Giáo trình Điều khiển lập trình cỡ nhỏ (Nghề Điện công nghiệp Trình độ Cao đẳng)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỠ NHỎ NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017) Năm 2017 -1 - 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 lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm -2 - LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Điều khiển lập trình biên soạn theo khung chương trình trung cấp nghề điện cơng nghiệp áp dụng cho đối tượng học sinh trung cấp nghề Nội dung biên soạn theo tinh thần ngắn gọn, dễ hiểu Các kiến thức tồn giáo trình có mối liên hệ logic chặt chẽ Tuy vậy, giáo trình phần nội dung chương trình đào tạo học sinh, sinh viên cần tham khảo thêm giáo trình có liên quan ngành học để việc sử dụng giáo trình hiệu Khi biên soạn giáo trình, tác giả cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến mơn học phù hợp với đối tượng sử dụng cố gắng gắn nội dung lý thuyết với vấn đề thực tế thường gặp sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao Mặc dù có nhiều cố gắng chắn khơng tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận ý kiến đóng góp q thầy đồng nghiệp người sử dụng để giáo trình chúng tơi hồn chỉnh Mọi ý kiến đóng góp xin gửi địa Khoa Điện - Điện tử trường CAO ĐẲNG CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI -3 - MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỠ NHỎ 1.1 TỔNG QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỠ NHỎ: 1.1.1 ĐIỀU KHIỂN NỐI CỨNG: 1.1.2 ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 1.2 CẤU TRÚC CỦA BỘ LẬP TRÌNH CỠ NHỎ: 1.2.1 Sơ đồ khối cấu trúc lập trình cỡ nhỏ: 1.2.2 chức khối điều khiển lập trình cỡ nhỏ: 1.3 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH: 10 1.3.1 Địa ngõ vào/ra 10 1.3.2 Phần chữ vị trí kích thước nhớ 10 1.3.3 Phần số địa bit miền nhớ xác định: 10 1.3.4 Cấu Trúc nhớ 10 1.4 XỬ LÝ CHƯƠNG TRÌNH 13 1.4.1 vịng qt chương trình: 13 1.4.2 Cấu trúc chương trình Phương pháp lập trình: 13 1.5 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM: 17 1.5.1 Giới thiệu phần mềm logo! soft comfort v2.0, v4.0, v5.0 17 1.5.2 Cách cài đặt, truy cập phần mềm v2.0, v4.0, v5.0 18 BÀI 2: CÁC TẬP LỆNH CỦA DỮ LIỆU 20 2.1 CÁC LIÊN KẾT LOGIC 20 2.1.1 Các lệnh vào/ra lệnh tiếp điểm đặc biệt 20 2.1.2 Các lệnh liên kết logic 20 2.1.3 Liên kết cổng logic 21 2.1.4 Bài tập ứng dụng 22 2.2 CÁC LỆNH GHI/XÓA GIÁ TRỊ CHO TIẾP ĐIỂM 22 2.2.1 Lệnh SET (S) RESET (R) 22 2.2.2 Các ví dụ 23 2.3 TIMER 24 2.3.1 On - Delay Timer (TON) 24 2.3.2 Retentive On - Delay Timer (TONR) 24 RƠ LE ON – DELAY CÓ NHỚ: 24 2.4 COUTER (Bộ đếm) 25 BÀI 3: CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA BỘ LẬP TRÌNH CỠ NHỎ 26 -4 - 3.1 CHỨC NĂNG TRUYỀN DẪN 26 3.1.1 Truyền Byte, Word, Doubleword 26 3.1.2 Truyền vùng nhớ liệu 26 3.2 CHỨC NĂNG SO SÁNH 26 3.2.1 Chức dịch chuyển 26 3.2.2 Chức chuyển đổi (Converter) 26 3.3 ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC 27 BÀI 4: LẮP ĐẶT MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG BỘ LẬP TRÌNH CỠ NHỎ 28 4.1 GIỚI THIỆU 28 4.2 CÁCH KẾT NỐI DÂY 29 4.3 CÁC MƠ HÌNH VÀ BÀI TẬP ỨNG DỤNG 30 4.3.1 Điều khiển động có hai cuộn dây 30 4.3.2 điều khiển cửa tự động 31 4.3.3 điều khiển hệ thống bơm nước 32 4.3.4 điều khiển chiếu sáng theo 34 4.3.5 Điều khiển băng tải 35 -5 - BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỠ NHỎ Mục tiêu: - Trình bày cấu trúc nhiệm vụ khối chức lập trình cỡ nhỏ - Thực kết nối lập trình cỡ nhỏ thiết bị ngoại vi - Mơ tả cấu trúc chương trình lập trình cỡ nhỏ - Chủ động, sáng tạo đảm bảo an tồn q trình học tập Nội dung: 1.1 TỔNG QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỠ NHỎ: PLC du nhập vào Việt nam 10 năm, trở thành khái niệm phổ cập lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp PLC phải cơng cụ hữu hiệu giúp đóng gói sản phẩm trí tuệ Việt Nam máy móc, hệ thống tự động hóa thương hiệu Việt? Khái niệm PLC khơng cịn bao hàm viết tắt Điều khiển Logic khả trình Các khả truyền thơng, nhớ lớn tốc độ cao CPU đa biến PLC trở thành sản phẩm tự động hoá tiêu chuẩn PAC (Programmable Automation Controller) làm thay đổi mặt tự động hố cơng nghiệp lớp điều khiển Các Nano PLC (thí dụ LOGO! Siemens) tìm đường hướng tới thay rơ le, Micro PLC (thí dụ SIMATIC S7-200 Siemens) thâm nhập cách không hạn chế vào thị trường chế tạo máy Các PLC cỡ vừa lớn biến chuyển vào thị trường SCADA chiếm lĩnh thị trường DCS có ứng dụng đơn giản Người tiêu dùng quan tâm thích giải pháp ứng dụng chuyên nghiệp, chuyên dụng PLC, PLC sản phẩm tiêu chuẩn cơng nghiệp tiếng độ tin cậy cao PLC ngày bao gồm cơng nghệ máy tính phát triển cơng nghệ đóng góp vào chức PLC Trong kỹ thuật điều khiển tự động điều khiển chia làm loại là: + Điều khiển nối cứng + Điều khiển logic khả trình 1.1.1 ĐIỀU KHIỂN NỐI CỨNG: -6 - Trong điều khiển nối cứng, thành phần chuyển mạch như: Rơ le, contactor, công tắc, đèn báo v.v Được nối cố định với Toàn chức điều khiển, tiến hành chương trình xác định qua cách thức nối rơ le, công tắc v.v… với theo sơ đồ thiết kế Khi muốn thay đổi lại hệ thống phải nối lại dây cho hệ thống điều khiển nên hệ thống phức tạp việc làm địi hỏi phải tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu đem lại không cao Trong công nghiệp ứng dụng khoa học công nghệ kỹ thuật vào sản xuất nhu cầu tự động hóa ngày cao địi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng đủ yêu cầu: * Dễ dàng thay đổi chức điều khiển dựa thiết bị cũ * Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với liệu, số liệu * Kích thước vật lý gọn gàng dễ bảo quản, dễ sửa chữa * Hoàn toàn tin cậy mơi trường cơng nghiệp 1.1.2 ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Bộ điều khiển lập trình PLC (Programable logic controller) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình Với chương trình điều khiển PLC tạo cho trở thành điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, số liệu trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Các chương trình điều khiển định nghĩa tiếp điểm, cảm biến sử dụng để từ kết hợp với hàm logic, thuật toán cuộn dây điều hành Trong q trình hoạt động tồn chương trình lưu vào nhớ tiến hành truy xuất trình làm việc 1.2 CẤU TRÚC CỦA BỘ LẬP TRÌNH CỠ NHỎ: 1.2.1 Sơ đồ khối cấu trúc lập trình cỡ nhỏ: Một hệ thống điều khiển tạo thành từ thành phần: + Khối vào + Khối xử lý – điều khiển + Khối 1.2.2 chức khối điều khiển lập trình cỡ nhỏ: @ Khối vào: -7 - Để chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, chương trình chuyển đổi là: Nút nhấn, cảm biến, cơng tắc V.V Và tùy theo chuyển đổi mà tín hiệu khỏi khối có dạng ON/OFF (binary) dạng liên tục (Analog) @ Khối xử lý: Khối thay người vận hành thực thao tác đảm bảo q trình hoạt động Từ thơng tin tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo tín hiệu cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển xác định phần xử lý Tín hiệu điều khiển thực theo cách: + Dùng mạch điện kết nối cứng + Dùng chương trình điều khiển @ Khối ra: Tín hiệu kết trình xử lý hệ thống điều khiển Các tín hiệu sử dụng để tạo hoạt động đáp ứng cho thiết bị ngõ Logo 230R 230RC dùng nguồn 115V hay 230V/50Hz hay 60Hz Điện áp thay đổi khoảng 85V đến 264V Ở 230V dịng điện tiêu thụ 26 mA Logo 24 24R dùng nguồn 24VDC Điện áp thay đổi khoảng 20,4V đến 28,8V Ở 24V Logo 24 có dịng tiêu thụ 30mA, Logo 24R có dịng tiêu thụ 62mA, cộng với dịng đầu tín hiệu x 0,3A (Logo 24 ngõ đựợc cấp dịng từ nguồn 24V nguồn ni) Logo 230R 230RC có ngõ vào mức "0" cơng tắc hở hay có điện áp =< 40VAC, ngõ mức "1" cơng tắc đóng hay có điện áp >= 79VAC Dòng điện ngõ vào lớn 0,24mA Thời gian thay đổi trạng thái từ "0" lên "1" hay từ "1" xuống "0" tối thiểu 50ms để logo nhận biết Logo 24 24R có ngõ vào mức '0" cơng tắc hở hay có điện áp =< 5VDC, ngõ vào mức "1" cơng tắc đóng hay có điện áp >= 15VDC Dịng điện ngõ vào tiêu chuẩn 3mA Thời gian thay đổi trạng thái từ "0" lên "1" hay từ "1" xuống "0" tối thiểu 50ms để Logo nhận biết Các loại logo 24R - 230RC có ngõ rơle, với tiếp điểm rơle cách ly với nguồn ngõ vào Tải ngõ đèn, rơ le trung gian, công tắc tơ -8 - dùng nguồn điện áp cấp cho tải khác Khi ngõ = "1" dịng điện cực đại qua tiếp điểm ngõ cho tải trở 10A tải cuộn dây 3A Đối với Logo 24 ngõ tranzistor Ngõ bảo vệ chống tải ngắn mạch Loại không cần nguồn nuôi riêng cho tải mà dùng chung với nguồn ni 24VDC Dịng điện cực đại ngõ 0.3A Trong hệ thống điều khiển kết nối phần cứng phân thành loại là: Kết nối phần cứng có tiếp điểm kết nối phần cứng khơng tiếp điểm Điều khiển nối cứng có tiếp điểm: Dùng thiết bị điện từ rơle, công tắc tơ kết hợp với cảm biến, bóng đèn, cơng tắc… Các khí cụ điện nối lại với theo mạch điện cụ thể để thực u cầu cơng nghệ định Ví dụ mạch điều khiển đảo chiều quay động Mạch giới hạn dòng khởi động hay mạch điều khiển nhiều động chạy dừng Hình 1.6: Điều khiển có tiếp điểm Điều khiển kết nối phần cứng không tiếp điểm: Dùng cổng logic bản, cổng logic đa hay rơ le (gọi chung IC số) kết hợp với cảm biến, bóng đèn, cơng tắc… Các IC số nối lại với theo sơ đồ logic cụ thể để thực yêu cầu công nghệ định Các mạch điều khiển nối phần cứng sử dụng linh kiện điện tử công suất SCR, Triac để thay công tắc tơ mạch động lực Điều khiển không tiếp điểm -9 - Trong hệ thống điều khiển kết nối phần cứng có tiếp điểm, linh kiện hay khí cụ điện nối cứng với Do muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển phải nối dây lại toàn mạch điện Với hệ thống phức tạp khơng hiệu tốn Phương pháp điều khiển kết nối phần cứng thực theo bước sau: Xác định yêu cầu công nghệ Thiết kế sơ đồ điều khiển Chọn phần tử mạch điện Ráp nối mạch, liên kết phần tử Chạy thử, kiểm tra 1.3 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH: 1.3.1 Địa ngõ vào/ra Địa ô nhớ logo bao gồm hai phần: Phần chữ phần số Ví dụ: Q1 I7 Phần chữ Phần số Phần số Phần chữ 1.3.2 Phần chữ vị trí kích thước nhớ M: Chỉ nhớ miền biến cờ có kích thước bit I: Chỉ nhớ có kích thước bit miền đệm ngõ vào số Q: Chỉ nhớ có kích thước bit miền đệm ngõ số T: Chỉ ô nhớ miền nhớ thời gian (Timer) C: Chỉ ô nhớ miền nhớ đếm (counter) 1.3.3 Phần số địa bit miền nhớ xác định: Nếu ô nhớ xác định thơng qua phần chữ có kích thước bit 1.3.4 Cấu Trúc nhớ Bộ nhớ Bo chia làm vùng: vùng nhớ chương trình, vùng nhớ liệu vùng nhớ thông số Vùng nhớ chương trình, vùng nhớ thơng số phần vùng nhớ liệu chứa ROM điện EEPROM Đối với CPU cho -10 - 2.3 TIMER 2.3.1 On - Delay Timer (TON) Hàm On – delay có ký hiệu giản đồ thời gian sau: Trg: (Trigger) ngõ vào mạch On – delay T: (Timer) thời gian trễ mạch On – delay Khi ngõ vào Trg = mạch bắt đầu tính thời gian trễ Nếu ngõ vào Trg = đủ dài sau thời gian trễ T ngõ Q = Khi ngõ vào Trg = ngõ Q trở lại mức Nếu ngõ vào Trg = trở lại = với thời gian nhỏ T ngõ Q không thay đổi trạng thái thời gian tính bị xóa 2.3.2 Retentive On - Delay Timer (TONR) Hàm OFF – delay có ký hiệu sơ đồ, ký hiệu logo giản đồ thời gian sau: Trg: (Trigger ngõ vào mạch OFF – delay T: (Timer) thời gian trễ mạch OFF – delay Khi ngõ vào Trg = ngõ Q = Khi ngõ Trg = mạch bắt đầu tính thời gian trễ Sau thời gian trễ T ngõ Q = Trường hợp ngõ Trg = thời gian ngắn T lại lên thời gian tính bị xóa bắt đầu tính thời gian trễ trở lại ngõ Trg = Khi ngõ = thời gian trễ T, ngõ R lên ngõ = tức thời RƠ LE ON – DELAY CÓ NHỚ: Rơ le ON – Delay có nhớ khác với rơle On – delay loại thường đặc điểm sau: Rơle ON – Delay loại thường tác động ngõ vào có thời gian lên dài thời gian trễ T Nói cách khác On – Delay loại thường hoạt động mức điện cao ngõ vào Rơle ON – Delay có nhớ cần xung kích ngõ vào (ngõ vào lên thời gian ngắn dạng xung điện) rơ le tác động tính thời gian -24 - trễ Sau thời gian trễ, ngõ lên không tự muốn ngõ rơ le trở cần phải có xung kích đưa ngõ R lên Hình vẽ ký hiệu giản đồ thời gian rơle ON – Delay có nhớ 2.4 COUTER (Bộ đếm) 2.4.2 Bộ đếm lên/ xuống (Counter up - down) R (Reset) ngõ vào R = giá trị đếm trước bị xóa trở giá trị Cnt: (Count: đếm) ngõ Cnt từ lên đếm nhận tín hiệu vào giá trị đếm tăng lên 1, ngõ Cnt từ xuống giá trị đếm khơng thay đổi Tần số đếm tối đa 5Hz Dir: (Directoin: hướng đếm) Dir = đếm thực chức đếm lên, Dir = đếm thực chức đếm xuống Giá trị đếm thay đổi từ đến 9999 -25 - BÀI 3: CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA BỘ LẬP TRÌNH CỠ NHỎ Mục tiêu: - Trình bày phép toán so sánh, phép toán số - Lập trình, kết nối, chạy thử phép tốn so sánh, - Chủ động, sáng tạo đảm bảo an tồn q trình học tập Nội dung : 3.1 CHỨC NĂNG TRUYỀN DẪN 3.1.1 Truyền Byte, Word, Doubleword Phép truyền Move Byte thực copy liệu Byte ngõ vào IN truyền tới Byte ngõ OUT Phép truyền Move Word thực copy liệu Word ngõ vào IN truyền tới Word ngõ OUT Phép truyền Move DoubleWord thực copy liệu doubleword ngõ vào IN truyền tới doubleWord ngõ OUT Phép truyền Real thực copy số thực 32 bit Double Word ngõ vào IN truyền tới doubleWord ngõ OUT Khi xảy lỗi ngõ ENO bị SET = 3.1.2 Truyền vùng nhớ liệu Phép truyền Block Move Byte, Block Move word, Block Move Doubleword thực truyền số lượng Byte (N) có địa Byte đầu tạị ngõ vào IN sang vùng nhớ có địa đầu ngõ OUT N số lượng Byte có giới hạn từ đến 255 3.2 CHỨC NĂNG SO SÁNH 3.2.1 Chức dịch chuyển Dịch phải Byte SHR_B Dịch trái Byte SHL_B: Các lệnh SHR_B SHL_B dịch liệu Byte ngõ vào IN sang phải sang trái với số vị trí dịch nhập N, kết chứa vào Byte ngõ OUT Ở lệnh SHIFT vị trí Bit bị dịch lấp đầy số Số vị trí Bit cần dịch nhập ngõ N