Giáo trình PLC cơ bản (Nghề Điện tử công nghiệp)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI GIÁO TRÌNH Tên mơ đun: PLC NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/CAO ĐẲNG NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCNPY, ngày tháng năm 2018 Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp Thương mại Vĩnh Phúc, năm 2018 Mục lục Trang CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN BÀI MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN Nội dung: 1.1 Giới thiệu chung PLC 1.2 Bài toán điều khiển giải toán điều khiển BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 10 1.1 Cấu trúc PLC 10 1.2 Thiết bị điều khiển lập trình PLC S7-200 15 1.2.1 Địa ngõ vào/ 15 1.2.2 Cấu trúc nhớ: 16 1.3 Xử lý chương trình 21 1.3.1 Vòng quét chương trình 21 1.3.2 Phương pháp lập trình 22 1.4 Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi 26 1.5 Kiểm tra việc nối dây phần mềm 37 1.6 Cài đặt sử dụng phần mềm lập trình cho PLC 42 BÀI 2: CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC 53 1.1 Các liên kết logic 53 1.1.1 Các lệnh vào/ra lệnh tiếp điểm đặc biệt 53 1.1.2 Bài tập ứng dụng: 54 1.2 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm 55 1.2.1 Mạch nhớ R-S 55 1.2.2 Lệnh SET (S) RESET (R) S7-200 57 1.3 Timer 59 1.3.1 On - Delay Timer (TON) 59 1.3.2 Retentive On - Delay Timer (TONR) 60 1.3.3 Bài tập ứng dụng timer 63 1.4 Counter( đếm) 64 1.4.1 Bộ đếm lên (Counter up) 64 1.4.2 Lệnh điều khiển counter 65 1.4.3 Các tập ứng dụng 67 BÀI 3: CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA PLC 72 3.1 Chức truyền dẫn 72 3.2 Chức so sánh 79 3.3 Đồng hồ thời gian thực 88 BÀI 4: XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG 97 4.1.Tín hiệu Analog 97 4.2 Biểu diễn giá trị Analog 97 4.3.Kết nối ngõ vào-ra Analog 99 4.4 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog 102 4.5 Giới thiệu module analog PLC S7-200 110 BÀI 5: PLC CỦA CÁC HÃNG KHÁC 117 5.1 PLC hãng omron 117 5.2 PLC hãng Mitsubishi 118 BÀI 6: LẮP ĐẶT MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC 119 6.1 Giới thiệu 119 6.2 Cách kết nối dây 124 6.3 Các mơ hình tập ứng dụng 127 6.3.1 Mơ hình thang máy xây dựng 127 6.3.2 Mơ hình điều khiển động Y-D 130 6.3.3 Mô hình chuyển xe nguyên liệu 130 6.3.4 Đo chiều dài xếp vật liệu 133 6.3.5 Thiết bị nâng hàng 133 6.3.6 Thiết bị vô chai nước 136 6.3.7 Thiết bị trộn hóa chất 139 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: PLC CƠ BẢN Mã mô đun: Thời gian thực mô đun: 60 (giờ): (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 27 giờ: Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun - Vị trí: học kì năm thứ II - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề, thuộc mô đun đào tạo ngành/ nghề bắt buộc II Mục tiêu mô đun - Về kiến thức: + Trình bày nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; + So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm + Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển lập trình PLC - Về kỹ năng: + Thực phương pháp kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi + Thực số tốn ứng dụng đơn giản cơng nghiệp + Kết nối thành thạo phần cứng PLC - PC với thiết bị ngoại vi + Viết lập chương trình để thực số tốn ứng dụng đơn giản công nghiệp - Về thái độ: + Tích cực, chủ động, sáng tạo + Có tác phong cơng nghiệp đảm bảo an tồn cho người thiết bị thực tập III Nội dung mô đun Nội dung tổng quát phân bổ thời gian Thời gian (giờ) S TT Tên chương, mục Tổng số Lý thuyết Thực hành, thí Kiểm nghiệm, tra thảo luận, tập Bài mở đầu: Giới thiệu chung PLC toán điều khiển 3 Bài 1: Đại cương điều khiển lập trình 3 Bài 2: Các phép toán nhị phân PLC 12 Bài 3: Các phép toán số PLC 12 Bài 4: Xử lý tín hiệu Analog 6 Bài 5: PLC hãng khác 3 Bài 6: Lắp đặt mơ hình điều khiển PLC 21 20 Cộng 60 27 30 BÀI MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN Mục tiêu: - Trình bày khái niệm đặc điểm PLC - Phân tích dạng tốn điều khiển giải tốn điều khiển - Rèn luyện đức tính tích cực, chủ động sáng tạo Nội dung: 1.1 Giới thiệu chung PLC Trong ứng dụng công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp yêu cầu tự động hố ngày tăng, địi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng yêu cầu đó, với mục tiêu tăng suất lao động đường tăng mức độ tự động hóa q trình thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng độ xác sản phẩm Tự động hóa sản xuất nhằm thay phần toàn thao tác vật lý công 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 * Sơ đồ tổng quát điều khiển lập trình sau ( hình 1.1): Hình 1.1 Khối vào: ( bảng 1.1) Cịn gọi giao tiếp ngõ vào có nhiệm vụ biến đổi đại lượng vật lý đầu vào ( từ tiếp điểm cảm biến, hay nút nhấn, điện trở đo sức căng….) thành mức tín hiệu số ON/OFF (digital) hay tín hiệu liên tực (analog) tùy theo chuyển đổn ngõ vào cấp vào cho khối xử lý trung tâm (CPU) Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển/ vị Điện áp nhị phân trí (ON/OFF) Cơng tắc hành trình (Limit Sự dịch chuyển/ vị Điện áp nhị phân switch) trí (ON/OFF) Bộ điều chỉnh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) (ON/OFF) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi Tế bào quang điện (Photo Ánh sáng Điện áp thay đổi (analog) cell) Tế bào tiệm cận (Proximity Sự diện Trở kháng thay đổi cell) đối tượng Điện trở đo sức căng (Strain Áp suất/ dịch Trở kháng thay đổi gage) chuyển Bảng 1.1 Bộ nhớ (Memory): - Lưu chương trình điều khiển lập trình người dùng liệu khác cờ, ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra… Nội dung nhớ mã hóa dang mã nhị phân Khối xử lý – điều khiển: - Là khối xử lý trung tâm (CPU) thay người vận hành thực thao tác đảm bảo trình hoạt động Từ thơng tin tín hiệu vào hệ thống điều khiển thực thi lệnh chương trình lưu nhớ, xử lý đầu vào đưa kết xuất điều khiển cho phần giao diện đầu ( output) như: cuộn dây, mô tơ….Tín hiệu điều khiển thực theo cách: + Dùng mạch điện nối kết cứng + Dùng chương trình điều khiển Khối ra: ( bảng 1.2) Cịn gọi phần giao diện đầu Tín hiệu kết trình xử lý hệ thống điều khiển Lúc tín hiệu ngõ vào biến đổi thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngồi như: đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số- tương tự… Thiết bị ngõ Đại lượng Đại lượng tác động Động điện Chuyển động quay Điện Xy lanh- Piston Chuyển động thẳng/áp Dầu ép/ khí ép lực Solenoid Chuyển động thẳng/áp Điện lực Lị xấy/ lò cấp nhiệt Nhiệt Điện Van Tiết diện cửa van thay đổi Điện/dầu ép/khí ép Rơle Tiếp điểm điện/ chuyển Điện động vật lý có giới hạn Bảng 1.2 1.2 Bài toán điều khiển giải toán điều khiển Trong điều khiển nối cứng, thành phần chuyển mạch rơle, cotactor, công tắc, đèn báo, động cơ, v.v.v 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 không cao - Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển Rơle ( điều khiển nối cứng ) ( hình 1.2) Hình 1.2: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle - Trong công nghiệp, ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hóa ngày tăng, đòi 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 sủa chữa + Hoàn toàn tin cậy môi trường công nghiệp - Hệ thống điều khiển dễ dàng 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 lập trình PLC (Programable Logic Controller) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn 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 tốn, số liệu trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh - Các chương trình điều khiển định nghĩa tiếp điểm, cảm biến sử dũng để từ kết hợp với hàm logic, thuật toán 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 trình làm việc - Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển PLC (điều khiển lập trình) hình 1.3 Hình 1.3: Lưu đồ điều khiển PLC - Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử hệ thống điều khiển Rơle điện Trong khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta cần thay đổi chương trình soạn thảo hệ điều khiển lập trình có nhớ 126 Nút nhấn Start (NO) nối vào ngõ vào thứ I0.0, nút nhấn Stop (NC) nối vào ngõ vào thứ hai I0.1 tiếp điểm rờ le tải OL nối vào ngõ vào thứ ba I0.2 Một mạch AND ngõ vào tạo nên mạch điều khiển Network Bit trạng thái I0.1 mức logic nút Stop loại NC; bit trạng thái I0.2 mức logic tiếp điểm OL đóng Bộ điều khiển động nối vào ngõ Q0.0 † Cách nối dây mạch động lực khởi động từ đơn cho động cơ: † Cách nối dây mạch động lực đảo chiều động dùng khởi động từ kép: 127 Đấu nối thiết bị lập trình với PLC Cáp PC/PPI: Để truyền thơng PC PLC, nối cáp theo bước sau: - Bật DIP swich để chọn tốc độ truyền Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI 9600baud - Nối đầu RS – 232 (ghi PC) đến cổng truyền thông máy tính (COM1 COM2), siết chặt - Nối đầu cịn lại (RS – 485) đến cổng truyền thông PLC, siết chặt 6.3 Các mơ hình tập ứng dụng 6.3.1 Mơ hình thang máy xây dựng u cầu công nghệ: 128 Khởi động động không đồng pha - Nhấn nút Start động hoạt động - Nhấn nút Stop động dừng Trình tự thực hành Vẽ giản đồ thời gian Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệu I0.0 Nút nhấn Dừng stop I0.1 Nút nhấn chạy start - Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: Địa Mô tả Ký Hiệu Q0.0 Contactor Điều khiển động K1 129 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Viết chương trình điều khiển: 130 Chạy mơ chương trình: kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: - Nối dây nút nhấn stop với ngõ vào I0.0 - Nối dây nút nhấn start với ngõ vào I0.1 - Nối dây đầu lại nút nhấn stop, start với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: - Nối dây điểm A1 công tắc tơ K1 với ngõ Q0.0 - Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 với cực lại nguồn 220 VAC Nối dây mạch động lực: hình vẽ 6.3.2 Mơ hình điều khiển động Y-D Yêu cầu công nghệ: - Nhấn nút Start: động chạy, sau 3s động chạy, sau 5s động chạy - Nhấn nút Stop: động dừng, sau 2s động dừng, sau 4s động dừng Yêu cầu thực hành: - Vẽ giản đồ thời gian - Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển 6.3.3 Mơ hình chuyển xe nguyên liệu Yêu cầu công nghệ: - Điều khiển động không đồng pha quay thuận – nghịch gián tiếp + Nhấn nút MT: động khởi động quay thuận + Muốn đảo chiều quay: nhấn nút dừng D, sau nhấn nút MN để đảo chiều pha nguồn cấp cho động cơ, động đảo chiều quay + Khi có cố: nhấn nút D động ngừng hoạt động 131 Trình tự thực hành: Vẽ giản đồ thời gian: Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệu Địa Mô tả Ký Hiệu I0.0 Nút nhấn Dừng D Q0.0 T Nút nhấn chạy thuận MT Q0.1 Contactor Chạy Thuận Contactor Chạy Nghịch I0.1 I0.2 Nút nhấn chạy nghịch MN Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: N 132 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Viết chương trình điều khiển: Chạy mơ chương trình: kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: - Nối dây nút nhấn D với ngõ vào I0.0 - Nối dây nút nhấn MT với ngõ vào I0.1 - Nối dây nút nhấn MN với ngõ vào I0.2 - Nối dây đầu lại nút nhấn D, MT, MN với nguồn +24 VDC 133 Kết nối thiết bị ngõ ra: - Nối dây điểm A1 công tắc tơ T với ngõ Q0.0 - Nối dây điểm A1 công tắc tơ N với ngõ Q0.1 - Nối dây điểm A2 công tắc tơ T, N với nguồn 220 VAC - Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 Q0.1 với cực lại nguồn 220 VAC Nối dây mạch động lực: hình vẽ 6.3.4 Đo chiều dài xếp vật liệu Yêu cầu cơng nghệ: - Việc đóng mở cổng bảo vệ thực động không đồng pha Khi động quay thuận cổng mở ngược lại, việc chọn chế độ Auto / Man thực công tắc xoay Chế độ Man: - Cổng mở đóng thực việc nhấn nút OPEN CLOSE giữ Khi buông tay động ngừng hoạt động (dừng việc đóng mở cổng) Chế độ Auto: + Nhấn nút OPEN: động khởi động quay thuận ( cổng mở ) đụng cơng tắc hành trình LS1 dừng + Nhấn nút CLOSE: động khởi động quay nghịch ( cổng đóng ) đụng cơng tắc hành trình LS2 dừng + Khi có cố: nhấn nút STOP động ngừng hoạt động Yêu cầu thực hành: + Vẽ giản đồ thời gian + Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi + Viết chương trình điều khiển 6.3.5 Thiết bị nâng hàng Yêu cầu công nghệ: - Nhấn nút ON1: động chạy tốc độ thấp ( đấu tam giác ) Nhấn nút ON2: động làm việc tốc độ cao ( đấu kép ) Đang làm việc tốc độ cao muốn chạy tốc độ thấp ta nhấn nút ON1 Nhấn nút stop động dừng 134 Trình tự thực hành: Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệu I0.0 Nút nhấn chạy tốc độ thấp Nút nhấn chạy tốc độ cao I0.1 Địa Mô tả Ký Hiệu ON1 Q0.0 K1 ON2 Q0.1 Contactor Chuẩn bị Cotactor Chạy tốc độ thấp Contactor Chạy tốc độ cao Q0.2 Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: K2 K3 135 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Viết chương trình điều khiển: 136 Chạy mơ chương trình: kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: - Nối dây nút nhấn stop với ngõ vào I0.0 - Nối dây nút nhấn start với ngõ vào I0.1 - Nối dây đầu lại nút nhấn stop, start với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: - Nối dây điểm A1 công tắc tơ K1 với ngõ Q0.0 - Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 với cực lại nguồn 220 VAC 6.3.6 Thiết bị vô chai nước Yêu cầu công nghệ: - Nhấn nút ON1: động khởi động chế độ Sao 137 - Nhấn nút ON2: động làm việc chế độ Tam giác - Đang làm việc chế độ tam giác muốn chạy chế độ ta nhấn nút ON1 - Nhấn nút stop động dừng Trình tự thực hành: Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệu Địa Mô tả Ký Hiệu I0.0 Nút nhấn chạy ON1 Q0.0 K1 ON2 Q0.1 Contactor Chuẩn bị Cotactor Chạy Contactor Chạy tam giác I0.1 Nút nhấn chạy tam giác Q0.2 - Vẽ sơ đồ kết nối thiết b Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại v K2 K3 138 Viết chương trình điều khiển: 139 Chạy mơ chương trình: kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: - Nối dây nút nhấn stop với ngõ vào I0.0 - Nối dây nút nhấn start với ngõ vào I0.1 - Nối dây đầu lại nút nhấn stop, start với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: - Nối dây điểm A1 công tắc tơ K1 với ngõ Q0.0 - Nối dây chân 1L ngõ Q0.0 với cực lại nguồn 220 VAC - Nối dây mạch động lực: hình vẽ 6.3.7 Thiết bị trộn hóa chất u cầu cơng nghệ: - Nhấn nút Start: động chạy, sau 3s động chạy, sau 5s động chạy - Nhấn nút Stop: động dừng, sau 2s động dừng, sau 4s động dừng Yêu cầu thực hành: - Vẽ giản đồ thời gian - Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển 140 ... chương trình (main program) sau đến chương trình chương trình xử lý ngắt sau ( hình 2.8): + Chương trình kết thúc lệnh kết thúc chương trình (MEND) + Chương trình phận chương trình Các chương trình. .. STOP cưỡng PLC dừng công việc thực chương trình chạy chuyển sang chế độ STOP Ở chế độ STOP PLC cho phép điều chỉnh lại chương trình nạp chương trình - Ở vị trí TERM cho phép máy lập trình tự định... nhớ không bị kết nối ngõ vào cho PLC: a Kết nối PLC với nguồn AC b Kết nối PLC với nguồn DC 30 c kết nối ngõ vào cho PLC: - Ngõ vào PLC là: nút nhấn, cơng tắt hành trình, cảm biến (hình 3.4)… -