Giáo trình PLC nâng cao - Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng nghề (Tổng cục Dạy nghề)

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

Thêm vào BST

Báo xấu

111
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Giáo trình PLC nâng cao nhằm trang bị cho học viên các trường dạy nghề những kỹ năng cần thiết để lắp đặt và lập trình điều khiển cho một số hệ thống tự động hóa có trong thực tế, từ đó có tư duy kỹ thuật để áp dụng vào thực tiễn sản xuất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình PLC nâng cao - Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng nghề (Tổng cục Dạy nghề)

1 BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mô đun: PLC nâng cao NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25.tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Hà Nội, 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 Giáo trình PLC nâng cao là kết quả của Dự án “Thí điểm xây dựng chương trình và giáo trình dạy nghề năm 2011-2012”.Được thực hiện bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng nghề công nghiệp Hải Phòng thực hiện Trên cơ sở chương trình khung đào tạo, trường Cao đẳng nghề công nghiệp Hải phòng, cùng với các trường trong điểm trên toàn quốc, các giáo viên có nhiều kinh nghiệm thực hiện biên soạn giáo trình PLC nâng cao phục vụ cho công tác dạy nghề Chúng tôi xin chân thành cám ơn Trường Cao nghề Bách nghệ Hải Phòng, trường Cao đẳng nghề giao thông vận tải Trung ương II, trường Cao đẳng nghề số 3 Bộ quốc phòng, trường Cao đẳng nghề cơ điện Hà Nội đã góp nhiều công sức để nội dung giáo trình được hoàn thành Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ môn học của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp ở cấp trình độ Cao đẳng nghề, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày……tháng…..năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Đỗ Thị Thanh Xuân - Chủ biên 2. Đoàn Năng Trình 3. Lê Thị Trang
4 MỤC LỤC 1. Lời giới thiệu………………………………………………………... 3 2. Mục lục……………………………………………………………… 4 3. Bài mở đầu………………………………………………………….. 7 4. Bài 1. Điều khiển các động cơ khởi động và dừng theo trình tự…… 15 5. Bài 2. Điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha quay hai chiều có 28 hãm trước lúc đảo chiều……………………………………………… 6. Bài 3. Điều khiển đèn giao thông…………………………………… 35 7. Bài 4. Đếm sản phẩm......................................................................... 46 8. Bài 5. Điều khiển máy trộn………………………………………… 52 9. Bài 6. Đo điện áp DC và điều khiển ON/OFF……………………... 63 10. Bài 7. Điều khiển nhiệt độ................................................................ 73 11. Bài 8. Điều khiển động cơ SERVOMOTOR……………………… 81 12. Bài 9. Điều khiển thang máy……………………………………… 89 13. Bài 10. Màn hình cảm biến.............................................................. 100 14. Bài 11. Kết nối PLC với màn hình cảm biến……………………… 135 15. Tài liệu tham khảo………………………………………………… 139
5 MÔ ĐUN: PLC NÂNG CAO Mã mô đun: MĐ35 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong các xí nghiệp hiện nay có nhiều hệ thống máy sản xuất sử dụng các bộ điều khiển lập trình. Trên thế giới có nhiều hãng sản xuất các bộ điều khiển lập trình khác nhau nhưng tính năng tương tự như nhau. Trong tài liệu đề cập đến bộ điều khiển lập trình của OMRON và SIEMENS (S7-200 và S7-300). PLC nâng cao là một mô đun chuyên môn của học viên chuyên ngành Điện công nghiệp. Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các trường dạy nghề những kỹ năng cần thiết để lắp đặt và lập trình điều khiển cho một số hệ thống tự động hóa có trong thực tế, từ đó có tư duy kỹ thuật để áp dụng vào thực tiễn sản xuất. Mục tiêu của mô đun - Sử dụng được các loại PLC của hãng OMRON và SIEMENS. - Có khả năng tự nghiên cứu để sử dụng các loại PLC của các hãng khác. - Vận hành được một hệ thống điều khiển dùng PLC có sẵn. - Lắp đặt được các hệ thống điều khiển cỡ nhỏ dùng PLC đơn và Màn hình cảm biến. - Viết được các chương trình ứng dụng cỡ nhỏ cho PLC đơn và Màn hình cảm biến theo yêu cầu thực tế. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm. Nội dung chính: Thời gian (giờ) Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra* 1 Bài mở đầu:Vị trí, ứng dụng PLC 2 2 trong công nghiệp 2 Điều khiển các động cơ khởi động 6 2 4 và dừng theo trình tự. 3 Điều khiển động cơ không đồng bộ 8 2 5 1 ba pha quay hai chiều có hãm trước lúc đảo chiều. 4 Điều khiển đèn giao thông. 12 4 7 1 5 Đếm sản phẩm. 12 4 7 1
6 6 Điều khiển máy trộn. 8 2 6 7 Đo điện áp DC và điều khiển 8 2 6 ON/OFF. 8 Điều khiển nhiệt độ. 12 4 7 1 9 Điều khiển động cơ 8 2 6 SERVOMOTOR. 10 Điều khiển thang máy. 16 4 11 1 11 Màn hình cảm biến. 14 2 11 1 12 Kết nối PLC với màn hình cảm biến 14 2 11 1 Cộng: 120 30 83 7
7 BÀI MỞ ĐẦU VỊ TRÍ, ỨNG DỤNG PLC TRONG CÔNG NGHIỆP MÃ BÀI: M35-01 Giới thiệu: Trong công nghiệp, các bài toán về điều khiển rất đa dạng và phong phú. Tùy vào đặc điểm của từng hệ thống sản xuất mà việc đưa ra các cách thức điều khiển khác nhau như điều khiển cho động cơ cụ thể hay điều khiển theo một quá trình liên tục, có mối liên quan mật thiết giữa nhiều thiết bị trong hệ thống. Nội dung bài học này sẽ đưa ra các đặc điểm của các bài toán điều khiển động cơ và bài toán điều khiển quá trình giúp cho học viên có được những kiens thức cơ bản nhất áp dụng vào giải quyết các nội dung còn lại trong mô đun cũng như trong thực tế thực tế sản xuất. Mục tiêu: - Phân biệt được các bài toán điều khiển động cơ và các bài toán điều khiển quá trình. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, chính xác, tập trung trong công việc. Nội dung chính: 1. Các bài toán điều khiển động cơ  Các nguyên tắc điều khiển Quá trình làm việc của động cơ điện để truyền động một máy sản xuất thường gồm các giai đoạn: khởi động, làm việc và điều chỉnh tốc độ, dừng và có thể có cả giai đoạn đảo chiều. Xét động cơ là một thiết bị động lực, quá trình làm việc và đặc biệt là quá trình khởi động, hãm thường có dòng điện lớn, tự thân động cơ điện vừa là thiết bị chấp hành nhưng cũng vừa là đối tượng điều khiển phức tạp. Về nguyên lý khống chế truyền động điện, để khởi động và hãm động cơ với dòng điện được hạn chế trong giới hạn cho phép, thường dùng ba nguyên tắc khống chế tự động sau: - Nguyên tắc thời gian: Việc đóng cắt để thay đổi tốc độ động cơ dựa theo nguyên tắc thời gian, nghĩa là sau những khoảng thời gian xác định sẽ có tín hiệu điều khiển để thay đồi tốc độ động cơ. Phần tử cảm biến và khống chế cơ bản ở đây là rơle thời gian - Nguyên tắc tốc độ: Việc đóng cắt để thay đổi tốc độ động cơ dựa vào
8 nguyên lý xác định tốc độ tức thời của động cơ. Phần tử cảm biến và khống chế cơ bản ở đây là rơle tốc độ. - Nguyên tắc dòng điện: Biết tốc độ động cơ do mô men động cơ xác định, mà mô men lại phụ thuộc vào dòng điện chạy qua động cơ, do vậy có thể đo dòng điện để khống chế quá trình thay đổi tốc độ động cơ điện. Phần tử cảm biến và khống chế cơ bản ở đây là rơle dòng điện. Mỗi nguyên tắc điều khiển đều có ưu nhược điểm riêng, tùy từng trường hợp cụ thể mà chọn các phương pháp cho phù hợp.  Các thiết bị điều khiển Để đóng cắt không thường xuyên thường dùng áptômát. Trong áptômát hệ thống tiếp điểm có bộ phân dập hổ quang và các bộ phân tự động cắt mạch để bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Bộ phận cắt mạch điện bằng tác động điện từ theo kiểu dòng điện cực đại. Khi dòng điện vượt quá trị số cho phép chúng sẽ cắt mạch điện để bảo vệ ngắn mạch, ngoài ra còn có rơle nhiệt bảo vệ quá tải Phần tử cơ bản của rơle nhiệt là bản lưỡng kim gồm hai miếng kim loại có độ dãn nở nhiệt khác nhau dán lại với nhau. Khi bản lưỡng kim khi bị đất nóng (thường là bằng dòng điện cần bảo vệ) sẽ bị biến dạng (cong), độ biến dạng tới ngưỡng thì sẽ tác động vào các bộ phận khác để cắt mạch điện. Các rơle điện từ, công tắc tơ tác dụng nhờ lực hút điện từ. Cấu tạo của rơle điện từ thường gồm các bộ phân chính sau: cuộn hút; mạch từ tĩnh làm bằng vật liệu sắt từ; phần động còn gọi là phần ứng và hệ thống các tiếp điểm Mạch từ của rơle có dòng điện một chiều chạy qua làm bằng thép khối, còn mạch từ của rơle dòng điện xoay chiều làm bằng lá thép kỹ thuật điện. Để chống rung vì lực hút của nam châm điện có dạng xung trên mặt cực người ta đặt vòng ngắn mạch. Sức điện động cảm ứng trong vòng ngắn mạch sẽ tạo ra dòng điện và làm cho từ thông qua vòng ngắn mạch lệch pha với từ thông chính, nhờ đó lực hút phần ứng không bị gián đoạn, các tiếp điểm luôn được tiếp xúc tết Tuỳ theo nguyên lý tác động người ta chế tạo nhiều loại thiết bị điều khiển khác nhau như rơle dòng điện, rơle điện áp, rơle thời gian.... Hệ thống tiếp điểm của các thiết bị điều khiển có cấu tạo khác nhau và thường mạ bạc hay thiếc để đảm bảo tiếp xúc tết. Các thiết bị đóng cắt mạch động lực có dòng điện lớn, hệ thống tiếp điểm chính có bộ phận dập hồ quang, ngoài ra còn có các tiếp điểm phụ để đóng cắt cho mạch điều khiển. Tuỳ theo trạng thái tiếp điểm người ta chia ra các loại tiếp điểm khác nhau.
9 2. Các bài toán điều khiển quá trình Điều khiển quá trình là quá trình ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ con người, máy móc và môi trường. - Phạm vi ứng dụng: công nghiệp chế biến, khai thác và năng lượng. - Bài toán đặc thù và quan trọng nhất: điều chỉnh. - Đối tượng điều khiển: quá trình công nghệ. Đặc thù của các quá trình công nghệ: - Quy mô sản xuất thông thường vừa và lớn. - Yêu cầu rất cao về độ tin cậy và tính sẵn sàng. - Các quá trình liên quan tới biến đổi năng lượng và vật chất Điều khiển quá trình công nghệ gồm 2 loại: - Điều khiển quá trình liên tục: điều khiển một quá trình công nghệ hoạt động liên tục. Ví dụ: các quá trình chưng cất, quá trình sản xuất điện, quá trình sản xuất xi măng… - Điều khiển quá trình mẻ: điều khiển các quá trình công nghệ hoạt động theo mẻ. Ví dụ: quá trình trộn bê tông, quá trình phản ứng hóa chất, quá trình sản xuất bia… Mục đích điều khiển: - Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, trơn tru: đảm bảo các điều kiện vận hành bình thường, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện. - Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: thay đổi tốc độ sản xuất theo ý muốn, giữ các thông số chất lượng sản phẩm biến động trong giới hạn quy định. - Đảm bảo vận hành an toàn: nhằm mục đích bảo vệ con người, máy móc, thiết bị và môi trường. - Bảo vệ môi trường: giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, nước thải, giảm bụi, giảm sử dụng nguyên liệu và nhiên liệu. - Nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng lợi nhuận: giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi của thị trường.
10 Các chức năng điều khiển quá trình: Trong đó: - Điều khiển cơ sở: Gồm: + Điều chỉnh (điều chỉnh tự động, điều chỉnh bằng tay) + Điều khiển rời rạc (điều khiển thiết bị, khóa liên động quá trình) + Điều khiển trình tự (khởi động và dừng hệ thống, điều khiển phối hợp, điều khiển theo mẻ) + Điều khiển an toàn (khóa liên động an toàn) - Vận hành và giám sát: Gồm: + Thu thập và quản lí dữ liệu + Giao diện người-máy + Cảnh báo và báo động + Giám sát và chẩn đoán + Lập báo cáo tự động - Điều khiển cao cấp: Gồm: + Điều khiển quản lí mẻ. + Điều khiển chất lượng, điều khiển thống kê + Tối ưu hóa quá trình, điều khiển tối ưu hóa. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển:
11 Sơ đồ khối một vòng điều khiển: Trong đó: - Thiết bị đo quá trình: Gồm: + Measurement device: Thiết bị đo, VD: đo nhiệt độ, áp suất, nồng độ + Transducer: bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng, VD: áp suất - dịch chuyển, dịch chuyển – điện áp. + Sensor: Cảm biến, cũng là một dạng chuyển đổi, VD: cặp nhiệt, ống venturi, siêu âm… + Sensor element: cảm biến, phần tử cảm biến
12 + Signal conditioning: điều hòa tín hiệu + Transmitter: chuyển đổi tín hiệu và truyền phát tín hiệu chuẩn. - Thiết bị chấp hành: Gồm: + Actuator: Thiết bị chấp hành, cơ cấu chấp hành (van điều khiển, máy bơm, quạt gió, chắn gió, rơ-le) + Actuator, actuating element: cơ cấu dẫn động, phần tử dẫn động (động cơ điện, khối chuyển đổi dòng-khí nén, cuộn hút từ…) + Final control element: Phần tử chấp hành (thân van, tiếp điểm, sợi đốt…) - Hệ thống vận hành và giám sát: Một số ví dụ về điều khiển quá trình: - Quá trình sản xuất hóa chất:
13 - Lò hơi: Thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình công nghệ. PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ
14 máy tính, có thể vận hành. Chúng được thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt hoặc thay đổi chương trình. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều khiển). Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic, ví dụ nếu có các điều kiện A và B thì C làm việc... Người vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC. Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chương trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình. Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp. Vì vậy các PLC: + Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn + Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra + Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch. Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là: + Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến + Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ + Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu thập được + Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp Riêng đối với máy công cụ và người máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi. Trong hệ thống của các trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC điều khiển tập trung.
15 BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN CÁC ĐỘNG CƠ KHỞI ĐỘNG VÀ DỪNG THEO TRÌNH TỰ MÃ BÀI: M35-02 Giới thiệu: Trong thực tế, có nhiều hệ thống sản xuất mà các phần tử chấp hành hoạt động và dừng theo trình tự trước sau đặc thù của hệ thống đó. Nội dung bài học này giúp học viên có thể lắp đặt mô hình và lập trình điều khiển cho 3 động cơ khởi động và dừng theo trình tự, sử dụng PLC của OMRON và SIEMENS. Thông qua đó có thể áp dụng linh hoạt vào thực tế sản xuất. Mục tiêu: - Lắp đặt và nối dây cho PLC CPM2A, PLC S7-200, PLC S7-300 để điều khiển nhóm động cơ. - Lập trình cho các loại PLC CPM2A, PLC S7-200, PLC S7-300 để điều khiển các động cơ khởi động và dừng theo trình tự. - Sửa đổi kết nối phần cứng và chương trình cho phù hợp với các ứng dụng tương tự khác. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn. Nội dung chính: 1. PLC CPM2A Mục tiêu: Nêu được các lệnh cơ bản và cách kết nối cho PLC CPM2A 1.1. Các lệnh của PLC CPM2A sử dụng trong chương trình - Lệnh về tiếp điểm - TIMER N: số của Timer SV: giá trị đặt (Word, BCD), thuộc IR, SR, LR, DM, AR, HR Giới hạn sử dụng: SV = 0000 - 9999 (BCD), Độ phân giải: 0,1s Thời gian hoạt động: SV x 0,1(s) 1.2. Chương trình điều khiển cho PLC CPM2A Phân công địa chỉ.
16 Địa chỉ Phần tử 000.00 Nút ấn Start 000.01 Nút ấn Stop 000.02 Nút ấn E -Stop 010.00 Động cơ 1 010.01 Động cơ 2 010.02 Động cơ 3 Chương trình điều khiển:
17 1.3. Lắp đặt và nối dây cho PLC CPM2A. Nạp chương trình và vận hành thử. Đấu nối dây + 24V - START STOP E- STOP COM 000.00 000.01 000.02 000.03 000.04 000.05 000.06 000.07 000.08 000.09 000.010 000.011 PLC OMRON COM 001.00 001.01 001.02 001.03 001.04 001.05 001.06 001.07 - KM1 KM2 KM3 24V + Nạp chương trình và vận hành: + Chọn PLC/Work Online
18 + Chọn PLC/Transfer/To PLC + Chọn PLC/ Operating Mode/Run 2. PLC S7-200 Mục tiêu: Nêu được các lệnh cơ bản và cách kết nối cho PLC S7-200 2.1. Các lệnh của PLC S7-200 sử dụng trong chương trình - Lệnh về tiếp điểm. - Lệnh Timer: TON Toán hạng: Cú pháp khai báo: Txx (word) CPU214:32÷63 96÷127 PT: VW, T, (word) C, IW, QW, MW, SMW, C, IW, hằng số
19 2.2. Viết chương trình cho PLC S7-200. Phân công địa chỉ. Địa chỉ Phần tử I0.0 Nút ấn Start I0.1 Nút ấn Stop I0.2 Nút ấn E -Stop Q0.0 Động cơ 1 Q0.1 Động cơ 2 Q0.2 Động cơ 3 Chương trình điều khiển:
20 2.3. Lắp đặt và nối dây cho PLC S7-200. Nạp chương trình và vận hành thử. Đấu nối dây: