ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH PLC CHO ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA XÂY DỰNG

1 PHẦN I Nghiên cứu điều khiển PLC I PLC Siemens S7-200 I 1 Giới thiệu phần cứng PLC, viết tắt Programmable Logic Control, thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình S7-200 thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ hãng Siemens có cấu trúc theo kiểu modul có modul mở rộng Các modul sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác Hình Kết nối PLC với máy vi tính qua giao thức PPI I Sơ đồ cấu trúc Hình Cấu trúc PLC Cấu trúc PLC S7-200 gồm phần chính: + Bộ xử lý trung tâm (CPU) + Bộ nhớ (Memory Area) + Bộ vào (Input Area Output Area) v Bộ xử lý trung tâm (CPU) Thành phần S7-200 khối vi xử lý CPU 212 CPU 214 vv I CPU 212 Hình CPU 212 họ S7-200 SIEMENS - 512 từ đơn tức 1kbyte để lưu giữ chương trình thuộc miền nhớ đọc ghi không bị liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng nhớ với tính chất gọi vùng nhớ non-volatile - cổng vào cổng logic - Có thể ghép nối mở rộng thêm hai modul mở rộng để tăng thêm số cổng vào ra, bao gồm cổng vào tương tự - Tổng số cổng vào cực đại 64 cổng vào 64 cổng - 64 định thời gian (timer) có có độ phân giải 1ms, có độ phân giải 10ms 54 có độ phân giải 100ms - 64 đếm (counter) chia làm hai loại : loại đếm tiến loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi - 368 bit nhớ đặc biệt, sử dụng bít trạng thái bit đặt chế độ làm việc - Có chế độ ngắt xử lý tín hiệu ngắt khác bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên sườn xuống, ngắt theo thời gian ngắt báo hiệu đếm tốc độ cao (2kHz) - Bộ nhớ không bị liệu khoảng thời gian 50 kể từ PLC bị nguồn nuôi I CPU 214 Hình CPU 214 họ S7-200 SIEMENS CPU 214 bao gồm : - kbyte từ đơn thuộc nhớ đọc ghi (non-volatile) để lưu chương trình ( nhờ có giao diện với nhớ EPROM) - kbyte từ đơn thuộc nhớ đọc ghi để lưu liệu, 1kbyte từ đầu thuộc vùng nhớ non-volatile - 14 cổng vào 10 cổng logic - Có thể mở rộng modul vào bao gồm modul tương tự - Tổng số cổng vào cực đại 64 cổng vào 64 cổng - 128 định thời gian chia làm ba loại theo độ phân giải khác : có độ phân giải 1ms, 16 có độ phân giải 10ms, 108 có độ phân giải 100ms - 128 đếm chia làm hai loại : loại đếm tiến loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi, đếm tốc độ cao với nhịp kHz kHz - 688 bít nhớ dùng để thay đổi trạng thái đặt chế độ làm việc - Các chế độ ngắt xử lý ngắt bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên sườn xuống, ngắt theo thời gian ngắt báo hiệu đếm tốc độ cao ngắt truyền xung - phát xung nhanh cho kiểu xung PTO kiểu xung PWM - Bộ nhớ không bị liệu khoảng thời gian 190 kể từ PLC bị nguồn nuôi * Hệ thống đèn báo CPU 214 : - SF : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng, đèn sáng lên PLC có hỏng hóc - RUN : đèn xanh RUN định PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp vào máy - STOP : đèn vàng STOP định PLC chế độ dừng, dừng chương trình thực lại - Ix x : đèn xanh cổng định trạng thái tức thời cổng Ix x, đèn báo hiệu trạng thái tín hiệu theo giá trị logic cổng vào - Qx x : đèn xanh cổng định trạng thái tức thời cổng Q x x, đèn báo hiệu trạng thái tín hiệu theo giá trị logic cổng * Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC : Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC nằm phía trên, bên cạnh cổng CPU, có ba vị trí cho phép chọn chế độ làm việc khác cho PLC - RUN : cho phép PLC thực chương trình nhớ, PLC rời khỏi chế độ RUN chuyển sang chế độ STOP máy có cố chương trình gặp lệnh STOP, chí công tắc chế độ RUN - STOP : cưỡng PLC dừng công việc thực chương trình chạy mà chuyển sang chế độ STOP chế độ PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình nạp chương trình - TERM : cho phép máy lập trình định chế độ làm việc cho PLC RUN STOP Hình Sơ đồ chân đầu vào CPU 214 AC/DC/Relay Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI cạc chuyển đổi RS-232 /RS-485 Hình Kết nối CPU 214 với máy tính qua cáp PC/PCI * Pin nguồn nuôi: Sử dụng nguồn nuôi để ghi chương trình nạp chương trình nguồn mạng nguồn pin * Nút điều chỉnh tương tự : Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh biến cần thay đổi sử dụng chương trình Nút chỉnh Analog nắp nắp đậy bên cạnh cổng Thết bị chỉnh định quay 270 độ a Bộ nhớ * Bộ nhớ S7-200 chia làm vùng có nhiệm vụ trì liệu khoảng thời gian định nguồn ni Bộ nhớ S7-200 có tính động cao, đọc ghi toàn vùng loại trừ phần bit nhớ đặc biệt ký hiệu SM (Specical memory) truy nhập để đọc * Phân chia nhớ gồm : +) Vùng chương trình có tác dụng lưu chương trình điều khiển (chỉ có chương trình) - Vùng liệu có tác dụng lưu giữ liệu q trình tính tốn kết trung gian Dữ liệu ghi dạng bit, byte, word, từ kép tuỳ theo kiểu tín hiệu thơng qua kí hiệu địa - Vùng liệu chia làm nhiều vùng nhỏ: + Vùng nhớ biến (variable memory): V + Vùng nhớ đầu vào (input image register): I + Vùng nhớ đầu (input image register): Q + Vùng nhớ lưu giữ (Intermal memory bits): M + Vùng nhớ đặc biệt (Spencia memory): SM * Để truy cập vùng nhớ ta phải tuân thủ theo quy ước: +) Dữ liệu kiểu bit quy ước sau: - Kí hiệu vùng nhớ + số byte + (.) + số bit Ví dụ: V150.4 : Chỉ bits 4của byte 150 thuộc miền V - Dữ liệu kiểu byte quy ước sau: Tên miền + B +địa byte miền Ví dụ: QB6, MB14 - Dữ liệu kiểu Word quy ước sau: Tên miền + W + địa byte cao từ miền Ví dụ: VW12 (lấy địa byte 12, 13) - Muốn truy nhập 32 bit ta kí hiệu sau: Tên miền + D + số byte cao Ví dụ: MD1 (lấy địa byte 1, 2, 3, 4) - Vùng tham số có tác dụng chứa kí hiệu câu lệnh kí hiệu địa từ khố - Vùng đối tượng có tác dụng tạo rơle thời gian, đếm, rơle thời gian đếm có vùng nhớ 16 bit để ghi số đếm thời gian, bit để ghi giá trị logic số đếm ghi tối đa 32767 Ngoài vùng chứa vùng nhớ đệm cửa vào tương tự, ghi đếm tốc độ cao kí hiệu vùng theo chữ: + Rơle thời gian: T + Bộ nhớ : C + Đệm cửa vào tương tự: AIW + Vùng đệm cửa tương tự: AQW + Thanh ghi: AC + Bộ đếm tốc độ cao: HC b Bộ vào PLC S7- 200 bao gồm đầu vào tín hiệu số, đầu ngắt đầu vào tương tự Các đầu tín hiệu số kiểu rơ le đầu tương tự - Các cổng truyền thông : PLC S7-200 sử dụng cổng truyền thống nối tiếp RS485 với phích nối chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình với trạm PLC khác Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PC 702 với máy thuộc họ PC7 xx khác sử dụng cáp nối thẳng qua cổng MPI Chân Chức Đất Nguồn 24 VDC Truyền nhận liệu Không sử dụng Đất Nguồn VDC Nguồn 24 VDC Truyền nhận liệu Không sử dụng Hình Sơ đồ chân cổng truyền thơng RS 485 Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI cạc chuyển đổi RS-232 /RS-485 I Mở rộng vào cho PLC Hình Modul mở rộng EM 222 PLC Để tăng số lượng đầu vào đầu cửa vào tương tự ta sử dụng thêm khối mở rộng Số lượng khối mở rộng định CPU, khối ghép bên phải khối sở thông qua giắc cắm Trên khối mở rộng không ghi địa mà địa phải xác định thông qua kiểu khối mở rộng vị trí khối mở rộng với khối loại phía bên trái Vì cách xác định địa sau: - Địa tính tăng dần số khối sở - Các byte sử dụng chưa hết bít chuyển khối bắt đầu tính từ byte Với khối vào tương tự để hai byte để phân cách CPU 214 lắp cố định chắn rail với modul mở rộng kết nối với hệ thống bus Hình CPU 214 với modul mở rộng Địa đặt cho modul mở rộng CPU 214 cho theo bảng đây: Bảng Địa đặt cho modul mở rộng CPU 214 Modul Modul vào/4 vào I0 Q0 I2 I3 AIW0 Q3 AIW8 AIW2 AIW10 I0 Q0 I2 I3 AIW4 Q3 AIW12 I1 Q1 Q2 I1 Q1 Q2 CPU 214 vào analog/ analog AQW0 Modul Modul Modul vào analog/ analog AQW4 10 PHẦN IV Ứng dụng PLC điều khiển băng tải IV Yêu cầu công nghệ ü Sản phẩm phát cảm biến Sensor 1→Sensor ü Để kéo băng tải người ta sử dụng động không đồng rotor lồng sóc SM1, SM2 ,SM3 ü Nhấn nút run hệ thống bắt đầu vào chế độ làm việc ü Khi có sản phẩm nằm vùng kiểm sốt sensor 1thì lệnh khởi SM1 ü Khi sản phẩm chuyển tới cuối băng tải tức bắt đầu vào vùng kiểm soát sensor lệnh khởi động SM2 ü Khi sản phẩm chuyển qua băng tải tức khỏi vùng kiểm sốt sensor lệnh dừng SM1 ü Khi có sản phẩm nằm vùng kiểm sốt sensor lệnh khởi SM3 ü Khi sản phẩm khỏi vùng kiểm soát sensor lệnh dừng SM2 ü Khi sản phẩm khỏi sensor lệnh dừng SM3 ü Muốn dừng toàn hệ thống ta nhấn nút Stop Hình 21 Băng tải 38 IV Lưu đồ chng trỡnh Btđầu Start = ON ? Sai Đ L m Việc Đ S1 = ON ? S Khởi ®ộngSM1 Đ S2 = ON ? S KĐ SM2 Đ S3 = ON ? S KĐ SM3 Đ S2-> OF ? S DừngSM1 Đ S3 -> OF ? S Dừng SM2 Đ S4 OF ? S Dõng SM3 Stop = ON? DừngL m việc END Hình 22 Lưu đồ chương trình 39 IV Chương trình chạy mơ hệ thống 40 41 Hình 23 Hình ảnh chương trình chạy IV Phân cổng vào cho PLC Vào PLC : Ra PLC : I124.0 - Start Q124.0 : Chế độ làm việc I124.2 - S1 Q124.1 : Động SM1 I124.3 - S2 Q124.2 : Động SM2 I124.4 - S3 Q124.3 : Động SM3 I124.5 - S4 I124.1- Stop 42 PHẦN V Bộ mơ thí nghiệm PLC nhà trường tài liệu V Tham khảo số thí nghiệm thương mại Bộ thí nghiệm PLC (Điện - khí nén) Model : TL-PA-1 NSX: Hàn Quốc Đặc điểm Điều khiển điện khí nén với PLC Có thể sử dụng kết hợp PLC chuẩn,hoặc loại PLC khác Thực nhiều loại tập Các tập thí nghiệm: Hình 24 Bộ thí nghiệm PLC Điều khiển khí nén bản, theo trình tự điều kiện khác điều khiển tay, tự động… Tìm lỗi hệ thống khí nén Thực mạch điện khí nén Mạch điều khiển rơ le Mạch điện điều khiển tuần tự, hệ thống điện khí nén Điều khiền khí nén - PLC Điều khiển chương trình PLC 43 Bộ thí nghiệm PLC II Model : TL-PA-2 NSX: Hàn Quốc Đặc điểm: Điều khiển ngõ vào/ra tương tự Điều khiển ngõ vào/ra số Ứng dụng điều khiển cảm biến, động Hình 25 Bộ thí nghiệm PLC Có thể sử dụng với thí nghiệm PLC chuẩn Khơng gian sử dụng nhỏ Có thể dùng với số loại PLC khác Bộ thí nghiệm PLC V Model : TL-PA-5 NSX: Hàn Quốc Đặc điểm: Ngõ vào/ra số TGS 32 LED 32 Digital S/w 4digit Seven segment 4digit Hình 26 Bộ thí nghiệm PLC Chuông báo Ngõ vào/ra tương tự Ngõ vào áp : -10V Ngõ vào dòng : - 20 mA Ngõ áp : -10 - 10VDC 44 Bàn điều khiển giáo viên (Việt Nam) Mã hiệu: NH – 001D + Kích thước: 1400x750x1100mm Xem ảnh chụp + Bàn chế tạo kim loại sơn tĩnh điện Hình 27 Bàn điều khiển giáo viên Có tủ đựng tài liệu KT 1400x750x1100, mặt sơn tĩnh điện in sơ đồ dẫn - Có ngăn tủ đựng tài liệu, dụng cụ cho giáo viên - Đóng ngắt chung nút ấn khởi động từ - Điều khiển điện nguồn cung cấp cho bàn thí nghiệm cách độc lập qua hệ thống công tắc riêng rẽ + Sau học sinh hoàn thành tập thực hành, giáo viên kiểm tra tập học sinh Nếu học sinh đấu mạch điện giáo viên cấp điện cho hoạt động thử + Có khố điện điều khiển (do giáo viên giữ ) để đảm bảo an tồn giáo viên có việc riêng + Tự động ngắt mạch báo động cường độ ánh sáng phịng khơng đủ có cố chạm chập + Có nguồn mẫu đồng hồ đo điện để giám sát trình thực tập học sinh + Có thể kết nối đến 12 bàn học sinh Các thiết bị gồm: - Bàn kim loại sơn tĩnh điện Có tủ đựng tài liệu KT 1400x750x1100- VN 45 - Mặt bàn gá lắp panel thiết bị sơn tĩnh điện KT1400x300 in dẫn-VN - Nút ấn– Hàn Quốc - Khoá điện– Hàn Quốc - 15 Công tắc gạt (chuyển mạch)- Nga - 16 Đèn báo D10- Đài Loan - Ổ cắm đôi VANLOCK - Đồng hồ vôn xoay chiều- Đài Loan - Đồng hồ Ampe xoay chiều - Đài Loan - Công tắc tơ LS – Hàn Quốc - Bộ nguồn ổn áp chiều ±5V, ±12V , 24V AC/DC - Bảng mạch điện tử điều khiển -VN - 50 m dây tín hiệu (kết nối với bàn học sinh) -VN - Cuộn kháng 10A có lõi thép -VN - Cịi báo- Đài Loan V Phịng thí nghiệm PLC số trường đại học V Phòng PLC Mạng Cơng nghiệp trường ĐH Lạc Hồng Phịng PLC Mạng Cơng Nghiệp phịng chun nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển lập trình ứng dụng PLC cơng nghiệp Phịng bao gồm hệ thống máy tính, điều khiển, hình điều khiển đa dạng loại mơ hình 46 Hình 28 Phịng thí nghiệm PLC & Mạng cơng nghiệp V 2 Phịng thí nghiệm trường Đại học Quảng Bình Hình 29 Phịng thí nghiệm trường ĐH Quảng Bình V Bộ thí nghiệm tự thiết kế ứng dụng cho xây dựng Nhóm tác giả đầu tư phát triển mơ thí nghiệm PLC nhà trường, sử dụng PLC LT-200 tương thích Siemens S7-200 Hình 30 PLC LT-200 tương thích Siemens S7-200 47 Bộ mơ có mơ hình sau: · Mơ hình trạm trộn bê tơng · Mơ hình thang máy · Mơ hình băng tải V Tài liệu học tập thiết kế lập trình PLC xây dựng Bộ tài liệu thiết kế phát hành mở dạng tệp PDF gồm có phần sau: · Giới thiệu tiếp cận dòng PLC Siemens dòng khác; · Hướng dẫn sử dụng thí nghiệm PLC nhà trường; · Hướng dẫn thiết kế, lập trình điều khiển PLC cho số thiết bị xây dựng như: o Trạm trộn bê tông o Băng tải o Thang máy o Bộ đo lường độ giãn nở bê tông o Máy giám sát thi công cọc cát o Bộ điều khiển nhà kính nơng nghiệp Bộ tài liệu cịn có thiết kế số mơ hình hoạt động mô 48 49 Tài liệu tham khảo Nguyễn Mạnh Hùng, Đồ án thiết kế trạm trộn bê tông 30m3 dùng PLC S7-200, 2006 Trần Trọng Hiệp, Đề tài ứng dụng PLC điều khiển băng tải Lê Hữu Thành, Ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển thang máy, 2010 Lê Hạ Thiên Tường, Đồ án Tìm hiểu PLC OMRON 50 Mục lục PHẦN I Nghiên cứu điều khiển PLC I PLC Siemens S7-200 I 1 Giới thiệu phần cứng I Sơ đồ cấu trúc I CPU 212 I CPU 214 I Mở rộng vào cho PLC I Giới thiệu ngôn ngữ lập trình S7-200 11 I Phương pháp lập trình .11 I 2 Cú pháp hệ lệnh S7-200 12 I Các dòng PLC khác 18 I PLC Mitsubishi .18 I PLC OMRON 18 I 3 Các loại PLC Trung Quốc 19 PHẦN II Thiết kế điều khiển PLC cho trạm trộn bê tông 20 II Khái niệm chức trạm trộn bêtông 20 II 1 Phân loại trạm trộn: 21 II Cấu tạo chung: 23 II Nguyên lý hoạt động chung trạm trộn bê tông 24 II Thiết kế mạch điều khiển mạch lực 25 II Yêu cầu hệ điều khiển trạm trộn bê tông tươi 25 II Chế độ hoạt động tay .25 II Chế độ hoạt động tự động 26 II 4 Cấu trúc hệ điều khiển trạm trộn bê tông tươi 27 PHẦN III Thiết kế điều khiển thang máy 31 III Cấu tạo thang máy 31 III 1 Chức số phận Thang máy 32 51 III Yêu cầu dừng xác buồng thang: 34 III Ứng dụng PLC điều khiển thang máy 37 PHẦN IV Ứng dụng PLC điều khiển băng tải 38 IV Yêu cầu công nghệ .38 IV Lưu đồ chương trình 39 IV Chương trình chạy mơ hệ thống 40 IV Phân cổng vào cho PLC .42 PHẦN V Bộ mơ thí nghiệm PLC nhà trường tài liệu 43 V Tham khảo số thí nghiệm thương mại 43 V Phịng thí nghiệm PLC số trường đại học 46 V Phịng PLC Mạng Cơng nghiệp trường ĐH Lạc Hồng 46 V 2 Phịng thí nghiệm trường Đại học Quảng Bình 47 V Bộ thí nghiệm tự thiết kế ứng dụng cho xây dựng 47 V Tài liệu học tập thiết kế lập trình PLC xây dựng 48 Tài liệu tham khảo .50 Mục lục .51 52 ... trình Chương trình bao gồm tập dãy lệnh S7-200 thực chương trình lệnh lập trình kết thúc tập lệnh cuối vòng Một vòng gọi vòng quét (Scan) Chu trình thực chu trình lặp Cách lập trình cho S7-200... LPS(logic push) Sao chụp giá trị bit vào bit thứ hai ngăn xếp giá trị lại đẩy lùi xuống bit, bit cuối bị đẩy lùi xuông ngăn xếp - Lệnh LRD(logic read) Sao chép giá trị bít thứ hai vào bit ngăn... măng chứa xilơ) Trong q trình dịch chuyển xuống chúng qua định lượng sau đưa vào máy trộn Điểm cuối cửa bêtông phải cao miệng cửa nhận thiết bị nhận bêtơng Trong dây chuyền lắp loại máy trộn