Giáo trình Lập trình PLC cơ bản (Nghề Cơ điện tử Cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI BÙI VĂN CÔNG (Chủ biên) NGUYỄN ANH DŨNG – TẠ VĂN BẰNG GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC CƠ BẢN Nghề: Cơ điện tử Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Lập trình PLC biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu giảng dạy học tập Giảng viên, Sinh viên trường Cao đẳng nghề Việt Nam – Hàn Quốc thành phố Hà Nội Nội dung giáo trình mang tính lơgic kiến thức tồn chương trình đào tạo, đồng thời hướng tới mục tiêu hình thành phát triển lực thực hoạt động nghề nghiệp cho người học Dạy học tích hợp lựa chọn giáo trình nhằm tạo tình liên kết tri thức mơn học, hội phát triển lực sinh viên Khi xây dựng tình vận dụng kiến thức người học phát huy lực tự lực, phát triển tư sáng tạo (kiến thức, kỹ năng, thái độ nghề nghiệp) Giáo trình trình bày với bài, từ lý thuyết sở đến thực hành kiến thức Đặc biệt nội dung giáo trình giới thiệu nội dung thực hành lĩnh vực Lập trình PLC, từ kiến thức mơ đun lập trình PLC Mặc dù nhóm biên soạn cố gắng phát triển giáo trình cho phù hợp hiệu với sinh viên cao đẳng nghề Cơ điện tử, chắn cịn nhiều thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc đồng nghiệp để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Chủ biên: Bùi Văn Cơng MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC CƠ BẢN Bài Đại cương điều khiển lập trìnhThời gian 1.1 Tổng quát điều khiển 1.2 Điều khiển nối cứng điều khển lập trình 1.3 So sánh PLC với hình thức điều khiển khác 10 1.4 Các ứng dụng PLC thực tế 11 Bài 13 Cấu trúc phương thức hoạt động PLC 13 2.1.Cấu trúc PLC 13 2.2.Thiết bị điều khiển lập trình PLC 14 2.3 Địa đầu vào 19 2.4 Cấu trúc nhớ 20 2.5 Xử lý chương trình 21 Bài 22 Kết nối PLC thiết bị ngoại vi 22 3.1 Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi 22 3.2 Kiểm tra việc nối dây phần mềm 33 3.3 Cài đặt sử dụng phần mềm lập trình cho PLC 37 Bài 48 Các phép toán nhị phân PLC 48 4.1 Các liên kết logic 48 4.2 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm 50 4.3 Timer 55 4.4 Counter 58 Bài 62 Các phép toán số PLC 62 5.1 Chức truyền dẫn 62 5.2 Chức so sánh 67 5.3 Chức dịch chuyển 73 5.4 Chức chuyển đổi 75 5.5 Chức toán học 79 Bài 84 Các tập ứng dụng điều khiển động 84 6.1 Giới thiệu: 84 6.2 Cách kết nối dây 89 6.3 Bài tập ứng dụng 92 Tài liệu tham khảo 105 GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC CƠ BẢN Tên mơ đun: Lập trình PLC Mã số mơ đun: MĐ 25 Thời gian mô đun: 90 ( LT: 15 ; TH: 72 giờ; KT: ) I Vị trí, tính chất mơ đun: Vị trí : - Mơ đun bố trí dạy cuối chương trình sau học xong mơn chun môn điện tử công suất, Kỹ thuật xung – số, kỹ thuật cảm biến, trang bị điện, lắp đặt điều khiển thiết bị điện cơng nghiệp Tính chất : - Là mô đun chuyên môn nghề II Mục tiêu mơ đun: Kiến thức: - Trình bày khái niệm điều khiển lập trình xác theo nội dung học - Trình bày cấu trúc phương thức hoạt động lệnh Kỹ năng: - Thực lập trình tập ứng dụng dùng PLC đạt yêu cầu kỹ thuật công nghệ - Kết nối mạch điện theo yêu cầu công nghệ - Năng lực tự chủ, trách nhiệm: - Vận dụng kiến thức môn học để tiếp thu môn học, môđun chuyên nghề - Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác an tồn vệ sinh cơng nghiệp III Nội dung mô đun: 1.Nội dung tổng quát phân bổ thời gian Thời gian Thực hành/ TT Tên chương, mục Tổng số thực tập/thí nghiệm/ Lý thuyết Kiểm tra tập/thảo luận Bài 1:Đại cương điều khiển lập trình 11 10 1.1 Tởng quan điều khiển 1.2 Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình 1.3 So sánh PLC với hình thức điều khiển khác 1.4 Các ứng dụng PLC thực tế Kiểm tra Bài 2:Cấu trúc phương thức hoạt 12 động PLC 2.1 Cấu trúc PLC 2.2 Thiết bị điều khiển lập trình PLC 2.3 Địa ngõ vào/ 2.4 Cấu trúc nhớ PLC 2.5 Xử lý chương trình Kiểm tra Bài 3:Kết nối PLC thiết bị 12 ngoại vi 3.1 Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi 3.2 Kiểm tra việc nối dây phần mềm 3.3 Cài đặt sử dụng phần mềm lập trình cho PLC Kiểm tra Bài 4:Các phép toán nhị phân PLC 20 17 12 Bài 6:Các tập ứng dụng 30 điều khiển động 29 15 72 4.1 Các liên kết logic 4.2 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm 4.3 Timer 4.4 Counter Kiểm tra Bài 5:Các phép toán số PLC 5.1 Chức truyền dẫn 5.2 Chức so sánh 5.3 Chức dịch chuyển 5.4 Chức chuyển đởi 5.5 Chức tốn học 6.1 Giới thiệu 6.2 Cách kết nối dây 6.3 Bài tập ứng dụng 6.3.1 Mạch khởi động động 6.3.2 Mạch đổi chiều quay 6.3.3 Mạch điều khiển tốc độ 6.3.4 Mạch mở máy sao/ tam giác Cộng 90 Bài Đại cương điều khiển lập trìnhThời gian Mục tiêu - Phát biểu khái niệm điều khiển lập trình theo nội dung học - So sánh ưu nhược điểm điều khiển lập trình với hình thưc điều khiển khác theo nội dung học - Trình bày ứng dụng PLC thực tế theo nội dung học - Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp 1.1 Tổng quát điều khiển Trong ứng dụng công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp yêu cầu tự động hố ngày tăng, địi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng yêu cầu đó, với mục tiêu tăng suất lao động đường tăng mức độ tự động hóa q trình thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng độ xác sản phẩm Tự động hóa sản xuất nhằm thay phần toàn thao tác vật lý công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển điều khiển trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần tác động nhiều người vận hành Điều đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả khởi động, kiểm sốt, xử lý dừng q trình theo u cầu đo đếm giá trị xác định nhằm đạt kết mong muốn sản phẩm đầu máy hay thiết bị Một hệ thống gọi hệ thống điều khiển Trong kỹ thuật tự động điều khiển, điều khiển chia làm loại: + Điều khiển nối cứng + Điều khiển logic khả trình ( PLC) Một hệ thống điều khiển tạo thành từ thành phần: + Khối vào + Khối xử lý – điều khiển + Khối * Sơ đồ tổng quát điều khiển lập trình sau ( hình 1.1): Hình 1.1 sơ đồ tổng quan điều khiển lập trình 1.1.1.Khối vào: ( bảng 1.1) Cịn gọi giao tiếp ngõ vào có nhiệm vụ biến đởi đại lượng vật lý đầu vào ( từ tiếp điểm cảm biến, hay nút nhấn, điện trở đo sức căng….) thành mức tín hiệu số ON/OFF (digital) hay tín hiệu liên tực (analog) tùy theo chuyển đổn ngõ vào cấp vào cho khối xử lý trung tâm (CPU) Bảng 1.1 Bộ chuyển đổi Công tắc (Switch) Đại lượng đo Đại lượng Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân (ON/OFF) Cơng tắc hành trình (Limit Sự dịch chuyển/ vị Điện áp nhị phân switch) trí (ON/OFF) Bộ điều chỉnh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) (ON/OFF) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở (Thermister) Tế bào quang điện (Photo cell) Tế bào tiệm cận (Proximity cell) Điện trở đo sức căng (Strain gage) Nhiệt độ Ánh sáng Trở kháng thay đổi Điện áp thay đổi (analog) Sự diện Trở kháng thay đổi đối tượng Áp suất/ dịch Trở kháng thay đổi chuyển 1.1.2.Bộ nhớ (Memory Lưu chương trình điều khiển lập trình người dùng liệu khác cờ, ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra… Nội dung nhớ mã hóa dang mã nhị phân c.Khối xử lý – điều khiển: Là khối xử lý trung tâm (CPU) thay người vận hành thực thao tác đảm bảo q trình hoạt động Từ thơng tin tín hiệu vào hệ thống điều khiển thực thi lệnh chương trình lưu nhớ, xử lý đầu vào đưa kết xuất điều khiển cho phần giao diện đầu ( output) như: cuộn dây, mơ tơ….Tín hiệu điều khiển thực theo cách: + Dùng mạch điện nối kết cứng + Dùng chương trình điều khiển d Khối ra: ( bảng 1.2) Còn gọi phần giao diện đầu Tín hiệu kết trình xử lý hệ thống điều khiển Lúc tín hiệu ngõ vào biến đởi thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngồi như: đóng mở rơle, biến đởi tuyến tính số- tương tự… Bảng 1.2 Thiết bị ngõ Đại lượng Đại lượng tác động Động điện Chuyển động quay Điện Xy lanh- Piston Chuyển động thẳng/áp lực Dầu ép/ khí ép Solenoid Chuyển động thẳng/áp Điện lực Lò xấy/ lò cấp nhiệt Nhiệt Van Tiết diện cửa van thay đổi Điện/dầu ép/khí ép Rơle Tiếp điểm điện/ chuyển Điện động vật lý có giới hạn Điện 1.2 Điều khiển nối cứng điều khển lập trình 1.2.1 Điều khiển nối cứng Thiết bị điều khiển lập trình (Programmable Controller) nhà thiết kế cho đời năm 1968 (công ty General Motor - Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống  Cách nối dây mạch động lực đảo chiều động dùng khởi động từ kép: Hình 6.14 mạch động lực khởi động từ kép 6.2.3 Đấu nối thiết bị lập trình với PLC Cáp PC/PPI: Để truyền thơng PC PLC, nối cáp theo bước sau: - Bật DIP swich để chọn tốc độ truyền Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI 9600baud - Nối đầu RS – 232 (ghi PC) đến cởng truyền thơng máy tính (COM1 COM2), siết chặt Nối đầu lại (RS – 485) đến cởng truyền thơng PLC, siết chặt Hình 6.15 kết nối mạch với máy tính 91 6.3 Bài tập ứng dụng 6.3.1 Mạch khởi động động a Mục đích yêu cầu Mục đích: Làm quen với thiết bị điều khiển Biết cách lập trình download xuống PLC Yêu cầu: Sau học học sinh viết chương trình PLC khởi động không đồng pha b phần thực hành * Yêu cầu công nghệ: Khởi động động không đồng pha Nhấn nút Start động hoạt động Nhấn nút Stop động dừng * Trình tự thực hành Vẽ giản đồ thời gian Hình 6.16 giản đồ thời gian 92 * Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệu Địa Mô tả I0.0 Nút nhấn Dừng stop Q0.0 I0.1 Nút nhấn chạy start Contactor Điều K1 khiển động Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: Hình 6.17 mạch động lực Hình 6.18 sơ đồ kết nối ngoại vi 93 Ký Hiệu *Viết chương trình điều khiển: * Chạy mơ chương trình: * kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: * Kết nối thiết bị ngõ vào: Nối dây nút nhấn stop với ngõ vào I0.0 Nối dây nút nhấn start với ngõ vào I0.1 Nối dây đầu lại nút nhấn stop, start với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: Nối dây điểm A1 công tắc tơ K1 với ngõ Q0.0 Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 với cực lại nguồn 220 VAC Nối dây mạch động lực: hình vẽ BÀI TẬP THỰC HÀNH: Yêu cầu công nghệ: Nhấn nút Start: động chạy, sau 3s động chạy, sau 5s động chạy Nhấn nút Stop: động dừng, sau 2s động dừng, sau 4s động dừng Yêu cầu thực hành: Vẽ giản đồ thời gian Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Viết chương trình điều khiển 6.3.2 Mạch đổi chiều quay a Mục đích – yêu cầu: Mục đích: Sử dụng lệnh PLC 94 Ứng dụng lệnh để viết chương trình điều khiển theo yêu cầu giáo viên Yêu cầu: Sau học học sinh viết chương trình PLC điều khiển động không đồng pha quay thuận nghịch gián tiếp, trực tiếp, có giới hạn hành trình b Phần thực hành: * Yêu cầu công nghệ: Điều khiển động không đồng pha quay thuận – nghịch gián tiếp + Nhấn nút MT: động khởi động quay thuận + Muốn đảo chiều quay: nhấn nút dừng D, sau nhấn nút MN để đảo chiều pha nguồn cấp cho động cơ, động đảo chiều quay + Khi có cố: nhấn nút D động ngừng hoạt động * Trình tự thực hành: Vẽ giản đồ thời gian: Hình 6.19 giản đồ thời gian * Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệu Địa Mô tả Ký Hiệu I0.0 Nút nhấn Dừng D Q0.0 Contactor Chạy Thuận T I0.1 Nút nhấn thuận chạy MT Q0.1 Contactor Chạy Nghịch N I0.2 Nút nhấn nghịch chạy MN * Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: 95 Hình 6.20 mạch động lực Hình 6.21 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi * Viết chương trình điều khiển: * Chạy mơ chương trình: 96 * kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: Nối dây nút nhấn D với ngõ vào I0.0 Nối dây nút nhấn MT với ngõ vào I0.1 Nối dây nút nhấn MN với ngõ vào I0.2 Nối dây đầu lại nút nhấn D, MT, MN với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: Nối dây điểm A1 công tắc tơ T với ngõ Q0.0 Nối dây điểm A1 công tắc tơ N với ngõ Q0.1 Nối dây điểm A2 công tắc tơ T, N với nguồn 220 VAC Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 Q0.1 với cực lại nguồn 220 VAC Nối dây mạch động lực: hình vẽ BÀI TẬP THỰC HÀNH: u cầu cơng nghệ: Việc đóng mở cổng bảo vệ thực động không đồng pha Khi động quay thuận cổng mở ngược lại, việc chọn chế độ Auto / Man thực công tắc xoay Chế độ Man: Cởng mở đóng thực việc nhấn nút OPEN CLOSE giữ Khi buông tay động ngừng hoạt động (dừng việc đóng mở cởng) Chế độ Auto: + Nhấn nút OPEN: động khởi động quay thuận ( cởng mở ) đụng cơng tắc hành trình LS1 dừng + Nhấn nút CLOSE: động khởi động quay nghịch ( cởng đóng ) đụng cơng tắc hành trình LS2 dừng + Khi có cố: nhấn nút STOP động ngừng hoạt động Yêu cầu thực hành: 97 + Vẽ giản đồ thời gian + Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi + Viết chương trình điều khiển 6.3.3 Mạch điều khiển tốc độ a MỤC ĐÍCH – U CẦU: * Mục đích: Giúp học sinh biết cách điều khiển tốc độ động ba pha cách đổi số đôi cực Biết cách lập trình download xuống PLC * Yêu cầu: Sau học học sinh viết chương trình PLC mạch điều khiển tốc độ động ba pha cách đổi số đôi cực b PHẦN THỰC HÀNH: * Yêu cầu công nghệ: Nhấn nút ON1: động chạy tốc độ thấp ( đấu tam giác ) Nhấn nút ON2: động làm việc tốc độ cao ( đấu kép ) Đang làm việc tốc độ cao muốn chạy tốc độ thấp ta nhấn nút ON1 Nhấn nút stop động dừng * Trình tự thực hành: * Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Địa Mô tả I0.0 I0.1 Ngõ Ký Địa Hiệu Mô tả Ký Hiệu Nút nhấn chạy tốc ON1 Q0.0 độ thấp Contactor Chuẩn bị K1 Nút nhấn chạy tốc ON2 Q0.1 độ cao Cotactor Chạy K2 tốc độ thấp Q0.2 Contactor K3 Chạy tốc độ cao 98 * Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: Hình 6.22 sơ đồ mạch động lực Hình 6.23 sơ đồ đấu nối tam giác 99 Hinình 6.24 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi * Viết chương trình điều khiển: 100 * Chạy mơ chương trình: * kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: Nối dây nút nhấn stop với ngõ vào I0.0 Nối dây nút nhấn start với ngõ vào I0.1 Nối dây đầu lại nút nhấn stop, start với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: Nối dây điểm A1 công tắc tơ K1 với ngõ Q0.0 Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 với cực lại nguồn 220 VAC BÀI TẬP THỰC HÀNH: Yêu cầu công nghệ: Dùng PLC điều khiển biến tầng để điều chỉnh tốc độ động Nhấn nút ON1: động chạy tốc độ thấp Nhấn nút ON2: động làm việc tốc độ cao Đang làm việc tốc độ cao muốn chạy tốc độ thấp ta nhấn nút ON1 Nhấn nút stop động dừng Yêu cầu thực hành: Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Viết chương trình điều khiển 6.3.4 Mạch mở máy sao/ tam giác a Mục đích – yêu cầu: * Mục đích: Giúp học sinh biết cách khởi động động ba pha cách đổi nối Sao_Tam giác Biết cách lập trình download xuống PLC * Yêu cầu: Sau học học sinh viết chương trình PLC mạch mở máy sao/ tam giác 101 b Phần thực hành: * Yêu cầu công nghệ: Nhấn nút ON1: động khởi động chế độ Sao Nhấn nút ON2: động làm việc chế độ Tam giác Đang làm việc chế độ tam giác muốn chạy chế độ ta nhấn nút ON1 Nhấn nút stop động dừng *Trình tự thực hành: Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệu Địa Mô tả Ký Hiệu I0.0 Nút nhấn chạy ON1 Q0.0 Contactor Chuẩn bị K1 I0.1 Nút nhấn chạy tam ON2 giác Q0.1 Cotactor Chạy K2 Q0.2 Contactor K3 Chạy tam giác Vẽ sơ đồ kết nối thiết b Hình 6.25 sơ đồ mạch động lực 102 Hình 6.26 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi *Viết chương trình điều khiển: 103 *Chạy mơ chương trình: * kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: Nối dây nút nhấn stop với ngõ vào I0.0 Nối dây nút nhấn start với ngõ vào I0.1 Nối dây đầu lại nút nhấn stop, start với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: Nối dây điểm A1 công tắc tơ K1 với ngõ Q0.0 Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 với cực lại nguồn 220 VAC Nối dây mạch động lực: hình vẽ BÀI TẬP THỰC HÀNH: Yêu cầu công nghệ: Nhấn nút Start: động chạy, sau 3s động chạy, sau 5s động chạy Nhấn nút Stop: động dừng, sau 2s động dừng, sau 4s động dừng Yêu cầu thực hành: Vẽ giản đồ thời gian Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Viết chương trình điều khiển 104 Tài liệu tham khảo [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Automatisieren mit sps - Guenter, Wellenreuther, Dieter Zastrow nxb Viweg [3].stuerung von – ELWE [4] Tự động hóa với simatic s7-200 Nguyễn Dỗn Phước nxb nơng nghiệp [5].Kỹ thuật điều khiển lập trình Trung tâm Việt Đức Trường ĐHSPKT 105 ... nghiệp) Giáo trình trình bày với bài, từ lý thuyết sở đến thực hành kiến thức Đặc biệt nội dung giáo trình giới thiệu nội dung thực hành lĩnh vực Lập trình PLC, từ kiến thức mơ đun lập trình PLC. .. GIÁO TRÌNH LẬP TRÌNH PLC CƠ BẢN Bài Đại cương điều khiển lập trìnhThời gian 1.1 Tổng quát điều khiển 1.2 Điều khiển nối cứng điều khển lập trình. .. hành Nhưng việc lập trình cho hệ thống cịn khó khăn lúc khơng có thiết bị lập trình chun dùng hỗ trợ cho cơng việc lập trình Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay