Giáo trình Điều khiển lập trình PLC

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ   GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Chủ biên: Th.S Trần Ngọc Bình TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG NĂM 2012 TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ   GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Chủ biên: Th.S Trần Ngọc Bình TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG NĂM 2012 Một vài năm gần đây, yêu cầu tự động hóa cơng nghiệp xã hội ngày tăng, trường đào tạo kỹ thuật có thêm ngành học với nhiều tên gọi khác như: Điều khiển tự động, tự động hóa, điều khiển học, … nhằm mục đích đào tạo cho xã hội kỹ sư, công nhân kỹ thuật để phục vụ trong quan, xí nghiệp trang bị hệ thống tự động điều khiển với qui mô lớn đại Do chương trình đào tạo trường chưa thống tài liệu chuyên ngành chưa hệ thống hóa, điều làm cho người dạy người học lĩnh vực gặp nhiều khó khăn cần tham khảo “Giáo Trình Điều Khiển Lập Trình PLC” biên soạn theo chương trình khung, trình độ cao đẳng quy nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy học mơn chuyên ngành kỹ thuật trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TPHCM Đồng thời, giáo trình tài liệu tham khảo cán bộ, công nhân kỹ thuật nhằm củng cố thêm kiến thức chuyên ngành, tiếp cận nhanh với thiết bị tự động đại sử dụng ngành công nghiệp Tuy tác giả có nhiều cố gắng q trình biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, bổ sung quý độc giả đồng nghiệp để giáo trình có chất lượng tốt Trân trọng! TP HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2012 MỤC LỤC Trang Chương 1: Tổng quan điều khiển lập trình 1.1 Các loại điều khiển công nghiệp 1.2 Ưu điểm PLC 1.3 Các ứng dụng PLC thực tế Chương 2: Cấu trúc phương thức hoạt động PLC 2.1 Cấu trúc PLC 2.2 Các khối PLC 2.3 Các ngõ vào cách kết nối 12 2.4 Xử lý chương trình 13 2.5 Các phương pháp lập trình (LAD, STL, FBD) 15 Chương 3: Các phép toán nhị phân PLC 17 3.1 Các liên kết logic 17 3.2 Tập lệnh 21 3.3 Timer 23 3.4 Counter 26 3.5 Các thí dụ 29 Chương : Các phép toán số PLC 37 4.1 Chức truyền dẫn 37 4.2 Chức so sánh 38 4.3 Chức dịch chuyển 39 4.4 Chức biến đổi 40 4.5 Chức toán học (cộng, trừ, nhân, chia) 41 4.6 Chức số (trị tuyện đối , , sin ,cos) 42 Chương 5: Xử lý tín hiệu Analog EM235 47 5.1 Tín hiệu analog 47 5.2 Biểu diễn giá trị analog 48 5.3 Kết nối ngõ vào analog 50 5.4 Hiệu chỉnh giá trị analog 6.1 Khởi động phần mềm 53 64 64 6.2 Giao diện hình 66 6.3 Các bước thực dự án 72 Chương 6: Thao tác phần mềm S7 – 200 Chương 7: Các họ PLC khác 7.1 Họ Omron 7.2 Họ Mitsubishi Tài liệu tham khảo 81 81 95 96 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 1.1 Các loại điều khiển cơng nghiệp 1.1.1 Hệ thống điều khiển ? Hệ thống điều khiển tập hợp thiết bị dụng cụ điện tử, dùng để vận hành trình cách xác thơng suốt 1.1.2 Hệ thồng điều khiển dùng rơle Trƣớc có PLC ngƣời ta điều khiển hệ thống contactor, rơle điện từ, định thời, đếm Hệ thống đƣợc liên kết với để trở thành hệ thống hoàn chỉnh Hệ thống dùng relays phức tạp : nhiều dây kết nối, thiết bị cồng kềnh khó sửa chữa bảo trì hƣ hỏng, khơng thể thực đƣợc cơng việc mang tính phức tạp cao, có yêu cầu thay đổi điều khiển bắt buộc phải thiết kế lại nối dây lại từ đầu 1.1.3 Hệ thống điều khiển dùng vi xử lý : Hệ thống điều khiển dùng vi xử lý đời khắc phục đƣợc số nhƣợc điểm hệ thống dùng rơle nhƣ sơ đồ nối dây số ƣu điểm khác nhƣ khả nhớ thực đƣợc chức phức tạp mà hệ thống điều khiển rơle không thực đƣợc Tuy nhiên, hệ thống điều kiển vi xử lý tồn số nhƣợc điểm : khó lập trình vấn đề xử lý nhiễu 1.1.4 Hệ thống điều khiển dùng PLC Với khó khăn phức tạp thiết kế hệ thống dùng rơle điện, năm 80, ngƣời ta chế tạo điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tin cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc môi trƣờng công nghiệp khắc nghiệt nhƣ nhiệt độ cao, độ ẩm lớn … đêm lại hiệu kinh tế cao Đó lập trình đƣợc PLC, đƣợc chuẩn hố theo ngơn ngữ Anh Quốc Programmable Logic Controller (viết tắt PLC) PLC kết hợp hệ thống điều khiển dùng vi xử lý rơle CHƢƠNG 1 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 1.2 Ƣu điểm PLC Ngƣời ta sử dụng PLC nhiều công nghiệp PLC có ƣu điểm : - Độ ổn định, độ tin cao - Lắp đặt đơn giản - Rất dễ lập trình - Đáp ứng yêu cầu địi hỏi mà khơng cần thây đổi phần cứng - Kích thƣớc nhỏ, gọn - Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống - Điều khiển linh hoạt đa dạng 1.3 Các ứng dụng PLC thực tế Hiện PLC đƣợc ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp dân dụng Từ ứng dụng để điều khiển hệ thống đơn giản, có chức đóng/mở (ON/OFF) thơng thƣờng đến úng dụng cho lĩnh vực phức tạp địi hỏi tính xác cao, ứng dụng thuật tốn q trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC bao gồm : - Hóa học dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong ngành hóa … - Chế tạo máy sản xuất: Tự động hóa chế tạo máy, cân đong, trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại,… -Bột giấy, giấy, xử lý giấy : điều khiển máy băm, trình ủ bột, trình cán, gia nhiệt, … - Thủy tinh phim ảnh: q trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy, … CHƢƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC - Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm sốt q trình sản xuất, bơm (bia, nƣớc trái cây, …), cân đong, đóng gói, hịa trộn, … - Kim loại: điều khiển trình cán, (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lƣợng - Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho trình đốt, xử lý turbin, …), trạm cần hoạt động khai thác vật liệu cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ, …)  CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Câu 1: Trình bày ƣu điểm PLC kỹ thuật điều khiển? Câu 2: Hãy so sánh ƣu, khuyết điểm hệ thống khiển rơle, hệ thống điều khiển vi xử lý hệ thống điều khiển PLC? CHƢƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ PHƢƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 2.1 Cấu trúc PLC PLC hãng Siemens có loại sau : S7-200, S7-300, S7 – 400 PLC S7–200 có loại CPU sau : CPU 212, CPU 214, CPU 216, CPU 221, CPU 222, CPU224 … 2.1.1 Cấu trúc phần cứng Hình 2.1: Cấu trúc phần cứng PLC S7-200 CHƢƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Trong đó: 1: Chân cắm cổng 2: Chân cắm cổng vào 3: Các đèn trạng thái: SF, RUN, STOP 4: Đèn xanh cổng vào trạng thái tức thời cổng vào 5: Cổng truyền thông 6: Đèn xanh cổng định trạng thái tức thời cổng 7: Công tắc  CPU 224 bao gồm: - Dung lƣợng nhớ chƣơng trình 2K - Dung lƣợng nhớ liệu 2K - Có 14 cổng vào 10 cổng - Có thể thêm vào Modul mỡ rộng kể Modul Analog - Có 128 timer, 180 couter, 688 bits nhớ đặc biệt - Có chế độ ngắt xử lý ngắt - Có đếm tốc độ cao - Có điều chỉnh tƣơng tự - Tồn dung lƣợng nhớ không bị liệu thời gian 190 kể từ PLC điện  Các đèn báo CPU: - SF : đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng ( đèn đỏ ) - RUN : PLC chế độ làm việc ( đèn xanh ) - STOP : PLC chế độ dừng (đèn vàng ) - Ixx, Qxx: định trạng thái tức thời cổng (đèn xanh )  Công tắc chọn chế độ làm việc : - RUN : Cho phép PLC thực chƣơng trình nhớ, PLC chuyển từ RUN qua STOP gặp cố CHƢƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Chọn toán hạng Y001 cho ngõ ra, tiến hành thực thao tác bố trí linh kiện vừa mơ tả Toán hạng Y001 xuất khung, nhƣng nằm phía tận bên phải cửa dổ lập trình; lúc ta không cần thực đƣờng nối ngang, phần mềm tự thực thao tác nối Trên rung đƣợc tô xám (báo hiệu sẵn sàng lập trình) ơ đƣợc viền màu đen  Tiến hành lập trình khung  Giả sử muốn nối tiếp điểm rung với tiếp điểm bố trí rung 1, ta dời trỏ đến vị trí rung phía phải chổ cần nối CHƢƠNG 105 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Sau click trái chuột lên ô biểu diễn đứng (Vertical line) chọn OK cửa sổ phụ để thực mối nối  Muốn xoá đƣờng nối ta thực nhƣ sau:  Xoá đƣờng ngang: Đặt trỏ vị trí đƣờng ngang muốn xố sau nhấn phím Delete bàn phím để xố, trƣờng hợp khơng muốn dùng phím sử dụng tổ hợp phím (CTRL+DELETE) để xoá CHƢƠNG 106 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Xố đƣờng đứng: Đặt trỏ ô bên phải đƣờng nối, chọn click chuột lên ô biểu diễn đƣờng nối đứng có gạch chéo (Horizontal line) chọn OK cửa sổ phụ để thực xoá đƣờng đứng CHƢƠNG 107 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Khai báo thơng số cho Timer (rơle thời gian On Delay) cho Counter (bộ đếm)  Định khơng khả nhớ: 10ms có địa từ T200 đến T245; 100ms có địa từ T0 đến T199  Định khả nhớ: 10ms có địa từ T246 đến T249; 100ms có địa từ T250 đến T255  Bộ đếm 16 bit chung đƣợc chốt: có địa từ C0 đến C31  Giả sử có đoạn lập trình LADDER muốn bố trí thêm rơ le thời gian T1, trình tự thực nhƣ sau:  Trên công cụ chứa linh kiện, nhập nút trái chuột (hoặc dùng phím nóng F7) xuất một hộp thoại dùng khai báo cấu hình cho OUTPUT CHƢƠNG 108 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC + Khai báo hộp thoại Chọn loại toán hạng Khai báo cho Timer + T1: Timer thứ (độ phân giải 100ms) + K100: Giá trị đặt cho Timer định thời 100x0,1s = 10s + Giữa T1 K100 phải có khoảng trắng  Sau nhấn OK, hồn tất quy trình nhập định T1 với thơng số K100  Giả sử có đoạn lập trình LADDER muốn bố trí thêm đếm C0, trình tự thực nhƣ sau: CHƢƠNG 109 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Trên công cụ chứa linh kiện, nhập nút trái chuột (hoặc dùng phím nóng F7) xuất một hộp thoại dùng khai báo cấu hình cho OUTPUT  Khai báo hộp thoại Chọn loại toán hạng Khai báo cho đếm + C0: Bộ đềm thứ + K5: Giá trị đặt cho đếm lần đếm + Giữa C0 K5 phải có khoảng trắng  Sau nhấn OK hồn tất quy trình nhập đếm C0 với thông số đếm K5 CHƢƠNG 110 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Thiết lập reset đếm Chọn Application instruction (hoặc nhấn phím nóng F8) RST C0: Reset đếm C0 RST C0 có khoảng trắng CHƢƠNG 111 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ  ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Nhấn OK 7.2.3 Chuyển chƣơng trình sang PLC để vận hành: Sau lập trình xong máy tính muốn chuyển sang PLC, ta cần tiến hành bƣớc sau:  Giả sử vừa lập xong đoạn chƣơng sau; tất rung dƣợc tơ màu xám Chúng ta lƣu (Save) chƣơng trình  Sau đƣa trỏ chuột lên Menu đến vị trí Convert => Convert nhấn phím nóng F4  Khi chức thực xong, rung lập trình biến màu xám CHƢƠNG 112 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Chuyển sang PLC để vận hành, Menu, chọn Online, sau chọn Write to PLC… CHƢƠNG 113 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Sau hình xuất hộp thoại Write to PLC chọn  Chọn Select All chọn Execute CHƢƠNG 114 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Xuất hộp thoại sau có nghĩa nguồn PLC chƣa đƣợc mở cáp truyền liệu từ máy tính qua PLC chƣa đƣợc kết nối  Ta bật công tắc nguồn PLChoặc nối cáp truyền liệu thực lại thao tác trênsẽ xuất hộp thoại MELSOFT series GX Developer Chọn Yes  Nếu hiển thị hộp thoại sau có nghĩa PLC chế độ RUN, liệu không truyền qua PLC đƣợc CHƢƠNG 115 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Khi để truyền để truyền đƣợc liệu qua PLC phải gạt công tắc vận PLC sang chế độ STOP (đèn RUN PLC tắt) Sau thực lại thủ tục truyền liệu lại từ đầu Bây việc truyền liệu đƣợc thực thi, hình xuất cửa sổ  Và cửa sổ sau  Chọn OK CHƢƠNG 116 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC  Khi xuất cửa sổ sau việc truyền liệu từ máy tính qua PLC hồn thành, ta nhấn OK  Tiến hành giả lập PLC, chọn công tắc Run PLC để đèn Run báo sáng tiến hành giả lập  CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Bài 1: Nhấn giữ ngõ vào I0 ngõ Q0 lên Tƣơng tự cho ngõ vào I1 đến I5 ngõ Q1 đến Q3 Bài 2: Nhấn I0, ngõ Q0 lên Nhấn I1 xuống Bài 3: Nhấn I0 I1 I2 I3 ngõ Q0, Q1, Q2, Q1 lên Nếu nhấn Một ngõ vào I4 I5 tất các ngõ xuống Bài 4: Ứng dụng lệnh Set Reset thiết kế mạch điều khiển ngõ Q0 nút nhấn mở I0 nút dừng I1 Bài 5: Ứng dụng lệnh Timer viết chƣơng trình tác động nút nhấn I0 sau 3s ngõ Q0 lên Bài 6: Ứng dụng lệnh Timer viết chƣơng trình tác động nút nhấn I0 sau 3s ngõ Q0 lên chớp tắt với chu kỳ 1s Bài 7: Ứng dụng lệnh Counter viết chƣơng trình tác động nút nhấn I0 lần ngõ Q0 lên Tác động I1, ngõ Q0 xuống Bài 8: Thiết kế mạch đảo chiều quay động KĐB pha nút nhấn (đảo CHƢƠNG 117 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC chiều gián tiếp), hoạt động tải báo đèn Kết nối phần cứng ngõ vào Bài 9: Thiết kế mạch đảo chiều quay động KĐB pha nút nhấn (đảo chiều trực tiếp), hoạt động tải báo đèn Kết nối phần cứng ngõ vào Bài 10: Thiết kế mạch điều khiển mở 02 động KĐB pha nút nhấn, hoạt động tải báo đèn Kết nối phần cứng ngõ vào Bài 11: Thiết kế mạch điều khiển mở dừng 02 động KĐB pha nút nhấn mở nút nhấn dừng, hoạt động tải báo đèn Kết nối phần cứng ngõ vào Bài 12: Thiết kế mạch điều khiển mở dừng 03 động KĐB pha nút nhấn mở nút nhấn dừng, hoạt động tải báo đèn Kết nối phần cứng ngõ vào Bài 13: Thiết kế mạch điều khiển mở máy tam giác động KĐB pha nút nhấn mở nút nhấn dừng, hoạt động tải báo đèn Kết nối phần cứng ngõ vào Bài 14: Viết chƣơng trình đóng mở cửa với yêu cầu sau Nhấn S1 lần cửa mở báo đèn chớp tắt với chu kỳ 1s Chạm hành trình SL1 cửa dừng, nhấnựng lần cửa đóng lại báo chng reng chu kỳ 4s, chạm cơng tắc hành trình SL2 cửa dừng Bài 15: Viết chƣơng trình điều khiển chng báo học thực hành với yêu cầu sau: * Ngày học: từ thứ đến thứ * Giờ vào: Ca sáng bắt đầu 7h30 chuông reng lần chu kỳ 4s Ca chiều bắt đầu 13h chuông reng lần chu kỳ 4s * Giờ ra: Ca sáng kết thúc 11h30 chuông reng lần chu kỳ 3s Ca chiều kết thúc 17h chuông reng lần chu kỳ 3s CHƢƠNG 118 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu thực hành PLC-S7-200, Trung tâm Việt Đức, Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh Tự động hoá với SIMATIC S7 – 200, Phan Xn Minh, Nguyễn Dỗn Phước, Nhà xuất nơng nghiệp, năm 1997 Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC, Trần Thế San (biên dịch), Nhà xuất Đà Nẵng, năm 2005 Điều khiển logic lập trình PLC, Tăng Văn Mùi (biên dịch), Nhà xuất Thống kê, năm 2006 CHƯƠNG Speicher Programmierbarer Steuerungen 96 ... họ PLC khác 7.1 Họ Omron 7.2 Họ Mitsubishi Tài liệu tham khảo 81 81 95 96 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 1.1 Các loại điều. .. Tổng quan điều khiển lập trình 1.1 Các loại điều khiển công nghiệp 1.2 Ưu điểm PLC 1.3 Các ứng dụng PLC thực tế Chương 2: Cấu trúc phương thức hoạt động PLC 2.1 Cấu trúc PLC 2.2 Các khối PLC 2.3... 1: Trình bày ƣu điểm PLC kỹ thuật điều khiển? Câu 2: Hãy so sánh ƣu, khuyết điểm hệ thống khiển rơle, hệ thống điều khiển vi xử lý hệ thống điều khiển PLC? CHƢƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU