ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ Thiết Kế Hệ PLC OMRON, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ PLC OMRON, bộ điều khiển lập trình PLC OMRON, Ngôn ngữ lập trình PLC OMRON, PLC OMRON CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT[.]
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ Thiết Kế Hệ PLC OMRON, thuyết minh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỬ PLC OMRON, điều khiển lập trình PLC OMRON, Ngơn ngữ lập trình PLC OMRON, PLC OMRON CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ: Tổng quát, hệ thống điều khiển 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 Nó thực yêu cầu dụng cụ, từ cung cấp lựơng đến thiết bị bán dẫn Với thành phát triển nhanh chóng cơng nghệ việc điều khiển hệ thống phức tạp thực hệ thống điều khiển tự động hóa hồn tồn, PLC, sử dụng kết hợp với máy tính chủ Ngồi ra, cịn giao diện để kết nối với thiết bị khác (như là: bảng điều khiển, động cơ, contact, cuộn dây, ….) Khả chuyển giao mạng PLC cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển hệ thống lớn Ngồi ra, cịn thể linh hoạt cao việc phân loại hệ thống điều khiển Mỗi phận hệ thống điều khiển đóng vai trị quan trọng Từ hình 1.1 ta thấy: PLC khơng nhận biết điều khơng kết nối với thiết bị cảm ứng Nó khơng cho phép máy móc hoạt động ngõ PLC không kết nối với động Và tất nhiên, vùng máy chủ phải nơi liên kết hoạt động vùng sản xuất riêng biệt Hình 1.1: Một hệ thống điều khiển điển hình dùng PLC 1.2 VAI TRỊ CỦA PLC Trong hệ thống điều khiển tự động, PLC xem trái tim hệ thống điều khiển Với chương trình ứng dụng (đã lưu trữ bên nhớ PLC) PLC liên tục kiểm tra trạng thái hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ thiết bị nhập, dựa vào chuơng trình logic để xử lý tín hiệu mang tín hiệu điều khiển thiết bị xuất PLC dùng để điều khiển hệ thống từ đơn giản đến phức tạp Hoặc ta kết hợp chúng với thành mạng truyền thơng điều khiển trình phức hợp 1.3 CÁC THIẾT BỊ NHẬP VÀ XUẤT DÙNG TRONG PLC: 1.3.1 Các thiết bị nhập Sự thông minh hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả đọc tín hiệu từ cảm biến tự động PLC Hình thức giao diện PLC thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao, phím,… Ngồi ra, PLC cịn nhận tín hiệu từ thiết bị nhận dạng tự động như: công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện, cảm biến cấp độ , … Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải trạng logic ON/OFF tín hiệu Analog Những tín hiệu ngõ vào giao tiếp với PLC qua modul nhập Hình1.2: Input Devices Thiết bị xuất Trong hệ thống tự động hóa, thiết bị xuất yếu tố quan trọng Nếu ngõ PLC không kết nối với thiết bị xuất hệ thống bị tê liệt hịan tồn Các thiết bị xuất thơng thường là: động cơ, cuộn dây nam châm, relay, chuông báo ,… Thông qua hoạt động motor, cuộn dây, PLC điều khiển hệ thống từ đơn giản đến phức tạp Các loại thiết bị xuất phần kết cấu hệ thống tự động hóa ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất hệ thống Tuy nhiên, thiết bị xuất khác : đèn pilot, còi báo động cho biết mục đích như: báo cho biết giao diện tín hiệu ngõ vào , thiết bị ngõ giao tiếp với PLC qua miền rộng modul ngõ PLC Hình 1.3: Output devices 1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC (PLC) LÀ GÌ PLC điều khiển logic theo chương trình bao gồm: xử lý trung tâm gọi CPU (Central Processing Unit) chứa chương trình ứng dụng modul giao diện nhập xuất Nó nối trực tiếp đến thiết bị I/O Vì thế, tín hiệu nhập, CPU xử lý tín hiệu gởi tín hiệu đến thiết bị xuất Hình 1.4: Sơ đồ khối PLC 1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG KHÁC Hiện nay, hệ thống điều khiển PLC thay cho hệ thống điều khiển relay, contactor thông thường Ta thử so sánh ưu, khuyết điểm hai hệ thống trên: Hệ thống điều khiển thông thường: Thô kệch có nhiều dây dẫn relay điều khiển Tốn nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt Tốc độ hoạt động chậm Công suất tiêu thụ lớn Mỗi lần muốn thay đổi chương trình phải lắp đặt lại tịan bộ, tốn nhiều thời gian Khó bảo quản sữa chữa Hệ thống điều khiển PLC: Những dây kết nối hệ thống giảm 80% nên nhỏ gọn Cơng suất tiêu thụ Sự thay đổi ngõ vào, điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng nhờ phần mềm điều khiển máy tính hay Console Tốc độ hoạt động hệ thống nhanh Bảo trì sữa chữa dễ dàng Độ bền tin cậy vận hành cao Giá thành hệ thống giảm số tiếp điểm tăng Có thiết bị chống nhiễu Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu Dễ lập trình lập trình máy tính, thích hợp cho việc thực lệnh Các modul rời cho phép thay thêm vào cần thiết Do lý do PLC thể rõ ưu điểm so với thiết bị điều khiển thông thường khác PLC cịn có khả thêm vào hay thay đổi lệnh tuỳ theo yêu càu công nghệ Khi ta cần thay đổi chương trình nó, điều nói lên tính điều khiển linh động PLC 1.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC Để thiết kế chuơng trình điều khiển cho hoạt động bao gồm bước sau: Xác định qui trình cơng nghệ Trước tiên , ta phải xác định thiết bị hay hệ thống muốn điều khiển. Mục đích cuối điều khiển điều khiển hệ thống hoạt động Sự vận hành hệ thống kiểm tra thiết bị đầu vào Nó nhận tín hiệu gởi tín hiệu đến CPU , CPU xử lý tín hiệu gởi đến thiết bị xuất để điều khiển hoạt động hệ thống lập trình sẵn chương trình Xác định ngõ vào, ngõ : Tất thiết bị xuất , nhập bên kết nối với điều khiển lập trình Thiết bị nhập contact, cảm biến Thiết bị xuất cuộn dây , valve điện từ , motor, hiển thị Sau xác định tất thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị thiết bị vào tương ứng cho ngõ vào, PLC trước viết chương trình Viết chương trình: Khi viết chương trình theo sơ đồ hình bậc thang (ladder ) phải theo hoạt động bước hệ thống Nạp chương trình vào nhớ : Bây cung cấp nguồn cho điều khiển có lập trình thơng qua cổng I/O Sau nạp chương trình vào nhớ thơng qua console lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang Sau nạp xong, kiểm tra lại hàm chuẩn đốn Nếu mơ toàn hoạt động hệ thống để chắn chuơng trình hoạt động tốt Chạy chương trình : Trước nhấn nút Start, phải chắn dây dẫn nối ngõ vào, đến thiết bị nhập, xuất nối theo định Lúc PLC bắt đầu hoạt động thực Trong chạy chương trình, bị lỗi máy tính Console báo lỗi , ta phải sữa lại hoạt động an toàn Sau lưu dồ phương pháp thiết kế điều khiển 1.7 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC: Cấu trúc phần cứng tất PLC có phận sau: xử lý, nhớ, nhập, xuất 1.7.1 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU): Là vi xử lý, liên kết với hoạt động hệ thống PLC, thực chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất thơng tin liên lạc với thiết bị bên 1.7.2 Bộ nhớ (Memory): Có nhiều loại nhớ khác Đây nơi lưu giữ trạng thái hoạt động hệ thống nhớ người sử dụng Để đảm bảo cho PLC hoạt động , phải cần có nhớ để lưu trữ chương trình, đơi cần mở rộng nhớ để thực chức khác : + Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái kênh xuất / nhập gọi RAM xuất / nhập + Lưu trữ tạm thời trạng thái chức bên : Timer , Counter, Relay Bộ nhớ gồm có loại sau : + Bộ nhớ đọc (ROM: Read Only Memory): ROM nhớ khả biến, lập trình lần Do khơng thích hợp cho việc điều khiển “mềm” PLC ROM phổ biến so với loại nhớ khác + Bộ nhớ ghi đọc (RAM: Random Access Memory): RAM nhớ thường dùng để lưu trữ liệu chương trình người sử dụng Dữ liệu RAM bị nguồn điện bị Tuy nhiên vấn đề giải cách gắn thêm vào RAM nguồn điện dự phòng Ngày nay, kỹ thuật phát triển PLC , người ta dùng CMOSRAM nhờ tiêu tốn lượng thấp cung cấp pin dự phòng cho RAM nguồn Pin dự phịng có tuổi thọ năm trước cần thay thế, ta chọn pin sạc gắn với hệ thống , pin sạc cấp nguồn cho PLC + Bộ nhớ đọc chương trình xóa (EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM lưu trữ liệu giống ROM, nhiên nội dung bị xố ta phóng tia tử ngoại vào, người viết phải viết lại chương trình nhớ + Bộ nhớ đọc chương trình xố điện (EEPROM: Electric Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM kết hợp khả truy linh động RAM tính khả biến EPROM, nội dung EEPROM bị xố lập trình điện , nhiên giới hạn số lần định CHƯƠNG II: KHẢO SÁT PLC CỦA HÃNG OMRON 2.1 KHẢO SÁT LOẠI CPM2A 2.1.1 Giới thiệu chung: Các điều khiển lập trình hãng OMRON đa dạng, gồm loại CPM1A, CPM2A, CPM2C, CQM1,… loại PLC nên tạo thành từ modul rời kết nối lại với nhau, cho phép mở rộng dung lượng nhớ mở rộng vác ngõ vào, Vì chúng sử dụng linh hoạt đa dạng thực tiễn Ngoài ra, hãng OMRON cịn sản xuất PLC có cấu trúc cố định, PLC cho cơng việc đặc biệt nên khơng địi hỏi tính linh hoạt cao Các PLC có cấu trúc gồm: nguồn, CPU, Port I/O, modul I/O đặc biệt … Để có PLC hồn chỉnh ta phải lắp ráp modul lại với Việc kết nối thực đơn giản cho phép thay dễ dàng Họ CPM2A có nhiều loại Ta tóm tắt bảng sau: Hình 2.1: Các thành phần CPU Trong đó: - Nguồn cung cấp: tuỳ theo loại CPU mà ta dùng nguồn AC từ 100V240V nguồn DC 24V 2,3 - Chân nối đất bảo vệ (đối với loại CPU dùng nguồn AC): để bảo vệ an toàn cho người sử dụng - Nguồn cung cấp cho ngõ vào : nguồn 24V DC dùng để cung cấp điện áp cho thiết bị đầu vào (đối với loại CPU dùng nguồn AC ) - Các ngõ vào : để liên kết CPU với thiết bị ngõ vào - Các ngõ : để liên kết CPU với thiết bị ngõ - Các đèn báo chế độ làm việc CPU : đèn báo cho biết chế độ làm việc hành PLC Đèn báo Trạng thái Y nghĩa On PLC cấp nguồn PWR (xanh) Off PLC chưa cấp nguồn PLC hoạt động chế độ On RUN chế độ MONITOR RUN (xanh) PLC chế độ PROGRAM Off bị lỗi Dữ liệu chuyển vào Flashing CPU thông qua cổng Peipheral cổng RS-232C COMM (vàng) Dữ liệu không chuyển Off vào CPU thông qua cổng Peripheral cổng RS-232C Xuất lỗi (PLC ngừng hoạt On động ) ERR/ALARM (red) Đèn báo hoạt động bình Off thường - Đèn báo trạng thái ngõ vào : ngõ vào trạng thái ON đèn báo tương ứng sáng o Lưu ý: Khi ta sử dụng đếm tốc độ cao đèn báo ngõ vào không sáng tần số xung sáng nhanh - Đèn báo trạng thái ngõ ra: đèn báo trạng thái ngõ vào sáng ngõ trạng thái ON 10 - Cổng điều khiển tín hiệu Analog: sử dụng tín hiệu vào tín hiệu Analog, lưu giữ vào vùng nhớ IR250 IR251 11 - Cổng giao tiếp với thiết bị ngoại vi : liên kết PLC với thiết bị lập trình: máy tính chủ, thiết bị lập trình cầm tay 12 - Cổng giao tiếp RS-232C : liên kết PLC với thiết bị lập trình (ngoại trừ thiết bị lập trình cầm tay máy tính chủ) 13- Communication Switch : công tắc , chọn để sử dụng hai cổng Peripheral hoẵc cổng RS-232C để liên kết với thiết bị lập trình 14 - Bộ Acquy 15 - Phần mở rộng : kết nối CPU PLC với khối mở rộng I/O khối mở rộng nói chung ( Analog I/O Unit, Temporature Senson Unit ) , kết nối modul mở rộng 2.1.3 Các thành phần khác khối mở rộng ... động PLC 1.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC Để thiết kế chuơng trình điều khiển cho hoạt động bao gồm bước sau: Xác định qui trình cơng nghệ Trước tiên , ta phải xác định thiết. .. với thiết bị ngoại vi : liên kết PLC với thiết bị lập trình: máy tính chủ, thiết bị lập trình cầm tay 12 - Cổng giao tiếp RS-232C : liên kết PLC với thiết bị lập trình (ngoại trừ thiết. .. đến thiết bị I/O Vì thế, tín hiệu nhập, CPU xử lý tín hiệu gởi tín hiệu đến thiết bị xuất Hình 1.4: Sơ đồ khối PLC 1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG KHÁC Hiện nay, hệ