Giáo trình PLC nâng cao

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN HÀ NỘI ****************** GIÁO TRÌNH PLC NÂNG CAO ( Lưu hành nội ) Tác giả : Th.S Từ Việt Ba (chủ biên) MỤC LỤC Lời giới thiệu……………………………………………………… Mục lục……………………………………………………………… Bài mở đầu………………………………………………………… Bài Điều khiển động khởi động dừng theo trình tự…… Bài Điều khiển động không đồng ba pha quay hai chiều có hãm trước lúc đảo chiều……………………………………………… Bài Điều khiển đèn giao thông…………………………………… Bài Đếm sản phẩm Bài Điều khiển máy trộn………………………………………… Bài Đo điện áp DC điều khiển ON/OFF…………………… 10 Bài Điều khiển nhiệt độ 11 Bài Điều khiển động SERVOMOTOR……………………… 12 Bài Điều khiển thang máy……………………………………… 13 Bài 10 Màn hình cảm biến 14 Bài 11 Kết nối PLC với hình cảm biến……………………… 15 Tài liệu tham khảo………………………………………………… 15 28 35 46 52 63 73 81 89 100 135 139 MƠ ĐUN: PLC NÂNG CAO Mã mơ đun: MĐ35 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị 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 tính tương tự Trong tài liệu đề cập đến điều khiển lập trình OMRON SIEMENS (S7-200 S7-300) PLC nâng cao mô đun chuyên môn học viên chuyên ngành Điện công nghiệp Mô đun nhằm trang bị cho học viên trường dạy nghề kỹ cần thiết để lắp đặt lập trình điều khiển cho số hệ thống tự động hóa có thực tế, từ có tư kỹ thuật để áp dụng vào thực tiễn sản xuất Mục tiêu mô đun - Sử dụng loại PLC hãng OMRON SIEMENS - Có khả tự nghiên cứu để sử dụng loại PLC hãng khác - Vận hành hệ thống điều khiển dùng PLC có sẵn - Lắp đặt hệ thống điều khiển cỡ nhỏ dùng PLC đơn Màn hình cảm biến - Viết chương trình ứng dụng cỡ nhỏ cho PLC đơn Màn hình cảm biến theo yêu cầu thực tế - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học, đảm bảo an tồn, tiết kiệm Nội dung chính: Số TT Tên mô đun Bài mở đầu:Vị trí, ứng dụng PLC cơng nghiệp Điều khiển động khởi động dừng theo trình tự Điều khiển động khơng đồng ba pha quay hai chiều có hãm trước lúc đảo chiều Thời gian (giờ) Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra* 2 5 10 11 12 Điều khiển đèn giao thông Đếm sản phẩm Điều khiển máy trộn Đo điện áp DC điều khiển ON/OFF Điều khiển nhiệt độ Điều khiển động SERVOMOTOR Điều khiển thang máy Màn hình cảm biến Kết nối PLC với hình cảm biến Cộng: 12 12 8 4 2 7 6 1 12 16 14 14 120 2 30 11 11 11 83 1 BÀI MỞ ĐẦU VỊ TRÍ, ỨNG DỤNG PLC TRONG CÔNG NGHIỆP MÃ BÀI: M35-01 Giới thiệu: Trong cơng nghiệp, tốn điều khiển đa dạng phong phú Tùy vào đặc điểm hệ thống sản xuất mà việc đưa cách thức điều khiển khác điều khiển cho động cụ thể hay điều khiển theo trình liên tục, có mối liên quan mật thiết nhiều thiết bị hệ thống Nội dung học đưa đặc điểm toán điều khiển động toán điều khiển trình giúp cho học viên có kiens thức áp dụng vào giải nội dung cịn lại mơ đun thực tế thực tế sản xuất Mục tiêu: - Phân biệt toán điều khiển động tốn điều khiển q trình - Rèn luyện đức tính cẩn thận, xác, tập trung cơng việc Nội dung chính: Các tốn điều khiển động • Các ngun tắc điều khiển Q trình làm việc động điện để truyền động máy sản xuất thường gồm giai đoạn: khởi động, làm việc điều chỉnh tốc độ, dừng có giai đoạn đảo chiều Xét động thiết bị động lực, trình làm việc đặc biệt q trình khởi động, hãm thường có dòng điện lớn, tự thân động điện vừa thiết bị chấp hành vừa đối tượng điều khiển phức tạp Về nguyên lý khống chế truyền động điện, để khởi động hãm động với dòng điện hạn chế giới hạn cho phép, thường dùng ba nguyên tắc khống chế tự động sau: - Nguyên tắc thời gian: Việc đóng cắt để thay đổi tốc độ động dựa theo nguyên tắc thời gian, nghĩa sau khoảng thời gian xác định có tín hiệu điều khiển để thay đồi tốc độ động Phần tử cảm biến khống chế rơle thời gian - Nguyên tắc tốc độ: Việc đóng cắt để thay đổi tốc độ động dựa vào nguyên lý xác định tốc độ tức thời động Phần tử cảm biến khống chế rơle tốc độ - Nguyên tắc dòng điện: Biết tốc độ động mô men động xác định, mà mô men lại phụ thuộc vào dòng điện chạy qua động cơ, đo dịng điện để khống chế trình thay đổi tốc độ động điện Phần tử cảm biến khống chế rơle dòng điện Mỗi nguyên tắc điều khiển có ưu nhược điểm riêng, tùy trường hợp cụ thể mà chọn phương pháp cho phù hợp • Các thiết bị điều khiển Để đóng cắt khơng thường xuyên thường dùng áptômát Trong áptômát hệ thống tiếp điểm có phân dập hổ quang phân tự động cắt mạch để bảo vệ tải ngắn mạch Bộ phận cắt mạch điện tác động điện từ theo kiểu dòng điện cực đại Khi dòng điện vượt trị số cho phép chúng cắt mạch điện để bảo vệ ngắn mạch, cịn có rơle nhiệt bảo vệ q tải Phần tử rơle nhiệt lưỡng kim gồm hai miếng kim loại có độ dãn nở nhiệt khác dán lại với Khi lưỡng kim bị đất nóng (thường dịng điện cần bảo vệ) bị biến dạng (cong), độ biến dạng tới ngưỡng tác động vào phận khác để cắt mạch điện Các rơle điện từ, công tắc tơ tác dụng nhờ lực hút điện từ Cấu tạo rơle điện từ thường gồm phân sau: cuộn hút; mạch từ tĩnh làm vật liệu sắt từ; phần động gọi phần ứng hệ thống tiếp điểm Mạch từ rơle có dòng điện chiều chạy qua làm thép khối, mạch từ rơle dòng điện xoay chiều làm thép kỹ thuật điện Để chống rung lực hút nam châm điện có dạng xung mặt cực người ta đặt vòng ngắn mạch Sức điện động cảm ứng vòng ngắn mạch tạo dịng điện làm cho từ thơng qua vịng ngắn mạch lệch pha với từ thơng chính, nhờ lực hút phần ứng không bị gián đoạn, tiếp điểm tiếp xúc tết Tuỳ theo nguyên lý tác động người ta chế tạo nhiều loại thiết bị điều khiển khác rơle dòng điện, rơle điện áp, rơle thời gian Hệ thống tiếp điểm thiết bị điều khiển có cấu tạo khác thường mạ bạc hay thiếc để đảm bảo tiếp xúc tết Các thiết bị đóng cắt mạch động lực có dịng điện lớn, hệ thống tiếp điểm có phận dập hồ quang, ngồi cịn có tiếp điểm phụ để đóng cắt cho mạch điều khiển Tuỳ theo trạng thái tiếp điểm người ta chia loại tiếp điểm khác Các toán điều khiển trình Điều khiển trình trình ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động điều khiển, vận hành giám sát q trình cơng nghệ, nhằm nâng cao hiệu sản xuất đảm bảo yêu cầu bảo vệ người, máy móc môi trường - Phạm vi ứng dụng: công nghiệp chế biến, khai thác lượng - Bài toán đặc thù quan trọng nhất: điều chỉnh - Đối tượng điều khiển: q trình cơng nghệ Đặc thù q trình cơng nghệ: - Quy mơ sản xuất thông thường vừa lớn - Yêu cầu cao độ tin cậy tính sẵn sàng - Các trình liên quan tới biến đổi lượng vật chất Điều khiển q trình cơng nghệ gồm loại: - Điều khiển trình liên tục: điều khiển q trình cơng nghệ hoạt động liên tục Ví dụ: trình chưng cất, trình sản xuất điện, trình sản xuất xi măng… - Điều khiển q trình mẻ: điều khiển q trình cơng nghệ hoạt động theo mẻ Ví dụ: q trình trộn bê tơng, q trình phản ứng hóa chất, q trình sản xuất bia… Mục đích điều khiển: - Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, trơn tru: đảm bảo điều kiện vận hành bình thường, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện - Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm: thay đổi tốc độ sản xuất theo ý muốn, giữ thông số chất lượng sản phẩm biến động giới hạn quy định - Đảm bảo vận hành an tồn: nhằm mục đích bảo vệ người, máy móc, thiết bị mơi trường - Bảo vệ môi trường: giảm nồng độ chất độc hại khí thải, nước thải, giảm bụi, giảm sử dụng nguyên liệu nhiên liệu - Nâng cao hiệu kinh tế, tăng lợi nhuận: giảm chi phí nhân cơng, ngun liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi thị trường Các chức điều khiển q trình: Trong đó: - Điều khiển sở: Gồm: + Điều chỉnh (điều chỉnh tự động, điều chỉnh tay) + Điều khiển rời rạc (điều khiển thiết bị, khóa liên động q trình) + Điều khiển trình tự (khởi động dừng hệ thống, điều khiển phối hợp, điều khiển theo mẻ) + Điều khiển an tồn (khóa liên động an tồn) - Vận hành giám sát: Gồm: + Thu thập quản lí liệu + Giao diện người-máy + Cảnh báo báo động + Giám sát chẩn đoán + Lập báo cáo tự động - Điều khiển cao cấp: Gồm: + Điều khiển quản lí mẻ + Điều khiển chất lượng, điều khiển thống kê + Tối ưu hóa q trình, điều khiển tối ưu hóa Cấu trúc hệ thống điều khiển: Sơ đồ khối vịng điều khiển: Trong đó: - Thiết bị đo trình: Gồm: + Measurement device: Thiết bị đo, VD: đo nhiệt độ, áp suất, nồng độ + Transducer: chuyển đổi theo nghĩa rộng, VD: áp suất - dịch chuyển, dịch chuyển – điện áp + Sensor: Cảm biến, dạng chuyển đổi, VD: cặp nhiệt, ống venturi, siêu âm… + Sensor element: cảm biến, phần tử cảm biến + Signal conditioning: điều hịa tín hiệu + Transmitter: chuyển đổi tín hiệu truyền phát tín hiệu chuẩn - Thiết bị chấp hành: Gồm: + Actuator: Thiết bị chấp hành, cấu chấp hành (van điều khiển, máy bơm, quạt gió, chắn gió, rơ-le) + Actuator, actuating element: cấu dẫn động, phần tử dẫn động (động điện, khối chuyển đổi dịng-khí nén, cuộn hút từ…) + Final control element: Phần tử chấp hành (thân van, tiếp điểm, sợi đốt…) - Hệ thống vận hành giám sát: Một số ví dụ điều khiển q trình: - Q trình sản xuất hóa chất: • NhấnFinishđể kết thúc việc khai báo cho Project 3.2 Viết chương trình cho s7-300 Ví dụ: Điều khiển giám sát bình trộn đơn giản có kết nối hình TP 177A với PLC S7 200 - Tạo Project WinCC Flexible + Chọn thiết bị hiển thị TP 177A + Chọn thiết bị điều khiển PLC S7 200 + Chọn danh mục phép hiển thi hình - Khai báo biến Biến khai báo định dạng biến liên kết với thiết bị điều khiển hay biến nội hình cơng nghiệp Các bước bao gồm: + Truy cập vùng khai báo biến + Khai báo biến: tên biến, dạng biến (biến liên kết hay biến nội tại), kiểu biến Nếu biến dạng biến liên kết (là biến nhớ thiết bị điều khiển) ta phải khai báo rõ địa biến thiết bị điều khiển Khi thay đổi biến hình thiết bị điều khiển dẫn đến thay đổi giá trị vùng nhớ Tiến hành khai báo biến: TankLevel dạng biến liên kết, kiểu liệu Int có địa PLC VW0 Biến có tác dụng thay lưu giữ giá trị mức nhiên liệu bình trộn Biến Increase Decrease hai biến tăng giảm mức nhiên liệu bình Cả hai biến định dạng kiểu Bool có địa PLC M0.0 M0.1 Tiến hành thiết kế giao diện cho hình + Mở hình để thiết kế Vùng 1: Khu vực cho phép thiết kế giao diện cho hình Vùng 2: Vùng hiển thị thuộc tính đối tượng lựa chọn Tồn thuộc tính đối tượng hiển thị đây: màu sắc, vị trí, kich thước, phông chữ, kiện đối tượng… Tạo nút ấn điều khiển: nút ấn tăng liệu, nút ấn giảm liệu, nút thoát khỏi chế độ chạy Runtime hình: Chọn vùng thư viện biểu tượng đơn giản WinCC Flexible  chọn nút ấn (Button) Kéo nút ấn vào vùng thiết kế giao diện, định dạng thuộc tính nút ấn: Thay đổi chữ hiển thị nút Lần lượt thay đổi tên nút thành: Increase, Decrease, Shut Down Khi ta có Thêm biểu tượng bình trộn vào hình Vào thư viện WinCC  Graphic Symbol Factory 16 colors  Tanks  Chọn dạng bình trộn mong muốn Kéo biểu tượng lựa chọn đưa vào vùng thiết kế giao diện Thêm vùng hiển thị giá trị mức nhiên liệu bình Chọn biểu tượng thư viện  IO Field Đưa biểu tượng vào hình Điều chỉnh thơng số cho vùng vào liệu Định dạng vùng liệu vào Biến hiển thị TankLevel (giá tri TankLevel hiển thị vùng liệu này) Gia tri hiển thị nguyên giá trị lớn hiển thị 999 Định dạng cách hiển thị phong chữ cho vùng liệu  Sau sửa đổi xong ta có hình giao diện: - Tạo chức cho nút điêu khiển Chọn nút điều khiển  chọn kiện xảy với nút ấn gọi hàm chức năng: Lựa chọn hàm gọi có kiện xảy Đối với nút ấn Increase Decrease ta chọn hàm IncreaseValue DecreaseValue, biến tác động TankLevel Sau lần có kiện nhấn nút tương ứng xảy giá trị biến TankLevel tăng/giảm hai đơn vị Đối với nút ấn Shutdown ta lựa chọn hàm StopRunTime để dừng chế độ chạy RunTime 3.3 Lắp đặt nối dây cho s7-300 Nạp chương trình vận hành thử - Đối với TP 177 để liên kết với PC cần sử dụng cáp MPI DP (dạng chuẩn Profibus) Thông thườngđều sử dụng cáp MPI - Các bước tiến hànhđể liên kết với PC + Thiết lập kết nối máy tính • ChọnStart Simatic Step 7 Setting PC/PG Interface • Chọn cáp PC (MPI) để kết nốiProperties • Thiết lập thơng số tốc độ, địa chỉ, số thiết bị tối đa có thểđiều khiển • Chọn dạng cổng truyền thơng kết nối với PC Tuỳ thuộc vào loại cáp MPI sử dụng cổng USB hay Com mà chọn cổng kết nối thích hợp + Thiết lập cho TP 177 • ChọnProject Tranfer Tranfer Setting • Khi ta có hình cho phépđịnh dạng truyền thông cho TP177 + Thiết lập hình  Màn hình sau khởi động chế độ chờ với chế độ khác nhau: • Nhấn Tranfer để kết nối với PC PLC Chọn Tranfer muốn Dowload chương trình từ máy tính xuống hình • NhấnStart: Chạy chương trình điều khiển nạp vào • NhấnControl Panel để thiết lập thơng số cho hình o Chọn MPI/DPđể thiết lập thông số (1) địa Bus truyền thơng (2) tốc độ truyền thơng o Có thể chọn: Tranfer sau thiết lập cho MPI/DP (1): khu vực truyền thông qua cổng nối tiếp (2): khu vực truyền thông với cáp MPI (3): Advanced: cho phép ta thiết lập cho cáp MPI/DP o Thiết lập bảo mật cho chương trình: nhập Password vào khu vực để bảo mật cho hệ thống o OP: khu vực cho phép thử nghiệmđộ nhạy cảmứng hình cách di trỏđể vị trí khác hình + Tồn cửa sổ đóng đồng ý với thiết lập cách nhấn phím - Download xuống hình + Nhân nút Tranfer hình cơng nghiệp + Tiến hành truy nhập vào cửa sổ Tranfer nhấn Tranfer BÀI 11 KẾT NỐI PLC VỚI MÀN HÌNH CẢM BIẾN MÃ BÀI: M35-12 Giới thiệu: Việc sử dụng hình cảm biến hệ thống điều khiển PLC ứng dụng đem lại hiệu sản xuất lớn Nội dung học giúp cho học viên biết cách kết nối, lập trình sử dụng kết hợp máy tính, PLC hình cảm biến cho hệ thống điều khiển tự động hóa Mục tiêu: - Kết nối PLC với hình cảm biến - Lập trình trao đối liệu PLC hình cảm biến - Sửa đổi giao diện chương trình cho phù hợp với yêu cầu ứng dụng - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học, đảm bảo an tồn Nội dung chính: PLC CPM2A Mục tiêu: Viết chương trình kết nối theo ứng dụng dùng PLC CPM2A 1.1 Các lệnh PLC CPM2A sử dụng chương trình Xem 10 1.2 Viết chương trình cho PLC CPM2A Xét ví dụ điều khiển giám sát bình trộn đơn giản có kết nối hình 1.3 Lắp đặt nối dây cho PLC CPM2A Nạp chương trình vận hành thử (Xem 10) PLC S7-200 Mục tiêu: Viết chương trình kết nối theo ứng dụng dùng PLC S7-200 2.1 Các lệnh PLC S7-200 sử dụng chương trình Xem 10 2.2 Viết chương trình cho PLC S7-200 Xét ví dụ tạo message TD200 điều khiển theo yêu cầu sau: - Khi bật CPU sang chế độ RUN message xuất - Nhấn F1 hiển thị message - Nhấn enter để nhập giá trị SETPOINT, sau nhấn enter để xác nhận giá trị nhập hiển thị message - Nhấn enter để xác nhận message đồng thời hiển thị message - Nhấn F2 hiển thị message - Nhấn F3 để tắt tất message 2.3 Lắp đặt nối dây cho PLC S7-200 Nạp chương trình vận hành thử (Xem 10) PLC S7-300 Mục tiêu: Viết chương trình kết nối theo ứng dụng dùng PLC S7-300 3.1 Các lệnh PLC S7-300 sử dụng chương trình Xem 10 3.2 Viết chương trình cho PLC S7-300 Chương trình điều khiển s7-300 cho điều khiển bình trộn hóa chất NETWORK LD M0.0 // Nút ấn tăng hình I0.0 // nút ấn tăng PLC EU LD EU INCWTankLevel NETWORK LD M0.1 // Nút ấn giảm hình I0.1 // nút ấn giảm PLC EU LD EU DECW TankLevel 3.3 Lắp đặt nối dây cho PLC S7-300 Nạp chương trình vận hành thử (Xem 10) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Tăng Văn Mùi (biên dịch), Điều khiển logic lập trình PLC, NXB Thống kê, 2006 [2]- Trần Thế San (biên dịch), Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC, NXB Đà Nẵng, 2005 [3]- Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [4]- Nguyễn Dỗn Phước, Phan Xn Minh, Tự động hóa với Simatic S7-200, NXB Nơng Nghiệp, 2000 [5]- Nguyễn Dỗn Phước, Phan Xn Minh, Tự động hóa với Simatic S7-300, NXB Nơng Nghiệp, 2000 ... dây cho PLC CPM2A, PLC S7-200, PLC S7-300 để điều khiển Đèn giao thông - Lập trình loại PLC CPM2A, PLC S7-200, PLC S7-300 để điều khiển Đèn giao thông - Sửa đổi kết nối phần cứng chương trình cho... cho PLC CPM2A, PLC S7-200, PLC S7-300 để ứng dụng vào việc đếm sản phẩm - Lập trình loại PLC CPM2A, PLC S7-200, PLC S7-300 để đếm sản dây chuyền sản xuất - Sửa đổi kết nối phần cứng chương trình. .. Điều khiển q trình liên tục: điều khiển q trình cơng nghệ hoạt động liên tục Ví dụ: q trình chưng cất, trình sản xuất điện, trình sản xuất xi măng… - Điều khiển trình mẻ: điều khiển q trình cơng