Giới thiệu về PLC docx

Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 2 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ : Tổng quát , một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ , thiết bị điện tử , được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định , sự chính xác , sự chuyển đổi nhịp nhàng của một qui trình hoặc một hoạt động sản xuất . Nó thực hiện bất cứ yêu cầu nào của dụng cụ , t ừ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn . Với thành quả của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽ được thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hoá hoàn toàn, đó là PLC , nó được sử dụng kết hợp với máy tính chủ . Ngoài ra , nó còn giao diện để kết n ối với các thiết bị khác ( như là : bảng điều khiển, động cơ , contact , cuộn dây, ) . Khả năng chuyển giao mạng của PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn . Ngoài ra , nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển. Mỗi một bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng m ột vai trò rất quan trọng. Từ hình 1.1 ta thấy: PLC sẽ không nhận biết được điều gì nếu nó không được kết nối với các thiết bị cảm ứng . Nó cũng không cho phép bất kỳ các máy móc nào hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với động cơ. Và tất nhiên , vùng máy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của một vùng sản xuất riêng biệt. Hình 1.1 Hệ thống điều khiển PLC Hiển thị Cơ cấu Chấp hành plc Cảm biến xử lý Điều khiển Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 3 1.2 VAI TRÒ CỦA PLC. Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim của hệ thống điều khiển . Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ của PLC ) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống , bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ các thiết bị nhập, dựa vào chương trình logic để xử lý tín hiệ u và mang các tín hiệu điều khiển ra thiết bị xuất. PLC được dùng để điều khiển thống từ đơn giản đến phức tạp. Hoặc ta có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quá trình phức hợp . 1.3 CÁC THIẾT BỊ NHẬP VÀ XUẤT DÙNG TRONG PLC 1.3.1 Các thiết bị nhập Sự thông minh của một hệ thống tự động hoá phụ thuộc vào khả năng đọc tín hiệu từ các cảm biến tự động của PLC. Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao phím , Ngoài ra PLC còn nhận được tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động như: công tắc trạng thái , công tắc giới hạn ,cảm biế n quang điện, cảm biến cấp độ , Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này được giao tiếp với PLC qua các modul nhập. Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 4 1.3.2 CÁC THIẾT BỊ XUẤT Trong một hệ thống tự động hoá, thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng . Nếu ngõ ra của PLC không được kết nối với thiết bị xuất thì hầu như hệ thống sẽ bị tê liệt hoàn toàn . Các thiết bị xuất thông thường là: động cơ , cuộn dây nam châm , relay, chuông báo, Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển một hệ th ống từ đơn giản đến phức tạp. Các loại thiết bị xuất là một phần kết cấu của hệ thống tự động hoá và vì thế nó ảnh hưởng trực tiếp vào hiệu suất của hệ thống. Tuy nhiên , các thiết bị khác như là : đèn pilot ,còi và các báo động chỉ cho biết các mục đích như: báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào , các thiết bị ngõ ra được giao tiếp vớ i PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC. Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 5 1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC PLC LÀ GÌ ? PLC là bộ điều khiển logic theo chương trình bao gồm : bộ xử lý trung tâm gọi là CPU (Central Procesing Unit ) chứa trương chình ứng dụng và các modul giao diện nhập xuất . Nó được nối trực tiếp đến các thiết bị I/O. Vì thế, khi tín hiệu nhập, CPU sẽ xử lý tín hiệu và gởi tín hiệu đến thiết bị xuất. Bus Lựa chọn Lựa chọn I/O Tín hiệu điều khiển I/O RF Tín hi ệu đIều khiển Dữ liệu vào Dữ liệu ra Khôí đầu vào LU RAM G1 En 1D C1 En G1 RAM Khối đầu ra Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 6 Hình 1.2 Cấu trúc phần cứng của PLC với các khối nhớ vào và ra 1.5 SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THƯỜNG KHÁC Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay ,contactor thông thường . Ta hãy thử so sánh ưu khuyết điểm của hai hệ thống trên: ³ Hệ thống điều khiển thông thường : • Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn trên bảng điều khiển. • Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế ,lắp đặ t. • Tốc độ hoạt động chậm. • Công suất tiêu thụ lớn . • Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ, tốn nhiều thời gian. • Khó bảo quản và sửa chữa. Hệ thống điều khiển bằng PLC: • Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn. • Công suất tiêu thụ ít hơn. • Sự thay đổ i các ngõ vào , ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần mền điều khiển bằng máy tính hay trên console. • Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn. • Bảo trì hệ thống và sửa chữa dễ dàng. • Độ bền và tin cậy vận hành cao. • Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng. • Có thiết bị chống nhiễu. Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 7 • Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. • Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó. • Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết. Do có những lý do trên PLC thể hiện rất rõ ưu điểm của nó so với các thiết bị điều khiển thông thường khác. PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi các lệnh tuỳ theo yêu cầu của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổ i chương trình của nó, điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC. 1.6 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC : Cấu trúc phần cứng của tất cả các PLC đều có các bộ phận sau: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nhập, xuất. 1.6.1 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU ) : Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC , thực hiện chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bị bên ngoài. 1.6.2 Bộ nhớ ( Memory ) : Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu gữi trạng thái hoạt động của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần có bộ nhớ để lưu giữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như: + Vùng đệm tạ m thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất / nhập được gọi là Ram xuất nhập. + Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : Time, counter, relay. Bộ nhớ gồm có những loại sau : + Bộ nhớ chỉ đọc (Rom: Read Only Memory ): Rom không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó không thích hợp cho việc điều khiển "mềm "củ a PLC . Rom ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác. + Bộ nhớ ghi đọc (Ram : Random Access Memory ): Ram là một bộ nhớ thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng . Dữ liệu Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 8 trong Ram sẽ bị mất đi nếu nguồn điện bị mất . Tuy nhiên vấn đề này được giải quyết bằng cách gắn thêm vào Ram nguồn điện dự phòng . Ngày nay , trong kỹ thuật phát triển PLC , người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lượng khá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các Ram này khi mất nguồn .Pin dự phòng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạc gắn với hệ thống, pin sẽ được sạp khi cấp nguồn cho PLC. + Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được (EPROM: Eresable Programmable Read Only Memory ): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM , tuy nhiên nội dung của nó có thể bị xoá đi nếu ta phóng tia tử ngoại vào, người viết phải viết lại chương trình trong bộ nhớ. + Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xoá được bằng điện (EEPROM : Electric Erasable Programmable Read Only Memory) : EEPROM k ết hợp khả năng truy linh động của Ram và tính khả biến của EEPROM, nội dung trên EEPROM có thể bị xoá và lập trình bằng điện tuy nhiên chỉ được một số lần nhất định . CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC SIMATIC S7 -200 I: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA CPU Khái quát chung : S7- 200 làthiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng siemens cấu trúc theo module có các module mở rộng các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi lý CPU 212 và CPU 214 về hình thức bên ngoài sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào ra và nguồn cung cấp . CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra có khả năng mở rộng thêm bằng hai module mở rộ ng . CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng. Cấu trúc CPU 212 -512 từ đơn ( Word ) tức là 1 kbyte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện EPROM .Vùng nhớ với tính chất như vậy được gọi là vùng nhớ non-votatile . 512 từ đơn được lưu dữ liệu trong đó có 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc miền nhớ non - volatile . Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 9 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic . Có thể ghép nối 2 module để mở rộng số cổng vào/ra , bao gồm cả 2 module tương tự (analog) Tổng số cổng logic vào /ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. 64 bộ tạo thời gian trễ (time ) trong đó có 2 time có độ phân giải 1ms , 8time có độ phân giải 10 ms và 54 time có độ phân giải 100ms. 64 bộ đếm (counter ) chia làm 2 loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại bộ đếm vừa đếm tiến vừa đếm lùi 368 bít nh ớ đặc biệt sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc. Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu khác nhau bao gồm ngắt truyền thông ngắt theo sườn lên hoặc xuống . Ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2khz) Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi 3- Cấu trúc CPU 214 CPU 214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng. 2048 từ đơn (4kbyte ) thuộc miền nhớ đọc /ghi non - volatile để lưu chương trình (dùng nhớ có giao diện EEPROM ). 2048 từ đơn (4kbyte) thuộc kiểu đọc /ghi để lưu dữ liệu (trong đó có 512 từ đầu thuộc miền EEPROM ). IO .O ,QO .O ,VO .O, SMO.1. Tổng số cổng vào /ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. Có 14 ngõ vào từ IO.O , IO.1 và I1.O , I1.5 Có 10 ngõ ra từ QO.O , IO.1 và Q1.O , QI.1 Có thể gắn thêm 1 module mở rộng bao gồm cả module analog. 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau 4 timer 1ms, 16 timer 10 ms và 108 timer 100ms. Có 128 bộ đếm chia làm hai loại + Chỉ đếm lên CTU + Vừa đếm lên vừa đếm xuống CTUD. Có 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. + SMO.O : luôn ở trạng thái 1. + SMO.1 : bằng 1 trong vòng quét đầu tiên Các chế độ ngắt và xử lý ngắt gồm ngắt truyền thông , ngắt theo sườn lên hoặc s ườn xuống, ngắt thời gian ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. Có 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2khz và 7 khz. 2bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu: PTO ( Pulse traisn output ) : điều tần PWM (Pulse width modulation ) : điều rộng xung 2 bộ chỉnh tương tự . Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 10 Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. Các đèn báo trên S7 - 200 CPU 214 + SF (ĐèN Đỏ ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng . ĐènSF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc . + Run (đèn xanh ) : đèn xanh chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy. + Stop (đèn vàng ) : đèn vàng chỉ PLC đang ở chế độ dừ ng + Ixx (đèn xanh ) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định ở trạng thái tức thời của cổng Ixx ( X.X = 0.0 , 1.5 ) + Qy.y (đèn xanh ) :đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y (y.y = 0.0 , 1.1 ) + TERM : cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc Run hoặc Stop II :CẤU TRÚC BỘ NHỚ : Bộ điều khiển lập trình S7 -200 được chia thành 4 vùng nhớ. Với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7 -200 có tính năng động cao ,đọc và ghi được trong phạm vi toàn vùng loại trừ các bít đặc biệt SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc C Vùng chương trình Vùng tham số Vùng dữ liệu Vùng đối tượng Chương trình Tham số Dữ li ệ u Chương trình Tham số Dữ li ệ u Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 11 Hình II -1 : Bộ nhớ trong và ngoài của S7 -200 1 - Vùng chương trình : Là vùng bộ nhớ chỉ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình vùng này thuộc bộ nhớ trong độc và ghi được. 2 -Vùng tham số : Là vùng lưu dữ các tham số như : từ khoá, địa chỉ trạm cũng giống như vùng chương trình thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được. 3 - Vùng dữ liệu : Là vùng nhớ động được sử dụng cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính nó được truy cập theo từng bit từng byte vùng này được chia thành những vùng nhớ với các công dụng khác nhau. Vùng I ( Input image register) :Là vùng nhớ gồm 8byte I (đọc /ghi ) : I.O , I.7 - Vùng Q (Output image register ): Là vùng nhớ gồm 8byte Q (đọc /ghi ) : Q.O , Q.7 - Vùng M (Internal Memory bits ): Là vùng nhớ gồm 32 byte M (đọc /ghi ) : M.O , M.31 - Vùng V (Variable memory ): Là vùng nhớ gồm có 4096 byte V (đọc /ghi ) : V.O , V.4095 - Vùng SM ( Special memory ): Là vùng nh ớ gồm có 86 byte chia làm 2phần SMO , SM29 chỉ đọc SMO , SM85 chỉ ghi 4 - Vùng đối tượng : Là time (định thì ), counter (bộ đếm ) tốc độ cao và các cổng vào/ ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng vùng này không thuộc kiểu non - volatile nhưng đọc ghi được. - Timer (bộ định thì ): Đọc /ghi T0 , T127 - Counter (bộ đếm ) : Đọc /ghi C0 , C 127 - Bộ đệm vào analog (đọc) : AIW0 , AIW30 - Bộ đệm ra analog (ghi) : AQW0 , AQW30 - Accumulator (thanh ghi) : AC0 , AC3 - Bộ đếm tốc độ cao : HSCO , HSC2 Tất c ả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit , từng byte , từng từ đơn (word - 2byte) , từ kép (Doudble word ) III CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH: EEPROM Bộ nhớ ngoài [...]... AIW 28 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông VI ỨNG DỤNG PLC BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU Ứng dụng plc khởi động động cơ điện một chiều quay thuận , quay nghịch qua ba cấp điện trở phụ I Mạch động lực + Uđm Ckt Rkt T N 1K 2K 3K Rf1 N T Rf2 Rf3 Rf Hình 1-1: Mạch động lực Thiết bị ngoài Thiết bị trong plc Ghi chú On/off Io.o Ngõ vào on / off Mt Io.1 Ngõ vào mở thuận Mn 1k Io.2... nguồn bên phải dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn 2 - Phương pháp liệt kê lệnh STL: Phương pháp liệt kê (STL) là phương pháp thực hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC Để tạo một chương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ phương pháp sử... 6s tiếp điểm 3K đóng lại loại hết điện trở phụ ra khỏi mạch phần ứng kết thúc quá trình khởi động động cơ làm việc với điện áp định mức 3 Sơ đồ kết nối plc với thiết bị ngoài ON OFF I0.0 MT Q0.1 T N I0.1 Q0.2 MN lk 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC TRONG STL I0.2 Q0.3 2k NETWORK 1 Q0.4 LD I0.0 3k EU Q0.5 S Q0.0,1 NETWORK 2 LDN I0.0 COM EU R Q0.0,1 24 VDC COM VDC NETWORK 3 LD Q0.0 = M0.0 NETWORK... cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm Trong STL lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết kế nếu bit này có giá trị bằng 1 các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm một dẫy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 255 ) Nội dung của ngăn xếp khôntg bị thay đổi bởi các lệnh này mô tả lệnh S và R bằng LAD LAD S S Bit n S Bit n R s Bit n SI s Bit n RI Mô tả Toán hạng Đóng một mảng gồm n các tiếp điểm... tiếp điểm đặc biệt, không có toán hạng riêng của chính chúng và vì thế phải đặt chúng vào vị trí phía trước của cuộn dây hộp đầu ra Tiếp điểm chuyển tiếp dương /âm (các lệnh sườn trước sau) có nhu cầu về bộ nhớ bởi vậy đối với CPU 214 là 256 lệnh Mô tả lệnh tiếp điểm đặc biệt trong LAD và STL LAD I0.0 STL 1 Not I0.0 P I0.0 N 2 3 Q Q0.1 Q0.2 Q0.2 22 Net work1 LD I0.0 Not = Q0.1 Net work2 LD I0.0 Eu = . Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 2 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÀ GÌ : Tổng quát , một hệ thống điều khiển là tập. vớ i PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC. Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 5 1.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐƯỢC PLC LÀ GÌ ? PLC là. hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim của hệ thống điều khiển . Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhớ của PLC ) thì PLC liên tục kiểm tra trạng