điều khiển lập trình cỡ nhỏ

BÀI 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỞ NHỎ 1.Tổng quát Ngày yêu cầu tự động hố cơng nghiệp ngày tăng u cầu tự động hố cơng nghiệp đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải có nhiều thay đổi thiết bị phương pháp điều khiể Trong lĩnh vực điều khiển, người ta phân biệt hai phương pháp điều khiển là: phương pháp điều khiển nối cứng phương pháp điều khiển lập trình Phương pháp điều khiển nối cứng - Điều khiển nối cứng có tiếp điểm: dùng khí cụ điện từ rơle, cơngtắctơ kết hợp với cảm biến, đèn, công tắc, nút ấn, Các khí cụ điện nối lại với theo mạch điện cụ thể để thực yêu cầu công nghệ định - Điều khiển nối cứng không tiếp điểm: dùng cổng logic (gọi chung IC số), kết hợp với cảm biến, đèn, công tắc, nút ấn, Các IC số nối lại với theo sơ đồ logic cụ thể để thực yêu cầu công nghệ định Trong hệ thống nối cứng thiết bị điện hay khí cụ điện nối vĩnh viễn với Do đó, muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển phải nối dây lại toàn mạch điện Việc làm phức tạp tốn hệ thống lớn Phương pháp điều khiển lập trình Trong hệ thống điều khiển lập trình được, cấu trúc điều khiển cách nối dây độc lập với chương trình Chương trình hoạt động ghi trực tiếp vào nhớ điều khiển nhờ trợ giúp lập trình hay qua máy vi tính Để thay đổi chương trình điều khiển, cần thay đổi nội dung nhớ điều khiển, phần nối dây bên ngồi khơng bị ảnh hưởng, ưu điểm lớn phương pháp lập trình điều khiển Bộ điều khiển lập trình (PLC) PLC (Programmable logic controller - thiết bị điều khiển khả lập trình) thiêt bị quan trọng điều khiển tự động hố cơng nghiệp Nhờ tích hợp sẵn vi xử lý (bộ xử lý trung tâm), nhớ ROM - RAM, cổng giao tiếp xuất/nhập, ngôn ngữ lập trình mạnh, PLC trung tâm điều khiển nhỏ gọn, bền chắc, hiệu linh hoạt - Input Area: Các tín hiệu nhận vào từ thiết bị đầu vào bên (Input Devices) lưu vùng nhớ - Output Area: Các lệnh điều khiển đầu lưu tạm vùng nhớ Các mạch điện tử PLC xử lý lệnh đưa tín hiệu điều khiển thiết bị (Output Devices) - Bộ xử lý trung tâm (CPU) nơi xử lý hoạt động PLC, bao gồm việc thực chương trình - Bộ nhớ (memory) nơi lưu chương trình điều khiển trạng thái nhớ trung gian trình thực Mạch đầu vào (Input Unit): Là mạch điện tử làm nhiệm vụ phối ghép chuyển đổi tín hiệu điện đầu vào (Input) tín hiệu số sử dụng bên PLC Kết việc xử lý lưu vùng nhớ Input Area Mạch đầu vào cách ly điện với mạch PLC nhờ diode quang Bởi vậy, hư hỏng mạch đầu vào không ảnh hưởng đến hoạt động CPU Mạch đầu (Output Unit): Mạch điện tử đầu biến đổi lệnh mức logic bên PLC (trong vùng nhớ Output Area) thành tín hiệu điều khiển đóng mở rơle Đối với phương pháp điều khiển lập trình ta sử dụng phần mềm khác với trợ giúp máy tính hay thiết bị lập trình trực tiếp thiết bị có kết nối thiết bị ngoại vi Ví dụ như: LOGO!, EASY, ZEN SYSWIN, CX-PROGRAM…Chương trình điều khiển ghi trực tiếp vào nhớ điều khiển hay máy tính Để thay đổi chương trình điều khiển ta cần thay đổi nội dung nhớ điều khiển, phần nối dây bên ngồi khơng bị ảnh hưởng Đây ưu điểm lớn điều khiển lập trình 2.Các ứng dụng cơng nghiệp dân dụng Ngày PLC Logo sử dụng rộng rãi lĩnh vực dân dụng, cơng nghiệp thương mại Có thể nêu vài tên gọi ứng dụng cụ thể PLC Logo lĩnh vực: Ứng dụng PLC Logo chiếu sáng  Chiếu sáng hành lang, cầu thang, lối  Chiếu sáng tiết kiệm theo làm việc  Chiếu sáng cửa hàng - siêu thị - nhà hàng - khách sạn Ứng dụng PLC Logo bơm cấp nước  Hệ thống tự động bơm nước cung cấp  Hệ thống bơm nước thải công nghiệp  Hệ thống bơm nước phun sương nhà kính Ứng dụng PLC Logo tự động đóng mở  Tự động đóng mở cơng nghiệp  Tự động đóng mở cửa cho bãi xe Ứng dụng PLC Logo tự động điều khiển động  Điều khiển động chạy  Điều khiển động ngừng  Điều khiển động chạy ngừng Ứng dụng khác PLC Logo  Tự động điều khiển máy nén khí cơng nghiệp  Tự động điều khiển động băng tải  Tự động điều khiển thang máy công nghiệp  Tự động điều khiển thang  Tự động điều khiển lưu thơng khơng khí nhà kính  Tự động điều khiển đèn báo động 3.Ưu điểm nhược điểm Một thiết bị có ưu điểm nhược điểm tuỳ theo loại mà số ưu, nhược điểm nhiều hay  Ưu điểm: - Kích thước nhỏ, gọn, nhẹ - Sử dụng nhiều cấp điện áp - Tiết kiệm không gian thời gian - Giá thành rẻ - Lập trình trực tiếp thiết bị phím bấm có hình giám sát  Nhược điểm: - Số ngõ vào, không nhiều nên không phù hợp cho điều khiển yêu cầu điều khiển phức tạp - Ít chức tích hợp bên - Bộ nhớ dung lượng nhỏ 4 Bộ điều khiển lập trình loại nhỏ Logo! hãng SIEMENS 4.1 Phân loại kết cấu phần cứng 4.1.1 Phân loại Logo! điều khiển lập trình loại nhỏ đa chức siemens, chế tạo với nhiều loại khác để phù hợp cho ứng dụng cụ thể Do sử dụng nhiều mức điện áp vào khác như: 12VDC, 24VAC, 24VDC, 230VAC có ngõ số ngõ relay Logo! có chức sau:  Các chức thông dụng lập trình  Lọai có hình dùng cho vận hành hiển thị  Bộ nguồn tích hợp bên  Cổng giao tiếp cáp nối với PC  Các chức thông dụng như: hàm thời gian, tạo xung, chức On/Off…  Các định thời ngày, tuần, tháng, năm,  Các vùng nhớ trung gian  Các ngõ vào, mở rộng tuỳ thuộc vào dạng logo! Ý nghĩa ký hiệu in vỏ : 12: Sử dụng điện áp 12VDC 24: Sử dụng điện áp 24VDC, 24VAC 230: Sử dụng điện áp 115/230VAC R: Ngõ relay (khơng có R ngõ transistor) O: Khơng có hiển thị L: Lọai dài, có số I/O gấp đơi loại C: Có định thời ngày tuần B11: Kết nối với mạng Asi DM: Modul mở rộng tín hiệu I/O số (digital) AM: Modul mở rộng tín hiệu tương tự (analog) Các dạng logo! có: LOGO! dạng chuẩn (cơ bản)  Logo! dạng chuẩn có hai loại: dạng có hiển thị-lập trình trực tiếp dạng khơng hiển thị  Có ngõ vào ngõ  Kích thước 72 * 90 * 55 mm  Có 19 chức tích hợp bên trong(6 hàm bản, 13 hàm đặc biệt)  Có đồng hồ bên trong, lưu liệu 80 sau nguồn  Có khả lập trình tối đa 56 hàm  Có khả tích hợp  Có đếm thời gian  Có chốt trạng thái Có đầu vào 1KHz logo! 12RC, 24RC LOGO! dạng dài (Loại L)  Có loại: 12RCL, 24L, 24RCL, 230RCL  Kích thước 126 * 90 * 55 mm  Có 19 chức tích hợp bên trong(6 hàm bản, 13 hàm đặc biệt)  Có 12 ngõ vào ngõ  Có 56 chức  Có chốt trạng thái  Tích hợp bên kiểu trì nguồn 80 nguồn cho logo! 12RCL, 24RCL, 230RCL  Có đầu vào 1KHz logo! 12RCL, 24RC, 24L  Có đếm thời gian vận hành  Khả nhớ tích hợp sẵn  Ngoài chức phát xung cho phép người dùng đặt tỉ số thời gian mức cao thời gian mức thấp xung  Người dùng muốn bảo vệ chương trình khỏi bị chép dùng tính bảo vệ với card nhớ tùy chọn  Dùng card màu đỏ giữ chương trình điều khiển khỏi bị chép thay đổi  Dùng card màu vàng để chép chương trình điều khiển nhanh chóng dễ dàng LOGO! Bus  Có loại 24RCLB11, 230RCLB11  Có 19 chức tích hợp sẵn  Có 56 chức  Kích thước 126* 90* 55mm  Có đếm thời gian làm việc  Có 12 ngõ vào ngõ  Tích hợp bên trong, lưu trữ lượng 80 logo! 24RCLB11, 230RCLB11  Có đầu vào 1KHz logo! 24RCLB11, 230RCLB11  Logo! bus có giao tiếp Asi Logo! trao đổi thơng tin qua mạng với điều khiển cấp cao như: Simatic S7 200 Logo! bus chuyển sang hoạt động chế độ độc lập lúc mạng có lỗi, tự hoạt động Ngồi logo! bus có thêm đầu ảo để thay đổi liệu bus Asi(kết nối với cảm biến) 4.1.2 Kết cấu phần cứng 1: Nguồn cung cấp 2: Inputs 3: Outputs 4: rãnh cắm modul có bảo vệ 5: Phím bấm 9: chốt gài khí 6: LCD (khơng có Rco) 7: hiển thị Run/Stop 8: giao diện mở rộng 10: lỗ gài khí 11: khe trượt Phím bấm LOGO! - OK : phím cho chương trình chọn vào Logo - ESC : phím - Các phím bấm mũi tên: lên, xuống, phải, trái để chọn ngõ vào, ngõ ra, chức năng, thông số … hay để kiểm tra chương trình có Logo Một số hình dáng PLC Logo: 4.2 Đặc điểm ngõ vào, ngõ kết nối phần cứng theo chủng loại 4.2.1 Kết nối nguồn cấp cho Logo: - Logo 230R 230RC dùng nguồn 115V hay 230V - 50Hz hay 60Hz Điện áp thay đổi khoảng 85V đến 264V - Logo 24 24R dùng nguồn 24VDC Điện áp thay đổi khoảng 20,4V đến 28,8 V (Logo 24 ngõ cấp dòng từ nguồn 24V nguồn nuôi) 4.2.2 Kết nối ngỏ cho Logo: - Logo 230R hay 230RC có ngõ vào mức “0” cơng tắc hở hay có điện áp đầu vào nhỏ 40VAC, ngõ vào mức “1” cơng tắc đóng hay có điện áp lớn 79VAC Dòng điện ngõ vào lớn 0,24mA Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1” hay từ “1” xuống “0” tối thiểu 50ms Chú ý: Các ngõ vào số LOGO! 230 RC/Rco chia thành nhóm, nhóm có ngõ vào Tất đầu vào nhóm hoạt động pha Nhưng nhóm khác pha Vd: I1 … I4 pha L1, I5 , I6 pha L2 - Logo 24 24R có ngõ vào mức “0” cơng tắc hở hay có điện áp nhỏ 5VDC, ngõ vào mức “1” cơng tắc đóng hay có điện áp lớn 15VDC Dòng điện ngõ vào lớn 3mA Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1” hay từ “1” xuống “0” thối thiểu 50ms Các ngõ vào khơng lập Ví phải cấp chung nguồn điện áp LOGO! 12/24 RC/RCo LOGO! 24 sử dụng tín hiệu tương tự điện áp nguồn đất 4.2.3 Kết nối ngỏ cho Logo: Logo 24R - 230R - 230RC có ngõ rơle,với tiếp điểm rơle ly với nguồn nuôi ngõ vào, tải ngõ đèn, động cơ, cơng tắc, dùng nguồn điện áp cấp cho tải khác Dòng điện cơng tắc lớn phụ thuộc vào loại tải số chu kỳ đóng ngắt Khi ngõ “1” dòng điện cực đại cho tải trở 8A tải cuộn dây 2A Logo 24 dùng cơng tắc ngõ transistor Ngõ bảo vệ chống tải ngắn mạch Loại không cần nguồn riêng cho tải mà dùng chung với nguồn nuôi 24VDC Dòng điện cực đại ngõ 0,3A Một ví dụ minh hoạ cách nối nguốn, ngõ vào, ngõ Logo: Lưu ý: Điều kiện - Trạng thái hoạt động Logo a) Logo hoạt động khi:  Có chương trình lưu trữ Logo  Có chương trình memory card gắn vào Logo Có bốn nguyên tắc khởi động Logo:  Nếu khơng có chương trình Logo hay memory card Logo hiển thị thơng báo: No Program  Nếu có chương trình memory card, tự động chép vào Logo Nếu Logo có chương trình chép đè lên chương trình cũ 10 Nhấp chọn thẻ tên bit Trong đó: I bit ngõ vào Q bit ngõ M bit trung gian T bit Timer C bit Counter… Chọn kiểu bit ngõ vào mục Contact , đó: Normally Open kiểu thường mở Normally Close kiểu thường đóng Chọn số bit mục Relay No Có thể ghi phần thích mục Comment Nhấp OK để đóng hộp thoại Soạn thảo “ cuộn dây”: Chọn vị trí đặt “cuộn dây” 115 Nhấp chuột lần liên tiếp để mở hộp thoại Edit Coil Nhấp chọn thẻ tên bit Trong đó: Q bit ngõ M bit trung gian T bit Timer C bit Counter… Chọn chức cho bit mục Function Normal output operation [ : ngõ bình thường 116 Set operation S : ngõ mức Reset operation R : ngõ mức Alternate operation A : chế độ xen kẽ Chọn số bit mục Relay No Có thể ghi phần thích mục Comment Nhấp OK để đóng hộp thoại Định thời gian cho Timer: Nhấp chuột lần liên tiếp vào tiếp điểm Timer cần định thời gian để mở hộp thoại Edit Contact Chọn kiểu Timer mục Timer Type, chọn giá thứ tự mục Relay No Ở mục Time Setting Value, kích chọn đơn vị tính, nhập thời gian cần đặt vào ô bên cạnh Sau chọn OK Nối dây phần tử: Các phần tử đặt liền kề theo chiều ngang chương trình tự nối dây Riêng phần tử cách liên kết theo chiều dọc người viết 117 chương trình phải tự nối cách nhấp chuột kéo rê hai điểm cần nối Thực hình sau: Sau nhấp chuột vào biểu tượng ta có sau: 118 Sau nhập chọn giá trị thích hợp, sau nhấp OK : Tiếp tục chọn ngõ vào khác, nhấp chuột vào vùng cần đặt : 119 Nhấp chuột lần liên tiếp : 120 Tương tự tiến hành ta mạch sau: Mơ chương trình: Sau chương trình soạn thảo xong, ta tiến hành mơ cách chọn menu ZEN > Start Simulator 121 Hộp thoại ZEN Support Software xuất hiện, khẳng định việc mơ chương trình nhấp OK Sau nhấp OK, cửa sổ ZEN Image xuất hiện: 122 Để tiến hành mô , chọn menu ZEN > Change Operating mode > RUN Các công cụ mô ngõ vào I thể dạng cơng tắc đóng, mở cách nhấp chuột Các ngõ Q thể dạng bóng đèn sáng - tắt 123 Để kết thúc q trình mơ chọn menu ZEN > Exit Simulator Hộp thoại ZEN Support Software xuất hiện, xác nhận việc kết thúc mô cách nhấp OK 124 Lưu chương trình, chọn menu File > Save As… Cửa sổ Save As xuất hiện, chọn nơi lưu mục Save in: , đặt tên cho tập tin mục File Name: , nhấp chọn Save để lưu 125 4.Bài tập ứng dụng: Bài tập 1: Điều khiển cấp nước cho bể chứa (Ứng dụng bit đầu vào/ra ) Sử dụng Zen máy đổi điện để điều khiển động bơm nước cho bể chứa Khi mức nước thấp động bơm nước với tốc độ cao Khi mức nước trung bình động bơm nước với tốc độ bình thường Khi mức nước cao bơm với tốc độ chậm Khi đầy bể dừng động       Khi nước đầy qua giới hạn thấp I0 cấp điện Khi nước đầy qua giới hạn nửa bể I1 cấp điện Khi nước đầy qua giới hạn đầy I2 cấp điện Q0 điều khiển máy đổi điện để động hoạt động với tốc độ chậm Q1 điều khiển máy đổi điện để động hoạt động với tốc độ trung bình Q2 điều khiển máy đổi điện để động hoạt động với tốc độ cao Bài tập 2: Điều khiển máy hàn nhiệt (Ứng dụng bit vào/ra Timer ) Khi khởi động máy xilanh phun khí nóng Khi cảm biến vị trí phát xilanh đến đáy, máy hàn vòng 3s Sau máy thổi khí lạnh vòng 3s để làm nguội giữ chặt mối hàn Hệ thống có cảm biến phát có tay người vùng hàn điều khiển dừng hàn, công tắc dừng điều khiển nhiệt trường hợp khẩn cấp 126 Sơ đồ điều khiển máy hàn nhiệt: :     I0 công tắc khởi động hệ thống I1 công tắc dừng khẩn cấp ( thường đóng ) I2 Cảm biến vị trí đáy xilanh I3 Cảm biến an toàn: Điều khiển dừng máy hàn phát tay công nhân vùng hàn  Q0 Điều khiển xilanh phun khí  Q1 Điều khiển thổi khí lạnh  Q2 Dừng q trình điều khiển 127 Bài tập 3: Điều khiển cầu thang (Ứng dụng cho Timer Weekly Timer ) Cầu thang hoạt động liên tục theo ngày thời gian đặt trước( từ thứ đến thứ khoảng từ 7.00 đến 10.00 từ 17.00 đến 22.00 ) Tuy nhiên ngồi khoảng thời gian đó, cảm biến phát có người cầu thang hoạt động thời gian phút http://www.eboo     I0 Cảm biến phát có người gần cầu thang I1 Công tắc hoạt động I2 Công tắc dừng Q0 Điều khiển động hoạt động thang Bài tập 4: Điều khiển quạt thơng gió cho nhà kính (Ứng dụng Timer, Calendar Timer Weekly Timer ) Zen điều khiển hoạt động quạt thông gió hoạt động vào ban đêm (từ 19.00 đến 6.00) suốt mùa đông từ 15 tháng 11 đến 30 tháng Trong suốt thời gian hoạt động quạt thông gió hoạt động gián đoạn 60 128 phút ON 30 phút OFF Các quạt khởi động cách 30s     I0 công tắc khởi động hệ thống I1 công tắc dừng hệ thống Q0 điều khiển hoạt động quạt thơng gió Q1 điều khiển hoạt động quạt thơng gió 129 ... tự động điều khiển động  Điều khiển động chạy  Điều khiển động ngừng  Điều khiển động chạy ngừng Ứng dụng khác PLC Logo  Tự động điều khiển máy nén khí cơng nghiệp  Tự động điều khiển động... ZEN SYSWIN, CX-PROGRAM…Chương trình điều khiển ghi trực tiếp vào nhớ điều khiển hay máy tính Để thay đổi chương trình điều khiển ta cần thay đổi nội dung nhớ điều khiển, phần nối dây bên ngồi... vào, không nhiều nên không phù hợp cho điều khiển yêu cầu điều khiển phức tạp - Ít chức tích hợp bên - Bộ nhớ dung lượng nhỏ 4 Bộ điều khiển lập trình loại nhỏ Logo! hãng SIEMENS 4.1 Phân loại