GIAOTRINH DIEUKHIENLAPTRINH

Giáo trình điều khiển lập trình S7300 giới thiệu về điều khiển lập trình kết nối phần cứng mở rộng ngõ ra mở rộng ngõ vào .Viết chương trình , bài tập ví dụ có lời giải . Giáo trình giới thiệu về các ngôn ngữ lập trình khác nhau và cách sử dụng couter , timer, .. thêm ngoại vi cho thiết bị

BÀI 1: 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC Giới thiệu Kỹ thuật điều khiển phát triển thời gian lâu Trước việc điều khiển hệ thống chủ yếu người thực Gần đây, việc điều khiển thực nhờ vào ứng dụng ngành điện, thực việc đóng ngắt tiếp điểm relay Các relay cho phép đóng ngắt công suất không cần dùng công tắc khí Ta thường sử dụng relay để tạo nên thao tác điều khiển đóng ngắt logic đơn giản Sự xuất máy tính điện tử tạo bước tiến điều khiển – Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC PLC xuất vào năm 1970 nhanh chóng trở thành lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất 1.1.1 Những ƣu điểm nhà máy sử dụng PLC - Giảm giá thành hệ thống phức tạp - Mềm dẽo dễ thay cần thay đổi hệ thống điều khiển - Khả kết hợp với máy tính cho phép điều khiển hệ thống tinh vi - Khả hỗ trợ xử lý cố làm cho việc lập trình dễ dàng nhanh chóng - Kết cấu chắn xác làm cho hệ thống hoạt động ổn định tin cậy 1.1.2 Logic bậc thang Logic bậc thang phương pháp lập trình cho PLC Logic bậc thang phát triển để thay cho việc điều khiển logic relay Do có sơ đồ điều khiển relay nên chọn Logic bậc thang làm phương pháp lập trình cho PLC việc huấn luyện cho kỹ sư người sử dụng giảm nhiều Trang Các hệ thống điều khiển đại ngày sử dụng relay, chúng không dùng để tạo mức logic mà hoạt động thiết bị điện từ dùng để đóng mở tiếp điểm Các relay dùng để đóng mở nguồn điện công suất lớn dựa vào nguồn lượng nhỏ, giữ cách ly nguồn Hệ thống điều khiển đơn giản có sử dụng relay minh họa hình 1.1 Relay bên trái sử dụng tiếp điểm thường đóng cho dòng điện qua đến có điện áp cấp vào đầu dây A Relay sử dụng tiếp điểm thường hở nên không cho dòng điện qua đến đầu dây B có điện Nếu dòng điện qua tiếp điểm relay A B vào cuộn dây relay C đóng tiếp điểm đầu C Trang Hình 1.1: Hệ thống điều khiển dùng relay Mạch điện vẽ lại dạng sơ đồ logic bậc thang bên hình 1.1 Trạng thái logic đọc là: C đóng A mở B đóng Hình 1.1 toàn hệ thống điều khiển, sơ đồ logic Khi xem xét PLC, sơ đồ logic có ngõ vào/ra Hình 1.2 minh họa sơ đồ logic với ngõ vào,ngõ PLC PLC có ngõ vào nút nhấn, giả sử tác động cuộn dây relay bên PLC, làm ngõ relay đóng cấp nguồn 115VAC cho đèn sáng Lƣu ý: Các PLC thực tế, ngõ vào không sử dụng relay, ngõ sử dụng relay Logic bậc thang PLC thường chương trình người dùng viết hiệu chỉnh máy tính Cả ngõ vào PLC nút nhấn thường hở, logic bậc thang bên PLC sử dụng thường đóng thường hở, không thiết logic bậc thang phải phù hợp với trạng thái ngõ vào/ Trang Hình 1.2: PLC có sử dụng relay Một số relay có nhiều ngõ nên sử dụng ngõ relay ngõ vào tức thời, tạo thành mạch trì hình 1.3 Hình 1.3: Mạch trì ngõ Trang Trong mạch này, dòng điện chạy qua nhánh công tắc A B Ngõ vào B đóng ngõ B có điện Nếu B điện, đóng ngõ vào A B có điện, làm ngõ vào B đóng Khi cho dù ngõ vào A mở B có điện nhờ ngõ vào B trì Sau ngõ vào B đóng tắt điện B 1.1.3 Lập trình Lập trình thuật ngữ dùng để nói đến việc người sử dụng ngôn ngữ mà PLC hiểu để giao tiếp với nó, điều khiển hoạt động theo ý đồ mà người lập trình đề nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn Các PLC trước lập trình kỹ thuật sử dụng sơ đồ nối dây relay Do không cần phải hướng dẫn nhiều cho thợ điện, kỹ thuật viên, kỹ sư cách lập trình máy tính, nên kỹ thuật lập trình thông dụng cho PLC ngày Xét ví dụ hình 1.4 Hình 1.4: Sơ đồ logic bậc thang đơn giản Giả sử nguồn nối với đường dây bên trái HOT, gọi dây nóng, bên phải dây trung tính Sơ đồ có nhánh, nhánh tổ hợp ngõ vào ngõ Nếu ngõ vào đóng mở công suất chạy từ dây nóng qua ngõ vào, kết hợp với dây trung tính cấp điện cho ngõ Trang Ngõ vào PLC kết nối với cảm biến công tắc Ngõ PLC nối với thiết bị trung gian đóng ngắt tải bên đèn, động Trong nhánh trên, công tắc A thường hở B thường đóng, nghĩa A đóng B mở dòng điện chạy qua công tắc A B tác động đến ngõ X, trạng thái khác A B làm X điện Tương tự người đọc giải thích tương tự cho hoạt động nhánh bên Có nhiều phương pháp lập trình khác cho PLC Một kỹ thuật sử dụng lệnh gợi nhớ Các lệnh xuất phát trực tiếp từ sơ đồ logic bậc thang nhập vào PLC thiết bị lập trình Trong ví dụ hình 1.5, lệnh đọc từ xuống Dòng 00000 có lệnh LDN (input load not) cho ngõ vào 00001 Lệnh xác định ngõ vào nối với PLC, mở tạo giá trị 1, ngược lại tạo giá trị Dòng 00001 sử dụng lệnh LD (input load) để xác định giá trị ngõ vào, ngõ vào mở tạo giá trị ngược lại tạo giá trị Lênh AND sử dụng lại số tạo bên trên, chúng tạo giá trị 1, có ngõ vào tạo giá trị Giá trị thay cho kết lúc kết lệnh AND giữ lại Quá trình lặp lại với hàng 00003 00004, sau thực xong có số lưu lại Lệnh AND hàng 00005 AND kết hàng 00003 00004, tạo kết Lệnh OR hàng 00006 OR kết lệnh AND hàng Lúc kết lưu lại Trang Lệnh ST (store ouput) hàng 00007 lưu lại kết sau Nếu kết ngõ 00107 tác động, nguợc lại ngõ không tác động Chương trình logic bậc thang hình 1.5 tương đương với chương trình gợi nhớ vừa phân tích Thậm chí ta lập trình cho PLC logic bậc thang chuyển dạng gợi nhớ trước PLC sử dụng Hình 1.5: Chương trình gợi nhớ Sơ đồ logic bậc thang tương đương 1.1.4 Kết nối PLC Khi sử dụng PLC để điều khiển trình đó, ta sử dụng cảm biến nối với ngõ vào PLC, ngõ PLC điều khiển thiết bị chấp hành, hình 1.6 Trang Hình 1.6: Kết nối PLC Đây trình xử lý thực, thay đổi liên tục theo thời gian Các thiết bị chấp hành làm hệ thống thay đổi sang trạng thái mới, có nghĩa hệ thống giới hạn điều khiển cảm biến đầu vào Nếu ngõ vào không tác động điều khiển nhận biết trạng thái hệ thống Vòng điều khiển chu kỳ liên tục PLC(Chu kỳ quét PLC), gồm việc đọc liệu đầu vào, thực logic bậc thang làm thay đổi ngõ theo ngõ vào Ví dụ: Vẽ sơ đồ điều khiển relay sử dụng công tắc điều khiển bóng đèn Cách 1: Cách 2: Trang BÀI 2: 2.1 CẤU TRÚC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC Cấu trúc phần cứng PLC PLC có nhiều hãng sản xuất, nhiều loại nhiều cấu hình khác Tuy nhiên, dù hãng nào, loại nào, cấu hình chúng có chung thành phần sau: Hình 2.1: Cấu trúc tổng quát PLC 2.1.1 Nguồn cung cấp Nguồn tích hợp sẵn bên PLC làm riêng bên Có nhiều cấp điện áp khác tùy loại PLC, gồm 110VAC 220VAC 24VDC(Hiện có hai cấp điện áp thường sử dụng 24VDCvà 220VAC 2.1.2 CPU (Central Proceesoing Unit) Đây xử lý trung tâm làm việc máy tính, dùng để lưu trữ xử lý chương trình theo yêu cầu người lập trình Trang 2.1.3 I(Input) Các loại cảm biến, công tắc, nút nhấn… đưa tín hiệu vào PLC thông qua module Input Tùy vào loại tín hiệu cảm biến số hay tương tự mà moudle ngõ vào PLC có hai loại Module số (Digital Module) Module tương tự (Analog Module) 2.1.4 O(Output) Các loại cấu chấp hành như: Bóng đèn, cuộn dây, vale, biến tần… điều khiển PLC thông qua module Output Tùy vào đối tượng điều khiển cần tín hiệu số hay tương tự mà moudle ngõ PLC có hai loại module số ngõ (Digital Output Module) module ngõ tương tự (Analog Output Module) 2.1.5 Đèn báo Dùng để báo trạng thái PLC, gồm nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống Các cảnh báo cần thiết chẩn đoán cố 2.2 Module ngõ vào Tùy vào loại tín hiệu cảm biến số hay tương tự mà moudle ngõ vào PLC có hai loại Module số (Digital Module) Module tương tự (Analog Module) 2.2.1 Module ngõ vào số Các loại cảm biến, công tắc, nút nhấn, encoder… Có tín hiệu ngõ dạng số đưa vào PLC thông qua module số Dưới trình bày số dạng ngõ vào số vài PLC Trang 10 10.9 Bài tập ứng dụng 10.9.1 Lập trình với HSC0 Viết chương trình khởi tạo đếm HSC0 hoạt động Mode Xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Tạo xung CK có tần số 1h Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC0 hoạt động Mode Vẽ sơ đồ kết nối phần cứng viết lại đoạn chương trình HSC0 hoạt động Mode 10.9.2 Lập trình với HSC1 Viết chương trình khởi tạo đếm HSC1 hoạt động Mode 1, chế độ 1X, xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Tạo xung CK có tần số 1h Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC1 hoạt động Mode Trong trình hoạt động, tác động chân Reset để kiểm tra việc xóa đếm Vẽ sơ đồ kết nối ngõ vào xung CK 10.9.3 Lập trình với HSC2 Viết chương trình khởi tạo đếm HSC2 hoạt động Mode,2,3,4,5 Xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Trong trường hợp, tác động xung Clock,Reset,Start dùng Switch để kiểm tra kết ngõ Tạo xung CK có tần số 0.5h Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC2 hoạt động Mode Vẽ sơ đồ kết nối phần cứng HSC2 hoạt động Mode 10.9.4 Lập trình với HSC3 Viết chương trình khởi tạo đếm HSC3 hoạt động Mode 4,5,6 Xuất kết đếm vùng nhớ QW2 Trong trường hợp, tác động xung Clock,Reset,Start dùng Switch để kiểm tra kết ngõ Trang 129 Tạo xung CK có tần số 0.5h Q0.0 cấp vào ngõ vào xung Clock, quan sát trạng thái ngõ QW2 HSC3 hoạt động Mode Vẽ sơ đồ kết nối phần cứng HSC3 hoạt động Mode Trang 130 BÀI 11: BỘ PHÁT XUNG VÀ ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG 11.1 Giới thiệu PLS PWM PLS(Pulse): Lệnh phát xung ngõ sử dụng để phát xung ngõ PTO (Pulse Train Output) PTO phát xung vuông, có độ rộng chu kỳ PTO ứng dụng trường hợp cần tín hiệu điều khiển dạng xung tần số cao Những đối tượng thường điều khiển PTO như: Động bước, động servo… Điểm đặc nỗi bật PTO khả phát nhiều đoạn xung liên tiếp có tần số phát khác Vì người lập trình cần tạo chuỗi xung có tần số thay đổi để điều khiển đối tượng điều khiển sử dụng PTO lựa chọn hiệu PWM (Pulse Wide Modulation): Điều chế độ rộng xung sử dụng người lập trình cần phát chuỗi xung với chu kỳ độ rộng thay đổi PWM thường ứng dụng để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ, điều khiển thời gian đóng mở để cấp điện cho lò nhiệt, điều khiển tốc độ quay cho biến tần(Biến tần panasonic)… Trang 131 Các loại PLC nói chung thường có hỗ trợ chức PLS PWM Tuy nhiên có PLC tích hợp sẳn chức CPU, có loại thiết kế theo kiểu module riêng 11.2 PTO PWM S7 200 S7 200 hỗ trợ ngõ Q0.0 Q0.1 để phát xung PLS/PWM với tần số lớn (có thể lên đến 100kh ) Với tần số ngõ bình thường, hoạt động phụ thuộc vào chu kỳ quét PLC phát PLS: Điều khiển phát xung vuông(PTO) với chu kỳ thay đổi từ 50uS đến 65535uS hay từ 2mS đến 65535mS Số lượng xung phát nằm khoảng từ đến 4,294,967,295 PLS phát đoạn xung đơn (single segment nhiều đoạn xung (Multiple segment) PWM: Phát xung với chu kỳ độ rộng xung thay đổi Chu kỳ: Từ 50uS đến 65535uS hay từ 2mS đến 65535mS Độ rộng xung: Từ đến 65535uS hay từ đến 65535mS Cũng giống chức đặc biệt khác PLC PLS PWM sử dụng sau khai báo khởi tạo Việc khai báo khởi tạo thực việc nạp giá trị cho vùng nhớ đặc biệt PLC 11.3 Vùng nhớ đặc biệt đƣợc sử dụng lập trình điều khiển PTO PWM 11.3.1 Byte điều khiển Trang 132 Tùy thuộc vào việc sử dụng ngõ Q0.0 hay Q0.1 chế độ PTO hay PWM tần số mong muốn mà người lập trình nạp giá trị thích hợp vào byte điều khiển SMB67 hay SMB77 11.3.2 Các vùng nhớ đặc biệt khác 11.3.3 Một số giá trị nạp cho byte điều khiển kết thực thi lệnh PLS Trang 133 11.4 Khởi tạo phát đoạn xung đơn (single segment) Sử dụng chu kỳ quét để gọi chương trình khởi tạo PLS Trong chương trình khởi tạo thực công việc sau - Nạp giá trị cho byte điều khiển để chọn chế độ phát theo yêu cầu - Nạp giá trị thời gian để chọn chu kỳ - Nạp giá trị để chọn số lượng xung phát - Gán chương trình ngắt với kiện ngắt tương ứng - Cho phép ngắt - Thực lệnh PLS để phát xung 11.4.1 Ví dụ: Khởi tạo PTO phát 10 xung vuông, tần số 1hZ(Chu kỳ giây) Chƣơng trình Trang 134 Chƣơng trình khởi tạo 16#8D 11.5 Khởi tạo PTO phát nhiều đoạn xung (Multiple segment) Bên cạnh việc phát đoạn xung trình bày PTO phát nhiều đoạn xung liên tiếp (Tối thiểu tối đa 255 đoạn) PTO phát nhiều đoạn xung liên tiếp với tần số khác có ý nghĩa quan trong Trang 135 số ứng dụng thực tiễn Chẳng hạn việc điều khiển động bước hay servo motor quay nhanh dần khởi giảm dần tốc đọ chuẩn bị dừng… 11.5.1 Một số đặc điểm cần ý lập trình phát nhiều chuổi xung Việc khởi tạo phát nhiều đoạn xung liên có số khác biệt so với phát đoạn xung Vì vậy, người học trình cần ý số đặc điểm sau lập trình phát nhiều đoạn xung - Vùng nhớ sử dùng để khai báo thông số cho chuỗi xung vùng nhớ V - Mỗi chuỗi xung sử dụng byte để khai báo thông số - Địa bắt đầu vùng nhớ V tùy thuộc vào địa offset Địa offset nạp vùng nhớ đặc biệt(SMW168: Q0.0 SMW178: Q0.1) - Byte vùng nhớ V sử dụng để nạp số chuỗi cần phát Dưới ví dụ phát đoạn xung liên tiếp ngõ Q0.0, bảng khai báo thông số chương trình viết cho PLC s7 200 Trang 136 Khai báo thông số Lập trình cho PLC Chƣơng trình Chƣơng trình khởi tạo Trang 137 Trang 138 11.6 Khởi tạo phát xung PWM Sử dụng chu kỳ quét để gọi chương trình khởi tạo PWM Trong chương trình khởi tạo thực công việc sau - Nạp giá trị cho byte điều khiển để chọn chế độ phát theo yêu cầu - Nạp giá trị thời gian để chọn chu kỳ - Nạp giá trị thời gian để chọn độ rộng xung - Thực lệnh PLS để phát xung Ví dụ: Khởi tạo phát xung vuông tần số 1hZ ngõ Q0.1 dùng PWM Chƣơng trình Trang 139 Chƣơng trình khởi tạo 11.7 11.7.1 Bài tập ứng dụng Viết chƣơng trình điều khiển PTO phát xung theo yêu cầu: Mỗi lần nhấn START, phát 20 xung tần số 1h ngõ Q0.0 11.7.2 Viết chƣơng trình điều khiển PTO phát xung theo yêu cầu: Mỗi lần nhấn START, phát 20 xung tần số 1h ngõ Q0.1 11.7.3 Viết chƣơng trình điều khiển PTO phát xung Q0.0 theo yêu cầu Nhấn START: Phát xung PTO có chu kỳ 1000ms Q0.0 Mỗi lần nhấn Up: Chu kỳ tăng thêm 100ms, tối đa không 10000ms Trang 140 Mỗi lần nhấn Down: Chu kỳ giảm bớt 100ms, tối thiểu không nhỏ 100ms Symbol Address START I0.0 Up I0.1 Down I0.2 PULSE Q0.0 11.7.4 comment Viết chƣơng trình điều khiển Q0.0 hoạt động theo Mode Mode 1: Phát xung vuông tần với Cycle = giây, duty = 0,5 giây Mode 2: Cycle = giây Sử dụng Module analog, chọn tầm điện áp vào từ 5V Dùng biến trở để chỉnh duty: Khi điện áp vào 0V duty = 0, điện áp vào 5V duty = 1giây Bảng mô tả địa Symbol Address Mode1 I0.0 Mode2 I0.1 PULSE Q0.0 comment Trang 141 11.7.5 Viết chƣơng trình điều khiển Q0.0 Q0.1 hoạt động nhƣ hình vẽ sau Biết tần số phát tai Q0.0 Q0.1 2hZ 11.7.6 Viết chƣơng trình phát xung ngõ Q0.0 theo sơ đồ hình sau: Trang 142 11.7.7 Viết chƣơng trình thực yêu cầu sau: Phát chuỗi xung Q0.1 tần số 10kh giã lập xung encoder gắn trục động Khởi tạo HSC1 hoạt động Mode để đếm số xung Q0.0 Khởi tạo ngắt Timer để đọc số xung đếm khoảng thời gian lấy mẫu Ts Giã sử encoder có thông số 1000 xung/vòng Hãy viết chương trình tính tốc độ động vòng/phút Trang 143