ĐỒ án lập trình plc điều khiển máy bán nước tự động

Chương 1 DAÃN NHAÄP I Ñaët vaán ñeà Töï ñoäng ngaøy caøng ñoùng vai troø quan troïng trong ñôøi soáng vaø coâng nghieäp Ngaøy nay ngaønh töï ñoäng ñaõ phaùt trieån tôùi trình ñoä cao nhôø nhöõng tieán boä cuûa lyù thuyeát ñieàu khieån töï ñoäng, cuûa nhöõng ngaønh khaùc nhö ñieän töû, tin hoïc, Nhieàu heä thoáng ñieàu khieån ñaõ ra ñôøi, nhöng phaùt trieån maïnh vaø coù khaû naêng phuïc vuï roäng laø boä ñieàu khieån PLC Sôû dó nhö theá, do boä PLC coù nhieàu öu ñieåm noåi baäc so nhöõng boä ñie.

Chương 1: DẪN NHẬP I Đặt vấn đề Tự động ngày đóng vai trò quan trọng đời sống công nghiệp Ngày ngành tự động phát triển tới trình độ cao nhờ tiến lý thuyết điều khiển tự động, ngành khác điện tử, tin học, … Nhiều hệ thống điều khiển đời, phát triển mạnh có khả phục vụ rộng điều khiển PLC Sở dó thế, PLC có nhiều ưu điểm bậc so điều khiển khác :  Đơn giản, dể dàng thay đổi, lập trình  Tin cậy môi trường công nghiệp  Cạnh tranh giá thành với diều khiển khác Cuối thập niên 60 xuất khái niệm PLC phát triển nhanh Năm 1974 PLC sử dụng nhiều xử lý : mạch định thời, đếm, dung lượng nhớ đến 12KB có 1024 điểm nhập xuất Năm 1976 giới thiệu hệ thống đưa tín hiệu vào từ xa Năm 1977 PLC dùng đến vi xử lý Năm1980 phát triển khối nhập xuất thông minh nâng cao điều khiển thuận lợi qua viễn thông, nâng cao việc phát triển phần mềm, dùng máy tính cá nhân lập trình Đến năm 1985 thành lập mạng PLC Riêng nước ta tới hành rào thuế quan khu vực loại bỏ, kinh tế mở cửa hợp tác với nước Trước tình hình đó, công nghiệp gặp không khó khăn nhiều dây chuyền có công nghệ lạc hậu Để có chổ đứng mạnh thương trường, nhà nước đặc biệt trọng đến ứng dụng phát triển tự động sản xuất, nhằm nâng cao suất, chất lượng sản phẩm hạ giá thành Một phương án tốt sử dụng rộng thay hệ thống điếu khiển PLC Để phát triển mạnh nữa, nhiệm vụ đặt hàng đầu đào tạo chuyên gia tự động điều khiển nói chung PLC nói riêng Là kỹ sư điện công nghiệp, công việc gắn liền với điều khiển, vận hành hệ thống sản xuất Như vậy, hiểu biết PLC tạo nhiều thuận lợi để làm việc tốt Khi ngồi ghế nhà trường, việc tìm hiểu, nghiên cứu để nắm vững phương pháp lập trình PLC có ý nghóa điều kiện tốt học hỏi, tích lũy kinh nghiệm II Giới hạn đề tài Do hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo nhiều điều kiện khách quan khác nhau, nên đề tài nghiên cứu nội dung sau :  Thiết lập lưu đồ điều khiển  Lập trình điều khiển PLC SIMATIC S7-200 CPU 214  Xây dựng mô hình điều khiển  Kết nối PLC với mô hình Nhưng nội dung trọng tâm phần lập trình III Mục đích nghiên cứu Qua thời gian dài nghiên cứu lý thuyết PLC tập lệnh SIMATIC S7-200, thân nhận thấy cần học hỏi nhiều phương pháp lệnh trình, kinh nghiệm khắc phục cố chạy chương trình Với đề tài tốt nghiệp điều kiện tốt giúp ích nhiều trình học hỏi Mục đích nghiên cứu để làm quen với thực tế, thấy mối quan hệ lý thuyếùt thực tiễn.”Lập trình PLC điều khiển máy bán nước tự động” điều quan trọng cần rút sau trình thực cách thức trình tự giải vấn đề đặt trước phương pháp lập trình thấy khả ứng dụng PLC công nghiệp Chương 2: GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 I Tổng quát PLC Giới thiệu PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller , thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối ( điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau :  học  Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa  Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp  nghiệp Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công  Giao tiếp với thiết bị thông minh khác : máy tính , nối mạng , môi Modul mở rộng  Giá cá thể cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian Tuy nhiên ,bên cạnh việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dể dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá … Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm , định thời , ghi dịch … sau chức làm toán máy lớùn … Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực viêïc điều khiểûn dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức qui trình công nghệ , ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dể dàng mà không cần can thiệp vật lý so với dây nối hay Relay Cấu trúc , nguyên lý hoạt động PLC a Cấu trúc Tất PLC có thành phần : Một nhớ chương trình RAM bên ( mở rộng thêm số nhớ EPROM ) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Modul vào /ra Bên cạnh đó, PLC hoàn chỉnh kèm thêm môït đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình đơn vị xách tay , RAM thường loại CMOS có pin dự phòng, chương trình kiểm tra sẳn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … b Nguyên lý hoạt động PLC  Đơn vị xử lý trung tâm CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ, sau thực thứ tự lệnh chương trình , đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Và toàn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ  Hệ thống bus Hệ thống Bus tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song : Address Bus : Bus địa dùng để truyền địa đến Modul khác Data Bus : Bus dùng để truyền liệu Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền tín hiệu định điểu khiển đồng hoạt động PLC Trong PLC số liệu trao đổi vi xử lý modul vào thông qua Data Bus Address Bus Data Bus gồm đường, thời điểm cho phép truyền bit byte cách đồng thời hay song song Nếu môït modul đầu vào nhận địa Address Bus , chuyển tất trạnh thái đầu vào vào Data Bus Nếu địa byte đầu xuất Address Bus, modul đầu tương ứng nhận liệu từ Data bus Control Bus chuyển tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động PLC Các địa số liệu chuyển lên Bus tương ứng thời gian hạn chế Hêï thống Bus làm nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, nhớ I/O Bên cạch đó, CPU cung cấp xung Clock có tần số từ 18 MHZ Xung định tốc độ hoạt động PLC cung cấp yếu tố định thời, đồng hồ hệ thống  Bộ nhớ PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp : Làm định thời cho kênh trạng thái I/O Làm đệm trạng thái chức PLC định thời, đếm, ghi Relay Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ, tất vị trí nhớ đánh số, số địa nhớ Địa ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Bộ vi xử lý giá trị đếm lên trước xử lý lệnh Với địa , nội dung ô nhớ tương ứng xuất đấu ra, trình gọi trình đọc Bộ nhớ bên PLC tạo bỡi vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng RAM (Random Access Memory ) nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn điện nuôi bị Để tránh tình trạng PLC trang bị pin khô, có khả cung cấp lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Khuynh hướng dùng CMOSRAM nhờ khả tiêu thụ thấp tuổi thọ lớn EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) nhớ mà người sử dụng bình thường đọc không ghi nội dung vào Nội dung EPROM không bị mất nguồn , gắn sẵn máy , nhà sản xuất nạp chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng nhớ dùng thêm EPROM gắn bên PLC Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi xóa EPROM Môi trường ghi liệu thứ ba đóa cứng hoạc đóa mềm, sử dụng máy lập trình Đóa cứng hoăïc đóa mềm có dung lượng lớn nên thường dùng để lưu chương trình lớn thời gian dài Kích thước nhớ :  Các PLC loại nhỏ chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo  Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả chứa từ 2000 ÷16000 dòng lệnh Ngoài cho phép gắn thêm nhớ mở rộng RAM , EPROM  Các ngỏ vào I / O Các đường tín hiệu từ cảm biến nối vào modul ( đầu vào PLC ) , cấu