PLC lµ g× ? A. Môc ®Ých yªu cÇu • N¨m ®−îc c¸c ®Þnh nghÜa vÒ PLC vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn. • Ph©n biÖt ®−îc mét sè lo¹i PLC vµ c¸c thiÕt bÞ lËp tr×nh, c¸c thiÕt bÞ trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn • BiÕt ®−îc kh¶ n¨ng lµm viÖc cña PLC, −u ®iÓm khi sö dông PLC B. ChuÈn bi: • Mét sè lo¹i PLC hiÖn cã OMRON, PLC, SIEMENS, DELTA, ABB. • Modul ®µo t¹o PLC tèi thiÓu, HoÆc modul ®Çy ®ñ. • C¸c m« h×nh nÕu cã. C¸c thiÕt bÞ cña hÖ ®iÒu khiÓn. • ThÕt bÞ lËp tr×nh cho PLC, C¸p ghÐp nèi, bé lËp tr×nh cÇm tay. • M¸y tÝnh vµ phÇn mÒm lËp tr×nh. C. Lý thuyÕt: C¸c bé ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh ho¸. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt th× hiÖu qu¶ cña s¶n xuÊt lµ ch×a kho¸ cña thµnh c«ng. HiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thÓ hiÖn ë c¸c yÕu tè rÊt réng nh−: • Tèc ®« s¶n xu¸t ra mét s¶n phÈm cña thiÕt bÞ vµ d©y chuyÒn ph¶i nhanh • Gi¸ nh©n c«ng vµ vËt liÖu lµm ra ph¶i h¹ • ChÊt l−îng s¶n phÈm ph¶i cao vµ Ýt phÕ phÈm. • Thêi gian chÕt cña m¸y mãc lµ tèi thiÓu. C¸c bé ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh ho¸ PLC ®¸p −óng ®−îc hÇu hÕt c¸c yªu cÇu trªn vµ nh− lµ yÕu tè chÝnh trong viÖc n©ng cao h¬n n−a hiÖu qu¶ cña s¶n xuÊt. Tr−íc ®©y viÖc tù ®éng ho¸ chØ ®−îc ¸p dông trong c¸c s¶n xuÊt hµng lo¹t n¨ng suÊt cao. Ngµy nay cÇn thiÕt ph¶i tù ®éng ho¸ c¶ trong s¶n xuÊt c¸c lo¹i hµng ho¸ kh¸c nhau nh»m n©ng cao n¨ng xuÊt vµ gi¶m vèn ®Çu t− cho thiÕt bÞvµ xÝ nghiÖp. C¸c hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t ngµy nay ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu nµy. HÖ thèng bao gåm c¸c thiÕt bÞ nh− c¸c m¸y ®iÒu khiÓn sè CNC, Robot c«ng nghiÖp, d©y chuyÒn tù ®éng. B¹n cã thÎ t×m thÊy rÊt nhiÒu c¸c øng dông cña bé ®iÒu khiÓn lËp tr×nh PLC trong c¸c hÖ thèng tù ®éng ®ã. Qu¸ tr×nh ph¸t triÓn T§H: Tr−íc khi cã c¸c bé ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh ho¸, trong s¶n xuÊt ®W sö dông nhiÒu phÇn tö ®iÒu khiÓn nh− c¸c trôc Cam, c¸c bé khèng chÕ h×nh trèng, Khi suÊt hiÖn Rele ®iÒn tõ th× panel ®iÒu kkhiÓn b»ng Rele ®W trë thµnh chñ ®¹o trong ®iÒu khiÓn. Khi Transitor ra ®êi nã ®−îc ¸p dông ngay ë nh− n¬i mµ rele ®iÖn tõ kh«ng ®¸p øng ®−îc nh÷ng yªu cÇu ®iÒu khiÓn cao. Ngµy nay lÜnh vùc ®iÒu khiÓn ®−îc më réng ®Õn c¶ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phøc t¹p, ®Õn c¸c hÖ ®iÒu khiÓn tæng thÓ, hÖ ®iÒu khiÓn kiÓm tra tËp trung ho¸. HÖ ®iÒu khiÓn Logic th«ng th−êng kh«ng thÓ ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu ph¸t triÓn. C¸c bé ®iÒu khiÓn ch−¬ng tr×nh ho¸ PLC vµ m¸y tÝnh ®W trë nªn cÇn thiÕt.Trang 2 178 Hµ TÊt Th¾ng I. C¸c ®Þnh nghÜa vÒ PLC: 1. PLC lµ ch÷ viÕt t¾t cña ch÷ tiÕng Anh Programmable Logic Controller nghÜa lµ bé §iÒu khiÓn Logic LËp tr×nh ®−îc. 2. PLC lµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn Cã cÊu tróc m¸y tÝnh bao gåm bé sö lý trung t©m CPU, Bé nhí ROM, Bé nhí RAM, dïng ®Ó nhí ch−¬ng tr×nh øng dông, vµ c¸c cæng Vµo Ra INPUT OUTPUT H×nh 11: CÊu tróc PLC 3. VÞ trÝ cña PLC trong hÖ thèng ®IÒu khiÓn: HÖ ®iÒu khiÓn truyÒn thèng: H×nh 12. HÖ ®iÒu khiÓn truyÒn thèng gåm c¸c khèi: + Khèi ®Çu vµo: • Gåm c¸c nót ®iÒu khiÓn • C¸c c«ng t¾c • C¸c c«ng t¾c hµnh tr×nh ®Æt t¹i m¸y • C¸c c¶m biÕn ®o l−êng ®Æt t¹i d©y chuyÒn s¶n xuÊt.Hµ TÊt Th¾ng Trang 3 178 + Khèi ®iÒu khiÓn gåm c¸c phÇn tö: • C¸c loaÞ Re le • C¸c bé ®Õm thêi gian • C¸c bé ®Õm • C¸c bé so s¸nh • C¸c b¶n m¹ch ®iÖn tö + Khèi ®Çu ra gåm: • C¸c lo¹i ®éng c¬ • C¸c lo¹i van • C¸c thiÕt bÞ gia nhiÖt • C¸c thiÕt bÞ chØ thÞ… HÖ ®iÒu khiÓn dïng PLC H×nh 13: HÖ ®iÒu khiÓn dïng PLC Khèi ®Çu vµo t−¬ng tù hÖ ®iÒu khiÓn truyÒn thèng Khèi ®Çu ra t−¬ng tù hÖ ®iÒu khiÓn truyÒn thèng. Khèi ®iÒu khiÓn ®−îc thay b»ng thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PLC kÌm theo ®ã lµ mét ch−¬ng tr×nh øng dông, ®−îc lËp tr×nh d−íi d¹ng gi¶n ®å thang nh− h×nh vÏ. II. Kh¶ n¨ng cña PLC: 1. §iÒu khiÓn Logic: • Chøc n¨ng ®iÒu khiÓn re le • Thêi gian, ®Õm • Thay cho c¸c Panel ®IÒu khiÓn vµ c¸c m¹ch in • §iÒu khiÓn Tù ®éng, b¸n tù ®éng , b»ng tay c¸c m¸y vµ c¸c qu¸ tr×nh.Trang 4 178 Hµ TÊt Th¾ng 2. §iÒu khiÓn liªn tôc: • Thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n sè häc vµ logic • §iÒu khiÓn liªn tôc nhiÖt ®é ¸p suÊt l−u l−îng… • §iÒu khiÓn PID, FUZY. • §iÒu khiÓn ®éng c¬ chÊp hµnh, ®éng c¬ b−íc • §iÒu khiÓn biÕn tÇn… • Khèi ®Çu vµo thªm c¸c kh©u c¶m biÕn T−¬ng tù ( Analog); ChiÕt ¸p,.vv.. • Khèi ®Çu ra cã thªm c¸c thiÕt bÞ t−¬ng tù nh− biÕn tÇn, ®éng c¬ SERVO, §éng c¬ b−íc… • Khèi ®iÒu khiÓn thªm c¸c kh©u biÕn ®æi AD, DA… 3. §iÒu khiÓn tæng thÓ: • §iÒu hµnh qu¸ tr×nh vµ B¸o ®éng • GhÐp nèi m¸y tÝnh. • GhÐp nèi m¹ng tù ®éng ho¸ • §iÒu khiÓn tæng thÓ qu¸ tr×nh NghÜa lµ ®iÒu khiÓn mét qu¸ tr×nh trong mèi liªn hÖ víi c¸c qu¸ tr×nh kh¸c. • TÝn hiÖu vµo vµ ra cßn cã thªm th«ng tin. III. C¸c −u ®iÓm khi sö dông PLC: Thêi gian l¾p ®Æt c«ng tr×nh ng¾n h¬n . DÔ thay ®æi mµ kh«ng g©y tæn thÊt Cã thÓ tÝnh chÝnh x¸c ®−îc gi¸ thµnh CÇn Ýt thêi gian huÊn luyÖn DÔ thay ®æi thiÕt kÕ nhê phÇn mÒm øng dông ®iÒu khiÓn trong ph¹m vi réng DÔ b¶o tr× b¶o hµnh nhê: • Kh¶ n¨ng tÝn hiÖu ho¸. • Kh¶ n¨ng l−u gi÷ mW lçi. • Kh¶ n¨ng truyÒn th«ng. §é tin cËy cao ChuÈn ho¸ ®−îc thiÕt bÞ ThÝch øng trong m«i tr−êng kh¾c nghiÖt: NhiÖt ®é, ®é Èm, ®iÖn ¸p dao ®éng… IV Giíi thiÖu mét sè lo¹i PLC vµ modul d¹y PLC: 1. Mét sè lo¹i PLC cña SIEMENS:Hµ TÊt Th¾ng Trang 5 178Trang 6 178 Hµ TÊt Th¾ng H×nh 17 GhÐp nèi PLC víi m« ®un më réng H×nh 18: GhÐp nèi m¹ng PLC 2. Mét sè lo¹i PLC CPM1 cña OMRON: CPM1A 20CDRHµ TÊt Th¾ng Trang 7 178Trang 8 178 Hµ TÊt Th¾ng Modul tèi thiÓu dïng ®µo t¹o PLC V. Mét sè thiÕt bÞ ®Çu vµo sö dông trong thÝ nghiÖm: 1. Mét sè lo¹i c¶m biÕn quang ®Çu ra ghÐp Transitor NPN.Hµ TÊt Th¾ng Trang 9 178 2. C¶m biÕn ®Õn gÇn: 3. C¶m biÕn ®Õn gÇn kiÓu ®iÖn dung:Trang 10 178 Hµ TÊt Th¾ng S¬ ®å ghÐp nèi thiÕt bÞ ®äc Load víi c¶m biÕn: 4. C«ng t¾c tõ: CÊu t¹o nguyªn lý bao gåm èng thuû tinh trong chøa khÝ tr¬ vµ mét tiÕp ®iÓm th−êng hë, Khi cã nam ch©m NS ®Õn gÇn tõ tr−êng cña nam ch©m sÏ hót vµ lµm kÝn tiÕp ®iÓm. E. Thùc hµnh: 1. Ph¸t biÓu c¸c ®Þnh nghÜa vÒ PLC, so s¸nh cÊu tróc cña PLC víi cÊu tróc cña m¸y tÝnh PC ®iÓm gièng vµ kh¸c nhau 2. So s¸nh sù kh¸c nhau gi÷a hÖ ®iÒu khiÓn truyÒn thèng vµ hÖ ®iÒu khiÓn sö dông PLC. 3. Ph©n tÝch −u ®iÓm cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn sö dông PLC 4. Ph©n biÖt c¸c loaÞ PLC, Vµ c¸c thiÕt bÞ kÌm theo. 5. Giíi thiÖu vµ ph©n biÖt c¸c thiÕt bÞ ®Çu vµo, ®Çu ra cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn sö dông PLC. 6. Nªu mét sè øng dông cña hÖ ®iÒu khiÓn dïng PLC mµ b¹n ®W biÕt. 7. S¬ ®å nèi c¶m biÕn cã ®Çu ra ghÐp Transitor NPN hoÆc PNP víi c¸c thiÕt bÞ ®äc, chiÒu dßng ®iÖn ch¹y qua transitor ?.Hµ TÊt Th¾ng Trang 11 178 PLC012. GhÐp nèi vµo ra PLC. A. Môc ®Ých yªu cÇu • N¨m ®−îc c¸c vÊn ®Ò chÝnh cÇn biÕt khi sö dông PLC • N¾m ®−îc cÊu tróc ®Æc ®iÓm ®Çu vµo ®Çu ra cña PLC. • L¾p ®Æt PLC vµ ghÐp nèi PLC víi c¸c thiÕt bÞ cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. • Thö nghiÖm ®−a tÝn hiÖu vµo PLC. B. ChuÈn bi: • Mét sè lo¹i PLC hiÖn cã OMRON, PLC, SIEMENS, DELTA, ABB. • Modul ®µo t¹o PLC tèi thiÓu, HoÆc modul ®Çy ®ñ. • C¸c m« h×nh nÕu cã. • ThÕt bÞ lËp tr×nh cho PLC, C¸p ghÐp nèi, bé lËp tr×nh cÇm tay. • M¸y tÝnh vµ phÇn mÒm lËp tr×nh. C. Lý thuyÕt: I. §Çu vµo PLC: 1. §Çu vµo lµ ®Çu ®−a tÝn hiÖu vµo PLC 2. Ph©n lo¹i ®Çu vµo: §Çu vµo Logic, §Çu vµo Analog 3. Sè l−îng ®Çu vµo phô thuéc lo¹i PLC 4. CÊu tróc ®Çu vµo Nh− h×nh vÏ: 5. §Æc ®iÓm ®Çu vµo: • §Çu vµo ®−îc ®¸nh sè • §Çu vµo ®−îc tÝn hiÖu ho¸ • §Çu vµo ®−îc ghÐp quang, C¸ch ly vi sö lý trong PLC víi thÕ giíi bªn ngoµi vÒ ®iÖn • §Çu vµo ®−îc chÕ t¹o chuÈn ho¸ ( Dßng ®Çu vµo 5mA Logic). • GhÐp nèi c¶m biÕn:Trang 12 178 Hµ TÊt Th¾ng II. §Çu ra PLC 1. Lµ ®Çu ®−a tÝn hiÖu ra cña PLC. 2. Ph©n lo¹i ®Ç
Bi ging PLC PLC01-1 PLC ? A Mục đích yêu cầu ã Năm đợc định nghĩa PLC hệ thống điều khiển ã Phân biệt đợc số loại PLC thiết bị lập trình, thiết bị hệ thống điều khiển ã Biết đợc khả làm việc PLC, u điểm sử dụng PLC B Chuẩn bi: ã Một số loại PLC hiƯn cã - OMRON, PLC, SIEMENS, DELTA, ABB • Modul đào tạo PLC tối thiểu, Hoặc modul đầy đủ ã Các mô hình có Các thiết bị hệ điều khiển ã Thết bị lập trình cho PLC, Cáp ghép nối, lập trình cầm tay ã Máy tính phần mềm lập trình C Lý thuyết: Các điều khiển chơng trình hoá Trong trình sản xuất hiệu sản xuất chìa khoá thành công Hiệu trình sản xuất thể yếu tố rộng nh: ã Tốc đô sản xuát sản phẩm thiết bị dây chuyền phải nhanh ã Giá nhân công vật liệu làm phải hạ ã Chất lợng sản phẩm phải cao phế phẩm ã Thời gian chết máy móc tối thiểu Các điều khiển chơng trình hoá PLC đáp úng đợc hầu hết yêu cầu nh yếu tố việc nâng cao na hiệu sản xuất Trớc việc tự động hoá đợc áp dụng sản xuất hàng loạt suất cao Ngày cần thiết phải tự động hoá sản xuất loại hàng hoá khác nhằm nâng cao xuất giảm vốn đầu t cho thiết bịvà xí nghiệp Các hệ thống sản xuất linh hoạt ngày đáp ứng đợc yêu cầu Hệ thống bao gồm thiết bị nh máy điều khiển số CNC, Robot công nghiệp, dây chuyền tự động Bạn có thẻ tìm thấy nhiều ứng dụng điều khiển lập trình PLC hệ thống tự động Quá trình phát triển TĐH: Trớc có điều khiển chơng trình hoá, sản xuất đ sử dụng nhiều phần tử điều khiển nh trục Cam, khống chế hình trống, Khi suất Rele điền từ panel điều kkhiển Rele đ trở thành chủ đạo điều khiển Khi Transitor đời đợc áp dụng nh nơi mà rele điện từ không đáp ứng đợc yêu cầu điều khiển cao Ngày lĩnh vực điều khiển đợc mở rộng đến trình sản xuất phức tạp, đến hệ điều khiển tổng thể, hệ điều khiển kiểm tra tập trung hoá Hệ điều khiển Logic thông thờng đáp ứng đợc yêu cầu phát triển Các điều khiển chơng trình hoá PLC máy tính đ trở nên cần thiết Hà Tất Thắng Trang / 178 I Các định nghĩa PLC: PLC chữ viết tắt chữ tiếng Anh Programmable Logic Controller nghĩa Điều khiển Logic Lập trình đợc PLC thiết bị điều khiển Có cấu trúc máy tính bao gồm bé sư lý trung t©m CPU, Bé nhí ROM, Bé nhớ RAM, dùng để nhớ chơng trình ứng dụng, cổng Vào/ Ra - INPUT/ OUTPUT Hình 1-1: Cấu tróc PLC VÞ trÝ cđa PLC hƯ thèng ®IỊu khiĨn: HƯ ®iỊu khiĨn trun thèng: H×nh 1-2 HƯ điều khiển truyền thống gồm khối: + Khối đầu vào: ã Gồm nút điều khiển ã Các công tắc ã Các công tắc hành trình đặt máy ã Các cảm biến đo lờng đặt dây chuyền sản xuất Trang / 178 Hà Tất Thắng + Khối điều khiển gồm phần tử: ã Các loaị Re le ã Các đếm thời gian ã Các đếm ã Các so sánh ã Các mạch điện tử + Khối đầu gồm: ã Các loại động ã Các loại van ã Các thiết bị gia nhiệt ã Các thiết bị thị Hệ ®iỊu khiĨn dïng PLC H×nh 1-3: HƯ ®iỊu khiĨn dïng PLC - Khối đầu vào tơng tự hệ điều khiển truyền thống - Khối đầu tơng tự hệ điều khiển truyền thống - Khối điều khiển đợc thay thiết bị điều khiển PLC kèm theo chơng trình ứng dụng, đợc lập trình dới dạng giản đồ thang nh hình vẽ II Khả PLC: Điều khiển Logic: ã Chức điều khiển re le ã Thời gian, đếm ã Thay cho Panel đIều khiển mạch in ã Điều khiển Tự động, bán tự động , tay máy trình Hà Tất Thắng Trang / 178 Điều khiển liên tục: ã Thực phép toán số học logic ã Điều khiển liên tục nhiệt độ áp suất lu lợng ã Điều khiển PID, FUZY ã Điều khiển động chấp hành, động bớc ã Điều khiển biến tần ã Khối đầu vào thêm khâu cảm biến Tơng tự ( Analog); Chiết áp,.vv ã Khối đầu có thêm thiết bị tơng tự nh biến tần, động SERVO, Động bớc ã Khối điều khiển thêm khâu biến đổi A/D, D/A Điều khiển tổng thể: ã Điều hành trình Báo động ã Ghép nối máy tính ã Ghép nối mạng tự động hoá ã Điều khiển tổng thể trình - Nghĩa điều khiển trình mối liên hệ với trình khác ã Tín hiệu vào có thêm thông tin III Các u điểm sử dụng PLC: - Thời gian lắp đặt công trình ngắn - Dễ thay đổi mà không gây tổn thất - Có thể tính xác đợc giá thành - Cần Ýt thêi gian hn lun - DƠ thay ®ỉi thiÕt kế nhờ phần mềm - ứng dụng điều khiển phạm vi rộng - Dễ bảo trì bảo hành nhờ: ã Khả tín hiệu hoá ã Khả lu giữ m lỗi ã Khả truyền thông - Độ tin cậy cao - Chuẩn hoá đợc thiết bị - Thích ứng môi trờng khắc nghiệt: Nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động IV Giới thiệu số loại PLC modul dạy PLC: Một số loại PLC SIEMENS: Trang / 178 Hà Tất Thắng Hà Tất Thắng Trang / 178 Hình 1-7 Ghép nối PLC với mô đun mở rộng Hình 1-8: Ghép nèi m¹ng PLC Mét sè lo¹i PLC CPM1 cđa OMRON: CPM1A - 20CDR Trang / 178 Hµ TÊt Thắng Hà Tất Thắng Trang / 178 Modul tối thiểu dùng đào tạo PLC V Một số thiết bị đầu vào sử dụng thí nghiệm: Một số loại cảm biến quang đầu ghép Transitor NPN Trang / 178 Hà Tất Thắng Cảm biến đến gần: Cảm biến đến gần kiểu điện dung: Hà Tất Thắng Trang / 178 Khung liệu gởi tõ m¸y tÝnh xuèng PLC: “@”: Ký tù b¸o khëi đầu khung liệu Node No: Khai báo PLC giao tiếp với PC Texte: Các tham số, liệu FSC: Hai ký tự kiểm tra lỗi Terminator: Ký tự * ký tự CHR$13 báo kêt thúc chuỗi ký tự truyền Khung trả lời từ PLC lên máy tính: @, Node, Head code: Các ký tự gởi lặp lại End code: Ký tự báo hoàn tất Texte: Dữ liệu trả lời theo yêu cầu bên gởi FSC: Hai ký tự kiểm tra lỗi Terminator: Ký tự * ký tự CHR$13 báo kêt thúc chuỗi ký tự truyền FCS ( Frem Checksequence ): - Trong khung liệu đợc truyền ngời ta thêm vào phần FCS ( Freme Check Sequence ) ë phÝa tr−íc ký tù kÕt thóc khung liệu dùng để phát bit lỗi xảy đâu bit bị lỗi FCS liệu số bit đợc biến đổi thành ký tự ASCII Các bit liệu FCS kết phép XOR bit, từ ký tự đầu khung liệu (ký tự @ ), ký tự cuối phần Text khung liệu truyền ( tức ký tự trớc phần FCS) - Việc tính lại FCS phía thu cho phép xác định lỗi khung liệu đ nhận đợc - Ví dụ khung liệu điều khiển đọc trạng thái đầu vào PLC : Trang 44 / 178 Hà Tất Thắng Các bớc thực hành giao tiếp gi−a m¸y tÝnh víi PLC Nèi m¸y tÝnh víi PLC Hà Tất Thắng Trang 45 / 178 Khởi động chơng trình thử cổng COM RS232 nhắp chọn Configure Khai báo mở cổng COM Đánh khung liệu gửi xuống PLC D Các bớc thực hành Tìm hiểu kỹ nguyên lý truyền nối tiếp Máy tính PLC Nối máy tính với PLC- CPM1 theo sơ đồ : Máy tính Cáp RS232 - CIF01 PLC-CPM1 Khởi động máy tính chơng trình thư cỉng COM : Khai b¸o më cỉng COM nhắp Configue khai báo Close : Trang 46 / 178 Hà Tất Thắng Trong bảng Trasmit to device : Đánh khung liệu cần truyền xuống PLC chọn Terminator CR, chän #Bytes to Read, Send Göi xuèng PLC cách nhắp Đọc kết gửi lên từ PLC cách nhắp Read So sánh khung liệu gửi khung liệu trả lời từ PLC, phân tích kết nhận đợc Chạy kiểm tra toàn lệnh giao tiếp PC PLC - viết báo cáo nhận xét kết 10 Các khung liệu thử nghiệm : Hà Tất Thắng Trang 47 / 178 E Câu hỏi cuối học Giải thích nội dung quan sát đợc thực hành Tính FCS khung liệu điều khiển Khởi động PLC, điều khiển đọc đầu vào ra, điều khiển đọc ghi, điều khiển đọc Timer, đếm CNT Tìm hiểu khả truyền thông khác PLC - CPM1A Trang 48 / 178 Hà Tất Thắng SIMATIC Group S7-200 Tips Topic Using the PID-Instruction CPUs required for this tip CPU 210 CPU 212 CPU 214 CPU 215 CPU 216 OTHER Overview The following S7-200 program is an short example of how to use the PID instruction The PID instruction will be explained using an example of a water tank The aim is to maintain a constant water pressure and also keep the tank from being emptied pump with the water supply water level 75 % Analog Output (0-10V) from PID process B+,B- and C+,Care unused inputs Analog Input (4-20mA) for PID PV A+ A- SIEMENS SIMATIC S7-200 SF I 0.0 I 1.0 Q 0.0 Q 1.0 RUN I 0.1 I 1.1 Q 0.1 Q 1.1 STOP I 0.2 I 1.2 Q 0.2 I 0.3 I 1.3 Q 0.3 I 0.4 I 1.4 Q 0.4 I 0.5 I 1.5 Q 0.5 I 0.6 Q 0.6 I 0.7 Q 0.7 L+ CPU 216 B+ B- EXTF Vo L+ M EM 235 AI 3x12Bit AQ 1x12Bit X 6ES7 214-1BC01-0XB0 M Figure 53.1 Hardware Requirements S7-200 PLC Expansion Module EM 235 Analog Combination AI 3/ AQ 1x 12 Bits General Description In this example, a water tank is used to maintain a constant water pressure Water is continuously being taken from the water tank at a varying rate A variable speed pump is used to add water to the tank at a rate that will maintain adequate water pressure and also keep the tank from being emptied Hµ TÊt Th¾ng Trang 49 / 178 The setpoint for this system is a water level setting that is equivalent to the tank being 75% full The process variable is supplied by a float gauge that provides an equivalent reading of how full the tank is and which can vary from 0% or empty to 100% or completely full The output is a value of pump speed that allows the pump to run from 0% to 100% of maximum speed The setpoint is predetermined and will be entered directly into the loop table The process variable will be supplied as a to 20 ma analog value from the float gauge The loop output will be written to the analog output (0 to 10 V), which is used to control the pump speed The span of both, the analog input and analog output is 32,000 NOTE: The Analog value (AIW0) can be averaged by an average subroutine, to filter the input before the value is used as the PV Refer tip no 54 for details Only proportional and integral control will be employed in this example The loop gain and time constants have been determined from engineering calculations and may be adjusted as required to achieve optimum control The calculated values of the time constants are: KC - 0.25 TS - 0.1 seconds and TI - 30 minutes The tank speed will be controlled manually until the water tank is 75% full, then the valve will be opened to allow water to be drained from the tank At the same time, the pump will be switched from manual to auto control mode A digital input will be used to switch the control from manual to auto This input is described below: I0.0 - Manual/Auto control: - manual, - auto While in manual mode, the pump speed will be written by the operator to VD108 as a real number value from 0.0 to 1.0 The following information documents the program and its operation as well as defining the variables, subroutines and interrupt routines used by the program Subroutines: SBR0 SBR1 Trang 50 / 178 Initialization subroutine Subroutine to check, if an error occurred at the analog module Hà Tất Thắng Interrupt Routines: INT 100 ms timed interrupt that invokes PID execution Description of variables: I0.0 Q0.7 Manual/Auto control Error on the Analog module The loop table is 36 byte long and the parameters in the V-memory table are all standard double words (VD) The loop table has the following format: Offset 12 16 20 24 28 32 Calculation Format Process variable Double word - real Setpoint Double word - real Output Double word - real Gain Double word - real Sample time Double word - real Integral time or Double word reset - real Derivative time Double word or rate - real Bias Double word - real Previous Double word process variable - real Data type In IN In/Out In In In In In/Out In/Out Description user definable Contains the process variable, which must be scaled between 0.0 and 1.0 Contains the setpoint, which must be scaled between 0.0 and 1.0 Contains the calculated output, scaled between 0.0 and 1.0 Contains the gain, which is a proportional constant Can be a positive or negative number Contains the sample time, in seconds Must be a positive number Contains the integral time or reset, in minutes Must be a positive number Contains the derivative time or rate, in minutes Must be a positive number Contains the bias or integral sum value between 0.0 and 1.0 Contains the previous value of the process variable stored from the last execution of the PID instruction NO YES NO YES YES YES YES YES NO (Note: The basic address of the example program is VD100.) VD100 VD104 VD108 VD112 VD116 VD120 VD124 VD128 VD132 process variable (PV) , from the analog input AWI0 setpoint (SP) output (M), contains the calculated output gain (Kc), a proportional constant sample time (Ts) integral time (Ti) derivative time (Td) or rate bias (MX) or integral sum previous process variable (PVN-1) More information about the PID Instruction is provided in the S7-200 System manual Basics of Controlling with PID is explained in tip 32 Information about the analog module is provided in the S7-200 System manual and in tip 34 Hà Tất Thắng Trang 51 / 178 Program Structure main program Start On the first scan: Initialization (SBR 0) Set and enable time interrupts (INT 0) On every scan: Check if the analog module has an error (SBR1) Set Q0.7 if an error occured main program End Interrupt program Start Get the process variable value from the the anlog input word (AIW0), scale value and store the converted value in the loop table In auto mode : execute PID-instruction Update analog output Interrupt program End LAD (S7-MicroDOS) STL (IEC) program description and main program // PID Example Program │ SM0.1 ├─┤ ├────────────────────────( CALL ) │ │ │ SM0.0 ├─┤ ├────────────────────────( CALL ) │ │ ├──────────────────────────────( MEND ) │ LD CALL SM0.1 // On the first scan // Call the initialization // subroutine LD CALL SM0.0 // On each scan // Check if error at the analog //module MEND // End the main program Subroutines // SBR0: Initialization (set and enable timed interrupt) Trang 52 / 178 Hà Tất Thắng SBR: │ └───┬──────┘ │ SM0.0 MOV_B───┐ ├─┤ ├───────────┬────────────┤EN │ │ │ K100┤IN OUT├SMB34 │ │ └───────┘ │ │ ATCH────┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ K0┤INT │ │ │ K10┤EVT │ │ │ └───────┘ │ │ │ └────────────( ENI ) │ ├──────────────────────────────( RET ) SBR LD SM0.0 MOVB 100, SMB34 // time interval (100ms) for timed // interrupt ATCH 0, 10 //Set timed interrupt to invoke // PID execution ENI // Enable interrupts RET // SBR1: Check for errors at the analog module If an error occurs set the Q0.7 ┌──────────┐ │ SBR: │ └───┬──────┘ │ SMB8 KH19 Q0.7 ├─────┤ == B ├─────┤NOT├─┬──────( ) │ │ │ │ │ │ │ │ │ SMB9 KH0 │ ├─────┤ == B ├─────┤NOT├─┘ │ │ ├──────────────────────────────( RET ) │ SBR LDB= SMB8, 16#19 // Check, NOT // if analog module is plugged in LDB= SMB9, 16#0 // Check, NOT // if analog module has an error OLD = Q0.7 // Error reading analog module RET // INT 0: Interrupt routine - PID- Routine (timed interrupt for PID-execution) ┌──────────┐ │ INT: │ └───┬──────┘ │ Q0.7 WXOR_DW─┐ 11 ├─┤ / ├───────────┬────────────┤EN │ │ AC0┤IN1 OUT├AC0 │ │ AC0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ MOV_W───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AIW0┤IN OUT├AC0 │ │ └───────┘ │ │ DI_REAL─┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AC0┤IN OUT├AC0 │ │ └───────┘ │ │ SUB_R───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ KR+6400.00┤IN1 OUT├AC0 │ │ AC0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ DIV_R───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AC0┤IN1 OUT├AC0 │ │ KR+25600.0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ MOV_R───┐ │ └────────────┤EN │ │ AC0┤IN OUT├VD100 │ └───────┘ │ │ │ │ Hà Tất Thắng INT LDN Q0.7 // If analog module is O.K.? XORD AC0, AC0 // Clear the accumulator MOVW AIW0, AC0 // save the analog value DTR AC0, AC0 // Convert 32-bit integer to real -R 6400.0, AC0 // Adjust for to 20 mA offset /R 25600.0, AC0 // Normalize the PV // value in the accumulator MOVR AC0, VD100 // Store accu in the loop Table LD PID I0.0 VB100, // When auto mode, // invoke PID execution Trang 53 / 178 │ │ I0.0 PID─────┐ 12 ├─┤ ├────────────────────────┤EN │ │ VB100┤TBL │ │ 0┤LOOP │ │ └───────┘ │ SM0.0 MUL_R───┐ 13 ├─┤ ├───────────┬────────────┤EN │ │ │ VD108┤IN1 OUT├AC0 │ │ KR+32000.0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ TRUNC───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AC0┤IN OUT├AC0 │ │ └───────┘ │ │ MOV_W───┐ │ └────────────┤EN │ │ AC0┤IN OUT├AQW0 │ └───────┘ │ 14 ├──────────────────────────────( RETI ) // Analog Output LD SM0.0 MOVR VD108, AC0 // loop output to accu *R 32000.00, AC0 // scale value in accu TRUNC AC0, AC0 // Convert real to // 32-bit integer MOVW AC0, AQW0 // write the value to analog output RETI Data Block DB1 (V Memory): // initialize values VD104 VD112 VD116 VD120 VD124 0.75 0.25 0.10 30.0 0.0 // setpoint = 0.75 = 75% full // loop gain = 0.25 // sample time = 0.1 seconds // integral time = 30 minutes // no derivation action Conversion Notes To Convert from IEC STL to S7-Micro/DOS STL: Add a ‘K’ before all non-Hex numerical constants (i.e ⇒ K4) Replace ‘16#’ with ‘KH’ for all Hex constants (i.e 16#FF ⇒ KHFF) Commas denote field divisions Use arrow or TAB keys to toggle between fields To convert an S7-Micro/DOS STL program to LAD form, every network must begin with the word ‘NETWORK’ and a number Each network in this Application Tip program is designated by a number on the ladder diagram Use the INSNW command under the EDIT menu to enter a new network The MEND, RET, RETI, LBL, SBR, and INT commands each receive their own networks Line-Comments denoted by ‘//’ are not possible with S7-Micro/DOS, but NetworkComments are possible General Notes The SIMATIC S7-200 Application Tips are provided to give users of the S7-200 some indication as to how, from the view of programming technique, certain tasks can be solved with this controller These instructions not purport to cover all details or variations in equipment, nor they provide for every possible contingency Use of the S7-200 Application Tips is free Siemens reserves the right to make changes in specifications shown herein or make improvements at any time without notice or obligation It does not relieve the user of responsibility to use sound practices in application, installation, operation, and maintenance of the equipment purchased Should a conflict arise between the general information contained in this publication, the contents of drawings or supplementary material, or both, the latter shall take precedence Siemens is not liable, for whatever legal reason, for damages or personal injury resulting from the use of the application tips All rights reserved Any form of duplication or distribution, including excerpts, is only permitted with express authorization by SIEMENS Trang 54 / 178 Hà Tất Thắng Tham kho: Chng trỡnh S7 200 ví dụ ngắn cách sử dụng PID thơng qua ví dụ điều khiển mức nước bể để vừa đảm bảo áp suất vừa đảm bảo nước bình khơng bị cạn hết Cấu trúc hệ thống hình đây: Yêu cầu thiết bị điều khiển: 01 PLC S7 200/ CPU 216 trở lên 01 khối EM 235 gồm có đầu vào analog đầu analog 12 bít Mô tả hệ thống: Trong hệ thống này, bể nước dùng để khống chế áp lực nước không đổi Nước liên tục lấy từ vòi với tốc độ Bơm dùng để tăng thêm nước vào bể với tốc độ đủ để trì áp suất mức nước bình không hạ xuống mức cho phép Giá trị đặt hệ thống mức nước (trong ví dụ 75% bể) Đại lượng đầu vào hệ thống tín hiệu cảm biến đo mức đưa thơng qua đầu vào analog A+, A- Tín hiệu đưa thay đổi từ – 20mA tương ứng với – 100% mức đầy bể Tín hiệu hệ thống tín hiệu điện áp thay đổi từ – 10 V dùng để điều khiển tốc độ bơm tương ứng – 100% tốc độ định mức Giá trị đặt định người sử dụng đưa trực tiếp vào trình Trong chương trình này, điều khiển sử dụng hai thông số P I, không dùng đến D Thời gian lấy mẫu Ts = 0.1 giây, KC = 0.25 Ti = 30 phút Trước tiên, bể nước tiếp đầy nước 75% Sau đó, van xả mở để lấy nước từ bể lúc bơm chuyển từ chế độ điều khiển tay sang chế độ tự động Trong trình điều khiển tay, tốc độ bơm qui định số thực lưu VD108 nằm khoảng 0.0 tới 1.0 SBR0 hàm thực khởi tạo hệ thống SBR hàm thực kiểm tra lỗi khối analog Đầu vào I0.0 dùng tín hiệu khởi động hệ thống điều khiển tự động Đầu Q0.7 báo lỗi xảy module analog Ngắt INT thực thuật toán PID 100 ms lần Bảng lặp dùng cho PID gồm có 36 byte thống số đặt vùng nhớ V tất dùng double word (VD) Hà Tất Thắng Trang 55 / 178 Khong cỏch Thơng số so với địa tính tốn bắt đầu Định dạng vào/ra Người dùng định nghĩa Mơ tả Tín hiệu mức nước bể, khoảng 0.0 – 1.0 tương ứng – 100% NO Giá trị đặt mức nước bể, phải nằm khoảng 0.0 – 1.0 YES Double word - real In/Out Giá trị tín hiệu ra, nằm khoảng 0.0 – 1.0 NO KC Double word - real In Hệ số khuếch đại P YES 16 TS Double word - real In Thời gian trích mẫu YES 20 Ti Double word - real In Thời gian tích phân YES Td Double word - real In Thời gian vi phân PV Double word - real vào SP Double word - real IN M 12 24 28 YES Bias (MX) Double word - real In/Out Tổng tích phân (bias MX or integral sum) 32 PVN-1 YES Double word - real In/Out Giá trị mức nước đo lần lấy mẫu trước NO Trong chương trình dùng địa bắt đầu bảng VD100 VD100 PV , lấy vào từ AWI0 VD104 SP VD108 M VD112 Kc VD116 Ts VD120 Ti VD124 Td VD128 MX VD132 VN-1 Có thể tham khảo thêm PID tài liệu cung cấp Hướng dẫn sử dụng hệ thống S7 200 sách tham khảo khác Lưu đồ thut toỏn Trang 56 / 178 Hà Tất Thắng CHNG TRÌNH CHINH // PID │ SM0.1 ├─┤ ├────────────────────────( CALL ) │ │ │ SM0.0 ├─┤ ├────────────────────────( CALL ) │ │ ├──────────────────────────────( MEND ) │ LD CALL SM0.1 LD CALL SM0.0 MEND // ON vòng quét đầu // Gọi hàm khởi tạo hệ thống // Luôn ON // Gọi hàm kiểm tra lỗi // khối analog // Kết thúc CHUONG TRINH CON // SBR0: Khởi tạo hệ thống khởi động ngắt thời gian ┌──────────┐ │ SBR: │ └───┬──────┘ │ SM0.0 MOV_B───┐ ├─┤ ├───────────┬────────────┤EN │ │ │ K100┤IN OUT├SMB34 │ │ └───────┘ │ │ ATCH────┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ K0┤INT │ │ │ K10┤EVT │ │ │ └───────┘ │ │ │ └────────────( ENI ) │ ├──────────────────────────────( RET ) SBR LD SM0.0 MOVB 100, SMB34 // Thời gian ngắt 100 ms ATCH 0, 10 // Gọi chương trình ngắt thời gian (10) để thực thuật toán PID ENI // Chấp nhận hoạt động RET // Trở chươn trình // SBR1: Kiểm tra lỗi khối analog báo lỗi Q0.7 ┌──────────┐ │ SBR: │ └───┬──────┘ │ SMB8 KH19 Q0.7 ├─────┤ == B ├─────┤NOT├─┬──────( ) │ │ │ │ │ │ │ │ │ SMB9 KH0 │ ├─────┤ == B ├─────┤NOT├─┘ │ │ ├──────────────────────────────( RET ) │ SBR LDB= SMB8, 16#19 // Nếu khơng có khối EM235 báo lỗi NOT LDB= SMB9, 16#0 // Nếu có EM235 có lỗi báo lỗi NOT OLD = Q0.7 // Error reading analog module RET // INT 0: Thực thuật toán PID ┌──────────┐ │ INT: │ └───┬──────┘ │ Q0.7 WXOR_DW─┐ 11 ├─┤ / ├───────────┬────────────┤EN │ │ AC0┤IN1 OUT├AC0 │ │ AC0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ MOV_W───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AIW0┤IN OUT├AC0 │ │ Hà Tất Thắng INT LDN Q0.7 // Nếu khối analog khơng có lỗi XORD AC0, AC0 // Xóa AC0 MOVW AIW0, AC0 // Lấy giá trị đo mức nước PV DTR AC0, AC0 // Chuyển đổi sang số thực 32 bít Trang 57 / 178 │ │ │ │ │ │ DI_REAL─┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AC0┤IN OUT├AC0 │ │ └───────┘ │ │ SUB_R───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ KR+6400.00┤IN1 OUT├AC0 │ │ AC0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ DIV_R───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AC0┤IN1 OUT├AC0 │ │ KR+25600.0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ MOV_R───┐ │ └────────────┤EN │ │ AC0┤IN OUT├VD100 │ └───────┘ │ I0.0 PID─────┐ 12 ├─┤ ├────────────────────────┤EN │ │ VB100┤TBL │ │ 0┤LOOP │ │ └───────┘ │ SM0.0 MUL_R───┐ 13 ├─┤ ├───────────┬────────────┤EN │ │ │ VD108┤IN1 OUT├AC0 │ │ KR+32000.0┤IN2 │ │ │ └───────┘ │ │ TRUNC───┐ │ ├────────────┤EN │ │ │ AC0┤IN OUT├AC0 │ │ └───────┘ │ │ MOV_W───┐ │ └────────────┤EN │ │ AC0┤IN OUT├AQW0 │ └───────┘ │ 14 ├──────────────────────────────( RETI ) -R 6400.0, AC0 // Chuyển đổi sang tín hiệu – 20 mA /R 25600.0, AC0 // Chuyển PV giá trị thường dùng MOVR AC0, VD100 // Lưu vào vùng nhớ LD I0.0 PID VB100, đầu VB100 // Chế độ Auto // Thực PID với địa bắt // Tín hiệu đầu analog LD SM0.0 MOVR VD108, AC0 // Đưa AC0 *R 32000.00, AC0 // chuyển thang giá trị TRUNC AC0, AC0 //Chuyển sang số nguyên 32 bít MOVW AC0, AQW0 // Gửi đầu RETI // Trở lại chương trình Dữ liệu DB1 (V Memory): // Khởi tạo VD104 VD112 VD116 VD120 VD124 Trang 58 / 178 0.75 0.25 0.10 30.0 0.0 // SV = 0.75 = 75% full // Kc = 0.25 // Ts = 0.1 seconds // Ti = 30 minutes // Td = Hà Tất Thắng ... số loại PLC modul d¹y PLC: Mét sè lo¹i PLC cđa SIEMENS: Trang / 178 Hà Tất Thắng Hà Tất Thắng Trang / 178 H×nh 1-7 GhÐp nèi PLC víi mô đun mở rộng Hình 1-8: Ghép nối mạng PLC Mét sè lo¹i PLC CPM1... 10 / 178 Hà Tất Thắng PLC0 1-2 Ghép nối vào PLC A Mục đích yêu cầu ã Năm đợc vấn đề cần biết sử dụng PLC ã Nắm đợc cấu trúc đặc điểm đầu vào đầu PLC ã Lắp đặt PLC ghép nối PLC với thiết bị hệ thống.. .PLC0 1-1 PLC ? A Mục đích yêu cầu ã Năm đợc định nghĩa PLC hệ thống điều khiển ã Phân biệt đợc số loại PLC thiết bị lập trình, thiết bị hệ thống điều khiển ã Biết đợc khả làm việc PLC, u