PLC là một bộ phận của hệ thống điều khiển quá trình kỹ thuật hay hệ thống
điều khiển sản xuất cơng nghiệp. Thao tác thiết kế chương trình, lập trình trên ngơn ngữ của PLC nhằm mục đích điều khiển các cơng đoạn hoạt động bộ phận. Vậy, để
chúng thực sự hoạt động được thì hệ thống phải được kết nối sao cho hợp lý và ăn khớp với nhau. PLC phải được nối với các thiết bị ngoại vi đầu vào, đầu ra một cách hợp lý. Chúng ta lập trình để điều khiển thì rõ ràng phải biết được là điều khiển những gì, hay đối tượng để điều khiển là gì, kết nối như thế nào? Do vậy, chúng ta cần phải xét đến các khâu khác liên quan đến PLC trong hệ thống điều khiển sản xuất.
Hệ thống điều khiển sản xuất trong đĩ cĩ sử dụng đến bộ điều khiển PLC bao gồm các máy tính được nối mạng với nhau, các máy tính được kết nối với các PLC, các PLC thơng qua các module vào/ra để nối tới các thiết bịđo lường, rồi nối tới cơ cấu chấp hành đểđiều khiển hoạt động của chúng.
Hình 4.1: Hệ thống điều khiển và giám sát sử dụng PLC
Một hệ thống kỹ thuật hồn chỉnh bao gồm nhiều khâu được lắp ráp tương thích với nhau. Máy tính nối mạng để quản lý các số liệu, thơng sốđiều khiển cũng như các số liệu của quá trình sản xuất. Các máy tính này hoạt động theo nguyên lý của một mạng máy tính nội bộ thơng thường được đặt trong phịng riêng gọi là phịng điều khiển trung tâm (Centre Control Room - CCR). Hệ máy tính trong CCR sẽ được nối tới các máy tính trạm hay các máy tính vận hành (Operation Station - OS).
Các máy tính vận hành này cĩ thể là nơi chứa sẵn chương trình lập trình cho thiết bịđiều khiển như PLC chẳng hạn. Cơng việc lập trình cho các PLC được diễn ra tại một số máy tính trạm và đổ chương trình vào PLC đểđiều khiển các quá trình kỹ thuật ở cấp dưới.
Tĩm lại, hệ thống kỹ thuật thường bao gồm các phần riêng biệt như hệ thống máy tính nối mạng, hệ thống máy trạm, hệ các PLC, hệ các thiết bịđo lường và điều khiển cùng với các cơ cấu chấp hành, được nối với nhau bằng các loại cáp nối đặc biệt gọi là các Bus (ví dụ: bus trường – fieldbus, bus hệ thống – systembus, bus nối mạng nội bộ – Ethernet...).
Đối với điều khiển đơn giản sử dụng PLC cĩ thể chỉ gồm: - Nguồn điện.
- Khối PLC. - Cáp nối.
- Các thiết bịđo lường (Cảm biến, Rơ le, ....).
- Các thiết bị chấp hành (Động cơ, Rơ le, Bĩng đèn, ...). - Máy tính (để lập trình).
Hệ cĩ thể tách rời thiết bị lập trình cho PLC, bởi trước khi đổ chương trình cho PLC hoặc khi muốn thay đổi chương trình trong PLC thì sử dụng cáp nối từ
máy tính cá nhân hoặc bộ lập trình cầm tay vào PLC, khi nạp xong thì tháo cáp. Một hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng PLC được mơ tả như hình 4.2.
Hình 4.2: Hệ thống điều khiển sử dụng PLC đơn giản
2.3.2.Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi
2.3.2.1. Kết nối PLC với PC hoặc thiết bị cầm tay
Để việc lập trình và đổ chương trình vào PLC, cần một cáp nối giữa thiết bị
lập trình hoặc máy tính nối tới PLC.
a, Nếu sử dụng máy tính để lập trình, cĩ cáp PPI/PC. Trên cáp PPI/PC, đầu PC sẽ được nối vào cổng COM của máy tính, cịn đầu PPI được nối vào cổng Address # (hoặc Peripheral nếu là PLC - Omron) của PLC.
Hình 4.3: Nối PLC với PC
Vào View > Component > Communications trên giao diện chính của Step 7 – Microwin, cửa sổ Comunications (Kết nối) sẽ hiện ra như sau:
Hình 4.4: Cửa sổ kết nối trong Step 7 – MicroWin32
Trường hợp trên, nhìn vào thơng số mạng (network parameters): - Giao diện: cáp PC/PPI nối cổng COM1 của máy tính.
- Giao thức: nối điểm - điểm (point to point). Lưu ý địa chỉ mặc định:
Hình 4.5: Cửa sổ thiết lập giao diện PG/PC
Trường hợp nối máy tính với PLC thì kích đúp chuột vào , xuất hiện cửa sổ:
Hình 4.6: Đặc tính cáp
Trong mục này, cần đặt địa chỉ các thiết bị và tốc độ truyền (rate với đơn vị
baud - đơn vị truyền tin). Địa chỉ thường để mặc định, tuy nhiên phải kiểm tra tốc
độ truyền phải như nhau cho các thiết bị truyền nhận, địa chỉ từng thiết bị phải là duy nhất.
Cài đặt tốc độ và địa chỉ cho CPU:
vào View>Component>System block, cửa sổ sau xuất hiện:
địa chỉ mặc định cho CPU là 2; tốc độ truyền mặc định là 9.6kbps. Nếu thay
đổi tốc độ và địa chỉ thì cần đảm bảo tính duy nhất của chúng trên tất cả các thiết bị
trong mạng được nối (PLC, Step 7, Giao diện).
b, Trường hợp sử dụng thiết bị lập trình cầm tay
Tương ứng với PLC S7-200, thiết bị lập trình cầm tay là PG-702. Sử dụng cáp MPI với một đầu cáp cắm vào cổng PPI của PG-702, 1 đầu cắm vào cổng Address # (hoặc Peripheral của Omron) của PLC. Sau khi cắm cáp và bật nguồn của PLC và PG702, chúng sẽ tự động cấu hình và chỉ việc viết chương trình trên PG- 702, sau đĩ tải vào PLC. Trong qúa trình thử chương trình, nếu luơn nối cáp giữa PG-702 với PLC thì cĩ thể giám sát chương trình hoạt động của PLC, thể hiện trên màn LED của PG-702.
Hình 4.8: nối PG-702 với PLC
2.3.2.2. Kết nối PLC với các phần chức năng khác
Các đầu vào/ ra của PLC tương ứng sẽ được thiết lập liên hệ tín hiệu với các thiết bịđầu vào(như các rơ le, cảm biến, cơng tắc hành trình, các bộ biến đổi tương tự/ số…), đầu ra (các rơ le, cơng tắc tơ, mạch chuyển đổi, bĩng đèn, động cơ, …).
Đầu ra và đầu vào của PLC cĩ điện áp 24VDC, với dịng điện khá nhỏ. Vì thế thường phải cĩ cách ly dịng giữa thiết bị chấp hành với các tiếp điểm vào /ra của PLC.
Đầu vào lấy từ tín hiệu ra của các cảm biến nếu điện áp cảm biến đạt xấp xỉ
24VDC. Nếu khơng, cĩ thể phải bố trí khuyếch đại tín hiệu áp. Cĩ thể đầu vào từ
các cơng tắc hành trình, điện áp từ các cơng tắc hành trình cũng cần đảm bảo xấp xỉ
24VDC…
Đầu ra là tín hiệu điện áp 24VDC ứng với mức logic “1”, và 0 V ứng với mức logic “0”. Để điều khiển được các thiết bị chấp hành, ta đưa đầu ra của PLC với mỗi tiếp điểm qua một rơ le trung gian 24VDC. Đầu ra của rơ le được lựa chọn dịng cực đại ghi trên vỏ rơ le, hoặc nối tiếp điểm đầu ra của PLC với mạch cách ly Opto Coupler,… Nếu trường hợp tải sử dụng dịng và cơng suất nhỏ thì cĩ thể đấu
trực tiếp với tiếp điểm ra của PLC (Ví dụ LED nhỏ). Tuy nhiên cần tìm hiểu kỹđặc tính vào ra của PLC, của thiết bị ngoại vi trước khi lắp đặt.
2.3.3.Kiểm lỗi kết nối bằng Step 7-MicroWin
Sau khi thực hiện xong việc kết nối PLC với máy tính, việc tiếp theo là kiểm tra việc kết nối đã đảm bảo hay chưa.
- Vào Start> Simatic>S7-MicroWIN>Step 7 MicroWIN 32. - Vào View>Component>Comunications.
- Nháy đúp chuột vào biểu tượng để kiểm tra.
Nếu cĩ lỗi tiếp xúc giữa PC với PLC thì biểu tượng này sẽ chuyển thành:
và nếu Nháy chuột vào OK thì sẽ cĩ thơng điệp:
tức là cĩ lỗi xảy ra khi truyền dữ liệu tới PLC.
Trường hợp nếu ta nháy chuột vào OK ngay sau khi vào View> Component> Comunications thì cũng sẽ cĩ thơng điệp như trên. Khi đĩ phải xem xét lại đường cáp nối giữa máy tính với PLC, cĩ thể do dắc cắm chưa khớp, cĩ thể dây nối bịđứt ngầm hoặc đầu chuyển đổi PC/PPI ở giữa cáp bị lỗi. Nếu chúng ta khơng kiểm lỗi kết nối, sau khi lập trình và biên dịch (Compile) thành cơng, tải chương trình vào PLC nếu cĩ lỗi truyền nhận thì thơng điệp sau sẽ xuất hiện:
- Trường hợp việc kết nối thành cơng, trong mục View> Component> Comunications, nháy đúp chuột vào biểu tượng sẽ cĩ kết quả kiểm tra với biểu tượng sau:
- Khi đĩ, sau khi biên dịch chương trình, download (tải) chương trình vào PLC sẽ cĩ thơng điệp:
- Nháy OK, chương trình sẽđược tải vào PLC, nếu khơng cĩ lỗi gì xẩy ra, sẽ
cĩ thơng điệp khi tải xong:
2.3.4.Đi dây và bố trí tủ bảo vệ PLC
Cĩ thể nĩi PLC là thiết bị quan trọng nhất trong một hệ thống điều khiển đơn giản. Tuy nhiên, đểđiều khiển được các thiết bị vào ra, bắt buộc phải nối với một hệ
các thiết bị phụ trợ khác như là các Sensor (cảm biến), Rơ le, Cơng tắc hành trình, Nút ấn, đèn Led,… tất cả phải được bố trí sao cho vừa đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế,… Hình 4.9 đưa ra một tủ điều khiển được bố trí các thiết bị gọn vào phía trong, các nút điều khiển, các cổng nối được đấu từ trong tủ ra ngồi một cách hợp lý.
Hình 4.9: Tủđiều khiển PLC
Bây giờ chúng ta nhìn kỹ vào phần dưới tủ, hộp PLC được gá lên thanh kẹp. Các đầu vào ra đấu với các dây dẫn và dẫn tới cơng tắc, led phía ngồi mặt tủ. Một sốđầu dây được đấu đến các vị trí khác tuỳ yêu cầu chức năng dựđịnh. Khi đấu đầu dây với các tiếp điểm của PLC, thường ta sử dụng đầu cốt để bấm vào mỗi đầu dây, sau đĩ vít vào mỗi tiếp điểm trên PLC hoặc trên ổ nối đầu dây (cầu đấu). Trước khi bấm đầu cốt, nếu số tiếp điểm vào ra sử dụng nhiều thì nên lồng đầu số vào mỗi đầu dây để tiện kiểm sốt lỗi đấu dây. Các đế rơ le, cầu đấu thường ăn khớp với thanh kẹp, vì thế việc thiết kế tủ bảo vệ PLC – tủđiều khiển nên bố trí sử dụng các gá đỡ
phụ trợ sẽ an tồn hơn cho PLC và các thiết bị phụ trợ. Hình 4.10 thể hiện một tủ điều khiển PLC đấu dây sử dụng máng kẹp dây.
Với hệ thống càng nhiều tiếp điểm vào ra, càng phức tạp hơn. Việc bố trí tủ điều khiển trở thành dạng điều khiển cấp cao như là điều khiển phân tán, cĩ thể gọi là tủ DCS. Ngồi việc sử dụng máng kẹp dây, cịn phải bố trí các thiết bị theo từng khối để dễ kiểm sốt. Các khối cĩ các đầu nối cần đánh số theo phân vùng và địa chỉ hố chúng.
Hình 4.11: Một gĩc tủđiều khiển phức tạp
2.3.5.Vận hành an tồn
Sau khi lập trình, bước tiếp theo là biên dịch (compile), nếu khơng cĩ lỗi logic thì tiếp tục test (thử) tải chương trình (download) vào PLC, chạy thử riêng PLC bằng cách theo dõi đèn LED trên PLC hoặc theo dõi tuần tự ngay trên giao diện LAD.
Khi chương trình đã chạy đúng như ý muốn thì tiến hành chạy PLC với đầu vào/ ra khơng nối thiết bị thực, mà dùng bằng tay. Ví dụ nếu đầu vào nối cơng tắc hành trình thì cĩ thể nối 1 đầu dây với nguồn 24VDC, đầu kia khi chạm tiếp điểm vào của PLC tức là ứng với khi đĩ tín hiệu ra của cơng tắc hành trình cĩ mức logic “1”, khi ngắt thì mức logic là “0”.
Để chạy thử và kiểm tra chương trình trên giao diện LAD, sau khi lập trình ở
Hoặc vào Debug>Program Status:
Sau đĩ nháy chuột vào Download, chương trình hiện ra cửa sổ:
Nháy chuột vào OK, sẽ cĩ biểu tượng:
Vào Debug>Program Status.
Vào PLC>RUN, thơng điệp sau xuất hiện:
Theo dõi tuần tự chương trình thể hiện trên Led của PLC và tuần tự chạy trên giao diện LAD.
Chạy thử từng phần, đo đạc, kiểm tra thơng số, hiệu chỉnh. Cuối cùng là vận hành hệ thống (demo ->khơng tải-> tải). Từng khâu trong hệ thống luơn phải tính tốn, bố trí hợp lý. Tải chương trình cĩ sẵn trong PLC ra giao diện LAD Vào File> Upload, chương trình sẽđọc từ PLC ra:
Nháy chuột vào OK, tiếp theo là:
2.4. PLC LOGO
2.4.1. Giới thiệu chung
Trước khi sử dụng một LOGO, ta phải biết một số thông tin cơ bản về sản phẩm như cấp điện áp sử dụng, ngõ ra là relay hay transistor…. Các thông tin cơ bản đó có thể tìm thấy ngay ở góc dưới bên trái của sản phẩm.
2.4.2.Đấu nối logo