Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 2 - TS. Nguyễn Anh Tuấn được biên soạn nhằm giúp các bạn sinh viên nắm được các kiến thức trọng tâm về: Các phần tử logic cứng của PLC; Mạch logic cứng của PLC; Ưu nhược điểm của PLC; Lịch sử ra đời của PLC; Phân loại PLC; Hệ thống điều khiển công nghiệp. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết bài giảng tại đây.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Bài giảng PLC Mạng Công Nghiệp PLC and Industrial system (ME 4501) Giảng viên: TS Nguyễn Anh Tuấn Bộ môn Cơ điện tử – ĐHBK Hà nội Email: tuan.nguyenanh@hust.edu.vn bktuan2000@gmail.com Mục lục Tổng quan điều khiển logic Logic cứng phát triển PLC Cấu trúc nguyên lý làm việc PLC Các mô đun vào Cấu trúc hoạt động nhớ PLC Mạng công nghiệp giao thức kết nối Ứng dụng PLC công nghiệp Logic cứng pt PLC 2.1 Các phần tử logic cứng 2.2 Mạch logic cứng 2.3 Lịch sử đời PLC 2.4 Ưu nhược điểm PLC 2.5 Phân loại PLC 2.6 Hệ thống điều khiển công nghiệp Logic cứng pt PLC 2.1 Các phần tử logic cứng Các loại tiếp điểm rơ le điện từ Cấu tạo rơ le điện từ - Cuộn dây nam châm điện - Cần dẫn động - Các tiếp điểm ngõ Mạch sử dụng tiếp điểm rơ le điện từ Logic cứng pt PLC 2.1 Các phần tử logic cứng Các loại tiếp điểm rơ le điện từ Một số ký hiệu thường gặp Logic cứng pt PLC 2.1 Các phần tử logic cứng Ký hiệu phần tử logic Phần tử phủ định (NOT) Là phần tử có đầu vào giá trị đầu Phần tử NHÂN (AND) Là phần tử có hai hay nhiều tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu Logic cứng pt PLC 2.1 Các phần tử logic cứng Ký hiệu phần tử logic Phần tử CỘNG (OR) Là phần tử có hai hay nhiều tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu Phần tử NOR (NOT OR) Là phần tử phủ định phần tử OR (Luật Morgan) Logic cứng pt PLC 2.1 Các phần tử logic cứng Ký hiệu phần tử logic Phần tử NAND (NOT AND) Là phần tử phủ định phần tử AND , = = + (Luật Morgan) Logic cứng pt PLC 2.2 Mạch logic cứng Khái niệm Là mạch sử dụng tiếp điểm NO NC công tắc rơ le để thực chức điều khiển Tiếp điểm mắc theo mạch AND: Tiếp điểm mắc theo mạch OR: Mạch lơ gíc kết hợp phần tử lơ gíc (NOT, AND, OR, NAND, NOR …) với Mạch lơ gíc xây dựng dựa hàm lơ gíc Logic cứng pt PLC 2.2 Mạch logic cứng Phân loại mạch logic Mạch tổ hợp mạch mà đầu thời điểm phụ thuộc vào tổ hợp trạng thái đầu vào thời điểm mà khơng phụ thuộc vào trạng thái trước Đặc điểm mạch tổ hợp mạch khơng có phần tử nhớ mạch hở khơng có phản hồi Ví dụ biểu diễn mạch tổ hợp: y1 = (x1 + x2).x3 y2 = (x3 + x2).x1 Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Lịch sử đời PLC thiết bị điều khiển đặc biệt hoạt động dựa vi xử lý, sử dụng nhớ lập trình để lưu trữ lệnh thực chức điều khiển như: thực phép tốn lơ gíc, định giờ, đếm, thực thuật tốn điều khiển quy trình công nghệ PLC thiết kế cho kỹ sư, khơng u cầu cao kiến thức máy tính ngơn ngữ lập trình PLC tương tự máy tính, nhiên máy tính tối ưu hóa cho tác vụ tính tốn hiển thị cịn PLC tối ưu hóa cho cơng việc điều khiển môi trường công nghiệp Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Ưu nhược điểm PLC Ưu điểm: - Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn - Thực thuật toán phức tạp độ xác cao - Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng việc bảo quản sửa chữa - Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức khác - Công suất tiêu thụ PLC thấp - Khả tự chuẩn đốn giúp cho việc sửa chữa nhanh chóng dễ dàng - Giảm thiểu số lượng rơle timer so với hệ điều khiển cổ điển - Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng chương trình - Thời gian để chu trình điều khiển hồn thành vài ms, điều làm tăng tốc độ suất PLC Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Ưu nhược điểm PLC Ưu điểm: - Chương trình điều khiển in giấy thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống - Khả chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy môi trường công nghiệp - Giao tiếp với thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thơng với thiết bị khác Nhược điểm: - Giá thành PLC cao, cần phải mua thêm phần mềm chuyên dụng để lập trình - Địi hỏi người sử dụng cần phải có kiến thức chun mơn Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Phân loại PLC ❖ Phân loại theo hãng sản xuất: Trên giới có nhiều hãng sản xuất PLC tiếng phổ biến: Mitsubishi, Siemen, Omron, Panasonic, Alen Bradly,… ❖ Phân loại theo phiên (Version): - PLC Siemen có dịng: S7-200, S7-300, S7-400, S7 1200, 1500,… - PLC Mitsubishi có dịng: Alpha, FX, FX0N, FX1N, FX2N, FX3U, FX3G, FX3S, FX3UC,… - PLC Alen Bradley có dịng: Micro850, Micro870, MicroLogix 1100, MicroLogix 1200, SLC 500, SmartGuard 600, CompactLogix 5480, ControlLogix 5570, ControlLogix 5580,… S7-1500 (Siemens) CP1E (Omron) FX3U (Mitsubishi) ArduPLC-Nano Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Phân loại PLC ❖ Phân loại theo cấu trúc: Có hai kiểu cấu trúc thơng dụng với hệ thống PLC kiểu hộp đơn kiểu modul nối ghép - Kiểu hộp đơn (Compact) thường sử dụng cho thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ cung cấp dạng nguyên hoàn chỉnh S7-1200 (Siemens) Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Phân loại PLC ❖ Phân loại theo cấu trúc - Kiểu modul ghép nối: gồm nhiều mô đun riêng cho nguồn, CPU, cổng vào/ra lắp ray Kiểu sử dụng cho thiết bị lập trình kích cỡ Trong PLC loại rack, tất thành phần khu vực PLC tách rời môđun lắp ráp để tạo thành khối cách gắn thành phần riêng lẻ giá PLC hỗ trợ lên đến hàng nghìn I/O Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Phân loại PLC ❖ Phân loại theo cấu trúc - Kiểu modul ghép nối: Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Phân loại PLC ❖ Phân loại theo cấu trúc - Kiểu modul ghép nối: Bộ nguồn CPU S7 1500 CPU S7 1500 với hình hiển thị Module Input/output digital analog DIN ray để gắn Nguồn, CPU module Logic cứng pt PLC 2.4 PLC – Programmable Logic Controller Phân loại PLC ❖ Theo phạm vi số lượng I/O: Micro-PLC xê ri 90 Fanuc (16 kênh I/O) PLC S5-100U Siemens (1024 kênh I/O) Logic cứng pt PLC 2.5 Hệ thống điều khiển công nghiệp Khái niệm ❖ Hệ thống điều khiển công nghiệp (ICS) thuật ngữ chung bao gồm số