353 mô hình thí nghiệm plc cp1l nghiên cứu khoa học

Cơng trình nghiên cứu khoa học MỤC LỤC MỤC LỤC CHƢƠNG 0: MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu 3 Mục tiêu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Các phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng để nghiên cứu đề tài Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến đề tài Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài Kết ứng dụng CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 1.1 Tổng quan điều khiển 1.2 Các loại điều khiển 1.3 Hệ thống số 1.4 Các khái niệm xử lý thông tin 1.5 Bộ điều khiển lập trình PLC – Cấu trúc phƣơng thức hoạt động 1.5.1 Giới thiệu 1.5.2 Sự khác điều khiển relay điều khiển PLC 10 1.6 Cấu trúc PLC 14 1.7 Các khối PLC 18 1.7.1 Khối nguồn cung cấp 18 1.7.2 Bộ nhớ chƣơng trình 19 Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Cơng trình nghiên cứu khoa học 1.7.3 Khối trung tâm (CPU) 20 1.7.4 Khối vào 21 1.7.5 Khối 21 1.7.6 Các khối đặc biệt 21 1.8 Phƣơng thức thực chƣơng trình PLC 22 CHƢƠNG 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT PLC CP1L CỦA HÃNG OMRON 2.1 Các thành phần điều khiển PLC CP1L 24 2.2 Đấu dây PLC CP1L-20: 27 2.2.1 Đấu dây ngõ loại tiếp điểm rơ le 27 2.2.2 Đấu dây ngõ vào 24VDC 27 2.3 Địa nhớ ngõ vào/ra 28 2.4 Kết nối PLC thiết bị ngoại vi 29 2.5 Các bƣớc thực cài đặt USB driver cho PLC 29 2.6 Các tính CP1L 33 2.7 Các chế độ làm việc PLC 34 2.8 Ví dụ mạch điều khiển động KĐB 3pha 35 2.9 Lập trình sơ đồ bậc thang 36 2.10 Một số lệnh PLC CP1L 37 2.10.1 Lệnh tiếp điểm: Load (LD) Load Not (LD NOT) 37 2.10.2 Lệnh tiếp điểm: AND AND NOT 38 2.10.3 Lệnh tiếp điểm: OR, OR NOT 38 2.10.4 Lệnh AND LD OR LD 39 2.10.5 Lệnh cuộn dây OUT OUT NOT 40 Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Cơng trình nghiên cứu khoa học 2.11 Lệnh đặc biệt thông dụng 40 2.11.1 Lệnh Set/Reset 40 2.11.2 Lệnh giữ KEEP - KEEP(11) 42 2.11.3 DIFFERENTIATE UP DOWN - DIFU(13) & DIFD(14) 43 2.11.4 Bộ đếm lên xuống - Reversible Counter CNTR (FUN 12) 44 2.11.5 Rơle thời gian (TIMER) – TIM 45 2.11.6 Bộ đếm xuống (COUNTER) – CNT 46 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM PLC CP1L CỦA HÃNG OMRON 3.1 Tổng quan phần mềm lập trình CX-PROGRAMMER 50 3.2 Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm lập trình CX-PROGRAMMER 50 3.3 Mơ hình thí nghiệm PLC hãng Omron 64 3.3.1 Bản vẽ bố trí thiết bị 64 3.3.2 Bố trí thiết bị mơ hình 65 3.4 Hƣớng dẫn sử dụng mơ hình: 67 CHƢƠNG 4: MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 70 BÀI THỰC HÀNH 70 BÀI THỰC HÀNH 71 BÀI THỰC HÀNH 72 BÀI THỰC HÀNH 74 BÀI THỰC HÀNH 76 BÀI THỰC HÀNH 78 BÀI THỰC HÀNH 79 BÀI THỰC HÀNH 81 Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Công trình nghiên cứu khoa học BÀI THỰC HÀNH 83 BÀI THỰC HÀNH 10 84 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN-HƢỚNG PHÁT TRIỂN 87 5.1 Kết đạt đƣợc 87 5.2 Những hạn chế đề tài 87 5.3 Hƣớng phát triển đề tài 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Cơng trình nghiên cứu khoa học Chƣơng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện công nghệ Điều khiển lập trình PLC phổ biến lĩnh vực điều khiển tự động nhƣng việc tiếp cận với công nghệ PLC hãng nhƣ: omron, siemens, panasonic hạn chế mơ hình chƣa có đầy đủ tài liệu hƣớng dẫn sử dụng, lẽ việc xây dựng mơ hình thí nghiệm điều khiển lập trình PLC CP1L hãng OMRON cần thiết để giảng viên sinh viên có điều kiện tham khảo học tập Hiện môn Điện cơng nghiệp chƣa có mơ hình thí nghiệm điều khiển lập trình PLC OMRON để học sinh thí nghiệm, việc triển khai thực đề tài cần thiết Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu Tác giả tiến hành nghiên cứu dựa tình hình thực tế khoa Điện-điện tử trƣờng Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức với mục đích đáp ứng nhu cầu giảng dạy học tập giảng viên sinh viên Mục tiêu đề tài Mục tiêu thực đề tài xây dựng mơ hình thí nghiệm PLC nhằm đáp ứng nhu cầu học tập học sinh, giúp học sinh tiếp cận thực tiễn đến PLC Omron: cách thức đấu dây, sử dụng, phƣơng pháp lập trình, v.v, qua đáp ứng nhu cầu tham khảo, nghiên cứu giảng viên Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Tác giả tiến hành nghiên cứu công nghệ PLC CP1L hãng Omron, thiết kế, thi cơng mơ hình thí nghiệm PLC cho đối tƣợng học sinh-sinh viên khoa Điện-điện tử trƣờng Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức, viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng mơ hình có kèm theo tập thực hành Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Cơng trình nghiên cứu khoa học Các phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng để nghiên cứu đề tài Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu tìm hiểu cataloque PLC hãng Omron - Nghiên cứu viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng tập thực hành Nghiên cứu thực nghiệm: thiết kế, thi công mô hình thí nghiệm PLC CP1L hãng Omron Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến đề tài - Thiết kế thi cơng mơ hình thí nghiệm PLC CP1L hãng Omron - Biên soạn tài liệu hƣớng dẫn sử dụng Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài Chƣơng : Mở đầu Chƣơng : Tổng quan PLC Chƣơng : Thông số kỹ thuật PLC CP1L hãng Omron Chƣơng : Mơ hình thí nghiệm PLC Chƣơng : Một số thực hành điều khiển động Chƣơng : Kết luận – hƣớng phát triển Kết ứng dụng - Các sản phẩm công nghệ Mô hình đƣợc áp dụng mơn học: Tự động điều khiển PLC, Điều khiển lập trình PLC, thực hành PLC - Khả ứng dụng thực tế kết Đề tài đƣợc ứng dụng giảng dạy học tập môn học : Tự động điều khiển PLC, Điều khiển lập trình PLC, thực hành PLC Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Cơng trình nghiên cứu khoa học Chƣơng TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 1.1 Tổng quan điều khiển Điều khiển có nhiệm vụ thực chức riêng máy móc hay thiết bị theo trình tự hoạt động định trƣớc phụ thuộc vào trạng thái máy hay phát tín hiệu Sự điều khiển đƣợc phân biệt theo đặc điểm khác nhau: * Theo loại biểu diễn thông tin - Điều khiển nhị phân: Xử lý tín hiệu đầu vào nhị phân (tín hiệu 1-0) thành tín hiệu nhị phân - Điều khiển số: Xử lý thông tin số, có nghĩa thơng tin đƣợc biểu diễn dƣới dạng số * Theo loại xử lý tín hiệu - Điều khiển liên kết: Các trạng thái tín hiệu xác định ngõ đƣợc điều khiển trạng thái tín hiệu ngõ vào tuỳ thuộc vào chức liên kết (AND, OR, NOT) - Điều khiển trình tự: Điều khiển với trình tự theo bƣớc, đóng mạch bƣớc sau xảy phụ thuộc vào điều kiện đóng mạch Điều kiện đóng mạch phụ thuộc vào qui trình hay thời gian - Điều khiển không đồng bộ: Việc điều khiển đƣợc xử lý thay đổi trực tiếp tín hiệu ngõ vào khơng cần tín hiệu xung phụ (điều khiển chậm) - Điều khiển đồng xung: Việc điều khiển đƣợc xử lý tín hiệu đồng với tín hiệu xung (điều khiển nhanh) * Theo loại thực chƣơng trình Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Cơng trình nghiên cứu khoa học - Điều khiển theo chƣơng trình kết nối cứng: Loại điều khiển đƣợc lập trình cố định, có nghĩa khơng thể thay đổi đƣợc ví dụ nhƣ lắp đặt dây nối cố định hay thay đổi chƣơng trình thơng qua đầu nối (ma trận diode) - Điều khiển khả trình: Chức điều khiển đƣợc lƣu giữ nhớ chƣơng trình Nếu sử dụng nhớ đọc/ghi (RAM), thay đổi chƣơng trình mà khơng cần can thiệp đến phần khí (điều khiển lập trình tự do) Nếu ngƣợc lại nhớ đọc (ROM), chƣơng trình đƣợc thay đổi cách thay đổi nhớ (điều khiển thay đổi chƣơng trình) Hình 1.1: Sơ đồ loại điều khiển 1.2 Các loại điều khiển Trong kỹ thuật điều khiển nhƣ tự động hóa, ngƣời ta chia làm hai loại điều khiển: điều khiển kết nối cứng điều khiển khả trình * Điều khiển kết nối cứng Điều khiển kết nối cứng loại điều khiển mà chức đƣợc đặt cố định (nối dây) Nếu muốn thay đổi chức điều có nghĩa thay đổi kết nối dây Điều khiển kết nối cứng thực với tiếp điểm (Relay, khởi động từ, v.v.) hay điện tử (mạch điện tử) * Điều khiển khả trình (PLC) Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức Cơng trình nghiên cứu khoa học Điều khiển khả trình loại điều khiển mà chức đƣợc đặt cố định thơng qua chƣơng trình cịn gọi nhớ chƣơng trình Sự điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển mà tất phát tín hiệu cần thiết đối tƣợng điều khiển đƣợc kết nối cho chức cụ thể Nếu chức điều khiển cần đƣợc thay đổi, phải thay đổi chƣơng trình thiết bị lập trình đối tƣợng điều khiển tƣơng ứng hay cắm nhớ chƣơng trình lập trình khác vào điều khiển 1.3 Hệ thống số Trong xử lý phần tử nhớ, ngõ vào, ngõ ra, thời gian, nhớ v.v PLC hệ thập phân không đƣợc sử dụng mà hệ thống số nhị phân (hệ hai trị) * Hệ nhị phân Hệ nhị phân có số 1, đƣợc đọc biểu diễn giá trị dễ dàng kỹ thuật Giá trị định vị số nhị phân số mũ hai Độ lớn số thông thƣờng đƣợc biểu diễn dạng mã BCD (Binary-CodeDecimal) Đối với số Decimal đƣợc viết với số nhị phân vị trí * Số thập lục phân ( Hexadecimal) Hệ thập lục phân có 16 ký hiệu khác từ 0-9 A-F Giá trị định vị số thập lục phân số mũ 16 - Hệ nhị phân: Chữ số: 0,1 Giá trị định vị = Số mũ số 23 22 21 20 Hệ thập lục phân: gồm chữ số 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F Giá trị định vị = số mũ số 16 163 162 161 Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 160 Cơng trình nghiên cứu khoa học 4096 256 16 1.4 Các khái niệm xử lý thông tin Trong PLC, hầu hết khái niệm xử lý thông tin nhƣ liệu đƣợc sử dụng bit, byte, Word, doubleword 1.4.1 Bit Bit đơn vị thơng tin nhị phân nhỏ nhất, có giá trị Mức ~ có điện áp 12V 0V Mức ~ khơng có điện áp Hình 1.2 Một bit có mức mức 1.4.2 Byte byte gồm có bit 1 1 Trạng thái tín hiệu 1.4.3 Word Word gồm có byte hay 16 bit Với Word đƣợc biểu diễn dạng: số nhị phân, ký tự hay câu lệnh điều khiển 1 0 1 1 0 0 Trạng thái tín hiệu 1.4.4 DoubleWord Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 10 Cơng trình nghiên cứu khoa học Viết chƣơng trình LAD 00004 00004 00000 00001 100.00 100.01 00002 100.00 00003 100.01 100.01 4.4 Bài thực hành 4: ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU TRỰC TIẾP Yêu cầu: Khi chạy:  Khi nhấn S1 động M hoạt động, muốn đảo chiều quay nhấn trực tiếp S2 động đảo chiều nhấn S2 trƣớc động M hoạt động muốn đảo chiều nhấn trực tiếp S1 Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Thiết bị Thiêt bị PLC Chú thích S1 00000 Nút nhấn dừng S2 00001 Nút nhấn chạy thuận S0 00002 Nút nhấn chạy nghịch K1 100.00 Cuộn dây Contactor Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 74 Cơng trình nghiên cứu khoa học KT K2 Cuộn dây Contactor 100.01 KN Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: + 24 VDC S1 S2 S0 00000 00001 00002 com PLC CP1L 100.00 100.01 KT com KN 220 VAC Chƣơng trình LAD đƣợc viết nhƣ sau Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 75 Cơng trình nghiên cứu khoa học 00000 00001 00002 100.00 100.00 00000 00002 00001 100.01 100.01 4.5 Bài thực hành 5: ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU GIÁN TIẾP Yêu cầu: Khi chạy:  Khi nhấn S1 động M hoạt động, muốn đảo chiều quay phải nhấn S0 ngắt điện động cơ, sau nhấn S2 động đảo chiều nhấn S2 trƣớc động M hoạt động muốn đảo chiều nhấn S0 ngắt điện động sau nhấn S1 động đảo chiều Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 76 Công trình nghiên cứu khoa học Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: Chƣơng trình LAD đƣợc viết nhƣ sau Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 77 Cơng trình nghiên cứu khoa học 4.6 Bài thực hành 6: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO PHƢƠNG PHÁP SAO/TAM GIÁC BẰNG TAY Yêu cầu: Khi mở máy :  Khi nhấn S1 động M mở máy chế độ sao, nhấn S2 động làm việc chế độ tam giác Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 78 Cơng trình nghiên cứu khoa học Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: Viết chƣơng trình LAD 4.7 Bài thực hành 7: TẮT MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƢỚC Yêu cầu: Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 79 Cơng trình nghiên cứu khoa học Khi chạy: Nhấn S1động hoạt động, sau khoảng thời gian 5s động dừng, động bị cố tải đèn H sáng Khi dừng: Nhấn S0 động dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Thiết bị ngồi Thiêt bị PLC Chú thích S0 I0.0 Nút nhấn dừng khẩn cấp S1 I0.1 Nút mở máy động F I0.2 Báo cố tải H Q0.0 Đèn báo tải K Q0.1 Cuộn dây Contactor K Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: + 24 VDC S0 S1 F 00000 00001 00002 com PLC CP1L 100.01 100.00 H com K 220 VAC Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 80 Cơng trình nghiên cứu khoa học Viết chƣơng trình LAD 00000 00001 T000 100.00 100.00 00000 100.00 TIM 000 #0050 00000 000.02 100.01 4.8 Bài thực hành 8: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA BẰNG PHƢƠNG PHÁP SAO/TAM GIÁC SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƢỚC Yêu cầu: Khi mở máy :  Khi nhấn S1 động M mở máy chế độ sao, sau 10 động làm việc chế độ tam giác Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 81 Cơng trình nghiên cứu khoa học Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: Viết chƣơng trình LAD Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 82 Cơng trình nghiên cứu khoa học 4.9 Bài thực hành 9: MỞ MÁY/TẮT MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƢỚC Yêu cầu: Khi mở máy :  Khi nhấn S1 động M1 hoạt động, 3s sau M2 hoạt động, 3s sau M3 hoạt động Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M1 dừng trƣớc, 5s sau M2 dừng, 5s sau M3 dừng Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 83 Cơng trình nghiên cứu khoa học Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: Viết chƣơng trình LAD 4.10 Bài thực hành 10: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ Yêu cầu: Khi mở máy : Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 84 Cơng trình nghiên cứu khoa học  Mỗi lần hoạt động có động vận hành, bắt đầu khởi động nhấn nút S1 động M1 chạy trƣớc, nhấn tiếp nút S1 động bên phải M2 vận hành, chu kỳ tiếp tục động M8 vận hành nhấn tiếp S1 M1 lại vận hành Khi dừng:  Khi nhấn S0, dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: Viết chƣơng trình LAD Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 85 Cơng trình nghiên cứu khoa học Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 86 Cơng trình nghiên cứu khoa học Chƣơng KẾT LUẬN – HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết đạt đƣợc : Trong đề tài tác giả trình bày tổng quan PLC, phân loại ứng dụng số loại PLC hãng Omron, nghiên cứu tìm hiểu cách đấu dây ngõ vào, ngõ điều khiển, mạch động lực, cách thức sử dụng phần mềm lập trình CXProgrammer, cách thức lập trình PLC cụ thể PLC CP1L hãng Omron Tác giả thiết kế thi cơng mơ hình thí nghiệm PLC, có kèm theo kết nối ngõ thiết bị để dễ dàng cho ngƣời sử dụng, đồng thời kèm theo tài liệu hƣớng dẫn thực hành nhƣ thực hành với PLC 5.2 Những hạn chế đề tài : Trong đề tài tác giả nghiên cứu PLC CP1L loại cỡ nhỏ với 20 In /Out, chƣa nghiên cứu module mở rộng, chƣa mở rộng nghiên cứu dòng PLC khác, thiết kế thi cơng mơ hình thí nghiệm PLC mức độ tiếp cận bản, nhiều hạn chế việc nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực PLC Trong đề tài này, tác giả chƣa nghiên cứu kết nối, giao tiếp mạng PLC, chƣa nghiên cứu đƣợc thuật toán điều khiển ứng dụng PLC 5.3 Hƣớng phát triển đề tài : Qua việc phân tích hạn chế đề tài, tác giả đề hƣớng phát triển đề tài nhƣ sau : - Tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu PLC, mở rộng nghiên cứu dòng PLC hệ mới, nghiên cứu cách thức kết nối, giao tiếp mạng PLC - Nghiên cứu thuật toán điều khiển ứng dụng PLC Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 87 Cơng trình nghiên cứu khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phƣớc, 2008, Hƣớng dẫn sử dụng PLC OMRON, NXB KHKT [2] http://www.omron.com.vn/e-learning/main.asp Chủ nhiệm đề tài: Lê Phước Đức 88