứng dụng các công nghệ khoa h ọc k ỹ thu ật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển ph ải đáp ứng đủ các yêu cầu:
14 + Dễ dàng thay đổi chức năng điều khiển dựa trên các thiết bị cũ. + Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với các dữ liệu, số liệu. + Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sủa chữa. + Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. Hệ thống điều khiển dễ dàng đáp ứng đượ c các yêu cầu trên phải sử dụng bộ vi xử lý, bộ điề u khiển lập trình, điều khiển qua các cổ ng giao tiếp v ới máy tính. Bộ điều khiển logic khả l ập trình PLC (Programable Logic Controller) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh ho ạt các thuật toán điề u khiển thông qua các ngôn ngữ lập trình. Với chươ ng trình điều khiển của PLC đã tạo cho nó trở thành một bộ điề u khiển số nhỏ gọn, d ễ dàng thay đổi thuật toán, số liệu và trao đổi thông tin với môi trườ ng xung quanh. Các chươ ng trình điều khiển đượ c định nghĩa là tuần tự trong đó các tiếp điểm, cảm biến đượ c sử dũng để từ đó kế t hợp với các hàm logic, các thuật toán và các giá trị xuất của nó để điều khiển tác độ ng hoặc không tác động đến các cuộn dây điều hành. Trong quá trình hoạt động, toàn bộ chươ ng trình đượ c lưu vào bộ nhớ và tiế n hành truy xuất trong quá trình làm việc. Các bướ c thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC (điề u khiển lập trình) hình 1.3 Hình 1.3: Lưu đồ điều khiển bằng PLC Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ngườ i ta cần thay đổ i mạ ch điề u khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đố i với hệ thống điều khiển bằng R ơle điệ n. Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điề u
15 khiển ta ch ỉ c ần thay đổi chươ ng trình soạn thảo đố i với hệ điề u khiển bằng lập trình có nhớ. 3. So sánh PLC với các hình thức điều khiển khác Mục tiêu: Nắm đượ c ưu điểm của hệ thống điều khiển PLC với các hệ thống điề u khiển bằng rơle và máy tính cá nhân. 3.1 . PLC với hệ thống điều khiển bằng rơle: Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đã dần thay thế từng b ước hệ thống điều khiển bằng r ơle trong các quá trình sản xuất khi thi ết k ế m ột hệ thống điều khiển hiện đại, ngườ i kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình thườ ng đượ c sử dụng thay cho hệ thống điề u khiển bằng r ơ le do các nguyên nhân sau: + Thay đổi chương 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 đưa tín 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 tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất. Đặc trưng cho hệ th ống điều khiển chươ ng trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điề u khiển lập trình cũng vượ t tr ội h ơn h ệ th ống điề u khiển cũ (rơle, contactor …). Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộ ng hệ thống trong tươ ng lai do không phải thay đổi, lo ại bỏ hệ thống dây nố i giữ a hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổ i chươ ng trình sao cho phù hợp với điều kiện sản xuất m ới. 3.2 PLC với máy tính cá nhân: Đối với một máy tính cá nhân, ngườ i lập trình dễ nhận thấy đượ c sự khác biệt gi ữa PC v ới PLC, s ự khác biệt có thể biết đượ c như sau: Máy tính không có các cổng giao ti ếp ti ếp v ới các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trườ ng 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 s ử d ụng các phần mềm khác làm “chậm” đi quá trình giao tiếp v ới các thiết bị đượ c điều khiển.
16 Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dể dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượ ng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC. 4. Các ứng dụng của PLC trong th ực t ế Mục tiêu: Giúp học sinh bi ết vi ệc PLC đượ c sử dụng rộng rải trong m ọi lĩnh vực. Hiện nay PLC đã đượ c ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng. T ừ nh ững ứng d ụng để điề u khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thườ ng đế n các ứng dụng cho các lĩnh vực phức t ạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm: + Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong trong ngành hóa … + Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại,… + Bột giấy, giấy, xử lý giấy: điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cán, gia nhiệt, … + Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy, … + Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây, …), cân đong, đóng gói, hòa trộn + Kim loại: điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng. + Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin, …), các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ, …). + Tự động hóa tòa nhà như: Điều khiển thang máy, Rửa xe ôtô tự động, Hệ thống xử lý nước sạch… . + Điều khiển hệ thống đèn giao thông và còn nhiều hệ thống điều khiển tự động khác Các PLC ngày nay có thể đáp ứng đượ c phân cấp tự độ ng tự hóa trong nhà máy và có th Cấp Management ể kết nối b ằng các giao thức truyền thông để làm việc với nhau trong m ột h ệ th ống l ớn g ọi là mạng truyền thông công nghiệp (hình 1.4). Cấp Cell Cấp Field Cấp ASi
17 Hình 1.4: Phân cấp tự động hóa trong nhà máy  YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1 Nội dung: + Về kiến thức: Trình bài đượ c khái niệm về điều khiển lập trình, các ứng dụng của PLC trong th ực t ế + Về kỹ năng: So sánh ưu nhượ c điểm của điề u khiển lập trình với các hình thưc điều khiển khác + Về thái độ: Đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp Phươ ng pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm. + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
18 BÀI 2 CẤU TRÚC VÀ PHƯƠ NG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC Mã bài: MĐ2602 Giới thiệu: PLC vi ết t ắt c ủa Programmable Logic Controller, là thiết bị điề u khiển lập trình đượ c (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Ngườ i sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiệ n. Các sự kiện này đượ c kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện đượ c đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong th ực t ế. PLC hoạt động theo phương th ức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổ i theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hi ện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC nh ư Siemens , AllenBradley , Mitsubishi Electric , General Electric , Omron , Honeywell ... Mục tiêu: Phát biểu đượ c cấu trúc của một PLC theo n ội dung đã học. Trình bày đượ c các thiết bị điều khiển lập trình PLC Trình bày đượ c cấu trúc bộ nhớ PLC theo n ội dung đã học Thực hiện xử lý chươ ng trình đúng theo nội dung đã học. Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp Nội dung chính: 1. Cấu trúc của một PLC Mục tiêu: Phân bi ệt bộ nh ớ Ram, b ộ nh ớ Rom. Phân biệt bộ xử lý trung tâm và hệ điều hành 1.1. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Thiết bị điều khiển logic kh ả trình PLC (Programmable Logic Controller), là loại thiết bị cho phép thực hiện linh ho ạt các thuật toán điề u khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho vi ệc th ể hi ện thu ật toán đó bằng mạch số. Như vậy, v ới ch ương trình điều khiển này, PLC trở thành mộ t bộ điều khiển số số nhỏ, g ọn, d ễ thay đổ i thuật toán và đặ c biệ t trao đổ i thông tin với môi trườ ng xung quanh (v ới các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chươ ng trình điều khiển đượ c lưu nhớ trong b ộ nh ớ c ủa PLC d ưới d ạng các khối chươ ng trình và đượ c thực hiện lặp theo chu k ỳ c ủa vòng quét (Scan).
19 Để thực hiện đượ c một chươ ng trình điề u khiển, tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một bộ điều hành, bộ nhớ để lưu chươ ng trình điều khiển, dữ liệu….PLC còn phả i có các cổng vào/ ra để giao tiếp đượ c các đối tượ ng điề u khiển và để trao đổi thông tin v ới môi trườ ng xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điề u khiển số, PLC còn cần phải thêm các khối chức năng đặc biệt khác như: bộ đế m (Counter), bộ thời gian (Timer)… và những khối hàm chuyên dụng. Thiết bị logic kh ả trình đượ c lắp đặt sẵn thành bộ. Trướ c tiên chúng chưa có một nhiệm vụ nào cả. Tất cả các cổng logic cơ bản, ch ức năng nhớ, timer, cuonter v.v…đượ c nhà chế tạo tích hợp trong chúng và đượ c kết hợp với nhau b ằng ch ương trình cho nhiệm vụ điề u khiển cụ thể nào đó. Có nhiều thiết bị điều khiển và đượ c phân biệ t với nhau qua các chức năng sau: + Các ngõ vào và ra + Dung lượng nhớ + Bộ đếm (counter) + Bộ định thời (timer) + Bit nhớ + Các chức năng đặc biệt + Tốc độ xử lý + Loại xử lý chương trình. Các thiết bị điều khiển lớn thì đượ c lắp thành các module riêng. Đối với các thiết bị điề u khiển nhỏ, chúng đượ c lắp đặ t chung trong m ột bộ. Các bộ điều khiển này có số lượ ng ngõ vào/ ra cho tr ước c ố đị nh. Thiết bị điều khiển đượ c cung cấp tín hiệ u bởi các tín hiệ u từ cảm biến ở bộ phận ngõ vào của thiết bị tự độ ng. Tín hiệ u này đượ c xử lý tiếp tục thông qua ch ương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ ch ươ ng trình. Kết quả xử lý đượ c đưa ra bộ phận ngõ ra của thiết bị tự độ ng để đến đối tượ ng điề u khiển hay khâu điề u khiển ở dạng tín hiệ u. Cấu trúc của một PLC có thể đượ c mô tả như hình vẽ 2.1:
20 Hình 2.1 Thông tin xử lý trrong PLC đượ c lưu trữ trong b ộ nh ớ c ủa nó. Mỗi phần tử vi mạch nh ớ có thể chứa một bit dữ liệu. Bit d ữ li ệu (Data Binary Digital) là một chữ số nhị phân, chỉ có thể là 1 trong hai giá trị 1 hoặc 0. Tuy nhiên các vi mạch nh ớ th ường đượ c tổ chức thành các nhóm để có thể chứa 8 bit d ữ li ệu. M ỗi chu ỗi 8 bit d ữ li ệu đượ c gọ i là một byte. Mỗi m ạch nh ớ là một byte (byte nh ớ), đượ c xác nhận bởi một con số g ọi là địa chỉ (address). Byte nh ớ đầu tiên có đị a chỉ 0. Dữ liệu chứa trong byte nh ớ g ọi là nội dung. Địa chỉ của một byte nh ớ là cố định và mỗ i byte nhớ trong PLC có mộ t địa chỉ riêng của nó. Địa chỉ của byte nhớ khác nhau, sẽ khác nhau, nội dung chứa trong m ột byte nh ớ là đại lượ ng có thể thay đổ i đượ c. Nội dung byte nh ớ cính là dữ liệu đượ c lưu trữ tức thời trong b ộ nh ớ. Để lưu giữ một dữ liệu mà một byte nhớ không thể chứa hết đượ c thì PLC cho phép cặp 2 byte nh ớ c ạnh nhau đượ c xem xét như là một đơn vị nhớ và đượ c gọi là một từ đơn (Word). Địa chỉ thấp hơn trong 2 byte nhớ đượ c dùng làm địa chỉ của từ đơn. Ví dụ: T ừ đơn có đị a chỉ là 2 thì các byte nh ớ có các đị a chỉ là 2 và 3 với 2 là địa chỉ byte cao và 3 là địa chỉ của byte thấp. IB2 IB3 IW 2 IW2 là từ đơn có địa chỉ 2