Mô hình thực tập điều khiển lập trình plc kết hợp hmi

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tên đề tài: MÔ HÌNH THỰC TẬP ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC KẾT HỢP HMI Chủ nhiệm đề tài: LÊ PHƯỚC ĐỨC TP Hồ Chí Minh, năm 2020 MỤC LỤC MỤC LỤC i Chương I TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ HMI 1.1 Bộ điều khiển lập trình PLC – Cấu trúc phương thức hoạt động 1.2 Màn hình HMI .13 Chương II THÔNG SỐ KỸ THUẬT PLC VÀ HMI 15 2.1 Đặc điểm .15 2.2 Đặc tính kỹ thuật 15 2.3 Các loại FX1N 18 2.4 Phương pháp lập trình .19 2.5 Một số lệnh .19 2.6 Giới thiệu hướng dẫn thiết kế giao diện HMI Weintek với phần mềm EB8000 33 Chương III MƠ HÌNH THỰC TẬP PLC KẾT HỢP HMI 42 3.1 Mơ hình thí nghiệm PLC hãng Mitsubishi 42 3.2 Hướng dẫn sử dụng mơ hình .45 Chương IV MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 47 4.1 Bài thực hành 47 4.2 Bài thực hành 48 4.3 Bài thực hành 50 4.4 Bài thực hành 52 4.5 Bài thực hành 53 4.6 Bài thực hành 55 4.7 Bài thực hành 56 4.8 Bài thực hành 57 4.9 Bài thực hành 58 4.10 Bài thực hành 10 58 Chương V KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 59 5.1 Kết đạt 59 5.2 Hạn chế đề tài 59 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ HMI 1.1 Bộ điều khiển lập trình PLC – Cấu trúc phương thức hoạt động 1.1.1 Giới thiệu Các thành phần kỹ thuật điều khiển điện điện tử ngày đóng vai trị vơ to lớn lĩnh vực tự động hóa ngày cao Trong năm gần đây, bên cạnh việc điều khiển Relay khởi động từ việc điều khiển lập trình phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử thực lập trình máy tính Trong nhiều lĩnh vực, loại điều khiển cũ thay đổi điều khiển lập trình được, gọi điều khiển logic khả trình, viết tắt tiếng Anh PLC (Programmable Logic Controller) Sự khác biệt điều khiển logic khả trình ( thay đổi qui trình hoạt động) điều khiển theo kết nối cứng (khơng thay đổi qui trình hoạt động) là: Sự kết nối dây khơng cịn nữa, thay vào chương trình Có thể lập trình cho PLC nhờ vào ngơn ngữ lập trình đơn giản Đặc biệt người sử dụng không cần nhờ vào ngơn ngữ lập trình khó khăn, lập trình PLC nhờ vào liên kết logic Như thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay phần mạch điện điều khiển khâu xử lý số liệu Nhiệm vụ sơ đồ mạch điều khiển xác định số hữu hạn bước thực xác định gọi chương trình Chương trình mơ tả bước thực gọi tiến trình điều khiển, tiến trình lưu vào nhớ nên gọi điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình Trên sở khác khâu xử lý số liệu biểu diễn hai hệ điều khiển sau: Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta thay đổi mạch điều khiển: Lắp lại mạch, thay đổi phần tử hệ điều khiển relay điện Trong khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển hệ điều khiển logic khả trình (PLC) người ta thay đổi chương trình soạn thảo 1.1.2 Sự khác điều khiển relay điều khiển PLC Sự khác hệ điều khiển relay hệ điều khiển PLC minh hoạ cách cụ thể sau: Điều khiển hệ thống máy bơm qua khởi động từ K1, K2, K3 Trình tự điều khiển sau: Các khởi động từ phép thực tuần tự, nghĩa K1 đóng trước, K2 đóng cuối K3 đóng Để thực nhiệm vụ theo yêu cầu mạch điều khiển thiết kế sau: Hình 1.1: Mạch điều khiển trình tự máy bơm Khởi động từ K2 đóng cơng tắc S3 đóng với điều kiện khởi động từ K1 đóng trước Phương thức điều khiển gọi điều khiển trình tự Tiến trình điều khiển thực cách cưỡng - Bốn nút nhấn S1, S2, S3, S4: Các phần tử nhập tín hiệu - Các tiếp điểm K1, K2, K3 mối nối liên kết phần tử xử lý - Các khởi động từ K1, K2, K3 kết xử lý Nếu thay đổi mạch điện điều khiển phần xử lý hệ PLC ta biểu diễn hệ thống sau: - Phần tử vào: Các nút nhấn S1, S2, S3, S4 giữ nguyên - Phần tử ra: Ba khởi động từ K1, K2, K3, để đóng mở ba máy bơm giữ nguyên - Phần tử xử lý: Được thay PLC Sơ đồ kết nối với PLC cho hình 2.3 Trình tự đóng mở theo yêu cầu đề lập trình, chương trình nạp vào nhớ Bây giả thiết nhiệm vụ điều khiển thay đổi Hệ thống ba máy bơm giữ nguyên, trình tự thực sau: đóng hai ba máy bơm máy bơm hoạt động cách độc lập Như theo yêu cầu hệ thống điều khiển relay điện phải thiết kế lại mạch điều khiển, sơ đồ lắp ráp phải thực lại hoàn toàn Sơ đồ mạch điều khiển biễu diễn hình 1.4 Như mạch điều khiển thay đổi nhiều phần tử đưa tín hiệu vào giữ nguyên, chi phí cho nhiệm vụ cao Nếu ta thay đổi hệ điều khiển hệ điều khiển lập trình PLC, nhiệm vụ điều khiển thay đổi thực nhanh đơn giản cách thay đổi lại chương trình Hình 1.2: Sơ đồ mạch chuyển thành chương trình PLC Hình 1.3: Sơ đồ kết nối PLC Hình 1.4: Sơ đồ mạch điều khiển động thay đổi Hệ điều khiển lập trình PLC có ưu điểm sau: - Thích ứng với nhiệm vụ điều khiển khác - Khả thay đổi đơn giản trình đưa thiết bị vào sử dụng - Tiết kiệm không gian lắp đặt - Tiết kiệm thời gian trình mở rộng phát triển nhiệm vụ điều khiển cách copy chương trình - Các thiết bị điều khiển theo chuẩn - Không cần tiếp điểm - v.v… Hệ thống điều khiển lập trình PLC sử rộng rộng rãi ngành khác nhau: - Điều khiển thang máy - Điều khiển trình sản xuất khác nhau: sản suất bia, sản xuất xi măng v.v - Hệ thống rửa ô tô tự động - Thiết bị khai thác - Thiết bị đóng gói bao bì, tự động mạ tráng kẽm v.v - Thiết bị sấy -… 1.1.3 Cấu trúc PLC Các điều khiển PLC sản xuất theo dòng sản phẩm Khi xuất xưởng, chúng chưa có chương trình cho ứng dụng Tất cổng logic bản, chức nhớ, timer, counter v.v nhà chế tạo tích hợp chúng kết nối với chương trình viết người dùng cho nhiệm vụ điều khiển cụ thể Bộ điều khiển PLC có nhiều loại khác phân biệt với qua thành phần sau: - Các ngõ vào - Dung lượng nhớ - Bộ đếm (counter) - Bộ định thời (timer) - Bit nhớ - Các chức đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình - Khả truyền thơng Các điều khiển lớn thành phần lắp thành modul riêng Đối với điều khiển nhỏ, chúng tích hợp điều khiển Các điều khiển nhỏ có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định Bộ điều khiển cung cấp tín hiệu tín hiệu từ cảm biến ngõ vào Tín hiệu xử lý tiếp tục thơng qua chương trình điều khiển đặt nhớ chương trình Kết xử lý đưa ngõ để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển dạng tín hiệu Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau: Hình 1.5: Cấu trúc chung điều khiển lập trình PLC * Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình PLC nhớ điện tử đặc biệt đọc Nếu sử dụng nhớ đọc-ghi (RAM), nội dung ln ln thay đổi ví dụ trường hợp vận hành điều khiển Trong trường hợp điện áp nguồn bị nội dung RAM giữ lại có sử dụng Pin dự phịng Nếu chương trình điều khiển làm việc ổn định, hợp lý, nạp vào nhớ cố định, ví dụ EPROM, EEPROM Nội dung chương trình EPROM bị xóa tia cực tím * Hệ điều hành Sau bật nguồn cung cấp cho điều khiển, hệ điều hành đặt counter, timer, liệu bit nhớ với thuộc tính non-retentive (khơng nhớ Pin dự phòng) ACCU Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc dịng chương trình từ đầu đến cuối Tương ứng hệ điều hành thực chương trình theo câu lệnh * Bit nhớ (Bit memory) Các bit memory phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu * Bộ đệm (Proccess Image) Bộ đệm vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu ngõ vào nhị phân * Accumulator Accumulator nhớ trung gian mà qua timer hay counter nạp vào hay thực phép toán số học * Counter, Timer Timer counter vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ giá trị đếm * Hệ thống Bus Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành modul ngoại vi (các ngõ vào ngõ ra) kết nối với PLC thông qua Bus nối Một Bus bao gồm dây dẫn mà liệu trao đổi Hệ điều hành tổ chức việc truyền liệu dây dẫn 1.1.4 Các khối PLC Các khối khác PLC cho hình 2.6 Khối nguồn cung cấp Khối nguồn có nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới (110V hay 220V ) thành điện áp thấp cung cấp cho khối thiết bị tự động Điện áp 24VDC Các điện áp cho cảm biến, thiết bị điều chỉnh đèn báo nằm khoảng (24 220V) cung cấp thêm từ nguồn phụ ví dụ biến áp Hình 1.6: Các khối PLC 10 CHƯƠNG MỘT SỐ BÀI THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 4.1 Bài thực hành 1: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Yêu cầu:  Khi nhấn START động M hoạt động  Khi nhấn STOP động dừng Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngoài: Thiết bị ngồi Thiêt bị PLC Chú thích START X000 Nút nhấn mở máy M STOP X001 Nút nhấn dừng M K Y000 Cuộn dây Contactor K Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngồi: 50 Viết chương trình LAD 4.2 Bài thực hành 2: MỞ MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA Yêu cầu:  Khi nhấn S1 động M1 hoạt động trước, sau nhấn S2 để động M2 hoạt động  Khi nhấn S0 động dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngồi: Thiết bị ngồi Thiêt bị PLC Chú thích 51 S1 X000 Nút nhấn mở máy M1 S2 X001 Nút nhấn mở máy M2 S0 X002 Nút nhấn dừng khẩn cấp K1 Y000 Cuộn dây Contactor K1 K2 Y001 Cuộn dây Contactor K2 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngồi: Viết chương trình LAD 52 4.3 Bài thực hành : MỞ MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO KIỂU CHẠY TRƯỚC, TẮT SAU Yêu cầu: Khi chạy:  Khi nhấn S1 động M1 hoạt động trước, sau nhấn S2 để động M2 hoạt động Khi dừng:  Bắt buột phải nhấn S3 để dừng M2 trước, sau nhấn S4 để dừng M1  Khi nhấn S0 động dừng khẩn cấp Bảng kết nối thiết bị PLC thiết bị ngồi: Thiết bị ngồi Thiêt bị PLC Chú thích S1 X000 Nút nhấn mở máy M1 S2 X001 Nút nhấn dừng M1 S3 X002 Nút nhấn mở máy M2 S4 X003 Nút nhấn dừng M2 53 S0 X004 Nút dừng khẩn cấp K1 Y000 Cuộn dây Contactor K1 K2 Y001 Cuộn dây Contactor K2 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngồi: Viết chương trình LAD 54 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 trước 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 X000 Nút nhấn dừng S2 X001 Nút nhấn chạy thuận S0 X002 Nút nhấn chạy nghịch K1 Y000 Cuộn dây Contactor KT K2 Y001 Cuộn dây Contactor KN Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngồi: 55 Chương trình LAD viết sau 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 trước 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: 56 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: Chương trình LAD viết sau 57 4.6 Bài thực hành 6: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA THEO PHƯƠNG 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: Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoài: 58 Viết chương trình LAD 4.7 Bài thực hành 7: THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI KẾT HỢP PLC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Yêu cầu: 59 Khi chạy: Nhấn START động hoạt động Khi dừng: Nhấn STOP động dừng khẩn cấp 4.8 Bài thực hành 8: THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI KẾT HỢP PLC ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Yêu cầu: 60 Khi mở máy :  Khi nhấn S1 động M1chạy  Khi nhấn S2 động M2 chạy Khi dừng:  Khi nhấn S0, động M1 M2 dừng khẩn cấp 4.9 Bài thực hành 9: MỞ MÁY/TẮT MÁY TUẦN TỰ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA SAU KHOẢNG THỜI GIAN ĐẶT TRƯỚC Yêu cầu: Khi mở máy :  Khi nhấn START động M khởi động sao/tam giác thời gian 3s sau động làm việc ổn định Khi dừng:  Khi nhấn STOP, động M1 dừng Khi động cố: động M dừng, đèn báo OL sáng 4.10 Bài thực hành 10: MỞ MÁY/TẮT MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA CÓ KẾT HỢP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ SỬ DỤNG BIẾN TẦN 61 Yêu cầu: Khi mở máy :  Khi nhấn START động M khởi động sao/tam giác thời gian 3s sau động làm việc ổn định Khi dừng:  Khi nhấn STOP, động M1 dừng Khi động cố: động M dừng, đèn báo OL sáng 62 CHƯƠNG KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết đạt được : Trong đề tài tác giả trình bày tổng quan PLC, phân loại ứng dụng số loại PLC hãng Mitsubishi, nghiên cứu tìm hiểu cách đấu dây ngõ vào, ngõ điều khiển, mạch động lực, cách thức sử dụng phần mềm lập trình cho dịng PLC FX, cách thức lập trình PLC cụ thể PLC FX01S hãng Mitsubishi, hướng dẫn sử dụng phần mềm EB8000 thiết kế giao diện HMI Tác giả thiết kế thi cơng mơ hình thí nghiệm PLC có kết hợp HMI, có kèm theo kết nối ngõ thiết bị để dễ dàng cho người sử dụng, đồng thời kèm theo tài liệu hướng dẫn thực hành thực hành 5.2 Những hạn chế đề tài : Trong đề tài tác giả nghiên cứu PLC FX01S loại cỡ nhỏ với 06 In /08 Out, chưa nghiên cứu module mở rộng, chưa 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 5.3 Hướng phát triển đề tài : Qua việc phân tích hạn chế đề tài, tác giả đề hướng phát triển đề tài sau : - Tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu PLC, mở rộng nghiên cứu dòng PLC hệ mới, nghiên cứu cách thức kết nối thêm modul mở rộng - Thiết kế thêm cấu đo lường, cấu phản hồi tín hiệu cho mơ hình 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước, 2014, Hướng dẫn sử dụng PLC Mitsubishi họ FX, NXB KHKT [2] http://www.omron.com.vn/e-learning/main.asp [3] Phạm Quang Huy, 2018, Điều Khiển Lập Trình Và Tạo Giao Diện HMI, NXB KHKT [4] Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phương, 2018, Thiết Kế Mạch Và Lập Trình PLC, NXB KHKT 64