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

1 UBND THÀNH PHỐ HẢI PHỊNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG GIÁO TRÌNH Mơn học/ Mơ đun: PLC NGHỀ:ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG Hải Phòng, 2019 Mục lục TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU Mục lục MÔ ĐUN PLC CƠ BẢN BÀI 10 ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 10 1.2 Bộ nhớ (Memory) 12 1.3 Khối xử lý – điều khiển 12 So sánh PLC với hình thức điều khiển khác 15 BÀI 18 CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 18 1.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC 18 1.2 Bộ nhớ 21 Thiết bị điều khiển lập trình PLC ( hình 2.2) 23 2.1 CPU 212 24 2.2 CPU 214 25  Câu hỏi ôn tập: Em so sánh CPU 212 CPU 214? 27 Địa ngõ vào/ 27 3.1 Họ S7-200 CPU21x bao gồm: 212, 214, 215 216 ( bảng 2.1) 28 3.2 Họ S7-200 CPU22x bao gồm: 221, 222, 224 226 ( bảng 2.2) 28  Câu hỏi ôn tập: Em so sánh khối CPU 21X CPU 22X? 28 Cấu trúc nhớ 28 4.1 Phân chia nhớ 29 4.2 Vùng liệu 29 4.3.Vùng đối tượng 32 Vùng nhớ 32 CPU 221 32 CPU 222 32 CPU 224 32 CPU 226 32 4.4 Cổng vào/ra mở rộng 33 Xử lý chương trình 34 5.1 Thực chương trình: ( hình 2.6) 34 5.2 Cấu trúc chương trình S7 – 200 36 1.3 Kết nối ngõ cho PLC 48 3.1 Cài đặt STEP 7- Micro/Win 32 máy tính cá nhân(PC) 59  Nội dung thực hành 68 BÀI 70 CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC 70 Các liên kết logic .70 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm 72 2.1 Lệnh Logic tiếp điểm 72 2.2 Lệnh vào/ra 73 2.3 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm 75 2.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 76 Timer 77 3.1 Khái niệm timer 78 3.2 Các lệnh điều khiển Timer 79  Phần thực hành 81 Counter .84 4.1 khái niệm counter 85 4.2 lệnh điều khiển counter 86  Phần thực hành 88 Các tập ứng dụng 90 BÀI 110 CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA PLC 110 Chức truyền dẫn 111 Chức so sánh 118 2.1 So sánh kiểu Byte 119 2.2 So sánh kiểu INT 121 Chức dịch chuyển 125 4.Chức chuyển đổi 127 BÀI 136 XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG 136 Tín hiệu Analog 137 Biểu diễn giá trị Analog 137 2.1 Tín hiệu ngõ vào (Analog Input) 138 2.2 Tín hiệu ngõ (Output) Analog 139 Kết nối ngõ vào/ra Analog .139 3.1 Định địa phần cứng Analog S7-200 139 3.2 Kết nối phần cứng Analog S7-200 139 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog 142 4.1 Dạng liệu ngõ vào 142 4.2 Ví dụ 145 Giới thiệu mô đun Analog PLC 151 5.1 Module EM231 151  Phần thực hành 157 BÀI 165 CÁC BÀI TẬP ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 165 Giới thiệu 165 Cách kết nối dây 171 2.1 Kết nối ngõ vào 171 2.2 Kết nối ngõ 171 2.3 Đấu nối thiết bị lập trình với PLC 173 Bài tập ứng dụng 174 3.1 Mạch khởi động động 174 3.2 Mạch đổi chiều quay 177 3.3 Mạch điều khiển tốc độ 181 3.4 Mạch mở máy sao/ tam giác 185 TÀI LIỆU THAM KHẢO 189 MƠ ĐUN PLC CƠ BẢN Mã mơ đun: MĐ26 I Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: * Vị trí mơn học: Mơđun bố trí dạy cuối chương trình sau học xong môn chuyên môn điện tử công suất, Kỹ thuật xung – số, Vi xử lí, trang bị điện * Tính chất mơn học: Mơ đun PLC mang tính tích hợp * Ynghia cua mô đun: Là môn học bắt buộc * Vai trocua mô đun: Sau học xong mô đun này, người học kết nối dây PC - CPU thiết bị ngoại vi, Viết chương trình, nạp trình để thực số tốn ứng dụng đơn giản cơng nghiệp, Phân tích luận lý số chương trình, phát sai lỗi sửa chữa khắc phục II Mục tiêu Mô đun: Sau học xong mơ đun học viên có lực * Về kiến thức: - Trình bày khái niệm điều khiển lập trình xác theo nội dung học - Trình bày cấu trúc phương thức hoạt động lệnh * Về kỹ năng: - Thực lập trình tập ứng dụng dùng PLC đạt yêu cầu kỹ thuật công nghệ - Kết nối mạch điện theo yêu cầu công nghệ * Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác an tồn vệ sinh công nghiệp III Nội dung mô đun: Thời gian Mã Tên mô đun Lý Tổng thuyế số t MĐ26­01 Đại cương điều khiển lập trình Tổng quan điều khiển Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình So sánh PLC với hình thức điều khiển khác Các ứng dụng PLC thực tế Cấu trúc phương thức MĐ26­02 hoạt động PLC Cấu trúc PLC Thiết bị điều khiển lập trình PLC Địa ngõ vào/ Cấu trúc nhớ Xử lý chương trình Kết nối dây PLC MĐ26­03 thiết bị ngoại vi Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi Kiểm tra việc nối dây phần mềm Cài đặt sử dụng phần mềm lập trình cho PLC Các phép tốn nhị phân MĐ26­04 PLC Các liên kết logic Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm Timer Counter Các tập ứng dụng Thực hành 4 1 1 1 1 12 1 1 1 0,5 0,5 0,5 5,5 12 2 1 40 12 27 1 7 17 3,5 3,5 3,5 3,5 17 Kiểm tra 1 MĐ26­05 MĐ26­06 Các phép toán số PLC Chức truyền dẫn Chức so sánh Chức dịch chuyển Chức chuyển đổi Chức tốn học Xử lý tín hiệu analog Tín hiệu Analog Biểu diễn giá trị Analog Kết nối ngõ vào/ra Analog Hiệu chỉnh tín hiệu Analog Giới thiệu mô đun Analog PLC Các tập ứng dụng MĐ26­07 điều khiển động Giới thiệu Cách kết nối dây Bài tập ứng dụng 12 2 3 40 1 1,5 1,5 12 1 1,5 1,5 27 8 17 60 12 46 50 2 42 Tổng cộng: 180 60 114 Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành BÀI ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mã bài: MĐ26­01 Giới thiệu: Như biết, nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Vì thế, tự động hóa sản xuất đóng vai trị quan trọng, tự động hóa giúp tăng suất, tăng độ xác tăng hiệu q trình sản xuất Để thực tự động hóa sản xuất, bên cạnh máy móc khí hay điện, dây chuyền sản xuất…v.v, cần thiết phải có điều khiển để điều khiển chúng.Trong đó, u cầu đó.điều khiển lập trình điều khiển đáp ứng Mục tiêu: - Phát biểu khái niệm điều khiển lập trình theo nội dung học - So sánh ưu nhược điểm điều khiển lập trình với hình thưc điều khiển khác theo nội dung học - Trình bày ứng dụng PLC thực tế theo nội dung học - Rèn luyện tính tư duy, tác phong cơng nghiệp Nội dung chính: Tổng quan điều khiển Mục tiêu: - Hiểu nhớ , khối xử lý điều khiển - Nhận biết Khối ngõ vào, ngõ 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 q 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 q 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 1.1 Khối vào: ( bảng 1.1) Còn 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 10 Cơng tắc (Switch) Cơng tắc hành trình (Limit switch) Bộ điều chỉnh nhiệt (Thermostat) Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Nhiệt trở (Thermister) Tế bào quang điện (Photo cell) Tế bào tiệm cận (Proximity cell) Điện trở đo sức căng (Strain gage) Nhiệt độ Điện áp nhị phân (ON/OFF) Điện áp nhị phân (ON/OFF) Điện áp nhị phân (ON/OFF) Điện áp thay đổi Nhiệt độ Ánh sáng Trở kháng thay đổi Điện áp thay đổi (analog) Sự dịch chuyển/ vị trí Sự dịch chuyển/ vị trí Nhiệt độ Sự diện Trở kháng thay đổi đối tượng Áp suất/ dịch Trở kháng thay đổi chuyển Bảng 1.1 1.2 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 1.3 Khối xử lý – điều khiển: Là khối xử lý trung tâm (CPU) thay người vận hành thực thao tác đảm bảo q 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, mơ tơ….Tín hiệu điều khiển thực theo cách: + Dùng mạch điện nối kết cứng + Dùng chương trình điều khiển 1.4 Khối ra: ( bảng 1.2) Còn 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 - 176 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 2.4 Viết chương trình điều khiển: 177 2.5 Chạy mơ chương trình: 2.6 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 III BÀI TẬP THỰC HÀNH: 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 3.2 Mạch đổi chiều quay I MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU: Mục đích: - Sử dụng lệnh PLC Ứng dụng lệnh để viết chương trình điều khiển theo yêu cầu giáo viên 178 Yêu cầu: - Sau học học sinh viết chương trình PLC điều khiển động không đồng pha quay thuận nghịch gián tiếp, trực tiếp, có giới hạn hành trình II PHẦN THỰC HÀNH: u cầu cơng 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 - Trình tự thực hành: 2.1 Vẽ giản đồ thời gian: 2.2 Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ Địa Mô tả Ký Hiệ u Địa Mô tả Ký Hiệu I0.0 Nút nhấn Dừng D Q0.0 T MT Q0.1 Contactor Chạy Thuận Contactor Chạy Nghịch I0.1 Nút nhấn chạy thuận N 179 I0.2 Nút nhấn chạy nghịch MN 2.3 Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 2.4 Viết chương trình điều khiển: 180 2.5 Chạy mơ chương trình: 2.6 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 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 III BÀI TẬP THỰC HÀNH: Yêu cầu công 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: 181 - 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 công 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 3.3 Mạch điều khiển tốc độ I MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU: Mục đích: - Giúp học sinh biết cách điều khiển tốc độ động ba pha cách đổi số đôi cực Biết cách lập trình download xuống PLC Yêu cầu: Sau học học sinh viết chương trình PLC điều khiển tốc độ động ba pha cách đổi số đôi cực II PHẦN THỰC HÀNH: - mạch 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 Trình tự thực hành: 2.1 Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ 182 Địa I0.0 I0.1 Mô tả Ký Hiệ u Nút nhấn chạy tốc ON1 độ thấp Nút nhấn chạy tốc ON2 độ cao Địa Mô tả Ký Hiệu Q0.0 Contactor Chuẩn bị Cotactor Chạy tốc độ thấp Contactor Chạy tốc độ cao K1 Q0.1 Q0.2 2.2 Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: K2 K3 183 Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 2.4 Viết chương trình điều khiển: 184 2.5 Chạy mơ chương trình: 2.6 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 III BÀI TẬP THỰC HÀNH: Yêu cầu công nghệ: - Dùng PLC điều khiển biến tầng để điều chỉnh tốc độ động 185 - - Nhấn nút ON1: động chạy tốc độ thấp Nhấn nút ON2: động làm việc tốc độ cao Đang làm việc tốc độ cao muốn chạy tốc độ thấp ta nhấn nút ON1 Nhấn nút stop động dừng Yêu cầu thực hành: - Vẽ mạch động lực sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Viết chương trình điều khiển 3.4 Mạch mở máy sao/ tam giác I MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU: Mục đích: - Giúp học sinh biết cách khởi động động Sao_Tam giác Biết cách lập trình download xuống PLC ba pha cách đổi nối Yêu cầu: - Sau học học sinh viết chương trình PLC mạch mở máy sao/ tam giác II PHẦN THỰC HÀNH: Yêu cầu công nghệ: - - Nhấn nút ON1: động khởi động chế độ Sao 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: 2.1 Quy định địa ngõ vào/ra: Ngõ vào Địa I0.0 Mô tả Ngõ Ký Hiệ u Nút nhấn chạy ON1 Địa Mô tả Ký Hiệu Q0.0 Contactor K1 186 I0.1 Nút nhấn chạy tam ON2 giác Q0.1 Q0.2 Chuẩn bị Cotactor Chạy Contactor Chạy tam giác - Vẽ sơ đồ kết nối thiết b Mạch động lực Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại v K2 K3 187 Viết chương trình điều khiển: 188 2.5 Chạy mơ chương trình: 2.6 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 III BÀI TẬP THỰC HÀNH: 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 189 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày cách kết nối PLC thiết bị ngoại vi, nắm quy trình cơng nghệ số mơ hình: mạch khởi động động cơ, mạch đảo chiều quay động cơ, điều khiển tốc độ mạch mở máy sao/tam giác + Về kỹ năng: Thực lập trình cho PLC đạt yêu cầu kỹ thuật, Xử lý hư hỏng PLC đạt yêu cầu kỹ thuật, Thực thay hệ thống PLC đạt yêu cầu kỹ thuật + Về thái độ: Đảm bảo an tồn vệ sinh cơng nghiệp Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003 [2] Automatisieren mit sps - Guenter, Wellenreuther, Dieter Zastrow nxb Viweg [3] stuerung von - ELWE [4] Tự động hóa với simatic s7-200 Nguyễn Dỗn Phước nxb nơng nghiệp [5].Kỹ thuật điều khiển lập trình Trung tâm Việt Đức Trường ĐHSPKT 190 ... 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. .. cho PLC: a Kết nối PLC với nguồn AC b Kết nối PLC với nguồn DC c kết nối ngõ vào cho PLC: - Ngõ vào PLC là: nút nhấn, cơng tắt hành trình, cảm biến (hình 3.4)… - Kiểu đầu vào IEC 1131-2 - Tầm điện. .. 189 MÔ ĐUN PLC CƠ BẢN Mã mô đun: MĐ26 I Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: * Vị trí mơn học: Mơđun bố trí dạy cuối chương trình sau học xong môn chuyên môn điện tử công suất, Kỹ thuật