BÀI 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC

GIỚI THIỆU VỀ PLC

BÀI 1: 1.1 GI I THI U V PLC Gi i thi u Kỹ thuật điều khiển phát triển th i gian lâu Trước việc điều khiển hệ thống ch yếu ngư i thực Gần đây, việc điều khiển thực nh vào ng dụng c a ngành điện, thực việc đóng ngắt tiếp điểm relay Các relay cho phép đóng ngắt cơng suất khơng cần dùng cơng tắc khí Ta thư ng sử dụng relay để tạo nên thao tác điều khiển đóng ngắt logic đơn giản Sự xuất c a máy tính điện tử tạo bước tiến điều khiển – Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC PLC xuất vào năm 1970 nhanh chóng tr thành lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất 1.2 Những u điểm c a nhƠ máy sử d ng PLC - Giảm giá thành hệ thống ph c tạp - Mềm dẽo dễ thay cần thay đổi hệ thống điều khiển - Khả kết hợp với máy tính cho phép điều khiển hệ thống tinh vi - Khả hỗ trợ xử lý cố làm cho việc lập trình dễ dàng nhanh chóng - Kết cấu chắn xác làm cho hệ thống hoạt động ổn định tin cậy 1.3 Logic b c thang Logic bậc thang phương pháp lập trình cho PLC Logic bậc thang phát triển để thay cho việc điều khiển logic relay Do có sơ đồ điều khiển relay nên chọn Logic bậc thang làm phương pháp lập trình cho PLC việc huấn luyện cho kỹ sư ngư i sử dụng giảm nhiều Trang Các hệ thống điều khiển đại ngày cịn sử dụng relay, chúng khơng dùng để tạo m c logic mà hoạt động thiết bị điện từ dùng để đóng m tiếp điểm Các relay dùng để đóng m nguồn điện công suất lớn dựa vào nguồn lượng nhỏ, giữ cách ly nguồn Hệ thống điều khiển đơn giản có sử dụng relay minh họa hình 1.1 Relay bên trái sử dụng tiếp điểm thư ng đóng cho dịng điện qua đến có điện áp cấp vào đầu dây A Relay sử dụng tiếp điểm thư ng h nên khơng cho dịng điện qua đến đầu dây B có điện Nếu dòng điện qua tiếp điểm c a relay A B vào cuộn dây c a relay C đóng tiếp điểm đầu C Trang Hình 1.1: Hệ thống điều khiển dùng relay Mạch điện vẽ lại dạng sơ đồ logic bậc thang bên hình 1.1 Trạng thái logic đọc là: C đóng A m B đóng Hình 1.1 khơng phải tồn hệ thống điều khiển, sơ đồ logic Khi xem xét PLC, sơ đồ logic cịn có ngõ vào/ra Hình 1.2 minh họa sơ đồ logic với ngõ vào,ngõ c a PLC PLC có ngõ vào nút nhấn, giả sử tác động cuộn dây relay bên PLC, làm ngõ relay đóng cấp nguồn 115VAC cho đèn sáng L u Ủ: Các PLC thực tế, ngõ vào không sử dụng relay, ngõ sử dụng relay Logic bậc thang PLC thư ng chương trình ngư i dùng viết hiệu chỉnh máy tính Cả ngõ vào PLC nút nhấn thư ng h , logic bậc thang bên PLC sử dụng thư ng đóng thư ng h , không thiết logic bậc thang phải phù hợp với trạng thái ngõ vào/ Trang Hình 1.2: PLC có sử dụng relay Một số relay có nhiều ngõ nên sử dụng ngõ relay ngõ vào t c th i, tạo thành mạch trì hình 1.3 Hình 1.3: Mạch trì ngõ Trang Trong mạch này, dịng điện chạy qua nhánh công tắc A B Ngõ vào B đóng ngõ B có điện Nếu B điện, đóng ngõ vào A B có điện, làm ngõ vào B đóng Khi cho dù ngõ vào A m B có điện nh ngõ vào B trì Sau ngõ vào B đóng khơng thể tắt điện B 1.4 L p trình Lập trình thuật ngữ dùng để nói đến việc ngư i sử dụng ngôn ngữ mà PLC hiểu để giao tiếp với nó, điều khiển hoạt động theo ý đồ mà ngư i lập trình đề nhằm đáp ng yêu cầu thực tiễn Các PLC trước lập trình kỹ thuật sử dụng sơ đồ nối dây relay Do khơng cần phải hướng dẫn nhiều cho thợ điện, kỹ thuật viên, kỹ sư cách lập trình máy tính, nên kỹ thuật lập trình thơng dụng cho PLC ngày Xét ví dụ hình 1.4 Hình 1.4: Sơ đồ logic bậc thang đơn giản Giả sử nguồn nối với đư ng dây bên trái HOT, gọi dây nóng, bên phải dây trung tính Sơ đồ có nhánh, nhánh tổ hợp ngõ vào ngõ Trang Nếu ngõ vào đóng m cơng suất chạy từ dây nóng qua ngõ vào, kết hợp với dây trung tính cấp điện cho ngõ Ngõ vào PLC kết nối với cảm biến công tắc Ngõ PLC nối với thiết bị trung gian đóng ngắt tải bên ngồi đèn, động Trong nhánh trên, cơng tắc A thư ng h B thư ng đóng, nghĩa A đóng B m dịng điện chạy qua công tắc A B tác động đến ngõ X, trạng thái khác c a A B làm X điện Tương tự ngư i đọc giải thích tương tự cho hoạt động c a nhánh bên Có nhiều phương pháp lập trình khác cho PLC Một kỹ thuật sử dụng lệnh gợi nhớ Các lệnh xuất phát trực tiếp từ sơ đồ logic bậc thang nhập vào PLC thiết bị lập trình Trong ví dụ hình 1.5, lệnh đọc từ xuống Dịng 00000 có lệnh LDN (input load not) cho ngõ vào 00001 Lệnh xác định ngõ vào nối với PLC, m tạo giá trị 1, ngược lại tạo giá trị Dòng 00001 sử dụng lệnh LD (input load) để xác định giá trị ngõ vào, ngõ vào m tạo giá trị ngược lại tạo giá trị Lênh AND sử dụng lại số tạo bên trên, chúng tạo giá trị 1, cịn có ngõ vào tạo giá trị Giá trị thay cho kết lúc kết c a lệnh AND giữ lại Quá trình lặp lại với hàng 00003 00004, sau thực xong có số lưu lại Lệnh AND hàng 00005 AND kết c a hàng 00003 00004, tạo kết Lệnh OR hàng 00006 OR kết c a lệnh AND hàng Lúc kết lưu lại Trang Lệnh ST (store ouput) hàng 00007 lưu lại kết sau Nếu kết ngõ 00107 tác động, nguợc lại ngõ khơng tác động Chương trình logic bậc thang hình 1.5 tương đương với chương trình gợi nhớ vừa phân tích Thậm chí ta lập trình cho PLC logic bậc thang chuyển dạng gợi nhớ trước PLC sử dụng Hình 1.5: Chương trình gợi nhớ Sơ đồ logic bậc thang tương đương 1.5 K t n i PLC Khi sử dụng PLC để điều khiển q trình đó, ta sử dụng cảm biến nối với ngõ vào PLC, ngõ PLC điều khiển thiết bị chấp hành, hình 1.6 Trang Hình 1.6: Kết nối PLC Đây trình xử lý thực, thay đổi liên tục theo th i gian Các thiết bị chấp hành làm hệ thống thay đổi sang trạng thái mới, có nghĩa hệ thống giới hạn điều khiển b i cảm biến đầu vào Nếu ngõ vào khơng tác động điều khiển khơng thể nhận biết trạng thái hệ thống Vòng điều khiển chu kỳ liên tục c a PLC(Chu kỳ quét c a PLC), gồm việc đọc liệu đầu vào, thực logic bậc thang làm thay đổi ngõ theo ngõ vào Ví d : Vẽ sơ đồ điều khiển relay sử dụng công tắc điều khiển bóng đèn Cách 1: Cách 2: Trang BÀI 2: 2.1 C U TRÚC VÀ HO T Đ NG C A PLC C u trúc phần cứng c a PLC PLC có nhiều hãng sản xuất, nhiều loại nhiều cấu hình khác Tuy nhiên, dù c a hãng nào, loại nào, cấu hình chúng có chung thành phần sau: Hình 2.1: Cấu trúc tổng quát c a PLC 2.1.1 Ngu n cung c p Nguồn tích hợp sẵn bên PLC làm riêng bên Có nhiều cấp điện áp khác tùy loại PLC, gồm 110VAC 220VAC 24VDC(Hiện có hai cấp điện áp thư ng sử dụng 24VDCvà 220VAC 2.1.2 CPU (Central Proceesoing Unit) Đây xử lý trung tâm làm việc máy tính, dùng để lưu trữ xử lý chương trình theo yêu cầu c a ngư i lập trình Trang 2.1.3 I(Input) Các loại cảm biến, cơng tắc, nút nhấn… đưa tín hiệu vào PLC thông qua module Input Tùy vào loại tín hiệu c a cảm biến số hay tương tự mà moudle ngõ vào c a PLC có hai loại Module số (Digital Module) Module tương tự (Analog Module) 2.1.4 O(Output) Các loại cấu chấp hành như: Bóng đèn, cuộn dây, vale, biến tần… điều khiển b i PLC thông qua module Output Tùy vào đối tượng điều khiển cần tín hiệu số hay tương tự mà moudle ngõ c a PLC có hai loại module số ngõ (Digital Output Module) module ngõ tương tự (Analog Output Module) 2.1.5 Đèn báo Dùng để báo trạng thái PLC, gồm nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống Các cảnh báo cần thiết chẩn đoán cố 2.2 Module ngõ vào Tùy vào loại tín hiệu c a cảm biến số hay tương tự mà moudle ngõ vào c a PLC có hai loại Module số (Digital Module) Module tương tự (Analog Module) 2.2.1 Module ngõ vƠo s Các loại cảm biến, cơng tắc, nút nhấn, encoder… Có tín hiệu ngõ dạng số đưa vào PLC thơng qua module số Dưới trình bày số dạng ngõ vào số c a vài PLC Trang 10 10.9 BƠi t p ứng d ng 10.9.1 L p trình v i HSC0 Viết chương trình kh i tạo đếm HSC0 hoạt động Mode Xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Tạo xung CK có tần số 1hZ Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC0 hoạt động Mode Vẽ sơ đồ kết nối phần c ng viết lại đoạn chương trình HSC0 hoạt động Mode 10.9.2 L p trình v i HSC1 Viết chương trình kh i tạo đếm HSC1 hoạt động Mode 1, chế độ 1X, xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Tạo xung CK có tần số 1hZ Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC1 hoạt động Mode Trong trình hoạt động, tác động chân Reset để kiểm tra việc xóa đếm Vẽ sơ đồ kết nối ngõ vào xung CK 10.9.3 L p trình v i HSC2 Viết chương trình kh i tạo đếm HSC2 hoạt động Mode,2,3,4,5 Xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Trong trư ng hợp, tác động xung Clock,Reset,Start dùng Switch để kiểm tra kết ngõ Tạo xung CK có tần số 0.5hZ Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC2 hoạt động Vẽ sơ đồ kết nối phần c ng HSC2 hoạt động Mode Mode 10.9.4 L p trình v i HSC3 Viết chương trình kh i tạo đếm HSC3 hoạt động Mode 4,5,6 Xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Trong trư ng hợp, tác động xung Clock,Reset,Start dùng Switch để kiểm tra kết ngõ Trang 130 Tạo xung CK có tần số 0.5hZ Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC3 hoạt động Vẽ sơ đồ kết nối phần c ng HSC3 hoạt động BÀI 11: B Mode Mode PHÁT XUNG VÀ ĐI U CH Đ R NG XUNG 11.1 Gi i thi u v PLS vƠ PWM PLS(Pulse): Lệnh phát xung ngõ sử dụng để phát xung ngõ PTO (Pulse Train Output) PTO phát xung vng, có độ rộng ln chu kỳ PTO ng dụng trư ng hợp cần tín hiệu điều khiển dạng xung tần số cao Những đối tượng thư ng điều khiển b i PTO như: Động bước, động servo… Điểm đặc nỗi bật c a PTO khả phát nhiều đoạn xung liên tiếp có tần số phát khác Vì ngư i lập trình cần tạo chuỗi xung có tần số thay đổi để điều khiển đối tượng điều khiển sử dụng PTO lựa chọn hiệu PWM (Pulse Wide Modulation): Điều chế độ rộng xung sử dụng ngư i lập trình cần phát chuỗi xung với chu kỳ độ rộng thay đổi Trang 131 PWM thư ng ng dụng để điều khiển thay đổi tốc độ c a động cơ, điều khiển th i gian đóng m để cấp điện cho lò nhiệt, điều khiển tốc độ quay cho biến tần(Biến tần c a panasonic)… Các loại PLC nói chung thư ng có hỗ trợ ch c PLS PWM Tuy nhiên có PLC tích hợp sẳn ch c CPU, có loại thiết kế theo kiểu module riêng 11.2 PTO PWM S7 200 S7 200 hỗ trợ ngõ Q0.0 Q0.1 để phát xung PLS/PWM với tần số lớn (có thể lên đến 100khZ) Với tần số ngõ bình thư ng, hoạt động phụ thuộc vào chu kỳ quét c a PLC phát PLS: Điều khiển phát xung vuông(PTO) với chu kỳ thay đổi từ 50uS đến 65535uS hay từ 2mS đến 65535mS Số lượng xung phát nằm khoảng từ đến 4,294,967,295 PLS phát đoạn xung đơn (single segment nhiều đoạn xung (Multiple segment) PWM: Phát xung với chu kỳ độ rộng xung thay đổi Chu kỳ: Từ 50uS đến 65535uS hay từ 2mS đến 65535mS Đ r ng xung: Từ đến 65535uS hay từ đến 65535mS Cũng giống ch c đặc biệt khác PLC PLS PWM sử dụng sau khai báo kh i tạo Việc khai báo kh i tạo thực việc nạp giá trị cho vùng nhớ đặc biệt PLC 11.3 Vùng nh đặc bi t đ ợc sử d ng l p trình u khiển PTO vƠ PWM 11.3.1 Byte u khiển Trang 132 Tùy thuộc vào việc sử dụng ngõ Q0.0 hay Q0.1 chế độ PTO hay PWM tần số mong muốn mà ngư i lập trình nạp giá trị thích hợp vào byte điều khiển SMB67 hay SMB77 11.3.2 Các vùng nh đặc bi t khác 11.3.3 M t s giá trị n p cho byte u khiển vƠ k t qu thực thi c a l nh PLS Trang 133 11.4 Khởi t o phát m t đo n xung đ n (single segment) Sử dụng chu kỳ quét để gọi chương trình kh i tạo PLS Trong chương trình kh i tạo thực công việc sau - Nạp giá trị cho byte điều khiển để chọn chế độ phát theo yêu cầu - Nạp giá trị th i gian để chọn chu kỳ - Nạp giá trị để chọn số lượng xung phát - Gán chương trình ngắt với kiện ngắt tương ng - Cho phép ngắt - Thực lệnh PLS để phát xung 11.4.1 Ch Ví d : Khởi t o PTO phát 10 xung vuông, tần s 1hZ ng trình Trang 134 Ch ng trình khởi t o 16#8D 11.5 Khởi t o PTO phát nhi u đo n xung (Multiple segment) Bên cạnh việc phát đoạn xung trình bày PTO phát nhiều đoạn xung liên tiếp (Tối thiểu tối đa 255 đoạn) PTO phát nhiều đoạn xung liên tiếp với tần số khác có ý nghĩa quan trong Trang 135 số ng dụng thực tiễn Chẳng hạn việc điều khiển động bước hay servo motor quay nhanh dần kh i giảm dần tốc đọ chuẩn bị dừng… 11.5.1 M t s đặc điểm cần Ủ l p trình phát nhi u chuổi xung Việc kh i tạo phát nhiều đoạn xung liên có số khác biệt so với phát đoạn xung Vì vậy, ngư i học trình cần ý số đặc điểm sau lập trình phát nhiều đoạn xung - Vùng nhớ sử dùng để khai báo thông số cho chuỗi xung vùng nhớ V - Mỗi chuỗi xung sử dụng byte để khai báo thông số - Địa bắt đầu c a vùng nhớ V tùy thuộc vào địa offset Địa offset nạp vùng nhớ đặc biệt(SMW168: Q0.0 SMW178: Q0.1) - Byte vùng nhớ V sử dụng để nạp số chuỗi cần phát Dưới ví dụ phát đoạn xung liên tiếp ngõ Q0.0, bảng khai báo thông số chương trình viết cho PLC s7 200 Trang 136 Khai báo thơng s L p trình cho PLC Ch ng trình Ch ng trình khởi t o Trang 137 Trang 138 11.6 Khởi t o b phát xung PWM Sử dụng chu kỳ quét để gọi chương trình kh i tạo PWM Trong chương trình kh i tạo thực công việc sau - Nạp giá trị cho byte điều khiển để chọn chế độ phát theo yêu cầu - Nạp giá trị th i gian để chọn chu kỳ - Nạp giá trị th i gian để chọn độ rộng xung - Thực lệnh PLS để phát xung Ví d : Khởi t o phát xung vng tần s 1hZ t i ngõ Q0.1 dùng PWM Ch ng trình Trang 139 Ch ng trình khởi t o 11.7 BƠi t p ứng d ng 11.7.1 Vi t ch ng trình u khiển PTO phát xung theo yêu cầu: Mỗi lần nhấn START, phát 20 xung tần số 1hZ ngõ Q0.0 11.7.2 Vi t ch ng trình u khiển PTO phát xung theo yêu cầu: Mỗi lần nhấn START, phát 20 xung tần số 1hZ ngõ Q0.1 11.7.3 Vi t ch ng trình u khiển PTO phát xung t i Q0.0 theo yêu cầu Nhấn START: Phát xung PTO có chu kỳ 1000ms Q0.0 Mỗi lần nhấn Up: Chu kỳ tăng thêm 100ms, tối đa không 10000ms Trang 140 Mỗi lần nhấn Down: Chu kỳ giảm bớt 100ms, tối thiểu không nhỏ 100ms Symbol Address START I0.0 Up I0.1 Down I0.2 PULSE Q0.0 11.7.4 Vi t ch comment ng trình u khiển Q0.0 ho t đ ng theo Mode Mode 1: Phát xung vuông tần với Cycle = giây, duty = 0,5 giây Mode 2: Cycle = giây Sử dụng Module analog, chọn tầm điện áp vào từ 5V Dùng biến tr để chỉnh duty: Khi điện áp vào 0V duty = 0, điện áp vào 5V duty = 1giây Bảng mô tả địa Symbol Address Mode1 I0.0 Mode2 I0.1 PULSE Q0.0 comment Trang 141 11.7.5 Vi t ch ng trình u khiển Q0.0 vƠ Q0.1 ho t đ ng nh hình v sau Bi t tần s phát tai Q0.0 vƠ Q0.1 lƠ 2hZ 11.7.6 Vi t ch ng trình phát xung t i ngõ Q0.0 theo s đ hình sau: Trang 142 11.7.7 Vi t ch ng trình thực hi n yêu cầu sau: Phát chuỗi xung Q0.1 tần số 10khZ giã lập xung c a encoder gắn trục động Kh i tạo HSC1 hoạt động Mode để đếm số xung Q0.0 Kh i tạo ngắt c a Timer để đọc số xung đếm khoảng th i gian lấy mẫu Ts Giã sử encoder có thơng số 1000 xung/vịng Hãy viết chương trình tính tốc độ động vịng/phút Trang 143 Trang 144 ... khiển Valve port, đư ng , v? ?? trí 4 .1. 2 .1 Các lo i Valve th ờng dùng bao g m: Valve có đư ng thư ng đóng: đư ng ra, đư ng v? ?o, bình thư ng valve đóng, có điện m ng dụng cho phép dịng chảy Valve... số dạng ngõ v? ?o số c a v? ?i PLC Trang 10 Hình 2.2: Mạch điện ngõ v? ?o số c a PLC Siemens Hình 2.3: Mạch điện ngõ v? ?o số c a PLC Rockwell Trang 11 Hình 2.3: Mạch điện ngõ v? ?o số c a PLC Panasonic... 500VAC 6 .1. 4 Các ngõ 28.8VDC Trang 48 ; 8A/common 10 0 M 10 ms 200 m 6 .1. 5 Ngu n cung c p 24.8VDC 24VDC 24 VDC : 2A, 25 0V 6 .1. 6 Ch đ lƠm vi c : RUN: C sang ST STOP: C STOP TERM: C STOP 6 .1. 7