BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 1 - MỤC LỤC MỤC LỤC 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 4 1.1. Những khái niệm cơ bản về PLC 4 1.1.1. PLC là gì? 4 1.1.2. Sự ra đời và phát triển của PLC 5 1.1.3. Ưu nhược điểm của PLC 6 1.1.4. Các họ PLC hiện có trên thị trường quốc tế 6 1.2. Hệ thống điều khiển công nghiệp điển hình 7 1.2.1. Hệ thống thu thập số liệu, giám sát và điều khiển (Supervisory Control And Data Aquirition - SCADA) 7 1.2.2. Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) 8 1.2.3. Các hệ thống điển hình khác 10 1.3. Ngôn ngữ lập trình trên PLC 10 CHƯƠNG 2 LẬP TRÌNH CHO PLC S7X00 VÀ LOGO 13 2.1. PLC S7 - 200 13 2.1.1. Giới thiệu chung về PLC S7-200 13 2.1.2. Cấu trúc chung 14 2.1.3. Mô tả các khối chức năng phần cứng 15 2.1.4. Cấu trúc của bộ nhớ 21 2.1.5. Phần mềm Lập trình cho PLC S7-200 26 2.2. Ngôn ngữ lập trình của Simatic 32 2.2.1. Phân tích đối tượng và hệ thống điều khiển 32 2.2.2. Phương pháp lập trình 37 2.2.3. Cú pháp hệ lệnh của S7-200 (Phụ lục) 41 2.3. Kết nối hệ thống 41 Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 2 - 2.3.1. Mô tả hệ thống kỹ thuật 41 2.3.2. Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi 44 2.3.3. Kiểm lỗi kết nối bằng Step 7-MicroWin 48 2.4. PLC LOGO 54 2.4.1. Giới thiệu chung 54 2.4.2. Đấu nối logo 54 2.4.3. Các thao tác chung trên logo 54 2.4.4. Lập trình cho logo 54 CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH CHO PLC EASY VÀ ZEN 55 3.1. PLC Easy 55 3.1.1. Giới thiệu chung 55 3.1.2. Đấu nối PLC Easy 55 3.1.3. Các thao tác chung trên PLC Easy 55 3.1.4. Lập trình cho PLC Easy 55 3.2. PLC ZEN 55 3.2.1. Giới thiệu chung 55 3.2.2. Đấu nối PLC ZEN 55 3.2.3. Các thao tác chung trên PLC ZEN 55 3.2.4. Lập trình cho PLC ZEN 55 CHƯƠNG 4 MẠNG PLC 56 4.1. Hình trạng mạng 56 4.2. Các vấn đề quan tâm khi ghép nối mạng PLC 56 CHƯƠNG 5 CASE STUDY 57 5.1. Dây chuyền đóng gói tự động 57 5.2. Điều khiển bơm nước 58 5.3. Điều khiển động cơ 58 Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 3 - 5.4. Điều khiển đóng mở cửa tự động 58 5.5. Điều khiển băng tải 58 5.6. Điều khiển thang máy 58 THỰC HÀNH VÀ BÀI TẬP LỚN 59 Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 4 - CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 1.1. Những khái niệm cơ bản về PLC 1.1.1. PLC là gì? PLC là viết tắt của ba từ tiếng anh: Programmable Logic Controller- có nghĩa là bộ điều khiển logic có khả năng thích ứng với nhiều chương trình điều khiển khác nhau. Chương trình điều khiển của PLC do người lập trình tạo ra nhờ máy tính với sự trợ giúp của phần mềm hoặc thiết bị lập trình cầm tay do các hãng chế tạo PLC cung cấp rồi nạp vào PLC. Khi cần thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển, người lập trình chỉ cần lập trình lại rồi nạp chương trình điều khiển mới vào PLC. bộ điều khiển sẽ làm việc theo chương trình mới ngay sau khi khởi động. Như vậy PLC thực chất là một thiết bị điều khiển đã được module hoá để sản xuất hàng loạt. Nó là một bộ điều khiển đa năng, được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau nhờ khả năng thích ứng của nó với các chương trình điều khiển khác nhau. Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 5 - 1.1.2. Sự ra đời và phát triển của PLC Trước khi có PLC đã có những bộ điều khiển tự động bằng các mạch rơle- công tắc tơ hoặc các mạch rơ le số/tương tự không tiếp điểm. Các bộ điều khiển này ngày nay được gọi là các bộ điều khiển cứng. Khi cần phải thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển thì các bộ điều khiển cứng sẽ không thích ứng được, do đó cần thiết kế và chế tạo lại bộ điều khiển để thay thế bộ điều khiển cũ, hoặc chí ít cũng cần thay đổi lại cách ghép nối các phần tử của bộ điều khiển cũ cho phù hợp với chương trình điều khiển mới. Việc thay đổi như vậy dẫn đến hiệu quả kinh tế bị giảm sút, thời hạn cải tạo thiết bị công nghệ kéo dài. Năm 1969, hãng sản xuất ôtô GM đề xuất thiết kế các bộ điều khiển ứng dụng công nghệ điện tử và công nghệ máy tính có khả năng thích ứng với nhiều chương trình điều khiển khác nhau với các điều kiện sau: a) Dễ dàng thay đổi được chương trình điều khiển b) Đơn giản cho việc thay thế và sửa chữa. c) Độ tin cậy cao so với các bộ điều khiển cứng truyền thống. d) Nhỏ gọn hơn so với các bộ điều khiển thuyền thống. e) Dữ liệu gửi ra ở đầu ra phải được đưa tới các dụng cụ điều khiển trung tâm. f) Giá thành tốt hơn các bộ điều khiển rơ le. g) Đầu vào có khả năng nhận điện xoay chiều điện áp 115 v. h) Đầu ra có dòng cực tiểu là 2a và điện áp xoay chiều cực tiểu là 115 v. i) Bộ điều khiển phải có khả năng mở rộng các chức năng bằng cách nối ghép thêm các module. PLC đã ra đời như thế do tính thích ứng với nhiều chương trình điều khiển, việc thay đổi chương trình dễ dàng và không đòi hỏi những chuyên gia lập trình và điều khiển có trình độ chuyên môn cao nên nó nhận được nhu cầu rất lớn trong thực tế. PLC sinh ra trên cơ sở của công nghệ máy tính và vật liệu bán dẫn, có thể giải quyết được bài toán điều khiển với nhiều chương trình khác nhau nên ngày càng được phát triển và ứng dụng vào tất cả các ngành công nghiệp và dân dụng. Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 6 - 1.1.3. Ưu nhược điểm của PLC Các điều kiện đưa ra để chế tạo PLC chính là các đặc điểm mang tính ưu việt của PLC so với các bộ điều khiển truyền thống, trong đó ưu điểm lớn nhất là khả năng thích ứng với các chương trình điều khiển khác nhau của PLC. Trong PLC khi thay đổi chương trình điều khiển, do dùng các vi mạch để xử lý thông tin cho nên các ghép nối cần thiết trong quá trình lập chương trình điều khiển không phải là các ghép nối cơ học mà là các ghép nối Logic được người lập trình tạo ra bằng phần mềm (Software) và được cài đặt vào bộ nhớ. PLC có tốc độ xử lý cao, thường xử lý một lệnh trong khoảng thời gian 0,64µs. Nó còn là thiết bị tiêu tốn ít năng lượng so với các bộ điều khiển truyền thống. nó nhỏ, gọn, trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt trong các tủ điều khiển, dễ dàng ghép nối với các thiết bị khác của hệ thống. Sử dụng PLC trong điều khiển tự động chúng ta dễ dàng thiết lập được sự trao đổi thông tin với các PLC khác thông qua các mạng LAN (Local Area Network). Việc lập chương trình và cài đặt chương trình cho PLC không phức tạp, không đòi hỏi người lập trình có trình độ chuyên môn cao về PLC, về hệ thống tự động. Các PLC hiện nay không những chỉ nhận các tín hiệu số ở các cổng vào và cho ra các tín hiệu số ở các cổng ra mà còn có thể tiếp nhận các tín hiệu tương tự tại các cổng vào để cho ra các tín hiệu tương tự trên các cổng ra. Tuy vậy tên gọi PLC vẫn đúng, bởi vì quá trình xử lý trong CPU của nó vẫn là các quá trình xử lý logic. Về nhược điểm: Hiện nay do chưa được tiêu chuẩn hoá trong phạm vị quốc tế nên mỗi hãng sản xuất PLC lại đưa ra một ngôn ngữ lập trình riêng dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục. Mỗi khi sử dụng một loại PLC khác, người lập trình lại phải học ngôn ngữ lập trình mới. Với các mạch điều khiển đơn giản, có quy mô nhỏ bộ điều khiển PLC có giá thành đắt hơn so với các bộ điều khiển truyền thống vì vậy không phải lúc nào cũng chọn lựa sử dụng PLC. 1.1.4. Các họ PLC hiện có trên thị trường quốc tế Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất và cung cấp các PLC. Hãng SIEMENS là một tập đoàn đa quốc gia về điện và điện tử hàng đầu thế giới, có doanh số đạt gần 100 tỷ mác Đức và hiện có mặt trên 190 nước trên toàn cầu. SIEMENS đầu tư phát triển họ PLC SIMATIC S7. Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 7 - PLC S7 hiện có ba dòng: dòng SIMATIC S7-200 dùng cho các đối tượng điều khiển quy mô nhỏ, đơn giản; dòng SIMATIC S7-300 dùng cho các đối tượng điều khiển quy mô vừa; dòng SIMATIC S7-400 dùng cho các đối tượng điều khiển quy mô lớn, phức tạp. Hãng OMRON của nhật bản có các dòng Micro PLC CPM và dòng PLC cỡ nhỏ mạnh mẽ và mềm dẻo CQM. ngoài ra còn có các họ PLC của Misubishi, Allen Bradley, Telemecanicque 1.2. Hệ thống điều khiển công nghiệp điển hình 1.2.1. Hệ thống thu thập số liệu, giám sát và điều khiển (Supervisory Control And Data Aquirition - SCADA) Hệ thống điều khiển kiểu thu thập, giám sát và điều khiển SCADA ra đời từ những năm 1980, song song với việc ra đời các thiết bị Logic lập trình được (PLC). SCADA chủ yếu sử dụng PLC để điều khiển hệ thống. SCADA thích hợp cho việc quản lý và điều khiển hệ thống sản xuất cỡ nhỏ với cấu trúc cơ bản như sau: Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống SCADA Trong đó: - PC: Professional Computer (Máy tính chuyên dụng). - LAN: Local Area Network (Mạng máy tính nội bộ). - PLC: Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic lập trình được). Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 8 - - I/O: Input/Output (Thiết bị vào/ra). - UT: Unit Terminator (Thiết bị đầu cuối – hoặc RTU-Remote Terminator Unit). - S i : Sensor (Thiết bị đo lường). - CCCH: Cơ cấu chấp hành (Động cơ, van, rơ le, ). Trong hệ thống này, các bộ PLC thu thập số liệu, xử lý kết quả đo và đưa ra quyết định điều khiển, đồng thời gửi kết quả đo về máy tính trung tâm. Máy tính trung tâm có nhiệm vụ hiển thị kết quả đo và cho phép vận hành hệ thống với yêu cầu từ máy tính. Người điều khiển thông qua bàn phím và chuột có thể điều khiển hệ thống, máy tính truyền lệnh điều khiển xuống PLC thông qua các module vào ra (I/O), hệ thống thực hiện các công đoạn cần thiết để điều khiển quá trình sản xuất. Hệ thống kiểu này giá thành rẻ, thích hợp cho các hệ thống vừa và nhỏ. Tuy nhiên có hạn chế là: Khi áp dụng cho hệ thống lớn thì khó khăn; không có phần mềm chuyên dụng cho dự phòng; khả năng cho phép mở rộng các điểm đo bị hạn chế; tính ổn định thấp; tính năng thời gian thực chưa đáp ứng được. 1.2.2. Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) Hệ DCS (Distributed Control System) khắc phục được các nhược điểm của hệ SCADA trên, đặc biệt là việc xử lý tập trung thông tin ở trung tâm điều khiển, do đó lượng thông tin truyền đi và kênh truyền sẽ rất lớn đòi hỏi phần xử lý trung tâm phải có dung lượng cùng với tốc độ cao làm cho toàn hệ thống cồng kềnh phức tạp, chi phí lớn. Cấu trúc của hệ DCS về cơ bản được bố trí như hình 1.2 sau đây. Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 9 - Phân cấp của hệ thống như sau: • Cấp tiếp xúc gần nhất với đối tượng điều khiển: Gồm các cảm biến, Module chuẩn hoá tín hiệu, các van điều khiển, các Module I/O, các Module truyền thông và các khối xử lý trung tâm của từng nhóm tín hiệu và thường gọi là các khối xử lý phân tán. Tập hợp của nhóm các thiết bị đó gọi là các thiết bị hiện trường. • Cấp điều khiển cục bộ (local control): Gồm các Module I/O, PLC, PC công nghiệp • Cấp điều khiển giám sát: Gồm các máy tính với giao diện quan sát lớn, các bảng hiển thị thông số lớn, các thiết bị giám sát khác và máy in. Cấp này có nhiệm vụ giám sát, điều khiển, lưu giữ, in ấn, hiển thị tức thời (động) các sơ đồ công nghệ và các thông số chính của quá trình sản xuất • Cấp quản lý: Gồm các máy tính được nối mạng, làm nhiệm vụ thống kê số liệu sản xuất, lập bảng biểu, lưu trữ, tính toán tối ưu quá trình sản xuất Hệ thống có ưu điểm như sau: - Giao diện người dùng và các thông tin hiển thị rõ ràng. - Có chức năng dự phòng linh hoạt. [...]... t c chương trình c a S7-200 ph i c nh theo cách t ch c thân chương trình chính và sau ó là các chương trình con và các th t c ng t như sau: - Chương trình chính ư c g i m t l n trong m i vòng quét và k t thúc b i l nh k t thúc MEND - Chương trình con là m t b ph n c a chương trình, ư c th c hi n khi ư c g i t chương trình chính Các chương trình con ph i ư c vi t sau l nh k t thúc chương trình chính... thoát kh i chương trình con - Th t c ng t cũng là m t b ph n c a chương trình ư c th c hi n theo s xu t hi n ng t N u s d ng th t c ng t ph i theo sau s k t thúc c a chương trình chính L nh RETI ư c s d ng khi n v chương trình chính thoát kh i chương trình x lý ng t và tr i u Nhóm t t c các chương trình con v i nhau theo sau chương trình chính và các chương trình ng t theo sau chương trình con, ta có... là ngôn ng l p trình c p cao d ng ho C u trúc chương trình rõ ràng, chương trình ng n g n Thích h p cho ngư i trong ngành cơ khí v n quen v i gi n Grafcet c a khí nén - Ngôn ng High GRAPH - 12 - Bài gi ng MTCN & LTCN B môn CN K thu t máy tính CHƯƠNG 2 L P TRÌNH CHO PLC S7X00 VÀ LOGO 2.1 PLC S7 - 200 2.1.1 Gi i thi u chung v PLC S7-200 S7-200 là thi t b i u khi n logic kh trình (l p trình ư c) lo i... các chương trình ng t theo sau chương trình con, ta có m t c u trúc chương trình d dàng c và hi u Có th t do tr n l n các chương trình con và chương trình x lý ng t ng sau chương trình chính - 31 - Bài gi ng MTCN & LTCN B môn CN K thu t máy tính 2.2 Ngôn ng l p trình c a Simatic 2.2.1 Phân tích i tư ng và h th ng i u khi n l p trình cho PLC, i u trư c tiên là ph i hi u ư c các i tư ng mà chúng ta s i... chương trình không th th c hi n ch này Ch này ư c dùng th c hi n các bư c chu n b cho vi c th c hi n chương trình như: vi t, n p hay ki m tra chương trình ho c t các thông s ho t ng cho CPU RUN: Chương trình ư c ch y ch này Ta không th ti n hành các • Ch bư c ho t ng như vi t, n p chương trình hay thay i các giá tr t nhưng v n có th theo dõi ư c tình tr ng các bit vào ra 2.1.5.5.T ch c chương trình. .. PLC là ngôn ng th hình thang (LAD) ho c danh sách l nh (STL) Chương trình ư c lưu gi trong b nh Non – valatile c/ ghi do ó không b nh hư ng khi m t ngu n Khi mu n thay i vùng chương trình thì ph i s d ng m t d ng c n p chương trình Chương trình có th ư c chia ra làm hai ph n: Chương trình “chính” th c hi n theo chu kỳ và “ chương trình ng t” ch ho t ng khi có phát sinh ng t tương ng Vùng tham s : là... a Step7 r i ch n tên Project mu n m - 28 - Bài gi ng MTCN & LTCN B môn CN K thu t máy tính 2.1.5.3.Th c hi n chương trình PLC th c hi n chương trình theo chu trình l p M i vòng l p ư c g i là vòng quét (scan) M i vòng quét ư c b t u b ng giai o n c d li u t các c ng vào vùng b m o, ti p theo là giai o n th c hi n chương trình Trong t ng vòng quét, chương trình ư c th c hi n b ng l nh u tiên và k t... ra là k t qu c a quá trình x lý chương trình Chúng ư c chuy n t i c ng ra vào cu i chu trình - 30 - Bài gi ng MTCN & LTCN B môn CN K thu t máy tính u tiên CPU s ki m tra tình tr ng nh ng tín hi u u vào và c p nh t b m c ng vào Sau ó th c hi n chương trình theo t ng l nh Và cu i cùng là ghi các giá tr t b m c ng ra n các mô un c ng ra 2.1.5.4.Các ch CPU c a b ho t ng i u khi n l p trình S7-200 có hai... c th c hi n b i chương trình ng d ng (user program) i u này cho th y n u trong chương trình ng d ng có nhi u l nh c giá tr c ng vào s thì cho dù giá tr logic th c c a c ng vào này có th ã b thay i trong quá trình th c hi n vòng quét, chương trình s v n luôn c ư c cùng m t giá tr t I và giá tr ó chính là giá tr c a c ng vào có t i th i i m u vòng quét Cũng như v y, n u chương trình ng d ng nhi u l n... ti p b ng l nh vào c a chương trình - Th c hi n chương trình: Trong m i vòng quét, chương trình ư c th c hi n b ng l nh u tiên và k t thúc b ng l nh cu i cùng Khi g p l nh vào/ra ngay l p t c thì h th ng s cho d ng m i công vi c khác ngay c chương trình x lý ng t, th c hi n l nh này m t cách tr c ti p v i c ng vào ra N u s d ng các ch ư c so n th o và cài ng t, chương trình con tương ng v i t ng tín . lập trình cầm tay do các hãng chế tạo PLC cung cấp rồi nạp vào PLC. Khi cần thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển, người lập trình chỉ cần lập trình lại rồi nạp chương trình điều khiển. Logic Controller- có nghĩa là bộ điều khiển logic có khả năng thích ứng với nhiều chương trình điều khiển khác nhau. Chương trình điều khiển của PLC do người lập trình tạo ra nhờ máy tính với. BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính - 1 - MỤC LỤC MỤC LỤC 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH