GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN Vị trí, ý nghĩa, vai trò mô đun: Ngày nay khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Trong các xí nghiệp hiện nay có nhiều hệ thống máy sản xuất sử dụng các bộ điều khiển lập trình. Trên thế giới có nhiều hãng sản xuất các bộ điều khiển lập trình khác nhau như các hãng: Siemens, Omron, Telemecanique, Allen Bredlay,...Về cơ bản chúng đều có các tính năng tương tự, do đó tài liệu này chỉ đề cập sâu đến bộ điều khiển lập trình lọai nhỏ S7 – 200, đang được sử dụng nhiều ở Việt Nam. Mô đun kỹ thuật điều khiển lập trình cơ bản (PLC cơ bản) là một mô đun chuyên môn của học viên ngành sửa chữa thiết bị điện công nghiệp. Mô đun này nhằm trang bị cho học viên các trường công nhân kỹ thuật và các trung tâm dạy nghề những kiến thức về điều khiển lập trình..với các kiến thức này học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như đời sống. Mô đun này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ thuật, các học viên của các nghành khác quan tâm đến lĩnh vực này.
Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh M ỤC LỤC ĐỀ MỤC Trang Lời tựa Mục lục Giới thiệu mô đun Sơ đồ mối liên hệ mô đun môn học Các hình thức học tập Bài Đại cương điều khiển lập trình 1.1 Tổng quát điều khiển 1.2 Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình 1.3 So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thường khác 1.4 Các ứng dụng PLC thực tế Bài Cấu trúc phương thức họat động PLC 2.1 Cấu trúc PLC 2.2 Thiết bị điều khiển lập trình S7 - 200 2.3 Địa ngõ vào / 2.4 Cấu trúc nhớ S7 – 200 2.5 Xử lý chương trình Bài Kết nối dây PLC thiết bị ngọai vi 3.1 Kết nối dây PLC thiết bị ngọai vi 3.2 Kiểm tra việc nối dây phần mềm 3.3 Cài đặt sử dụng phần mềm Step 7-Micro/win 3.2 Bài Các phép tóan nhị phân PLC 4.1 Các liên kết logic 4.2 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm 4.3 Timer 4.4 Counter 4.5 Các tập ứng dụng 10 Bài Các phép tóan số PLC 5.1 Chức truyền dẫn 5.2 Chức so sánh 5.3 Chức dịch chuyển 5.4 Chức chuyển đổi 5.5 Chức tóan học 10 11 11 11 13 15 16 16 19 20 21 23 27 27 35 37 39 39 49 55 66 71 82 82 84 86 87 90 11 Bài Xử lý tín hiệu analog 99 6.1 Tín hiệu analog 99 6.2 Biểu diễn giá trị analog 99 6.3 Kết nối ngõ vào / analog 6.4 Hiệu chỉnh tín hiệu analog 6.5 Giới thiệu module analog PLC S7 200 12 Bài PLC hãng khác 7.1 PLC hãng Omron 100 102 104 108 108 Trương Cao Đẳng Nghề VL 7.2 PLC hãng Mitsubishi 7.3 PLC hãng Siemens (trung bình lớn) 7.4 Hãng ALLENBRADLEY 7.5 Hãng TELEMECANIQUE 13 Bài Lắp đặt mơ hình điều khiển PLC 8.1 Giới thiệu 8.2 Cách kết nối dây 8.3 Tóm tắt mơ hình tập ứng dụng 14 Tài liệu tham khảo Khoa:Điện - Điện Lạnh 112 115 116 117 118 118 119 120 165 Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh GIỚI THIỆU VỀ MÔ ĐUN Vị trí, ý nghĩa, vai trò mơ đun: Ngày khoa học kỹ thuật ngày phát triển Trong xí nghiệp có nhiều hệ thống máy sản xuất sử dụng điều khiển lập trình Trên giới có nhiều hãng sản xuất điều khiển lập trình khác hãng: Siemens, Omron, Telemecanique, Allen Bredlay, Về chúng có tính tương tự, tài liệu đề cập sâu đến điều khiển lập trình lọai nhỏ S7 – 200, sử dụng nhiều Việt Nam Mô đun kỹ thuật điều khiển lập trình (PLC bản) mơ đun chuyên môn học viên ngành sửa chữa thiết bị điện công nghiệp Mô đun nhằm trang bị cho học viên trường công nhân kỹ thuật trung tâm dạy nghề kiến thức điều khiển lập trình với kiến thức học viên áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất đời sống Mơ đun làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật, học viên nghành khác quan tâm đến lĩnh vực Mục tiêu mô đun Sau hồn tất mơ-đun này, học viên có lực: Trình bày nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm lập trình cở nhỏ khác Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển lập trình PLC Thực kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi Thực số toán ứng dụng đơn giản công nghiệp Lắp đặt, sửa chữa phần động lực cho mạch điều khiển sử dụng PLC Phân tích luận lý số chương trình đơn giản Lắp ráp mạch bảo vệ tín hiệu hệ thống điều khiển nói Thực ứng dụng dân dụng công nghiệp Mục tiệu thực mơ đun Học xong mơ-đun này, học viên có lực: Trình bày nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm lập trình cở nhỏ khác theo nội dung Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển lập trình PLC Thực kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi theo tiêu chuẩn kỹ thuật điện Phân tích xác luận lý số chương trình đơn giản Lắp ráp thành thạo mạch bảo vệ tín hiệu hệ thống điều khiển nói đảm bảo kỹ thuật an toàn Thực số toán ứng dụng đơn giản cơng nghiệp theo u cầu Nội dung mơ đun: Mô đun PLC gồm nội dung sau: Bài Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh ‘vsĐại cương điều khiển lập trình Bài Cấu trúc phương thức họat động PLC Bài Kết nối dây PLC thiết bị ngọai vi Bài Các phép tóan nhị phân PLC Bài Các phép tóan số PLC Bài Xử lý tín hiệu analog Bài PLC hãng khác Bài Lắp đặt mơ hình điều khiển PLC Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Bài 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 1.1 Tổng quát điều khiển: Trong ứng dụng công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng suất lao động giải đường tăng mức độ tự động hố q trình thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng độ xác sản phẩm Tự động hố sản xuất nhằm thay phần toàn thao tác vật lý công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển điều khiển q trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần tác động nhiều người vận hành Điều đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả khởi động, kiểm soát, xử lý dừng trình theo yêu cầu đo đếm giá trị xác định nhằm đạt kết mong muốn sản phẩm đầu máy hay thiết bị Một hệ thống gọi hệ thống điều khiển Trong kỹ thuật tự động điều khiển, điều khiển chia làm loại: - Điều khiển nối cứng - Điều khiển logic khả trình (PLC) Một hệ thống điều khiển tạo thành từ thành phần: - Khối vào - Khối xử lý – điều khiển - Khối Kết xử lý Hình 1.1 : Các thành phần hệ thống điều khiển +Khối vào: Để chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, chuyển đổi nút nhấn, cảm biến, điện trở đo sức căng.v.v… tùy theo chuyển đổi mà tín hiệu khỏi khối vào có dạng ON/OFF (Binary) dạng liên tục (Analog) Bộ chuyển đổi Cơng tắc (Switch) Cơng tắc hành trình (Limit switch) Bộ điều chỉnh nhiệt (Thermostat) Cặp nhiệt điện Đại lượng đo Sự dịch chuyển/ vị trí Đại lượng Điện áp nhị phân(on/off) Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân(on/off) Nhiệt độ Điện áp nhị phân Nhiệt độ Điện áp thay đổi Trương Cao Đẳng Nghề VL (Thermocouple) Nhiệt trở (Thermister) Tế bào quang điện (Photo cell) Tế bào tiệm cận (Proximity cell) Điện trở đo sức căng (Strain gage) Khoa:Điện - Điện Lạnh Nhiệt độ Trở kháng thay đổi Ánh sáng Điện áp thay đổi Sự diện cuả đối Trở kháng