TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ ĐIỆN )--( GIÁO TRÌNH MÔN HỌC MITSUBISHI PROGRAMMABLE CONTROLLERS BIÊN SOẠN : LÊ HOÀNG VINH *ĐÀO DUY KHƯƠNG VÕ THỊ ÁNH TUYẾT *TRẦN THỊ THU THỦY TÁI BẢN THÁNG 07 NĂM 2006 LƯU HÀNH NỘI BỘ LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình PLC được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp ở nước ta như là một giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc tự động hoá các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính, Hiện nay bộ điều khiển lập trình PLC hay CPU đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp đáp ứng yêu cầu điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất từ đơn giản đến phức tạp với độ tin cây cao. PLC (Programmable logic controller) là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hoá điện công nghiệp. Trong những nhà máy sản xuất tự động hoá hiện nay, ở nhiều cấp độ khác nhau, phương thức điều khiển giám sát (SCADA – supervisory control and data acguisition ) được áp dụng dể dàng với các phần tử điều khiển chấp hành gồm toàn bộ các bộ điều khiển lập trình (PLC) Môn PLC thuộc trung tâm tự động hoá điện công nghiệp của TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ ĐIỆN – TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM là môn học khai thác sử dụng các bộ điều khiển lập trình (PLC), qua đó giới thiệu các ngôn ngữ lập trình logic phương pháp lập trình công nghệ và các ứng dụng mở rộng nhằm cung cấp các kiến thức cơ bản về PLC cho sinh viên để tiếp cận sự điều khiển tự động hoá trong các nhà máy sản xuất hiện đại, góp phần trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá của đất nước . Giáo trình này cung cấp một số khía cạnh của bộ điều khiển lập trình (PLC) dựa trên quá trình tìm hiểu về bộ PLC FX1N thuộc họ FX của hãng Mitsubishi electric. Qua đó giúp cho sinh viên, học sinh có những khái niệm cơ bản về điều khiển tự động hoá dùng PLC trong công nghiệp, trình bày một số lệnh cơ bản chủ yếu về tập lệnh của PLC Mitsubishi electric, cách cài đặt, sử dụng các lệnh để tạo ra chương trình điều khiển và cách sử dụng phần mềm FXGPWIN và phần mềm mô phỏng FX TRAINING BEG –E. Ngoài ra còn có nhiều bài tập đã được giải đáp và nhiều bài tập mở rộng giúp cho sinh viên học sinh phát triển kỹ năng cần thiết trong việc lập trình PLC. Qua quá trình biên soạn giáo trình này chắc chắn còn có nhiều thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp xây dựng của quý Thầy Cô đồng nghiệp và sinh viên học sinh để giáo trình này được hoàn thiện hơn, xin chân trọng cảm ơn. LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC MỤC LỤC Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC………………………………. I. Lich sử ra đời và phát triển của PLC………………………………………. II. Khái quát về bộ lập trình PLC………………………………………………. III. Cấu Trúc phần cứng PLC của họ FX ………………………………………. IV. Giới thiệu các PLC họ FX Family………………………………………………… Chương 2: CÁC THIẾT BỊ VÀ LỆNH CƠ BẢN………………………………… A. khái niệm………………………………………………………………… I. Khái niệm về một chương trình…………………………………………… II. Các khái niệm cơ bản dùng trong lập trình ……………………………… III. Cách đọc Logic của chương trình Ladder…………………………………. B. Các tập lệnh cơ bản của lập trình ladder và instruction……… Chương 3: KỸ THUẬT LẬP TRÌNH STEP LADDER ………………………… I. Khái niệm về lập trình STL………………………………………………… II. Khởi động và kết thúc chương trình STL………………………………… III. Lập bước giữa các trạng thái của chương trình STL……………………… IV. Cấu trúc của một bước trong chương trình STL……… …………………… Chương 4: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM FXTRN-BEG-E………… I. Giới thiệu …………………………………………………………………… II. Giao diện phần mềm FXTRN-BEG - E ……………………………………… III. Giới thiệu Giao diện chương trình FXTRN-BEG - E ……………………… IV. Phương pháp lập trình FXTRN-BEG - E ……………………………………. V. Bài tập ứng dụng phần mềm FX-TRN-BEG E ……………………………… Chương 5: CÁC BÀI TẬP ỨNG DỤNG TRONG PLC FXTRN-BEG-E …… I. Các dạng bài tập…….………………………………………………………… II. Bài giải tham khảo các bài tập trong FXTRN-BEG - E ……………………… 1. Bài tập A3…….….………………………………………………………… 2. Bài tập B1,B2…….….………………………………………………………… 3. Bài tập B3…….….………………………………………………………… 4. Bài tập B4…….….………………………………………………………… 5. Bài tập C1,2…….….………………………………………………………… 6. Bài tập C4…….….………………………………………………………… 7. Bài tập D1…….….………………………………………………………… 8. Bài tập D2…….….………………………………………………………… 9. Bài tập D3…….….………………………………………………………… 10. Bài tập D4,5…….….………………………………………………………… 11. Bài tập D6…….….………………………………………………………… 12. Bài tập E1…….….………………………………………………………… 2 2 3 5 6 11 11 11 11 12 13 28 28 28 29 30 31 31 34 35 37 42 43 43 46 46 48 50 52 54 56 57 59 61 64 67 70 13. Bài tập E2…….….………………………………………………………… 14. Bài tập E3…….….………………………………………………………… 15. Bài tập E4…….….………………………………………………………… 16. Bài tập E5…….….………………………………………………………… 17. Bài tập E6…….….………………………………………………………… 18. Bài tập F1…….….………………………………………………………… 19. Bài tập F2…….….………………………………………………………… 20. Bài tập F3…….….………………………………………………………… 21. Bài tập F4…….….………………………………………………………… 22. Bài tập F5…….….………………………………………………………… 23. Bài tập F6…….….………………………………………………………… 24. Bài tập F7…….….………………………………………………………… Chương 6: SỬ DỤNG PHẦN MỀM FXGP-WIN E………………………….…… I. Giới thiệu ……………………………………………………………………… … II. Phần mềm FXGP-WINE………………………………………………………… III. Các bước lập một chương trình mới………………………………………… IV. Phương pháp lập trình……………………………………………………………. V. Bài tập ứng dụng phần mềm FXGP-WINE…………………………….………. Chương 7: LỰA CHỌN, LẮP ĐẶT VÀ KIỂM TRA………………………… ……. BẢO TRÌ HỆ THỐNG PLC I. Xem xét sự khả thi ……………………………………………………… ……. II. Trình tự thiết kế hệ thống PLC …………………………………….…………… III. Tổ chức bố trí phần cứng hệ thống …………………………………………… IV. Chạy thử chương trình …………………………………………………… …… V. Lập tài liệu cho hệ thống ……………………………………………….……… VI. Bảo trì hệ thống PLC………………………………………………… ………… 72 74 75 77 79 81 84 88 91 92 95 98 101 101 102 109 109 112 121 121 121 123 124 125 125 GIAÙO TRÌNH MOÂN HOÏC PLC MITSUBISHI PROGRAMMABLE CONTROLLERS Chương I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC I . LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA PLC Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ngày nay, ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của những ngành khác như điện tử, tin học… Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng là bộ điều khiển PLC. Khái niệm bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển như sau : y Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong các nhà máy công nghiệp. y Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa. y Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp. y Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải có kích thước nhỏ gọn hơn mạch role mà chức năng vẫn tương đương. y Giá cả cạnh tranh. Những chỉ tiêu này đã tạo được sự quan tâm của những kỹ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu khả năng ứng dụng PLC trong công nghiệp. Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra thêm một số các chỉ tiêu cần phải có trong chức năng của PLC : a) Về phần mềm : Từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ đònh thì, tác vụ đếm. Sau đó là các lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu, xử lý xung ở tốc độ cao, tính toán số liệu thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch… b) Về phần cứng : y Bộ nhớ lớn hơn. y Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn. y Nhiều loại module chuyên dùng hơn. Đến năm 1976 thì PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông ( khoảng 200 mét ). Sự gia tăng những ứng dụng của PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh kỹ thuật của các họ PLC với mức độ khác nhau về khả năng tốc độ xử lý và hiệu suất. Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào / ra và dung lượng bộ nhớ chương trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu trúc module nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng thêm chức năng chuyên dùng như : y Xử lý tín hiệu liên tục. y Điều khiển động cơ Servo, động cơ bước. y Truyền thông. y Bộ nhớ mở rộng. Với cấu trúc module cho phép mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển PLC với chi phí và công sức thấp nhất. Riêng nước ta, hàng rào thuế quan khu vực đang dần dần được loại bỏ, kinh tế mở cửa hợp tác với nước ngoài. Trước tình hình đó, nền công nghiệp sẽ gặp không ít khó khăn vì còn khá nhiều dây chuyền công nghệ lạc hậu. Nhà nước cần phải chú trọng đến những ứng dụng và phát triển của tự động trong sản xuất công nghiệp, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, cũng như giá thành sản phẩm hạ. Một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng rộng rãi ngày nay là thay thế những công nghệ cũ bằng những hệ thống điều khiển tự động dùng PLC. II .KHÁI QUÁT VỀ BỘ LẬP TRÌNH PLC Trong kỹ thuật tự động, điều khiển được chia làm hai loại : điều khiển bằng dây nối, và điều khiển bằng bộ lập trình PLC. 1. Điều khiển bằng dây nối : Các bộ điều khiển được gọi là bộ điều khiển dây nối nếu các phần tử chuyển mạch của nó được nối với nhau bằng dây dẫn cố đònh một cách vónh viễn. VD : mạch điều khiển sau Trong ký hiệu trên, đó là bộ điều khiển bằng dây nối dùng để nối kết các nút nhấn và các phần tử chuyển mạch là các tiếp điểm với nhau bằng dây dẫn song song hoặc nối tiếp. Các công tắc và tiếp điểm được sắp xếp với nhau khi ta đã biết rõ chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện, tức phải biết rõ sơ đồ nguyên lý và vò trí khi tiến hành đấu dây. Mặt khác, khi muốn thay đổi chức năng của bộ điều khiển ta phải thay đổi lại cấu trúc cũng như sơ đồ đấu dây. Đối với những mạch điện lớn phức tạp thì sự đấu dây trở nên rất khó khăn và dễ bò sai sót. Ngoài ra trong cách dùng này cần tốn nhiều linh kiện như : role trung gian, role thời gian, bộ đếm… 2. Điều khiển dùng PLC : PLC là từ viết tắt của Programmable Logical Controller ( chương trình điều khiển tự động có lập trình), chương trình này được lưu trữ trong bộ nhớ ROM và được nạp vào thông qua máy vi tính cá nhân. Trong PLC chức năng bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác đònh bởi một chương trình, chương trình này được nạp vào bộ nhớ PLC. Khi đó PLC sẽ thực hiện quá trình điều khiển dựa vào chương trình đã được nạp sẵn. Cấu trúc và sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển không phụ thuộc vào chức năng hay quá trình hoạt động. Tất cả các linh kiện cần thiết cho việc thiết kế mạch đều được lập trình sẵn trong bộ PLC như : sensor, công tắc, nút nhấn, tế bào quang điện, và tất cả các cơ cấu chấp hành như cuộn dây, đèn tín hiệu, bộ đònh thì, role trung gian, … đều được nối vào PLC. Nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ PLC. Điều này rất tiện ích cho các kỹ sư thiết kế. 3. Những ưu điểm kỹ thuật của bộ điều khiển PLC : Chỉ tiêu so sánh Role Mạch số Máy tính PLC Giá thành Khá thấp Thấp Cao Thấp Kích thước vật lý Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Khả năng chống nhiễu Rất tốt Tốt Khá tốt Tốt Lắp đặt Mất thời gian thiết kế và lắp đặt. Mất thời gian để thiết kế. Lập trình phức tạp và tốn thời gian. Lập trình và lắp đặt đơn giản. Khả năng điều khiển các tác vụ phức tạp. Không có Có Có Có Thay đổi, nâng cấp và điều khiển. Rất khó Khó Khá đơn giản Rấtù đơn giản Công tác bảo trì Kém Kém Kém Tốt Theo bảng so sánh ta nhận thấy được bộ điều khiển lập trình PLC với những ưu điểm về phần cứng và phần mềm có thể đáp ứng được hầu hết các yêu cầu chỉ tiêu trên. Mặt khác, PLC có khả năng kết nối mạng và kết nối các thiết bò ngoại vi rất cao giúp cho việc điều khiển được dễ dàng. 4. Phạm vi ứng dụng PLC : Dùng để điều khiển Robot : ví dụ như gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu thiết bò vào băng tải, thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn… Ngoài ra, PLC có thể ứng dụng để giám sát các quá trình trong các nhà máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra sản phẩm… bằng các sensor, công tắc hành trình. ng dụng PLC trong các lónh vực III . CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ FX CỦA HÃNG MITSUBISHI Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau : 1. Đơn vò điều khiển trung tâm ( CPU : Central Processing Unit ) Là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình. Nhập dữ liệu ở ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các kết quả này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình xuất dữ liệu ra các ngõ ra. 2. Bộ nhớ (Memory) : Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vò nhỏ nhất là bit. Bộ nhớ là vùng nắm giữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng (hệ điều hành là một phần mềm hệ thống mà nó kết nối PLC để PLC thực sự hoạt động được). Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải có bộ nhớ để lưu trữ chương trình. Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như _ Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất - nhập được gọi là RAM xuất -nhập. _ Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : các bộ đònh thì(Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơle. Bộ nhớ gồm có các loại sau đây : a) Bộ nhớ chỉ đọc (ROM : Read Only Memory) ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được một lần. Do đó nó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC, và nó ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác. b) Bộ nhớ ghi đọc (RAM : Random Access Memory) Bộ nhớ của PLC là CMOSRAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, và được cấp pin dự phòng khi mất nguồn. Nhờ đó dữ liệu sẽ không bò mất. c) Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM : Erasable Programmable Read Only Memory) EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thể được xóa đi nếu bò ảnh hưởng của tia tử ngoại. Khi đó phải viết lại chương trình cho bộ nhớ. d) Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được bằng điện (EEPROM : Electric Erasable Programmable Read Only Memory) Nội dung trên EEPROM có thể bò xóa và lập trìng bằng điện, tuy nhiên chỉ giới hạn một số lần nhất đònh. 3. Các Module xuất-nhập ( Input – Output ) : Khối xuất – nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong PLC với mạch ngoài. Module nhập nhận tín hiệu từ sensor và đưa vào CPU, module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành. Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 ÷ 15 VDC, trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn nhiều. Ta có nhiều loại ngõ ra như : ngõ ra dùng role, ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac. [...]...4 Hệ thống BUS : là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối các module trong PLC gọi là BUS, đây là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song IV GIỚI THIỆU CÁC PLC HỌ FX FAMILY 1 PLC loại FXO & FXOS Đây là loại PLC có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp với các ứng dụng với số lượng I/O nhỏ hơn 30 cổng, với việc sử dụng bộ nhớ chương... chuyên dùng, thời gian thực hiện chương trình lâu 2 PLC loại FXON FXON sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ với số lượng I/O có thể quản lý nằm trong miền 10-128 I/O FXON thực chất là bước đệm trung gian giữa FXOS với FXO PLC FXON có đầy đủ các đặc trưng cơ bản của dòng FXOS, đồng thời còn có khả năng mở rộng tham gia nối mạng 3 PLC loại FX1S FX1S có khả năng quản lý số lượng I/O... trang bò thêm các chức năng truyền thông trong mạng (giới hạn số lượng trạm tối đa là 8 trạm) hay giao tiếp với các bộ HMI đi kèm FX1S thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế biến gỗ, đóng gói sản phẩm, điều khiển động cơ, máy móc, hay các hệ thống quản lý môi trường 4 PLC loại FX1N a Giới thiệu: PLC FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O Tuy... qua hệ thống - Bộ điện thế kế sử dụng tín hiệu Analog: dễ dàng thay đổi thiết bò đònh thời gian ở bộ điện thế kế ở màn hình phía trước - Vò trí và xung chức năng ngõ ra: PLC có hai ngõ ra phát ra xung có tần số 100KHZ cùng một lúc PLC cung cấp 7 vò trí lệnh truyền kể cả quay trở về điểm zero, đọc giá trò dòng điện tuyệt đối, hoàn thành hoặc phát triển sự truyền động - Nâng cấp hệ thống bằng khối mở... Mạng truyền thông: thông tin đa dạng và kết nối dữ liệu có thể được thực hiện bởi sự liên kết với các khối mở rộng hoặc các thiết bò tích hợp chuyên dùng được sử dụng cho FX2N 5 PLC loại FX2N Đây là một trong những dòng PLC có tính năng mạnh nhất trong dòng FX FX2N được trang bò tất cả các tính năng của dòng FX1N, nhưng tốc độ xử lý được tăng cường, thời gian thi hành các lệnh cơ bản giảm xuống cỡ... bình FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển sử dụng trong các dây chuyền sản xuất, xử lý nước thải, các hệ thống xử lý môi trường, điều khiển các máy dệt, trong các dây chuyền đóng lắp ráp tàu biển 6 PLC loại FX2NC Bộ điều khiển lập trình với kích thước siêu gọn, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi cao về yêu cầu tiết kiệm không gian lắp đặt FX2NC có đầu đủ các tính năng của FX2N nhưng lại tiết kiệm... hiệu :C • Công dụng : đếm các sự kiện • Cách dánh số : thập phân • Phân loại : Bộ đếm 16 bit Bộ đếm 32 bit Bộ đếm tốc độ cao • Ví dụ cách dùng bộ đếm : ● Số lượng bộ đếm có thể dùng : Xem cụ thể loại PLC là loại nào và tra vào bảng thông số kỹ thuật d) Các thông số cho bộ đònh thì và bộ đếm : Khi lệnh OUT áp dụng cho bộ đònh thì hoặc bộ đếm thì phải nhập vào một hằng số Hằng số đó bắt đầu bằng ký tự... 3 Điều kiện để chuyển tiếp đến bước kế 4 4 Bước mới được chuyển đến Ví dụ: CHƯƠNG IV HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM FXTRN-BEG-E I Giới thiệu: Đây là phần mềm mô phỏng các cơ cấu có trong thực tế của hãng MITSUBISHI ELECTRIC Phần mềm FXTRN-BEG-E được ứng dụng hình ảnh các cơ cấu chấp hành một cách sinh động, nó giúp cho người sử dụng có thể có một cái nhìn khái quát hơn trong đời sống sản xuất thực tế Để . trình (PLC) dựa trên quá trình tìm hiểu về bộ PLC FX1N thuộc họ FX của hãng Mitsubishi electric. Qua đó giúp cho sinh viên, học sinh có những khái niệm cơ bản về điều khiển tự động hoá dùng PLC. THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC ……………………………. I. Lich sử ra đời và phát triển của PLC ……………………………………. II. Khái quát về bộ lập trình PLC ……………………………………………. III. Cấu Trúc phần cứng PLC của họ FX ……………………………………… tắc hành trình. ng dụng PLC trong các lónh vực III . CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ FX CỦA HÃNG MITSUBISHI Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau :