1 BỘ LAO ĐỘNG –THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mô đun PLC NGHỀ ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số 120 /QĐ TCDN Ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổ[.]
1 BỘ LAO ĐỘNG –THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên mơ đun: PLC NGHỀ: ĐIỆN DÂN DỤNG 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 2012 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 LỜI GIỚI THIỆU Trong công nghiệp đại đời sống sinh hoạt, sản xuất hàng ngày người, mục tiêu tăng suất lao động giải cách gia tăng mức độ tự động hóa quy trình thiết bị sản xuất Tự động hóa nhằm mục đích tăng sản lượng cải thiện chất lượng độ xác sản phẩm, chí thay phần hay tồn thao tác vật lý cơng nhân vận hành máy thiết bị Những hệ thống tự động điều khiển tồn q trình sản xuất với độ tin cậy ổn định cao mà không cần can thiệp người Vì vậy, điều khiển tự động vấn đề quan trọng công nghiệp Hiện nay, PLC thiết bị sử dụng dây chuyền sản xuất nhà máy mà sử dụng nhiều đời sống dân dụng người tính linh hoạt, dễ dàng thay đổi chương trình, độ tin cậy cao hoạt động mơi trường khắc nghiệt Việc ứng dụng PLC vào thực tế đòi hỏi người sử dụng phải nắm vững cấu trúc hoạt động PLC, có kỹ lập trình thành thạo tập lệnh để viết chương trình tối ưu Với mục đích hỗ trợ cho kỹ sư, chuyên viên, sinh viên, sinh viên làm việc, học tập chuyên điện dân dụng, tự động, điện tử công nghệp điện công nghiệp, biên soạn giáo trình để đào tạo hồn chỉnh nghề Điện dân dụng trình độ Cao Đẳng nghề, trung cấp nghề dùng làm giáo trình cho sinh viên, sinh viên khóa đào tạo.Tài liệu sử dụng cho sinh viên, sinh viên ngành điện khác tài liệu tham khảo Nội dung gồm sau: Bài Bài Bài Bài Bài Bài Đại cương điều khiển lập trình Các phép tốn nhị phân PLC Các phép tốn số PLC Xử lý tín hiệu Analog PLC hãng khác Lắp đặt mơ hình điều khiển PLC Trong q trình biên soạn, nhóm tác giả tham khảo tài liệu giáo trình khác phần cuối giáo trình thống kê Chúng cảm ơn quan hữu quan TCDN, BGH thày cô giáo trường CĐN Bách nghệ Hải Phòng số giáo viên có kinh nghiệm, quan ban ngành khác tạo điều kiện giúp đỡ cho nhóm tác giả hồn thành giáo trình Lần đầu biên soạn ban hành, giáo trình chắn cịn khiếm khuyết; mong thày cô giáo cá nhân, tập thể trường đào tạo nghề sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày hoàn thiện hơn, đáp ứng mục tiêu đào tạo Mơ đun nói riêng ngành điện dân dụng chuyên ngành kỹ thuật nói chung Mọi ý kiến đóng góp xin gửi địa chỉ: Trường Cao đẳng nghề Bách Nghệ Hải Phòng Khoa Điện – Điện tử Số 196/143 Đường Trường Chinh - Quận Kiến An - TP Hải Phòng Email: khoadienbn@gmail.com Hà Nội, ngày… tháng… năm 2103 Nhóm biên soạn Chủ biên: Nguyễn Thị Huyền TS.Phạm Ngọc Tiệp Nghiêm Hữu Khoa Trần Thị Lan Anh MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu…………………………………………………… Tên mô đun: PLC………………………………………………… 03 Bài 1: Đại cương điều khiển lập trình 06 Bài 2: Các phép toán nhị phân PLC………………………… 37 Bài 3: Các phép toán số PLC………………………………… 85 Bài 4: Xử lý tín hiệu Analog 92 Bài 5: PLC hãng khác 99 Bài 6: Lắp đặt mô hình điều khiển PLC…………………… 112 Tài liệu tham khảo………………………………………………… 125 TÊN MƠ ĐUN: PLC 05 Mã mơ đun: MĐ29 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: 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 hãng: Siemens, Omron, Telemecanique, Allen Bredlay,…Về chúng có tính tương tự, tài liệu đề cập sâu đến điều khiển lập trình loại nhỏ S7-200, sử dụng nhiều Việt Nam Mô đun kỹ thuật điều khiển lập trình (PLC) mơ đun chun mơn sinh viên ngành điện dân dụng Mô đun nhằm trang bị cho sinh viên trường Trung cấp, Cao đẳng dạy nghề vầ trung tâm dạy nghề kiến thức điều khiển lập trình Với kiến thức học viên áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất đời sống hàng ngày Mơ đun làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật, học viên ngành khác quan tâm đến lĩnh vực 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 ứng dụng chúng thực tế - 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 cơng nghiệp - Phân tích luận lý số chương trình đơn giản - Kết nối thành thạo phần cứng PLC - PC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình, nạp trình để thực số toán ứng dụng đơn giản cơng nghiệp - Phân tích luận lý số chương trình đơn giản, phát sai lỗi sửa chữa khắc phục - Nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc Nội dung mô đun: Thời gian Số Tên mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra* Đại cương điều khiển lập trình 17 10 Các phép toán nhị phân PLC 28 20 Các phép toán số PLC 28 21 Xử lý tín hiệu Analog 15 11 PLC hãng khác 10 6 Lắp đặt mơ hình điều khiển PLC 52 42 Cộng 150 30 110 10 BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mã bài: MĐ 29.01 Giới thiệu: Bài giới thiệu cho sinh viên khái qt điều khiển lập trình, tồn cấu trúc phần cứng PLC nói chung S7-200 nói riêng 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 - Sinh viên có tính tư duy, xác, an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung chính: 1.Tổng qt điều khiển Mục tiêu: -Trình bày ưu điểm điều khiển lập trình so với loại điều khiển khác ứng dụng chúng thực tế - Sinh viên có tính tư giải vấn đề Để đạt mục tiêu tăng sản lượng, cải thiện chất lượng độ xác sản phẩm cần phải áp dụng khoa học cơng nghệ vào sản xuất cơng nghiệp Điều áp dụng tự động hóa vào sản xuất nhằm thay phần tồn thao tác vật lý cơng nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển điều khiển trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần tác động nhiều người vận hành Điều địi hỏi hệ thống phải có khả khởi động, kiểm soát, xử lý dừng trình theo yêu cầu đo đếm giá trị xác định nhằm đạt kết mong muốn sản phẩm đầu máy hay thiết bị Một hệ thống gọi hệ thống điều khiển Trong kỹ thuật điều khiển, điều khiển chia làm loại: + Điều khiển nối cứng +Điều khiển logic khả trình (PLC) Một hệ thống điều khiển tạo thành từ thành phần: + Khối vào +Khối xử lý – điều khiển +Khối Bộ chuyển đổi tín hiệu ngõ vàoKhối xử lý điều khiển Cơ cấu tác động Hình 1.1 Các thành phần hệ thống điều khiển *) Khối vào: Để chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, chuyển đổi là: Tiêu biểu cho thiết bị nhập tay : Nút ấn, bàn phím chuyển mạch Mặt khác, để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất, lưu lượng chất lỏng khối xử lý phải nhận tín hiệu từ cảm biến Ví dụ : Tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện Tùy theo chuyển đổi mà tín hiệu khỏi khối vào tín hiệu số (Digital) tín hiệu tương tự (Analog) *)Khối xử lý: Khối thay người vận hành thực thao tác đảm bảo q trình hoạt động Thơng tin tín hiệu từ 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 hai cách: +Dùng mạch điện nối kết cứng +Dùng chương trình điều khiển *) Khối ra: Tín hiệu kết trình xử lý hệ thống điều khiển Một hệ thống điều khiển khơng có ý nghĩa thực tế không giao tiếp với thiết bị xuất, thiết bị xuất thông dụng như: Môtơ, van, Rơle, đèn báo, chuông điện, giống thiết bị nhập, thiết bi xuất nối đến ngõ Modul (Output) Các Modul DO (Ra số) AO (ra tương tự) 1.1 Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình 1.1.1.Điều khiển nối cứng Là điều khiển mà thành phần Rơle, contactor, công tắc, đèn báo, động nối cố định với theo sơ đồ thiết kế Khi muốn thay đổi lại yêu cầu hệ thống phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên hệ thống phức tạp việc làm địi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu đem lại khơng cao 1.1.2.Điều khiển lập trình Là loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình 1.2 So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thường khác Hiện nay, hệ thống điều khiển PLC thay cho hệ thống điều khiển Rơle, contactor thông thường Hệ thống điều khiển thông thường: +Có nhiều dây dẫn rơle bảng điều khiển nên bảng điều khiển kồng kềnh +Tốn nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt +Tốc độ hoạt động chậm +Công suất tiêu thụ lớn +Mỗi lần thay đối chương trình phải lắp đặt lại tồn bộ, tốn nhiều thời gian +Khó bảo quản sửa đổi Hệ thống điều khiển PLC +Dây kết nối hệ thống giảm 80% nên nhỏ gọn +Công suất tiêu thu +Sự thay đổi ngõ vào, điều kkhiên hệ thống trở nên dễ dàng nhờ phần mềm điều khiển máy tính +Tốc độ hoạt động hệ thống nhanh +Bảo trì bảo quản dễ dàng +Độ bền độ 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 mơdun rời cho phép thay thêm vào cần thiết +Khi thay đổi chương trình (thay đổi u cầu cơng nghệ) thay đổi nội dung chương trình →thay đổi lệnh Do lý PLC thể rõ ưu điểm so với thiết bị điều khiển thơng thường khác 1.3 Ứng dụng PLC thực tế Do đặc điểm bật PLC điều khiển nên ngày sử dụng rộng rãi lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp: +Điều khiển thang máy, thiết bị nâng hàng, hạ hàng +Điều khiển q trình sản xuất: xi măng, bia, đóng gói, bao bì +Tự động hóa hệ thống dịch vụ: trạm xăng, trạm rửa ô tô, máy bơm nước +Tự động hóa máy cơng cụ: lị sấy, xi mạ Tuy nhiên hệ thống sử dụng PLC mà tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể so sánh yếu tố kinh tế mà chọn phương án điều khiển thích hợp 2.Cấu trúc PLC Mục tiêu: -Trình bày cấu trúc nhiệm vụ khối chức PLC - Sinh viên có tính tư duy, xác nhận biết thiết bị 2.1.Sơ đồ cấu trúc Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC (Programable Logic Control) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình ,thay cho việc phải thể thuật tốn mạch số Như với chương trình điều khiển mình, PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn ,dễ dàng thay đổi thuật toán đặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác với máy tính) Tồn chương trình lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình chương trình ngắt ( Khối OB1) Trường hợp dung lượng nhớ PLC không đủ cho việc lưu trữ chương trình ta sử dụng thêm nhớ ngồi hỗ trợ cho việc lưu chương trình lưu liệu (Catridge) Để thực chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính máy tính, nghĩa phải có vi xử lí (CPU), hệ điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển, liệu tất nhiên phải có cổng vào để giao tiếp với đối tượng điều khiển để trao đổi 10 thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ tốn điều khiển số ,PLC cịn cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác đếm ( Counter),bộ định thời gian ( Timer) ….Và khối hàm chuyên dụng Thiết bị logic khả trình lắp đặt sẵn thành Trước tiên chúng chưa có nhiệm vụ Tất cổng logic bản, chức nhớ, timer, counter…được nhà chế tạo tích hợp chúng 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 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 Các thiết bị điều khiển lớn lắp thành mô đun riêng Đối với thiết bị điều khiển nhỏ, chúng lắp đặt chung Các điều khiển có số lượng ngõ vào/ 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: