de cuong bai giang PLC s7-200

Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện Bài 1: Đại cương lập trình PLC (Thời gian Ngày dạy ) I Mục tiêu học - Trình bày ưu điểm PLC so với loại điều khiển khác ứng dụng PLC thực tế - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ học tập II Nội dung học Giới thiệu chung 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 vịng 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 cịn 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 cịn 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) - Bộ nhớ trung gian - Các chức đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình Đề cương giảng PLC Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện 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 thông 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 Bài toán điều khiển giải toán 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 hoá sản xuất nhằm thay phần tồn thao tác vật lý cơng nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển điều khiển 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 sốt, 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 Công tắc Đại lượng đo Sự dịch chuyển/ vị trí Đề cương giảng PLC Đại lượng Điện áp nhị phân(on/off) Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện (Switch) Cơng tắc hành trình Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân(on/off) (Limit switch) Bộ điều chỉnh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở Nhiệt độ Trở kháng thay đổi (Thermister) Tế bào quang điện Ánh sáng Điện áp thay đổi (Photo cell) Tế bào tiệm cận Sự diện cuả đối tượng Trở kháng thay đổi (Proximity cell) Điện trở đo sức căng Áp suất/ dịch chuyển Trở kháng thay đổi (Strain gage) Bảng 1.1: Các dạng tín hiệu vào + Khối xử lý: Khối thay người vận hành thực thao tác đảm bảo 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 sấy/ 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 Bảng 1.2: Các dạng cấu tác động ngõ 2.1 Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình: Đề cương giảng PLC Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện 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 địi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu đem lại khơng cao OFF ON Hình 1.2 Bộ điều khiển nối cứng đơn giản Trong công nghiệp, việc ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hố ngày tăng, địi 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 thơng tin với mơi 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 q trình làm việc Chương trình BộBộ nhớ Nhớ Đề cương giảng PLC Ngõ vào Input Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện Ngõ Output Hình 1.3 Bộ điều khiển logic khả trình 2.2 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: Hệ thống điều khiển thơng thường: - Thơ kệch có 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 thay đổi yêu cầu phải lắp đặt lại tồn 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 - Cơng 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 cịn có khả thêm vào hay thay đổi lệnh tùy theo u cầu cơng nghệ Khi ta cần thay đổi chương trình nó, điều nói lên tính điều Đề cương giảng PLC Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện 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 Khá thấp Lớn Chậm Xuất sắc Mất thời gian thiết kế lắp đặt Khả điều khiển tác vụ Không phức tạp Dễ thay đổi điều khiển Rất khó Cơng tác bảo trì Kém - có q nhiều công tắc Mạch số Thấp Rất gọn Rất nhanh Tốt Mất thời gian thiết kế Máy tính Cao Khá gọn Khá nhanh Khá tốt Mất nhiều thời gian lập trình Có PLC Thấp Rất gọn Nhanh Tốt Lập trình lắp đặt đơn giản Có Khó Khá đơn giản Kém - IC Kém - có hàn nhiều mạch điện tử chuyên dùng Rất đơn giản Tốt - mơ - đun tiêu chuẩn hố Có Theo bảng so sánh, PLC có đặc điểm phần cứng phần mềm làm cho trở thành điều khiển công nghiệp sử dụng rộng rãi 2.3 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 hoá 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: lị sấy, xi mạ…v.v Tuy nhiên khơng phải 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 Bài 2: Cấu trúc phương thức hoạt động PLC (Thời gian Ngày dạy ) I Mục tiêu Đề cương giảng PLC Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện - Trình bày cấu trúc nhiệm vụ khối chức PLC - Giải thích vận dụng xác cách lập trình, thử chương trình máy - Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận học tập II Nội dung học Cấu trúc PLC Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau: CPU Bộ nhớ chương trình Bộ đệm vào/r Timer Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Bộ nhớ chương trình Bit cờ Bus PLC Cổng vào Onboard Quản lý ghép nối Cổng ngắt đếm Hình 2.1 Cấu trúc PLC Thơng tin xử lý PLC lưu trữ nhớ Mỗi phần tử vi mạch nhớ chứa bit liệu Bit liệu (Data Binary Digital) chữ số nhị phân, hai giá trị Tuy nhiên vi mạch nhớ thường tổ chức thành nhóm để chứa bit liệu Mỗi chuỗi bit liệu gọi byte Mỗi mạch nhớ byte (byte nhớ), xác nhận số gọi địa (address) Byte nhớ có địa Dữ liệu chứa byte nhớ gọi nội dung Địa byte nhớ cố định byte nhớ PLC có địa riêng Địa byte nhớ khác khác nhau, nội dung chứa byte nhớ đại lượng thay đổi Nội dung byte nhớ liệu lưu trữ tức thời nhớ Để lưu giữ liệu mà byte nhớ khơng thể chứa hết PLC cho phép cặp byte nhớ cạnh xem xét đơn vị nhớ gọi từ đơn (Word) Địa thấp byte nhớ dùng làm địa từ đơn Ví dụ: Từ đơn có địa byte nhớ có địa với địa byte cao địa byte thấp Đề cương giảng PLC Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện IB2 IB3 IW IW2 từ đơn có địa IB2 byte có địa IB3 byte có địa Trong trường hợp liệu cần lưu trữ mà từ đơn chứa hết được, PLC cho phép ghép byte liền xem xét đơn vị nhớ gọi từ kép (Double Word) Địa thấp byte nhớ địa từ kép Ví dụ: Từ kép có địa 100 byte nhớ từ kép có địa 100, 101,102,103 103 địa byte thấp,100 địa byte cao MW100 MW101 MW102 MW103 DW100 Trong PLC xử lý trung tâm thực số thao tác như: - Đọc nội dung vùng nhớ (bit, byte, word, double word) - Ghi liệu vào vùng nhớ (bit, byte, word, double word) Trong thao tác đọc, nội dung ban đầu vùng nhớ không thay đổi mà lấy liệu để xử lý Trong thao tác ghi, liệu ghi vào trở thành nội dung vùng nhớ liệu ban đầu bị Có hai loại nhớ CPU PLC: - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên - ROM (Read Only Memory) Bộ nhớ đọc Các khối PLC 2.1 Bộ nhớ RAM: Có số lượng nhớ xác định Mỗi nhớ có dung lượng nhớ cố định tiếp nhận lượng thơng tin định Các ô nhớ ký hiệu địa riêng Bộ nhớ chứa chương trình sửa đổi liệu, kết tạm thời q trình tính tốn, lập trình Đặc điểm nhớ RAM nội dung chứa nhớ bị mất nguồn điện 2.2 Bộ nhớ ROM: Đề cương giảng PLC 10 Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện Chứa thơng tin khơng có khả xố khơng thể thay đổi được, nhà sản xuất sử dụng chứa chương trình thống Chương trình nhớ ROM có nhiệm vụ: - Điều khiển kiểm tra chức hoạt động CPU (hệ điều hành) - Dịch ngơn ngữ lập trình thành ngơn ngữ máy - Khi bị nguồn điện, nhớ ROM giữ ngun nội dung khơng bị 2.3 Bộ xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit) điều khiển quản lý tất hoạt động bên PLC Việc trao đổi thông tin CPU, nhớ khối vào/ra thực thông qua hệ thống Bus điều khiển CPU Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường hay MHz, tùy thuộc vào xử lý sử dụng Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động PLC dùng để thực đồng cho tất phần tử hệ thống 2.4 Hệ điều hành Sau bật nguồn, hệ điều hành đặt counter, timer bit nhớ với thuộc tính non-retentive (khơng nhớ Pin dự phòng) accu Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc dịng chương trình từ đầu đến cuối Tương ứng hệ điều hành thực chương trình theo câu lệnh 2.5 Bit nhớ (memory bit) Các memory bit phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu 2.6 Bộ đệm (Proccess Image) Bộ đệm vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu ngõ vào nhị phân 2.7 Accumulator Accumulator nhớ trung gian mà qua timer hay counter nạp vào hay thực phép toán số học 2.8 Counter, Timer Timer counter vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ giá trị thời gian đếm 2.9 Hệ thống Bus Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành modul ngoại vi (các ngõ vào ngõ ra) kết nối với PLC thông qua Bus nối Một Bus bao gồm dây dẫn mà liệu trao đổi Hệ điều hành tổ chức việc truyền liệu dây dẫn Đề cương giảng PLC 11 Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 S7 – 200 thiết bị điều khiển lập trình loại nhỏ hãng Siemens (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu modul có modul mở rộng Thành phần S7 – 200 khối vi xử lý CPU 212 CPU 214 Về hình thức bên ngồi, khác loại CPU nhờ số đầu vào/ra nguồn cung cấp - CPU 212 có cổng vào cổng ra, có khả mở rộng thêm modul - CPU 214 có 14 cổng vào 10 cổng ra, có khả mở rộng thêm modul Trong giảng đề cập đến CPU 214 chủ yếu CPU 214 có đặc điểm sau: - 2048 từ nhớ chương trình ( chứa ROM điện ) - 2048 từ nhớ liệu ( 256 từ chứa ROM điện ) - 14 ngõ vào 10 ngõ digital kèm theo khối trung tâm - Hỗ trợ tối đa modul mở rộng kể modun analog - Tổng số cổng vào/ra cực đại 64 cổng vào digital - 128 Timer chia làm loại theo độ phân giải khác nhau: Timer 1mS, 16 Timer 10mS, 108 Timer có độ phân giải 100mS - 128 đếm chia làm loại: 96 đếm lên 32 đếm lên xuống - 256 ô nhớ nội - 688 ô nhớ đặt biệt dùng để thông báo trạng thái đặt chế độ làm việc - Có pháp tính số học - Ba đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz KHz - Hai điều chỉnh tương tự - Tồn vùng nhớ khơng bị liệu khoảng thời gian 190 PLC bị nguồn nuôi 3.1 Địa ngõ vào / Địa ô nhớ S7 bao gồm hai phần: Phần chữ phần số Ví dụ: PIW 304 Phần chữ Phần số I0.0 Phần chữ Phần số 3.2 Phần chữ vị trí kích thước nhớ: M: Chỉ ô nhớ miền biến cờ có kích thước bit MB: Chỉ nhớ miền biến cờ có kích thước byte (8 bit) MW: Chỉ ô nhớ miền biến cờ có kích thước byte (16 bit) Đề cương giảng PLC 12 Giáo viên: Lê Văn Thắng ... Bài :Kết nối dây plc thiết bị ngoại vi, an toàn cho PLC (Thời gian Ngày dạy ) I Mục tiêu - Thực kết nối PLC thiết bị ngoại vi phòng thực hành - Lắp đặt thiết bị bảo vệ cho PLC theo yêu cầu... Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi Đề cương giảng PLC 19 Giáo viên: Lê Văn Thắng Trường TC nghề KT-KT Bắc Nghệ An Khoa Điện Việc kết nối dây PLC với ngoại vi quan trọng Nó định đến việc PLC giao... card nhớ CPU PLC Thơng thường lập trình kiểm tra 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