TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
PHÒNG THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN 1
Tài Liệu:
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN I
(Phần PLC)
Biên soạn: Phòng TN Kỹ Thuật Điện (B3)
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2008
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Phần 1: PLC Trang 2
MỤC LỤC
Trang
Mục lục .................................................................................................... 2
Giới thiệu .................................................................................................... 3
Chương 1 Tìm hiểu PLC (Bài 1) ................................................................. 4
Chương 2 Hướng dẫn các bài thí nghiệm về PLC....................................... 21
Vấn đề 1 ĐK khởi động, đảo chiều động cơ KĐB (Bài 2.1)............ 22
Vấn đề 2 Điều khiển quá trình theo thời gian (Bài 2.2)................... 25
Vấn đề 3 Điều khiển dây chuyền công nghiệp (Bài 2.3) ................. 27
Vấn đề 4 Điều khiển bãi đậu xe (Bài 2.4)........................................ 29
Vấn đề 5 Điều khiển phân loại và đếm sản phẩm (Bài 2.5) ............ 31
Chương 3 Hướng dẫn làm bài chuẩn bị và bài báo cáo thí nghiệm............. 33
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Phần 1: PLC Trang 3
GIỚI THIỆU
Thí nghiệm Kỹ thuật điện 1 gồm 2 phần:
- Phần 1: Làm quen với PLC và một vài ứng dụng của nó trong thực tế
- Phần 2: Các thí nghiệm vật lý về những kiến thức đã học trong môn Kỹ thuật điện I
Tập tài liệu này sẽ giới thiệu với sinh viên nội dung thí nghiệm của Phần 1
Mục đích
– Làm quen với các thiết bị công nghiệp: thiết bị động lực và thiết bị điều khiển.
– Làm quen với khái niệm điều khiển cứng (bằng thiết bị, dây nối) và điều khiển mềm (bằng
chương trình).
– Tìm hiểu về bộ điều khiển bằng chương trình (PLC)
– Tìm hiểu về cách sử dụng PLC để điều khiển các đối tượng đơn giản.
Công cụ thí nghiệm
– Bộ PLC S7 – 200, CPU 212, 216, hay 226.
– Phần mềm STEP7 – MicroWIN/16, hay STEP7 – MicroWIN/16.
– Các thiết bị đầu vào và ra.
Lưu ý:
– Sinh viên sẽ thí nghiệm 2 trong số 5 vấn đề về PLC được đưa ra trong tập tài liệu này. Cán
bộ hướng dẫn sẽ quyết định những vấn đề mà sinh viên cần thực hiện.
– Trước mỗi buổi thí nghiệm, sinh viên cần soạn trước bài chuẩn bị cho vấn đề đã được chỉ
định vào buổi đó (theo mẫu ở Chương 3). Sinh viên phải trình cho cán bộ hướng dẫn các
bài chuẩn bị này, nếu không sẽ không được vào thí nghiệm.
– Sau đợt thí nghiệm, sinh viên sẽ nộp báo cáo (theo mẫu ở Chương 3) để được tính điểm cho
phần thí nghiệm về PLC.
– Sinh viên sẽ được giới thiệu và thực tập 3 bài:
Bài 0: Sinh viên đọc trước ở nhà, không cần làm bài chuẩn bị và bài báo cáo, thử lập
trình các ví dụ đã cho.
Bài 1: Vấn đề 1 (phải làm bài chuẩn bị và bài báo cáo)
Bài 2: Cán bộ hướng dẫn phân công một trong các Vấn đề 2, 3, 4, hay 5 (phải làm
bài chuẩn bị và bài báo cáo)
– Về điểm số: Điểm chỉ được tính khi SV tham dự đầy đủ các buổi TN và có nộp báo cáo
¾ SV tại chức
Điểm môn học sẽ là tổng của Phần 1 (50%) và Phần 2 (50%) – không thi trắc nghiệm
Riêng Phần 1 (PLC) có thành phần điểm như sau: chuẩn bị bài (5%), thái độ thí
nghiệm (15%), trả lời câu hỏi cuối buổi thí nghiệm (20%), nội dung và hình thức của
bài báo cáo (10%).
¾ SV chính quy (sẽ thông báo sau)
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Phần 1: PLC Trang 4
CHƯƠNG 1
(Bài 1)
TÌM HIỂU PLC
I. Các kiến thức cơ bản về PLC
Các bộ điều khiển có thể lập trình được – PLC (Programmable Logic Controller) hiện nay
được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động cũng như trong các ứng dụng
thương mại và công nghiệp. Các PLC đầu tiên được thiết kế vào giữa những năm 70 để thay thế cho
các hệ thống điều khiển bằng relay. Ban đầu chúng chỉ bao gồm một bộ xử lý một bit với bộ nhớ
chương trình, một thanh ghi tích lũy và một số ngõ vào ngõ ra, về chức năng chúng chỉ có thể thực
hiện được các thao tác logic đơn giản và chỉ xử lý được với các ngõ vào ra số. Ngày nay PLC đã
phát triển mạnh và có thể thao tác với tín hiệu tương tự cũng như thực hiện các phép toán phức tạp
như điều khiển PID, điều khiển mờ... Chúng được dùng hầu như trong tất cả các giai đoạn của quá
trình sản xuất và điều khiển quá trình.
Không giống như các hệ thống đấu dây phần cứng truyền thống, PLC có khả năng lập trình
lại, có thể giám sát on-line, và có khả năng phát hiện lỗi trong bản thân PLC và các thiết bị được kết
nối với chúng.
Quá trình thực thi của PLC bao gồm 3 giai đoạn: giám sát các ngõ vào, tính toán trên cơ sở
chương trình của nó và điều khiển các ngõ ra để tự động hóa các quá trình hay công cụ.
PLC hiện diện trong rất nhiều các ứng dụng cụ thể. Chúng là các thiết bị làm việc rất lâu bền,
có thể làm việc trong điều kiện môi trường sản xuất bao gồm độ ẩm, nhiễu, các thay đổi nhiệt độ và
các chấn động.
Tất cả các hệ thống PLC đều gồm có các thành phần cơ bản cần thiết để thao tác với các dữ
liệu vào, xử lý dữ liệu và điều khiển ngõ ra. Các khối cơ bản của một PLC bao gồm bộ xử lý trung
tâm (CPU), bộ nhớ, bộ giao tiếp ngõ vào và bộ giao tiếp ngõ ra. Ngoài ra, PLC có thể tích hợp các
khối nguồn, xung clock và giao tiếp truyền thông để nạp chương trình, giám sát trạng thái của PLC
hay nối mạng các PLC với nhau. Ngõ vào của PLC có thể đưa vào các tín hiệu số hay tương tự từ
các thiết bị khác nhau (cảm biến) và biến đổi thành tín hiệu logic để CPU sử dụng. Bộ xử lý trung
tâm CPU tính toán và thực thi các phép tính điều khiển dựa trên các lệnh điều khiển trong bộ nhớ.
Bộ giao tiếp ngõ ra biến đổi các lệnh điều khiển từ CPU thành tín hiệu số hay tương tự để có thể
dùng điều khiển các thiết bị chấp hành khác nhau (actuator).
Một thiết bị lập trình được dùng để nhập các lệnh mong muốn, những lệnh này quyết định
PLC sẽ làm gì khi tác động các ngõ vào cụ thể. Một thiết bị giao tiếp (operator interface) cho phép
thông tin quá trình được hiển thị và để nhập các thông số điều khiển mới.
Bộ nhớ của PLC nói chung được chia thành 3 phần: bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu và
vùng nhớ lưu các thông số cấu hình hệ thống.
Bộ nhớ chương trình lưu trữ các lệnh sơ đồ lập trình LAD hay STL. Vùng nhớ này sẽ điều
khiển cách thức sử dụng vùng nhớ dữ liệu và các I/O. Các lệnh LAD hay STL được viết bằng các
thiết bị lập trình (PC) và được nạp (tải) vào vùng nhớ chương trình của PLC.
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Phần 1: PLC Trang 5
Hình 1: Cấu trúc chung của PLC.
Bộ nhớ dữ liệu được dùng như một vùng làm việc bao gồm vùng nhớ cho các phép tính, vùng
lưu trữ tạm thời cho các kết quả tạm và các hằng số. Vùng nhớ dữ liệu bao gồm các vùng nhớ cho
các thiết bị như: vùng nhớ timer (T) (word và bit), counter (C) (word và bit), bộ đếm tốc độ cao
(HC), và vùng nhớ ngõ vào (I), vùng nhớ ngõ ra (Q), ngõ vào tương tự (AI), ngõ ra tương tự (AQ),
vùng nhớ biến (V), vùng nhớ bên trong (M), vùng nhớ đặc biệt (SM),…
Bộ nhớ thông số gồm các ô nhớ lưu trữ các thông số cài đặt, mật khẩu, địa chỉ thiết bị điều
khiển và các thông tin về các không gian nhớ có thể sử dụng.
PLC hoạt động theo một cách thức đơn giản bằng việc lặp lại quá trình sau. Dữ liệu vào từ
bên ngoài được chuyển đổi qua bộ giao tiếp ngõ vào thành dạng mà CPU có thể dùng. CPU tính
toán dựa trên các dữ liệu vào theo chương trình người dùng được lưu trữ trong bộ nhớ. Các kết quả
của quá trình tính toán này được đưa tới bộ giao tiếp ngõ ra để chuyển đổi thành dạng mà các thiết
bị kết nối với PLC có thể sử dụng.
II. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển dùng PLC
PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiên bản
(version) trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với mức độ bài toán
đơn giản hay phức tạp. Ngoài ra còn có các bộ ghép nối mở rộng cho phép liên kết nhiều bộ PLC
nhỏ (thành mạng PLC) để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính để tạo
thành một mạng tích hợp, thực hiện việc theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình công nghệ
phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất. Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất kỳ
loại PLC nào cũng đều có cấu trúc như hình 2.
Hình 2: Cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC.
BỘ NHỚ
ROM,RAM
NGÕ
VÀO
SỐ
TƯƠNG
TỰ
CPU
NGÕ
RA
SỐ
TƯƠNG
TỰ
Công tắc, tiếp
điểm, …
Biến trở, điện
áp hồi tiếp, …
Relay, đèn, …
Hiển thị,
điện áp điều
khiển, …
Thiết bị đầu vào
Input
Thiết bị đầu vào
PLC
Output
Cơ cấu chấp hành
Chương trình
điều khiển
Máy tính
PG/PC
Thiết bị lập trình