giao trinh ly thuyet dieu khien logic ths nguyen ba hoi 124 trang 3828

GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC ThS Nguyễn Bá Hội Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách khoa hoinb@ud.edu.vn Giáo trình đầy đủ bao gồm phần: Giáo trình lý thuyết Giáo trình tập lệnh Giáo trình tập nguyen ba hoi Chương Giới thiệu 1.1 PLC 1.2 Thế hệ PLC S7-200 1.3 Thuật ngữ Chương Bắt đầu với S7-200 2.1 Hình dáng bên ngồi 2.2 Các thành viên họ S7-200 2.3 Module mở rộng .10 2.4 Chuẩn bị lập trình .14 Chương Đấu nối S7-200 14 3.1 PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều 14 3.2 PLC sử dụng nguồn nuôi chiều .15 3.3 Bảo vệ đầu PLC 16 3.4 Sơ đồ đấu nối chi tiết .17 Chương Ngôn ngữ lập trình 20 4.1 Statement List (STL) .20 4.2 Ladder Logic (LAD) 20 4.3 Function Block Diagram (FBD) 21 4.4 Phân biệt SIMATIC với IEC 1131-3 .21 Chương Khái niệm, qui ước đặc điểm lập trình 24 5.1 Cấu trúc chương trình 24 5.2 Phân loại lệnh 24 5.2.1 Lệnh 24 5.2.2 Lệnh đặc biệt .24 5.2.3 Lệnh tốc độ cao 25 5.3 Qui ước 25 5.4 Ký hiệu 25 5.4.1 Contact 25 5.4.2 Coil 25 5.4.3 Box 25 5.5 Bài toán AND, OR 25 5.6 Trạng thái chương trình .26 5.7 Forcing 26 5.8 Bài toán logic tổng quát 27 Chương STEP7-MicroWIN 31 6.1 Giao tiếp máy tính PLC S7-200 (b2) 31 6.1.1 Đặt cấu hình cho cáp PC/PPI 31 6.1.2 Đặt cấu hình truyền thơng cho CPU S7-200 32 6.2 Cách thức S7-200 lưu phục hồi liệu (b6) 32 6.2.1 Download Upload 33 6.2.2 Lưu trữ vùng nhớ M nguồn .33 6.2.3 Phục hồi liệu có nguồn trở lại 33 6.3 Mật (b6) 34 6.4 Gỡ rối (Debug) (b6) .34 6.5 Thông báo xử lý lỗi (Troubleshooting) (b6) .35 Chương I/O 36 7.1 Vào số (b3) 36 7.1.1 Nối dây chương trình điều khiển .36 7.1.2 Ví dụ điều khiển motor .36 7.1.3 Mở rộng 38 7.2 Vào tương tự (b3) .40 7.2.1 Vào tương tự .40 7.2.2 Ví dụ ứng dụng 40 7.2.3 Ra tương tự 40 Trang nguyen ba hoi 7.3 I/O cục mở rộng (b3) 40 7.4 Lọc đầu vào số (b3) 41 7.5 Lọc đầu vào tương tự (b3) 41 7.6 Bắt xung vào (b3) 42 7.7 Bảng đầu (b3) .42 7.8 Vào tốc độ cao (b5) 43 7.8.1 HSC 43 7.8.2 PTO 44 7.8.3 PWM 44 7.9 Đinh chỉnh tương tự (b5) .44 Chương Vòng quét 45 Chương Bộ nhớ liệu cách định địa 48 9.1 Định địa trực tiếp 48 9.1.1 Vùng ảnh đầu vào I .48 9.1.2 Vùng ảnh đầu Q 49 9.1.3 Vùng nhớ biến V 49 9.1.4 Vùng nhớ bit M .49 9.1.5 Vùng nhớ rơ le điều khiển S .49 9.1.6 Vùng bit đặc biệt SM 49 9.1.7 Vùng nhớ cục L 50 9.1.8 Vùng định thời T 50 9.1.9 Vùng đếm C 51 9.1.10 Vùng đầu vào tương tự AI 51 9.1.11 Vùng đầu tương tự AQ .51 9.1.12 Các accumulator AC 52 9.1.13 Các đếm tốc độ cao HC 52 9.1.14 Các số 52 9.2 Định địa gián tiếp 53 9.3 Không gian địa vùng nhớ 54 9.4 Bảo toàn liệu .55 Chương 10 Timer Counter 57 10.1 Các loại timer (b3) 57 10.2 TON (b3) 57 10.3 TONR (b4) 58 10.4 TOFF (b4) 59 10.5 Bài tập Timer (b4) 60 10.6 Chú ý dùng Timer với độ phân giải khác (b4) .60 10.7 Counter (b5) 60 10.8 Counter tốc độ cao (b5) 60 Chương 11 Giải tốn có cấu trúc 62 11.1 GBT giản đồ thời gian (Timing diagram) .62 11.2 GBT lưu đồ (flowchart) bit (sequence bits) .62 11.3 GBT sơ đồ trạng thái (state diagram) 62 11.4 Các lệnh lại tập lệnh 62 Chương 12 Ngắt 63 Chương 13 PID, Freeport 65 13.1 PID 65 13.2 Freeport 65 Chương 14 Các phương thức truyền thông 66 14.1 PPI 67 14.2 MPI 67 14.3 PROFIBUS .67 Trang nguyen ba hoi Chương Giới thiệu 1.1 PLC PLC (Programmable Logic Controllers) điều khiển lập trình Chúng ứng dụng rộng rãi công nghiệp hay thương mại PLC theo dõi trạng thái ngõ vào, định theo chương trình định sẵn xuất tín hiệu điều khiển ngõ để tự động hóa q trình (process) hay máy móc (machine) Hoạt động PLC Ưu điểm PLC so với đấu dây túy · · · · · Kích cỡ nhỏ Thay đổi thiết kế dễ nhanh có yêu cầu Có chức chẩn đốn lỗi ghi đè Các ứng dụng dẫn chứng tài liệu Các ứng dụng nhân nhanh chóng thuận tiện 1.2 Thế hệ PLC S7-200 S7-200 PLC thuộc họ Micro Automation hãng SIEMENS, điều khiển hàng loạt ứng dụng khác tự động hoá Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả mở rộng, giá rẻ tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S7-200 lời giải hồn hảo cho tốn tự động vừa nhỏ PLC S7-200 cho phép tự động hoá tối đa với chi phí tối thiểu - Cài đặt, lập trình vận hành đơn giản - Các CPU sử dụng mạng, hệ thống phân tán sử dụng đơn lẻ - Có khả tích hợp quy mô lớn - Ứng dụng cho điều khiển đơn giản phức tạp - Truyền thông mạnh (PPI, Profibus-DP, ASTrang nguyen ba hoi i) 1.3 Thuật ngữ Cảm biến Thiết bị chấp hành CPU, RAM, ROM, Firmware Ngõ vào rời rạc Ngõ rời rạc Ngõ vào tương tự Ngõ tương tự Trang nguyen ba hoi Chương Bắt đầu với S7-200 2.1 Hình dáng bên Chỉ thị trạng thái Đánh số ngõ vào Chuyển chế độ hiệu chỉnh tương tự Cartridge Trang nguyen ba hoi Input Simulator Removable Terminal Strip 2.2 Các thành viên họ S7-200 Trang nguyen ba hoi Trang nguyen ba hoi Trang nguyen ba hoi 2.3 Module mở rộng Lắp đặt CPU module Trang 10 nguyen ba hoi Trang 11 nguyen ba hoi Trang 12 nguyen ba hoi Trang 13 nguyen ba hoi 2.4 Chuẩn bị lập trình · PLC S7-200 CPU từ 221 đến 226XM · Máy tính (PC PG) · Phần mềm lập trình STEP7MicroWin · Cáp truyền thông PC/PPI Chương Đấu nối S7-200 3.1 PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều [a] Công tắc ngắt nguồn cho CPU, toàn mạch vào PLC [b] Thiết bị chống dòng cho CPU, mạch vào Có thể sử dụng cầu chì riêng cho phần (CPU, mạch vào, mạch ra) để bảo vệ tốt [c] Bảo vệ dòng cho mạch vào không cần thiết đầu vào sử dụng nguồn 24VDC PLC cung cấp Nguồn (gọi nguồn cảm biến) thiết kế chống ngắn mạch Trang 14 nguyen ba hoi [d] Nối đầu đấu mát PLC vào điểm nối đất gần để chống nhiễu Tất đầu đấu mát hệ thống nên đấu vào điểm Tốt nên sử dụng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm( [e] Nguồn 24VDC PLC cung cấp (nguồn cảm biến) sử dụng cho mạch đầu vào [f] Nguồn 24VDC PLC cung cấp (nguồn cảm biến) sử dụng cho mạch đầu vào mở rộng [g] Nguồn 24VDC PLC cung cấp (nguồn cảm biến) sử dụng ni module mở rộng (Nguồn cảm biến thiết kế chống ngắn mạch.) [h] Trong đa số trường hợp, nối đất đầu M nguồn cảm biến 24VDC cách chống nhiễu tốt 3.2 PLC sử dụng nguồn nuôi chiều [a] Cơng tắc ngắt nguồn cho CPU, tồn mạch vào PLC [b] Thiết bị bảo vệ dòng cho CPU [c] Thiết bị bảo vệ dòng cho mạch vào [d] Thiết bị bảo vệ dòng cho mạch [e] Cần đảm bảo