GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC

UBND TỈNH NAM ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NAM ĐỊNH ThS Trần Đức Nghị (Chủ biên) GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC (Dựng cho hệ trung cấp nghề Điện công nghiệp) Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC PHẦN 1: PLC OMROM 1.1.TỔNG QUÁT VỀ PLC OM ROM 1.1.1 Định nghĩa PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình Sự phát triển PLC đem lại nhiều thuận lợi làm cho thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng tin cậy Nó có khả thay hoàn toàn cho phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị phức tạp cồng kềnh) PLC có khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình, lệnh logic bản: khả định thời, đếm, giải vấn đề toán học công nghệ, khả tạo lập, gởi đi, tiếp nhận tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát kích hoạt đình chức máy dây chuyền công nghệ Như đặc điểm làm cho PLC có tính ưu việt thích hợp môi trường công nghiệp: • Khả kháng nhiễu tốt • Cấu trúc dạng module thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp • Có modul chuyên dụng để thực chức đặc biệt hay modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp mạng Internet • Khả lập trình được, lập trình dễ dàng đặc điểm quan trọng để xếp hạng hệ thống điều khiển tự động • Yêu cầu người lập trình không cần giỏi kiến thức điện tử mà Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC cần nắm vững công nghệ sản xuất biết chọn thiết bị thích hợp lập trình • Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt tính thay đổi chương trình thay đổi trực tiếp thông số mà không cần thay đổi lại cách nối dây Như vậy, với chương trình điều khiển PLC, PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PL khác với máy tính) Toàn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình (khối OB, FC Hệ thống điều khiển sử dụng FB) thực lặp theo chu kỳ vòng quét Để thực chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính máy tính, nghĩa phải có vi xử lý (CPU), hệ điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển, liệu cổng vào/ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển trao đổi thông tin với môi Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác đếm (Counter), định thời (Timer) , khối hàm chuyên dụng 1.1 2.So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thường khác Hệ thống điều khiển rơ le( truyền thống): Khi hình thành PLC, bắt đầu cách mạng công nghiệp, đặc biệt vào năm 1960 & 1970, máy móc tự động điều khiển rơ – le điện Những rơ – le lắp đặt cố định bên bảng điều khiển Trong vài trường hợp, bảng điều khiển rộng chiếm không gian Mọi kết nối ngõ rơ – le phải thực dẫn đến dây điện thường không hoàn hảo, phải nhiều thời gian rắc rối hệ thống vấn đề tốn thời gian nhà sử dụng Hơn nữa, rờ – le bị hạn chế tiếp điểm Nếu có yêu cầu hiệu chỉnh hay cải tiến máy phải ngừng hoạt động, không gian lắp đặt bị giới hạn, nối dây phải làm để phù hợp thay đổi công nghệ Bảng điều khiển sử dụng cho trình riêng biệt Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC không đòi hỏi thay đổi thành hệ thống Trong trình bảo trì, kỹ thuật viên phải huấn luyện tốt giỏi việc giải cố hệ thống điều khiển Nói tóm lại, bảng điều khiển rờ – le cổ điển linh hoạt thay Nhược điểm hệ thống điều khiển cổ điển + Có nhiều dây bảng điều khiển + Sự thay đổi hoàn toàn khó khăn + Việc sửa chữa vô phiền phức bạn phải cần đến nhà kỹ thuật giỏi + Tiêu thụ điện lớn cuộn dây rờ – le tiêu thụ điện + Thời gian dừng máy dài cố xảy ra, phải thời gian dài để sửa chữa bảng điều khiển + Nó gây thời gian dừng máy lâu bảo trì điều chỉnh vẽ gốc không nguyên vẹn qua thời gian nhiều năm Hệ thống điều khiển vi sử lý: Là cách dùng hệ thống điều khiển thông qua vi sử lý viết chương trình để hướng dẫn vi sử lý đáp ứng với tín hiệu đầu vào Do cách thay đổi lệnh sử dụng vi sử lý để điều khiển nhiều tình khác 1.1.3 Ưu nhược điểm PLC - Được dựa vào vi sử lý sử dụng nhớ chương trình để lưu lệnh thực chức phép toán lôgic, định giờ, đếm, thuật toán - Với xuất điều khiển khả lập trình, quan điểm thiết kế điều khiển tiến to lớn Có nhiều ích lợi việc sử dụng điều khiển lập trình - Cùng với phát triển phần cứng phần mềm, PLC ngày tăng tính lợi ích hoạt động công nghiệp - Điện tiêu thụ giảm đáng kể PLC tiêu thụ điện Chức tự chẩn đoán PLC cho phép sửa chữa dễ dàng nhanh chóng nhờ tính giám sát người máy (HMI) - Kích thước PLC thu nhỏ nhớ số lượng I/O nhiều hơn, ứng dụng PLC mạnh giúp người sử dụng giải nhiều vấn đề phức tạp điều khiển hệ thống Chỉ cần lắp đặt lần (đối với sơ đồ hệ thống, đường nối dây, tín hiệu ngõ vào/ra ), mà thay đổi kết cấu hệ thống sau này, giảm tốn phải thay đổi lắp đặt, đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC thống điều khiển Relay), - Khả chuyển đổi hệ điều khiển cao (như giao tiếp PLC để truyền liệu điều khiển lẫn nhau), - Hệ thống điều khiển linh hoạt Độ tin cậy cao PLC thiết kế đặc biệt để hoạt động môi trường công nghiệp Một PLC lắp đặt nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng có từ truờng mạnh, có chấn động khí, nhiệt độ độ ẩm môi trường cao Khả quyền lực mà PLC thực phối hợp thiết điều khiển, giám sát truyền thông tạo mạng sản xuất toàn cầu: giám sát, điều khiển thu thập liệu (SCADA) - PLC sử dụng thiết bị điều khiển cho hệ thống điều khiển Để sửa đổi hệ thống điều khiển quy tắc sử dụng người ta cần nhập tập lệnh khác mà không cần mắc nối lại dây, nhờ hệ thống linh hoạt hiệu 1.2 Cấu trúc PLC omron Về bản, PLC chia làm phần sau : Phần giao diện đầu vào (Input) Phần giao diện đầu (Output) Bộ xử lý trung tâm (CPU) Bộ nhớ liệu chương trình (Memory) Nguồn cung cấp cho hệ thống (Power Supply) Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Nguồn cung cấp (Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên thành mức thích hợp cho mạch điện tử bên PLC (thông thường 220VAC # 5VDC 12VDC) Phần giao diện đầu vào biến đổi đại lượng điện đầu vào thành mức tín hiệu số (digital) cấp vào cho CPU xử lý Bộ nhớ (Memory) lưu chương trình điều khiển lập người dùng liệu khác cờ, ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra, Nội dung nhớ mã hoá dạng mã nhị phân Bộ xử lý trung tâm (CPU) thực thi lệnh chương trình lưu nhớ, xử lý đầu vào đưa kết kết xuất điều khiển cho phần giao diện đầu (output) Phần giao diện đầu thực biến đổi lệnh điều khiển mức tín hiệu số bên PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số-tương tự, Thông thường PLC có kiến trúc kiểu module hoá với thành phần đặt module riêng ghép với tạo thành hệ thống PLC hoàn chỉnh Riêng loại Micro PLC CPM1/2(A) CP1L/1H loại tích hợp sẵn toàn thành phần 1.3 Ghép nối đầu vào, PLC 1.3.1 Ghép nối đầu vào Các bit PLC phản ánh trạng thái đóng mở công tắc điện bên hình Khi trạng thái khoá đầu vào thay đổi (đóng/mở), trạng thái bit tương ứng thay đổi tương ứng (1/0) Các bit PLC tổ chức thành word; ví dụ hình, khoá đầu vào nối tương ứng với word 000 1.3.2 Ghép nối ngõ Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Trên hình ví dụ bit điều khiển đầu PLC Các bit word 0100 (từ 100.00 đến 100.15) điều khiển bật tắt đèn tương ứng với trạng thái ("1" "0") 1.4 Địa nhớ PLC omron Các địa dạng bit trong PLC biểu diễn dạng sau : Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Trong tiền tố ký hiệu loại địa nhớ Ví dụ : SR cho Special Relay, LR cho Link Relay, IR cho Internal Relay, Riêng vùng nhớ Internal Relay CIO bit vào I/O không cần có tiền tố IR hay CIO tham chiếu Special Relay thường coi Internal Relay không cần có tiền tố Ví dụ : 000.00 bit thứ word 000 000.01 bit thứ hai word 000 Sau ví dụ số nhớ đặc biệt PLC OMRON Trường Cao đẳng nghề Nam Định Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Bài 2: CÁC LỆNH CƠ BẢN CỦA PLC OMROM 2.1 Phần mềm lập trình 2.1.1 Giới thiệu phần mềm CX-ONE phần mềm tích hợp chặt chẽ nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao tự động hóa công nghiệp hỗ trợ thiết bị đa dạng OMRON Với phần mềm này, người sử dụng có tay công cụ mạnh, sử dụng dễ dàng liên tục cập nhật,cải tiến CX-Programmer phần mềm trung tâm gói phần mềm Không dùng để lập trình cho PLC, CX-Programmer công cụ để kỹ sư quản lý dự án tự động hóa với PLC làm não hệ thống Các chức CX-Programmer bao gồm: - Tạo quản lý dự án (project) tự động hóa (tức chương trình) - Kết nối với PLC qua nhiều đường giao tiếp - Cho phép thực thao tác chỉnh sửa & theo dõi online (như force set/reset, online edit, monitoring, ) - Đặt thông số hoạt động cho PLC - Cấu hình đường truyền mạng - Hỗ trợ nhiều chương trình, nhiều PLC project & nhiều section chương trình CX-Programmer có phiên chính: - Bản Junior 2.1: Bản hỗ trợ loại PLC micro OMRON CPMx, SRM1 Hiện phiên cung cấp miễn phí cho khách hàng mua PLC OMRON Việt nam - Bản Junior: Bản hỗ trợ loại PLC micro OMRON CP1L/ CP1H, CPMx, SRM1 - Bản đầy đủ: Bản hỗ trợ tất loại PLC OMRON, loại CPMx, SRM1 có loại thông dụng khác CQM1x, C200x, CS1, CJ1x CP1L/1H lập trình từ máy tính (PC) có chạy phần mềm CX-Programmer version 7.xx trở lên 2.1.2 Cài đặt phần mềm lập trình Trường Cao đẳng nghề Nam Định 10 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Trường Cao đẳng nghề Nam Định 11 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Các thành phần cửa sổ project: Cửa sổ Workspace: cửa sổ thường nằm bên trái hình & liệt kêcác thông tin chương trình Symbol, Section, Settings, Memory Cửa sổ Address Reference: cho phép quan sát việc sử dụng địa nhớ chương trình Cửa sổ Watch: Với cửa sổ này, người sử dụng quan sát giá trị địa nhớ thực thao tác thay đổi giá trị chúng từ CX- Programmer Cửa sổ Output: Các kết kiểm tra & biên dịch chương trình thông tin khác hiển thị cửa sổ Thêm tiếp điểm Trường Cao đẳng nghề Nam Định 12 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Thêm function Mọi chương trình cần có lệnh End để đánh dấu điểm kết thúc chương trình Lệnh End nhiều khối chức khác (function) nhập vào dùng công cụ Instruction Kiểm tra & biên dịch chương trình Trường Cao đẳng nghề Nam Định 13 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Việc biên dịch chương trình để nhằm phát lỗi sai cú pháp, thiếu/thừa phần tử, rong chương trình Kết biên dịch hiển thị tab compile cửa sổ Ouput Bước nạp chương trình viết vừa qua vào PLC Về nguyên tắc, PLC cần chuyển sang Program Mode trước cho phép thay đổi nội dung chương trình PLC Tuy vậy, ta nạp chương trình vào PLC kể chế độ nhờ có tính CX-Programmer trợ giúp 2.2 Các lệnh PLC omron 2.2.1) Lệnh tiếp điểm: Load (LD) Load Not (LD NOT) Lệnh LOAD hay LOAD NOT lệnh tiếp điểm thường hở & tiếp điểm thường đóng, dùng làm điều kiện khởi đầu thang sơ đồ bậc thang có chức giống với tiếp điểm sơ đồ điện Các tiếp điểm nối với phần tử khác thường đóng vai trò làm điều kiện thực (execution condition) cho phần tử sau Lệnh gán với địa bit xác định trạng thái tiếp điểm Chú ý lệnh Trường Cao đẳng nghề Nam Định 14 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC luôn nằm phía trái khối logic sơ đồ bậc thang (nghĩa lệnh loại khác phép nằm phía trái lệnh khối logic) Có loại: - Lệnh LD : Tương đương với tiếp điểm thường mở (Normally Open - NO) sơ đồ điện Khi bit kèm (ON), tiếp điểm đóng phần tử (lệnh) sau tiếp điểm hoạt động (có điện) ngược lại bit kèm (OFF), tiếp điểm mở phần tử sau tiếp điểm không hoạt động (không có điện chạy qua tiếp điểm) - Lệnh LD NOT : Tương đương với tiếp điểm thường đóng (Normally Closed -NC) sơ đồ điện Khi bit kèm (OFF), tiếp điểm đóng phần tử (lệnh) sau tiếp điểm hoạt động (có điện) ngược lại bit kèm (ON), tiếp điểm mở phần tử sau tiếp điểm không hoạt động (không có điện chạy qua tiếp điểm) 2.2.2) Lệnh tiếp điểm: AND AND NOT Lệnh AND (AND NOT) dùng để tạo tiếp điểm thường mở (thường đóng) theo sau (nối tiếp) với tiếp điểm tạo lệnh LD hay LD NOT 2.2.3) Lệnh tiếp điểm: OR, OR NOT Lệnh OR (OR NOT) tạo tiếp điểm thường mở (thường đóng) nối song song với nhánh khác Trường Cao đẳng nghề Nam Định 15 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC 2.2.4) Lệnh AND LD OR LD - Lệnh AND LD nối tiếp khối logic với sơ đồ bậc thang - Lệnh OR LD nối song song khối với sơ đồ bậc thang 2.2.5) Lệnh cuộn dây: OUT OUT NOT Lệnh OUT (OUT NOT) bật bit gán cho lệnh lên ON (xuống OFF) điều kiện thực thi trước ON reset bit OFF điều kiện trước OFF Lệnh OUTPUT giống với chức cuộn dây sơ đồ điện cuộn dây nhận điện từ tiếp điểm (điều kiện) trước hút (đóng) hay nhả (mở) tiếp điểm kèm Trường Cao đẳng nghề Nam Định 16 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC 2.3 Ví dụ điều khiển động Có motor nối liên động với Khi nút PB Start nhấn, Motor khởi động chạy motor bị tải (overload) Nếu motor bị tải nút Stop nhấn, motor dừng Đèn báo Overload sáng có motor bị tải Chương trình điều khiển 2.4 Bộ đếm lên – xuống Mỗi counter timer có số từ đến 127 không phép dùng trùng lặp lệnh đếm/timer khác chương trình Số đếm timer có cách dùng sau : - Khi dùng bit, (completion flag) Trường Cao đẳng nghề Nam Định dùng làm cờ báo đếm xong 17 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC - Khi dùng word, dùng để truy cập giá trị đếm (PV) CNTR đếm đếm theo hai chiều tăng - giảm: - Bộ đếm tăng giá trị PV (Present Value) lên đầu vào II (Increment Input) chuyển từ OFF lên ON - Bộ đếm giảm giá trị PV (Present Value) đầu vào DI (Decrement Input) chuyển từ OFF lên ON Khi đếm giảm đến 0, giá trị PV gán cho SV cờ báo hoàn thành (completion flag bit CNTR n với n = số counter) lên ON đếm lại giảm tiếp - Bộ đếm reset PV đầu vào Reset Input (R) chuyển từ OFF lên ON Khi PV với giá trị đặt SV (Set Value), PV reset cờ báo hoàn thành bật lên ON đếm lại tiếp tục đếm tăng Khi II DI chuyển từ OFF lên ON, đếm giữ nguyên giá trị 2.5 Rơ le thời gian Trường Cao đẳng nghề Nam Định 18 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Khi đầu vào điều kiện thực thi hàm TIM ON, hàm TIM đếm giảm thờ gian từ giá trị thời gian đặt trước SV đến completion flag (TIn) lên ON.Completion flag ON bị reset đầu vào điều kiện thực OFF Bài 3: Lập trình ứng dụng điều khiển trạm bơm Ví dụ: Timer số 000 (TIM000) có đầu vào điều kiện thực hai bit 000.00 000.01 định Khi bit 000.00 ON bit 000.01 OFF, timer bắt đầu đếm giảm thời gian PV theo đơn vị 0,1 giây từ giá trị đặt trước SV 5,0 giây Khi giá trị thời gian PV đến 0, cờ completion flag TIM000 lên ON bật bit 010.00 lên ON bit 010.01 OFF Ví dụ: Một hệ thống điều khiển máy bơm đơn giản Khi nút Khởi động START bấm, bơm kiểm tra mức nước xem bơm không qua tín hiệu từ sensor đo mức nước, mức nước đạt bơm bơm liên tục nút Khởi động nhả Bơm dừng nút dừng STOP bấm mức nước xuống thấp Kèm theo đèn thị tình trạng bơm Trường Cao đẳng nghề Nam Định 19 Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC Trường Cao đẳng nghề Nam Định 20