Giáo trình PLC nâng cao (Ngành Điện công nghiệp)

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHỊNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG GIÁO TRÌNH Mơn học/ Mơ đun: PLC nâng cao 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 dẫn 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 Đất nước ta thời kỳ Cơng nghiệp hố, đại hố để bước bắt kịp phát triển nước khu vực nước giới mặt kinh tế, văn hoá xã hội Trong đó, Cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng việc phát triển đất nước Trong nhà máy xí nghiệp nay, yêu cầu tự động hoá trọng phát triển Tự động hoá giúp cho việc xử lý kết tự động xác Tự động hố giúp cho việc vận hành sửa chữa dễ dàng hơn, hiệu suất công việc cao Trong ngành Công nghiệp PLC sử dụng rộng rãi với độ bền tính ổn định cao Hiện nay, nhiều trường Đại học, Cao đẳng đưa PLC vào giảng dạy Module PLC nâng cao module sở quan trọng sinh viên nghề Điện nói chung sinh viên nghề điện Cơng nghiệp nói riêng Để tiếp tục nghiên cứu chun sâu lĩnh vực tự động hóa sinh viên cần nắm vững kiến thức kỹ module PLC nâng cao Giáo trình tác giả trình bày kiến thức điều khiển lập trình, cách sử dụng phần mềm SIMATIC MANAGER, cấu trúc cách khai báo, nguyên lý làm việc lệnh PLC S7-300 Đặc biệt giáo trình tập lệnh ứng dụng tập lệnh công nghệ cụ thể biên soạn theo hướng tích hợp Hải Phịng, ngày tháng năm 2019 Tổ môn MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU BÀI GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀMLẬP TRÌNH SIMATIC MANAGER 10 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 10 1.1 Các module hệ PLC S7-300 10 1.2 Giới thiệu module CPU 10 1.3 Module vào/ tín hiệu tương tự/ số SM 11 1.4 Module chức FM 12 1.5 Module truyền thông CP-300 12 1.6 Module nguồn PS-300 13 1.7 Module ghép nối IM 13 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM STEP SIMATIC MANAGER 13 2.1 Cách tạo Project 14 2.2 Khai báo mở Project 14 2.3 Xây dựng cấu hình cứng cho trạm PLC 18 2.4 Đặt tham số quy định chế độ làm việc cho Module 21 2.5 Soạn thảo chương trình cho khối logic 22 2.6 Sử dụng tên hình thức 24 MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM PLCSIM 26 3.1 Khởi động phần mềm PLCSIM 26 3.2 Truy nhập module 27 3.3 Tiến hành download chương trình xuống CPU 27 3.4 Tiến hành mô 28 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 30 BÀI 2KẾT NỐI PHẦN CỨNG CHO PLC S7 - 300 32 CÁCH LẮP ĐẶT MỘT TRẠM CỦA PLC S7-300 32 1.1 Nguyên tắc lắp đặt module 32 1.2 Nguyên tắc nối dây từ nguồn đến CPU 32 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CÁC MODULE VÀO/RA SỐ 33 2.1 Module vào số SM321 33 2.2 Module số SM322 34 KẾT NỐI PLC S7 -300 VÀ MÁY TÍNH 35 3.1 Quy định địa MPI cho Module CPU 35 3.2 Đổ chương trình xuống CPU 37 3.3 Giám sát việc thực chương trình 37 3.4 Giám sát module CPU 38 3.5 Quan sát nội dung ô nhớ 40 BÀI 42 SỬ DỤNG LỆNH TIMER VÀ COUNTER 42 SỬ DỤNG CÁC LỆNH TIMER 42 1.1 Nguyên tắc hoạt động 42 1.2 Các loại Timer S7-300 43 1.3 Timer S_PULSE 44 1.4 Timer S_PEXT 46 1.5 Timer S_ODT 47 1.6 Timer S_ODTS 49 1.7 Timer S_OFFDT 51 SỬ DỤNG LỆNH CONTER 63 3.1 Giới thiệu Counter 63 3.2 Bộ đếm lên (S_CU) 63 3.3 Bộ đếm xuống (S_CD) 64 3.4 Bộ đếm lên/xuống (S_CUD) 65 3.5 Bài tập ứng dụng 65 BÀI LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM KIM LOẠI VÀ KHÔNG PHẢI KIM LOẠI 72 CẤU TẠO CỦA TRẠM 72 1.1 Hệ thống băng tải 72 1.2 Các loại cảm biến 72 1.3 Các thiết bị khí nén 74 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 74 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 75 3.1 Bảng địa vào/ra 75 3.2 Chương trình điều khiển 76 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ VÀO/RA 83 4.1 Sơ đồ chuyển đổi nguồn 220VAC/24VDC 83 4.2 Sơ đồ kết nối PLC 84 4.3 Mạch điều khiển động 85 4.4 Mạch điều khiển khí nén 86 5 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 87 BÀI LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 89 CẤU TẠO CỦA TRẠM 89 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 89 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 90 3.1 Bảng địa vào/ra 90 3.2 Chương trình điều khiển 90 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ VÀO/RA 94 4.1 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị 94 4.2 Sơ đồ mạch điều khiển động 94 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 95 BÀI LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM XUẤT VÀ 96 LƯU TRỮ TỰ ĐỘNG (ASRS) 96 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG ASRS 96 1.1 Cấu tạo chung 96 1.2 Cơ cấu truyền động 96 1.3 Các loại cảm biến 97 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 98 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 99 3.1 Bảng địa vào/ra 99 3.2 Chương trình điều khiển 100 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ VÀO/RA 100 4.1 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị 100 4.2 Sơ đồ điều khiển động 101 BÀI LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN 103 CÁC KHỐI LỆNH SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH 103 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 104 2.1 Khối A/B gồm có bơm, van vào van 104 2.2 Khối bồn trộn 105 2.3 Van xả 105 2.4 Phân tích toán 106 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 107 3.1 Bảng địa vào/ra 107 3.2 Chương trình điều khiển 109 BÀI SỬ DỤNG MODULE ANALOG VÀ 126 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 126 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MODULE ANALOG 126 1.1 Khái niệm module analog 126 1.2 Analog input module 126 1.3 Analog output module 126 1.4 Nguyên lý chung cảm biến công nghiệp 126 1.5 Đặc điểm module SM331 (AI2x12Bit) 127 1.6 Đặc điểm module analog SM332 (AO2x12Bit) 129 SỬ DỤNG HÀM THƯ VIỆN FC 105 VÀ FC 106 131 2.1 Hàm chỉnh tín hiệu đầu vào FC105 131 2.2 Hàm chỉnh tín hiệu đầu FC106 “UNSCALE” 133 ỨNG DỤNG MODHLE ANALOG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 135 3.1 Yêu cầu công nghệ 135 3.2 Tính tốn mức nước từ cảm biến 136 3.3 Điều khiển van 137 3.4 Viết chương trình phần mềm Step7 137 BÀI TẬP 140 BÀI SỬ DỤNG MODULE PID VÀ ỨNG DỤNG 141 PID ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 141 SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 141 1.1 Khối tổ chức điều khiển PID 141 Module mềm FB41 “CONT_C” 142 1.3 Sử dụng khối FB41 “CONT_C” phần mềm Step7 147 SỬ DỤNG BỘ PID “CONT_C” ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 151 2.1 Yêu cầu công nghệ 151 2.2 Xây dựng phần cứng phần mềm Step7 152 2.3 Xây dựng chương trình phần mềm 152 2.4 Khai báo địa vào/ra 153 2.5 Viết chương trình 153 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 154 BÀI 10 SỬ DỤNG CÁC HÀM THỜI GIAN THỰC VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG 155 CÁC HÀM THỜI GIAN THỰC 155 ỨNG DỤNG THỜI GIAN THỰC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BƠM TỰ ĐỘNG 157 2.1 Yêu cầu công nghệ điều khiển hệ thống bơm nước tự động 157 2.2 Xây dựng phần cứng phần mềm Step7 158 2.3 Viết chương trình điều khiển: 158 Tài liệu cần tham khảo 161 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Tên mơ đun: PLC Nâng cao Mã số mơ đun: 28 Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơ đun/mơn học: - Vị trí: Trước học mơ đun cần hồn thành mơ đun sở, đặc biệt mô đun : Tin học ; Trang bị điện, Kỹ thuật cảm biến, truyền động điện PLC - Tính chất: Là mơ đun đào tạo nghề bắt buộc Mục tiêu mô đun/môn học: - Kiến thức: +Trình bày cấu trúc, nguyên lý làm việc, cách khai báo câu lệnh cho PLC S7-300 + Có khả tự nghiên cứu để sử dụng loại PLC hãng khác - Kỹ năng: + Viết chương trình ứng dụng cho PLC theo yêu cầu thực tế + Sử dụng loại PLC hãng SIEMENS + Vận hành hệ thống điều khiển dùng PLC có sẵn + Lắp đặt hệ thống điều khiển dùng PLC - Năng lực tự chủ: +Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư sáng tạo khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Bài Giới thiệu PLC S7-300 phần mềm lập trình SIMATIC MANAGER Bài Kết nối phần cứng cho PLC S7-300 Bài 3: Sử dụng TIMER COUNTER Bài Đấu lắp, lập trình điều khiển phân loại phơi sản phẩm kim loại kim loại Bài Đấu lắp, lập trình điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao Bài Đấu lắp, lập trình điều khiển trạm ASRS Bài Lập trình điều khiển máy trộn Bài Sử dụng module Analog ứng dụng điều khiển mức nước Bài Sử dụng module PID ứng dụng điều khiển ổn định mức nước Bài 10 Sử dụng hàm thời gian thực ứng dụng hệ thống bơm nước tự động BÀI GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH SIMATIC MANAGER MÃ BÀI: PLCNC1 Giới thiệu: Sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động đại công nghệ điều logic khả trình dựa sở phát triển tin học mà cụ thể phát triển kỹ thuật máy tính Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmabble Logic Control) phát triển từ năm 1968 – 1970 Ngày thiết bị PLC phát triển mạnh mẽ có mức độ phổ cập cao Là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt thuật tốn điều khiến số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể mạch tốn mạch số Như với chương trình điều khiển , PLC trở thành điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với thiết khác Mục tiêu bài: - Trình bày cấu trúc nhiệm vụ khối chức PLC - Sử dụng phần mềm SIMATIC MANAGER - Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận công viêc Nội dung bài: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) loại thiết bị thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình PLC 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) 1.1 Các module hệ PLC S7-300 - Module CPU: Bộ xử lý trung tâm - Module SM: module xuất/nhập tín hiệu tương tự/số - Module chức FM - Module truyền thông CP - Module nguồn PS-300 - Module ghép nối IM 1.2 Giới thiệu module CPU Các module CPU PLC S7-300 khác có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, nhớ khác Tuy nhiên có loại sau: - Loại thường: Gồm CPU 312, 313, 314, 315, 316 Hình 1- CPU loại thường 10 c Lựa chọn khối thư viện copy : 148 d Paste vào phần Blocks: e Tạo khối liệu dạng Instance cho FB41: 149 f Gán tham số cho điều khiển : Vào Start / SIMATIC /STEP / PID Control Parameter Assignment Bạn chọn Open , sau chọn khối DB1 vừa tạo: Cửa sổ cho phép ta thiết lập giá trị cho tham số: 150 Để hiểu ý nghĩa tham số cần thiết lập, ta tra bảng tham số PID SỬ DỤNG BỘ PID “CONT_C” ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 2.1 Yêu cầu công nghệ output SP PID Controller PV Q P-2 V-1 Cảm biến đo khoảng cách Input : h1 – h2 Output : 4-20mA h2 Cảm biến khoảng cách h h1 V-2 Hình 9- Sơ đồ cơng nghệ Nước bơm vào bình thơng qua van V-1 Van điều khiển Tín hiệu điều khiển van la tín hiệu dịng điện chuẩn cơng nghiệp : 4-20mA tương ứng với độ mở van 0-100% Van V-2 van xả , van không điều khiển, độ mở van thực tay đặt trước Một cảm biến C-1 loại cảm biến khoảng cách , tín hiệu dạng dòng điện : 4-20mA tương ứng với khoảng cách đặt h1-h2 Yêu cầu toán ổn định mức nước bình với mức h đạt yêu cầu chất lượng : Độ điều chỉnh 0% Thời gian độ nhỏ Phân tích yêu cầu: Hình 9- Sơ đồ đầu vào/ra PLC 151 2.2 Xây dựng phần cứng phần mềm Step7 Cấu hình trạm CPU với module : Cấu hình cho module analog: Sau biên dịch Save lại 2.3 Xây dựng chương trình phần mềm Lựa chọn cấu hình cho PID mềm “CONT_C” phần 152 2.4 Khai báo địa vào/ra 2.5 Viết chương trình 153 BÀI TẬP ỨNG DỤNG Sử dụng hàm PID S7 - 300 lập trình điều khiển hệ thống cân băng định lượng Qđ PLC Biến Tần Hỡnh 9- S iu khiển ổn định lưu lượng 154 Qt BÀI 10 SỬ DỤNG CÁC HÀM THỜI GIAN THỰC VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG MÃ BÀI: PLCNC 10 Giới thiệu: Thực tế có nhiều hệ thống hoạt động theo thời gian thực đặt trước Ta lấy ví dụ sau: Hệ thống điều khiển bơm nước gồm có bơm Mỗi hơm chạy có bơm, bơm nghỉ, xoay vòng vậy, bơm hỏng bơm cịn lại chạy có từ bơm bị hỏng trở nên báo lỗi V-1 Ngày V-4 E-1 Ngày V-2 V-5 E-2 Ngày V-3 V-6 E-3 Hoặc ví dụ khác hệ thống sấy sử dụng ánh nắng mặt trời Đối với ngày nắng, hệ thống qui định mốc thời gian để xoay góc sấy giàn phơi v.v anpha Đối với hệ thống người ta phải dùng tới thời gian thực tế Trong phần mềm Step7 có hàm xây dựng phục vụ cho mục đích Mục tiêu bài: - Sử dụng hàm thời gian thực SFC0, SFC1, FC3, FC4, FC5, FC6, FC7, FC8 - Ứng dụng hàm thời gian thực SFC0, SFC1, FC3, FC4, FC5, FC6, FC7, FC8 lập trình điều khiển hệ thống bơm nước tự động ứng dụng theo yêu cầu cụ thể Nội dung chính: CÁC HÀM THỜI GIAN THỰC 1.1 Các hàm thiết lập lấy thời gian thực ( SFC0, SFC1) a Hàm thiết lập thời gian SFC0 “SET_CLK”: Hàm SET_CLK cho phép thiết lập thời gian hệ thống 155 Mô tả : - Đầu vào : + PDT : đầu vào có kiểu DATE_OF_TIME mà ta muốn thiết lập + Vùng nhớ : D,L Ví dụ : 15/01/1995 lúc 10h:30m:30s  DT#1995-01-15-10:30:30 - Đầu : + RET_VAL : giá trị trả trạng thái hệ thống có lỗi, có kiểu INT + Vùng nhớ I, Q, M, D, L b Hàm đọc thời gian hệ thống SFC1 “READ_CLK” : Mô tả: Hàm READ_CLK cho phép đọc thời gian thực hệ thống - Đầu vào: Khơng có - Đầu : + RET_VAL: giá trị trả trạng thái hệ thống có lỗi, có kiểu INT(I,Q,M,D,L) + CDT: đầu có kiểu DAT_OF_TIME mà ta lấy được(D,L) c Hàm FC3 “D_TOD_DT” - Hàm cho phép kết hợp kiểu DATE kiểu TIME_OF_DAY(TOD) thành kiểu DATE_AND_TIME Ứng dụng để tạo thời gian làm đầu vào cho hàm SFC0 - Đầu vào : + IN1 : đầu vào kiểu DATE (I,Q,M,L,D,Const) + IN2 : đầu vào kiểu TOD (I,Q,M,L,D,Const) - Đầu : + RET_VAL : giá trị trả kiểu DATE_AND_TIME (D,L) d Hàm FC6 “DT_DATE” - Hàm cho phép lấy kiểu DATE từ kiểu DATE_AND_TIME - Đầu vào : + IN : đầu vào kiểu DATE_AND_TIME (D,L) 156 - Đầu : + RET_VAL : giá trị trả kiểu DATE (I,Q,M,D,L) e Hàm FC7 “DT_DAY” - Hàm cho phép lấy ngày tuần từ kiểu DATE_AND_TIME - Đầu vào : + N : đầu vào kiểu DATE_AND_TIME (D,L) - Đầu : + RET_VAL : giá trị trả kiểu INT (I,Q,M,D,L) ngày tuần: + = Sunday + = Monday + = Tuesday + = Wednesday + = Thursday + = Friday + = Saturday f Hàm FC8 “DT_TOD” - Hàm cho phép lấy kiểu TOD từ kiểu DATE_AND_TIME - Đầu vào : + IN : đầu vào kiểu DATE_AND_TIME (D,L) - Đầu : + RET_VAL : giá trị trả kiểu TIME_OF_DAY (I,Q,M,D,L) ỨNG DỤNG THỜI GIAN THỰC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BƠM TỰ ĐỘNG 2.1 Yêu cầu công nghệ điều khiển hệ thống bơm nước tự động V-1 V-4 Ngày E-1 Ngày V-2 V-5 E-2 Ngày V-3 V-6 E-3 Hình 10- Sơ đồ công nghệ điều khiển bơm nước 157 Yêu cầu toán : Hệ thống điều khiển bơm nước gồm có bơm Mỗi hơm chạy có bơm, bơm nghỉ, xoay vòng vậy, bơm hỏng bơm cịn lại chạy có từ bơm bị hỏng trở nên báo lỗi Hình 10- Sơ đồ kết nối vào/ra điều khiển hệ thống bơm nước 2.2 Xây dựng phần cứng phần mềm Step7 Cấu hình trạm CPU với module : 2.3 Viết chương trình điều khiển: Tạo khối cần thiết : 158 Khai báo symbol : Khởi tạo khối OB100: Chương trình khối OB1: 159 160 Cuối ta Download chương trình chạy thử nghiệm BÀI TẬP ỨNG DỤNG Bài Lập trình kết nối PLC S7-300 điều khiển bơm nước theo yêu cầu công nghệ sau? Hệ quạt thơng gió cho đường hầm  Hệ thống điều khiển gồm hệ PLC S7-300, biến tần, động xoay chiều pha  Điều khiển động nhảy cấp sau: Bài Lập trình kết nối PLC S7-300 điều khiển bơm nước theo yêu cầu cơng nghệ sau? Cho q trình hoạt động bơm nước, bơm bơm từ 5h đến 10h, bơm 15 phút nghỉ 45 phút, bơm 10 ngày tháng Bơm bơm từ 16h đến 20h bơm 45 phút nghỉ 15 phút Bơm hoạt động 15 ngày, thời gian bắt đầu hoạt động từ ngày 1/10/2016 161 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật 2006 [2]- Trần Thế San (biên dịch), Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC, NXB Đà Nằng 2005 [3]- Tăng Văn Mùi (biên dịch), Điều khiển logic lập trình PLC, NXB Thống kê 2006 162 ... hơn, hiệu suất công việc cao Trong ngành Công nghiệp PLC sử dụng rộng rãi với độ bền tính ổn định cao Hiện nay, nhiều trường Đại học, Cao đẳng đưa PLC vào giảng dạy Module PLC nâng cao module sở... nghề Điện nói chung sinh viên nghề điện Cơng nghiệp nói riêng Để tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu lĩnh vực tự động hóa sinh viên cần nắm vững kiến thức kỹ module PLC nâng cao Giáo trình tác giả trình. .. lúc đảo chiều Bài 10 Viết chương trình mơ chương PLC SIM cho mạch điện điều khiển thang máy xây dựng theo yêu cầu sau: Khi nhấn nút nhấn nâng, gàu nâng lên đến công tắc giới hạn dừng lại Khi nhấn