Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án - Điều khiển lập trình bằng PLC cho hệ thống đóng thùng bia tự động Tài liệu tham khảo dành cho giáo viên, sinh viên chuyên ngành điện tử, tự động hóa - Đồ án tốt nghiệp với đề tài Điều khiển lập trình bằng PLC cho hệ thống đóng thùng bia tự động.
http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 1 Nhiệm vụ đồ án môn học Đề tài : Điều khiển lập trình bằng plc cho hệ thống đóng thùng bia tự động Giáo viên hớng dẫn : Sinh viên thực hiện : Nội dung của phần thuyết minh: 1. Giới thiệu chung về điều khiển lập trình bằng plc 2. Giới thiệu về PLC - S7-200 của SIEMEN 3. Tìm hiểu tập lệnh PLC của S7-200 4. Viết chơng trình điều khiển đóng thùng bia tự động 5. Chạy thử chơng trình trên phần mềm mô phỏng Simulator của Siemen. Các bản vẽ: (trong thuyết minh) 1. Bản vẽ lu đồ giải thuật mã hoá (bằng lời) 2. Bản vẽ mạch kết nối của thiết bị điều khiển 3. Bản vẽ mạch động lực. 4. Bản vẽ mạch điều khiển http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 2 Mục lục Lời nói đầu Chơng I . Giới thiệu chung về điều khiển lập trình bằng plc Chơng II . Giới thiệu về PLC - S7-200 của SIEMEN 2.1 Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình 2.2 Tệp lệnh cơ bản dùng cụ thiết bị điều khiển khả trình PLC S7-200 2.3 Sơ đồ kết nối vào ra của thiết bị PLC S7-200 2.4 Chơng trình điều khiển Chơng III. Tìm hiểu tập lệnh PLC của S7-200 3.1 Sơ đồ mạch động lực 3.2 Sơ đồ mạch điều khiển Chơng IV . Viết chơng trình điều khiển cho đóng thùng bia tự động. 4.1 Thiết bị dùng trong hệ thống 4.2 Những chú ý khi vận hành và thay thế, sữa chữa kết luận. Chơng V . Chạy thử chơng trình trên phần mềm mô phỏng Simulator của Siemen. http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 3 Lời nói đầu Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nớc, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt đợc số lợng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thờng sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội. Qua bài tập của đồ án môn học tôi sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào sản xuất đóng gói sản phẩm bằng hai băng tải của công ty,xí nghiệp sản xuất. Trong thực tế lập trình PLC có thể đợc sử dụng nhiều hãng phần mềm sản xuất nh là hãng Siemens-Đức, omron-Nhật bản, Goldstar-Hàn Quốc, tuỳ thuộc vào đối tác, tiềm lực của Công ty, xí nghiệp để sử dụng công nghệ của hãng. Trên đây là một phần nhỏ về chơng trình điều khiển viết cho hệ thống điều khiển đóng thùng bia tự động. Trong quá trình thực hiện chơng trình còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho vấn đề này đang rất ít,và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề nh phần cơ trong dây chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhng khả năng, thời gian có hạn và kinh nghiệm cha nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo, các quý bạn đọc cũng nh các bạn đồng nghiệp để đồ án này đợc hoàn thiện hơn. http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 4 Chơng I: Giới thiệu chung về điều khiển lập trình bằng plc 1. Giới thiệu phần cứng của bộ điều khiển khả trình PLC. PLC viết tắt của Program Mable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, bộ điều khiển thoả mãn các yêu cầu: - Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản. - Dung lợng bộ nhớ lớn, có thể chứa đợc những chơng trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trờng công nghiệp. - Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul mở rộng. - Giá cả phù hợp. Bộ điều khiển lập trình PLC đợc thiết kế nhằm thay thế phơng pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trển việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các tác vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic đợc lập trong chơng trình và đa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tơng ứng. Cơ sở của việc sử dụng PLC: Trong công nghiệp trớc đây, các hệ thống điều khiển số thờng đợc cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch logic điện tử kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống. Điều đó có nghĩa là: Quan hệ giữa các biến vào và các biến ra tuân theo một hàm số, mà hàm số này chính đợc xác định bởi luật kết nối giữa các phần tử logic. (y 1 , y 2 , . y n ) = f (x 1 , x 2 , . x n ) Nh vậy đối với mục đích điều khiển xác định thì hàm f cố định. Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và làm việc độc lập thì việc sử dụng các phần tử có sẵn liên kết cứng với nhau có nhiều u điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các hệ thống điều khiển phức tạp nhiều chức năng thì những cấu trúc theo kiểu cứng có nhiều nhợc điểm nh: - Hệ thống cồng kềnh, đầu nối phức tạp dẫn đến độ tin cậy kém. - Trờng hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các h hỏng thì phải dừng cả hệ thống để đấu nối . Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 5 lập trình đợc (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục đợc rất nhiều nhợc điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trớc đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các u điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển đợc thực hiện trong chơng trình thay cho việc đấu nối dây. - Tính mềm dẻo cao trong hệ thống. - Bộ nhớ: - Bộ nhớ vào ra: Hình 2.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC Trạng thái tín hiệu vào đợc nhận biết và chứa trong bộ nhớ, nơi PLC thực hiện các lệnh logic đợc lập trình để xử lý các tín hiệu vào máy và tạo ra các tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị liên quan. * Cấu trúc PLC bao gồm: Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thờng đợc kết hợp thành một khối. Cũng có một số hạng thiết kế PLC thành từng mô đun để ngời sử dụng có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng đợc yêu cầu ứng dụng. Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau: Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Bộ đếm vào- ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 6 Nguồn cung cấp Nhớ chơng trình Mô đun nhập dữ liệu Mô đun xuất dữ liệu + - Tín hiệu vào Cơ cấu chấp hành Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối vi xử lý bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thờng các tín hiệu xuất nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog). a. Mô đun nguồn: (Moudule) Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động. Trong công nghiệp ngời ta thờng dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều. b. Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module): Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ: * Bộ vi xử lý (CPU): CPU là một bộ não của PLC. Nó điều khiển và kiểm soát tất cả mọi hoạt động bên trong của PLC. Nó thực hiện những lệnh đã đợc chơng trình hoá lu trữ bên trong bộ nhớ. Một hệ thống BUS mang thông tin đến và kết nối CPU, bộ nhớ và bộ xuất nhập cũng chịu sự điều khiển của CPU. CPU đợc cung cấp bởi một tần số http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 7 đồng bộ do tinh thể thạch anh bên ngoài hay một bộ giao động RC. Mạch dao động này có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động từ 118 MHZ. Tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý đã đợc sử dụng và phạm vi sử dụng. Một CPU bao gồm 3 thành phần riêng biệt sau: + Bộ điều khiển (CU Control Unit) gồm khối soạn lệnh và ngăn xếp có nhiệm vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu lệnh. + Bộ lý luận và số học (AIU) để thực hiện các phép toán số học và logic nh: cộng trừ, AND, OR, NOT, + Bộ nhớ có tốc độ cao, kích thớc nhỏ để lu các kết quả tạm thời và các thông tin điều khiển. * Bộ nhớ: Bao gồm bộ nhớ chứa chơng trình và bộ nhớ dữ liệu,.Đơn vị nhỏ nhất của bộ nhớ là bít có giá trị 1 (hoặc 0). Nhiều bít hợp theo hàng và cột tạo thành một khối bộ nhớ. Nội dung bộ nhớ có thể đọc ra hoặc ghi vào. Mỗi bít đợc định nghĩa một địa chỉ riêng để bộ nhớ dễ quản lý. Có hai loại bộ nhớ nh sau: - Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): Ram là bộ nhớ chính trong mọi máy tính. Kể cả PLC. Bộ nhớ RAM có lợi là dung lợng lớn nhng giá rẻ. Ram là loại bộ nhớ có thể đọc ghi chơng trình một cách dễ dàng. Tuy nhiên dữ liệu trong Ram sẽ bị xoá sạch khi có sự cố về điện. Vì vậy muốn lu trữ chơng trình điều khiển tron bộ nhớ Ram thì ngời ta dùng phơng pháp nuôi bộ nhớ Ram bằng 1 nguồn pin. Nếu cần lu trữd dài thì ta dùng loại pin có chất lợng cao . - Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Rom là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ nhớ này có đặc tính trái ngợc với bộ nhớ Ram là rất khó xoá, nên khi có sự cố về điện thì nội dung chơng trình vẫn còn trong bộ nhớ. Nhng hiện này ngời ta có thể thay đổi nội dung của nó. Tuỳ thuộc vào cách tạo nội dung, cách xoá nội dung, cách nập nội dung mới vào nó mà ta có các loại bộ nhớ Rom khác nhau nh: PROM, EPROM, RPROM, EEPROM, EAROM. Điển hình ở đây ta xét 2 loại bộ nhớ ROM đợc dùng rộng rãi trong các PLC là EPROM và EEPROM. + EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Bộ nhớ Rom có thể xoá nội dung chơng trình. Nó đợc xoá bằng tia cực tím, sau khi nội dung cũ đã xoá thì http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 8 ngời ta dùng một thiết bị đặc biệt để ghi nội dung chơng trình mới vào trong Rom. Loại này rất phức tạp vì phải dùng thiết bị đắt tiền. + EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read Only Memory): Bộ nhớ loại này cũng giống nh bộ nhớ EPROM nhng phơng thức xoá nội dung chơng trình đơn giản hơn. Tức là nó đợc xoá bằng điện và việc nạp một chơng trình mới cho nó cũng đơn giản. Ngoài hai loại trên trong các PLC ngời ta còn thờng dùng FLASH EROM. Đối với những bộ điều khiển logic theo chơng trình thuộc loại lớn có thể có nhiều Module CPU nhằm tăng tốc độ xử lý. c. Mô đun nhập: (Input Module) Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tơng tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,Các tín hiệu tơng tự đa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho mọt lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến. Các cảm biến (Sensors) đợc nối với Module ngõ vào của PLC. Thông thờng một Module nhập có 8 ngõ vào hoặc 16 ngõ vào hoặc có thể hơn nữa tuỳ thuộc vào yêu cầu của ngời sử dụng mà chọn cho phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần khoảng 16 ngõ vào, ứng dụng trung bình thì cần khoảng 80 ngõ vào, ứng dụng cỡ dùng các cuộn dây Rơle cho ngõ vào. Điện áp hoạt động đa vào các cuộn dây này thờng vào khoảng 24 VDC với dòng vào vài mA (6mA), rất bé so với dòng tiêu thụ qua cuộn dây trong rơle thực tế. Cũng có PLC hoạt động với điện áp 220V AC. Mặc dù điện áp cao nh vậy nhng vẫn đảm bảo an toàn cho mạch điện tử của PLC vì ngời ta sử dụng các linh kiện cách ly (Optocoupler). Theo tiêu chuẩn công nghiệp với điện áp 24 VDC, ngời ta quy định: - Điện áp từ 0 ữ 5 VDC thể hiện logic 0 ở ngõ vào - Điện áp từ 11 ữ 30 VDC thể hiện logic 1 ở ngõ vào d. Mô đun xuất (Output Module): Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập. Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy ngời sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để đợc số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 9 giống nh Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian nh: CTT. Aptomat. Triac Ngoài ra còn có PLC với ngõ ra là tín hiệu điện: Logic 0 ứng với điện áp từ 0 ữ 0,8V và logic 1 ứng với điện áp từ 12 ữ 28V với dòng ra có khi lên tới 300mA. Dải điện áp cấp nguồn từ 12V ữ 28V. PLC thực hiện chơng trình: PLC thực hiện chơng trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp đợc gọi là vòng quét (scan). Bắt đầu mỗi vòng quét là việc quét các tín hiệu vào. Trong quá trình quét này trạng thái hiện thời của mỗi tín hiệu vào đợc chứa trong bảng ảnh. Việc quét các đầu vào này rất nhanh, việc quét phụ thuộc vào các module vào, xung nhịp cũng nh các đặc tính riêng của mỗi loại CPU thực hiện chơng trình sử dụng. Công việc này thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của chơng trình (lệnh MEND). Nh vậy thời gian thực hiện chơng trình sẽ phụ thuộc vào độ dài chơng trình, độ phức tạp của các lệnh, và đặc tính kỹ thuật của từng loại CPU Hình 2.4: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC Trong quá trình thực hiện chơng trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra. Tiếp theo của việc quét chơng trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét đợc kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những trờng hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chơng trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Tập lệnh của PLC chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thờng của chơng trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chơng trình. Thời gian cần thiết để Chuyển dữ liệu từ đầu ra Q tới cổng ra Chuyển dữ liệu từ đầu cổng vào tới đầu vào I Truyền thông và kiểm tra bộ nhớ Thực hiện chơng trình http://huynhphuclinh.wordpress.com email: huynhphuclinh@gmail.com or linhhp_vl@yahoo.com 10 PLC thực hiện đợc một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng đợc thực hiện trong một khoảng thời gian nh nhau. Có vòng quét đợc thực hiện lâu, có vòng quét đợc thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chơng trình đợc thực hiện, vào khối lợng dữ liệu đợc truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng quét chiếm thời gian quét ngắn thì chơng trình điều khiển đợc thực hiện càng nhanh. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chơng trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chơng trình con tơng ứng với từng tín hiệu ngắt đợc soạn thảo và cài đặt nh một bộ phận của chơng trình. Chơng trình xử lý ngắt chỉ đợc thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét. chơng 2: Giới thiệu về PLC - S7-200 của SIEMEN * Cấu trúc bộ nhớ PLC: . or linhhp_vl@yahoo.com 1 Nhiệm vụ đồ án môn học Đề tài : Điều khiển lập trình bằng plc cho hệ thống đóng thùng bia tự động Giáo viên hớng dẫn : Sinh viên. 3.1 Sơ đồ mạch động lực 3.2 Sơ đồ mạch điều khiển Chơng IV . Viết chơng trình điều khiển cho đóng thùng bia tự động. 4.1 Thiết bị dùng trong hệ thống 4.2
