Giáo trình PLC cơ bản (Nghề Điện công nghiệp)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: PLC CƠ BẢN NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG LƯU HÀNH NỘI BỘ Năm 2017 LỜI GIỚI THIỆU Tự động hóa cơng nghiệp dân dụng ngày phát triển.Bộ não hệ thống tự động hóa điều khiển lập trình.Việc học tập nghiên cứu điều khiển lập trình vận hành nhu cầu cấp thiết học sinh,sinh viên ngành kỹ thuật Hiện tài liệu giảng dạy lập trình điều khiển lập trình có nhiều nhiên giáo trình viết cịn chung chung, mang nặng tính lý thuyết chủ yếu dành cho đối tượng sinh viên đại học Tập đề cương giảng đời với mục tiêu giúp cho đối tượng học sinh, sinh viên học nghề tiếp cận dễ dàng với điều khiển khả trình MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7 – 200 Cấu trúc PLC Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 .9 2.1 Địa ngõ vào / 10 2.2 Phần chữ vị trí kích thước nhớ 10 2.3 Phần số địa byte bit miền nhớ xác định: 12 Xử lý chương trình 13 3.1 Vịng qt chương trình 13 3.2 Cấu trúc chương trình S7 – 200 14 3.3 Phương pháp lập trình 15 Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi 17 4.1 Giới thiệu CPU 214 cách kết nối với thiết bị ngoại vi 18 4.2 Ví dụ kết nối ngõ vào/ PLC từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm 25 Cài đặt phần mềm STEP - Micro/win 4.0 29 5.1 Các bước cài đặt 29 5.2 Lập trình điều khiển với Microrwin V4.0 31 BÀI 2: LẬP TRÌNH DÙNG TẬP LỆNH PLC S7-200 36 Các lệnh logic 36 1.1 Lệnh vào/ra 36 1.2 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm 37 1.3 Các lệnh logic đại số Boolean: 38 1.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt : 41 1.5 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét: 43 Các lệnh thời gian Timer 45 Lệnh đếm Couter 48 Các lệnh so sánh 51 Đồng hồ thời gian thực 53 5.1 Lệnh đọc 53 5.2 Lệnh ghi 54 BÀI 3: LẮP ĐẶT MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 57 Giới thiệu chương trình mơ 57 Cách kết nối dây 59 Các mơ hình tập ứng dụng 61 3.1 Mô hình thang máy xây dựng 61 3.2 Mơ hình hệ thống băng tải 62 3.3 Mơ hình máy tiện đơn giản 62 3.4 Mơ hình hệ thống đèn giao thơng 63 3.5 Mơ hình hệ thống đóng gói sản phẩm 64 3.6 Mơ hình hệ thống trộn hóa chất 65 3.7 Mơ hình hệ thống đóng mở cửa siêu thị tự động 66 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 67 BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7 – 200 Cấu trúc 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 tốn đặc biệt dễ trao đổi thơng 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 vòng quét (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) - Bit nhớ - Các chức đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình 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 Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau: CPU Bộ nhớ chương trình Timer Khối vi xử lý trung tâm Bộ đệm vào /ra + Bộ nhớ chương trình Hệ điều hành Bit cờ Cổng vào Bus PLC Cổng ngắt đếm Quản lý Tốc độ cao ghép nối Hình 1.1 Cấu trúc PLC Thông 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 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 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 đọc ghi - ROM(Read Only Memory): Bộ nhớ đọc Bộ nhớ RAM: Có số lượng ô nhớ xác định Mỗi ô nhớ có dung lượng nhớ cố định tiếp nhận lượng thông tin định Các ô nhớ ký hiệu địa riêng Bộ nhớnày chứa chương trình sửa đổi liệu, kết tạm thời trình tính tốn, lập trình Đặc điểm nhớ RAM nội dung chứa ô nhớ bị mất nguồn điện Bộ nhớ ROM: Chứa thơng tin khơng có khả xố 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 ngôn ngữ máy - Khi bị nguồn điện, nhớ ROM giữ nguyên nội dung không bị 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 Hệ điều hành Sau bật nguồn, hệ điều hành đặt counter, timer bit nhớ với thuộc tính non-retentive (khơng nhớ Pin dự phịng) 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 Bit nhớ (memory bit) Các memory bit phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu Bộ đệm (Proccess Image) Bộ đệm vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu ngõ vào nhị phân Accumulator Accumulator nhớ trung gian mà qua timer hay counter nạp vào hay thực phép toán số học Counter, Timer Timer counter vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ giá trị đếm 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 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 tài liệu 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 19 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 phép 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 2.1 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 2.2 Phần chữ vị trí kích thước ô 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) 10 N n1 N n1 N n2 < =B N n2