Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 2 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. Lời mở đầu Việt Nam đang bước vào kỹ nguyên Tự Động Hóa & Hiện Đại Hóa h òa mình cùng thế giới để phát triển. Việc Tự Động Hóa các thiết bị trong các công ty cũng nh ư trong các hộ gia đình là một thực tế không xa nữa m à người học phải đặt mục tiên học tập nghiên cứu sâu để nhanh chóng thích h ợp với môi trường khi rời ghế nhà trường làm việc thực tế. Trong các thiết bị tự động hóa ở các Xí nghiệp có một thiết bị vô c ùng quan trọng, quyết định tất cả hoạt động của hệ thống, quyết định to àn bộ công việc - ấy là bộ điều khiển. Có rất nhiều loại bộ điều khiển : bằng relay, bằng mạch điện tử, mạch số, bằng vi điều khiển, bằng máy tính nhưng trong điều khiển công nghiệp th ường người ta sử dụng bộ điều khiển có khả năng lập trình PLC. Hiện nay, hầu hết các công ty, xí nghiệp đều có thiết bị n ày trong hệ thống điều khiển của mình. Từ những yêu cầu nhỏ nhất như điều khiển trạm bơm, trạm cân, tủ ATS, đến những ứng dụng trung b ình như điều khiển quản lý cả nh à máy và cả những ứng dụng xuyên quốc gia. Thiết bị PLC đều có thể đảm nhận thực hiện. Chính vì những ứng dụng to lớn rộng r ãi của chúng mà hiện nay có rất nhiều n ơi định hướng đào tạo chuyên sâu về môn này. Đây cũng là một trong những điều đang gây nhiều tranh c ãi trong việc định hướng giảng dạy môn PLC. Một định h ướng cho rằng, việc giảng dạy PLC l à giảng dạy về việc sử dụng ngôn ngữ lập tr ình một số lệnh của thiết bị PLC nhỏ, nghi ên cứu chuyên sâu là việc giảng dạy các PLC to h ơn, lớn hơn. Một định hướng khác lại cho rằng : giảng dạy PLC là chỉ cho người học về vị trí, cách sử dụng, lắp đặt,… để xây dựng ho àn chỉnh hệ thống điều khiển sử dụng PLC theo chuẩn chung, việc nghi ên cứu chuyên sâu là việc sử dụng những chức năng chuy ên sâu của thiết bị PLC đó nh ư mạng, giao tiếp máy tính, xử lý tín hiệu analog,…. Định hướng này cho rằng, việc đào tạo chuyên sâu một PLC để người học có khả năng nắm bắt đ ược khả năng của một thiết bị PLC của một hảng sản xuất, đối với các hãng khác đều thực hiện tương tự. Nói chung, cả hai định hướng đều có những lý d o trong định hướng và đều có những ưu khuyết điểm khác nhau. Những ưu khuyết điểm này tùy thuộc vào đánh giá của cả người học và khả năng của người dạy. Tuy nhiên, tài liệu này được biên soạn và hướng dẫn nghiên cứu theo định hướng thứ 2 với quan niệm rằng : việc nắm vững toàn bộ khả năng của một loại PLC là nền tảng để cho người dùng nghiên cứu sử dụng các loại PLC khác. Các loại PLC đều có một chuẩn chung trong thiết kế n ên rất dể cho người sử dụng khi áp dụng kiến thức của mình về loại PLC này lên loại PLC khác, ngay cả đối với những loại lớn h ơn vì loại lớn hơn Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 3 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. chỉ là loại có số I/O nhiều h ơn, bộ nhớ lớn hơn và một số khả năng hơn PLC nhỏ mà thôi. Sau khi nghiên cứu chuyên sâu về một loại về phương pháp phân tích, phương pháp x ử lý,… Đối với các loại PLC khác các bạn chỉ cần thực hiện tương tự sau khi nghiên cứu tài liệu về tập lệnh của chúng. Tập tài liệu được chia làm 3 phần : 1. Phần cơ bản : Hướng dẫn cách xây dựng, thiết kế, lập t ài liệu hệ thống theo chuẩn IEC-1131-3 trên cơ sở PLC S7-200. 2. Phần chuyên sâu : Hướng dẫn việc sử dụng các chức năng : xử lý tín hiệu analog, lập trình PID, kết nối mạng, giao tiếp máy tính,…. 3. Phần mở rộng : Giới thiệu các loại PLC khác nh ư : OMRON, Mitshubishi, Siemens (S7-300, S7-400), LG, …. 4. Tài liệu mong muốn có được sự đóng góp của đồng nghiệp và thầy cô để hoàn chỉnh hơn với mục tiêu góp phần đẩy nhanh tiến độ tự động hóa các nh à máy ở Việt Nam. K/s Trần Văn Thành Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 4 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC S7 -200.[2] 1. Tổng quan về hệ thống điều khiển sử dụng PLC S7 -200.[3] a. Giới thiệu một số hệ thống điều khiển th ường gặp [3] b. Cảm biến.[10] c. Thiết bị chấp hành.[36] d. Màn hình giao tiếp và phần mềm lập trình HMI [44] e. Thiết bị lập trình và phần mềm lập trình PLC[45] f. Thiết bị điều khiển PLC.[47] 2. Hệ thống điều khiển sử dụng PLC .[53] a. Bộ điều khiển S7-200 : Họ CPU 21x và CPU 22x.[53] b. Các bước kết nối phần cứng [ 54] c. Kết nối ngõ vào/ra với thiết bị logic.[56] d. Kết nối ngõ vào/ra với thiết bị analog [58] 3. Kết nối một hệ thống sử dụng PLC [6 1] 4. Phần mềm STEP7-MicroWin và tập lệnh [65] a. Cài đặt [65] b. Giới thiệu [71] c. Lập trình dùng STEP7-MicroWin[74] d. Tập lệnh PLC S7-200.[79] 5. Một số kỹ thuật lập trình.[90] 6. Câu hỏi ôn[98] THIẾT KẾ HỆ THỐNG (C Ơ BẢN)[103] 1. Tổng quan hệ thống điều khiển [ 101] 2. Thiết kế hệ thống điều khiển PLC từ hệ thống sử dụng relay.[104] a. Phương pháp chuyển điều khiển từ relay sang PLC. [104] b. Một số các trường hợp đặc biệt.[107] c. Bài tập.[110] Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 5 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. 3. Viết các chương trình điều khiển hệ thống tổ hợp. [118] a. Phân tích một yêu cầu điều khiển có tính tổ hợp. [118] b. Bài tập [120] 4. Viết các chương trình điều khiển hệ thống tuần tự. [126] a. Bit tuần tự [127] b. Sơ đồ trạng thái [140] c. Khối logic [143] d. Phương trình trạng thái [148] e. Biểu đồ tuyến thời gian [152] f. Sơ đồ khối chức năng [159] g. Bài tập [162] h. Lập tài liệu hệ thống điều khiển sử dụng PLC [173] 5. Tài liệu tham khảo. Tổng quan về hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Cảm biến và thiết bị chấp hành và các module I/O. Xử lý tín hiệu số, analog v à các module thông minh khác. Xây dựng giải thuật điều khiển v à phần mềm điều khiển hệ thống. Xây dựng tài liệu hệ thống và phương pháp bảo trì hệ thống. Hệ thống điều khiển phân tán. (Distributed Systems) Ứng dụng một số thiết kế trong với S7 -200. Ứng dụng một số thiết kế với S7 -300. Ứng dụng một số thiết kế với Mi tsubishi. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 6 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. PHƯƠNG PHÁP H ỌC TẬP VÀ LỊCH TRÌNH GIẢNG DẠY Tổng số tiết lên lớp : 45. Tổng số tiết tự học : 15. Phương pháp học tập : 1. Sử dụng phương pháp trao đổi, giao tiếp trong giảng dạy; Không đọc chép ; Trên tinh thần hướng dẫn sinh viên có khả năng tự nghiên cứu sau khi học bộ môn n ày. 2. Sinh viên đọc trước các vấn đề mà buổi học yêu cầu ở nhà; Đọc tài liệu học tập và tài liệu tham khảo để có thể thực hiện đ ược yêu cầu đặt ra; Đặt ra những y êu cầu giả định trong thực tế để giải quyết; T ìm những câu hỏi phục vụ cho mục đích b ài học còn vướng mắc ghi chú lên tài liệu để đặt câu hỏi với giáo vi ên hướng dẫn trong lúc lên lớp. 3. Giáo viên hướng dẫn trình bày nội dung bài giảng theo mục tiêu đặt ra; trả lời những câu hỏi về yêu cầu giả định của sinh vi ên; Hướng dẫn những tài liệu cần tham khảo; Nhấn mạnh những nội dung chủ yếu trong ch ương trình. 4. Tài liệu này được biên soạn với mục đích định h ướng hỗ trợ học tập. Việc nắm vững và đưa vào ứng dụng thực tế đòi hỏi nhiều kỹ năng khác m à người học phải tự trau dồi qua quá trình tự học với bạn bè, đồng nghiệp và hệ thống mạng Internet. Phương pháp đánh giá toàn th ể môn học: 1. Sinh viên được đánh giá theo thang điểm h ình chuông (phổ biến ở các nước Mỹ, Anh, Úc, Singapo) với tổng số điểm là 21. Trong đó : Báo cáo chuyên đề và Xây dựng mô hình : Tối đa 7 điểm; Bài kiểm tra giữa kì : 5 điểm.; Điểm thi cuối k ì : 9 điểm. 5% Sinh viên có điểm đánh giá toàn thể cao nhất đạt mức xuất sắc. 10% sinh vi ên sẽ đạt mức giỏi, 20% đạt mức khá, 30% đạt mức trung b ình, 35% còn lại sẽ đạt mức yếu kém. Ưu điểm của thang điểm này sẽ loại những sinh viên không có ý thức học tập. Phương pháp thực hiện và Phương pháp đánh giá : Phương pháp đánh giá : Với tư cách là BGĐ của một nhà máy đang lưỡng lự khi đầu tư vào các quy trình công ngh ệ đang lỗi thời trong nhà máy. Với một số tiền không nhiều, BGĐ đang lưỡng lự cân nhắc giữa các bản thiết kế để chọn xem n ên đầu tư những hệ thống nào Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 7 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. trước. BGĐ sẽ chọn một một nhóm các sản phẩm (5sp/10sp) để đầu t ư. BGĐ sẽ đánh giá sản phẩm được các nhà thiết kế cung cấp trên tiêu chí - Tính khả thi (có thể thiết kế, có thể thu lợi nhuận) Thang điểm tối đa để đánh giá l à 7/21. Các nhóm đư ợc chọn được từ 5-7. Các nhóm còn lại tùy mức độ của đề tài được đánh giá từ 1-5. Phương pháp thực hiện : Với tư cách là các nhà thiết kế, mỗi nhóm sinh vi ên 2 hoặc 3 người được phân công chung một đề t ài. Nội dung đề tài có thể do sinh viên lựa chọn hoặc có thể tham khảo ở các b ài tập trong sách. Tuy nội dung chung, nh ưng các thành viên phải báo cáo riêng lẽ, phải làm nổi bật được đề tài của mình để cho chủ đầu tư quyết định đầu tư vào sản phầm do nhóm mình thiết kế. Các nhóm phải cung cấp được những chứng cứ khả thi : t ài liệu, bản vẽ, bảng giá trị chi tiết cũng nh ư tất cả các nội dung li ên quan (theo yêu c ầu tài liệu hệ thống & bản chi tiết giá) để khẳng định khả năng có thể ho àn thành sản phẩm; Giải trình được thời gian thu lợi nhuận sau đầu t ư chế tạo sản phẩm. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 8 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. Lịch trình giảng dạy Buổi 1 : Giới thiệu tổng quan Nội dung : 1. Giới thiệu về phương pháp đánh giá theo thang đi ểm hình chuông. Phương pháp học tập của bộ môn. 2. Giới thiệu phương pháp đánh giá báo cáo chuyên đ ề thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC; Chia lớp th ành 10 nhóm : Mỗi nhóm 2 3 người. 3. Giới thiệu chương trình học; Khả năng của học v iên sau khi hoàn thành khóa h ọc; Các tài liệu sinh viên phải đọc để bổ sung kiến thức cho quá tr ình học. 4. Giới thiệu tổng quan về hệ thống điều khiển. Yêu cầu sau khi học : 1. Sinh nắm được cách đánh giá và có động lực học tập môn. 2. Nắm được phân bố điểm và có phương pháp hoàn thành nhi ệm vụ để đạt kết quả cao nhất. 3. Nắm được chương trình học và có những bố trí phù hợp. 4. Biết được các tài liệu cần đọc để sử dụng sau n ày khi cần thiết. Buổi 2 : Các thiết bị liên quan đến hệ thống điều khiển. Nội dung : 1. Cảm biến; Các cách phân biệt; Các loại cảm biến trong công nghiệp; Các chuẩn. 2. Thiết bị chấp hành; Các cách phân bi ệt, điều khiển; Một số loại thiết bị th ường dùng. 3. Thiết bị lập trình. 4. Thiết bị giao tiếp máy tính; Phân biệt. 5. Mạng. Yêu cầu sau khi học : 1. Nắm được cách lắp đặt và sử dụng các loại cảm biến; Các chuẩn ng õ ra và cách sử dụng từng loại ở những môi tr ường khác nhau. 2. Nắm được cách lắp đặt và sử dụng các thiết bị chấp h ành phục vụ cho mục đích điều khiển. 3. Phân biệt các loại thiết bị lập tr ình. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 9 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. 4. Nắm được các thiết bị giao tiếp; Hiểu đ ược loại kết nối giao tiếp máy tính. 5. Nắm được các loại mạng trong điều khiển v à ứng dụng. Buổi 3 : Thiết bị PLC và lắp đặt Nội dung : 1. Thiết bị điều khiển lập tr ình PLC. 2. Lắp đặt hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Yêu cầu sau khi học : 1. Nắm được tổng quan về PLC; phân loại; cấu trúc ng õ vào/ra; khả năng làm việc,…. 2. Nắm được khả giao tiếp với các ng õ vào/ra; biết lắp đặt các thiết bị, điều khiển theo mục đích, Buổi 4 : Sử dụng phần mềm lập tr ình và một số lệnh cơ bản Nội dung : 1. Cấu trúc bộ nhớ PLC. 2. Phần mềm lập trình và tập lệnh, làm quen với ngôn ngữ LAD 3. Một số lệnh cơ bản. 4. Viết chương trình trên máy và sử dụng chương trình mô phỏng. Yêu cầu sau khi học : 1. Hiểu được cấu trúc lệnh; Cách sử dụng phần mềm trợ giúp (Help) trong quá tr ình làm việc. 2. Sử dụng được phần mềm STEP 7 MicroWin viết v à cách sử dụng một số thao tác khác trực tiếp trên PLC; Sử dụng được chương trình S7-200 Simulator để mô phỏng. Buổi 5 : Thiết kế hệ thống từ yêu cầu điều khiển bằng relay Nội dung : 1. Hướng dẫn phương pháp thiết kế một hệ thống điều khiển tr ên cơ sở một sơ đồ relay có sẵn; Những mạch đặc biệt có thể xảy ra v à những lưu ý. 2. Thực hành bằng những bài tập liên quan có trong phần bài tập. Yêu cầu sau khi học : Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 10 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. 1. Sinh viên nắm được phương pháp thực hiện với các bài toán dạng chuyển từ sơ đồ relay sang dạng điều khiển bằng PLC. 2. Thực hiện được các bài tập Buổi 6 : Thiết kế hệ thống có y êu cầu tổ hợp. Nội dung : 1. Nhắc lại bảng sự thật, ph ương trình đại số Boolean, phép toán Boolean, b ìa Karnaugh. 2. Viết chương trình từ một phương trình đại số Boolean, một y êu cầu tổ hợp. Yêu cầu sau khi học : 1. Có khả năng nhận dạng, phân tích thiết kế những hệ thống có y êu cầu tổ hợp. Buổi 7 : Thiết kế hệ thống có y êu cầu tuần tự.(1) Nội dung : 2. Giới thiệu tổng quan về hệ tuần tự. 3. Phân loại và một số phương pháp phân tích. 4. Sơ đồ trạng thái. 5. Bit tuần tự 6. Khối logic. Yêu cầu sau khi học : 1. Nắm được cái nhìn tổng quát về hệ thống tuần tự. 2. Nắm được tổng quan về các ph ương pháp phân tích. 3. Nắm được phương pháp phân tích dùng sơ đ ồ trạng thái. 4. Có khả năng lập trình dùng bit tuần tự và khối logic. Buổi 8 : Thiết kế hệ thống từ y êu cầu tuần tự (2) Nội dung : 1. Phương trình trạng thái. 2. Biểu đồ tuyến thời gian. Yêu cầu sau khi học : 1. Viết được chương trình dùng phương pháp sơ đồ trạng thái. 2. Thiết kế được chương trình trên cơ sở biểu đồ tuyến thời gian của thiết bị (khí nén, thủy lực) Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển c ơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVN page 11 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh vi ên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com ho ặc số điện thoại 0974.858.101. Buổi 9 : Thiết kế hệ thống từ y êu cầu tuần tự (3) Nội dung : 1. Sơ đồ khối chứng năng. 2. Lập tài liệu hệ thống. Yêu cầu sau khi học : 1. Hiểu được chuẩn GRAFSET, IEC 1131 -3 và IEC 61131-3 trong thiết kế hệ thống. 2. Hiểu được cách phân tích hệ thống theo s ơ đồ SFC theo chuẩn IEC 1131 -3 và IEC 61131-3. 3. Nắm được các thành phần trong tài liệu hệ thống và cách thực hiện chúng. Buổi 10 : Báo cáo thiết kế hệ thống điều khiển các nhóm. (1) Nội dung : 1. Các nhóm báo cáo các đ ề tài thiết kế hệ thống được phân công. Yêu cầu sau khi thực hiện : 1. Nắm được cách trình bày một chủ đề. 2. Cách thuyết phục người đầu tư chấp nhận đầu tư cho hệ thống của nhóm thiết kế. Buổi 11 : Báo cáo thiết kế hệ thống điều khiển các nhóm.(2) Nội dung : 1. Các nhóm báo cáo các đ ề tài thiết kế hệ thống được phân công. Yêu cầu sau khi thực hiện : 1. Nắm được cách trình bày một chủ đề. 2. Cách thuyết phục người đầu tư chấp nhận đầu tư cho hệ thống của nhóm thiết kế. . sử dụng PLC [6 1] 4. Phần mềm STEP7-MicroWin và tập lệnh [65] a. Cài đặt [65] b. Giới thiệu [71] c. Lập trình dùng STEP7-MicroWin[74] d. Tập lệnh PLC S7-200.[79] 5. Một số kỹ thuật lập trình. [90] 6 Màn hình giao tiếp và phần mềm lập trình HMI [44] e. Thiết bị lập trình và phần mềm lập trình PLC[ 45] f. Thiết bị điều khiển PLC. [47] 2. Hệ thống điều khiển sử dụng PLC .[53] a. Bộ điều khiển S7-200. hướng giảng dạy môn PLC. Một định h ướng cho rằng, việc giảng dạy PLC l à giảng dạy về việc sử dụng ngôn ngữ lập tr ình một số lệnh của thiết bị PLC nhỏ, nghi ên cứu chuyên sâu là việc giảng