Giáo trình PLC cơ bản - Trường CĐ Nghề Sóc Trăng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:122

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình PLC cơ bản được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên 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 khác; Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình 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 - Trường CĐ Nghề Sóc Trăng

MỤC LỤC Trang MỤC LỤC .......................................................................................................................1 DANH MỤC HÌNH ........................................................................................................4 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN .................................................................................................8 BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC ..........................................................................9 1.1 Các hệ thống điều khiển ........................................................................................9 1.2 Khái niệm chung về PLC ......................................................................................9 1.2.1 Khái niệm về PLC..........................................................................................9 1.2.2 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển dùng PLC ....................................12 1.2.3 Chu kỳ quét của PLC: ..................................................................................14 1.2.4 Các ngôn ngữ lập trình của PLC ..................................................................14 1.3 Một số kiến thức cơ bản phục vụ lập trình ..........................................................15 1.3.1 Các hệ đếm ...................................................................................................15 1.3.2 Định dạng bộ nhớ.........................................................................................15 1.3.3 Các kiểu dữ liệu ...........................................................................................16 Bài tập cuối bài 1 .......................................................................................................18 BÀI 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-200 CPU-224 CỦA SIEMENS ...............19 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của PLC S7-200 CPU-224 ....................................19 2.1.2 Cổng truyền thông .......................................................................................20 2.1.3 Công tắc chọn chế độ hoạt động ..................................................................20 2.1.4 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ ............................................................................20 2.2 Sơ đồ đấu nối phần cứng của PLC S7 200 CPU 224 ..........................................21 2.2.1 Sơ đồ đấu nối phần cứng..............................................................................21 2.2.2 Kết nối PLC với thiết bị lập trình ................................................................22 2.3 Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-200 CPU-224 .......................................................22 2.3.1 Cấu trúc bộ nhớ ............................................................................................22 2.3.2 Cách truy cập bộ nhớ dữ liệu của PLC S7-200 CPU-224 ...........................23 2.4 Phần mềm lập trình Step7 MicroWin V4.0 .........................................................25 2.4.1 Phương pháp lập trình ..................................................................................25 2.4.2 Lập trình với Step7 MicroWin V4.0 ............................................................26 Bài tập cuối bài 2 .......................................................................................................32 BÀI 3: GIỚI THIỆU TẬP LỆNH CỦA PLC S7-200 CPU-224 ...................................33 3.1 Lệnh vào/ra, ghi/xóa ............................................................................................33 1
3.1.1 Load (LD) ....................................................................................................33 3.1.2 Load Not (LDN) ..........................................................................................33 3.1.3 Output (=) ....................................................................................................33 3.1.4 Set (S)...........................................................................................................35 3.1.5 Reset (R) ......................................................................................................36 3.1.6 EU ................................................................................................................36 3.1.7 ED ................................................................................................................37 3.2 Lệnh logic các tiếp điểm .....................................................................................37 3.2.1 And ...............................................................................................................37 3.2.2 And Not ........................................................................................................38 3.2.3 Or .................................................................................................................39 3.2.4 Or Not ..........................................................................................................40 3.2.5 And Load .....................................................................................................41 3.2.6 Or Load ........................................................................................................42 3.2.7 AndB - AndW - AndDW .............................................................................44 3.3 Bộ định thời TON................................................................................................46 3.3.1 TON : ...........................................................................................................48 3.3.2 TONR:..........................................................................................................49 3.4 Lệnh so sánh ........................................................................................................50 3.4.1 So sánh bằng ................................................................................................50 3.4.2 So sánh nhỏ hơn hoặc bằng .........................................................................51 3.4.3 So sánh lớn hơn hoặc bằng ..........................................................................51 3.5 Bộ đếm CTU và CTUD.......................................................................................52 3.5.1 CTU..............................................................................................................53 3.5.2 CTDU ...........................................................................................................54 3.6 Lệnh dịch chuyển dữ liệu ....................................................................................55 3.6.1 MOV ............................................................................................................55 3.6.2 SHIFT ..........................................................................................................56 3.6.3 ROTATE ......................................................................................................58 3.7 Đồng hồ thời gian thực ........................................................................................61 Bài tập cuối bài 3 .......................................................................................................63 BÀI 4: LẮP ĐẶT MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 CPU-224 ...........................67 4.1 Ứng dụng lệnh vào ra ghi xóa .............................................................................67 4.1.1 Điều khiển đảo chiều động cơ bằng nút ấn ..................................................67 4.1.2 Điều khiển động cơ sử dụng nút ấn .............................................................68 2
4.1.3 Điều khiển đèn báo sử dụng công tắc và nút ấn ..........................................70 4.2 Ứng dụng lệnh logic các tiếp điểm .....................................................................71 4.2.1 Điều khiển đảo chiều giới hạn hành trình 1 .................................................71 4.2.2 Điều khiển thang máy xây dựng ..................................................................72 4.2.3 Điều khiển đóng mở cửa bằng nút ấn ..........................................................73 4.3 Ứng dụng bộ định thời TON ...............................................................................75 4.3.1 Điều khiển sự di chuyển của thiết bị nâng ...................................................75 4.3.2 Điều khiển băng chuyền ..............................................................................77 4.3.3 Mạch xác định ưu tiên..................................................................................79 4.3.4 Điều khiển motor của băng chuyền .............................................................80 4.4 Ứng dụng lệnh so sánh ........................................................................................82 4.4.1 Điều khiển khởi động và dừng tuần tự dãy động cơ ....................................82 4.4.2 Điều khiển đảo chiều giới hạn hành trình 2 .................................................84 4.4.3 Điều khiển đảo chiều kết hợp khởi động sao – tam giác động cơ 3 pha .....86 4.5 Ứng dụng bộ đếm CTU và CTUD ......................................................................88 4.5.1 Điều khiển tăng giảm số động cơ hoạt động ...............................................88 4.5.2 Điều khiển hệ thống đóng gói trái cây .........................................................89 4.5.3 Điều khiển hệ thống hoạt động nhiều chế độ sử dụng 1 nút ấn ...................91 4.5.4 Điều khiển đảo chiều giới hạn hành trình 3 .................................................93 4.5.5 Phân loại sản phẩm theo độ dài ...................................................................95 4.6 Ứng dụng lệnh dịch chuyển dữ liệu ....................................................................96 4.6.1 Điều khiển dãy động cơ sử dụng lệnh nạp MOV ........................................96 4.6.2 Điều khiển lò sấy .........................................................................................98 4.6.3 Điều khiển dãy đèn sử dụng lệnh dịch .........................................................99 4.6.4 Điều khiển dãy đèn sử dụng lệnh xoay ......................................................100 4.7 Ứng dụng đồng hồ thời gian thực .....................................................................102 4.7.1 Điều khiển đóng mở hệ thống điện tự động theo thời gian thực ...............102 4.7.2 Điều khiển báo chuông trường học theo thời gian thực ............................103 4.7.3 Điều khiển đèn giao thông theo thời gian thực ..........................................105 Bài tập cuối bài 4 .....................................................................................................108 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................115 PHỤ LỤC ....................................................................................................................116 3
DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát một hệ điều khiển. .................................................................9 Hình 1.2: Ví dụ về hệ thống cơ điện..............................................................................10 Hình 1.3: Ví dụ về hệ thống điện tử. .............................................................................10 Hình 1.4: Ví dụ về hệ thống sử dụng vi xử lý, vi điều khiển. .......................................10 Hình 1.5: Ví dụ về hệ thống sử dụng máy tính. ............................................................11 Hình 1.6: Ví dụ về hệ thống sử dụng PLC. ...................................................................11 Hình 1.7 Cấu trúc chung một hệ thống điều khiển dùng PLC. .....................................12 Hình 1.8: Một số các thiết bị PLC của Siemens. ...........................................................13 Hình 1.9: Một số các thiết bị ngõ vào thông dụng. .......................................................13 Hình 1.10: Một số các thiết bị ngõ ra thông dụng. ........................................................13 Hình 1.11: Chu kỳ quét của CPU. .................................................................................14 Hình 1.12: Các ngôn ngữ lập trình thông dụng của PLC. .............................................14 Hình 1.13: Kiểu dữ liệu thời gian DT. ..........................................................................17 Hình 2.1: PLC S7-200 CPU-224 ...................................................................................19 Hình 2.2: Sơ đồ chân của cổng truyền thông. ...............................................................20 Hình 2.3: Sơ đồ nối dây PLC S7-200 CPU-224 DC/DC/DC. .......................................21 Hình 2.4: Sơ đồ nối dây PLC S7-200 CPU-224 AC/DC/Relay. ...................................21 Hình 2.5: Cách kết nối PLC với thiết bị lập trình. ........................................................22 Hình 2.6: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200. ...............................................................23 Hình 2.7: Cách truy cập theo bit. ...................................................................................24 Hình 2.8: Cách truy cập theo byte. ................................................................................24 Hình 2.9: Cách truy cập theo word. ...............................................................................24 Hình 2.10: Cách truy cập theo double word. .................................................................24 Hình 2.11: Giới hạn vùng dữ liệu của S7-200 CPU-224. .............................................25 Hình 2.12: Thực hiện chương trình theo vòng quét trong PLC S7-200. ......................25 Hình 2.13: Giao diện phần mềm lập trình. ....................................................................26 Hình 2.14: Phương pháp kết nối truyền thông. .............................................................27 Hình 2.15: Phương pháp lập trình. ................................................................................28 Hình 2.16: Lưu trữ chương trình. ..................................................................................28 Hình 2.17: Nạp chương trình. ........................................................................................29 Hình 2.18: Vận hành chương trình. ...............................................................................29 Hình 3.1: Ví dụ 1. ..........................................................................................................33 4
Hình 3.2: Giản đồ thời gian ví dụ 1. ..............................................................................34 Hình 3.3: Ví dụ 2. ..........................................................................................................34 Hình 3.4: Giản đồ thời gian ví dụ 2. ..............................................................................35 Hình 3.5: Ví dụ lệnh Set. ...............................................................................................35 Hình 3.6: Giản đồ thời gian lệnh Set. ............................................................................35 Hình 3.7: Ví dụ lệnh Reset. ...........................................................................................36 Hình 3.8: Ví dụ lệnh EU. ...............................................................................................36 Hình 3.9: Giản đồ thời gian lệnh EU. ............................................................................36 Hình 3.10: Ví dụ lệnh ED. .............................................................................................37 Hình 3.11: Giản đồ thời gian lệnh ED. ..........................................................................37 Hình 3.12: Ví dụ lệnh AND. .........................................................................................38 Hình 3.13: Giản đồ thời gian lệnh AND. ......................................................................38 Hình 3.14: Ví dụ lệnh AND NOT. ................................................................................39 Hình 3.15: Giản đồ thời gian lệnh AND NOT. .............................................................39 Hình 3.16: Ví dụ lệnh OR..............................................................................................40 Hình 3.17: Giản đồ thời gian lệnh OR...........................................................................40 Hình 3.18: Ví dụ lệnh OR NOT. ...................................................................................41 Hình 3.19: Giản đồ thời gian lệnh OR NOT. ................................................................41 Hình 3.20: Ví dụ lệnh AND LOAD. .............................................................................42 Hình 3.21: Ví dụ lệnh OR LOAD. ................................................................................43 Hình 3.22: Ví dụ lệnh logic. ..........................................................................................45 Hình 3.23: Kết quả ví dụ lệnh logic. .............................................................................46 Hình 3.24: Phân loại TON. ............................................................................................47 Hình 3.25: Giản đồ thời gian TON. ...............................................................................49 Hình 3.26: Giản đồ thời gian TONR. ............................................................................50 Hình 3.27: Ví dụ lệnh so sánh. ......................................................................................51 Hình 3.28: Ví dụ lệnh CTU. ..........................................................................................53 Hình 3.29: Giản đồ thời gian lệnh CTU. .......................................................................53 Hình 3.30: Ví dụ lệnh CTUD. .......................................................................................54 Hình 3.31: Giản đồ thời gian lệnh CTUD. ....................................................................55 Hình 3.32: Ví dụ lệnh MOV. .........................................................................................56 Hình 3.33: Ví dụ lệnh MOV. .........................................................................................59 Hình 3.34: Kết quả lệnh Rotate. ....................................................................................60 Hình 3.35: Kết quả lệnh Shift. .......................................................................................60 Hình 3.36: Dữ liệu Real Time của PLC S7-200 CPU-224. ..........................................61 5
Hình 3.37: Ví dụ lệnh Real Time. .................................................................................62 Hình 4.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển đảo chiều động cơ. .........................................67 Hình 4.2: Chương trình điều khiển đảo chiều động cơ. ................................................68 Hình 4.3: Mạch tự giữ. ..................................................................................................68 Hình 4.4: Chương trình điều khiển động cơ sử dụng nút ấn. ........................................69 Hình 4.5: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động mạch đảo chiều giới hạn hành trình 1. .........71 Hình 4.6: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động thang máy xây dựng. ....................................72 Hình 4.7: Chương trình điều khiển thang máy xây dựng. .............................................73 Hình 4.8: Sơ đồ mạch điều khiển đóng mở cửa bằng nút ấn. .......................................73 Hình 4.9: Chương trình điều khiển đóng mở cửa bằng nút ấn. .....................................74 Hình 4.10: Cấu trúc mạch điều khiển sự di chuyển của thiết bị nâng. ..........................75 Hình 4.11: Chương trình điều khiển sự di chuyển của thiết bị nâng.............................76 Hình 4.12: Cấu trúc mạch điều khiển băng chuyền. .....................................................77 Hình 4.13: Giản đồ thời gian mạch điều khiển băng chuyền. .......................................77 Hình 4.14: Chương trình điều khiển băng chuyền. .......................................................78 Hình 4.15: Sơ đồ mạch xác định ưu tiên. ......................................................................79 Hình 4.16: Cấu trúc hệ thống mạch xác định ưu tiên. ...................................................79 Hình 4.17: Chương trình mạch xác định ưu tiên. ..........................................................80 Hình 4.18: Sơ đồ mạch điều khiển motor của băng chuyền. .........................................81 Hình 4.19: Chương trình mạch điều khiển motor của băng chuyền. ............................82 Hình 4.20: Sơ đồ mạch điều khiển dãy động cơ. ..........................................................83 Hình 4.21: Chương trình điều khiển dãy động cơ. ........................................................84 Hình 4.22: Sơ đồ mạch đảo chiều giới hạn hành trình 2. ..............................................85 Hình 4.23: Sơ đồ mạch đảo chiều kết hợp khởi động sao – tam giác. ..........................86 Hình 4.24: Chương trình điều khiển đảo chiều kết hợp khởi động sao – tam giác. ......87 Hình 4.25: Cấu trúc mạch tăng giảm số động cơ hoạt động. ........................................88 Hình 4.26: Chương trình điều khiển tăng giảm số động cơ hoạt động. ........................89 Hình 4.27: Sơ đồ điều khiển hệ thống đóng gói trái cây. ..............................................90 Hình 4.28: Chương trình điều khiển hệ thống đóng gói trái cây. ..................................91 Hình 4.29: Sơ đồ điều khiển đèn nhiều chế độ..............................................................92 Hình 4.30: Chương trình điều khiển đèn nhiều chế độ. ................................................93 Hình 4.31: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động mạch đảo chiều GHHT 3. ...........................93 Hình 4.32: Chương trình mạch điều khiển đảo chiều GHHT 3. ...................................95 Hình 4.33: Sơ đồ mạch phân loại sản phẩm theo độ dài. ..............................................95 Hình 4.34: Chương trình mạch điều khiển dãy động cơ dùng lệnh MOV. ...................98 6
Hình 4.35: Chương trình điều khiển đèn sử dụng lệnh xoay. .....................................102 Hình 4.36: Chương trình điều khiển HTĐ theo thời gian thực. ..................................103 Hình 4.37: Chương trình điều khiển báo chuông. .......................................................104 Hình 4.38: Giản đồ thời gian đèn giao thông. .............................................................105 Hình 4.39: Chương trình điều khiển đèn giao thông. ..................................................107 7
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: PLC cơ bản Mã số mô đun: ĐT051513 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun được bố trí sau khi học xong các mô đun như: Điện tử công suất, Vi xử lí... - Tính chất: Là mô đun bắt buộc. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Cung cấp cho người học những kiến thức và kỹ năng cơ bản về thiết bị điều khiển lập trình PLC; là nền tảng để người học tiếp xúc với các yêu cầu điều khiển tự động phức tạp hơn trong sản xuất thực tế. Mục tiêu mô đun: Sau khi học xong mô đun này người học có khả năng: - 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 khác. + Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình PLC. - 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 được chương trình, nạp trình để thực hiện được 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: + Rèn luyện khả năng tư duy trong thiết kế, lập trình PLC. + Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, tác phong công nghiệp. Nội dung của mô đun: 8
BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC 1.1 Các hệ thống điều khiển Một cách tổng quát, hệ điều khiển là tập hợp các thiết bị và các nhóm thiết bị điện tử được thiết lập để bảo đảm tính ổn định, tính chính xác và thay đổi dễ dàng một tiến trình hay một hoạt động sản xuất. Nó có dạng bất kỳ nào đó và có thể có tầm hoạt động khác nhau, từ bộ phận công suất lớn đến máy móc bán dẫn. Do sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ, các tiến trình điều khiển phức tạp đã được thực hiện với những hệ điều khiển có tính tự động cao. Những hệ này có thể là bộ điều khiển logic lập trình được (Programmable Logic Controller_PLC) và có thể có một máy tính chủ..v..v. Sự giao tiếp với các thiết bị ngoại vi (bảng thao tác, động cơ, cảm biến, switch, solenoid…) có thể có trong mạng, cho phép hệ điều khiển trong phạm vi rộng với tính mềm dẻo lớn. Mỗi bộ phận đơn trong hệ điều khiển giữ một vai trò quan trọng bất kể kích cỡ của nó. Ví dụ ở hình 1.1, PLC sẽ không hiểu được những gì xảy ra chung quanh nó nếu không có cảm biến. Nó cũng không thể nào kích hoạt được bất kỳ một hoạt động cơ học nào nếu không có một motor. Và nếu cần, một máy tính chủ phải được bố trí để đồng ra lệnh cho các tác vụ riêng biệt. Process Control Network Computer Area Host Computer Touch Panel PLC Touch Panel Control Components Limit Switch Sensor Motor Solenoid Lights Buzzer Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát một hệ điều khiển. 1.2 Khái niệm chung về PLC 1.2.1 Khái niệm về PLC PLC được viết tắt từ Programmable Logic Controller (bộ điều khiển logic lập trình được). Hiện nay, các hệ thống điều khiển dùng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiển khác(hệ thống cơ điện, điện tử, vi xử lý…). Ta hãy thử so sánh ưu, khuyết điểm giữa chúng: 1.2.1.1 Hệ thống cơ điện - Hệ thống tự động điều khiển cơ điện sử dụng các loại switch, button, contactor, rơle điện từ… 9
Hình 1.2: Ví dụ về hệ thống cơ điện. - Sơ đồ điều khiển được thiết lập theo một yêu cầu cố định, kết nối cứng. Kích thước, trọng lượng lớn, giá thành cao, bảo trì khó khăn, tuổi thọ và độ tin cậy thấp. 1.2.1.2 Hệ thống điện tử Hình 1.3: Ví dụ về hệ thống điện tử. - Sử dụng các mạch, vi mạch điện tử để tạo lệnh điều khiển, xử lý tín hiệu. - Khả năng điều khiển phức tạp hơn hệ thống cơ điện, kích thước gọn nhẹ, tiêu thụ năng lượng nhỏ. - Hệ thống được kết nối, thiết kế theo một mục đích, chương trình cụ thể. Để có thể thích ứng đa nhiệm thường phải thiết kế, cấu trúc dự phòng. 1.2.1.3 Hệ thống sử dụng vi xử lý, vi điều khiển Hình 1.4: Ví dụ về hệ thống sử dụng vi xử lý, vi điều khiển. 10
- Phát triển từ các hệ thống điện tử, dùng các chíp CPU (Đơn vị xử lý trung tâm), tăng tính phức tạp của chương trình. - Do mong muốn giảm tối đa kích thước, trọng lượng, giá thành và dễ sử dụng theo các yêu cầu đã đặt ra nên các thiết bị điều khiển dùng vi xử lý, vi điều khiển thường được lập trình cố định, ghi sẵn, tạo thành kết cấu cứng. 1.2.1.4 Hệ thống sử dụng máy tính Hình 1.5: Ví dụ về hệ thống sử dụng máy tính. - Sử dụng máy tính thay cho bộ vi xử lý, vi điều khiển kết hợp với các thiết bị cứng khác để điều khiển hệ thống. - Chương trình điều khiển được lập theo từng yêu cầu với thiết bị cụ thể, đáp ứng được các yêu cầu đa dạng. - Tuy nhiên nó có kích thước, trọng lượng khá lớn vì cần có máy tính liên kết với thiết bị. 1.2.1.5 Hệ thống sử dụng PLC Hình 1.6: Ví dụ về hệ thống sử dụng PLC. - Hệ thống sử dụng module chứa CPU và các module chuyên dụng ghép nối với các thiết bị khác để điều khiển hệ thống. - Chương trình được thiết lập và ghi vào PLC theo từng nhiệm vụ, khi nhiệm vụ thay đổi, ta dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển. 11
- Số lượng và chủng loại modules có thể được lựa chọn theo yêu cầu của người sử dụng. Có tính mềm dẻo cao, đơn giản, gọn nhẹ và tính thích nghi mạnh. - PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh tùy theo yêu cầu của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó, điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC. Do những lý do trên, PLC đã thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bị điều khiển thông thường khác và đã trở thành hệ thống điều khiển tự động thông dụng, ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Trong một hệ tự động, PLC được xem là trái tim của hệ. Với một chương trình ứng dụng được chứa trong bộ nhớ, PLC sẽ kiểm tra trạng thái của hệ thông qua tín hiệu ngõ vào. Sau đó, PLC sẽ dựa vào logic của chương trình để xác định hướng diễn tiến các thao tác cho các thiết bị giao tiếp ở ngõ ra. PLC có thể để điều khiển một thao tác đơn giản và lặp lại, hoặc có thể kết nối với các bộ điều khiển khác hay một máy tính chủ thông qua mạng giao tiếp. Nhờ đó, PLC có thể điều khiển được những tiến trình phức tạp. 1.2.2 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển dùng PLC PC/PG Computer Power Supply Printer CPU (Central Processing Input Input Unit) Output Output Signal Interface Interface Signal Memory Hình 1.7 Cấu trúc chung một hệ thống điều khiển dùng PLC. - CPU: Là một vi xử lý, phát lệnh tác động lên hệ PLC. Nó thực hiện chương trình xử lý các tín hiệu I/O và giao tiếp với thiết bị ngoại vi. - Memory: Có nhiều loại bộ nhớ được dùng, đó là nơi lưu trữ các hệ điều hành và vùng nhớ cho người dùng. Hệ điều hành là một phần mềm hệ thống, phát lệnh cho mọi hoạt động của PLC. Các chương trình ứng dụng được lưu trữ trong vùng nhớ cho người dùng. Nhiều loại bộ nhớ được chọn như: ROM, RAM, EPROM, EEPROM. - Input Interface, Output Interface: Giao diện ngõ vào, ngõ ra của PLC. - Input Signal, Output Signal: Tín hiệu vào và ra PLC. - PC/PG: Máy tính cá nhân/Bộ lập trình chuyên dụng cầm tay. - Computer: Máy tính dùng cho lập trình hay giám sát hoạt động thông qua việc 12
trao đổi thông tin với PLC. Cần chú ý là chương trình để điều khiển hệ thống được nạp vào PLC nên không cần phải có máy tính hay bộ lập trình chuyên dụng cầm tay để chạy PLC. Hình 1.8: Một số các thiết bị PLC của Siemens. 1.2.2.1 Các thiết bị ngõ vào thông dụng Sự thông minh của một hệ tự động phần lớn phụ thuộc vào khả năng của PLC đọc tín hiệu từ các loại khác nhau của cảm biến hoặc các bộ phận nạp tay ở ngõ vào. Nút ấn, phím, switch (tạo nên bộ giao tiếp người - máy) là các bộ phận nạp tay. Mặt khác, để dò và kiểm tra các truyền động cơ học, áp suất, nhiệt độ, màu sắc, mức chất lỏng… PLC sẽ cần đến nhiều loại tín hiệu vào lấy từ các bộ cảm biến như limit switch, cảm biến quang điện, nhiệt điện… Các loại tín hiệu vào của PLC là logic ON – OFF hoặc tương tự. Chúng được giao tiếp trực tiếp với PLC thông qua các input module với nhiều kiểu khác nhau. Hình 1.9: Một số các thiết bị ngõ vào thông dụng. 1.2.2.2 Các thiết bị ngõ ra thông dụng Một hệ tự động sẽ không hoàn chỉnh và PLC sẽ bị tê liệt nếu không có giao tiếp với thiết bị ngõ ra. Vài thiết bị tiêu biểu thường dùng là motor, solenoid, relay, buzzer… Thông qua sự kích hoạt các motor và cuộn solenoid, PLC có thể điều khiển các tiến trình từ đơn giản như hệ điều khiển gắp lên và đặt vào chỗ của tay máy, đến những hệ định vị servo phức tạp hơn. Các loại thiết bị ra này thuộc loại cơ khí và chúng có hiệu quả trực tiếp từ các bước thực hiện của hệ. Hình 1.10: Một số các thiết bị ngõ ra thông dụng. 13
Tuy nhiên, còn có các thiết bị ra khác như đèn chỉ thị, buzzer và thiết bị báo động, chỉ dùng với mục đích báo hiệu. Tương tự như tín hiệu vào, tín hiệu ra được giao tiếp với PLC thông qua bộ output module. 1.2.3 Chu kỳ quét của PLC: Hình 1.11: Chu kỳ quét của CPU. PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai doạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các ngõ ra. Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không trực tiếp làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của bổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra, ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong một vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ thời điểm nào trong vòng quét. 1.2.4 Các ngôn ngữ lập trình của PLC STL LAD FBD Statement List Ladder logic Function Block Diagram Hình 1.12: Các ngôn ngữ lập trình thông dụng của PLC. 14
PLC có các ngôn ngữ lập trình thông dụng như: - Ngôn ngữ LAD (Ladder Logic): Là ngôn ngữ lập trình đồ họa, sử dụng các biểu tượng tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển dùng rơle (tiếp điểm thường đóng, thường mở; cuộn dây). - Ngôn ngữ STL (Statement List): Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. - Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram): Là ngôn ngữ lập trình đồ họa, sử dụng các cổng logic để tạo tín hiệu điều khiển. 1.3 Một số kiến thức cơ bản phục vụ lập trình 1.3.1 Các hệ đếm 1.3.1.1 Hệ thập phân: (Dec) Dùng các số từ 0 đến 9 để biểu diễn các số. 1.3.1.2 Hệ nhị phân: (Bin) Dùng các số 0 và 1 để biểu diễn các số. 1.3.1.3 Hệ thập lục phân: (Hex) Dùng các số từ 0 đến 9 và các ký tự A (10), B (11), C (12), D (13), E (14), F (15) để biểu diễn các số. Ví dụ: 1310 = 11012 = D16 2F16 = 10.11112 = 4710 1.3.1.4 Mã BCD: (Binary Code Decimal) Dùng 1 nhóm 4 bit nhị phân để biểu diễn các số thập phân từ 0 đến 9. Ví dụ: 810 = 1000BCD 1210 = 0001.0010BCD 1.3.2 Định dạng bộ nhớ 1.3.2.1 Bit: 1 bit biểu diễn được 2 trạng thái: 0 và 1. 1.3.2.2 Byte: Nhóm gồm 8 bit liên tiếp. - Biểu diễn số Bin: từ 0 đến 1111 1111 (255). - Biểu diễn số Hex: từ 0 đến FF. - Biểu diễn số BCD: từ 0 đến 99. - Bit đầu tiên là bit thấp nhất (LSB). - Bit cuối cùng là bit cao nhất (MSB). 1.3.2.3 Word: Nhóm gồm 2 byte liên tiếp (16 bit). - Biểu diễn số Bin: từ 0 đến 1111 1111 1111 1111 (65.535). - Biểu diễn số Hex: từ 0 đến FFFF. - Biểu diễn số BCD: từ 0 đến 9.999. 15
1.3.2.4 Double Word: Nhóm gồm Word liên tiếp (32 bit). - Biểu diễn số Bin: từ 0 đến 1111 1111 … … … 1111 1111 (4.294.967.295). - Biểu diễn số Hex: từ 0 đến FFFF. - Biểu diễn số BCD: từ 0 đến 99.999.999. 1.3.3 Các kiểu dữ liệu 1.3.3.1 Kiểu Bool: Là kiểu dữ liệu chỉ có hai trạng thái 1 hoặc 0 (Đúng hoặc Sai, True or Fall), biểu diễn bằng 1 bit. 1.3.3.2 Số nguyên có dấu: (I - Integer) * Dữ liệu dùng 1 từ (1 word = 16 bit) để ghi. * Dành 1 bit có trọng số lớn nhất (bit MSB) để ghi dấu của số. * Người ta quy định khi bit MSB = 0 là số dương, khi bit MSB = 1 là số âm. * Các số âm được ghi dưới dạng số bù 2. Ví dụ: Biểu diễn số 5 và -5 dưới dạng I. Biểu diễn số 5: 0000 0000 0000 0101 Bù 1 của 5 (đảo bit): 1111 1111 1111 1010 Bù 2 của 5 (lấy bù 1 + 1): 1111 1111 1111 1011 Số bù hai biểu diễn số -5. Khi cộng 2 số 5 và -5 lại ta được: 1 0000 0000 0000 0000 Vì khi biểu diễn số I ta chỉ sử dụng 16 bit nên kết quả này là số 0. * Biểu diễn số từ -32.768 đến 32.767. 1.3.3.3 Số nguyên dài: (DI - Double Integer) * Dành 2 từ (DW = 32 bit) để ghi, khi bit MSB = 0 là số dương, khi bit MSB = 1 là số âm. * Cách biểu diễn số nguyên dài tương tự như biểu diễn số nguyên. * Biểu diễn số có dấu từ -2.147.483.648 đến 2.147.483.647. 1.3.3.4 Số thực: (R - Real) * Dành 2 từ (DW = 32 bit) để ghi, khi bit MSB = 0 là số dương, khi bit MSB = 1 là số âm. * Số thực có dấu, có phần nguyên và thập phân. Ví dụ: 13; -16; 1,34. * Có thể viết dưới dạng số có dấu chấm động: Ví dụ: 150.300 = 1.503x105 = 1.503E5 16
1.3.3.5 Dữ liệu thời gian: (DT - Date and Time) * Dùng để ghi đầy đủ thời gian gồm ngày, tháng, năm, thứ, giờ, phút, giây, mili giây ta cần dùng kiểu dữ liệu DT gồm có 8 byte: Byte 0 Năm Byte 1 Tháng Byte 2 Ngày Byte 3 Giờ Byte 4 Phút Byte 5 Giây Mili giây Mili giây Byte 6 Byte 7 Thứ (trăm, chục) (đơn vị) Hình 1.13: Kiểu dữ liệu thời gian DT. * Dữ liệu trong từng byte được biểu diễn dạng BCD. * Kiểu dữ liệu DT được dùng cho các ứng dụng liên quan đến điều khiển tự động bằng thời gian thực. 17
Bài tập cuối bài 1 Câu 1: Trình bày các hệ thống điều khiển và các ưu khuyết điểm giữa chúng. Câu 2: Trình bày cấu trúc chung của một hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Câu 3: Vẽ sơ đồ chu kỳ quét của PLC. Câu 4: Trình bày các ngôn ngữ lập trình cơ bản của PLC. Câu 5: Chuyển đổi các giá trị sau sang các hệ đếm cơ bản: a) Hệ nhị phân: 1011, 1001 0001, 1000 1000 1110, 1100 1110 1100 0011 sang thập phân, thập lục phân, mã BCD. b) Hệ thập phân: 18, 200, 1024 sang hệ nhị phân, thập lục phân, mã BCD. c) Hệ thập lục phân: 1A, 23, 10A, 1BA1, A10983B0 sang hệ nhị phân, thập phân, mã BCD. Câu 6: Biểu diển các số thập phân 14, 71, -9, -23 bằng số nguyên có dấu (I) và số nguyên dài (DI). Câu 7: Xác định giá trị các byte của dữ liệu dạng thời gian (DT) tại thời điểm 8 giờ 30 phút 45 giây 500 miligiây, thứ 5 ngày 20 tháng 09 năm 2019. 18
BÀI 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-200 CPU-224 CỦA SIEMENS 2.1 Các thông số kỹ thuật chính của PLC S7-200 CPU-224 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này được sử dụng cho nhiều các ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý (CPU-212, CPU-214, CPU-224…). Hình 2.1: PLC S7-200 CPU-224 2.1.1 Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200 CPU-224 Số ngõ vào và ngõ ra số (Digital Input, Digital Output) có sẵn: 14 ngõ vào và 10 ngõ ra. Số lượng lớn nhất các ngõ vào số nhờ sử dụng module mở rộng là: 94 ngõ vào. Số lượng lớn nhất các ngõ ra số nhờ sử dụng module mở rộng là: 82 ngõ ra. Số lượng lớn nhất các ngõ vào tương tự (Analog Input) nhờ sử dụng module mở rộng là: 28 ngõ vào. Số lượng lớn nhất các ngõ ra tương tự (Analog Output) nhờ sử dụng module mở rộng là: 14 ngõ vào. Dung lượng bộ nhớ chương trình: 8 Kbyte. Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 5 Kbyte. Thời gian lưu giữ số liệu nhờ bộ tụ công suất lớn có sẵn: 190 giờ. Bộ đếm tốc độ cao: 6 bộ x 30 KHz. Trong đó có 4 bộ x 20 KHz có thể sử dụng như bộ đếm chế độ A/B. Giao diện truyền thông chuẩn RS485: 1 ngõ. Giao thức hỗ trợ: PPI Master/Slave, MPI Slave, FreePort. Chiết áp tương tự 8 bit có sẵn (cho hiệu chỉnh trước khi vận hành, sửa đổi các giá trị): 2 ngõ. Đồng hồ thời gian thực: Có. Có nguồn nuôi loại 24VDC cho cảm biến: Imax = 280mA. Có đèn báo hiệu chế độ hoạt động của PLC: SF, RUN, STOP. 19
Cầu đấu dây cho tháo lắp đơn giản. Kích thước: (Rộng x Cao x Sâu) = (120 x 80 x 62) mm. 2.1.2 Cổng truyền thông Hình 2.2: Sơ đồ chân của 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 PLC với thiết bị lập trình hoặc các trạm PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9.600 baud. Tốc độ truyền thông của PLC theo kiểu tự do là từ 300 baud đến 38.400 baud. 2.1.3 Công tắc chọn chế độ hoạt động Công tắc chọn chế độ hoạt động của PLC S7-200 có 3 vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau của PLC: RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, ngay cả khi công tắc đang ở chế độ RUN. STOP: Cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ làm việc của PLC (RUN hoặc STOP). 2.1.4 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ Nguồn nuôi dùng để nạp một chương trình mới và vận hành chương trình. Nguồn pin có thể được dùng để mở rộng thời gian lưu trữ các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 20