Chơng VIII: ứng dụng PLC trong tự động hoá Bài 8.1. Khái niệm về điều khiển lập trình Bài 8.2. Giới thiệu tổng quát về PLC Giới thiệu chung: PLC ra đời năm 1968 bởi những nhà thiết kế của công ty General Motor Mỹ, trong thời điểm này hệ thống PLC còn quá đơn giản, cồng kềnh, ngời sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành do cha có các thiết bị ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình. Để đơn giản hoá việc lập trình, hệ thống điều khiển khả trình cầm tay đầu tiên đợc ra đời năm 1969 đã tạo ra một sự phát triển hơn cho kỹ thuật điều khiển lập trình, PLC lúc này chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống rơ le và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Những năm đầu thập niên 1970 các hệ thống PLC còn có thêm khả năng khác đó là: Sự hỗ trợ bởi những thuật toán, vận hành với các dữ liệu cập nhật. Từ năm 1975 đến nay hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng, hệ thống I/O có thể tăng tới hơn 8.000 cổng, dung lợng bộ nhớ tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ. 1. Khái niệm về PLC PLC là từ viết tắt của cụm từ tiến Anh "Progrrammable Logic Controller": bộ điều khiển logic có thể lập trình (khả trình). Là một thiết bị mà ngời sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt hay một trình tự các sự kiện. Các sự kiện này đợc kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (thờng gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ nh: thời gian định hay các sự kiện đếm. Một khi một sự kiện đợc kích hoạt nó sẽ bật ON hay tắt OFF thiết bị điều khiển điện tử bên ngoài. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục thực hiện từng lệnh của chơng trình do ngời sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ra tại các thời điểm lập trình. 2. Cấu trúc, hoạt động, phân loại a/ Cấu trúc: Về cơ bản PLC đợc chia làm 5 phần chính nh sau: cpu Giao diện đầu vào Giao diện đầu ra B ộ nh ớ Nguồn Phần giao diện đầu vào (Input): Biến đổi các đại lợng điện đầu vào thành các mức tín hiệu số và cấp vào cho CPU xử lý. Các thiết bị đầu vào là: Nút ấn, cầu dao, phím Ngoài ra PLC còn nhận đợc tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động nh: công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái logic ON/OFF hoặc tín hiệu tơng tự (Analog). Phần giao diện đầu ra (Output): Thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu số bên trong PLC thành các tín hiệu điều khiển. Các thiết bị đầu ra thông thờng là: Động cơ, cuộn dây nam châm, rơ le (relay), chuông báo Bộ xử lý trung tâm (CPU): Tuần tự thực thi các lệnh trong chơng trình lu trong bộ nhớ, xử lý các tín hiệu đầu vào và đa ra kết quả điều khiển cho phần giao diện đầu ra. Bộ nhớ (Memory): Lu chơng trình điều khiển đợc lập bởi ngời dùng, nội dung của bộ nhớ đợc mã hoá dới dạng mã nhị phân. Nguồn cung cấp cho hệ thống ( Power Supply): Biến đổi nguồn cung cấp từ bên ngoài thành mức thích hợp cho các mạch điện tử bên trong PLC. b/ Hoạt động: PLC thực hiện chơng trình theo chu kỳ lặp, mỗi vòng lặp đợc gọi là một vòng quét, bắt đầu bằng giai đoạn nhập dữ liệu từ các cổng vào nh : Công tắc, nút ấn, cảm biến vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chơng trình, giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét đợc kết thúc bằng việc chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới đầu ra. Vậy một vòng quét đợc bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào và sau đó thực hiện chơng trình vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra. 2. giai đoạn thực hiện chơng trình 1. giai đoạn nhập dữ liệu từ ngoài vào 4. giai đoạn chuyển dữ liệu ra cổng ra 3. giai đoạn truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi Một vòng quét thờng xảy ra với một thời gian rất ngắn, từ 1ms tới 100ms. Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chơng trình và cả mức độ giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. c/ Phân loại. PLC siêu nhỏ có 32 cổng I/O, bộ nhớ 1K PLC cỡ nhỏ có 128 cổng I/O, bộ nhớ 2K PLC cỡ trung bình có 1024 cổng I/O, bộ nhớ 4K, có thể nâng lên 8K PLC cỡ lớn có 2048 cổng I/O, bộ nhớ 12K, mở rộng thêm đợc 32K PLC cỡ rất lớn có 8192 cổng I/O, bộ nhớ 64K, mở rộng thêm đợc 1M Bài 8.3. Các thao tác chung trên Plc 1. Kết nối * Kết nối PLC với các thiết bị vào ra I/O ( Input/ Output: thiết bị nhập dữ liệu vào và thiế bị xuất dữ liệu ra) Khi kết nối PLC với các thiết bị vào ra thì phải căn c vào điện áp nguồn nuôi cho PLC, điện áp cấp cho các tín hiệu vào, điện áp xuất ra khi PLC làm việc. Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5 V, tín hiệu xử lý là 12/ 24 VDC hoặc 100/240 VAC. Thực tế hiện nay đã có những bộ PLC điện áp xuất ra là 220V vì vậy khi kết nối với các thiết bị với đầu ra của bộ PLC thì không phải nối thông qua cuộn dây của rơ le trung gian nh trên mà kết nối trực tiếp với cuộn dây của công tắc tơ của mạch động lực. * Kết nối PLC với thiết bị lập trình Thông dụng thiết bị lập trình cho PLC là máy tính. Các PLC kết nối với máy tính thông qua các cổng giao tiếp khác nhau: Input1 Output 1 Input2 Output 2 Input n Output n Com Ví dụ: Với PLC của hãng OMRON (CPU CPM2A) kết nối với máy tính thông qua cổng giao tiếp là RS-232C Với PLC của hãng SIEMEN (Simantic S7-200 CPU224) kết nối với máy tính thông qua cổng giao tiếp RS-485 2. Cài đặt phần mềm lập trình Đối với mỗi PLC của các hãng khác nhau thì lại có một phần mềm ứng dụng lập trình cho PLC. Ví dụ: Với PLC của hãng OMRON (CPU CPM2A) sử dụng phần mềm Syswin 3.4 để lập trình thông qua công cụ lập trình là máy tính. Với PLC của hãng SIEMEN (Simantic S7-200 CPU224) sử dụng phần mềm V3.2 STEP 7 MicroWIN để lập trình thông qua công cụ lập trình là máy tính. 3. Soạn thảo chơng trình (lập trình) cho PLC 4. Vận hành Bài 8.4. Lập trình cho PLC 1. Phơng pháp viết chơng trình Chơng trình là chuỗi các lệnh nối tiếp nhau viết theo một ngôn ngữ mà một PLC có thể hiểu đợc. Cách viết chơng trình cho PLC dựa trên hai phơng pháp cơ bản: Phơng pháp hình thang (Ladder logic viết tắt là LAD) và phơng pháp liệt kê lệnh (Statement list - viết tắt là STL). Chơng trình đợc viết theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tạo ra một chơng trình theo kiểu STL tơng ứng và ngợc lại. * Phơng pháp LAD: LAD là ngôn ngữ lập trình đồ họa những thành phần cơ bản dùng trong LAD tơng ứng với các thành phần cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic: + Tiếp điểm: là biểu tợng mô tả các tiếp điểm của rơle tơng ứng Tiếp điểm thờng đóng Tiếp điểm thờng mở + Tín hiệu ra (tơng tự nh đa điện đến cuộn dây công tắc tơ hoặc rơ le): Ký hiệu (với PLC của hãng OMRON) hoặc (với PLC của hãng SIEMEN) + Hộp : Là biểu tợng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Thờng là các bộ thời gian - Timer, bộ đếm - Counter và các hàm toán học. + Mạng LAD: là đờng nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đờng nguồn bên trái sang nguồn bên phải, có thể coi đờng nguồn trái là dây pha, đờng nguồn bên phải là dây trung tính. đờng nguồn bên phải không đợc thể hiện, dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm và đến tín hiệu ra ( tơng ứng các cuộn dây) hoặc các hộp rồi về bên phải nguồn. * Phơng pháp liệt kê lệnh STL : Phơng pháp liệt kê lệnh STL là phơng pháp thực hiện chơng trình dới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chơng trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. Thờng sử dụng viết chơng trình theo phơng pháp hình thang (LAD) đơn giản, dễ hình dung vì nó tơng tự nh các sơ đồ mạch điều khiển có tiếp điểm của rơ le công tắc tơ. 2. Lập trình với PLC của hãng OMRON (CPU loại CPM2A) Với PLC của hãng OMRON (CPM2A) có tổng số 20 cổng vào/ ra Có 12 cổng vào với địa chỉ từ: 00; 01; ; 09 ; 10; 11: Có 8 cổng ra với địa chỉ từ: 1000; 1001; ; 1007: Sử dụng phần mềm Syswin 3.4 để soạn thảo chơng trình theo các bớc sau: * Soạn thảo chơng trình mới: Nháy đúp vào biểu tợng Syswin 3.4 từ màn hình destop để khởi động phần mềm. Nháy đúp vào biểu tợng tiếp điểm, cuộn dây, Timer, counter để soạn chơng trình chú ý phải khai báo địa chỉ. Soạn thảo xong thì ghi ch ơng trình vào máy tính: File\ Save Project as\ Đặt tên file\ OK * Nạp và Chạy chơng trình vừa tạo lập: + Nạp chơng trình: Online\ mode\ stop\ ok Online\ Clear memory\ All areas\ OK\ Yes Online\ Down load progam to PLC\ Yes\ Ok + Chạy chơng trình: Online\ Mode\ Run\ Ok\ Yes * Dừng chơng trình đang chạy: Online\ Mode\ Stop\ OK * Mở chơng trình cũ: File\ Open project\ Chọn tên file cần mở\ OK. * Ví dụ: Chơng trình điều khiển động cơ quay theo một chiều (Mạch khởi động từ đơn). Sử dụng phần mề Syswin3.4 để lập trình cho PLC của hãng OMRON đối với CPU loại CPM2A. 3. Lập trình cho PLC của hãng SIEMEN (simatic S7-200 với CPU224) Với PLC của hãng SIEMEN có nhiều đời nh S7-200; S7-300; và hiện nay có cả S7-400. Đối với PLC của SIEMEN (simatic S7-200) thì có CPU212; CPU214; CPU224; CPU226 Với CPU224: * Các cổng vào ra - Có 14 cổng vào với địa chỉ từ: I0.0; I0.1; ; I0.7; và từ I1.0; I1.1; ; I1.5 - Có 10 cổng ra với địa chỉ từ: Q0.0; Q0.1; ; Q0.7; Q1.0; Q1.1 Sử dụng phần mềm V3.2 STEP 7 Micro WIN để soạn thảo chơng trình thực hện theo các bớc sau: * Soạn thảo mới một chơng trình: Từ màn hình destop nháy đúp chuột trái vào biểu tợng V3.2 Step7 Microwin để khởi động phần mềm soạn thảo. Kích chuột trái vào biểu tợng Bit logic để lấy các tiếp điểm hoặc vào bộ định thời gian Timer, bộ đếm Couter Để lấy tiếp điểm thờng đóng, thờng mở, tín hiệu ra (tơng tự cuộn dây công tắc tơ, rơ le trung gian) ta kích đúp chuột vào các biểu tợng đó, sau đó gán địa chỉ cho chúng. Sau khi soạn thảo xong kích chuột vào PLC trên thanh công cụ và kích vào compile để kiểm tra lỗi. Nếu có lỗi thì sửa, không có lỗi thì nháy chuột vào file\ save as\ nhập tên file vừa tạo lập\ OK Chú ý: - Các biến trung gian (tơng tự nh rơ le trung gian) bắt đầu bằng địa chỉ m0.0 hoặc s0.0 100000 01 1000 End(01) - Timer (tơng tự nh rơ le thời gian ): Khai báo tên timer (dùng loại ton) bắt đầu từ T37 sau đó khai báogiá trị thời gian cần tác động vào chân PT - Couter (Bộ đếm) : Chân CU (cấp xung), chân R (reset) * Nạp và chạy chơng trình vừa tạo lập: + Xoá chơng trình cũ nếu có: PLC\ PLC\ Clear/ok/ok + Nạp chơng trình vừa tạo lập vào PLC: File\ download\ OK + Chạy chơng trình: PLC\ Run + Kết thúc chơng trình: PLC\ Stop * Nạp và Chạy chơng trình cũ: File\ Open\ Chọn tên file cần mở\ Open PLC\ Compile\ PLC\ Clear\ OK File\ Download\ OK PLC\ Run\ Yes PLC\ Stop\ Yes * Ví dụ: Chơng trình điều khiển động cơ quay theo một chiều (mạch khởi động từ đơn). Sử dụng phần mề V3.2 STEP 7 Micro WIN để lập trình cho PLC của hãng SIEMEN đời S7-200 với CPU 224. Q0.0I0.0 I0.1 Q0.0 END Bài 8.5. ứng dụng của plc trong mạch điều khiển động cơ quay hai chiều (Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A) 1. Chơng trình điều khiển động cơ quay theo hai chiều không có khoá liên động: Yêu cầu: - Bấm nút mở thuận (01) động cơ quay thuận. - Bấn nút dừng (00) động cơ dừng. - Bấm nút mở ngợc (02) động cơ quay ngợc. 00 01 1000 1000 End(01) 1001 02 1001 1001 1000 2. Chơng trình điều khiển động cơ quay theo hai chiều có khoá liên động: Yêu cầu: - Bấm nút mở thuận (01) động cơ quay thuận. - ấm nút mở ngợc (02) động cơ quay ngợc (đảo chiều trực tiếp). - Bấm nút dừng động cơ dừng. Bài 8.6. ứng dụng của plc trong mạch điều khiển tuần tự khởi động các động cơ dùng timer (Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A) 1. Chơng trình điều khiển khởi động tuần tự 3 động cơ với yêu cầu: Yêu cầu: - Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động trớc. - Sau 5 giây động cơ số 2 tự động khởi động. - Sau 5 giây tiếp theo động cơ số 3 tự động khởi động. - Khi bấm nút dừng thì cả 3 động cơ đều dừng. 00 01 1000 1000 End(01) 1001 02 1001 1001 1000 02 01 [...]... End(01) 1000 1002 2 Chơng trình điều khiển động dừng động khi có xung đếm: Yêu cầu: - Khi bấm nút khởi động thì động cơ hoạt động - Sau khi cấp 5 xung đếm thì động cơ dừng 00 01 CNT001 1000 1000 02 CNT 1000 001 #005 Counter Bài 8. 8 ứng dụng của plc Trong mạch điều khiển đèn giao thông dùng timer (Sử dụng phần mềm V3.2 Setp7 MicroWIN ứng dụng cho PLC của hãng SIEMEN- CPU 224) 1 Chơng trình điều khiển đèn... dụng phần mềm V3.2 Setp7 MicroWIN ứng dụng cho PLC của hãng SIEMEN- CPU 224) 1 Chơng trình điều khiển đèn sáng khi có xung đếm: Yêu cầu: - Lúc đầu đèn tắt - Khi cấp 5 xung đếm thì đèn sáng - Khi bấm nút dừng thì đèn tắt 1 Chơng trình điều khiển đèn tắt khi có xung đếm: Yêu cầu: - Khi bấm nút khởi động thì đèn sáng - Sau khi cấp 5 xung đếm thì đèn tắt ... giao thông 3 đèn: Yêu cầu: - Khi bấm nút mở thì đèn xanh sáng 20 giây - Sau 20 giây thì đèn vàng sáng 5 giây đồng thời đèn xanh tắt - Sau 5 giây thì đèn đỏ sáng 25 giây đồng thời đèn vàng tắt (đèn xanh vẫn tắt) - Sau 25 giây thì đèn xanh lại sáng đẻn đỏ tắt chu kỳ lặp lại từ đầu I0.0 I0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.1 M0.0 M0.0 Q0.1 T37 IN TON 200 T37 PT Q0.2 Q0.3 Q0.2 Q0.2 T 38 IN TON 50 T 38 PT Q0.3 T39 Q0.3 Q0.3 T39... 2 Chơng trình điều khiển đèn giao thông 6 đèn: Yêu cầu: - Khi bắt đầu làm việc ấn nút I0.1 thì đèn hoạt động theo sơ đồ mô tả sau: - Khi ấn nút dừng I0.0 thì bất kỳ đèn nào đang sáng thì phải tắt - Muốn mạch hoạt động trở lại ấn nút I0.1 5s 20s X1 V1 25s Đ1 X2 Đ2 25s V2 20s 5s Bài 8. 9 ứng dụng của plc Dùng bộ đếm counter (Sử dụng phần mềm V3.2 Setp7 MicroWIN ứng dụng cho PLC của hãng SIEMEN- CPU 224)... TIM03 #0050 0050bcd TIM 004 End(01) #0050 0050bcd Timer Timer Bài 8. 7 ứng dụng của plc Dùng bộ đếm counter (Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A) 1 Chơng trình điều khiển động cơ hoạt động khi có xung đếm: Yêu cầu: - Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động - Sau khi cấp 5 xung thì động cơ số 2 khởi động - Khi bấm nút dừng thì cả hai động cơ đều dừng 00 01 1000 1000... Timer 001 #0050 0050bcd 1003 TIM01 1003 TIM Timer 002 #0050 0050bcd TIM02 1005 End(01) 2 Chơng trình điều khiển khởi động tuần tự 3 động cơ với yêu cầu: Yêu cầu: - Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động trớc - Sau 5 giây động cơ số 2 tự động khởi động - Sau 5 giây tiếp theo động cơ số 3 tự động khởi động - Khi bấm nút dừng thì động cơ số 3 dừng trớc, sau 5 giây động cơ số 2 tự động dừng, sau 5 . các thiết bị vào ra I/O ( Input/ Output: thiết bị nhập dữ liệu vào và thiế bị xuất dữ liệu ra) Khi kết nối PLC với các thiết bị vào ra thì phải căn c vào điện áp nguồn nuôi cho PLC, điện. để lập trình thông qua công cụ lập trình là máy tính. 3. Soạn thảo chơng trình (lập trình) cho PLC 4. Vận hành Bài 8. 4. Lập trình cho PLC 1. Phơng pháp viết chơng trình Chơng trình là. tiếp với cuộn dây của công tắc tơ của mạch động lực. * Kết nối PLC với thiết bị lập trình Thông dụng thiết bị lập trình cho PLC là máy tính. Các PLC kết nối với máy tính thông qua các cổng