Giáo trình PLC cơ bản (Ngành Điện công nghiệp)

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÕNG TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÕNG GIÁO TRÌNH Mơn học/Mơ đun: PLC NGHỀ:ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Hải Phịng, 2019 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Mô đun PLC mơ đun chun mơn nghề Điện Cơng nghiệp Do đó, tập thể giáo viên Khoa Điện đầu tư nhiều thời gian công sức để xây dựng khung chương trình theo hướng ứng dụng thực tế phê duyệt Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp vào tháng năm 2017 Theo đó, việc chỉnh sửa biên soạn giáo trình nhằm phục vụ cho đào tạo nghề Điện công nghiệp với hai cấp trình độ Cao đẳng Trung cấp Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Hải Phịng cập nhật kiến thức mới, có tính cơng nghệ để sinh viên vừa học vừa làm mơi trường thực tế Giáo trình PLC chỉnh sửa, biên soạn phục vụ công tác giảng dạy giáo viên, đồng thời làm tài liệu đọc, nghiên cứu cho Học sinh – Sinh viên Nội dung giáo trình biên soạn dễ hiểu tính thực tiễn cao Người học dễ dàng vận dụng lý thuyết vào thực hành rèn luyện nghề hành nghề Nội dung giáo trình biên soạn với thời lượng 90 phù hợp với giảng dạy tích hợp bao gồm sau: Bài 1: Giới thiệu chung PLC Bài 2: Cài đặt sử dụng phần mềm Step7 Microwin V4.0 Bài 3: Kết nối PLC S7-200 với thiết bị ngoại vi Bài 4: Đấu lắp mạch điện điều khiển động không đồng ba pha rơ to lồng sóc đảo chiều có giới hạn hành trình Bài 5: Đấu lắp mạch điện khởi động y - ∆ động không đồng ba pha rơ to lồng sóc Bài 6: Đấu lắp mạch điện điều khiển động không đồng ba pha khởi động dừng tự động theo trình tự Bài 7: Đấu lắp mạch điện điều khiển băng tải có đếm sản phẩm Bài 8: Đấu lắp mạch điện điều khiển tín hiệu đèn giao thơng ngã tư Bài 9: Đấu lắp mạch điện điều khiển chuông báo học Bài 10: Đấu lắp mạch điện điều khiển ổn định áp suất Bài 11: Đấu lắp mạch điện sử dụng PLC hãng khác Mặc dù nhóm tác giả có nhiều cố gắng cơng việc chỉnh sửa, biên soạn chắn tránh khỏi khiếm khuyết Nhóm tác giả mong nhận đóng góp ý kiến q báu q Thầy, Cơ bạn đọc để sánh hoàn thiện lần tái sau Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 Tổ môn MỤC LỤC ĐỀ MỤC Tuyên bố quyền Lời giới thiệu Mục lục Bài Giới thiệu chung PLC TRANG Khái niệm PLC Hệ thống điều khiển nối cứng lập trình Cấu trúc xử lý chương trình PLC Bài Cài đặt sử dụng phần mềm Step7 Microwin v4.0 14 24 Cài đặt phần mềm Step Microwin v4.0 24 Sử dụng phần mềm Step7 Microwin V4.0 Bài tập thực hành học viên Bài Kết nối PLC S7 200 với thiết bị ngoại vi 32 35 36 Giới thiệu CPU 212 cách kết nối thiết bị ngoại vi 36 Kết nối vào/ra PLC Kiểm tra việc kết nối dây phần mềm 38 40 Bài Đấu lắp mạch điện điều khiển động không đồng 42 ba pha rơ to lồng sóc đảo chiều có giới hạn hành trình u cầu công nghệ 42 Kết nối phần cứng 43 Lập trình điều khiển 45 Các bước thực công việc Bài tập thực hành học viên Bài Đấu lắp mạch điện khởi động y - ∆ động không 49 50 51 đồng ba pha rơ to lồng sóc u cầu cơng nghệ 51 Kết nối phần cứng 51 Lập trình điều khiển 54 Các bước thực công việc Bài tập thực hành học viên 57 59 Bài Đấu lắp mạch điện điều khiển động không đồng 60 ba pha khởi động dừng tự động theo trình tự 10 11 12 13 Yêu cầu công nghệ 60 Kết nối phần cứng 60 Lập trình điều khiển 63 Các bước thực công việc 64 Bài tập thực hành học viên Bài Đấu lắp mạch điện điều khiển băng tải có đếm sản 66 67 phẩm Yêu cầu công nghệ 67 Kết nối phần cứng 67 Lập trình điều khiển 70 Các bước thực công việc Bài tập thực hành học viên 73 75 Bài Đấu lắp mạch điện điều khiển tín hiệu đèn giao thơng ngã tƣ Yêu cầu công nghệ 76 Kết nối phần cứng 77 Lập trình điều khiển 78 Các bước thực công việc 83 Bài tập thực hành học viên 85 Bài Đấu lắp mạch điện điều khiển chuông báo học 86 Yêu cầu công nghệ 86 Kết nối phần cứng 87 Lập trình điều khiển 88 Các bước thực công việc 91 Bài tập thực hành học viên 93 94 Bài 10 Đấu lắp mạch điện điều khiển ổn định áp suất Yêu cầu công nghệ 76 94 Khái niệm tín hiệu tương tự (analog) 96 Giới thiệu module analog EM235 98 14 Cảm biến áp suất 104 Kết nối phần cứng 107 Lập trình điều khiển 111 Các bước thực công việc Bài tập thực hành học viên 120 121 Bài 11 Đấu lắp mạch điện sử dụng PLC hãng 122 khác PLC hãng Omron 122 PLC hãng LS 125 PLC hãng DELTA 127 Bài tập thực hành học viên 129 15 BÀI TẬP LỚN 132 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: PLC Mã mô đun: MĐ 24 Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun - Vị trí: Trước học mơ đun cần hồn thành môn học sở mô-đun chuyên mơn, mơ đun nên học cuối khóa học, trước thực tập xí nghiệp - Tính chất: Là mô đun đào tạo bắt buộc Mục tiêu mơ đun - Kiến thức + Trình bày ngun lý hoạt động điều khiển lập trình PLC; + So sánh ưu nhược điểm với điều khiển có tiếp điểm (điều khiển nối cứng) lập trình (điều khiển mềm) + Phân tích cấu tạo phần cứng nguyên tắc hoạt động phần mềm hệ điều khiển lập trình PLC + Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi - Kỹ + Thực số tốn ứng dụng đơn giản cơng nghiệp + Kết nối thành thạo phần cứng PLC - PC với thiết bị ngoại vi + Viết chương trình, nạp trình để thực số tốn ứng dụng đơn giản cơng nghiệp + Phân tích số chương trình đơn giản, phát sai lỗi sửa chữa khắc phục - Năng lực tự chủ trách nhiệm + Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo,tác phong công nghiệp + Chấp hành tốt nội quy xưởng, đảm bảo an toàn q trình luyện tập Nội dung mơ đun Bài 1: Giới thiệu chung PLC Bài 2: Cài đặt sử dụng phần mềm Step7 Microwin V4.0 Bài 3: Kết nối PLC S7-200 với thiết bị ngoại vi Bài 4: Đấu lắp mạch điện điều khiển động khơng đồng ba pha rơ to lồng sóc đảo chiều có giới hạn hành trình Bài 5: Đấu lắp mạch điện khởi động y - ∆ động không đồng ba pha rơ to lồng sóc Bài 6: Đấu lắp mạch điện điều khiển động không đồng ba pha khởi động dừng tự động theo trình tự Bài 7: Đấu lắp mạch điện điều khiển băng tải có đếm sản phẩm Bài 8: Đấu lắp mạch điện điều khiển tín hiệu đèn giao thơng ngã tư Bài 9: Đấu lắp mạch điện điều khiển chuông báo học Bài 10: Đấu lắp mạch điện điều khiển ổn định áp suất Bài 11: Đấu lắp mạch điện sử dụng PLC hãng khác Bài tập lớn BÀI GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC MÃ BÀI: PLCCB Mục tiêu - Phân tích dạng toán điều khiển giải toán điều khiển nhiệm vụ khối chức PLC, nguyên tắc hoạt động PLC, cấu trúc chương trình PLC, giải thích phương pháp lập trình PLC - Thực kết nối PLC với thiết bị ngoại vi, sử dụng thành thạo phần mềm lập trình Step Microwin Nội dung KHÁI NIỆM PLC PLC chữ viết tắt chữ Tiếng Anh (Programmable Logic Controller) nghĩa điều khiển lập trình Dây loại thiết bị thực linh hoạt thuật toán điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình PLC 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) HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NỐI CỨNG VÀ LẬP TRÌNH 2.1 Khái niệm điều khiển nối cứng điều khiển lập trình Trong cơng nghiệp u cầu tự động hố ngày tăng, địi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng yêu cầu Để giải nhiệm vụ điều khiển người ta thực hai cách: Thực Rơle, khởi động từ (Điều khiển nối cứng) thực chương trình nhớ (Điều khiển lập trình) Hệ điều khiển Rơle hệ điều khiển lập trình có nhớ khác phần xử lý: Thay dùng Rơle, tiếp điểm dây nối phương pháp lập trình có nhớ chúng thay cách mạch điện tử Như vậy, thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay phần mạch điện điều khiển khâu xử lý số liệu Nhiệm vụ sơ đồ mạch điều khiển xác định số hữu hạn bước thực xác định gọi "chương trình" Chương trình mơ tả bước thực gọi tiến trình điều khiển, tiến trình lưu vào nhớ nên gọi "điều khiển lập trình có nhớ" 2.2 So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thƣờng khác Trên sở khác khâu xử lý số liệu ta biểu diễn hai hệ điều khiển sau: Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển Rơle Xác định nhiệm vụ điều khiển Sơ đồ mạch điện Chọn phần tử mạch điện Dây nối liên kết phần tử Kiểm tra chức Hình 1-1 Lƣu đồ điều khiển dùng Rơle Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển PLC Xác định nhiệm vụ điều khiển Thiết kế thuật giải Soạn thảo chương trình Kiểm tra chức Hình – Lƣu 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 Sự khác hệ điều khiển Rơle điện lập trình có nhớ minh hoạ sau: 10 BÀI 11 ĐẤU LẮP MẠCH ĐIỆN SỬ DỤNG PLC CỦA CÁC HÃNG KHÁC MÃ BÀI: PLCCB 11 Mục tiêu: - Trình bầy chức năng, cách khai báo phép toán số PLC hãng khác - Đấu lắp, lập trình vận hành số mạch điện sử PLC LS Delta đáp ứng theo yêu cầu cơng nghệ Nội dung chính: PLC CỦA HÃNG OMRON 1.1 Hình dạng PLC hãng Omron a PLC loại CPM1A Hình 11 – Hình dáng PLC loại CPM1A mô đun mở rộng b CPU loại C200H Hình 11 – Hình dáng PLC họ C200H 122 c PLC loại Micro Hình 11 – Hình dáng PLC họ C200H d PLC loại Mini - CQM1/CQM1H Hình 11 – Hình dáng PLC loại Mini - CQM1/CQM1H e PLC loại Medium CS1 Hình 11 – Hình dáng PLC loại Medium CS1 1.2 Sơ đồ chân kết nối PLC Omron a Nguồn cấp - Xoay chiều (AC) Hình 11 – Sơ đồ cấp nguồn xoay chiều cho PLC CPM2A 123 - Một chiều (DC) Hình 11 – Sơ đồ cấp nguồn chiều cho PLC CPM2A b Kết nối đầu vào Hình 11 – Sơ đồ kết nối đầu vào cho PLC Omron c Kết nối đẩu - Đầu Relay Hình 11 – Sơ đồ kết nối đầu Rơ le - PLC Omron 124 - Đầu Transistor Hình 11 – 10 Sơ đồ kết nối đầu Transistor - PLC Omron PLC CỦA HÃNG LS 2.1 Hình dạng PLC hãng LS Hình 11 – 11 Hình dáng PLC LS 3.2 Sơ đồ chân kết nối PLC LS a Nguồn cấp Hình 11 – Sơ đồ cấp nguồn xoay chiều kết nối đầu PLC LS 125 b Kết nối đầu vào Hình 11 – 13 Sơ đồ kết nối đầu vào cho PLC LS c Kết nối đẩu Hình 11 – 14 Sơ đồ kết nối đầu cho PLC LS 126 PLC CỦA HÃNG DELTA 3.1 Hình dạng PLC hãng Hình 11 – 15 Hình dáng PLC loại Delta 3.2 Sơ đồ chân kết nối PLC Delta a Nguồn cấp - Xoay chiều (AC) Hình 11 – 16 Sơ đồ nguồn cấp xoay chiều PLC Delta - Một chiều (DC) Hình 11 – 17 Sơ đồ nguồn cấp chiều PLC Delta 127 b Kết nối đầu vào - Chế độ Sink (NPN) Hình 11 – 18 Sơ đồ kết nối đầu vào PLC Delta – chế độ NPN - Chế độ Source (PNP) Hình 11 – 19 Sơ đồ kết nối đầu vào PLC Delta – chế độ PNP c Kết nối đẩu - Đầu Rơ le Hình 11 – 20 Sơ đồ kết nối đầu Rơ le PLC Delta 128 - Đầu Transistor Hình 11 – 20 Sơ đồ kết nối đầu Transistor PLC Delta BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN Sử dụng PLC hãng LS, Omron Mishubishi để thiết kế mạch điện điều khiển lập trình u cầu đáp ứng cơng nghệ sau đây: Bài 1: Cho ba động KĐB pha roto lồng sóc, thiết kế mạch điện điều khiển động hoạt động theo trình tự đáp ứng yêu cầu công nghệ sau: - Nhấn Start động Đ1 hoạt động sau thời gian 30 giây động Đ2 hoạt động, sau thời gian 30 giây động Đ3 hoạt động - Nhấn nút Stop động Đ3 dừng, sau thời gian 10 giây động Đ2 dừng, sau 10 động Đ1 dừng - Khi có cố tải động động dừng Bài 2: Điều khiển động KĐB pha rơ to lồng sóc khởi động Y/∆ đáp ứng yêu cầu: - Nhấn nút Start động hoạt động chế độ Y, sau 10 giây động làm việc chế độ ∆ - Nhấn nút stop động ngừng hoạt động - Khi có cố tải động mạch tự động ngắt mạch Bài 3: Vẽ mạch điện lập trình đáp mạch điện điều khiển động KĐB pha rô to lồng sóc hai cấp tốc độ Y/YY hoạt động sau : 129 - Nhấn MY động hoạt động chế độ Y, muốn động làm việc chế độ YY nhấn nút MYY - Nhấn D có cố tải động hệ thống phải dừng Bài 4: Vẽ mạch điện lập trình đáp mạch điện điều khiển động KĐB pha rơ to lồng sóc hai cấp tốc độ ∆/YY hoạt động sau : - Nhấn MY động hoạt động chế độ ∆, muốn động làm việc chế độ YY nhấn nút MYY Nhấn D có cố tải động hệ thống phải dừng Bài 5: Vẽ mạch điện lập trình đáp mạch điện điều khiển động KĐB pha rô to dây quấn khởi động qua cấp điện trở phụ R 1, R2, R3 Thời gian để loại cấp điện trở 30 giây Khi có cố nhấn nút dừng hệ thống ngừng hoạt động? Bài 6: Vẽ mạch điện lập trình đáp mạch điện điều khiển đáp ứng yêu cầu điều khiển tín hiệu đèn giao thơng ngã tư, có đèn báo tín hiệu cho người Trong đèn xanh sáng thời gian 30 giây, đèn vàng sáng thời gian giây, đèn đỏ sáng thời gian 35 giây 130 Bài 7: Phân tích sơ đồ kết nối thiết bị ngoại vi PLC LS 131 BÀI TẬP LỚN Bài Đèn hành lang đèn cầu thang có định thời Trên tường hành lang chung cư, trước cửa hộ có gắn nút nhấn (giả sử hành lang có hộ tương ứng nút ấn từ S1 đến S6) Khi tác động nút nhấn đèn chiếu sáng hành lang (gồm có đèn H1 đến H6) sáng thời gian phút sau tự động tắt Nếu thời gian phút mà có nút nhấn ấn tiếp tục đèn sáng thêm1 phút kể từ lúc ấn sau Yêu cầu: Lập bảng xác định vào/ra PLC Vẽ sơ đồ nối dây vào/ra nguồn cấp cho PLC S7-200 AC/DC/RLY Viết chương trình sau nạp vào PLC để kiểm tra Bài Điều khiển đèn quạt hút Trong phịng vệ sinh có trang bị đèn chiếu sáng quạt hút khí Khi vào phịng,bật cơng tắc lên vị trí “ON” đèn sáng Nếu phòng lâu thời gian phút quạt hút tự động hoạt động Khi khỏi phịng bật cơng tắc vị trí “OFF” đèn tắt Nếu quạt hút hoạt động sau đèn tắt khoảng phút tự động dừng Yêu cầu: Lập bảng xác định vào/ra PLC Vẽ sơ đồ nối dây PLC với ngoại vi Viết chương trình điều khiển nạp vào PLC để kiểm tra Bài 3: Điều khiển bơm nƣớc Một bồn chứa nước làm đầy bơm M Bơm có hai chế độ hoạt động: * Chế độ tay: Đặt công tắc chọn chế độ “S1” vị trí “Manu” Đèn “H1” sáng báo chế độ “tay” Ở chế độ “tay”, bơm hoạt động ấn nút nhấn S1 132 “ON” (NO) Bơm tự động tắt ấn nút nhấn S2 “OFF” (NC) nước bồn đạt đến giá trị “max” (được phát cảm biến “S5”) * Chế độ tự động: Khi đặt công tắc “S1” vị trí “Auto”, bơm nước hoạt động tự động Nếu nước xuống mức “min” (phát cảm biến “S4”) bơm đóng điện contactor K1 Khi nước bồn lên đến vị trí “max” thìcontactor điện động bơm nước dừng Ở chế độ tự động đèn H1tắt Nhằm loại trừ sóng sánh mặt nước bơm làm cho cảm biếnbáo mực nước vị trí “max” khơng xác, động bơm nước cần phảikéo dài thời gian hoạt động thêm 1s dừng hẳn cho hai trườnghợp “Manual” “Auto” Yêu cầu: Vẽ sơ đồ mạch động lực nối contactor với động bơm nước 3pha Lập bảng xác định vào/ra Vẽ sơ đồ nối dây PLC Viết chương trình điều khiển nạp vào PLC để kiểm tra Bài Điều khiển trình khởi động động rotor dây quấn Nhằm tránh dòng điện khởi động cao động rotor dây quấn có gắn thêm điện trở phụ Khi tác động nút nhấn mở máy “S1” (NO), contactor K1 có điện Cáccontactor K2, K3 K4 bắt đầu đóng cách khoảng thời gianlà 5s Khi contactor cuối K4 đóng rotor ngắn mạch động hoạt động chế độ định mức Khi tác động nút nhấn “S0” (NC) động dừng 133 Yêu cầu: Lập bảng xác định vào/ra Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại DC/DC/DC Viết chương trình nạp vào PLC để kiểm tra Bài 5: Giám sát hoạt động băng tải thời gian Một băng tải vận chuyển sản phẩm truyền động thông qua động Sản phẩm băng tải nhận biết hai cảm biến “S2” và“S3” Thời gian tối đa để sản phẩm di chuyển từ “S2” đến “S3” 3s Nếu vượt thời gian băng tải xem bị lỗi Khi bị lỗi động kéo băng tải dừng có chng báo - Băng tải khởi động nút nhấn “S1” (NO) - Băng tải dừng nút nhấn “S0” (NC) Yêu cầu: Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại DC/DC/DC Viết chương trình nạp vào PLC để kiểm tra Bài 6: Khởi động Sao-tam giác 134 Thực trình tự khởi động tự động sao-tam giác động điện không đồng pha rotor lồng sóc với PLC theo sơ đồ hình vẽ Khi ấn nút nhấn “S1” (NO), động hoạt động chế độ (K1 K2 đóng) Sau thời gian đặt trước (giả sử 10s), tự động chuyển sangchế độ tam giác (K2 điện, K3 có điện) Khi ấn nút “S0” (NC) động dừng Trong trường hợpquá tải (được báo tiếp điểm nhiệt F2) động dừng Yêu cầu: Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại AC/DC/RLY Viết chương trình nạp vào PLC để kiểm tra Bài Điều khiển bồn sấy Khi ấn nút khởi động S1 (NO), bồn sấy quay phải 20s, tự động dừng lại 5s, sau quay trái 20s, tự động dừng lại 5s Quá trình lặp lặp lại ấn nút dừng S2 (NC) sau thời gian 20 chu kỳ lặp tự động dừng lại Yêu cầu: Lập bảng xác định vào (khi lập bảng ý liệt kê bit nhớ, đếm, timer ý nghĩa chúng chương trình) Lập bảng nối dây với PLC Viết chương trình điều khiển nạp vào PLC để kiểm tra 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trọng Thuần (2006), Điều khiển logic ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật Trần Thế San (2005), Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC, NXB Đà Nằng 136 ... truyền thông PLC Bảng sơ đồ chân cổng truyền thông PLC – RS485 sau: 37 1.3 Công tắc chọn chế độ Công tắc chọn chế độ RUN: Cho phép PLC thực chương trình, chương trình gặp lỗi gặp lệnh STOP PLC tự động... cấu trúc chương trình PLC, giải thích phương pháp lập trình PLC - Thực kết nối PLC với thiết bị ngoại vi, sử dụng thành thạo phần mềm lập trình Step Microwin Nội dung KHÁI NIỆM PLC PLC chữ viết... lập trình Hình - Hệ thống lập trình PLC 13 CẤU TRƯC VÀ XỬ LÝ CHƢƠNG TRÌNH TRONG PLC 3.1 Cấu trúc PLC Hình – Sơ đồ cấu trúc PLC - Khối xử lý trung tâm Là vi xử lý điều khiển tất hoạt động PLC