Giáo trình plc cơ bản

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mơ đun: PLC NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ (Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐ-TCDN ngày 25.tháng 02 năm 2013 Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề) Hà Nội, năm 2013 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 mơn 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/mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cho cấp trình độ Cao đẳng nghề 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 mô đun triển khai sau mô đun Kỹ thuật số; Lập trình vi điều khiển; Kỹ thuật cảm biến Mô đun cung cấp kiến thức ngơn ngữ lập trình PLC trang bị kỹ lắp đặt điều khiển lập trình kỹ lập trình giải toán điều khiển cỡ nhỏ Trong trình biên soạn, thời gian, kinh nghiệm trình độ có hạn nên khó tránh thiếu sót, mong thầy cô độc giả nhận xét, đánh giá, bổ xung để tài liệu ngày hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2013 Tham gia biên soạn Chủ biên: Lê Thị Minh Trang Đỗ Thị Thanh Xuân Phạm Tuấn Trung MỤC LỤC Lời giới thiệu Mục lục Chương trình đạo tạo mơn PLC Bài mở đầu: Giới thiệu chung PLC toán điều khiển Bài 1: Đại cương điều khiển lập trình Bài 2: Các phép toán nhị phân PLC Bài 3: Các phép tốn số PLC Bài 4: Xử lý tín hiệu analog Bài 5: PLC hãng khác 10 Bài 6: Lắp đặt mơ hình điều khiển PLC 11 Tài liệu tham khảo 4 14 16 46 82 101 114 125 165 TÊN MÔ ĐUN: PLC CƠ BẢN Mã số mô đun: MĐ30 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: Mô đun PLC học sau mô đun chun mơn nghề, nên học cuối khóa học, trước thực tập tốt nghiệp Là mô đun chuyên môn nghề Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật logic điện tử nhanh chóng phát triển thay cho logic điện từ ưu điểm vượt trội Đó hệ điều khiển lập trình (PLC) Các hệ PLC hệ thống xử lý chuyển dùng cho tốn điều khiển q trình cơng nghệ hay sản xuất dịch vụ Trong tài liệu đề cập đến điều khiển lập trình S7 - 200 hãng Siemens sản xuất phổ biến thị trường Việt Nam Mô đun nhằm trang bị cho học viên trường dạy nghề kiến thức điều khiển lập trình, với kiến thức học viên áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất đời sống Mô đun sử dụng làm tài liệu tham khảo tốt cho cán kỹ thuật, học viên ngành khác có quan tâm đến lĩnh vực lập trình điều khiển Mục tiêu mơ đun: - 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 - Phương pháp kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi - 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, nạp trình để thực số tốn ứng dụng đơn giản cơng nghiệp - Phân tích số chương trình đơn giản, phát sai lỗi sửa chữa khắc phục - Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, tác phong công nghiệp Nội dung mô đun: Thời gian Số Tên mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra* Bài mở đầu: Giới thiệu chung 2 0 PLC toán điều khiển Đại cương điều khiển lập trình 14 Các phép toán nhị phân PLC 28 18 Các phép toán số PLC 28 18 5 Xử lý tín hiệu Analog PLC hãng khác Lắp đặt mơ hình điều khiển PLC Cộng: 15 10 53 10 40 1 150 45 95 10 BÀI MỞ ĐẦU 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 toán điều khiển giải toán điều khiển - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động sáng tạo Nội dung chính: Giới thiệu chung PLC Trong thực tiễn, ngành tự động hóa (TĐH) ln có vai trị đặc biệt lĩnh vực sản xuất như: điều khiển nhà máy thủy điện, nhiệt điện, nhà máy chế biến lọc dầu, nhà máy hóa chất Ngồi ra, TĐH 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 tơ, xe máy; khai thác khống 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 PLC – thiết bị điều khiển logic lập trình, du nhập vào Việt nam 10 năm trở thành khái niệm phổ cập lĩnh vực tự động hóa công nghiệp Thị trường PLC coi thị trường bền vững nhất, với mức tăng trưởng 4,6% liên tục từ 2003 đến 2008, ngày phát triển Thậm chí khái niệm PLC dã khơng cịn bao hàm chữ viết tắt “Điều khiển logic khả trình nữa” Khả truyền thơng, nhớ lớn tốc độ cao CPU biến PLC trở thành sản phẩm tự động hóa tiêu chuẩn Một thiên đường với PAC (Program Automation Controller) làm thay đổi mặt tự động hóa công nghiệp lớp điều khiển Bài Đại cương điều khiển lập trình Mục tiêu: - Trình bày ưu điểm điều khiển lập trình so với loại điều khiển khác ứng dụng chúng thực tế - Trình bày cấu trúc nhiệm vụ khối chức PLC - Thực kết nối PLC thiết bị ngoại vi - Lắp đặt thiết bị bảo vệ cho PLC theo yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận cơng việc Nội dung chính: Cấu trúc PLC Mục tiêu: - Trình bày chức năng, nguyên lý hoạt động, cấu trúc, thành phần PLC PLC loại thiết bị cho phép thực hện linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực thuật tốn mạch số Như vậy, với chương trình này, PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán, đặc biệt, dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC, với máy tính, thiết bị ngoại vi khác ) Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình (khối OB, FC, FB) thực lặp theo chu kỳ vịng qt (Scan) Để thực chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức máy tính, nghĩa phải có xử lý (CPU), điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển, liệu, Ngồi ra, PLC cịn phải có cổng vào/ra để giao tiếp đối tượng điều khiển để trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ tốn điều khiển số, PLC cịn cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác như: đếm (counter), định thời (timer) khối hàm chuyên dụng khác PLC thiết kế sẵn thành chưa cố định với nhiệm vụ Tất cổng logic bản, chức nhớ, timer, counter, nhà sản xuất tích hợp PLC kết nối với chương trình cho nhiệm vụ điều khiển cụ thể Có nhiều thiết bị điều khiển phân biệt với qua chức sau: - Các ngõ vào/ra - Dung lượng nhớ - Bộ đếm (counter) - Bộ định thời (timer) - Bít nhớ - Các khối chức đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình Các thiết bị điều khiển lớn lắp thành module riêng Đối với thiết bị điều khiển nhỏ, chúng lắp đặt chung Các điều khiển có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định Thiết bị điều khiển cung cấp tín hiệu tín hiệu từ cảm biến phận ngõ vào thiết bị tự động Tín hiệu xử lý tiếp tục thơng qua chương trình điều khiển đặt nhớ chương trình Kết xử lý đưa phận ngõ thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển dạng tín hiệu Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau: 10 Chiều dài gỗ xác nhận cảm biến: Cảm biển B1 tác động tương ứng gỗ ngắn Cảm biển B1 B2 tác động tương ứng gỗ trung bình Cảm biển B2, B2 B3 tác động tương ứng gỗ dài Khi gỗ ngắn đến cảm biến B7 “Tay gạt 1” đẩy gỗ vào thùng Khi gỗ trung bình đến cảm biến B8 “Tay gạt 2” đẩy gỗ vào thùng Gỗ dài di chuyển tiếp tục đến khâu xử lý Tay gạt sử dụng khí nén, điều khiển khoảng 1s sau trở vị trí Sau xếp thành cơng thiết bị tự động phát tín hiệu khởi động băng tải tiếp tục vận chuyển gỗ  Chế độ tay: Ở chế độ này, gỗ xử lý xong yêu cầu khởi động lại hệ thống tay Tín hiệu khởi động phép xử lý việc điều khiển trước báo đèn Ngay sau xếp thành cơng đèn báo lại sáng Tay gạt I II điều khiển tay từ nút nhấn điều khiển Ghi chú: Đây khâu xếp gỗ, gỗ đặt vào băng