thay đổi tượng Áp suất/ dịch chuyển Trở kháng thay đổi Bảng 1.1: Các dạng tín hiệu vào +Khối xử lý: Khối thay người vận hành thực thao tác đảm bảo q trình hoạt động Từ thơng tin tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo tín hiệu cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển xác định phần xử lý Tín hiệu điều khiển thực theo cách: - Dùng mạch điện nối kết cứng - Dùng chương trình điều khiển +Khối ra: Tín hiệu kết trình xử lý hệ thống điều khiển Các tín hiệu sử dụng để tạo hoạt động đáp ứng cho thiết bị ngõ Thiết bị ngõ Động điện Xy-lanh – Piston Solenoid Lò xấy/ lò cấp nhiệt Van R ơ-le Đại lượng Chuyển động quay Chuyển động thẳng/áp lực Chuyển động thẳng/áp lực Nhiệt Tiết diện cưả van thay đ ổi Tiếp điểm điện/chuyển động vật lý có giới hạn Đại lượng tác động Điện Dầu ép/khí ép Điện Điện Điện/dầu ép/khí ép Điện B ảng 1.2: Các dạng cấu tác động ngõ 1.2 Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình: Trong điều khiển nối cứng, thành phần chuyển mạch rơ le, contactor, công tắc, đèn báo, động cơ,v.v…được nối cố định với Toàn chức điều khiển, cách tiến hành chương trình xác định qua cách thức nối rơ le, công tắc, …với theo sơ đồ thiết kế Khi muốn thay đổi lại hệ thống phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên hệ thống phức tạp việc làm đòi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu đem lại không cao OFF ON Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Hình 1.2 Bộ điều khiển nối cứng đơn giản Trong công nghiệp, ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hố ngày tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng đủ yêu cầu: - Dễ dàng thay đổi chức điều khiển dựa thiết bị cũ - Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với liệu, số liệu - Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa - Hồn tồn tin cậy mơi trường công nghiệp Hệ thống điều khiển để đáp ứng yêu cầu phải sử dụng vi xử lý, điều khiển lập trình, điều khiển qua cổng giao tiếp với máy tính Bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programable Logic Controller) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình Với chương trình điều khiển PLC tạo cho trở thành điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, số liệu trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Các chương trình điều khiển định nghĩa tiếp điểm, cảm biến sử dụng để từ kết hợp với hàm logic, thuật tốn giá trị xuất để điều khiển tác động không tác động đến cuộn dây điều hành Trong q trình hoạt động, tồn chương trình lưu vào nhớ tiến hành truy xuất trình làm việc Chương trình Ngõ vào Input Bộ nhớ Ngõ Output Hình 1.3 Bộ điều khiển logic khả trình 1.3 So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thường khác Hiện nay, hệ thống điều khiển PLC thay cho hệ thống điều khiển Relay, Contactor thông thường Ta thử so sánh ưu khuyết điểm hai hệ thống trên: Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Hệ thống điều khiển thơng thường: - Thơ kệch có q nhiều dây dẫn relay bảng điều khiển - Tốn 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 phải lắp đặt lại toàn bộ, tốn nhiều thời gian -Khó bảo quản sửa đổi Hệ thống điều khiển PLC: - Những dây kết nối hệ thống giảm 80% nên nhỏ gọn - Công suất tiêu thụ - Sự thay đổi ngõ vào, điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng nhờ phần mềm điều khiển máy tính -Tốc độ hoạt động hệ thống nhanh -Bảo trì bảo quản dễ dàng - Độ bền độ tin cậy vận hành cao - Giá thành hệ thống giảm số tiếp điểm tăng - Có thiết bị chống nhiễu - Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu - Dễ lập trình lập trình máy tính, thích hợp cho việc thực lệnh - Các module rời cho phép thay thêm vào cần thiết Do lý PLC thể rõ ưu điểm so với thiết bị điều khiển thơng thường khác PLC có khả thêm vào hay thay đổi lệnh tùy theo yêu cầu công nghệ Khi ta cần thay đổi chương trình nó, điều nói lên tính điều khiển linh động PLC Ta so sánh PLC với hệ thống khác qua bảng tóm tắt sau: Chỉ tiêu so sánh Giá thành chức Kích thước vật lý Tốc độ điều khiển Khả chống nhiễu Lặp đặt Rơ-le Mạch số Máy tính PLC Khá thấp Thấp Cao Thấp Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt Mất thời gian Mất thời gian Mất nhiều thời thiết kế lắp thiết kế gian lập trình đặt Khả điều Khơng Có Có khiển tác vụ phức tạp Dễ thay đổi Rất khó Khó Khá đơn giản điều khiển Lập trình lắp đặt đơn giản Có Rất giản đơn Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Cơng tác bảo Kém- có q Kém- IC Kém- có trì nhiều cơng tắc hàn nhiều mạch điện tử chuyên dùng Tốt-các mơ-đun tiêu chuẩn hố Theo bảng so sánh, PLC có đặc điểm phần cứng phần mềm làm cho trở thành điều khiển cơng nghiệp sử dụng rộng rãi 1.4 Các ứng dụng PLC thực tế Do đặc điểm bật PLC điều khiển, nên ngày sử dụng rộng rãi giải pháp tự động hố cơng nghiệp nhiều lãnh vực: - Điều khiển thang máy, thiết bị nâng, hạ hàng - Điều khiển quy trình sản xuất: đóng gói bao bì, xi măng, bia… v.v - Tự động hố hệ thống dịch vụ: trạm xăng, trạm rửa xe ôtô, máy bơm nước, máy bán nước tự động…v.v - Tự động hố máy cơng cụ: lò sấy, xi mạ…v.v Tuy nhiên hệ thống điều khiển sử dụng PLC mà tùy vào yêu cầu cụ thể so sánh yếu tố kinh tế mà ta chọn phương án điều khiển thích hợp Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Bài 2: CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 2.1 Cấu trúc PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể thuật tốn mạch số Như vậy, với chương trình điều khiển này, 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 PLC khác với máy tính) Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình (khối OB, FC FB) thực lặp theo chu kỳ vòng qt (Scan) Để thực chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức máy tính, nghiã phải có vi xử lý (CPU), điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển, liệu… PLC phải có cổng vào/ để giao tiếp đối tượng điều khiển để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ tốn điều khiển số, PLC cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác như: đếm (Counter), thời gian (Timer) …và khối hàm chuyên dụng Thiết bị logic khả trình lắp đặt sẵn thành Trước tiên chúng chưa có nhiệm vụ Tất cổng logic bản, chức nhớ, timer, counter v.v nhà chế tạo tích hợp chúng kết nối với chương trình cho nhiệm vụ điều khiển cụ thể Có nhiều thiết bị điều khiển phân biệt với qua chức sau: - Các ngõ vào - Dung lượng nhớ - Bộ đếm (counter) - Bộ định thời (timer) - Bit nhớ - Các chức đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình Các thiết bị điều khiển lớn lắp thành modul riêng Đối với thiết bị điều khiển nhỏ, chúng lắp đặt chung Các điều khiển có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định Thiết bị điều khiển cung cấp tín hiệu tín hiệu từ cảm biến phận ngõ vào thiết bị tự động Tín hiệu xử lý tiếp tục thơng qua chương trình điều khiển đặt nhớ chương trình Kết xử lý đưa phận ngõ thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển dạng tín hiệu Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau: Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh /R (STL) Trong LAD: Lệnh thực phép chia hai số thực 32-bit IN1 cho số thực 32-bit IN2 cho kết 32-bit chứa từ kép OUT (4 byte) Trong STL: Lệnh thực phép chia số thực 32-bit IN1 cho số thực IN2 Kết 32-bit ghi lại vào IN2 Cú pháp dùng lệnh chia hai số thực LAD STL sau: LAD STL /R IN2 Toán hạng IN1 IN1, IN2 VD, ID, QD, MD, SMD, (từ kép) AC, HC, số, *VD, *AC OUT VD, ID,QD, SMD ,AC (từ kép) *VD, *AC PHÉP LẤY CĂN BẬC HAI SQRT Lệnh thực phép lấy bậc hai số thực 32-bit IN Kết số 32-bit ghi vào từ kép OUT (4 byte) Cú pháp dùng lệnh chia hai số thực LAD STL: LAD STL SQRT IN OUT Toán hạng IN VD, ID, QD, MD, SMD, (từ kép) AC, HC, số, *VD, *AC OUT VD, ID,QD, SMD ,AC (từ kép) *VD, *AC Ví dụ minh hoạ cách sử dụng lệnh số học với số nguyên LAD STL Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh LAD STL LD +I MUL DIV I0.0 AC1 AC1 VW10 AC0 VD100 VD200 Với giá trị đầu AC0 = 6000 VW10 = 41 AC1 = 4000 VW102= 200 VW202 = 4000 Thì kết ví dụ là: Phép cộng Phép nhân Phép chia AC0 = 10000 VD100 = 800000 VD = 23 97 Phần dư thương Ví dụ minh hoạ cách sử dụng lệnh số học với số thực LAD STL Nếu C-word đếm C10 có giá trị 101 từ kép VD4 có giá trị thương 2,54 nội dung ô nhớ VD0, VD8 VD12 có giá trị sau: C10 = 101 VD0 = 101,0 VD4 = 2,54 VD8 = 256,54 VD12 = 256 LAD STL Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh LD MOVD MOVW DTR MOVR *R TRUNC I0.0 K0 C10 AC1 VD0 VD4 VD8 AC1 AC1 VD0 VD8 VD8 VD12 Ví dụ: Thực phép tốn số học sau: Viết chương trình cho ấn I0.0 giá trị IW2 + hiển thị QW6 Khi nhấn I0.1 giá trị IW2 – thị QW6 Khi nhấn I0.2 giá trị IW2 nhân 4, hiển thị QW6 Nhấn I0.3 giá trị IW2 chia thị QW6 Chương trình viết LAD sau: Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Chương trình viết STL sau: Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh 5.6 Đồng hồ thời gian thực Đồng hồ thời gian thực có với CPU 214 Những giá trị đọc ghi với đồng hồ thời gian thực giá trị ngày, tháng, năm giá trị giờ, phút, giây Các liệu đọc, ghi với đồng hồ thời gian thực LAD STL có độ dài byte phải mã hóa theo theo kiểu số nhị thập phân thân BCD (thí dụ 16#95 cho năm 95) Chúng nằm đệm gồm byte liền theo thứ tự: Riêng giá trị tuần Byte Năm (0 ÷ 99) ngày số tương ứng Byte Tháng (0 ÷ 12) Byte 2Thứ ba (0Thứ ÷ 31) Chủ nhật Thứ hai Thứ Ngày tư năm Thứ sáu Thứ bẩy Byte 3 4Giờ (0 ÷ 23)5 Byte Phút (0 ÷ 59) Các lệnh đọc, ghi: READ_RTC (LAD) Byte Giây (0 ÷ 59) TODR (STL) Byte Lệnh nội Byte Ngày tuần đọc dung đồng hồ thời gian thực vào đệm byte thị lệnh tóan hạng T SET_RTC (LAD) Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh TODW (STL) Lệnh ghi nội dung đệm byte thị lệnh tóan hạng T vào đồng hồ thời gian thực Bài tập 1: Báo làm việc tan tầm Mơ tả hoạt động; Một xí nghiệp trang bị hệ thống tự động báo làm việc tan tầm sau: - Giờ làm việc: Đúng 7:00 sáng, hồi còi vang lên kéo dài phút báo hiệu làm việc bắt đầu - Giờ tan tầm: Đúng 17:00 giờ, hồi còi vang lên kéo dài phút báo hiệu làm việc kết thúc Nhiệm vụ:- Lập bảng xác lập vào/ra - Vẽ sơ đồ kết nối với PLC - Viết chương trình - Nạp chương trình vào PLC thử chương trình Bài tập Điều khiển hệ thống lò sưởi Để điều khiển nhiệt độ phòng người ta dùng PLC điều khiển van cấp nhiên liệu (hơi ấm) cho lò sưởi Hệ thống gồm lò sưởi, có cơng suất sau: lò sưởi 1: kw, lò sưởi 2: kw, lò sưởi 3: kw, lò sưởi 4: kw Hệ thống chế độ sẵn sàng hoạt động nhấn S1 Ở chế độ lò sưởi chạy dừng cách đóng mở van Y1, Y2, Y3 Y4 tùy thuộc vào việc cài đặt công suất hệ thống cách nhấn S2 S3 Cơng suất hệ thống lò sưởi từ đến 15 kw Một lần nhấn S2 cơng suất hệ thống tăng kw, lần nhấn S3 cơng suất lò giảm kw Hệ thống chế độ dừng nhấn nút S0 Nhiệm vụ: - Lập bảng xác lập vào/ra - Vẽ sơ đồ kết nối với PLC - Viết chương trình - Nạp chương trình vào PLC thử chương trình Bài XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG 6.1 Tín hiệu Analog Trong q trình điều khiển hệ thống tự động hố có u cầu điều khiển liên quan đến việc xử lý tín hiệu Analog Các đại lượng vật lý : nhiệt độ, áp suất, tốc độ, dòng chảy, độ PH cần phải Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Transducer chuẩn hố tín hiệu phạm vi định mức cho phép trước nối tín hiệu vào ngõ vào Analog Ví dụ : chuẩn tín hiệu điện áp từ đến 10 VDC chuẩn tín hiệu Analog dòng điện từ đến 20 mA Các Modul ngõ vào Analog (AI) bên có chuyển đổi ADC (Analog Digital Converter) để chuyển đổi tín hiệu Analog nhận thành tín hiệu số đưa CPU qua Bus liệu Các Modul ngõ Analog (AO) bên có chuyển đổi DAC (Digiatal-Analog Converter) chuyển tín hiệu số nhận từ CPU giá trị Analog áp dòng AIW AIW AQW AQW LD AIW OUT AQW 6.2 Biểu diễn giá trị Analog Mỗi tín hiệu ngõ vào Analog sau qua chuyển đổi ADC module AI chuyển thành số nguyên Integer 16 bit có giá trị từ đến 27648 Do địa vùng nhớ chứa giá trị Word Độ xác phép chuyển đổi phụ thuộc vào độ phân giải Modul Analog có, phạm vi độ phân giải từ đến 15 Bits Modul Analog có độ phân giải cao giá trị chuyển đổi xác Việc chuyển đổi từ tín hiệu Analog sang tín hiệu số tỷ lệ thuận có dạng đường thẳng Các giá trị Analog sau chuyển đổi thành giá trị số chứa vào Word 16 Bit lấp đầy bit word theo thứ tự từ bên trái sang, Bit trống bị lấp đầy số (chú ý Bit thứ 15 Bit dấu : = giá trị chuyển đổi số nguyên dương = giá trị chuyển đổi số nguyên âm) Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh 6.3 Kết nối ngõ vào-ra Analog: Để đảm bảo tín hiệu Analog có độ xác cao ổn định cần tuân thủ điều kiện sau: + Đảm bảo điện áp 24 VDC cấp nguồn cho Sensor không bị ảnh hưởng nhiễu ổn định + Định tỷ lệ cho module (được mô tả bên dưới) + Dây nối cho Sensor cần để ngắn tới mức + Sử dụng cáp đơi dây xoắn cho sensor + Tất ngõ vào không sử dụng phải nối tắt + Tránh bẻ cong dây dẫn thành góc nhọn + Sử dụng máng dây hay ống dây cho tuyến dây + Tránh đặt đường dây tín hiệu Analog gần với đường dây có điện áp cao, đường dây cắt phải đặt chúng vng góc với Ví dụ kết nối tín hiệu AI AO vào Modul analog Phương pháp định tỷ lệ ngõ vào Analog (Input calibration) Việc định tỷ lệ ngõ vào analog có ảnh hưởng đến tất ngõ vào modul EM có AI Để định tỷ lệ ngõ vào cách xác, cần sử dụng chương trình thiết kế để tính trung bình giá trị đọc từ Modul Có thể sử dụng Analog Input Filtering wizard STEP7-MicroWIN để tạo chương trình Nên sử dụng 64 giá trị lấy mẫu để tính giá trị trung bình tín hiệu Analog Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Để thực việc định tỷ lệ cần theo bước sau: + Tắt nguồn cung cấp cho modul, chọn phạm vi ngõ vào mong muốn + Cấp nguồn lại cho CPU modul có AI + Sử dụng Transmiter, nguồn áp, hay nguồn dòng đặt vào giá trị cho ngõ vào + Đọc giá trị mà CPU nhận ngõ vào tương ứng + Điều chỉnh biến trở đặt giá trị OFFSET giá trị đọc + Điều chỉnh để tăng giá trị đặt vào tới định mức xem giá trị mà CPU nhận + Điều chỉnh biến trở GAIN giá trị nhận 32000 tới giá trị số mong muốn + Lặp lại bước cần Điều chỉnh Switch biến trở chỉnh GAIN Việc chỉnh định công tắc (Switch) modul Analog EM thay đổi phạm vi đo lường định mức độ phân giải Modul Các phạm vi độ phân giải cho bảng : Sơ đồ công tắc, chỉnh định phạm vi đo định mức độ phân giải phụ thuộc vào Modul Analog Các thông tin lấy từ sổ tay phần cứng Modul 6.4 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog Trên CPU S7-200 có biến trở (2 biến trở nằm nắp module), sử dụng biến trở để tăng giảm giá trị lưu trữ Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Byte vùng nhớ Special Memory (SMB 28 SMB 29) Các giá trị đọc Byte sử dụng cho nhiều chức khác Chẳng hạn, dùng để cập nhật giá trị hành cho Timer, Counter, thay đổi giá trị đặt trước, đặt giá trị giới hạn Byte nhớ SMB 28 lưu trữ giá trị số biểu diễn vị trí chỉnh SMB 29 lưu trữ giá trị số biểu diễn vị trí chỉnh Sự điều chỉnh Analog có giới hạn từ tới 255 độ tin cậy tốt phạm vi từ 10 đến 200 Để thực điều chỉnh này, phải sử dụng Tuộc vít nhỏ: xoay biến trở sang phải tăng giá trị, xoay sang trái giảm giá trị Dưới ví dụ ứng dụng : Timer T33 đóng tiếp điểm VW 100 đạt giá trị đặt trước Sau sơ đồ nguyên lý mạch modul EM 235 3AI/ 1AO Sơ đồ mạch ngõ vào : Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Sơ đồ mạch ngõ : 6.5 Giới thiệu module analog PLC S7 200 PLC S7 200 có module analog mở rộng sau: - EM 231 : gồm có bốn ngõ vào analog - EM 232 : gồm có hai ngõ vào analog - EM 235 : gồm có bốn ngõ vào analog ngõ analog 1/ Đặc tính chung Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh - Trở kháng vào ≥ 10M - Bộ lọc đầu vào -3db 3.1 Khz - Điện áp cực đại cung cấp cho module: 30VDC - Dòng điện cực đại cung cấp cho module: 32mA - Có led báo trạng thái - Có núm chỉnh OFFSET chỉnh độ lợi 2/ Đặc tính kỹ thuật Module Analog EM 231 a/ Đầu vào: EM231 Current transmitter Voltage transmitter Unused input RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D- EM231 AI M L+ 24V Gain Configuration Not used 24VDC power and - Số đầu vào: 4, độc lập common terminals - Chức bảo vệ cực tính : - Phạm vi đầu vào: ~ 50mV // ~ 100mV // ~ 500mV // ~ 1V // ~ 10V // ~ 20mA // 25mA // 50mA // 100mA // 250mA // 500mA // 1V // 2,5V // 5V // 10V - -Điện áp đầu vào cho phép với đầu vào điện áp, tối đa 30V - Dòng điện đầu vào cho phép với đầu vào dòng điện tối đa 32mA Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Sơ đồ kết nối thiết bị ngoại vi, sử dụng theo dạng áp dòng Các contact (Switch) để lựa chọn phạm vi ngõ vào (contact hai vị trí ON OFF) Contact lựa chọn cực tính áp ngõ vào: ON áp đơn cực, OFF áp lưỡng cực ; contact 2, 3, 4, 5, 6, chọn phạm vi điện áp ILoad VLoad ILoad VLoad - Cách ly điện : không - Bộ chuyển đổi : 12 bit - Thời gian chuyển đổi từ tương tự sang số : 250µs - Độ phân giải 12 bit - Điện áp chế độ chân dung tối đa : 12V - Triệt nhiễu : 40dB, DC đến 60 Hz (khơng triệt nhiễu tần số) - Phạm vi thay giá trị chuyển đổi: - Các tín hiệu khơng có cực tính : ~ 32.000 - Các tín hiệu có cực tính: -32.000 ~ +32.000 - Khả tuyến tính hố đặc tính : khơng - Khả bù nhiệt độ : không - Hiển thị chuẩn đoán lỗi : LED, EXTF EM232 b/ Đầu Số đầu : Phạm vi đầu ra: - Đầu điện áp: -10V ~ +10V Not used - Đầu dòng điện ~ 20mA Điện trở tải: - Với đầu điện áp nhỏ là: 5k - Với đầu dòng điện lớn là: 0,5k M0 V0 I0 M1 V1 I1 EM232 Độ phân giải: A0 x 12 bit - Với đầu điện áp nhỏ là: 12 bit - Với đầu dòng điện lớn là: 11 bit Thời gian đặt: M L+ - Với đầu điện áp 100µs - Với đầu dòng điện 2ms Phạm vi hiển thị giá trị chuyển đổi: - Các tín hiệu đơn cực tính: - 32.000 ~ + 32.000 24V Not used Giới hạn lỗi hoạt động 600C - Điện áp : 2% 24VDC power and common terminals - Dòng điện : 2% Giới hạn lỗi hoạt động 250 C : - Điện áp : 0,5% - Dòng điện : 0,5% Tiêu thụ dòng điện: - Từ bus backplane (VDC): 30mA - Từ nguồn cấp sensor nguồn cấp ngồi : 60W Tổn thất cơng cơng suất: 2W Kích thước (W*H*D) mm : 71,2*80*62 Trọng lượng : 186g Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh EM235 Current transmitter Voltage transmitter Unused input RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D- EM235 AI 4/A0 24V M0 V0 I0 Gain Offset Configuration ILoad L+ VLoad M 24VDC power and common terminals c/ Các ý cài đặt ngõ analog: Chắc chắn nguồn 24VDC cung cấp không bị nhiễu ổn định Xác định module Dùng dây cảm biến ngắn Sử dụng dây bọc giáp cho cảm biến dây dùng cho cảm biến Tránh đặt dây tín hiệu song song với dây có lượng cao Nếu hai dây bắt buộc phải gặp bắt chéo chúng phía bên phải Kiểm tra ngõ vào analog Với chương trình chạy PLC ta thấy giá trị sau biến đổi A/D kênh analog thông qua chức Debug > Chart Status với Chart Status có liệt kê AIW0 đến AIW6 Ta chỉnh biến trở bên khảo sát thay đổi word ATW0 đến AIW6 Lập lại tín hiệu vào: thí nghiệm S7 200 đặt cấu hình nhập xuất tỉ lệ, có nghĩa đọc vào x V xuất lại ngõ x V (giá trị ngõ vào cho phép từ đến 10V) Hãy viết chương trình sử dụng ngõ vào I0.0 đến I0.3 để chọn ngõ lập lại giá trị analog kênh vào (I0.0 ứng với kênh 0, I0.1 ứng với kênh 1, I0.2 ứng với kênh I0.3 ứng với kênh 3; nghĩa tương ứng với kênh A, B, C D PLC) Trương Cao Đẳng Nghề VL Khoa:Điện - Điện Lạnh Thí dụ: Nhập đoạn chương trình sau thực xuất giá trị analog lập lại kênh LD I0.0 MOVW AIW0,AQW0 Nếu ngõ vào I0.0 đến I0.3 sử dụng loại công tắc NO, viết chương trình cho trường hợp Một số xử lý đơn giản analog Gọi giá trị analog Y volt analog vào kênh A XA volt, kênh B XB volt, kênh C XC volt, kênh D XD volt; gọi M (thí dụ sử dụng VW0) số cần thực với liệu analog ý M số nguyên Thực Y = M*XA Ta cần viết đoạn chương trình sau: MOVW AIW0,MW0 *I M,MW0 MOVW MW0,AQW0 // lấy số liệu XA // xuất Y = XA*M Thực Y = XA / M Ta cần viết đoạn chương trình sau: MOVW AIW0,MW0 /I M,MW0 MOVW MW0,AQW0 // lấy số liệu XA // xuất Y = XA / M Chú ý phép chia ngun nên trị số khơng xác Thực Y = (XA + XB + XC + XD) / Ta cần viết đoạn chương trình sau: MOVW +I +I +I /I MOVW AIW0,MW0 AIW2,MW0 AIW4,MW0 AIW6,MW0 4,MW0 MW0,AQW0 // MW0 = XA // MW0 = XA + XB // MW0 = XA + XB + XC // MW0 = XA + XB + XC + XD // MW0 = (XA + XB + XC + XD) / // xuất Y = (XA + XB + XC + XD) / Chú ý việc thực trị số tính tốn khơng bị tràn ... hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm lập trình cở nhỏ khác theo nội dung Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển lập trình. .. hoạt động PLC người lập trình thường kết nối trực tiếp thiết bị lập trình máy tính cá nhân với PLC Như vậy, để hệ thống điều khiển khiển PLC hoạt động lập trình cho nó, cần phải kết nối PLC với... Trình bày nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm lập trình cở nhỏ khác Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển