PLC

Các thay đổi của đối tượng điều khiển được kiểm tra thường xuy ên b ởi các thi ết bị đầu v ào, các thi ết bị n ày g ởi tín hiệu đến PLC để tính toán xuất các tín hiệu ra đến các thi ết b[r]

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VIỆT ĐỨC - TỔ MÔN ĐIỆN TỬ

-KỸ THUẬT PLC

(Programmable Logic Controller)

NGUYỄN THANH MINH.VDIC

Chương 1 -TỔNG QUAN VỀ PLC

I Các kiến thức PLC (Programmable Logic Control)-Bộ điều khiển logic khả trình) Hình thành từ nhóm kỹ sư hãng General Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu thiết kế điều khiển thỏa mãn yêu cầu sau:

 Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu

 Dễ dàng sửa chữa thay

 Ổn định môi trường công nghiệp

 Giá cạnh tranh

Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thu ật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc thể thuật tốn mạch số

Với mạch số:

Các điều khiển lập trìnhđược – sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển tự động nh ứng dụng thương mại công nghiệp Các PLC thiết kế vào năm 70 để thay cho hệ thống điều khiển relay Ban đầu chúng bao gồm xử lý bit với nhớ ch ương trình, ghi tích lũy số ngõ vào ngõ ra, chức chúng thực đ ược thao tác logic đơn gi ản xử lý với ngõ vào số Ngày PLC phát triển mạnh thao tác với tín hiệu t ương tự thực phép toán phức tạp điều khiển PID, điều khiển mờ Chúng đ ược dùng tất giai đoạn trình sản xuất điều khiển q trình

Khơng giống hệ thống đấu dây phần cứng truyền thống, PLC có khả lập trình lại, giám sát on-line, có khả phát lỗi thân PLC thiết bị kết nối với chúng

Quá trình thực thi PLC bao gồm giai đoạn: giám sát ngõ vào, tính tốn sở chương trình điều khiển ngõ để tự động hóa q trình hay cơng cụ

I0.0

I0.1

Q0.0

I0.1 Q0.0

PLC diện nhiều ứng dụng cụ thể Chúng thiết bị làm việc lâu bền, làm việc điều kiện môi tr ường sản xuất bao gồm độ ẩm, nhiễu, thay đổi nhiệt độ chấn động

Tất hệ thống PLC gồm có thành phần cần thiết để thao tác với liệu vào, xử lý liệu điều khiển ngõ Các khối PLC bao gồm xử lý trung tâm (CPU), nhớ, giao tiếp ngõ vào giao tiếp ngõ Ngoài ra, PLC tích hợp khối nguồn, xung clock giao tiếp truyền thơng để nạp ch ương trình, giám sát trạng thái PLC hay nối mạng PLC với Ngõ vào PLC đưa vào tín hiệu số hay tương tự từ thiết bị khác (cảm biến) biến đổi thành tín hiệu logic để CPU sử dụng Bộ xử lý trung tâm CPU tính tốn thực thi phép tính điều khiển dựa lệnh điều khiển nhớ Bộ giao tiếp ngõ biến đổi lệnh điều khiển từ CPU thành tín hiệu số hay tương tự để dùng điều khiển thiết bị chấp hành khác (actuator)

Một thiết bị lập trình dùng để nhập lệnh mong muốn, lệnh định PLC làm tác động ngõ vào cụ thể Một thiết bị giao tiếp (operator interface) cho phép thơng tin q trình hiển thị để nhập thông số điều khiển

Bộ nhớ PLC nói chung đ ược chia thành phần: nhớ chương trình, nhớ liệu vùng nhớ lưu thông số cấu hình hệ thống

Bộ nhớ chương trình lưu trữ lệnh sơ đồ lập trình LAD hay STL Vùng nhớ điều khiển cách thức sử dụng vùng nhớ liệu I/O Các lệnh LAD hay STL viết thiết bị lập trình (PC) vàđược nạp (tải) vào vùng nhớ chương trình PLC

Hình 1: Cấu trúc chung PLC

Bộ nhớ thông số gồm ô nhớ l ưu trữ thông số cài đặt, mật khẩu, địa thiết bị điều khiển thông tin khơng gian nhớ sử dụng

PLC hoạt động theo cách thức đ ơn giản việc lặp lại trình sau Dữ liệu vào từ bên chuyển đổi qua giao tiếp ngõ vào thành dạng mà CPU dùng CPU tính tốn dựa liệu vào theo chương trình người dùng lưu trữ nhớ Các kết q trình tính tốn đưa tới giao tiếp ngõ để chuyển đổi thành dạng mà thiết bị kết nối với PLC sử dụng

II Cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC

PLC nhiều hãng chế tạo, hãng có nhiều họ khác nhau, có nhiều phiên (version) họ, chúng khác tính giá thành, phù hợp với mức độ toán đơn giản hay phức tạp Ngồi cịn có ghép nối mở rộng cho phép liên kết nhiều PLC nhỏ (thành mạng PLC) để thực chức phức tạp, hay giao tiếp với máy tính để tạo thành mạng tích hợp, thực việc theo dõi, kiểm tra, điều khiển q trình cơng nghệ phức tạp hay toàn phân xưởng sản xuất Mặc dù vậy, hệ thống điều khiển dùng loại PLC có cấu trúc nh hình

Trong đó:

● Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON OFF Khi trạng thái ON ngõ vào số coi mức logic hay mức logic cao Khi trạng thái OFF ngõ vào số coi mức logic hay mức logic thấp

Các kênh vào số thường nối với cảm biến hai trạng thái dạng đóng/ ngắt (On/Of) như:

- Cảm biến quang điện, - Cảm biến tiệm cận - Cảm biến xung điện - Các công tắc

● Ngõ vào tương tự: tín hiệu vào tín hiệu tương tự , thường ngõ vào tương tự có tầm – 20 mA, – 20 mA hay – 10VDC

Các kênh vao tương tự sử dụng cho việc lấy tín hiệu từ cảm biến t ương tự :

- Cảm biến lưu lượng

- Cảm biến độ ẩm

- Cảm biến áp xuất

- Cảm biến nhiệt độ

- Cảm biến áp xuất

- Cảm biến vị trí / tốc độ / gia tốc

- Cảm biến lực

● Ngõ số: gồm trạng thái ON OFF Các ngõ thường nối để điều khiển van solenoid, cuộn dây contactor, đèn hiệu

Các kênh số nối với thiết bị nh ư:

- Các cuộn hút cho van điện từ

- Các động b−ớc

- Các cấu đóng ngắt vv.

● Ngõ tương tự: tín hiệu tín hiệu tương tự, thường có tầm từ – 10 VDC Các kênh tương tự thường nối với cấu chấp hành tương tự:

- Các động DC vμ AC

- Các van động cơ, xi lanh thuỷ khí

- Các thiết bị đo tương tự.

● Thiết bị đầu vào: gồm thiết bị tạo tín hiệu điều khiển, th ường nút nhấn, cảm biến …

* Cảm biến: thiết bị nhằm biến đổi trạng thái vật lý thành tín hiệu điện để PLC sử dụng Cảm biến nối với ngõ vào PLC Một ví dụ sử dụng nút nhấn nối với đầu vào PLC, tín hiệu điện đ ược gửi tới PLC trạng thái (đóng/mở) tiếp điểm nút nhấn

Hình Các dạng tín hiệu ngõ vào PLC

● Chương trìnhđiều khiển: chương trình bao gồm hay nhiều lệnh nhằm thực nhiệm vụ cụ thể Việc lập trình cho PLC đơn giản xây dựng mộttập hợp lệnh Có nhiều cách để lập trình cho PLC như: dạng lập trình hình thang (LAD), dạng câu lệnh (STL), hay dạng s đồ khối chức (FBD) Ch ương trình điều khiển định qui luật thay đổi tín hiệu output phía đầu PLC theo thay đổi tín hiệu input phía đầu vào theo mong muốn Các chương trìnhđiều khiển tạo cách sử dụng lập trình chuyên dụng cầm tay (hand-held programmer hay PG = programmer) chạy phần mềm điều khiển tr ên máy tính PC đư ợc nạp vào PLC thơng qua cáp, nối PLC PC PG

Cần ý chương trìnhđể điều khiển hệ thống chạy tr ên PLC, khơng c ần có máy tính hay lập trìnhđể chạy PLC, chúng đóng vai trị lập trình hay giám sát hoạt động thông qua việc trao đổi thông tin v ới PLC

Chương trình PLC thường có cấu trúc, gồm có ch ương trình (main program), chương trình (subroutine) chương trình ngắt (interrupt) Nhờ cấu trúc chương trình trở nên dễ đọc rõ ràng

dụng trạng thái đầu vào Khi chương trình thực xong CPU bắt đầu trình tự chẩn đốn tác vụ giao tiếp Chu kỳ quét kết thúc việc cập nhật ngõ ra, sau lại lặp lại từ đầu Thời gian thực chu kỳ quét phụ thuộc vào kích thước chương trình, số lượng ngõ vào/ra cần giám sát PLC vào số lượng yêu cầu giao tiếp

Hình Chu kỳ (vịng) qt PLC

● Thiết bị lập trình (PG/PC): chương trình viết thiết bị lập trình truyền xuống PLC

● Cáp kết nối (cáp PPI): thiết bị cần thiết để truyền liệu từ thiết bị lập trình đến PLC

Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC: Bao gồm bước sau:

1- Xác định quy trình điều khiển: bước cần phải biết đối t ượng điều khiển PLC Các thay đổi đối tượng điều khiển kiểm tra thường xuyên thiết bị đầu vào, thiết bị gởi tín hiệu đến PLC để tính tốn xuất tín hiệu đến thiết bị đầu để điều khiển hoạt động đối t ượng

2- Xác định tín hiệu vào ra: bước cần xác định cách kết nối thiết bị đầu vào, với PLC Thiết bị vào tiếp điểm, cảm biến,… Thiết bị loại cuộn dây điện từ , đèn, …

3- Soạn thảo chương trình: chương trình viết dạng LAD, STL, hay dạng FBD

4- Nạp chương trình cho PLC

Trong thí nghiệm với PLC S7-200 (của hãng Siemens) cần quan tâm tới hai vấn đề sau:

●Sơ đồ nối dây PLC: thể s đồ nối dây thực thiết bị phía input phía output vào PLC S7–200

●Sơ đồ điều khiển PLC: viết STEP7-Micro/WIN phần mềm dùng cho PLC thuộc chủng loại S7-200

III Giới thiệu PLC S7-200

PLC phân thành hai loại: Micro PLC Modular PLC

- Micro PLC loại PLC mà ngõ vào, xử lý, ngõ nguồn đặt chung khối Các PLC rẻ thường dùng ngành công nghiệp nhẹ màở điện áp cao khơng cần thiết Chúng có cấu hình khác ngõ vào, ngõ ra, khả nhớ làm việc lâu dài để thỏa mãn ứng dụng khác Họ PLC S7-200 Siemens thuộc loại PLC

- Modular PLC loại PLC dùng ứng dụng công nghiệp nặng th ường hệ thống dạng mơ đun Các loại PLC có cấu hình khác ngõ vào/ngõ ra, nguồn cung cấp, dạng tín hiệu (rời rạc hay t ương tự), ứng dụng mạng v điều khiển từ xa Các hệ thống PLC bao gồm mô đun xử lý, mô đun ngõ vào/ngõ ra, gắn, mô đun nguồn, lập trình mơ đun giao tiếp cần thiết Họ PLC S7-300, S7-400 Siemens thuộc loại

- Bộ xử lý PLC loại Micro hay Modular bao gồm CPU, nhớ, cổng giao tiếp cổng ngoại vi Khơng phải tất PLC có cấu hình giống mà khác nhớ, cấu hình ngõ vào/ngõ ra, cấu hình mạng nhiều đặc tính khác

Sau giới thiệu vài loại CPU họ S7-200 sử dụng nội dung thí nghiệm:

a Bộ S7-200/CPU 212 có số tính sau:

– Số cổng vào/ra (I/O): ngõ vào số/6 ngõ số (có địa I0.0 ÷ I0.7, Q0.0 ÷ Q0.5) – Số tối đa mở rộng có th ể ghép nối: (với tối đa 64 ngõ vào số /64 ngõ số) – Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 1.2 μs/lệnh

– Bộ đếm thời gian (timer): 64 – Bộ đếm (counter): 64

– Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): (2 kHz -software) b Bộ S7-200/CPU 216 có tính sau:

– Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ số số (có địa I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7)

– Bộ đếm thời gian (timer): 256 – Bộ đếm (counter): 256

– Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): (1 software – hardware) – Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB

– Cổng giao tiếp:

c Bộ S7-200/CPU 226 có tính sau:

– Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ số (địa từ I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7)

– Số tối đa mở rộng ghép nối: – Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 0.37 μs/lệnh – Bộ đếm thời gian (timer): 256

– Bộ đếm (counter): 256

– Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): (30 kHz) – Đồng hồ thời gian thực

– Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB – Cổng giao tiếp:

– Số ngõ xung: (20 kHz) IV Sơ đồ nối dây thực S7 – 200

Sơ đồ nối dây CPU 212:

Với cách nối dây sơ đồ thể hiện, công tắc (hay nút nhấn) ngõ vào tác động, ngõ vào trạng thái logic (trạng thái ON) Nếu công tắc bị ngắt (hay không nhấn nút nữa), ngõ vào tương ứng trạng thái logic (trạng thái OFF) Nguyên tắc chung có điện áp khoảng quy định tr ước (thông thường 15 – 30 VDC) so với điểm chuẩn điện áp (các ngõ vào ký hiệu COM) đặt vào ngõ vào ngõ vào trạng thái 1, khơng có điện áp đủ lớn so với điểm chuẩn điện áp đặt vào ngõ vào ngõ vào trạng thái

Các CPU 216 CPU 226 nối dây tương tự với CPU 212 Chú ý:

• PLC nhận tín hiệu ngõ vào 24V, ngõ relay (3 4) SIKOSTART phải cấp tín hiệu 24V cho PLC

• PLC có ngõ ti ếp điểm relay nối chung với nhau, chưa nối nguồn bên trong, điều khiển contactor cấp điện áp 220V

Cách đấu đầu với thiết bị chấp hành của PLC V Giới thiệu chương trình STEP7– Micro/WIN

1 Dạng lập trình: STEP7 – Micro/WIN hỗ trợ hai dạng lập trình sau: a Dạng STL (Statement List): dạng ngôn ngữ sử dụng danh sách câu lệnh

b Dạng LAD (ladder): dạng ngôn ngữ đồ hoạ sử dụng ký hiệu t ương tự sơ đồ mạch điện (hình thang)

Các Menu cơng cụ thường dùng: • New (File Menu) Tạo • Open (File Menu) Mở file • Cut (Edit menu) Cắt • Paste (Edit Menu) Dán • Copy (Edit Menu) Sao chép • Download (PLC Menu) Tải xuống

• Network (Insert) Chèn network

• Program Elements (Insert) Mở cử sổ phần tử lập trình

• Clear/Reset (PLC) Xóa chương trình thời PLC • LAD, STL, FBD (View) Hiển thị dạng ngôn ngữ yêu cầu Các phần tử lập trình thường dùng (cửa sổ Program Elements):

So sánh Số nguyên Số thực

2 Các lệnh chương trình dạng LADDER:

Phầntử Ký hiệu Tên qui ước Tính chất

Lệnh tiếp điểm thường mở (Normally open)

n = I0.0, I0.1, …,I0.7, …

n = Q0.0, Q0.1, …,Q0.5, …

n = C0, C1, …, C63, …

n = T0, T1, …, T63, …

Lệnh tác động bit n ON – I: tiếp điểm thực nối cổng vào – Q: tiếp điểm output điều khiển

– C: tiếp điểm đếm đ.khiển – T: tiếp điểm timer điều khiển Lệnh tiếp điểm

thường đóng (Normally closed)

n = I0.0, I0.1, …,I0.7, …

n = Q0.0, Q0.1, …,Q0.5, …

n = C0, C1, …, C63, …

n = T0, T1, …, T63, …

Lệnh tác động bit n OFF – I: tiếp điểm thực nối cổng vào – Q: tiếp điểm output điều khiển

– C: tiếp điểm đếm đ.khiển – T: tiếp điểm timer điều khiển Lệnh phát

cạnh lên P

lệnh) Lệnh ngõ

(OUTput instruction)

n = Q0.0, Q0.1, …, Q0.5, …

Trang thái logic bit n trạng thái logic phía trước lệnh

Lệnh SET bit n = Q0.0, Q0.1, …

(1 bit bất kỳ)

Khi lệnh SET tác động, bit n chuyển sang ON giữ

Lệnh RESET bit

n = Q0.0, Q0.1, … (1 bit bất kỳ)

Khi lệnh RESET tác động, bit n chuyển sang OFF giữ ln

Bộ định thời gian đóng trễ TON (On-delay timer)

Txxx=

* T32: đơn vị tính ms

T96 (CPU216, 226) * T33– T36: - 10ms T97–T100 (CPU216, 226)

* T37– T63: -100ms

T101–T255 CPU216,226) – IN: tín hiệu vào – PT: hệ số thời gian trễ

– Khi IN từ lên sau thời gian định PT, Txxx chuyển

sang trạng tháiON (1) – Bất IN từ xuống Txxx chuyển sangOFF (0)

Bộ đếm lên/xuống CTUD

(Counter up/down)

Cxxx = C0, C1, …, C63, …

– CU: tín hiệu đếm lên

– CD: tín hiệu đếm xuống

– R: tín hiệu reset – PV: giá trị đặt (preset trạng thái

Value)

– Cxxx đếm lên/xuống đơn vị tín hiệu chuyển từ lên 1ở chân CU/CD

– Khi giá trị đếm Cxxx >= PV thì Cxxx ON (1), ngược lại OFF(0)

– Khi có tín hiệu reset chân R giá trị đếm Cxxx trở 0, Cxxxở trạng thái OFF

Bộ đếm lên CTU (Counter up) đếm xuống CTD (Counter down)

Cxxx = C0, C1, …, C63, …

– CU: tín hiệu đếm lên (CTU)

– CTU đếm lên đơn vị tín hiệu chuyển từ lên chân CU

xuống (CTD) – R: tín hiệu reset – PV: giá trị đặt (preset value)

– Đối với đếm lên CTU: Khi giá trị đếm Cxxx >= PV trạng thái Cxxx là ON (1), ngược lại OFF(0)

– Đối với đếm xuống CTD: Khi giá trị đếm Cxxx = trạng thái Cxxx làON (1), ngược lại OFF(0)

– Khi có tín hiệu reset chân R (CTU) giá trị đếm Cxxx trở 0, trạng thái Cxxx OFF(0) – Khi có tín hiệu preset chân LD (CTD) giá trị đếm Cxxx set giá trị đặt PV

Lệnh so sánh: (Compare)

Phép toán: = =

< > > < ≥ ≤

Dạng liệu: _Byte

Giải thích thêm: 1 Lập trình kiểu FBD

2 Thời gian định thời Timer Đối với định thời gian đóng trễ TON: Cơng thức tính giá trị thời gian đặt:

k

C T PT 

với T: thời gian cần làm trễ (s) C

k: độ phân giải (đơn vị tính thời gian) định thời (1 ms, 10 ms, 100 ms) 3 Các ô nhớ đặc biệt:

SM0.0 Bit luôn ON

SM0.1 Bit ON chu kỳ quét PLC SM0.5 Bit tạo xung clock giây (0,5s ON và 0,5s OFF). SM0.4 Bit tạo xung clock phút

4 Cấu trúc ô nhớ PLC Siemens:

1 Byte = Bit QB0≡ Q0.0→Q0.7

1 Word = Byte = 16 Bit (liên tiếp) QW0≡ QB0→QB1 Double Word = Byte = 32 Bit (liên tiếp) QD0≡ QB0→QB3

5 Cấu trúc ô nhớ liệu số:

Số Byte (B) byte ~ Byte

Số Integer (I): byte ~ Word

Số Long Integer (D) byte ~ Double Word

VI Hướng dẫn lập trình với STEP 7-Micro/WIN 32

Sau trình tự tổng quát cần thực để khởi tạo, kiểm tra giám sát project sử dụng Step7-MicroWIN 32 Trình tự:

1 Khởi động chương trình STEP 7-Micro/WIN 32 trong Windows

2 Để thiết lập giao tiếp PLC và PC ta chọn biểu tượng

Communications (double click)

Trong mục Communications ta chọn thiết lập giao tiếp PG/PC Interface cách chọn (double click)

Chọn Properties phần Set PG/PC Interface để thiếtlập thông số kết nối (ví dụ: tốc độ baud, cổng giao tiếp, địa chỉ, )

Sau hoàn tất việc thiết lập double click vào mục Double-Click to Refresh để kết nối với PLC

3 Khởi tạo file mới

a Chọn menu File/New (Ctrl+N).

b Chọn loại vào menuPLC/Type…

c Nhấn nút OK

4 Lập trình

Chú ý:

– Một chường trình dạng LADDER thường có nhiều network “mắc song song” với

– Trong netwok lập trình tối đa nhánh lệnh

– Kết thúc sơ đồ Step7-MicroWIN 32 ta không đư ợc đặt lệnh kết thúc không điều kiện END (nếu thêm lệnh vào bị sai cú pháp dịch ch ương

trình).

5 Các thích của chương trình a) Nhấn mouse vào hàng chữ Network (2,3 ) để đặt tên cho Network

b) Nhấn mouse vào hàng chữ POU Comment (Project Component

Comments) để ghi thành phần Project

5 Biên dịch chương trình vào menu PLC/Compile

Lúc chương trình kiểm tra cú pháp s đồ điều khiển thông báo kích thước chương trình lỗi cú pháp chương trình:

6 Lưu giữ chương trình vào menu File/Save As… sửa chương trình dùng lệnh Save

7 Nạp chương trình vào CPU của PLC

(chương trình vừa lập trình đang lưu máy

tính)

a Để nạp chương trình, PLC phải chế độ STOP theo hai cách: ● Gạt contact (3 tiếp điểm) PLC qua vị trí STOP.

● Gạt contact (3 tiếp điểm) PLC qua vị trí TERM chọn menu PLC /STOP. b Vào menu File/Download (Ctrl+D).

c Chọn thành phần cần nạp vào PLC (phải chọn Program)

d Nhấn nút OK để nạp chương trình từ máy tính vào PLC Nếu chương trình nạp vào PLC thành cơng có thơng báo Download hồn thành (Download Successfully), nhấn nút OK để tiếp tục chạy thử ch ương trình

8 Thực thi chương trình PLC

Định CPU chế độ RUN theo hai cách:

● Để contact (3 tiếp điểm PLC /RUN

9 Kiểm tra vận hành của chương trình

Chọn menu Debug/Program Status Để sửa chương trình, phải bỏDebug/Program Status

10 Xem hướng dẫn sử dụng việc lập trình PLC Chọn menu Help/Contents and Index Chọn tabIndex nhập từ lệnh cần xem.

 Các đèn báo CPU

Các đèn báo mặt PLC cho phép xác định trạng thái làm việc hành PLC: SF (đèn đỏ) : sáng thông báo hệ thống PLC bị hỏng

 RUN (đèn xanh) : sáng s ẽ thông báo PLC làm việc thực chương trìnhđược nạp vào máy

 STOP(đèn vàng) : sáng thông báo PLC chế độ dừng Dừng chương trình thực lại

 Ix.x (đèn xanh) : Thông báo tr ạng thái tức thời cổng vào PLC: Ix.x (x.x =0.0 ÷1.5) Đèn báohiệu trạng thái tín hiệu theo giá trị logic cổng

 Qy.y (đèn xanh) : Thông báo tr ạng thái tức thời cổng PLC: Qy.y (y.y =0.0 ÷1.1) Đèn báohiệu trạng thái tín hiệu theo giá trị logic cổng.

 Công tắc chọn chế độ làm việc CPU

Công tắc có vị trí : RUN – TERM - STOP, cho phép xác lập chế độ làm việc củaPLC - RUN : Cho phép PLC vận hành theo chương trình nhớ Khi PLC RUN,

có cố gặp lệnh STOP, PLC rời khỏi chế độ RUN chuyển sang chế độ STOP - STOP:Cưỡng CPU dừng chương trìnhđang chạy chuyển sang chế độ STOP Ở chế độ

- TERM : Cho phép máy lập trình tự định chế độ làm việc CPU chế độ RUN STOP

Chương 2

BÀI TẬP THỰC HÀNH CƠ BẢN VỚI

PLC S7- 200 Mục đích

– Làm quen với thiết bị công nghiệp: thiết bị động lực thiết bị điều khiển – Làm quen với khái niệm điều khiển cứng (bằng thiết bị, dây nối) v điều khiển mềm

(bằng chương trình)

– Tìm hiểu điều khiển ch ương trình (PLC)

– Tìm hiểu cách sử dụng PLC để điều khiển đối t ượng đơn giản Cơng cụ thí nghiệm

– Bộ PLC S7 – 200, CPU 212, 216, hay 226

– Phần mềm STEP7 – MicroWIN/16, hay STEP7 – MicroWIN/16 – Các thiết bị đầu vào

************************************************ Bài tập 1: Mạch điều khiển tắt/mở bóng đèn Đ

a Sơ đồ mạch điện:

b Sơ đồ điều khiển dạng LAD (ch ương trình bên PLC):

Sơ đồ hình vẽ thể thuật tốn điều khiển đ ược thực chương trình PLC

c Sơ đồ nối dây PLC:

Sơ đồ cho biết tín hiệu vào nối đến PLC để chương trình PLC viết vận hành theo ý đồ thiết kế

Đường

nguồn

Sơ đồ nối dây PLC Giản đồ thời gian và giải thích:

Ban đầu chưa đóng cơng tắc S ngõ vào PLC I0.0 có mức logic 0, chương trình điều khiển (LAD) cuộn dây Q0.3 khơng có tín hiệu từ đ ường cơng suất nên có mức logic Khi đóng cơng tắc S ngõ vào I0.0 trạng thái logic 1, tiếp điểm thường mở I0.0 chương trình LAD đóng lại cho phép tín hiệu từ đ ường công suất tới cuộn dây Q0.3, ngõ Q0.3 có mức logic làm sáng đèn Đ I0.0 PLC 24 VDC 220 VACS Đ I0.1 I0.7 I0.0 Q0.3 Q0.7 Đư ờng nguồn (logic 1)

Bài tập 2 : Mạch điều khiển đóng cuộn dây contactor K khoảng thời gian t = 2s nhả

a Sơ đồ dạng LAD: b Sơ đồ nối dây PLC:

Giản đồ thời gian và giải thích:

Giả sử ngõ Q0.1 mức logic 0, T37 trạng thái nên tiếp điểm thường đóng T37 Network mức Khi nhấn nút nhấn S ngõ vào I0.0 có mức logic 1, tiếp điểm thường mở I0.0 sơ đồ LAD đóng lại, cuộn dây Q0.1 có tín hiệu từ đường cơng suất nên có mức logic 1, tiếp điểm th ường mở Q0.1 đóng lại Khi nhả nút nhấn S ngõ vào I0.0 có mức logic 0, tiếp điểm th ường mở I0.0 mở nh ưng cuộn dây Q0.1 có tín hiệu từ đường cơng suất (do tiếp điểm Q0.1 đóng) Khi cuộn dây Q0.1 trạng thái ngõ vào IN Timer on-delay T37 có tín hiệu từ đường công suất làm khởi động Timer Trị số đếm tức thời Timer tăng dần theo theo thời gian, trị số tức thời lớn trị số đặt trước PT T37 (bit) lên mức Tiếp điểm thường đóng T37 hở làm ngắt tín hiệu từ đường cơng suất vào cuộn dây Q0.1(Network 1) , tiếp điểm thường mở Q0.1 hở Tín hiệu vào chân IN Timer T37 bị ngắt làm cho Timer T37 bị reset ( trị số đếm tức thời trở v ề bit T37 trở trạng thái 0)

Bài tập 3: Mạch đếm lên xuống

a.Sơ đồ dạng LAD b Sơ đồ nối dây PLC

Giản đồ thời gian giải thích:

đếm lên CU đếm có chuyển đổi từ Off sang On làm cho giá trị đếm tức thời tăng lên đơn vị Tương tự nhấn S2 có chuyển đổi trạng thái chân đếm xuống CD đếm làm cho giá trị tức thời giảm xuống đ ơn vị Khi giá trị đếm tức thời lớn giá trị đặt PV (=4) bit C48 lên mức logic Khi nhấn nút nhấn S3 ngõ vào I0.3 chuyển lên mức logic 1, tiếp điểm th ường mở I0.2 đóng lại cho phép tín hiệu từ đường cơng suất vào chân reset R đếm, giá trị tức thời đếm trở

Chú ý:

Bộ đếm lên CTU hoạt động tương tự đếm lên xuống CTUD loại đếm có đầu vào: chân đếm lên CU, chân reset R chân giá trị đặt PV

Chương – BÀI TẬP THỰC HÀNH THEO NHĨM Nội dung thí nghiệm

1 Xác định số tín hiệu vào cần liên kết với PLC

2 Lập trình PC để dùng PLC thực chức điều khiển a Vẽ sơ đồ đấu dây dùng PLC

b Vẽ sơ đồ điều khiển dạng LAD

3 Nạp chương trìnhđiều khiển vào PLC kiểm tra hoạt động PLC

Vấn đề 1- ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG, ĐẢO CHIỀU

Bài tập 1: Điều khiển khởi động, đảo chiều động c không đồng Mô tả vấn đề

A Bài toán 1

Cho sơ đồ đấu dây để khởi động v đảo chiều động KĐB pha (bằng cách đảo

pha): Cách vận hành

– Nhấn nút Run1: động quay theo chiều thuận, đèn Đ1 sáng – Nhấn nút Run2: động quay theo chiều ngược, đèn Đ2 sáng

– Nhấn nút Stop để dừng động c ơ, để ngắt điện động trước đổi chiều quay

B Bài toán 2

Sơ đồ đấu dây mạch động lực để khởi động v đảo chiều động KĐB tương tự phần A, nhiên có bốn nút nhấn Run1, Run2, Dir, Stop

Cách vận hành

– Nhấn nút Run1: động quay theo chiều thuận, đèn Đ1 sáng – Nhấn nút Run2: động quay theo chiều ngược, đèn Đ2 sáng

– Nhấn nút DIR để đảo chiều động c ơ, động không đảo chiều mà phải sau khoảng thời gian ngắt điện là M giây Trong thời gian đèn Đ3 nhấp nháy với tần số Hz (có thể dùng SM0.5 hay Timer)

– Nhấn nút Stop để dừng động c

C Bài toán 3

Sơ đồ đấu dây để khởi động v đảo chiều động KĐB, khởi động Y → Δ (để giảm dòngđiện khởi động) ~ K1 K2 Khối đấu dây động KĐB(hình b)

U1-U2 , V1-V2 , W1-W2 cuộn dây stator động c KĐB (3 pha) Qui trình khởi động:

– Đóng tiếp điểm K5

– Sau 50 ms đóng tiếp tiếp điểm K3

– Thời gian khởi động là M s, sau khoảng thời gian ngắt tiếp điểm K5 đóng K3

– Sau 50 ms thìđóng tiếp điểm K4 * Cách vận hành:

– Nhấn nút Run1: động khởi động Y/D theo chiều thuận, đ èn Đ1 sáng – Nhấn nút Run2: động khởi động Y/D theo chiều ng ược, đèn Đ2 sáng

– Nhấn nút Stop để dừng động c ơ, để ngắt điện động trước đổi chiều quay

Vấn đề 2- ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH THEO THỜI GIAN Mơ tả vấn đề

Bài tốn 1

Cho qui trìnhđóng gói cơng nghi ệp sau:

• Khi khởi động động M1 dùng để kéo băng tải phải giây để đ ưa hệ thống băng tải chạy ổn định

• CầnMgiây để đưa gói hàng từ đầu đến cuối băng tải để xếp vào thùng • Nắp phễu rót hàng M2 điều khiển mở đóng cách cấp điện (ứng với mở) khơng cấp điện (ứng với đóng), ng ười ta dùng đếm (counter) hoạt động nguyên tắc sử dụng cảm biến đ ếm dạng tế bào quang điện contact hành trình

• Mỗi hộp đựng 10 gói hàng (lấy ví dụ)

Đầu tiên người vận hành nhấn nút START để khởi động động c M1 định thời gian thứ (timer loại on-delay) Sau giây (chẳng hạn), băng tải chạy ổn định timer thứ bắt đầu điều khiển nam châm M2 để mở nắp phễu cho hàng rơi xuống băng tải Khi đủ số gói hàng qui định (chẳng hạn, 10 gói) cho thùng đếm lên điều khiển để:

+ Đóng nắp phễu cách ngừng cung cấp điện cho M2

+ Khởi động timer (loại on-delay) thứ hai (để định thời gian M giây). Nam châm M2 Phễu rót hàng Cảm biến đếm Count Động c M1 Thùng chưa hàng

– Sau M giây, reset giá trị đếm ban đầu; cung cấp điện trở lại cho M2, nắp phễu mở chu kỳ chuyển hàng tự động bắt đầu

Bài toán 2

ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHIỆP

Cho dây chuyền cơng nghiệp nh sau:

• Dây chuyền có cảm biến quang S1 để phát sản phẩm vào vùng làm việc (workcell) Cảm biến quang S2 đ ược dùng để phát sản phẩm khỏi vùng làm việc

• Ngõ PLC điều khiển băng tải M1 chạy mở cửa C1, cho phép sản phẩm vào vùng làm việc; đồng thời điều khiển băng tải M2 chạy mở cửa C2, cho phép sản phẩm khỏi vùng làm việc

• Bộ điều khiển đếm số sản phẩm vùng làm việc thông qua cảm biến S1 S2

• Nếu có M sản phẩm vùng làm việc băng tải đầu vào M1 dừng Nếu khơng có sản phẩm vùng làm việc (dùng lệnh so sánh) băng tải đầu M2 ngừng Nếu băng tải đầu v dừng 10 giây đếm reset khơng (cho sản phẩm vùng làm việc bị loại bỏ) (băng tải M1) tự động bắt đầu lại

Đầu tiên người vận hành nhấn nút START, đèn RUN báo hiệu hệ thống bắt đầu làm việc, băng tải M1 khởi động , dây chuyền vận hành theo quy trình nêu Dây chuyền dừng hoạt động cách nhấn nút STOP, đèn RUN tắt M1M2 C1 Vùng làm việc C2 S2 S1

Bài tốn 3

Bãiđậu xe mơ tả hình vẽ sau:

• Sức chứa bãiđậu xe hữu hạn (lấy ví dụ là M chỗ), giả thiết xe có kích thước chuẩn (ví dụ, xe chỗ)

• Tại cửa vào có đèn tín hiệu báo hết chỗ FULL, đ èn bật lên bãi đậu xe hết chỗ đỗ xe Nút nhấn Reset cho phép xác định bãi xeđang trống

Khi có xe đến gần cửa vào (do cảm biến PS1 báo về) cửa vào D1 mở khoảng thời gian n (chẳng hạn M+5 giây) xe vào bãi, trừ tín hiệu FULL bật (cửa khơng mở có xe đến gần tr ường hợp này) Khi có xe đến gần cửa D2 (do cảm biến PS2 báo về) cửa D2 mở khoảng thời gian n (chẳng hạn M+5 giây) xe khỏi bãi Một đếm dùng để đếm số xe có bãi (sẽ tăng lên đơn vị có xe vào giảm đơn vị có xe ra), bật tín hiệu FULL báo hết chỗ số xe bãiđạt giới hạn sức chứa bãi

Phần làm thêm (không bắt buộc): Đối với cửa D1 D2, nâng hay hạ kiểm tra cơng tắc hành trình (một cơng tắc hành trình báo cửa hạ tối đa, cơng tắc hành trình báo cửa nâng lên tối đa)

Bài toán -ĐIỀU KHIỂN PHÂN LOẠI V À ĐẾM SẢN PHẨM

Cho dây chuyền công nghiệp phân loại v đếm sản phẩm theo tiêu chuẩn sau:

d chiều dài sản phẩm vào

L chiều dài tối đa thành phẩm yêu cầu

-Nếud≥Lxem sản phẩm khổ

-Nếud < Lxem sản phẩm vừa

Giả sử khoảng cách sản phẩm liên tiếp lớn d Các cảm biến X1và X2đặt băng chuyền dùng để phân loại sản phẩm

Yêu cầu:

- Xác định nhập số sản phẩm vừa cần đếm cho thùng hàng (M sản

phẩm).

-Nhấn nútSTART(NO) để khởi động dây chuyền (Motor: M = 1).

- Bắt đầu trình phân loại đếm sản phẩm loại vừa (d < L, R=0) Nếu là sản phẩm q khổ (phế phẩm) xuất tín hiệu loại bỏ (Remove: R=1 - để điều khiển cần gạt phế phẩm ngoài) Tín hiệu giữ (R = 1) khi

có sản phẩm vào.

-Khi đãđủ số sản phẩm yêu cầu xuất tín hiệu báo đầy (FULL = 1) tạm ngừng đưa sản phẩm vào băng chuyền (EN = 0)

- Chờ M+5 giây, sau xố đếm, reset tín hiệu báo đầy (FULL = 0); cho sản phẩm chạy vào (EN = 1) tự động tiếp tục chu kỳ trình phân loại đếm

-Nhấn nútSTOP(NO) để dừng dây chuyền

(Hướng dẫn: dùng thêm lệnh CTUD, P, SET, RESET,…) Nội dung thí nghiệm

1 Xác định số tín hiệu vào cần liên kết với PLC

2 Lập trình PCđể dùng PLC thực chức điều khiển a Vẽ sơ đồ đấu dây dùng PLC

b Vẽ sơ đồ điều khiển dạng LAD