Giáo trình Mạch điện (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỰ ĐỘNG HĨA GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: PLC CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ ngày .tháng năm 201 Ninh Bình, năm 2019 Ninh Bình, 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lêch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU PLC mô đun chuyên môn mang tính đặc trưng cao thuộc nghề Điện cơng nghiệp Sau học mơ đun này, học viên có đủ kiến thức kỹ để học tập tiếp mô đun PLC nâng cao, Chuyên đề điều khiển lập trình cỡ nhỏ Giáo trình PLC thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cho cấp trình độ Cao đẳng Ngồi ra, giáo trình sử dụng cho đào tạo ngắn hạn làm tài liệu tham khảo cho công nhân kỹ thuật, nhà quản lý người sử dụng nhân lực tham khảo Giáo trình mơ đun triển khai sau mô đun Kỹ thuật số; Lập trình vi điều khiển; Kỹ thuật cảm biến Mơ đun cung cấp kiến thức ngôn ngữ lập trình PLC trang bị kỹ lắp đặt điều khiển lập trình kỹ lập trình giải tốn điều khiển cỡ nhỏ Mô đun thiết kế gồm bài: Bài mở đầu: Giới thiệu chung PLC toán điều khiển Bài 1: Đại cương điều khiển lập trình Bài 2: Các phép tốn nhị phân PLC Bài 3: Các phép toán số PLC Bài 4: Xử lý tín hiệu analog Bài 5: PLC hãng khác Bài 6: Lắp đặt mô hình điều khiển PLC Trong trình biên soạn, thời gian, kinh nghiệm trình độ có hạn nên khó tránh thiếu sót, mong thầy độc giả nhận xét, đánh giá, bổ xung để tài liệu ngày hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! Ninh Bình, ngày tháng năm 20 Tham gia biên soạn Trần Thị Thảo – Chủ biên Mục lục Bài mở đầu: Giới thiệu chung PLC toán điều khiển 1.Giới thiệu chung PLC: 2.Bài toán điều khiển: Bài 1: Đại cƣơng điều khiển lập trình 10 1.Tổng quát PLC 10 1.1.Cấu trúc PLC: 11 1.2 Thiết bị điều khiển lập trình S7-200: 14 Bài 2: Các phép toán nhị phân PLC 21 1.Các liên kết logic: 21 1.1.Các lệnh vào/ra lệnh tiếp điểm đặc biệt: 21 1.2.Các lệnh liên kết logic bản: 23 1.3.Liên kết cổng logic bản: 24 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm: 26 1.1.Lệnh Set (S) Reset (R) PLC S7-200 26 1.2.Các ví dụ ứng dụng dùng nhớ: 27 Timer: 28 3.1 On - delay Timer (TON) 29 3.2 Retentive On-Delay Timer (TONR) 29 Counter 34 4.1 Counter up (CTU) 35 4.2 Counter up – down (CTUD) 35 Bài tập ứng dụng: 36 Bài Các phép toán số PLC 37 Chức truyền dẫn 37 1.1 Truyền Byte, Word, Doubleword: 37 1.2 Truyền vùng nhớ liệu 39 Chức so sánh 40 2.1 So sánh Byte 40 2.2 So sánh số nguyên Interger 41 2.3 So sánh số nguyên kép Double Interger (DI) 41 2.4 So sánh số thực Real (R) 42 Chức chuyển đổi (Converter) 42 3.1 Chuyển đổi Byte sang Integer 42 3.2 Chuyển đổi Integer sang Byte 43 3.3 Chuyển đổi Integer sang Double Integer 43 3.4 Chuyển đổi Double Integer sang Integer 43 3.5 Chuyển đổi Double Integer sang Real 44 3.6 Chuyển đổi số BCD_I I_BCD 44 Chức dịch chuyển 45 4.1 Dịch Byte 45 4.2 Dịch WORD 45 4.3 Dịch Double Word 46 Chức toán học 47 5.1 Phép cộng trừ (ADD SUB) 47 5.2 Phép nhân chia (MUL DIV) 49 5.3 Phép lấy bậc hai (SQRT) 51 Đồng hồ thời gian thực 52 6.1 Lệnh đọc thời gian thực Read_RTC 52 6.2 Lệnh set thời gian thực Set_R: 52 Bài 4: Xử lý tín hiệu analog 52 Tín hiệu Analog 53 Biểu diễn giá trị Analog 54 Kết nối ngõ vào/ra Analog 55 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog 58 Giới thiệu module Analog PLC S7-200 59 5.1 Module analog EM235 59 5.2 Đọc tín hiệu Analog 61 Bài 5: PLC hãng khác 62 1.PLC hãng Omron: 62 1.1 Cấu trúc PLC Ômron 62 1.2 Các lệnh PLC OMRON 67 PLC hãng siemens S7-300: Bài 6: Một số ứng dụng lập trình điều khiển PLC 92 1.Lập trình điều khiển động có đảo chiều quay 93 2.Lập trình điều khiển hệ thống cân cấp liệu 96 Lập trình điều khiển đếm sản phẩm 98 Lập trình điều khiển đèn giao thông 100 Lập trình điều khiển xe chuyển nhiên liệu 101 6.Lập trình điều khiển trộn liệu 109 Lập trình điều khiển cầu trục 112 Lập trình điều khiển hệ thống nâng hàng 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 127 MƠ ĐUN: PLC CƠ BẢN Mã mơn học: MĐ26 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy cuối chương trình sau học xong môn chuyên môn điện tử công suát, Vi xử lý, trang bị điện - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm lập trình cỡ nhỏ khác + Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển lập trình PLC + Trình bày phương pháp kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi - Về kỹ năng: + Thực số toán ứng dụng đơn giản công nghiệp + Kết nối thành thạo phần cứng PLC - PC với thiết bị ngoại vi + Viết chương trình số tốn ứng dụng đơn giản cơng nghiệp + Phân tích số chương trình đơn giản, phát lỗi sửa chữa khắc phục - Về lực tự chủ chịu trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, tác phong công nghiệp Nội dung mô đun: Số TT Tên mô đun Tổng số aBài mở đầu Giới thiệu chung PLC toán điều khiển Giới thiệu chung PLC Bài toán điều khiển 2Bài 1: Đại cƣơng điều khiển lập trình 1.Tổng quát PLC Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi Cài đặt sử dụng phần mềm Step7-MicroWin Thời gian (giờ) Trong Thực hành/ thực Lý tập/thí nghiệm/ thuyết tập/thảo luận 1 1 1 1 1 Kiểm tra 3Bài 2: Các phép toán nhị phân PLC Các liên kết logic Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm Timer Couter Bài tập ứng dụng Kiểm tra aBài 3: Các phép toán số PLC Chức truyền dẫn Chức so sánh Chức chuyển đổi (Converter) Chức toán học Đồng hồ thời gian thực Kiểm tra định kỳ 5Bài 4: Bộ xử lý tín hiệu Analog Tín hiệu Analog Biểu diễn giá trị Analog Kết nối ngõ vào-ra Analog Hiệu chỉnh tín hiệu Analog Giới thiệu module analog PLC S7-200 5Bài 5: PLC hãng khác PLC hãng Omron PLC hãng Siemens( PLC S7-300) 6Bài 6: Lập trình điều khiển PLC Lập trình điều khiển động có đảo chiều quay Lập trình điều khiển hệ thống cân cấp liệu Lập trình điều khiển đếm sản phẩm Lập trình điều khiển đèn giao thơng Lập trình điều khiển xe chuyển nhiên liệu Kiểm tra định kỳ Lập trình điều khiển trộn liệu 22 10 1 1 4 10 22 11 2 4 0.5 0.5 2 2 0.5 0.5 0.5 0.5 12 4 54 41 6 6 10 2 2 0.5 0.5 Lập trình điều khiển cầu trục Lập trình điều khiển hệ thống nâng hàng Kiểm tra định kỳ Cộng 10 120 40 72 BÀI MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN Giới thiệu: Ngày khoa học kỹ thuật ngày phát triển Trong xí nghiệp có nhiều hệ thống sản xuất sử dụng điều khiển lập trình Trên giới có nhiều hãng sản xuất điều khiển lập trình khác như: Siemens, Omron, Telemecanique, Allen Bredlay,… Về bản, chúng có tính tương tự, đó, tài liệu đề cập đến loại PLC thông dụng dùng nhiều Việt Nam Modul kỹ thuật điều khiển lập trình (PLC bản) modul chuyên môn học viên ngành sửa chữa thiết bị điện công nghiệp Modul nhằm trang bị cho học viên trường công nhân kỹ thuật, trung cấp cao đẳng, trung tâm dạy nghề kiến thức lĩnh vực điều khiển lập trình, với kiến thức này, học viên áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất đời sống Modul làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật, học viên ngành khác quan tâm đến lĩnh vực Mục tiêu: - Trình bày khái niệm đặc điểm PLC - Phân tích dạng tốn điều khiển giải toán điều khiển - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động sáng tạo Nội dung chính: Giới thiệu chung PLC: Trong năm trở lại ngành tự động hóa (TĐH) góp phần chứng tỏ vai trị, vị bắt đầu vào sống, đặc biệt lĩnh vực sản xuất công nghiệp như: điều khiển nhà máy thủy điện, nhiệt điện, nhà máy chế biến lọc dầu, nhà máy hóa chất Ngồi ra, TĐH cịn áp dụng hầu hết dây chuyền sản xuất tự động, cụ thể sản xuất công nghiệp nhẹ; công nghiệp tàu thủy; công nghiệp chế tạo lắp ráp ô tô, xe máy; khai thác khoáng sản luyện kim; chế tạo máy; lĩnh vực y tế chăm sóc sức khỏe cộng đồng… Cùng với phát triển ngành điện - điện tử - tin học, “Tự động hóa cơng nghiệp” ngày đóng góp phần quan trọng kinh tế Việt Nam Với xuất nhiều tập đoàn tên tuổi lĩnh vực điện, điện tử, tự động làm cho thị trường thiết bị tự động ngày trở nên đa dạng Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) sáng tạo từ ý tưởng ban đầu nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968 Trong năm gần đây, điều khiển lập trình sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp nước ta giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa trình sản xuất Cùng với phát triển cơng nghệ máy tính đến nay, điều khiển lập trình đạt ưu ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC máy tính thu nhỏ với tiêu chuẩn cơng nghiệp cao khả lập trình logic mạnh PLC đầu não quan trọng linh hoạt điều khiển tự động hóa Bài tốn điều khiển: Bài tốn điều khiển dùng rơle điện: Sự bắt đầu cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào năm 60 70, máy móc tự động điều khiển rơle điện từ định thời, tiếp điểm, đếm, relay điện từ Những thiết bị liên kết với để trở thành hệ thống hồn chỉnh vơ số dây điện bố trí chằng chịt bên panel điện (tủ điều khiển) Như vậy, với hệ thống có nhiều trạm làm việc nhiều tín hiệu vào/ra tủ điều khiển lớn Điều dẫn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa hư hỏng phức tạp khó khăn Hơn nữa, rơle tiếp điểm có thay đổi u cầu điều khiển bắt buộc thiết kế lại từ đầu Trong hệ điều khiển rơ le thiết bị hệ thống chia thành khối sau: Khối phần tử đầu vào bao gồm công tắc, công tắc hành trình, nút ấn, cảm biến… Khối điều khiển bao gồm rơ le, cuộn hút, công tắc tơ, rơ le thời gian, đếm… Khối đầu bao gồm động điện, van điện từ, gia nhiệt, hiển thị… Cả ba khối kết nối với theo sơ đồ điều khiển định nhằm điều khiển thiết bị khối đầu hoạt động theo yêu cầu  Bài toán điều khiển dùng PLC: Trong hệ điều khiển PLC thiết bị hệ thống chia thành khối sau: Khối phần tử đầu vào bao gồm công tắc, công tắc hành trình, nút ấn, cảm biến… Khối điều khiển điều khiển PLC Khối đầu bao gồm động điện, van điện từ, gia nhiệt, hiển thị… Cả ba khối kết nối với theo sơ đồ điều khiển vào chương trình điều khiển lập trình PLC nhằm điều khiển thiết bị khối đầu hoạt động theo yêu cầu Trái Cầu trục chạy sang trái Q0.3 Chương trình điều khiển: 113 114 115 116 117 118 Chương trình STL: 119 120 121 122 Lập trình điều khiển hệ thống nâng hàng Thiết bị nâng hàng: 123 Mơ hình thiết bị nâng hàng 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 Yêu cầu: 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 cơng 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” Bảng ký hiệu Ký Địa Chú thích ON OFF S2 S3 S4 S5 Thanh Khởi động hệ thống, thường hở Dừng hệ thống, thường đóng Báo hàng vị trí cuối bàn nâng, thường đóng Giới hạn bàn nâng, thường đóng Cảm bàn nâng, thường đóng Báo hàng cuối bàn lăn Chặn hàng hóa bàn nâng hiệu I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 Q0.0 124 chắn Băng tải Q0.1 Q0.2 Q0.3 Băng tải chuyển hàng Nâng hàng hóa lên Hạ bàn nâng xuống K1 K2 Viết chương trình, kết nối kiểm tra hoạt động theo hai cách: Điều khiển dùng tổ hợp logic Điều khiển trình tự 125 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với Simatic s7_300, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Trung tâm Việt - Đức: Kỹ thuật điều khiển lập trình, Trung tâm Việt - Đức Nguyễn Trọng Thuần : Điều khiển LOGIC ứng dụng, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 2006 Trần Thế San (biên dịch): Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC, NXB Đà Nẵng 2005 Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow: Automaticsieren mit SPS Theorie und Phraxsis, Viweg Siemens: LAD and FBD, fourth edition, siemens Siemens: Workshop to Promote the S7-300 automation platform, Siemens 127 ... tính đặc trưng cao thuộc nghề Điện công nghiệp Sau học mô đun này, học viên có đủ kiến thức kỹ để học tập tiếp mô đun PLC nâng cao, Chuyên đề điều khiển lập trình cỡ nhỏ Giáo trình PLC thiết... thống mơ đun/mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cho cấp trình độ Cao đẳng Ngồi ra, giáo trình sử dụng cho đào tạo ngắn hạn làm tài liệu tham khảo cho công nhân kỹ thuật, nhà quản... hóa q trình sản xuất Cùng với phát triển cơng nghệ máy tính đến nay, điều khiển lập trình đạt ưu ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC máy tính thu nhỏ với tiêu chuẩn công nghiệp cao khả