nguồn chiều có đủ độ “cứng” cần thiết trường hợp tải thay đổi (đóng ngắt đầu ra) Nếu cần phải đấu thêm tụ điện [f] Trong đa số trường hợp, nối đất đầu âm tất nguồn 24VDC cách chống nhiễu tốt [g] Điện trở cho phép dòng điện rị chạy qua để chống tượng tích điện tĩnh (thường có giá trị khoảng 1M() Tụ điện chống nhiễu hài bậc cao (thường có giá trị khoảng 4700 pF) Trang 15 nguyen ba hoi [h] Nối đầu đấu mát PLC vào điểm nối đất gần để chống nhiễu Tất đầu đấu mát hệ thống nên đấu vào điểm Tốt nên sử dụng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm( Chỉ sử dụng nguồn cung cấp 24VDC có cách điện tốt với lưới điện xoay chiều với nguồn điện khác 3.3 Bảo vệ đầu PLC § Bảo vệ đầu 24V chiều (Transistors) § Bảo vệ rơ le đóng ngắt dịng điện chiều § Bảo vệ rơ le đóng ngắt dịng điện xoay chiều Trang 16 nguyen ba hoi 3.4 Sơ đồ đấu nối chi tiết Trang 17 nguyen ba hoi Trang 18 nguyen ba hoi Trang 19 nguyen ba hoi Chương Ngơn ngữ lập trình Có 03 ngơn ngữ lập trình thơng dụng cho PLC, (ta tạm dùng chữ “ngơn ngữ” để mơi trường (editor) lập trình cho PLC) 03 ngơn ngữ thơng dụng là: Statement List (STL), Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD) Với S7-200, ngơn ngữ sử dụng tập lệnh SIMATIC hay tập lệnh theo chuẩn IEC 1131-3, riêng STL sử dụng tập lệnh SIMATIC 4.1 Statement List (STL) STL cho phép tạo chương trình cách viết câu lệnh, khác với hai ngôn ngữ dạng đồ họa Chính STL viết chương trình mà hai ngơn ngữ cịn lại khơng viết được, sát với ngơn ngữ máy hơn, không bị giới hạn qui tắc đồ họa STL thường dành cho lập trình viên giàu kinh nghiệm STL có nhiều nét tương tự ngơn ngữ lập trình Assembler Một khái niệm quan trọng STL Ngăn xếp (Stack), khái niệm LAD FBD Ngăn xếp STL kích thước nhỏ nhiều so với khái niệm ngăn xếp Assembler, bao gồm 09 bits Tuy nhiên lại đóng vai trị lớn hơn, ảnh hưởng tới thực hầu hết lệnh lệnh tác động tới nội dung ngăn xếp STL thường dành cho lập trình viên giàu kinh nghiệm; STL giải số vấn đề giải dễ dàng LAD FBD; STL sử dụng với tập lệnh SIMATIC; Mọi chương trình viết LAD hay FBD chuyển xem sửa STL khơng phải tất chương trình viết STL xem LAD FBD 4.2 Ladder Logic (LAD) Một chương trình viết LAD giống với sơ đồ điện, nhiều người lựa chọn lập trình cho PLC nói chung Chương trình thường chia thành nhiều phần nhỏ, dễ hiểu tương đối độc lập gọi “network” Những thành phần chương trình LAD tiếp điểm (contacts) - đại diện cho đầu vào nút bấm, tiếp điểm, điều kiện, cuộn dây (coils) - đại Trang 20 ... Cartridge Trang nguyen ba hoi Input Simulator Removable Terminal Strip 2.2 Các thành viên họ S7-200 Trang nguyen ba hoi Trang nguyen ba hoi Trang nguyen ba hoi 2.3 Module mở rộng Lắp đặt CPU module Trang. .. vệ rơ le đóng ngắt dịng điện xoay chiều Trang 16 nguyen ba hoi 3.4 Sơ đồ đấu nối chi tiết Trang 17 nguyen ba hoi Trang 18 nguyen ba hoi Trang 19 nguyen ba hoi Chương Ngơn ngữ lập trình Có 03 ngơn... nguyen ba hoi 2.3 Module mở rộng Lắp đặt CPU module Trang 10 nguyen ba hoi Trang 11 nguyen ba hoi Trang 12 nguyen ba hoi Trang 13 nguyen ba hoi 2.4 Chuẩn bị lập trình · PLC S7-200 CPU từ 221 đến 226XM