loại hệ thống điều khiển thiết bị liên quan sử dụng cho điều khiển quy trình cơng nghiệp Hệ thống điều khiển công nghiệp tập hợp dụng cụ, thiết bị điện tử, dùng hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, xác, chuyển đổi nhịp nhàng quy trình hoạt động sản xuất Logic cứng pt PLC 2.5 Hệ thống điều khiển công nghiệp Khái niệm Một hệ thống ICS điển hình bao gồm lớp (Level) với thành phần sau: - Level 0: Hệ thống thiết bị trường (field device), gồm thiết bị vận hành, thiết bị giám sát, đo lường, thiết bị thông minh - Level 1: Hệ thống thiết bị điều khiển phần mềm điều khiển (control field), gồm truyền thông công nghiệp, truyền động điện, Thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa (RTU - Remote Terminal Unit), PLC, Thiết bị điện tử thông minh (IED - Intelligent Electronic Device), HMI Logic cứng pt PLC 2.5 Hệ thống điều khiển công nghiệp Khái niệm - Level 2: Hệ thống thiết bị phần mềm vận hành, giám sát, quản lý phạm vi nhà máy - Level 3: Hệ thống phần mềm giám sát, quản lý mức độ doanh nghiệp Logic cứng pt PLC 2.5 Hệ thống điều khiển công nghiệp Hệ thống điều khiển phân tán nhà máy (DCS): Đây hệ thống mà quyền điều khiển không tập trung nơi, mà phân tán, chia quyền điều khiển đến trường, nhánh hệ thống Các điều khiển phân phối thay tập trung Logic cứng pt PLC 2.5 Hệ thống điều khiển công nghiệp Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (SCADA) SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu nhằm hỗ trợ người trình giám sát điều khiển từ xa ERP – Enterprise Resource Planing Cấp nhà máy MES – Manufacturing Excution System SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition PLC – Programmable Logic Controller Cấp quản lý HMI – Human Machine Interface Cấp trường/ thiết bị Cấp điều khiển & giám sát Logic cứng pt PLC 2.6 Bài tập Bài tập 2.6.1 Cho ba nút ấn A, B, C dùng để điều khiển hai động M1 M2 theo trình tự sau: nút A điều khiển M1, nút B điều khiển M2, nút C dừng M1 M2 Với điều kiện M1 chạy trước M2 Xây dựng mạch grafcet, hàm logic trạng thái sơ đồ mạch role m Bài tập 2.6.2 Xây dựng mạch grafcet, hàm logic trạng thái sơ đồ mạch role với chu trình a0 a1 A- b0 A+ B- B+ làm việc sau: b1 Bài tập 2.6.3: Hệ thống gồm xilanh A, B hoạt động theo chu trình sau Trong A+, B+ trạng thái xilanh ra, A-, B: trạng thái xilanh vào Các cảm biến đầu cuối hành trình xilanh: a0, a1, b0, b1 Xây dựng mạch grafcet, hàm logic trạng thái sơ đồ mạch role ... =d.S0 S0 S - = S2 d S2+ = a1.S1 S2 - = S S3+ = b1.S2 S3 - = S S4+ = b0.S3 S4 - = S0 b0 c g S4 S1 S0 S0 S2 S1 S3 S2 S4 S3 S0 S1 a1 S2 b1 S3 b0 S4 S1 S2 S3 S4 Logic cứng pt PLC 2. 4 PLC – Programmable... triển PLC Cấu trúc nguyên lý làm việc PLC Các mô đun vào Cấu trúc hoạt động nhớ PLC Mạng công nghiệp giao thức kết nối Ứng dụng PLC công nghiệp Logic cứng pt PLC 2. 1 Các phần tử logic cứng 2. 2 Mạch... loại theo phiên (Version): - PLC Siemen có dòng: S7 -2 0 0, S 7-3 00, S 7-4 00, S7 120 0, 1500,… - PLC Mitsubishi có dịng: Alpha, FX, FX0N, FX1N, FX2N, FX3U, FX3G, FX3S, FX3UC,… - PLC Alen Bradley có dịng: