Tìm hiểu hệ thống điều khiển PLC

Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 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 , từ 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 nối 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 một 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. Hi ể 1 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông n th ị C ơ c ấ u Ch ấ p hành plc C ả m bi ế n x ử lý Đ i ề 2 2 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông u khi ể n Hình 1.1 Hệ thống điều khiển PLC 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 hiệu 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 3 3 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 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 biến 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. 1.3.2 CÁC THIẾT BỊ XUẤT 4 4 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 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 thống 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 với PLC qua miền rộng của modul ngõ ra PLC. 5 5 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 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 6 6 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Hình 1.2 Cấu trúc phần cứng của PLC với các khối nhớ vào và ra 7 7 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 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:  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 đặt. • 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 đổi 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. 8 8 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông • 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. • 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 đổi 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. 9 9 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 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 tạm 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 "của 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 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. 10 10 [...]... : điều tần PWM (Pulse width modulation ) : điều rộng xung 2 bộ chỉnh tương tự 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 13 13 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông + SF (ĐèN Đỏ ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng ĐènSF sáng lên khi PLC. .. 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... khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông n Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi có dòng điện điều khiển đi qua N: I, Q, M, SM, T, C, V (bit) Cuộn dây đầu ra được kích tức thời khi có dòng điều khiển đi qua n: Q (bit) n I 28 28 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông + Mô... 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... 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 dụng của ngăn xếp logic của S7- 200 (S0  S8) Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp , đều... đIện tử viễn thông + 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 dừng + 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 )... thông Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông 2- Lệnh ghi/xoá giá trị cho tiếp điểm : Set (S) và Reset(R) lệnh dùng để đóng ngắt các tiếp điểm gián đoạn đã được thiết kế trong LAD logic điều khiển đến các 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... 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 12 12 Trường đại học bách khoa hà nội Khoa đIện tử viễn thông Trường đại . u khi ể n Hình 1.1 Hệ thống điều khiển PLC 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. 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. 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