Giáo trình PLC cơ bản

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH PLC CƠ BẢN Hà Tĩnh, năm 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun 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 Tự động hóa cơng nghiệp dân dụng ngày phát triển Bộ não hệ thống tự động hóa điều khiển lập trình PLC Việc học tập nghiên cứu PLC vận hành dang nhu cầu cấp thiết học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật Hiện tài liệu giảng dạy lập trình điều khiển lập trình PLC có nhiều nhiên giáo trình viết cịn chung chung, mang nặng tính lý thuyết chủ yếu dành cho đối tượng sinh viên đại học Quyển giáo trình đời với mục tiêu giúp cho đối tượng học sinh, sinh viên học nghề tiếp cận dễ dàng với điều khiển khả trình Tài liệu chia làm bài, giới thiệu kiến thức PLC họ S7-1200 Siemens Mỗi phần lý thuyết cịn bổ sung thêm ví dụ minh họa tốn điều khiển ngồi thực tế giúp cho học sinh sinh viên nắm rõ loại thiết bị Dù cố gắng nhiên tài liệu tránh khỏi sai sót Rất mong góp ý chân thành quý đọc giả để giúp tài liệu ngày hoàn thiện Mọi ý kiến góp ý xin gửi địa email dosinguyenbkdn@gmail.com Xin chân thành cảm ơn Tham gia biên soạn Hà Tĩnh, ngày 20 tháng 05 năm 2020 Đỗ Sĩ Nguyên - Chủ biên CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: PLC Cơ Bản Mã mơ đun:MĐ17 Thời gian thực mô đun: 120 giờ; (Lý thuyết: 40 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 76 giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí, tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun PLC thực sau người học học xong môn học, mô đun sở; chuyên môn nghề liên quan như: Đo lường điện, Kỹ thuật cảm biến, Trang bị điện - Tính chất: Là mô đun phần chuyên môn nghề II Mục tiêu mơ đun: - Kiến thức: Trình bày quy trình lắp đặt, sửa chữa hư hỏng thường gặp mạch điện điều khiển sử dụng PLC ; - Kỹ năng: Lắp đặt, lập trình sửa chữa hư hỏng thường gặp mạch điện điều khiển sử dụng PLC; - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình thực hành III Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân phối thời gian: Số TT Tên mô đun Tổng số Bài 1: Tổng quan PLC hệ thống điều khiển Tổng quan hệ thống điều khiển PLC Tổng quan PLC Siemens Đấu nối tín hiệu vào/ra số cho PLC Lập trình Thời gian(giờ) Thực hành, thí Lý Kiểm nghiệm, thảo thuyết tra luận, tập 40 20 20 16 11 4.1 Quy ước địa 4.2 Cấu hình phần cứng 4.3.Tập lệnh bit logic 4.4 Timer 4.5 Counter Bài 2: Lập trình điều khiển đảo chiều quay động KĐB pha Yêu cầu công nghệ Thiết kế mạch điện Lắp đặt Lập trình Vận hành chạy thử Bài 3: Lập trình điều khiển khởi động đổi nối tam giác động KĐB pha Yêu cầu công nghệ 16 11 48 12 34 120 40 76 Thiết kế mạch điện Lắp đặt Lập trình Vận hành chạy thử Bài 4: Bài tập mở rộng u cầu cơng nghệ Lập trình Vận hành chạy thử Cộng BÀI TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN I Mục tiêu bài: - Trình bày cấu trúc, hình dạng bên PLC; - Lắp đặt đấu nối tín hiệu vào/ số cho PLC; - Thiết lập dự án lập trình PLC sử dụng phần mềm Tia Portal; - Sử dụng lệnh lập trình PLC; - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình thực hành II Nội dung 1.Tổng quan hệ thống điều khiển PLC 1.1 Khái niệm điều khiển Điều khiển trình thu thập thông tin, xử lý thông tin tác động lên hệ thống để hệ thống đáp ứng mục đích định trước Ví dụ: - Điều khiển bật tắt bóng đèn theo thời gian - Điều khiển khởi động động cơ,đảo chiều quay động - Điều khiển chng báo - Điều khiển tự động hóa hệ thống sản xuất công nghiệp 1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển - Trong đó:  r(t): tín hiệu vào  c(t): tín hiệu  cht(t): tín hiệu phản hồi  e(t) (error): sai số điều khiển  u(t) : tín hiệu điều khiển - Để thực trình điều khiển định nghĩa trên, hệ thống điều khiển gồm có ba thành phần điều khiển, đối tượng điều khiển thiết bị đo lường (cảm biến) Cụ thể sau:  Thiết bị đo lường: có chức thu thập thơng tin hệ thống sau trả tín hiệu phản hồi;  Bộ điều khiển: thực chức nhận thơng tin từ cảm biến sau xử lý thơng tin, thực thi chương trình đưa định điều khiển;  Đối tượng điều khiển: nhận tín hiệu từ điều khiển sau tác động lên cấu chấp hành 1.3 Bộ điều khiển khả trình PLC 1.3.1 Khái niệm PLC viết tắt Programmable Logic Control, thiết bị điều khiển Logic lập trình được, hay khả trình, cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình 1.3.2.Phân loại Hiện thị trường có nhiều PLC hãng khác nhau, phổ biến có thương hiệu sau: - Siemens - Mitsubishi - Allen Bradley - Omron - Schneider - ABB… 2.Tổng quan PLC S7-1200 2.1 Vị trí PLC S7-1200 - PLC S7-1200 thuộc dòng PLC S7 Siemens đời năm 2009 để thay cho PLC S7-200 Hình 1.2 biểu diễn mức độ ứng dụng loại PLC Siemens nhà máy - Dòng PLC S7 Siemens bao gồm loại sau: S7-200, S7-1200, S7-300, S7-1500, S7-400 Mỗi loại có đặc điểm ứng dụng khác hệ thống tự động hóa - PLC S7-1200 thuộc dịng Compact CPU chun dùng cho ứng dụng vừa nhỏ nhà máy ngồi đời sống Hình 1.3: Biểu diễn vị trí dịng PLC S7-1200&1500 họ PLC S7 Siemens Lệnh đếm lên xuống Count up and down có năm ngõ vào CU, CD, R, LD PV; ba ngõ Q CV Chức ngõ vào/ra sau:  CU: Khi ngõ vào CU chuyển trạng thái logic từ lên kích hoạt Count up and down đếm lên đơn vị  CD: Khi ngõ vào CD chuyển trạng thái logic từ lên kích hoạt Count up and down giảm xuống đơn vị  R: Ngõ vào reset cho Counter, ngõ vào Reset có trạng thái logic giá trị đếm Counter  LD: Ngõ vào Load Input Counter, ngõ vào LD có trạng thái logic giá trị đếm Counter với giá trị cài đặt trước PV  PV: Giá trị đếm cài đặt cho Counter  QU: Ngõ Counter, giá trị đếm counter lớn giá trị cài đặt PV ngõ Q đưa lên mức logic  QD: Ngõ Counter, giá trị đếm counter nhỏ ngõ QD đưa lên mức logic  CV: Giá trị đếm thời Counter Hoạt động:  Gắn tiếp điểm thường hở với tag Count up signal có địa M2.2 với ngõ vào CU counter;  Gắn tiếp điểm thường hở với tag Count down signal có địa M2.1 với ngõ vào CD counter;  Gắn tiếp điểm thường hở với tag Reset có địa M1.7 với ngõ vào R counter;  Gắn tiếp điểm thường hở với tag Load Input có địa M2.0 với ngõ vào LD counter  Cài đặt giá trị đếm Ban đầu giá trị đếm Count up ad down Khi cho tag Count up signal chuyển trạng thái logic từ lên kích hoạt counter đếm lên đơn vị Khi cho tag Count down signal chuyển trạng thái logic từ lên kích hoạt counter đếm xuống đơn vị Khi cho tag Reset có trạng thái logic giá trị đếm counter Khi cho tag Load Input có trạng thái logic giá trị đếm counter với giá trị cài đặt trước PV Khi giá trị đếm counter lớn giá trị cài đặt PV ngõ QU có mức logic Khi giá trị đếm counter nhỏ ngõ QD có mức logic Ví dụ: Đèn sáng giá trị đếm counter up and down lớn Đèn sáng giá trị đếm counter up and down nhỏ Bài tập Bài 1: Điều khiển đèn giao thông 10 II Nội dung chính: u cầu cơng nghệ Lắp đặt lập trình mạch điều khiển đảo chiều quay động không đồng ba pha sử dụng PLC S7-1200 với yêu cầu sau:  Ấn nút khởi động thuận S0 (Nút nhấn tự phục hồi - NO) động quay theo chiều thuận trì hoạt động đến dừng;  Ấn nút khởi động ngược S1 (Nút nhấn tự phục hồi - NO) động quay theo chiều ngược trì hoạt động đến dừng;  Động dừng ấn nút dừng S2 (Nút nhấn tự phục hồi - NC) rơ le nhiệt OL tác động báo hiệu tải Thiết kế mạch điện 2.1 Danh mục thiết bị, vật tư cần sử dụng STT Tên thiết bị Chủng loại CPU 1214C DC/DC/DC Số lượng Đơn vị tính Cái Bộ điều khiển trung tâm Cái Cấp nguồn cho PLC Cái Tín hiệu điều khiển Cái Cái Chức PLC S7-1200 Bộ nguồn 24V Nút nhấn Rơ le trung gian Nút nhấn tự phục hồi 14 chân, cuộn dây 24VDC Công tắc tơ Cuộn dây 220V Át tô mát pha Cái Át tô mát pha Cái Rơ le nhiệt Cái Trung gian điều khiển công tắc tơ qua PLC Trực tiếp điều khiển on/off động Đóng cắt nguồn cho mạch động lực bảo vệ ngắn mạch Đóng cắt nguồn cho mạch điều khiển bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ tải động Động Cái Thiết bị chấp hành Dây dẫn 50 m Không đồng ba pha Dẫn dòng điện 2.2 Thiết kế mạch điều khiển PLC Cơ sở: Dựa vào tài liệu nhà sản xuất để thiết kế mạch điều khiển PLC Căn vào yêu cầu công nghệ bảng danh mục vật tư, thiết bị ta lập bảng tín hiệu vào/ra số đưa đến PLC sau: 12 STT Tên thiết bị Tín hiệu ngõ vào/ra Nút nhấn S0 Ngõ vào Nút nhấn S1 Ngõ vào Nút nhấn S2 Ngõ vào Rơ le nhiệt Ngõ vào Rơ le trung gian Ngõ Rơ le trung gian Ngõ Kiểu tiếp điểm Chức Thường mở (NO) Thường mở (NO) Thường đóng (NC) Thường mở (NO) Mở máy theo chiều thuận Mở máy theo chiều ngược Dừng máy Bảo tải Điều khiển công tắc tơ quay thuận Điều khiển công tắc tơ quay ngược Từ bảng tổng hợp tín hiệu vào/ra số đưa đến PLC ta thiết kế mạch điện điều khiển PLC với nguyên tắc sau:  Nguồn cấp cho PLC lấy từ nguồn 24VDC  Các tín hiệu ngõ vào đầu nối với chân L+ PLC, đầu lại nối đến chân ngõ vào số Thứ tự nối chân người thiết kế định  Chân chung 1M nối chung với chân M  Nguồn cấp cho ngõ PLC lấy chung với nguồn cấp cho CPU  Hai đầu cuộn dây rơ le trung gian đầu nối với chân 3M, đầu lại nối đến ngõ số PLC Thứ tự nối chân người thiết kế định 2.2 Thiết kế mạch điều khiển công tắc tơ Nguyên tắc thiết kế mạch điều khiển công tắc tơ:  Mỗi rơ le trung gian điều khiển công tắc tơ;  Thiết kế dùng tiếp điểm thường đóng công tắc tơ để khống chế hoạt động công tắc tơ đảm bảo hai công tắc tơ không làm việc lúc;  Sử dụng tiếp điểm phụ thường đóng rơ le nhiệt để ngắt mạch xảy cố tải  Ký hiệu đánh chân số thiết bị rõ ràng 2.3 Thiết kế mạch động lực 13 Nguyên tắc thiết kế mạch động lực:  Sử dụng áp tô mát pha để cấp nguồn bảo vệ ngắn mạch;  Sử dụng rơ le nhiệt để bảo vệ tải cho động cơ;  Ký hiệu đánh chân số thiết bị rõ ràng Lắp đặt 3.1 Quy trình lắp đặt Quy trình lắp đặt trải qua ba bước là: Bước : Đấu nối mạch động lực Bước : Đấu nối mạch điều khiển công tắc tơ Bước : Đấu nối mạch điều khiển PLC 3.2 Các sai hỏng thường gặp cách khắc phục TT Các lỗi thường gặp Nguyên nhân - Đấu nhầm 220V vào L+, M I.Đấu nhầm nguồn - Đấu cực dương vào M, cực cho PLC âm vào L+ II Lỗi đấu nối tín hiệu đầu vào: 1.Cấp nguồn cho PLC - Chưa đấu M 1M led chân DIa không sáng - Đấu nhầm nút STOP sang thường mở - Đấu nhầm nút STOP sang chân khác Cách khắc phục - Kiểm tra nguội thật kỹ đấu lại - Kiểm tra nguội thật kỹ đấu lại - Kiểm tra đấu thêm M 1M - Kiểm tra nút STOP đấu lại - Kiểm tra xem đấu nhầm chân đấu lại - Đấu sai từ chân L+ vào S0, - Xem lại vẽ, Cấp nguồn cho PLC S1 từ S0, S1 chân dùng đồng hồ đo ấn S0 led chân DIa 0,1 kiểm tra không sáng ấn S1 led chân DIa khơng sáng III Lỗi đấu nối tín hiệu đầu ra: - Ấn S0 đèn DQa - Đấu nhầm chân 13/14 - Kiểm tra lại sáng rơ le TG1 rơ le TG chân 13/14 không tác động - Rơ le trung gian bị hỏng - Thay rơ le TG 14 - Ấn S1 đèn DQa sáng rơ le TG2 không tác động IV.Lỗi mạch điều khiển 220V Rơ le TG tác động - Tiếp điểm 5-9 rơ le trung - Kiểm tra lại tiếp công tắc tơ gian, tiếp điểm 31-32 điểm không hút công tắc tơ tiếp điểm 9596 rơ le nhiệt bị hỏng - Đấu nhầm cầu đấu - Kiểm tra đấu nối lại - Công tắc tơ bị hỏng - Kiểm tra thay công tắc tơ - Công tắc tơ tự khống chế Công tắc tơ hút nhả - Kiểm tra lại phần liên tục khóa chéo công tắc tơ đấu nối lại V Lỗi mạch động lực - Động không đảo - Đấu nhầm mạch động lực - Kiểm tra lại mạch chiều động lực đấu nối - Khi quay theo - Đấu nối mạch động lực lại chiều ngược động chiều ngược không qua rơ le tải rơ le nhiệt nhiệt khơng tác động Lập trình Bước 1: Khởi tạo project với PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bước 2: Khai báo tag vào cho PLC 15 Bước 3: Viết chương trình điều khiển Có nhiều cách viết chương trình đảm bảo yêu cầu cảu toán Sau số Bạn đọc lập trình theo cách khác Vận hành chạy thử Quy trình vận hành chạy thử mạch điện trải qua bước là: Bước : Cấp nguồn cho mạch điều khiển Bước : Vận hành mạch điều khiển Bước : Nếu mạch điều khiển hoạt động sai tìm lỗi khắc phục sau quay lại bước 1, mạch điều khiển hoạt động chuyển sang bước Bước : Cấp nguồn cho mạch động lực Bước 5: Vận hành toàn mạch điện, mạch chạy sai chuyển sang bước Bước 6: Sửa chữa có sai hỏng có mạch động lực sau lặp lại bước 16 Bài 3: Lập trình điều khiển khởi động đổi nối tam giác động KĐB pha I Mục tiêu bài: - Trình bày quy trình lắp đặt mạch điện điều khiển khởi động khởi động đổi nối tam giác động KĐB ba pha sử dụng PLC; - Lắp đặt, sửa chữa hư hỏng thường gặp mạch điện điều khiển khởi động đổi nối tam giác động KĐB ba pha sử dụng PLC; - Lập trình mạch điện điều khiển khởi động đổi nối tam giác động KĐB pha sử dụng PLC; - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình thực hành II Nội dung: Yêu cầu cơng nghệ Lắp đặt lập trình mạch điều khởi động đổi nối tam giác động KĐB pha sử dụng PLC S7-1200 với yêu cầu sau:  Ấn nút khởi động S0 (Nút nhấn tự phục hồi - NO) động khởi động với chế độ chạy sao;  Sau 10 giây kể từ khởi động, động chuyển chế độ chạy tam giác  Động dừng ấn nút dừng S1 (Nút nhấn tự phục hồi - NC) rơ le nhiệt OL tác động báo hiệu tải Thiết kế mạch điện 2.1 Danh mục thiết bị, vật tư cần sử dụng ST T Tên thiết bị PLC S7-1200 Bộ nguồn 24V Chủng loại Số lượng Đơn vị tính CPU 1214DC/DC/DC Cái Bộ điều khiển trung tâm Cái Cấp nguồn cho PLC 17 Chức Nút nhấn Rơ le trung gian Nút nhấn tự phục hồi 14 chân, cuộn dây 24VDC Cơng tắc tơ Cuộn dây 220V Tín hiệu điều khiển Cái Cái Cái Át tô mát pha Cái Át tô mát pha Cái Rơ le nhiệt Cái Trung gian điều khiển công tắc tơ qua PLC Điều khiển động khởi động – tam giác Đóng cắt nguồn cho mạch động lực bảo vệ ngắn mạch Đóng cắt nguồn mạch điều khiển bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ tải động Động Cái Thiết bị chấp hành Không đồng ba pha Dây dẫn 50 m Dẫn dòng điện 2.2 Thiết kế mạch điều khiển PLC Cơ sở: Dựa vào tài liệu nhà sản xuất để thiết kế mạch điều khiển PLC Căn vào yêu cầu công nghệ bảng danh mục vật tư, thiết bị ta lập bảng tín hiệu vào/ra số đưa đến PLC sau: STT Tên thiết bị Nút nhấn S0 Tín hiệu ngõ vào/ra Kiểu tiếp điểm Chức Ngõ vào Thường mở (NO) Mở máy theo chiều thuận 18 Nút nhấn S1 Ngõ vào Rơ le nhiệt Ngõ vào Rơ le trung gian Ngõ Rơ le trung gian Ngõ Rơ le trung gian Ngõ Thường đóng (NC) Thường mở (NO) Dừng máy Bảo tải Điều khiển công tắc tơ nguồn Điều khiển công tắc tơ Điều khiển công tắc tơ tam giác Từ bảng tổng hợp tín hiệu vào/ra số đưa đến ta thiết kế mạch điện điều khiển PLC với nguyên tắc sau:  Nguồn cấp cho PLC lấy từ nguồn 24VDC  Các tín hiệu ngõ vào đầu nối với chân L+ PLC, đầu lại nối đến chân ngõ vào số Thứ tự Vận hành chạy thử Quy trình vận hành chạy thử mạch điện trải qua bước là: Bước : Cấp nguồn cho mạch điều khiển Bước : Vận hành mạch điều khiển Bước : Nếu mạch điều khiển hoạt động sai tìm lỗi khắc phục sau quay lại bước 1, mạch điều khiển hoạt động chuyển sang bước Bước : Cấp nguồn cho mạch động lực Bước 5: Vận hành toàn mạch điện, mạch chạy sai chuyển sang bước 19 Bước 6: Sửa chữa có sai hỏng có mạch động lực sau lặp lại bước Bài 4: Bài tập mở rộng I Mục tiêu - Trình bày nguyên lý mạch điện ứng dụng điều khiển PLC; - Lập trình mạch điện ứng dụng điều khiển PLC; - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị, tuân thủ quy trình trình thực hành II Nội dung: Điều khiển thiết bị rót chất lỏng 1.1 u cầu cơng nghệ 20 1.2 Lập trình 21 1.3 Vận hành chạy thử Điều khiển bơm nước 2.1 u cầu cơng nghệ 2.2 Lập trình 22 23 2.3 Vận hành chạy thử Điều khiển bể ăn mịn 2.1 u cầu cơng nghệ 3.2 Lập trình 24 25 3.3 Vận hành chạy thử 26 ... liệu giảng dạy lập trình điều khiển lập trình PLC có nhiều nhiên giáo trình viết cịn chung chung, mang nặng tính lý thuyết chủ yếu dành cho đối tượng sinh viên đại học Quyển giáo trình đời với mục... 2.Tổng quan PLC S7-1200 2.1 Vị trí PLC S7-1200 - PLC S7-1200 thuộc dịng PLC S7 Siemens đời năm 2009 để thay cho PLC S7-200 Hình 1.2 biểu diễn mức độ ứng dụng loại PLC Siemens nhà máy - Dòng PLC S7... cấu trúc, hình dạng bên ngồi PLC; - Lắp đặt đấu nối tín hiệu vào/ số cho PLC; - Thiết lập dự án lập trình PLC sử dụng phần mềm Tia Portal; - Sử dụng lệnh lập trình PLC; - Đảm bảo an toàn cho người