tải nhờ vào nút ấn khởi động Điều có nghĩa nút ấn khởi động vừa đóng vai trị khởi động, vừa nơi cung cấp gỗ cho băng tải Viết chương trình, kết nối kiểm tra hoạt động theo hai cách: Điều khiển dùng tổ hợp logic Điều khiển trình tự 140 Bài giải mẫu (dùng tổ hợp logic) Chương trình viết LAD: 141 142 143 Chương trình viết STL: 144 6.5 Thiết bị nâng hàng: Hình 6.10: Mơ hình thiết bị nâng hàng a Mô tả: Mô hệ thống nâng hàng đèn LED với nhiều màu sắc khác 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 Ứng dụng: Ứng dụng PLC bản: điều khiển tổ hợp logic Ứng dụng PLC nâng cao: điều khiển trình tự b Vận hành mơ hình: Sau nối dây mơ hình với PLC xong, thực viết chương trình theo tập đưa (có thể tự kiểm tra ngõ vào/ra phần mềm thực mô chương trình Vật thể bàn lăn xem nơi khác chuyển đến Cứ sau vật thể đưa sang bàn nâng vật thể khác bàn lăn lại xuất 145 vật thể bàn nâng đưa sang đầu bên bàn nâng nhờ vào băng tải bàn nâng (tượng trưng LED chạy đuổi Khi vật thể đưa sang bàn lăn lăn đến cối bàn dừng lại 1s sau tự biến c Bảng ký hiệu Ký hiệu Địa Chú thích ON I0.0 Khởi động hệ thống, thường hở OFF I0.1 Dừng hệ thống, thường đóng S2 I0.2 Báo hàng vị trí cuối bàn nâng, thường đóng S3 I0.3 Giới hạn bàn nâng, thường đóng S4 I0.4 Cảm bàn nâng, thường đóng S5 I0.5 Báo hàng cuối bàn lăn Thanh chắn Q0.0 Chặn hàng hóa bàn nâng Băng tải Q0.1 Băng tải chuyển hàng K1 Q0.2 Nâng hàng hóa lên K2 Q0.3 Hạ bàn nâng xuống d Bài tập mẫu: 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” Viết chương trình, kết nối kiểm tra hoạt động theo hai cách: 146 - Điều khiển dùng tổ hợp logic - Điều khiển trình tự 147 6.6 Thiết bị vơ nước chai: Hình 6.11: Mơ hình thiết bị vơ nước chai a Mô tả: Mô thiết bị vô nước chai có cảm biến, cơng tắc hành trình chuyển động LED Ứng dụng PLC bản: điều khiển tổ hợp logic Ứng dụng PLC nâng cao: điều khiển trình tự b Vận hành mơ hình: Sau nối dây mơ hình với PLC xong, thực viết chương trình theo tập đưa (có thể tự kiểm tra ngõ vào/ra phần mềm thực mô chương trình Hai chai bia phải xem chai rỗng Chai vị trí thứ xem chai đưa đến vị trí Nước chai dâng lên mô đèn LED sáng dần Tùy theo sáng dần mà định thời gian làm đầy chai Khi chai đổ đầy nước băng tải vận chuyển chai hoạt động chai đầy tự động chuyển sang băng tải đưa chai vào két Một tín hiệu phát chai vị trí két Khi két đạt đến 12 khơng thể tự reset Để xóa LED két phải ấn nút “khởi động” Để 148 hoạt động thực tế cần vơ nước đến miệng chai phải dừng lại 1s để ổn định c Bảng ký hiệu Ký hiệu Địa Chú thích S1 I0.0 Giới hạn cần vơ nước, thường đóng S2 I0.1 Giới hạn cần vơ nước, thường đóng S3 I0.2 Cảm biến vị trí chai, thường hở S4 I0.3 Khởi động hệ thống, thường hở S5 I0.4 Chai vị trí két, thường hở K1 Q0.0 Van xả nước K2 Q0.1 Hạ cần vô nước xuống K3 Q0.2 Nâng cần vô nước lên K4 Q0.3 Băng tải vận chuyển chai rỗng K5 Q0.4 Đèn báo két đầy d Bài tập mẫu: Thiết bị vô nước chai hoạt động sau: Trước vận hành thiết bị vô nước chai chai rỗng phải đặt lên băng tải Nếu sau nút nhấn khởi động (I0.3) tác động, băng tải vận chuyển chai rỗng với thời gian trì hỗn ban đầu 1s Băng tải dừng lại có chai đến cảm biến vị trí (I0.2) Bây cần vơ nước hạ từ xuống, đến giới hạn (I0.1) dừng lại, sau 1s van xả mở đổ nước vào chai, van xả đóng lại chai đầy Thời gian làm đầy kéo dài khoảng 3s Sau van xả đóng lại 1s cần vô nước nâng lên, đến giới hạn (I0.0) dừng lại, sau 1s băng tải vận chuyển chai rỗng lại tiếp tục trình lặp lại 149 Chai đổ đầy nước đưa sang băng tải đưa chai vào két băng tải chai rỗng hoạt động, chai vị trí két có tín hiệu phát (I0.4) Quá trình lặp lặp lại số lượng chai két đủ 12 đèn báo sáng lên hệ thống dừng lại Quá trình lại bắt đầu nhấn nút khởi động Viết chương trình, kết nối kiểm tra hoạt động theo hai cách: - Điều khiển dùng tổ hợp logic - Điều khiển trình tự 150 6.7 Thiết bị trộn hóa chất Hình 6.12: Mơ hình thiết bị trộn hóa chất a Mô tả: Mô thiết trộn định lượng, sử dụng cảm biến analog để đo lượng chất lỏng chứa bình đo nhiệt độ bình Nhiệt độ lượng chất lỏng bình điều chỉnh trước phím chỉnh định bên Ứng dụng PLC nâng cao: điều khiển trình tự, xử lý tín hiệu analog, phép tốn, điều chỉnh điểm… b Vận hành mơ hình:  Vài nét mơ hình Đây mơ hình thiết bị trộn dùng cảm biến quang analog Mô hình thiết kế cho PLC gắn modul ngõ vào analog có điện áp (0.10V) ùy theo loại PLC tùy theo modul ngõ vào analog có mà đưa số tập phù hợp 151  Ghi chú: Cảm biến đo nhiệt độ mơ hình thiết kế phụ thuộc vào V3 Có nghĩa V3 cung cấp điện nhiệt độ tăng dần từ khoảng 50C lên đến cực đại 1000C Nếu V3 điện nhiệt độ tự động giảm xuống từ từ Đối với cảm biến đo lượng chất lognr, đo thời điểm với bơm chất lỏng Tức bơm A hoạt động bơm B phải ngưng hoạt động ngược lại c Bảng ký hiệu Ký hiệu Địa Chú thích Al1 AIW0 Cảm biến nhận biết lượng chất lỏng bình Al2 AIW2 Cảm biến nhận biết nhiệt độ bình Al3 AIW4 Đặt chỉnh trước lượng chất lỏng cần thiết Al4 AIW6 Đặt chỉnh trước nhiệt độ cần thiết ON I0.0 Khởi động hệ thống, thường hở OFF I0.1 Dừng hệ thống, thường đóng V1 Q0.0 Bơm chất lỏng A V2 Q0.1 Bơm chất lỏng B V3 Q0.2 Cung cấp nhiệt độ cho bình trộn V4 Q0.3 Van xả chất lỏng M1 Q0.4 Quạt trộn hóa chất d Bài tập mẫu: Thiết bị trộn hóa chất hoạt động sau: Có hai loại chất lỏng A B cần trộn với theo tỷ lệ 1/3 Nhiệt độ cần thiết để trộn hai chất đặt chinrhh Al1 Lượng chất lỏng muốn trộn đặt chỉnh Al3 152 Khi ấn nút khởi động “ON” bơm B hoạt động trước Sau chất lỏng A đạt đến mức cần thiết dừng lại (được nhận biết cảm biến Al1) Nhiệt độ bồn trộn tăng dần lên đến giá trị đặt (sai số cho phép 10%, nhận biết cảm biến Al2) bơm chất lỏng A hoạt động, đồng thời bồn trộn quay Khi chất lỏng A đổ lượng cho phép bơm A dừng Quạt trộn tiếp tục quay khoảng thời gian 10s dừng lại Sau van xả tự động mở để xả chất lỏng trộn vào bồn chứa Quá trình lại bắt đầu, ấn nút “ON” Hệ thống dừng nhấn nút “OFF” Viết chương trình điều khiển cho bồn trộn Yêu cầu đánh giá kết học tập: Áp dụng hình thức kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành Các nội dung trọng tâm cần kiểm tra là: - Giải thuật phù hợp đơn giản, ngắn gọn - Nạp trình thành thạo, kiểm tra sửa chữa lỗi nạp trình - Sử dụng khối chức năng, lệnh (các phép toán nhị phân phép tốn số PLC, xử lý tín hiệu analog) - Sử dụng, khai thác thành thạo phầm mềm mô Thực kết nối tốt với PC - Lắp ráp thành thạo mạch động lực đảm bảo kỹ thuật an toàn 153 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 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 154 ... lập trình cỡ nhỏ Giáo trình PLC thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun/mơn học chương trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp cho cấp trình độ Cao đẳng nghề Ngồi ra, giáo trình sử dụng cho... Bit, Byte, Word Double Word Xử lý chương trình Mục tiêu: trình bày cách xử lý chương trình PLC 3.1 Vịng qt chương trình PLC thực chương trình theo chu trình lặp, vịng lặp gọi vòng quét (Scan)... (MEND) - Chương trình phận chương trình Các chương trình phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính, lệnh MEND - Các chương trình xử lý ngắt phận chương trình Nếu cần sử dụng chương trình xử lý