Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình PLC cơ bản với mục tiêu giúp các bạn có thể 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 cở nhỏ khác. Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ điều khiển lập trình PLC. Thực hiện được phương pháp kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi. Mời các bạn cùng tham khảo phần 2 giáo trình dưới đây.
Bài Xử lý tín hiệu analog Mục tiêu: - Trình bày chuyển đổi đo - Vận dung tốn vào thực tế: Lập trình, kết nối, chạy thử - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ đợng và sáng tạo Nội dung chính: 90 Tín hiệu Analog Mục tiêu: Nêu lý sử dụng tín hiệu analog điều khiển PLC Trong trình điều khiển hệ thống tự động hóa có yêu cầu điều khiển liên quan đến việc xử lý tín hiệu analog Các đại lượng vật lý như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, dòng chảy, độ PH… cần phải Transducer chuẩn hóa tín hiệu phạm vi định mức cho phép trước nối tín hiệu vào ngõ vào analog Ví dụ: chuẩn tín hiệu điện áo từ đến 10VDC chuẩn tín hiệu analog dòng từ đến 20mA Các Module ngõ vào analog (Al) bên có chuyển đổi ADC (Analog Digital Converter) để chuyển đổi tín hiệu analog nhận thành số đưa CPU qua Bus liệu Các module ngõ (AO) bên có chuyển đổi DAC (Digital Analog Converter) chuyển tín hiệu số nhận từ CPU giá trị analog áp dịng Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống có sử dụng tín hiệu analog Biểu diễn giá trị Analog Mục tiêu: Trình bày cách biểu diễn giá trị Analog Mỗi tín hiệu ngõ vào Analog sau qua chuyển đổi ADC Module Al chuyển thành số nguyên Integer 16 bit có giá trị từ đến 27648 Do đó, địa vùng nhớ chứa giá trị Word Độ xác phép chuyển đổi phụ thuộc vào Module Analog có, phạm vi độ phân giải từ đến 15 bit Module Analog có độ phân giải cao giá trị 91 chuyển đổi xác Việc chuyển đổi từ tín hiệu Analog sang tín hiệu số tỷ lệ thuận có dạng đường thẳng Các giá trị Analog sau chuyển đổi thành giá trị số chứa vào word 16 Bit lấp đầy bit word theo thứ tự từ bên trái sang Các bit trống lấp đầy số (Chú ý bit thứ 15 bit dấu :=0 giá trị chuyển đổi số nguyên dương =1 giá trị chuyển đổi số nguyên âm) Hình 4.2: Độ phân giải module Analog Kết nối ngõ vào/ra Analog Mục tiêu: Trình bày cách kết nối ngõ vào/ra analog Để đảm bảo tín hiệu Analog có độ xác cao ổn định cần tuân thủ điều kiện sau: + Đảm bảo điện áp 24VDC cấp nguồn cho Sensor không bị ảnh hưởng nhiễu ổn định + Định tỷ lệ cho module (được mô tả bên dưới) + Dây nối cho Sensor chần để ngắn tới mức + Sử dụng cáp đôi dây xoắn cho sensor + Tất ngõ vào không sử dụng phải nối tắt + Tránh bẻ cong dây dẫn thành góc nhọn + Sử dụng máng dây hay ống dây cho tuyến dây + Tránh đặt đường dây tín hiệu Analog gần với đường dây có điện áp cao, hai đường dây cắt phải đặt chúng vng góc với 92 Hình 4.3: Sơ đồ kết nối module Analog Phương pháp định tỷ lệ ngõ vào Analog: Việc định tỷ lệ ngõ vào Analog có ảnh hưởng đến tất ngõ vào modul EM AI Để định tỷ lệ ngõ vào cách xác, cần sử dụng chương trình thiết kế để tính trung bình giá trị đọc từ module Có thể sử dụng Analog Input Filtering wizard STEP Micro/win để tạo chương trình Nên sử dụng 64 giá trị lấy mẫu để tính giá trị trung bình tín hiệu Analog Để thực việc định tỷ lệ cần theo bước sau: + Tắt nguồn cung cấp cho module, chọn phạm vi ngõ vào mong muốn + Cấp nguồn lại cho CPU module có AI + Sử dụng Transmiter, nguồn áp, hay nguồn dòng đặt giá trị cho ngõ vào + Đọc giá trị mà CPU nhận ngõ vào tương ứng + Điều chỉnh biến trở đặt lại giá trị offset cho tói giá trị đọc + Điều chỉnh để tăng giá trị đặt vào tới mức xem giá trị mà CPU nhận + Điều chỉnh biến trở GAIN giá trị nhận 32000 tới giá trị số mong muốn + Lặp lại bước cần Trên hình cách đặt hệ tỉ lệ cho modul Analog 93 Hình 4.4: Điều chỉnh tỉ lệ ngõ vào module Analog Điều chỉnh Swich biến trở điều chỉnh GAIN Việc định cơng tắc (Switch) module Analog EM thay đổi phạm vi đo lường định mức độ phân giải module Sơ đồ công tắc, chỉnh định phạm vi đo định mức độ phân giải phụ thuộc vào module Analog Các thông tin lấy từ sổ tay phần cứng module Bảng 1: Dải đầu vào độ phân giải tương ứng với vị trí switch 1 ON ON ON ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF Vị trí Switch ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON OFF ON ON OFF OFF ON OFF ON OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF ON ON OFF ON OFF ON OFF OFF ON ON OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF ON 11 OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF ON OFF OFF 94 Dải đầu vào Độ phân giải đến 50mV đến 100mV đến 500mV đến 1V đến 5V đến 20mA đến 10V ±25mV ±50mV ±100mV ±250mV ±500mV ±1V ±2.5V ±5V 12.5µV 25µV 125µV 250µV 12.5mV 5µV 2.5mV 12.5µV 25µV 50µV 125µV 250µV 500µV 1.25mV 2.5mV Hiệu chỉnh tín hiệu Analog Mục tiêu: Trình bày cách hiệu chỉnh tín hiệu analog Module analog thường có nhiều tầm đo khác nhau, tín hiệu ngõ vào dịng điện điện áp Việc chuyển đổi từ tầm đo sang tầm đo khác thìết chuyển đổi thường có sai số định cấu trúc mạch chuyển đổi Do thông thường sử dụng module analog, người lập trình cần phải hiệu chỉnh trước sử dụng để kết chuyển đổi xác Dưới trình bày việc hiệu chỉnh cho ngõ vào điện áp, tầm đo 10V, ngõ vào chuyển đổi AIW0 - Cấp điện cho module analog hoạt động khoảng 10 phút - Chọn điện áp vào 10V ( độ phân giải 2,5mV) - Chỉnh biến trở ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 0V - Dùng chương trình đọc giá trị analog vào quan sát giá trị Nếu chưa khơng hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = - Chỉnh biến trở ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 10V - Dùng chương trình đọc giá trị analog vào quan sát giá trị Nếu chưa 32000 hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 32000 Byte nhớ SMB 28 lưu trữ giá trị só biểu diễn vị trí chỉnh SMB 29 lưu trữ giá trị số biểu diễn vị trí chỉnh Sự điều chỉnh Analog có giá trị giới hạn từ tới 255 độ tin cậy tốt phạm vi từ 10 đến 200 95 Để thực việc điều chỉnh này, ta dùng tuốc nơ vít nhỏ để xoay biến trở sang phải sang trái để tăng giảm giá trị Hình 4.5: Chương trình điều khiển module EM 235 Giới thiệu module Analog PLC S7-200 Mục tiêu: Trình bày module analog PLC s7-200 Sinh viên thực tập module analog Input EM231 hay EM235 Module analog Output EM235 5.1 Module analog EM231 5.1.1 Đặc tính chung - Trở kháng vào >10M - Bộ lọc đầu vào -3db 3.1KHz - Điện áp cực đại cung cấp cho module 30VDC - Dòng điện cực đại cấp cho module 32mA/ - Có Led báo trạng thái - Có núm chỉnh OFFSET độ lợi 96 Hình 4.6: Module EM231 5.1.2 Đặc tính kỹ thuật module EM231 a, Đầu vào module EM231 Số lượng ngõ vào 4AIW (AIW0,AIW2,AIW4,AIW6) Ngõ vào điện áp hay dịng điện - Dãy điện áp ngõ vào độ phân giải Điện áp vào: +10V, +5V, +2,5V,5V,-2,5V Dòng điện ngõ vào: đến 20mA Độ phân giải: 5vA hay từ 1,25mV đến 2,5mV Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000 hay từ đến 32000 - Switch chọn giá trị ngõ vào độ phân giải 97 Hình 4.7: Sơ đồ mạch đầu vào module EM231 b Đầu module EM231 - Số đầu 1/ - Phạm vi đầu ÷10V 0-20mA - Điện trở tải: Với đầu điện áp nhỏ 5kΩ, với đầu dòng điện lớn 0,5kΩ - Độ phân giải : 12bit (đầu áp) 11 bit (đầu dịng) - Thời gian biến đổi : 100µs - Giới hạn lỗi hoạt động 600C - Tổn thất cơng suất 2W - Tiêu thụ dịng điện 30mA - Phạm vi hiển thị giá trị chuyển đổi : ±32.000 Sơ đồ mạch đầu module EM231 hình 4.8 98 5.2 Hình 8: Sơ đồ mạch đầu module EM231 Module analog EM235 Hình 4.8: Module EM235 cách đấu nối a, Đầu vào module EM235 - Ngõ vào tương tự: AI, DC +/- 10V - Ngõ tương tự: AO, DC +/- 10V 12 bit converter 99 Chiều dài gỗ xác nhận cảm biến: Cảm biển B1 tác động tương ứng gỗ ngắn Cảm biển B1 B2 tác động tương ứng gỗ trung bình Cảm biển B2, B2 B3 tác động tương ứng gỗ dài Khi gỗ ngắn đến cảm biến B7 “Tay gạt 1” đẩy gỗ vào thùng Khi gỗ trung bình đến cảm biến B8 “Tay gạt 2” đẩy gỗ vào thùng Gỗ dài di chuyển tiếp tục đến khâu xử lý Tay gạt sử dụng khí nén, điều khiển khoảng 1s sau trở vị trí Sau xếp thành cơng thiết bị tự động phát tín hiệu khởi động băng tải tiếp tục vận chuyển gỗ Chế độ tay: Ở chế độ này, gỗ xử lý xong yêu cầu khởi động lại hệ thống tay Tín hiệu khởi động phép xử lý việc điều khiển trước báo đèn Ngay sau xếp thành công đèn báo lại sáng Tay gạt I II điều khiển tay từ nút nhấn điều khiển Ghi chú: Đây khâu xếp gỗ, gỗ đặt vào băng tải nhờ vào nút ấn khởi động Điều có nghĩa nút ấn khởi động vừa đóng vai trị khởi động, vừa nơi cung cấp gỗ cho băng tải Viết chương trình, kết nối kiểm tra hoạt động theo hai cách: Điều khiển dùng tổ hợp logic Điều khiển trình tự 138 Bài giải mẫu (dùng tổ hợp logic) Chương trình viết LAD: 139 140 141 Chương trình viết STL: 142 6.5 Thiết bị nâng hàng: Hình 6.10: Mơ hình thiết bị nâng hàng a Mơ tả: Mơ hệ thống nâng hàng đèn LED với nhiều màu sắc khác Hàng hóa từ bàn lăn thấp đưa lên cao sang bàn lăn nhờ vào bàn nâng Hệ thống thường thấy việc xếp hàng hóa kho đưa hàng hóa vào khoang chứa hàng máy bay Ứng dụng: Ứng dụng PLC bản: điều khiển tổ hợp logic Ứng dụng PLC nâng cao: điều khiển trình tự b Vận hành mơ hình: Sau nối dây mơ hình với PLC xong, thực viết chương trình theo tập đưa (có thể tự kiểm tra ngõ vào/ra phần mềm thực mơ chương trình Vật thể bàn lăn xem nơi khác chuyển đến Cứ sau vật thể đưa sang bàn nâng vật thể khác bàn lăn lại xuất 143 vật thể bàn nâng đưa sang đầu bên bàn nâng nhờ vào băng tải bàn nâng (tượng trưng LED chạy đuổi Khi vật thể đưa sang bàn lăn lăn đến cối bàn dừng lại 1s sau tự biến c Bảng ký hiệu Ký hiệu Địa Chú thích ON I0.0 Khởi động hệ thống, thường hở OFF I0.1 Dừng hệ thống, thường đóng S2 I0.2 Báo hàng vị trí cuối bàn nâng, thường đóng S3 I0.3 Giới hạn bàn nâng, thường đóng S4 I0.4 Cảm bàn nâng, thường đóng S5 I0.5 Báo hàng cuối bàn lăn Thanh chắn Q0.0 Chặn hàng hóa bàn nâng Băng tải Q0.1 Băng tải chuyển hàng K1 Q0.2 Nâng hàng hóa lên K2 Q0.3 Hạ bàn nâng xuống d Bài tập mẫu: Thiết bị nâng hàng hoạt động sau: Hàng hóa đặt bàn lăn Bàn nâng vị trí giới hạn ấn nút khởi động “ON”, băng tải bàn nâng hoạt động, đồng thời chắn hạ xuống (sử dụng khí nén) khoảng 2s để hàng hóa đưa sang bàn nâng Sau chắn trở vị trí cũ Khi hàng hóa đến vị trí cuối bàn nâng (S2), băng tải dừng Khởi động từ K1 động M1 có điện kéo bàn nâng lên Khi đến giới hạn bàn nâng dừng lại Băng tải bắt đầu chuyển động đưa hàng sang bàn lăn Khi hàng đến công tắc hành trình S5 băng tải dừng Khởi động từ K2 động M1 có điện hạ bàn nâng xuống, đến giới hạn dừng Quá trình lại bắt đầu ấn nút dừng “OFF” Viết chương trình, kết nối kiểm tra hoạt động theo hai cách: 144 - Điều khiển dùng tổ hợp logic - Điều khiển trình tự 145 6.6 Thiết bị vơ nước chai: Hình 6.11: Mơ hình thiết bị vô nước chai a Mô tả: Mô thiết bị vơ nước chai có cảm biến, cơng tắc hành trình chuyển động LED Ứng dụng PLC bản: điều khiển tổ hợp logic Ứng dụng PLC nâng cao: điều khiển trình tự b Vận hành mơ hình: Sau nối dây mơ hình với PLC xong, thực viết chương trình theo tập đưa (có thể tự kiểm tra ngõ vào/ra phần mềm thực mơ chương trình Hai chai bia phải xem chai rỗng Chai vị trí thứ xem chai đưa đến vị trí Nước chai dâng lên mơ đèn LED sáng dần Tùy theo sáng dần mà định thời gian làm đầy chai Khi chai đổ đầy nước băng tải vận chuyển chai hoạt động chai đầy tự động chuyển sang băng tải đưa chai vào két Một tín hiệu phát chai vị trí két Khi két đạt đến 12 khơng thể tự reset Để xóa LED két phải ấn nút “khởi động” 146 Để hoạt động thực tế cần vơ nước đến miệng chai phải dừng lại 1s để ổn định c Bảng ký hiệu Ký hiệu Địa Chú thích S1 I0.0 Giới hạn cần vô nước, thường đóng S2 I0.1 Giới hạn cần vơ nước, thường đóng S3 I0.2 Cảm biến vị trí chai, thường hở S4 I0.3 Khởi động hệ thống, thường hở S5 I0.4 Chai vị trí két, thường hở K1 Q0.0 Van xả nước K2 Q0.1 Hạ cần vô nước xuống K3 Q0.2 Nâng cần vô nước lên K4 Q0.3 Băng tải vận chuyển chai rỗng K5 Q0.4 Đèn báo két đầy d Bài tập mẫu: Thiết bị vô nước chai hoạt động sau: Trước vận hành thiết bị vơ nước chai chai rỗng phải đặt lên băng tải Nếu sau nút nhấn khởi động (I0.3) tác động, băng tải vận chuyển chai rỗng với thời gian trì hỗn ban đầu 1s Băng tải dừng lại có chai đến cảm biến vị trí (I0.2) Bây cần vơ nước hạ từ xuống, đến giới hạn (I0.1) dừng lại, sau 1s van xả mở đổ nước vào chai, van xả đóng lại chai đầy Thời gian làm đầy kéo dài khoảng 3s Sau van xả đóng lại 1s cần vơ nước nâng lên, đến giới hạn (I0.0) dừng lại, sau 1s băng tải vận chuyển chai rỗng lại tiếp tục trình lặp lại 147 Chai đổ đầy nước đưa sang băng tải đưa chai vào két băng tải chai rỗng hoạt động, chai vị trí két có tín hiệu phát (I0.4) Quá trình lặp lặp lại số lượng chai két đủ 12 đèn báo sáng lên hệ thống dừng lại Quá trình lại bắt đầu nhấn nút khởi động Viết chương trình, kết nối kiểm tra hoạt động theo hai cách: - Điều khiển dùng tổ hợp logic - Điều khiển trình tự 148 6.7 Thiết bị trộn hóa chất Hình 6.12: Mơ hình thiết bị trộn hóa chất a Mơ tả: Mơ thiết trộn định lượng, sử dụng cảm biến analog để đo lượng chất lỏng chứa bình đo nhiệt độ bình Nhiệt độ lượng chất lỏng bình điều chỉnh trước phím chỉnh định bên ngồi Ứng dụng PLC nâng cao: điều khiển trình tự, xử lý tín hiệu analog, phép toán, điều chỉnh điểm… b Vận hành mơ hình: Vài nét mơ hình Đây mơ hình thiết bị trộn dùng cảm biến quang analog Mơ hình thiết kế cho PLC gắn modul ngõ vào analog có điện áp (0.10V) ùy theo loại PLC tùy theo modul ngõ vào analog có mà đưa số tập phù hợp 149 Ghi chú: Cảm biến đo nhiệt độ mơ hình thiết kế phụ thuộc vào V3 Có nghĩa V3 cung cấp điện nhiệt độ tăng dần từ khoảng 0C lên đến cực đại 1000C Nếu V3 điện nhiệt độ tự động giảm xuống từ từ Đối với cảm biến đo lượng chất lognr, đo thời điểm với bơm chất lỏng Tức bơm A hoạt động bơm B phải ngưng hoạt động ngược lại c Bảng ký hiệu Ký hiệu Địa Chú thích Al1 AIW0 Cảm biến nhận biết lượng chất lỏng bình Al2 AIW2 Cảm biến nhận biết nhiệt độ bình Al3 AIW4 Đặt chỉnh trước lượng chất lỏng cần thiết Al4 AIW6 Đặt chỉnh trước nhiệt độ cần thiết ON I0.0 Khởi động hệ thống, thường hở OFF I0.1 Dừng hệ thống, thường đóng V1 Q0.0 Bơm chất lỏng A V2 Q0.1 Bơm chất lỏng B V3 Q0.2 Cung cấp nhiệt độ cho bình trộn V4 Q0.3 Van xả chất lỏng M1 Q0.4 Quạt trộn hóa chất d Bài tập mẫu: Thiết bị trộn hóa chất hoạt động sau: Có hai loại chất lỏng A B cần trộn với theo tỷ lệ 1/3 Nhiệt độ cần thiết để trộn hai chất đặt chinrhh Al1 Lượng chất lỏng muốn trộn đặt chỉnh Al3 150 Khi ấn nút khởi động “ON” bơm B hoạt động trước Sau chất lỏng A đạt đến mức cần thiết dừng lại (được nhận biết cảm biến Al1) Nhiệt độ bồn trộn tăng dần lên đến giá trị đặt (sai số cho phép 10%, nhận biết cảm biến Al2) bơm chất lỏng A hoạt động, đồng thời bồn trộn quay Khi chất lỏng A đổ lượng cho phép bơm A dừng Quạt trộn tiếp tục quay khoảng thời gian 10s dừng lại Sau van xả tự động mở để xả chất lỏng trộn vào bồn chứa Quá trình lại bắt đầu, ấn nút “ON” Hệ thống dừng nhấn nút “OFF” Viết chương trình điều khiển cho bồn trộn Yêu cầu đánh giá kết học tập: Áp dụng hình thức kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành Các nội dung trọng tâm cần kiểm tra là: - Giải thuật phù hợp đơn giản, ngắn gọn - Nạp trình thành thạo, kiểm tra sửa chữa lỗi nạp trình - Sử dụng khối chức năng, lệnh (các phép toán nhị phân phép toán số PLC, xử lý tín hiệu analog) - Sử dụng, khai thác thành thạo phầm mềm mô Thực kết nối tốt với PC - Lắp ráp thành thạo mạch động lực đảm bảo kỹ thuật an toàn 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật 2006 [2] Trần Thế San (biên dịch), Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC, NXB Đà Nằng 2005 [3] Tăng Văn Mùi (biên dịch), Điều khiển logic lập trình PLC, NXB Thống kê 2006 [4] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà, Tự động hóa với Simatic s7_300, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 2010 152 ... đến 20 mA đến 10V ? ?25 mV ±50mV ±100mV ? ?25 0mV ±500mV ±1V ? ?2. 5V ±5V 12. 5µV 25 µV 125 µV 25 0µV 12. 5mV 5µV 2. 5mV 12. 5µV 25 µV 50µV 125 µV 25 0µV 500µV 1 .25 mV 2. 5mV Hiệu chỉnh tín hiệu Analog Mục tiêu: Trình. .. đầu vào: - đến 50 mV; đến 100 mV; đến 500 mV; đến 1V; đến V; đến 10 V; đến 20 mA; + /- 25 mV; + /- 50 mV; + /- 100 mV; + /- 20 0 mV; + /- 500 mV; +/1 V; + /- 2. 5 V; + /-5 V; + /- 10V độ phân giải 12 bit converter... module EM231 b Đầu module EM231 - Số đầu 1/ - Phạm vi đầu ÷10V 0 -2 0mA - Điện trở tải: Với đầu điện áp nhỏ 5kΩ, với đầu dòng điện lớn 0,5kΩ - Độ phân giải : 12bit (đầu áp) 11 bit (đầu dịng) - Thời