Bố trớ thiết bị
Với mụ hỡnh điều khiển đốn giao thụng gồm 4 cột đốn đặt ở 4 gúc của ngó tư, mỗi cột đốn gồm 5 đốn: 3 đốn bỏo hiệu cho xe và 2 đốn bỏo hiệu cho người đi bộ. Ngoài ra trờn mụ hỡnh cũn lắp thờm 4 rơ le để điều khiển đốn đỏ đi bộ. Với số thiết bị ngoại vi như trờn ta bố trớ 28 chõn đế giắc cắm trờn bề mặt modul, cỏc chõn đế giắc cắm này đều được nối dõy sẵn tới cỏc thiết bị ngoại vi để tiện cho việc đấu dõy khi thực hành X1 V1 Đ1 Xanh đi bộ 2 Đỏ đi bộ 2 Đ2 X2 V2 Đỏ đi bộ 1 Xanh đi bộ 1 30s 5s 30s 20s 45s 35s 5s 30s 20s 50s
Hỡnh 3.21. Hỡnh ảnh bố trớ đốn giao thụng ở ngó tư
Bản vẽ bố trớ thiết bị
Hỡnh 3.22. Sơ đồ bố thiết bị modul đốn giao thụng
ON
OFF
3 2
Mụ hỡnh sau khi hoàn chỉnh
Hỡnh 3.23. Mụ hỡnh hoàn thiện modul đốn giao thụng
3.6.3. Chương trỡnh điều khiển
Phõn cụng địa chỉ vào ra Stop: I0 Start: I1 Đốn xanh 1: Q0 Đốn vàng 1: Q1 Đốn đỏ 1: Q2 Đốn xanh đi bộ 2: Q3 Đốn xanh 2: Q4 Đốn vàng 2: Q5 Đốn đỏ 2: Q6 Đốn xanh đi bộ 1: Q7
Toàn bộ hệ thống mụ hỡnh sau khi hoàn chỉnh:
Hỡnh 3.25. Toàn bộ cỏc mụ hỡnh sau khi hoàn thiện 3.7. Kết luận chương 3
Nội dung chương 3 đó xõy dựng được 5 bài thực hành ứng dụng PLC Zen - Hệ thống điều khiển khởi động động cơ ở chế độ sao/tam giỏc, mụ hỡnh cửa tự động, mụ hỡnh trũ chơi đường lờn đỉnh Olympia, mụ hỡnh bói đỗ xe tự động, mụ hỡnh đốn giao thụng.
Nghiờn cứu tổng quan về hệ thống điều khiển cho mỗi bài thực hành Thiết kế bố trớ thiết bị cho cỏc bài thực hành
Chế tạo cỏc mụ hỡnh thực hành hoàn chỉnh
Viết chương trỡnh điều khiển cho cỏc bài thực hành.
Từ mụ hỡnh thực hành đó chế tạo được ở chương 3, chương 4 sẽ xõy dựng bài giảng thực hành PLC Zen.
CHƯƠNG IV
XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH ZEN
4.1. Cơ sở lý thuyết chung của phương phỏp dạy học thực hành
4.1.1. Khỏi niệm về thực hành và dạy học thực hành kỹ thuật
Trong dạy học, thực hành là hoạt động của sinh viờn nhằm vận dụng những kiến thức, hiểu biết về kỹ thuật, rốn luyện kĩ năng kĩ xảo cần thiết. Hoạt động thực hành cú hai dạng cụ thể trong mối quan hệ tương hỗ:
- Hoạt động thực hành vật chất: là hoạt động thực hành nhằm hỡnh thành, rốn luyện kĩ năng, kĩ xảo lao động, luyện tập cỏc thao tỏc thực hành trực tiếp trờn vật thật, trờn cỏc linh kiện, vật dụng cụ thể.
- Hoạt động thực hành trớ tuệ: là dạng thực hành thụng qua giải cỏc bài tập kĩ thuật, thiết kế, tạo lập mụ hỡnh, là hoạt động tự học, tự thõn vận động khi khụng cú sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giỏo.
Dạy học thực hành là một quỏ trỡnh sư phạm do giỏo viờn tổ chức với mục đớch dạy sinh viờn vận dụng kiến thức, kiểm tra lại lý thuyết, hỡnh thành, rốn luyện kĩ năng kĩ xảo lao động, tớnh cẩn thận chăm chỉ… cỏch bố trớ thiết bị,dụng cụ thực hành một cỏch khoa học. Với đặc thự của trường Đại học Cụng nghiệp Việt - Hung là đào tạo kỹ sư thực hành theo hướng cụng nghệ nờn việc nõng cao tay nghề và kỹ năng thực hành cho sinh viờn là thực sự cần thiết. Thụng qua việc thực hành cỏc bài tập từ đơn giản đến phức tạp, sinh viờn sẽ nắm bắt bài học một cỏch nhanh chúng, rỳt ngắn khoảng cỏch giữa lý thuyết và thực hành làm quen với cỏc cụng nghệ mới. Việc nõng cao chất lượng đào tạo thực hành tại cỏc cơ sở đào tạo sẽ giỳp sinh viờn khi ra trường cú thể làm việc ngay mà khụng cần cỏc cụng ty, doanh nghiệp đào tạo lại. Đõy chớnh là điểm yếu của sinh viờn khi ra trường.
4.1.2. Nhiệm vụ của dạy học thực hành
Dạy học bằng thực hành cú nhiệm vụ:
- Hoàn thiện và vận dụng những hiểu biết kĩ thuật ở mức độ khỏc nhau (đơn lẻ hoặc tổng hợp) vào cỏc thao tỏc thực hành.
- Hỡnh thành và phỏt triển tư duy về kĩ thuật, bồi dưỡng năng lực nghiệp vụ thực hành, thao tỏc kĩ thuật.
- Thực hiện cỏc chức năng giỏo dục (tỏc phong làm việc nhanh nhẹn, tạo hứng thỳ và bộc lộ năng khiếu nghề nghiệp, tớnh cẩn thận, cần cự chăm chỉ trong lao động, an toàn lao động và vệ sinh mụi trường), củng cố kiến thức lý thuyết.
- Tạo bước chuyển giao khụng thể thiếu giữa học lý thuyết và thực tế,giữa chương trỡnh đào tạo và thực tế cụng việc sau khi tốt nghiệp khoỏ đào tạo ở cỏc trường kĩ thuật.
4.1.3. Phương phỏp dạy học thực hành kĩ thuật
Trong dạy học thực hành kĩ thuật cần sử dụng linh hoạt, phối hợp nhiều phương phỏp, phương tiện dạy học khỏc nhau, tuỳ theo mục đớch và nội dung của bài học. Với đặc thự thực hành mụn lập trỡnh PLC tại trường, căn cứ vào cơ sở vật chất và trang thiết bị, giỏo viờn sẽ ỏp dụng cỏc biện phỏp khỏc nhau sao cho đạt mục đớch giỏo dục cao nhất. Giỏo viờn cú thể thao tỏc thị phạm, gợi ý hướng dẫn phõn tớch bài toỏn, trờn cơ sở lý thuyết đó được học, sinh viờn sẽ vận dụng vào để lập trỡnh điều khiển bài toỏn. Hiện tại phũng thực hành PLC của trường Đại học Cụng nghiệp Việt - Hung gồm cú cỏc bộ thực hành của cỏc hóng khỏc nhau như S7-300, LOGO, CPM1A, CPM2A, ZEN. Trong quỏ trỡnh thực hành, sinh viờn sẽ được làm quen và thực hành lập trỡnh trờn cỏc bộ PLC này, thụng qua đú sinh viờn cú thể nhận thấy rằng sự khỏc nhau giữa bộ lập trỡnh PLC của cỏc hóng là khụng nhiều. Điểm khỏc biệt cơ bản giữa cỏc hóng và giữa cỏc bộ điều khiển của cựng một hóng là cỏch khai bỏo địa chỉ, cõu lệnh và chức năng điều khiển của từng bộ. Khi đó lập trỡnh thành thạo trờn một bộ PLC của hóng này thỡ việc chuyển sang lập trỡnh trờn bộ PLC của hóng khỏc sẽ khụng gặp nhiều khú khăn. Việc thực hành lập trỡnh thành thạo trờn cỏc bộ PLC này sẽ giỳp sinh viờn cú thể nhanh chúng tiếp cận và sử dụng được cỏc bộ điều khiển lập trỡnh PLC khỏc khi ra trường.
4.2. Xõy dựng bài thực hành lập trỡnh điều khiển Zen
Với thời lượng chương trỡnh, phần thực hành PLC ZEN sẽ được bố trớ sau khi thực hành trờn bộ CPM1A và CPM2A của hóng Omron. Mục đớch của phần thực hành ZEN là giỳp sinh viờn làm quen với phần mềm lập trỡnh Zen Support Software và lập
trỡnh cỏc bài tập cơ bản trờn bộ điều khiển ZEN. Phần lập trỡnh ZEN cú thời lượng 3 buổi
Buổi 1: Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra. Buổi 2: Thực hành với Timer và Counter.
Buổi 3: Bài thực hành tổng hợp và nõng cao
4.2.1. Tiếp cận thiết bị và thực hành với đầu vào ra.
Mục đớch
Giỳp sinh viờn làm quen với phần mềm ZEN Support Software, cỏc lệnh cơ bản ,cỏch lập trỡnh và cỏch mụ phỏng bằng phần mềm ZEN Support Software
Yờu cầu:
- Sinh viờn ụn lại kiến thức lý thuyết trước khi lờn thực hành
- Tỡm hiểu ý nghĩa cỏc đốn bỏo, sơ đồ đấu dõy của bộ ZEN 20C3AR-A-V2
Nội dung cỏc bước thực hiện
4.2.1.1. Phần mềm ZEN Support Software
a. Yờu cầu cài đặt phần mềm
Để cài đặt được phần mềm này yờu cầu cấu hỡnh mỏy tớnh
Bảng 4.1. Yờu cầu cấu hỡnh mỏy tớnh
Hệ điều hành Windows 95, 98; ME, 2000, NT4.0 Service Pack 3
CPU Pentium 133Mhz hay cao hơn
Bộ nhớ Tối thiểu 64MB
Dung lượng đĩa cứng Tối thiểu 40MB trống
CD ROM Cần cú ổ CD ROM
Truyền tin 1 cổng COM RS-232C
Chuột và bàn phớm Cần cú
Màn hỡnh SVGA, 256 màu
b. Cỏc chức năng chớnh của phần mềm
- Lập trỡnh chương trỡnh dưới dạng ngụn ngữ LAD - Chạy mụ phỏng và kiểm tra lỗi
c. Giới thiệu về ZEN 20C3AR-A-V2 Cỏc thụng số cơ bản
• Loại Zen kiểu kinh tế( khụng kết nối được với cỏc module mở rộng ) • Cú phớm bấm và màn hỡnh LCD
• Cú 20 đầu vào ra ( 12 đầu vào và 8 đầu ra ) • Kiểu đầu vào xoay chiều
• Kiểu đầu ra Rơle
• Nguồn cấp xoay chiều 220V Ngụn ngữ lập trỡnh
Với PLC Zen của OMRON sử dụng ngụn ngữ LAD để lập trỡnh. Ngụn ngữ này rất thuận tiện và dễ hiểu, vỡ vậy khoảng 95% người lập trỡnh đều sử dụng ngụn ngữ này. Để thuận tiện cho việc lập trỡnh chỳng ta cần nắm rừ cỏc định nghĩa cơ bản của ngụn ngữ LAD và cỏc biểu tượng mà ngụn ngữ LAD sử dụng.
Định nghĩa về LAD:LAD là một ngụn ngữ lập trỡnh bằng đồ hoạ, rất phự hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic. Ngụn ngữ cú cấu trỳc chuỗi bậc thang, mỗi bậc thang là sự kết nối giữa cỏc tiếp điểm và cuộn dõy. Đầu ra là kết quả của sự kết nối logic đú. Những thành phần cơ bản dựng trong LAD tương ứng với cỏc thành phần của bảng điều khiển bằng rơle.
Mạng LAD: là đường nối cỏc phần tử mạng điện thành một mạch hoàn chỉnh đi từ đường nguồn bờn trỏi sang đường nguồn bờn phải. Đường nguồn bờn trỏi là dõy núng, đường nguồn bờn phải là dõy trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp. Dũng điện chạy từ trỏi qua cỏc tiếp điểm đúng đến cỏc hộp cỏc cuộn dõy rồi trở về bờn phải nguồn.
Sơ đồ cấu trỳc chương trỡnh theo ngụn ngữ LAD Vớ dụ ngụn ngữ LAD
Trong ngụn ngữ LAD thứ tự ưu tiờn xử lý logic của chương trỡnh được thực hiện từ trỏi qua phải và từ trờn xuống dưới.
Phương phỏp lập trỡnh
Tuỳ vào từng loại Zen mà chỳng ta cú thể lựa chọn phương phỏp lập trỡnh cho thớch hợp. Cú hai phương phỏp được sử dụng để lập trỡnh cho Zen:
Cú thể lập trỡnh trực tiếp bằng phớm bấm đối với Zen cú màn hỡnh hiển thị LCD (đi kốm phớm bấm ).
Cú thể lập trỡnh bằng mỏy tớnh thụng qua phần mềm Zen Support Software, mỏy tớnh được kết nối với Zen qua một Cable truyền.
Trong 2 cỏch lập trỡnh trờn thỡ cỏch lập trỡnh trực tiếp trờn bộ PLC ZEN mất nhiều thao tỏc và mất nhiều thời gian nờn khụng thể ỏp dụng cho sinh viờn thực hành lập trỡnh cỏc bài tập được. Để tiết kiệm thời gian, tỏc giả lựa chọn phương phỏp lập trỡnh trờn mỏy tớnh cú cài đặt phần mềm Zen Support Software, sau khi lập trỡnh xong thỡ sinh viờn cú thể mụ phỏng trờn mỏy tớnh, nếu chạy tốt thỡ kết nối với bộ ZEN và đổ chương trỡnh vào ZEN để chạy
d. Cỏc bước lập trỡnh.
Bước 2: Lựa chọn tạo mới, mở một chương trỡnh cú sẵn hay đọc dữ liệu từ PlC ZEN
Trong bước này ta phải khai bỏo đỳng cấu hỡnh của bộ ZEN thỡ mỏy tớnh mới kết nối được với bộ ZEN, nếu bộ ZEN kết nối với cỏc modul mở rộng khỏc thỡ ta cũng phải khai bỏo đỳng cấu hỡnh của cỏc modul mở rộng
Sau đú màn hỡnh lập trỡnh hiện ra
Trong màn hỡnh này ta cú thể lựa chọn cỏc kiểu hiển thị của chương trỡnh PLC Zen.
- Hiển thị kiểu bậc thang.
- Hiển thị theo mạch điện.
- í nghĩa cỏc thư mục trờn thanh cụng cụ.
* Thanh cụng cụ dựng để cài đặt cho chương trỡnh Zen:
Bước 3: Viết chương trỡnh theo yờu cầu bài toỏn
Từ màn hỡnh lập trỡnh ta viết chương trỡnh dưới dạng ngụn ngữ Ladder hoặc Circuit. Trong màn hỡnh lập trỡnh của Zen gồm cú 95 dũng, mỗi dũng cú thể mắc tối đa 3 tiếp điểm và một đầu ra. Để lập trỡnh ta đặt con trỏ vào vị trớ dành cho cỏc tiếp điểm, kớch vào biểu tượng tiếp điểm trờn thanh cụng cụ, sau đú lựa chọn dạng tiếp điểm là thường đúng hoặc thường mở, tờn của tiếp điểm và cú thể đỏnh chỳ thớch để giỳp cho đoạn mạch trở nờn rừ ràng
Khi muốn lấy đầu ra, ta đặt con trỏ vào cột ngoài cựng cú màu xanh lỏ cõy ở bờn phải, sau đú kớch vào biểu tượng cuộn dõy đầu ra trờn thanh cụng cụ và khai bỏo chủng loại đầu ra, tờn của đầu ra, đỏnh chỳ thớch nếu cần
Giả sử chương trỡnh điều khiển khởi động động cơ sau khi hoàn chỉnh cú dạng như hỡnh vẽ
Bõy giờ muốn mụ phỏng kiểm tra chương trỡnh đó lập trỡnh, ta vào phần Zen/Start simulation trờn thành cụng cụ hoặc ấn phớm ctrl+L
Sau đú ấn vào nỳt Run trờn thanh cụng cụ và tỏc động vào cỏc đầu vào theo dừi sự thay đổi của đầu ra
e. Kết nối ZEN với phần mềm lập trỡnh ZEN Support Software
Khi kết nối bộ ZEN với phần mềm lập trỡnh trờn mỏy tớnh, ta phải khai bỏo đỳng cấu hỡnh của bộ ZEN
Trong bộ ZEN khi muốn kiểm tra mạch làm việc cú đỳng yờu cầu hay khụng ta cú thể bấm trực tiếp vào cỏc nỳt bấm trờn bộ ZEN mà khụng cần kết nối với cỏc thiết bị đầu vào
f. Kết nối ZEN với cỏc đầu vào và đầu ra
PLC ZEN I3 I2 I1 I0 L N Q0 Q1 Q2 220VAC K1 0V D M 24VDC K2 0V 220VAC
Bộ PLC ZEN 20C3AR-A-V2 là bộ PLC cú nguồn nuụi là điện ỏp 220VAC, điện ỏp cấp cho cỏc đầu vào là 220VAC, đầu ra là loại rơ le nờn cú thể dựng nguồn một chiều hoặc xoay chiều. Khi kết nối với thiết bị ngoại vi, ta đấu nối cỏc đầu vào và ra như hỡnh vẽ
g. Thực hành với đầu vào - ra
* Mục đớch:
Giỳp cho sinh viờn lập trỡnh thụng thạo cỏc đầu vào/ra. Sử dụng hợp lý cỏc đầu vào/ra của Zen.
* Yờu cầu:
- Nắm vững kiến thức về hoạt động của cỏc đầu vào/ra - Sinh viờn đọc trước bản hướng dẫn lập trỡnh ZEN
* í nghĩa của cỏc đầu vào và ra
• Cỏc bit đầu vào cú 2 trạng thỏi: Thường mở và thường đúng • Cỏc bit đầu ra cú 4 trạng thỏi:
- ‘[‘ Đầu ra hoạt động bỡnh thường: Khi được nối điện thỡ đầu ra cú điện, khi mất nối điện thỡ đầu ra mất điện.
- ‘S’ Set bit đầu ra: Khi được nối điện thỡ trạng thỏi của đầu ra được set lờn 1 mà khụng phụ thuộc vào việc cũn nối điện cho đầu ra nữa hay khụng.
- ‘R’ Reset bit đầu ra: Khi được nối điện thỡ trạng thỏi của đầu ra được reset về 0 mà khụng phụ thuộc vào việc cũn nối điện cho đầu ra nữa hay khụng.
- ‘A’ Thay đổi trạng thỏi đầu ra: Mỗi khi được nối điện trạng thỏi của đầu ra sẽ chuyển sang trạng thỏi ngược lại với trạng thỏi đang cú.
* Phần thực hành
Bài toỏn: Viết chương trỡnh điều khiển đảo chiều quay trực tiếp động cơ Yờu cầu điều khiển
Ấn nỳt MT động cơ quay thuận chiều kim đồng hồ, ấn nỳt MN động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ. Ấn nỳt D động cơ dừng
Thực hiện bảng gỏn địa chỉ vào/ra
Bảng 4.2. Gỏn địa chỉ vào/ra
Đầu vào Đầu ra
Kớ hiệu đầu vào Địa chỉ Kớ hiệu đầu ra Địa chỉ
Vẽ sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi Viết chương trỡnh điều khiển
- Cỏch 1: Sử dụng dạng đầu ra ‘[’ - Cỏch 2: Sử dụng dạng đầu ra S và R
Mụ phỏng và kiểm tra lỗi Kết nối với thiết bi ngoại vi
4.2.2. Thực hành với Timer và Counter
Mục đớch:
Giỳp cho sinh viờn hiểu được bản chất, ý nghĩa của cỏc loại Timer và Counter