Giáo trình plc cơ bản (nghề cơ điện tử trình độ cao đẳng)

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 PLC mô đun chuyên môn của nghề Cơ điện tử biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Cơ điện tử Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập tương ứng để áp dụng làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo trình có cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 45 giờ gồm có: Bài MĐ22-01: Đại cương điều khiển lập trình Bài MĐ22-02: Cấu trúc phương thức hoạt động của PLC Bài MĐ22-03: Lắp đặt kết nối dây PLC với thiết bị ngoại vi Bài MĐ22-04: Điều khiển tín hiệu số của PLC Bài MĐ22-05: Các mạch điều khiển ứng dụng dùng PLC Giáo trình tài liệu giảng dạy tham khảo tốt cho nghề điện tử dân dụng, điện công nghiệp điện dân dụng Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo khơng tránh thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến của thầy, cơ, bạn đọc để nhóm biên soạn điều chỉnh hồn thiện Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Lê Hữu Nghĩa MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH .8 Tổng quan điều khiển PLC .8 1.1 Khối vào 1.2 Bộ nhớ (Memory) 1.3 Khối xử lý – điều khiển .9 1.4 Khối Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình 10 So sánh PLC với hình thức điều khiển khác 11 3.1 PLC với hệ thống điều khiển rơle 11 3.2 PLC với máy tính cá nhân 11 Các ứng dụng PLC thực tế 11 Thực hành 12 5.1 Các bước thực 12 5.2 Nội dung thực hành 12 BÀI 2: CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 14 Cấu trúc PLC 14 1.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC 14 1.2 Bộ nhớ 16 Thiết bị điều khiển lập trình PLC .17 2.1 CPU 212 18 2.2 CPU 214 18 Địa ngõ vào/ra 20 3.1 Họ S7-200 CPU21X 20 3.2 Họ S7-200 CPU22X 21 Cấu trúc nhớ 21 4.1 Phân chia nhớ 21 4.2 Vùng liệu 22 4.3.Vùng đối tượng 23 4.4 Cổng vào/ra mở rộng 24 Xử lý chương trình .25 5.1 Thực chương trình 25 5.2 Cấu trúc chương trình S7 – 200 26 Thực hành 27 6.1 Các bước thực 27 6.2 Nội dung thực hành 27 BÀI 3: LẮP ĐẶT VÀ KẾT NỐI DÂY GIỮA PLC VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI 28 Lắp đặt kết nối dây PLC với thiết bị ngoại vi .28 1.1 Lắp đặt kết nối với máy tính 29 1.2 kết nối ngõ vào cho PLC 30 1.3 Kết nối ngõ cho PLC 31 Cài đặt sử dụng phần mềm lập trình cho PLC 33 2.1 Cài đặt STEP 7- MicroWin 4.0 máy tính cá nhân(PC) 33 2.2 Sử dụng phần mêm lập trình cho PLC .37 Thực hành 39 3.1 Các bước thực 39 3.2 Nội dung thực hành 39 BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU SỐ CỦA PLC .43 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm .43 1.1 Lệnh Logic tiếp điểm 43 1.2 Lệnh vào/ra 43 1.3 Các lệnh Set/Reset 44 1.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 45 Timer 46 2.1 Khái niệm timer 46 2.2 Các lệnh điều khiển Timer .47 Counter 49 3.1 Khái niệm counter .49 3.2 Lệnh điều khiển counter 50 So sánh 51 4.1 So sánh kiểu Byte 51 4.2 So sánh kiểu INT .53 Thực hành 55 5.1 Các bước thực 55 5.2 Nội dung thực hành 55 BÀI 5: CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG DÙNG PLC 57 Giới thiệu 57 Cách kết nối dây 60 2.1 Kết nối ngõ vào 60 2.2 Kết nối ngõ 60 2.3 Đấu nối thiết bị lập trình với PLC 61 Thực hành 61 3.1 Các bước thực 62 3.2 Nội dung thực hành 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: PLC CƠ BẢN Mã mơ đun: MĐ22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy cuối chương trình sau học xong môn chuyên môn như: Điện tử công suất, Kỹ thuật số, Vi điều khiển, - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc - Ý nghĩa vai trị của mô đun: Là mô đun bắt buộc Sau học xong mơ đun này, người học kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi, viết chương trình, nạp trình để thực số tốn ứng dụng đơn giản cơng nghiệp, phân tích luận lý số chương trình, phát sai lỗi sửa chữa khắc phục Mục tiêu mơ đun: - Về kiến thức: + Trình bày khái niệm điều khiển lập trình xác theo nội dung đã học + Trình bày cấu trúc phương thức hoạt động của lệnh - Về kỹ năng: + Thực lập trình tập ứng dụng dùng PLC đạt yêu cầu kỹ thuật công nghệ + Kết nối mạch điện theo yêu cầu công nghệ - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác an tồn vệ sinh công nghiệp Nội dung mô đun: Thời gian Thực hành, thí Số Tên mơ đun Tổng Lý nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo tra luận, tập Bài 1: Đại cương điều khiển lập 2 trình 1.Tổng quan điều khiển PLC 0.5 0.5 1.1 Khối vào 1.2 Bộ nhớ (Memory) 1.3 Khối xử lý – điều khiển 1.4 Khối Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình So sánh PLC với hình thức điều khiển khác 3.1 PLC với hệ thống điều khiển rơle 3.2 PLC với máy tính cá nhân Các ứng dụng của PLC thực tế 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 Thực hành 2 5.1 Các bước thực 5.2 Nội dung thực hành Bài 2: Cấu trúc phương thức hoạt động PLC 1.Cấu trúc của PLC 0.25 0.25 0.25 0.25 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 1.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC 1.2 Bộ nhớ 2.Thiết bị điều khiển lập trình PLC 2.1 CPU 212 2.2 CPU 214 3.Địa ngõ vào/ 3.1 Họ S7-200 CPU21X 3.2 Họ S7-200 CPU22X Cấu trúc nhớ 4.1 Phân chia nhớ 4.2 Vùng liệu 4.3.Vùng đối tượng 4.4 Cổng vào/ra mở rộng Xử lý chương trình 5.1 Thực chương trình 5.2 Cấu trúc chương trình của S7 – 200 Thực hành 2 6.1 Các bước thực 6.2 Nội dung thực hành Bài 3: Lắp đặt kết nối dây giữa PLC với thiết bị ngoại vi Lắp đặt kết nối dây PLC với thiết bị ngoại vi 1.1 Lắp đặt kết nối với máy tính 2 1 1.2 kết nối ngõ vào cho PLC 1.3 Kết nối ngõ cho PLC Cài đặt sử dụng phần mềm lập trình cho PLC 2.1 Cài đặt STEP 7- MicroWin 4.0 máy tính cá nhân(PC) 2.2 Sử dụng phần mêm lập trình cho PLC Thực hành 4 3.1 Các bước thực 3.2 Nội dung thực hành Kiểm tra 1 Bài 4: Điều khiển tín hiệu số PLC 16 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm 1 1 1 1 12 1.1 Lệnh Logic tiếp điểm 1.2 Lệnh vào/ra 1.3 Các lệnh Set/Reset 1.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 2.Timer 2.1 Khái niệm timer 2.2 Các lệnh điều khiển Timer 3.Counter 3.1 Khái niệm counter 3.2 Lệnh điều khiển counter So sánh 4.1 So sánh kiểu Byte 4.2 So sánh kiểu INT Thực hành 12 12 5.1 Các bước thực 5.2 Nội dung thực hành Bài 5: Các mạch điều khiển ứng dụng dùng PLC Giới thiệu Cách kết nối dây 13 1 1 10 2.1 Kết nối ngõ vào 2.2 Kết nối ngõ 2.3 Đấu nối thiết bị lập trình với PLC Thực hành 3.1 Các bước thực 3.2 Nội dung thực hành Kiểm tra 45 Cộng 15 28 BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mã bài: MĐ22-01 Giới thiệu: Để thực tự động hóa sản xuất, bên cạnh máy móc khí hay điện, dây chuyền sản xuất…v.v, cần thiết phải có điều khiển để điều khiển chúng Trong đó, để đáp ứng yêu cầu điều khiển lập trình điều khiển đáp ứng Mục tiêu: Phát biểu khái niệm điều khiển lập trình theo nội dung đã học So sánh ưu nhược điểm của điều khiển lập trình với hình thưc điều khiển khác theo nội dung đã học Trình bày ứng dụng của PLC thực tế theo nội dung đã học Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Tổng quan điều khiển PLC Trong ứng dụng công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp yêu cầu tự động hố ngày tăng, địi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng yêu cầu đó, với mục tiêu tăng suất lao động đường tăng mức độ tự động hóa trình thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng độ xác của sản phẩm Tự động hóa sản xuất nhằm thay phần toàn thao tác vật lý của công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển điều khiển q trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần tác động nhiều của người vận hành Điều đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả khởi động, kiểm sốt, xử lý dừng q trình theo yêu cầu đo đếm giá trị đã xác định nhằm đạt kết mong muốn sản phẩm đầu của máy hay thiết bị Một hệ thống gọi hệ thống điều khiển Trong kỹ thuật tự động 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 * Sơ đồ tổng quát điều khiển lập trình sau: Hình 1.1: Sơ đồ khối tổng quát điều khiển lập trình PLC 1.1 Khối vào Còn gọi giao tiếp ngõ vào có nhiệm vụ biến đổi đại lượng vật lý đầu vào(từ tiếp điểm của cảm biến, hay nút nhấn, điện trở đo sức căng….) thành mức tín hiệu số ON/OFF (digital) hay tín hiệu liên tục (analog) tùy theo chuyển đổn ngõ vào cấp vào cho khối xử lý trung tâm (CPU) Bảng 1.1: Bộ chuyển đổi đại lượng vào/ra Bộ chuyển đổi Đại lượng Đại lượng đo Công tắc (Switch) Sự dịch Điện áp nhị phân chuyển/ vị trí (ON/OFF) Cơng tắc hành trình Sự dịch Điện áp nhị phân (Limit switch) chuyển/ vị trí (ON/OFF) Bộ điều chỉnh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) (ON/OFF) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi Tế bào quang điện Ánh sáng Điện áp thay đổi (Photo cell) (analog) Tế bào tiệm cận Sự diện Trở kháng thay đổi (Proximity cell) của đối tượng Điện trở đo sức căng Áp suất/ Trở kháng thay đổi (Strain gage) dịch chuyển 1.2 Bộ nhớ (Memory) c cờ, ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra… Nội dung nhớ đã mã hóa dạng mã nhị phân 1.3 Khối xử lý – điều khiển Là khối xử lý trung tâm (CPU) thay người vận hành thực thao tác đảm bảo q trình hoạt động Từ thơng tin tín hiệu vào hệ thống điều khiển tuần tự thực thi lệnh chương trình lưu nhớ, xử lý đầu vào đưa kết xuất điều khiển cho phần giao diện đầu (output) như: Cuộn dây, mơ tơ….Tín hiệu điều khiển thực theo cách: + Dùng mạch điện nối kết cứng + Dùng chương trình điều khiển 1.4 Khối Cịn gọi phần giao diện đầu Tín hiệu kết của trình xử lý của hệ thống điều khiển Lúc tín hiệu ngõ vào biến đổi thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngồi như: Đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số- tương tự… Bảng 1.2: Các đại lượng tác động Thiết bị ngõ Động điện Xy lanh- Piston Solenoid Lò xấy/ lò cấp nhiệt Van Rơle Đại lượng Chuyển động quay Chuyển động thẳng/áp lực Chuyển động thẳng/áp lực Nhiệt Tiết diện cửa van thay đổi Tiếp điểm điện/ chuyển động vật lý có giới hạn Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình Đại lượng tác động Điện Dầu ép/ khí ép Điện Điện Điện/dầu ép/khí ép Điện Trong điều khiển nối cứng, thành phần chuyển mạch rơle, cotactor, công tắc, đèn báo, động cơ, v.v.v nối cố định với Toàn chức điều khiển, cách tiến hành chương trình xác định qua cách thức nối rơ le, công tắc… với theo sơ đồ thiết kế Khi muốn thay đổi lại 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 Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển Rơle (điều khiển nối cứng) Hình 1.2: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle Trong công nghiệp, ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hóa ngày tăng, 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 môi trường công nghiệp Hệ thống điều khiển dễ dàng đáp ứng yêu cầu phải sử dụng vi xử lý, điều khiển lập trình, điều khiển qua cổng giao tiếp với máy tính Bộ điều khiển logic khả 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 của PLC đã 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 tuần tự tiếp điểm, cảm biến sử dũng để từ kết hợp với hàm logic, thuật tốn giá trị xuất của để điều khiển tác động không tác động đến cuộn dây điều hành Trong trình hoạt động, tồn chương trình lưu vào nhớ tiến hành truy xuất trình làm việc Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển PLC (điều khiển lập trình) 10 STL LDD= IN1 IN2 LAD STL LAD LDR= IN1 IN2 Toán hạng:IN1,IN2: VD,ID ,MD,SMD, AC, Const,HC,*VD, *AC Lệnh so sánh làm tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Real số thực) ngược lại Toán hạng:IN1,IN2: VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, *AC Const, *VD Lệnh so sánh lớn làm cho tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Byte) Toán hạng: IN1,IN2: VB,IB, QB,MB,SMB, AC, Const,*VD,*AC STL LDB >= IN1 IN2 LAD Lệnh so sánh lớn làm cho tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Word) Toán hạng: IN1,IN2: VW,IW ,MW,SMW, AC, Const,T,C,AIW, *VD,*AC STL LAD STL LAD LDW >= IN1 IN2 Lệnh so sánh lớn làm cho tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Dword) LDD >= IN1 IN2 Toán hạng: IN1,IN2: Const,HC,*VD, *AC VD,ID ,MD,SMD,AC, Lệnh so sánh lớn làm cho tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Real) Toán hạng: IN1,IN2: VD, ID, QD,MD, SMD,AC, HC, *AC Constant,*VD, STL LAD LDR >= IN1 IN2 Lệnh so sánh nhỏ làm cho tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Byte) Tốn hạng: IN1,IN2: AC,Const,*VD,*AC STL LAD VB,IB,QB,MB,SMB, LDB = IN1 IN2 Toán hạng: IN1,IN2: Const,HC,*VD, *AC VD,ID ,MD,SMD,AC, Lệnh so sánh lớn làm cho tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Real) Toán hạng: IN1,IN2: VD, ID, QD,MD, SMD,AC, HC, *AC Constant,*VD, STL LAD LDR >= IN1 IN2 Lệnh so sánh nhỏ làm cho tiếp điểm đóng IN1 IN2 (IN1,IN2 kiểu Byte) Toán hạng: IN1,IN2: AC,Const,*VD,*AC STL LAD LDB