Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 6 Trong đó: ● Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON thì ngõ vào số được coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trạng thái OFF thì ngõ vào số có thể được coi như ở mức logic 0 hay mức logic thấp. ● Ngõ vào tương tự: tín hiệu vào là tín hiệu tương tự , thường ngõ vào tương tự có tầm 0 – 20 mA, 4 – 20 mA hay 0 – 10VDC. ● Ngõ ra số: gồm 2 trạng thái ON và OFF. Các ngõ ra này thường được nối ra để điều khiển các van solenoid, cuộn dây contactor, đèn hiệ u. ● Ngõ ra tương tự: tín hiệu ra là tín hiệu tương tự , thường có tầm từ 0 – 10 VDC. ● Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển, thường là nút nhấn, cảm biến … * Cảm biến: là thiết bị nhằm biến đổi một trạng thái vật lý thành tín hiệu điện để PLC sử dụng. Cảm biến được nối với ngõ vào của PLC. Mộ t ví dụ là sử dụng nút nhấn nối với đầu vào của PLC, một tín hiệu điện được gửi tới PLC chỉ ra trạng thái (đóng/mở) của tiếp điểm nút nhấn. ● Thiết bị chấp hành (Actuator): là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành một tác động vật lý. Actuator được nối với ngõ ra của PLC. Một ví dụ của actuator là sử dụng một Soft Starter (bộ khởi động mềm) được nối ở đầu ra PLC, tùy thuộc vào tín hiệu ngõ ra PLC mà bộ Soft Starter sẽ khởi động hay dừng động cơ. Hình 3. Các dạng tín hiệu ngõ vào của PLC ● Chương trình điều khiển: một chương trình bao gồm một hay nhiều lệnh nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Việc lập trình cho PLC chỉ đơn giản là xây dựng một tập hợp các l ệnh. Có nhiều cách để lập trình cho PLC như: dạng lập trình hình thang (LAD), dạng câu lệnh (STL), hay dạng sơ đồ khối chức năng (FBD). Chương trình điều khiển định ra qui luật thay đổi tín hiệu output phía đầu ra của PLC theo sự thay đổi của tín hiệu input phía đầu vào theo như mong muốn. Các chương trình điều khiển được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay (hand- held programmer hay PG = programmer) hoặc chạy phần m ềm điều khiển trên máy tính PC và được nạp vào PLC thông qua cáp, nối giữa PLC và PC hoặc PG. Cần chú ý là chương trình để điều khiển hệ thống chạy trên PLC, do đó không cần có máy tính hay bộ lập trình để chạy PLC, chúng chỉ đóng vai trò bộ lập trình hay bộ giám sát hoạt động thông qua việc trao đổi thông tin với PLC. NGÕ VÀO PLC Nút nhấn thường hở Nút nhấn thường đóng Công tắc thường hở Công tắc thường đóng Tiếp điểm thường hở Tiếp điểm thường đóng Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 7 Chương trình của các PLC thường có cấu trúc, gồm có chương trình chính (main program), các chương trình con (subroutine) và chương trình ngắt (interrupt). Nhờ đó cấu trúc của chương trình trở nên dễ đọc và rõ ràng hơn. Chương trình PLC được thực thi theo các chu kỳ qt liên tục. Chương trình PLC thực thi là một phần của một q trình lặp lại: chu kỳ qt. Chu kỳ qt của PLC bắt đầu với việc CPU đọc trạng thái của các ngõ vào. Chương trình ứng dụng được thực hiện sử dụng trạng thái của các đầu vào này. Khi chương trình này thực hiện xong thì CPU sẽ bắt đầu q trình tự chẩn đốn và các tác vụ giao tiếp. Chu kỳ qt kết thúc bởi việc cập nhật các ngõ ra, sau đó lại lặp lại từ đầu. Thời gian thực hiện chu kỳ qt phụ thuộc vào kích thước của chương trình, số lượng các ngõ vào/ra cần được giám sát của PLC và vào số lượng u cầu giao tiếp. Hình 4. Chu kỳ (vòng) qt của PLC ● Thiết bị lập trình (PG/PC): chương trình viết trong thiết bị lập trình và truyền xuống PLC. ● Cáp kết nối (cáp PPI): thiết bị cần thiết để truyền dữ liệu từ thiết bị lập trình đến PLC. Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC: Bao gồm các bước cơ bản như sau: i) Xác định quy trình điều khiển: trong bước này cần phải biết về đối tượng điều khiển của PLC. Các thay đổi của đối tượng điều khiển được kiểm tra thường xun bởi các thiết bị đầu vào, các thiết bị này gởi tín hiệu đến PLC để tính tốn xuất các tín hiệu ra đế n các thiết bị đầu ra để điều khiển hoạt động của đối tượng. ii) Xác định tín hiệu vào ra: trong bước này cần xác định cách kết nối các thiết bị đầu vào, ra với PLC. Thiết bị vào có thể là tiếp điểm, cảm biến,…. Thiết bị ra có thể là các loại cuộn dây điện từ , đèn, … iii) Soạn thảo chương trình: chương trình được viết dưới dạ ng LAD, STL, hay dạng FBD. iv) Nạp chương trình cho PLC v) Chạy chương trình: trước khi khởi động hệ thống cần kiểm tra nối dây từ PLC đến các thiết bị ngoại vi và trong q trình chạy kiểm tra có thể cần thực hiện các bước tinh chỉnh hệ thống để đảm bảo an tồn khi đưa vào hoạt động thực tế. Trong bài thí nghiệm với PLC S7-200 (của hãng Siemens) sinh viên cần quan tâm tới hai vấn đề sau: ●Sơ đồ nối dây PLC: thể hi ện sơ đồ nối dây thực của các thiết bị phía input và phía output vào PLC S7–200. ●Sơ đồ điều khiển PLC: được viết bằng STEP7-Micro/WIN là phần mềm dùng cho các PLC thuộc chủng loại S7-200. Đ ọc các ngõ vào Thực hiện chương trình Truyền thông/Tự kiểm tra Cập nhật các ngõ ra Chu kỳ quét Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 8 III. Giới thiệu PLC S7-200 PLC có thể được phân thành hai loại: Micro PLC và Modular PLC. - Micro PLC là loại PLC mà các ngõ vào, bộ xử lý, các ngõ ra và bộ nguồn đều được đặt chung trong cùng một khối. Các PLC này thì khá rẻ và thường được dùng trong các ngành công nghiệp nhẹ mà ở đó các điện áp cao không cần thiết. Chúng có những cấu hình khác nhau về ngõ vào, ngõ ra, khả năng bộ nhớ và có thể làm việc lâu dài để thỏa mãn các ứng dụng khác nhau. Họ PLC S7-200 của Siemens thuộc loại PLC này. - Modular PLC là loại PLC dùng trong các ứng dụng công nghiệ p nặng thường là các hệ thống dạng mô đun. Các loại PLC này có các cấu hình khác nhau về ngõ vào/ngõ ra, nguồn cung cấp, dạng tín hiệu (rời rạc hay tương tự), các ứng dụng mạng và điều khiển từ xa. Các hệ thống PLC này bao gồm các mô đun xử lý, mô đun ngõ vào/ngõ ra, thanh gắn, mô đun nguồn, bộ lập trình và các mô đun giao tiếp nếu cần thiết. Họ PLC S7-300, S7-400 của Siemens thuộc loại này. - Bộ xử lý của cả PLC loại Micro hay Modular đều bao gồm CPU, bộ nhớ, các cổng giao tiếp và các cổng ngoại vi. Không phải tất cả các PLC đều có cấu hình giống nhau mà có thể khác nhau về bộ nhớ, các cấu hình ngõ vào/ngõ ra, cấu hình mạng và nhiều đặc tính khác. Sau đây sẽ giới thiệu một vài loại CPU họ S7-200 được sử dụng trong nội dung thí nghiệm: a. Bộ S7-200/CPU 212 có một số tính năng như sau: – Số cổng vào/ra (I/O): 8 ngõ vào số/6 ngõ ra số (có địa chỉ I0.0 ÷ I0.7, Q0.0 ÷ Q0.5). – S ố tối đa các bộ mở rộng có thể ghép nối: 2 (với tối đa 64 ngõ vào số /64 ngõ ra số). – Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 1.2 μs/lệnh. – Bộ đếm thời gian (timer): 64 bộ. – Bộ đếm (counter): 64 bộ. – Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 1 (2 kHz-software). b. Bộ S7-200/CPU 216 có các tính năng sau: – Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ ra số số (có địa chỉ I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7). – Số tối đa các bộ mở rộng có thể ghép nối: 7. – Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 0.8 μs/lệnh. – Bộ đếm thời gian (timer): 256 bộ. – Bộ đếm (counter): 256 bộ. – Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 3 (1 software – 2 hardware). – Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB. – Cổng giao tiếp: 2. c. Bộ S7-200/CPU 226 có các tính năng sau: – Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ ra số (địa chỉ từ I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7). – Số tối đa các bộ mở rộng có thể ghép nối: 7 – Tốc độ xử lý lệ nh Boolean: 0.37 μs/lệnh. – Bộ đếm thời gian (timer): 256 bộ. – Bộ đếm (counter): 256 bộ. – Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 6 (30 kHz). Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 9 – Đồng hồ thời gian thực. – Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB. – Cổng giao tiếp: 2. – Số ngõ ra xung: 2 (20 kHz). IV. Sơ đồ nối dây thực của S7 – 200 Sơ đồ nối dây của CPU 212: Hình 5. Sơ đồ nối dây của PLC S7-200, CPU 212 Với cách nối dây như sơ đồ đã thể hiện, khi một công tắc (hay nút nhấn) ở ngõ vào nào đó được tác động, ngõ vào đó sẽ ở trạng thái logic là 1 (trạng thái ON). Nếu công t ắc bị ngắt (hay không nhấn nút nữa), ngõ vào tương ứng sẽ ở trạng thái logic là 0 (trạng thái OFF). Nguyên tắc chung là khi có điện áp trong khoảng quy định trước (thông thường là 15 – 30 VDC) so với điểm chuẩn điện áp (các ngõ vào ký hiệu là COM) đặt vào một ngõ vào nào đó thì ngõ vào đó ở trạng thái 1, nếu không có điện áp đủ lớn so với điểm chuẩn điện áp đặt vào ngõ vào thì ngõ vào đó ở trạng thái 0. Các CPU 216 và CPU 226 cũng đượ c nối dây tương tự với CPU 212. V. Giới thiệu chương trình STEP7 – Micro/WIN 1. Dạng lập trình: STEP7 – Micro/WIN hỗ trợ hai dạng lập trình sau: a. Dạng STL (Statement List): dạng ngôn ngữ sử dụng danh sách các câu lệnh. b. Dạng LAD (ladder): dạng ngôn ngữ đồ hoạ sử dụng các ký hiệu tương tự như các sơ đồ mạch điện (hình thang). c. Dạng FBD (Function Block Diagram): dạng ngôn ngữ đồ hoạ sử dụng các ký hiệu tương tự sơ đồ các khối logic AND, OR N guồn DC cho ngõ vào N guồn DC cho PLC Các ngõ ra nối với cơ cấu chấp hành Các ngõ vào nối với tín hiệu điều khiển Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 10 2. Các lệnh cơ bản của chương trình dạng LADDER: Phần tử Ký hiệu Tên qui ước Tính chất Lệnh tiếp điểm thường mở. (Normally open) n = I0.0, I0.1, …,I0.7, … n = Q0.0, Q0.1, …,Q0.5, … n = C0, C1, …, C63, … n = T0, T1, …, T63, … Lệnh này tác động khi bit n ON – I: tiếp điểm thực nối ở cổng vào – Q: tiếp điểm do output điều khiển – C: tiếp điểm do bộ đếm đ.khiển – T: tiếp điểm do timer điều khiển Lệnh tiếp điểm thường đóng (Normally closed) n = I0.0, I0.1, …,I0.7, … n = Q0.0, Q0.1, …,Q0.5, … n = C0, C1, …, C63, … n = T0, T1, …, T63, … Lệnh này tác động khi bit n OFF – I: tiếp điểm thực nối ở cổng vào. – Q: tiếp điểm do output điều khiển – C: tiếp điểm do bộ đếm đ.khiển – T: tiếp điểm do timer điều khiển Lệnh phát hiện cạnh lên P Lênh này chỉ tác động khi phát hiện tín hiệu phía trước lệnh chuyển từ OFF sang ON (cạnh lệnh). Lệnh ngõ ra (OUTput instruction) n = Q0.0, Q0.1, …, Q0.5, … Trang thái logic của bit n luôn bằng trạng thái logic ở ngay phía trước lệnh. Lệnh SET bit n = Q0.0, Q0.1, … (1 bit bất kỳ) Khi lệnh SET tác động, bit n chuyển sang ON và giữ luôn. Lệnh RESET bit n = Q0.0, Q0.1, … (1 bit bất kỳ) Khi lệnh RESET tác động, bit n chuyển sang OFF và giữ luôn. Bộ định thời gian đóng trễ TON (On-delay timer) Txxx= * T32: đơn vị tính là 1 ms T96 (CPU216, 226) * T33 – T36: 10ms T97–T100 (CPU216, 226) * T37 – T63: 100ms T101–T255 CPU216,226) – IN: tín hiệu vào – PT: hệ số thời gian trễ. – Khi IN từ 0 lên 1 thì sau thời gian định bởi PT, Txxx sẽ chuyển sang trạng thái ON (1) – Bất cứ khi nào IN từ 1 xuống 0 thì Txxx sẽ chuyển sang OFF (0) n n n . kỳ quét T i liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật i n 1 Phần 1: PLC Trang 8 III. Gi i thiệu PLC S7 -20 0 PLC có thể được phân thành hai lo i: Micro PLC và Modular PLC. - Micro PLC là lo i PLC mà các. tác động khi bit n OFF – I: tiếp i m thực n i ở cổng vào. – Q: tiếp i m do output i u khiển – C: tiếp i m do bộ đếm đ.khiển – T: tiếp i m do timer i u khiển Lệnh phát hiện cạnh lên. v i tín hiệu i u khiển T i liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật i n 1 Phần 1: PLC Trang 10 2. Các lệnh cơ bản của chương trình dạng LADDER: Phần tử Ký hiệu Tên qui ước Tính chất Lệnh tiếp i m