chấp hành nối với modul ( đầu PLC ) Hầu hết PLC có điện áp hoạt động bên 5V , tín hiêïu xử lý 12/24VDC 100/240VAC Mỗi đơn vị I / O có địa chỉ, hiển thị trạng thái kênh I / O cung cấp bỡi đèn LED PLC , điều làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng đơn giản Bộ xử lý đọc xác định trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực việc đóng hay ngắt mạch đầu Trong STL kết nằm IN Cú pháp lệnh sau: LAD ROR EN IN N STL W OUT RRW IN N f Lệnh ROR_DW Là lệnh quay bít từ kép IN sang phải N lần, N gọi số lần quay Tại lần quay, giá trị logic bít thấp (bít 0) vừa chuyển vào bít báo tràn SM1.1 vừa chuyển vào bít cao (bít 31) từ kép IN Trong LAD kết ghi vào từ OUT Còn STL kết nằm IN Cú pháp dùng lệnh nhö sau: LAD STL ROR EN IN N DW OUT RRD IN N g Lệnh ROL-W: Là lệnh quay bít từ đơn IN sang trái N lần với N số đếm lần quay Tại lần quay, giá trị logic bít cao (bít 15) vừa chuyển vào bít báo tràn SM1.1 vừa ghi lại vào bít thấp từ IN Trong LAD kết ghi vào từ OUT Trong STL kết nằm IN Cú pháp dùng lệnh sau: LAD ROL EN IN N STL W RLW IN OUT N h Lệnh ROL-DW Là lệnh quay bít từ kép IN sang trái N lần, N gọi số đếm lần quay Tại lần quay, giá trị logic bít cao (bít 31) vừa chuyển vào bít báo tràn SM1.1 vừa ghi lại vào bít thấp (bít 0) từ kép IN Trong LAD kết ghi vào từ OUT Trong STL kết nằm IN Cú pháp dùng lệnh sau: LAD ROL EN IN N STL DW RLD IN OUT N Chương 16: Hàm đổi liệu tương ứng ghi nét Hàm SEG chuyển đổi số nguyên hệ số Hexa khoảng  F sang thành giá trị bit tương ứng ghi nét Hàm SEG lập giá trị bit ghi nét tương ứng với nội dung bit thấp byte đấu vào IN Kết ghi cào byte đầu OUT Sơ đồ bit ghi nét Thanh ghi nét S ố ngu yên d c g b 1 1 1 0 g 0 b c e 1 1 a f 1 1 1 0 e a 0 f d 1 1 1 1 1 1 0 1 F 1 1 1 E 0 1 0 D 1 1 1 C 1 1 B 0 1 A 1 0 1 1 0 0 LAD 1 1 STL Toán hạng IN SEG EN IN OUT ENC O IN OUT (Byte) :VB, IB, QB, MB, SMB, AC, *VD, *AC, số OUT(byte): VB, IB, QB, MB, SMB, AC, *VD, *AC 3.15 Đồng hồ thời gian thực Đồng hồ tời gian thực có CPU 214 Để làm việc với đồng hồ thời gian thực CPU 214 cung cấp hai lệnh đọc ghi giá trị cho đồng hồ Những giá trị đọc ghi với đồng hồ thời gian thực giá trị ngày, thánh , năm , giá trị , phúc , giây Các liệu đọc , ghi với đồng hồ thời gian thực LAD STL có độ dài byte phải mã hóa theo kiểu số nhị phân BCD B yte Năm ( 99) B yte Tháng(0 12) B yte Ngày (0 31) B yte Giờ (0 23) B yte Phuùc (0  59) B yte Giaây (0 59) B yte B yte ngày tuần Các liệu hợp lệ là: N ă m T há ng ( y y) gaø y ( m m)  9 N iờ hút hh) (  23 G iaây m m) dd)  31 P ( (  12 G ( ss)  59  59 Riêng giá trị ngày tuần số tương ứng với nội dung nibble(4 bit) thấp byte theo kiểu : C T h ù h a i h u û n h a ät T T h ö ù t ö h ö ù m a ù y T T h ö ù n a ê m h ö ù s a ù u T h ö ù b a û y b i e n a ù p READ_RTC (LAD) TODR (STL) Lệnh đọc nội dung đồng hồ thời gian thực với đệm byte thị lệnh toán hạng T SET_RTC (LAD) TODW (STL ) Lệnh ghi nội đệm byte thị lệnh toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực Cú pháp sử dụng lệnh đọc, ghi liệu với đồng hồ thời gian thực LAD , STL: LAD ST L READ RTC EN T ODR T T SET EN RTC T ODW T Toán hạng T(byte) : VB , IB , QB , MB , SMB , *VD , *AC T Tuyệt đối không sử dụng lệnh TODR lệnh TODW đồng thời vừa chương trình chính, vừa chương trình xử lý ngắt Khi lệnh TODR hay TODW thực , gọi chương trình xử lý ngắt , lệnh việc với đồng hồ thời gian thực chương trình xử lý ngắt không thục Bit SM4.5 có logic nhõng trường hợp Chương 17: MÔ HÌNH MÁY BÁN NƯỚC TỰ ĐỘNG I Giới thiệu mô hình Do hạn chế thời gian trọng tâm đề tài viết chương trình điều khiển PLC, nên mô hình giới thiệu đề tài mô hình điều khiển Những cảm biến : cảm biến tiền , cảm biến nước bình chứa, cảm biến ly cảm biến đầy ly thay công tắc Mô hình có hệ thống Led hiển thị nước bình chứa, hiển thị nước chảy vào ly hiển thị dòng chữ thông báo Mô hình vẽ phụ lục II Yêu cầu công nghệ Hiện với công nghệ điện tử phát triển cao, người chế tạo nhiều loại máy phục vụ nhu cầu sinh hoạt sống Gần thị trường xuất máy bán nước tự động Với góp mặt loại máy người có thêm khoảng thời gian để nghiên cứu khoa học hay làm công tác xã hội Máy bán nước có yêu cầu công nghệ đặt sau: Mọi hoạt động máy bắt đầu hay dừng thông qua nút nhấn ‘ON / OFF’ Sau nhấn nút ‘ON /OFF’ máy yêu cầu nạp tiền vào Nhấn nút ‘NẠP TIỀN XONG’ để kết thúc chế độ nạp tiền máy tự động kết thúc chế độ số tiền nạp vào đến đồng Người mua chọn loại nước ; nhận lại tiền thối hay nạp tiếp tiền số tiền chưa đến đồng Khi chọn loại nước mà tiền máy nhỏ giá nước vừa chọn máy yêu cầu nạp tiếp cho đủ tiền Lúc ta chọn loại nước khác hay tiếp tiền nhận lại tiền thối Nếu máy hết ly máy thông báo ly hết, đợi cung cấp ly nhận lại tiền thối kết thúc mua Nếu loại nước chọn hết, máy báo hết nước, ta đợi cung cấp nước chọn loại nước khác nhận lại tiền thối Khi tiền, ly, nước thỏa mãn điều kiện, máy báo loại nước vừa chọn kèm theo giá, van bình chứa mở nước chảy vào ly Khi đầy ly van đóng lại, máy cho biết số tiền lại Lấy ly nước cho phép mua III Cấu trúc mô hình Cấu trúc bên mô hình phần sau :  Bộ nguồn  Mạch tạo xung clock  Mạch hiển thị nước chảy vào ly  Mạch giải mã truy xuất Led đoạn Bộ nguồn Bộ nguồn gồm có:  Máy biến áp 220/6(/9/12/24)V  Bộ chỉnh lưu  Mạch lọc  Ổn áp DIODE DIODE 2200uF 220 VAC 1000uF DIODE DIODE 7805 +5v 1000uF GND  Biến áp: Tỉ lệ biến áp: n = Vo / VI = W2 / W1 W1:số vòng dây cuộn sơ cấp W2:số vòng dây cuộn thứ cấp  Cầu chỉnh lưu – lọc: Cầu chỉnh lưu toàn kỳ biến điện áp vào AC thành điện áp ĐỘNG CƠ Lọc sau cầu chỉnh lưu làm giảm tín hiêïu nhiễu, sang điện áp  Ổn áp : Sử dụng IC 7805 ổn áp +5V Khi Vin = Vout +3v IC làm việc tốt Như cần điện áp 5V điện áp vào phải 8V Nếu Vin< 8V điện áp không Nếu Vin >8V điện áp ổn định công suất chịu đựnggiảm IC nóng Chú ý: Khi sử dụng IC ổn áp nên gắn nhôm giải nhiệt cho IC để nâng cao công suất cung cấp cho tải Mạch tạo xung clock +5v 2.2k 1k 555 100uF 1uF Mạch tạo xuung clock hay gọi mạch dao động đa hài bất ổn (Astable) Vout Ton Toff t Ton = (R1 +R2).C.Ln2 = 0,693.C.(R1 +R2) Toff = R2.C.Ln2 = 0,693.C R2 Chu kyø làm việc: T = Ton + Toff = 0,693.C.(R1 +2R2) Tần số xung clock: +2R2) f = / T = / 0,693.C.(R1 = 4,5 Hz Mạch hiển thị nước chảy vào ly 5v +V Q1.1 7404 1k +5v 74F164 Dsa Q7 Dsb Q6 Q5 CP Q4 Q3 MR Q2 Q1 Q0 7408 7408 7408 +5v 7404 7408 +5v 74F164 Dsa Q7 Dsb Q6 Q5 CP Q4 Q3 MR Q2 Q1 Q0 +5v 74F164 Dsa Q7 Dsb Q6 Q5 CP Q4 Q3 MR Q2 Q1 Q0 LED1 LED1 1k 1uF Q2.7 Khi Q1.1 = [0] : maïch hoaït động, Led sáng lần lược tắt hết mạch hoạt động liên tục Khi Q1.1 = [1] : Mạch xung clock vào, ngừng hoạt động Khi Q2.7 = [0] : Reset mạch Mạch giải mã truy xuất Led đoạn +5v 1k 1k 1k 1k 74138 Q0.7 Q0.6 Q0.5 Q1.0 A2 A1 A0 +5v E3 E2 E1 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 13 12 11 10 74138 A2 A1 A0 E3 E2 E1 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 Khi Q1.0 = [0]: IC74138 thứ hoạt động Khi Q1.0 = [1]: IC74138 thứ hai hoạt động ... thuyếùt thực tiễn.? ?Lập trình PLC điều khiển máy bán nước tự động? ?? điều quan trọng cần rút sau trình thực cách thức trình tự giải vấn đề đặt trước phương pháp lập trình thấy khả ứng dụng PLC công nghiệp... :  Thiết lập lưu đồ điều khiển  Lập trình điều khiển PLC SIMATIC S7-200 CPU 214  Xây dựng mô hình điều khiển  Kết nối PLC với mô hình Nhưng nội dung trọng tâm phần lập trình III Mục đích... THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 I Tổng quát PLC Giới thiệu PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller , thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển