Lập trình PLC (SIEMENS S7200), Phạm Phú Thọ

MỤC LỤC Mục lục 01 Lời mở đầu 04 Chương 1: Tổng quan PLC 05 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 05 05 05 06 06 06 Giới thiệu Quá trình phát triển kỹ thuật điều khiển Hệ thống điều khiển gì? Hệ thống điều khiển dùng rơle điện Hệ thống điều khiển dùng plc Điều khiển dùng plc Chương 2: Cấu hình phần cứng PLC S7-200 11 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.1.8 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 11 11 12 13 19 21 22 22 23 24 24 25 26 27 28 29 29 29 30 30 32 33 Cấu trúc phần cứng Bộ điều khiển lập trình plc S7-200 Các thành phần CPU Kết nối điều khiển Truyền thông PC PLC Cài đặt phần mềm Hiểu sử dụng logic PLC Sử dụng bảng Symbols Khối kết nối Terminal Cấu trúc nhớ Hệ thống số Các khái niệm xử lý thông tin Phân chia nhớ Các phương pháp truy nhập Mở rộng vào/ra Nguyên lý hoạt động PLC Cấu trúc chương trình Thực chương trình Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển dùng plc Ngơn ngữ lập trình Sử dụng phần mềm Step7-Microwin Bài tập Chương 3: Tập lệnh lập trình PLC Siemens S7-200 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7 3.1.8 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.6 3.7 Bit logic Tiếp điểm thường hở Tiếp điểm thường đóng Lệnh OUT Lệnh Set Lệnh Reset Tiếp điểm phát cạnh lên Tiếp điểm phát cạnh xuống Bài tập Một số lệnh tiếp điểm đặc biệt Tiếp điểm SM0.0 Tiếp điểm SM0.1 Tiếp điểm SM0.4 Tiếp điểm SM0.5 Bài tập Bộ định thời_Timer TON TONR Bộ đếm_Counter CTU CTUD Lệnh so sánh Theo byte Theo word Theo doubleword Theo số thực Bài tập ví dụ Bài tập Hàm di chuyển liệu Hàm chuyển đổi Chương 4: Bài tập thực hành 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Khảo sát tủ điều khiển dùng S7-200 Panel điều khiển Cảm biến công nghiệp Điều khiển dùng Timer Điều khiển đếm dùng Counter Điều khiển đèn giao thông đèn chiếu sáng Băng tải dùng động DC Th.s Phạm Phú Thọ 34 34 34 35 36 36 37 37 38 39 39 39 39 39 39 41 41 42 44 44 45 47 47 48 49 50 51 51 53 55 57 57 60 63 69 70 72 75 Trang 1/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 Động AC phase Động AC phase Xylanh dùng valve điện khí nén Băng tải cần gạt dùng khí nén Băng tải tay gấp Đồng hồ thời gian thực Chương trình Bài tập tổng hợp (Nộp thay thi cuối khoá) Th.s Phạm Phú Thọ 79 82 85 86 88 90 92 93 Trang 2/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử LỜI MỞ ĐẦU PLC sử dụng rộng rãi nhà máy xí nghiệp, với độ bền tính ổn định cao Hiện nay, nhiều trường học đưa plc vào giảng dạy từ nhiều bậc học Tài liệu để hướng dẫn sử dụng lập trình nhiều tác giả biên soạn phong phú Nhằm phục vụ cho trình giảng dạy thân, tác giả biên soạn tài liệu lập trình plc hãng Siemens (dịng S7-200) dành cho học sinh khối kỹ thuật trình độ Tài liệu tham khảo manual hãng Siemens, tài liệu mạng đồng nghiệp khác Trong chương 4, tác giả giới thiệu hệ thống tập thực hành với mơ tả đầy đủ giúp học viên dễ dàng thực hành nhà (có đầy đủ thiết bị) Nếu gập khó khăn, tác giả sẵn sàng hỗ trợ Tuy dành nhiều thời gian, chắn nhiều thiếu sót, mong bạn đọc giả góp ý để tài liệu hoàn chỉnh Trân trọng cảm ơn tham khảo tài liệu này, đóng góp xin vui lịng gửi e-mail: phutho.pham@gmail.com Th.s Phạm Phú Thọ Trang 3/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC I GIỚI THIỆU: Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) sáng tạo từ ý tưởng ban đầu nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968 Trong năm gần đây, điều khiển lập trình sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp nước ta giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa q trình sản xuất Cùng với phát triển cơng nghệ máy tính đến nay, điều khiển lập trình đạt ưu ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC máy tính thu nhỏ với tiêu chuẩn cơng nghiệp cao khả lập trình logic mạnh PLC đầu não quan trọng linh hoạt điều khiển tự động hóa II Q TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN: Hệ thống điều khiển gì? Hệ thống điều khiển tập hợp thiết bị dụng cụ điện tử Nó dùng để vận hành q trình cách ổn định, xác thông suốt Th.s Phạm Phú Thọ Trang 4/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: Sự bắt đầu cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào năm 60 70, máy móc tự động điều khiển rơle điện từ định thời, tiếp điểm, đếm, relay điện từ Những thiết bị liên kết với để trở thành hệ thống hoàn chỉnh vơ số dây điện bố trí chằng chịt bên panel điện ( tủ điều khiển) Như vậy, với hệ thống có nhiều trạm làm việc nhiều tín hiệu vào/ra tủ điều khiển lớn Điều dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa hư hỏng phức tạp khó khăn Hơn nữa, rơle tiếp điểm có thay đổi yêu cầu điều khiển bắt buộc thiết kế lại từ đầu Hệ thống điều khiển dùng PLC Với khó khăn phức tạp thiết kế hệ thống dùng rơle điện năm 80, người ta chế tạo điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc môi trường công nghiệp khắc nghiệt đem lại hiệu kinh tế cao Đó điều khiển lập trình được, cuẩn hóa theo ngơn ngữ Anh Quốc Programmable Logic Controller (viết tắt PLC) Điều khiển dùng PLC a Các khối chức Một PLC có khối Module Input, khối CPU(Central Processing Unit) khối Module Output Khối Module Input có chức thu nhận liệu digital, analog chuyển thành tín hiệu cấp vào CPU Khối CPU định thực chương trình điều khiển thơng qua chương trình chứa Th.s Phạm Phú Thọ Trang 5/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử nhớ Khối Module Output chuyển tín hiệu điều khiển từ CPU thành liệu analog, digital thực điều khiển đối tượng Ví dụ: điều khiển động theo sơ đồ bên Điều khiển Rơle điện Điều khiển PLC Th.s Phạm Phú Thọ Trang 6/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử b Các chủng loại PLC: Hiện nay, số PLC sử dụng thị trường Việt Nam: - Mỹ:Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,… - Đức: Siemens, Boost, Festo… - Hàn Quốc: LG - Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,… Và nhiều chủng loại khác Các sản phẩm như: Logo!, Easy, Zen, … chế tạo để đáp ứng yêu cầu điều khiển đơn giản Th.s Phạm Phú Thọ Trang 7/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử c Ưu hệ thống điều khiển dùng PLC: - Điều khiển linh hoạt, đa dạng - Lượng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh - Tiến hành thay đổi sửa chữa - Độ ổn định, độ tin cậy cao - Lắp đặt dơn giản - Kích thước nhỏ gọn - Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống d Hạn chế - Giá thành (tùy theo yêu cầu máy) - Cần chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động - Các yêu cầu cố định, đơn giản khơng cần dùng PLC - PLC bị ảnh hưởng hoạt động mơi trường có nhiệt độ cao, độ rung mạnh e Các ứng dụng PLC: - Điều khiển trình sản xuất: giấy, ximăng, nước giải khát, linh kiện điện tử, xe hơi, bao bì, đóng gói,… - Rửa xe ơtơ tự động - Thiết bị khai thác - Giám sát hệ thống, an toàn nhà xưởng - Hệ thống báo động - Điều khiển thang máy - Điều khiển động - Chiếu sáng Th.s Phạm Phú Thọ Trang 8/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử - Cửa công nghiệp, tự động - Bơm nước - Tưới - Báo trường học, công sở,… - Máy cắt sản phẩm, vơ chai,… - Và cịn nhiều hệ thống điều khiển tự động khác Th.s Phạm Phú Thọ Trang 9/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập Có 02 loại: - Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Điều khiển đảo chiều quay động pha AC S7-200 Loại động vạn Loại động không đồng Cho động phase AC Kết nối từ PLC giao tiếp qua Relay điều khiển động theo sơ đồ yêu cầu sau: Phân bố dây động phase AC R_cuộn chạy R_cuộn đề 3’ Tụ đề Th.s Phạm Phú Thọ Trang 78/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử Nguyên tắc chung: - Chân đấu chung, cấp nguồn AC phase vào chân 1+3 động quay theo chiều thuận (tạm gọi) - Chân đấu chung, cấp nguồn AC phase vào chân 1+2 động quay theo chiều ngược lại Thực hiện: - Vẽ sơ đồ đấu dây giao tiếp PLC Relay – Motor phase, đảo chiều quay H1: Sơ đồ giao tiếp từ plc relay Th.s Phạm Phú Thọ Trang 79/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử H2: Sơ đồ giao tiếp từ relay động AC phase - Đấu dây giao tiếp - Kiểm tra kết nối ( Học viên + Giáo viên) - Lập trình PLC điều khiển Yêu cầu: - Nhấn nút Stop, motor dừng hoạt động - Nhấn nút For motor quay theo chiều thuận - Nhấn nút Rev motor quay theo chiều ngược lại - Mỗi thời điểm motor quay theo chiều Th.s Phạm Phú Thọ Trang 80/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Lắp đặt, lập trình điều khiển động AC phase S7-200 Giới thiệu: Sơ đồ mạch điện từ PLC Relay học Th.s Phạm Phú Thọ Trang 81/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Sơ đồ mạch điện từ Relay Contactor Sơ đồ mạch động lực giao tiếp với động M2 M1 M Th.s Phạm Phú Thọ Trang 82/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử Nhấn ON động quay theo chiều thuận, sau 5s động ngừng 2s sau chuyển qua quay nghịch Nhấn OFF động ngừng hoạt động Nhấn ON chờ cảm biến (cb1) tác động, động quay thuận Khi cảm biến (cb2) tc động động ngừng, sau 2s có tác động cb1 động quay nghịch Khi có tác động cb2 động ngừng Trong qui trình động chạy nhấn OFF động ngừng Mở rộng: Điều khiển khởi động sao-tam giác: Th.s Phạm Phú Thọ Trang 83/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập 10 Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Điều khiển xylanh dùng van điện khí nén S7-200 Mô tả tập: Hệ thống gồm xylanh thiết kế hình bên Khi gạt cơng tắc xylanh chạy tới, gạt cơng tắc trở lại xylanh tự rút vị trí ban đầu Khi nhấn nut Start xylanh chạy tới, nhấn nut Stop xylanh tự rút vị trí ban đầu Chú ý: Nguyên lý hoạt động xylanh Nhấn nút PB1 xylanh chạy ra, gập cảm biến ngồi xylanh tự dừng Nhấn nút PB2 xylanh chạy vào, gập cảm biến xylanh tự dừng Th.s Phạm Phú Thọ Trang 84/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử Mỗi lần nhấn nút khởi động Start, xylanh chạy ra, gập hành trình ngồi xylanh tự rút Gập hành trình xylanh tự dừng (Điều khiển xylanh tương tự đảo chiều quay động cơ, dùng ngỏ ra.) Khi nhấn nút Start xylanh chạy tới, sau giây xylanh tự rút Khi nhấn nút Start xylanh chạy tới, gập cảm biến Gh1 xylanh tự rút về, gập Gh2 chu kì tiếp tục Xylanh dừng nhấn nút Stop Khi nhấn nút Start xylanh_1 chạy tới, gập cảm biến Gh1 xylanh_2 chạy tới, gập cảm biến Gh3 xylanh_2 chạy lùi, gập cảm biến Gh4 xylanh_1 chạy lùi Th.s Phạm Phú Thọ Trang 85/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập 11 Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Lắp đặt lập trình điều khiển băng tải cần gạt dùng khí nén S7-200 Cho mơ hình bên dưới: Mơ hình gồm có: - Một băng tải dùng động DC - Một cần gạt dùng khí nén - Các cảm biến sợi quang Điều khiển mơ hình hoạt động sau: - Nhấn nút Start, hệ thống sẵn sàng hoạt động - Khi có phơi đầu băng tải vận chuyển phơi đến vị trí kiểm tra màu phơi, phơi màu đỏ tiếp tục di chuyển phơi đến cuối băng tải - Nếu phơi màu đen cần gạt băng tải chạy đẩy phơi ngồi - Hệ thống tự động lập lại phôi khỏi hệ thống - Nhấn nút Stop hệ thống dừng Th.s Phạm Phú Thọ Trang 86/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập 12 Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Lắp đặt lập trình điều khiển băng tải tay gấp dùng khí nén S7-200 Cho mơ hình bên dưới: Mơ tả: Hệ thống hoạt động gần giống với mô tả 11, mở rộng thêm phần tay gấp dùng khí nén sau: - Khi phôi đến cuối băng tải (cảm biến phát hiện), tay gấp di chuyển theo qui trình sau: o Đi xuống delay giây o Gấp o Đi lên o Đi Th.s Phạm Phú Thọ Trang 87/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử o Đi xuống delay giây o Nhả o Đi lên o Đi vào bên - Chu kì tự động lập lại - Nhấn nut Stop hệ thống dừng Chú ý: Khi xylanh di chuyển lên/xuống ra/vào định vị cảm biến từ Khi xylanh gấp/nhả cảm biến phải dùng thời gian để thay Th.s Phạm Phú Thọ Trang 88/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập 13 Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Đồng hồ thời gian thực S7-200 Các đại lượng tính theo ngày dương lịch Cài đặt thời gian thực: Cài mốc thời gian bắt đầu hoạt động cho PLC Chọn PLC > Time Of Day Clock > Set Truy suất liệu từ đồng hồ thời gian thực PLC // Lệnh cần thực lần chương trình // Khi thực lệnh trên, với T = VB0 giá trị thông số phân bố sau: Năm → 99 VB0 Tháng → 12 VB1 Ngày → 31 VB2 Giờ → 23 VB3 Phút → 59 VB4 Giây → 59 VB5 Không sử dụng Thứ tuần → (1: chủ nhật) VB7 Do đó: muốn truy suất đại lượng phải dùng nhớ tương ứng với đại lượng Th.s Phạm Phú Thọ Trang 89/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử Giá trị T thay đổi được, ta phải truy suất đại lượng theo giá trị T Các giá trị có định dạng BCD, muốn sử dụng phải dùng dấu “ # “ Ví dụ: Có thể thay đổi lúc Set đồng hồ để thử chương trình hoạt động, so sánh với Dùng VB khác để truy suất đại lượng khác Bài tập: Đúng 8h, chuông tự reo, sau 10 giây tự dừng Đèn A sáng lúc 6h tối tắt lúc 5h30 sáng Đúng 6h sáng, đèn A sáng tắt chu kì giây, sau giây chng reo tự dừng sau giây Điều khiển chuông báo làm việc sau: - Đúng 7h30; 11h30 chuông reo giây - Đúng 9h; 9h15 chuông reo giây - Chủ nhật chuông không reo - Lễ 30/4 2/9 chuông không reo Th.s Phạm Phú Thọ Trang 90/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập 14 Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Lập trình chương trình S7-200 Đọc tìm hiểu nguyên lý sử dụng chương trình Nhập kiểm tra hoạt động ví dụ phần lý thuyết Các tập cần thực hiện: Điều khiển đèn A hoạt động chế độ khác nhau: - Gạt I0.0 lên đèn A sáng - Gạt I0.1 lên đèn A chớp tắt với chu kì 1s - Gạt cơng tắc lên xuống đèn A tắt Điều khiển đèn giao thông ngã tư giao lộ theo yêu cầu sau: - Gạt công tắc I0.0 lên đèn đỏ-xanh-vàng chạy theo chế độ tự động theo thời gian 6-4-2 giây - Gạt công tắc I0.0 xuống cịn đèn vàng chớp tắt với chu kì giây Có động điều khiển theo yêu cầu sau: Khi chọn chế độ AUTO - Nhấn nút vào Start động M1 hoạt động, sau giây động M2 hoạt động, sau giây động M3 hoạt động - Nhấn nút Stop động dừng Khi chọn chế độ MAN - Có nút nhấn điều khiển động riêng biệt, nhấn nút nhấn động chạy, bng tay động dừng Th.s Phạm Phú Thọ Trang 91/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) Bài tập 15 Nội dung Thiết bị LT TH Tổng Bài tập tổng hợp S7-200 3 (Nộp chấm điểm thi cuối khoá) Học viên thực báo cáo cho giáo viên Lưu ý: Dùng tập thay cho kì thi thực hành cuối khố Điều khiển đèn giao thông Yêu cầu: Khi bật công tắc chế độ sang AUTO: - Từ 6h00 đến 22h00 thì: đèn giao thông ngã tư giao lộ hoạt động bình thường theo tuần tự: đỏ – xanh – vàng Thời gian đèn sáng – – giây - Ngược lại thì: có 02 đèn vàng sáng/tắt với chu kỳ giây Khi bật công tắc chế độ sang MANUAL: - Nhấn nút PB1 có đèn đỏ xanh sáng, nhấn nút PB2 có đèn đỏ xanh sáng - Nhấn nút PB2 đèn vàng sáng tắt với chu kì giây Th.s Phạm Phú Thọ Trang 92/93 ... khác Th.s Phạm Phú Thọ Trang 9/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) CHƯƠNG 2: CẤU HÌNH HỆ THỐNG I CẤU TRÚC PHẦN CỨNG: Bộ điều khiển lập trình (PLC) PLC điều khiển lập trình xem... phutho.pham@gmail.com Th.s Phạm Phú Thọ Trang 3/93 TT Cơ điện tử Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC I GIỚI THIỆU: Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic... Th.s Phạm Phú Thọ Trang 28/93 Tài liệu: Lập trình PLC (SIEMENS S7-200) TT Cơ điện tử Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC Để chương trình gọn gàng, dễ quan sát khơng nhầm lẫn địa q trình