Tài liệu Hướng dẫn thí nghiệm kỹ thuật điện 1 (Phần PLC)

................................ 3 Chương 1 Tìm hiểu PLC (Bài 1) ................................................................. 4 Chương 2 Hướng dẫn các bài thí nghiệm về PLC....................................... 21 Vấn đề 1 ĐK khởi động, đảo chiều động cơ KĐB (Bài 2.1) ............ 22 Vấn đề 2 Điều khiển quá trình theo thời gian (Bài 2.2)................... 25 Vấn đề 3 Điều khiển dây chuyền cơng nghiệp (Bài 2.3) ................. 27 Vấn đề 4 Điều khiển bãi đậu xe (Bài 2.4)........................................ 29 Vấn đề 5 Điều khiển phân loại và đếm sản phẩm (Bài 2.5) ............ 31 Chương 3 Hướng dẫn làm bài chuẩn bị và bài báo cáo thí nghiệm............. 33 Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 3 GIỚI THIỆU Thí nghiệm Kỹ thuật điện 1 gồm 2 phần: - Phần 1: Làm quen với PLC và một vài ứng dụng của nĩ trong thực tế - Phần 2: Các thí nghiệm vật lý về những kiến thức đã học trong mơn Kỹ thuật điện I Tập tài liệu này sẽ giới thiệu với sinh viên nội dung thí nghiệm của Phần 1 Mục đích – Làm quen với các thiết bị cơng nghiệp: thiết bị động lực và thiết bị điều khiển. – Làm quen với khái niệm điều khiển cứng (bằng thiết bị, dây nối) và điều khiển mềm (bằng chương trình). – Tìm hiểu về bộ điều khiển bằng chương trình (PLC) – Tìm hiểu về cách sử dụng PLC để điều khiển các đối tượng đơn giản. Cơng cụ thí nghiệm – Bộ PLC S7 – 200, CPU 212, 216, hay 226. – Phần mềm STEP7 – MicroWIN/16, hay STEP7 – MicroWIN/16. – Các thiết bị đầu vào và ra. Lưu ý: – Sinh viên sẽ thí nghiệm 2 trong số 5 vấn đề về PLC được đưa ra trong tập tài liệu này. Cán bộ hướng dẫn sẽ quyết định những vấn đề mà sinh viên cần thực hiện. – Trước mỗi buổi thí nghiệm, sinh viên cần soạn trước bài chuẩn bị cho vấn đề đã được chỉ định vào buổi đĩ (theo mẫu ở Chương 3). Sinh viên phải trình cho cán bộ hướng dẫn các bài chuẩn bị này, nếu khơng sẽ khơng được vào thí nghiệm. – Sau đợt thí nghiệm, sinh viên sẽ nộp báo cáo (theo mẫu ở Chương 3) để được tính điểm cho phần thí nghiệm về PLC. – Sinh viên sẽ được giới thiệu và thực tập 3 bài: ƒ Bài 0: Sinh viên đọc trước ở nhà, khơng cần làm bài chuẩn bị và bài báo cáo, thử lập trình các ví dụ đã cho. ƒ Bài 1: Vấn đề 1 (phải làm bài chuẩn bị và bài báo cáo) ƒ Bài 2: Cán bộ hướng dẫn phân cơng một trong các Vấn đề 2, 3, 4, hay 5 (phải làm bài chuẩn bị và bài báo cáo) – Về điểm số: Điểm chỉ được tính khi SV tham dự đầy đủ các buổi TN và cĩ nộp báo cáo ¾ SV tại chức ƒ Điểm mơn học sẽ là tổng của Phần 1 (50%) và Phần 2 (50%) – khơng thi trắc nghiệm ƒ Riêng Phần 1 (PLC) cĩ thành phần điểm như sau: chuẩn bị bài (5%), thái độ thí nghiệm (15%), trả lời câu hỏi cuối buổi thí nghiệm (20%), nội dung và hình thức của bài báo cáo (10%). ¾ SV chính quy (sẽ thơng báo sau) Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 4 CHƯƠNG 1 (Bài 1) TÌM HIỂU PLC I. Các kiến thức cơ bản về PLC Các bộ điều khiển cĩ thể lập trình được – PLC (Programmable Logic Controller) hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động cũng như trong các ứng dụng thương mại và cơng nghiệp. Các PLC đầu tiên được thiết kế vào giữa những năm 70 để thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay. Ban đầu chúng chỉ bao gồm một bộ xử lý một bit với bộ nhớ chương trình, một thanh ghi tích lũy và một số ngõ vào ngõ ra, về chức năng chúng chỉ cĩ thể thực hiện được các thao tác logic đơn giản và chỉ xử lý được với các ngõ vào ra số. Ngày nay PLC đã phát triển mạnh và cĩ thể thao tác với tín hiệu tương tự cũng như thực hiện các phép tốn phức tạp như điều khiển PID, điều khiển mờ... Chúng được dùng hầu như trong tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất và điều khiển quá trình. Khơng giống như các hệ thống đấu dây phần cứng truyền thống, PLC cĩ khả năng lập trình lại, cĩ thể giám sát on-line, và cĩ khả năng phát hiện lỗi trong bản thân PLC và các thiết bị được kết nối với chúng. Quá trình thực thi của PLC bao gồm 3 giai đoạn: giám sát các ngõ vào, tính tốn trên cơ sở chương trình của nĩ và điều khiển các ngõ ra để tự động hĩa các quá trình hay cơng cụ. PLC hiện diện trong rất nhiều các ứng dụng cụ thể. Chúng là các thiết bị làm việc rất lâu bền, cĩ thể làm việc trong điều kiện mơi trường sản xuất bao gồm độ ẩm, nhiễu, các thay đổi nhiệt độ và các chấn động. Tất cả các hệ thống PLC đều gồm cĩ các thành phần cơ bản cần thiết để thao tác với các dữ liệu vào, xử lý dữ liệu và điều khiển ngõ ra. Các khối cơ bản của một PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ nhớ, bộ giao tiếp ngõ vào và bộ giao tiếp ngõ ra. Ngồi ra, PLC cĩ thể tích hợp các khối nguồn, xung clock và giao tiếp truyền thơng để nạp chương trình, giám sát trạng thái của PLC hay nối mạng các PLC với nhau. Ngõ vào của PLC cĩ thể đưa vào các tín hiệu số hay tương tự từ các thiết bị khác nhau (cảm biến) và biến đổi thành tín hiệu logic để CPU sử dụng. Bộ xử lý trung tâm CPU tính tốn và thực thi các phép tính điều khiển dựa trên các lệnh điều khiển trong bộ nhớ. Bộ giao tiếp ngõ ra biến đổi các lệnh điều khiển từ CPU thành tín hiệu số hay tương tự để cĩ thể dùng điều khiển các thiết bị chấp hành khác nhau (actuator). Một thiết bị lập trình được dùng để nhập các lệnh mong muốn, những lệnh này quyết định PLC sẽ làm gì khi tác động các ngõ vào cụ thể. Một thiết bị giao tiếp (operator interface) cho phép thơng tin quá trình được hiển thị và để nhập các thơng số điều khiển mới. Bộ nhớ của PLC nĩi chung được chia thành 3 phần: bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu và vùng nhớ lưu các thơng số cấu hình hệ thống. Bộ nhớ chương trình lưu trữ các lệnh sơ đồ lập trình LAD hay STL. Vùng nhớ này sẽ điều khiển cách thức sử dụng vùng nhớ dữ liệu và các I/O. Các lệnh LAD hay STL được viết bằng các thiết bị lập trình (PC) và được nạp (tải) vào vùng nhớ chương trình của PLC. Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 5 Hình 1: Cấu trúc chung của PLC. Bộ nhớ dữ liệu được dùng như một vùng làm việc bao gồm vùng nhớ cho các phép tính, vùng lưu trữ tạm thời cho các kết quả tạm và các hằng số. Vùng nhớ dữ liệu bao gồm các vùng nhớ cho các thiết bị như: vùng nhớ timer (T) (word và bit), counter (C) (word và bit), bộ đếm tốc độ cao (HC), và vùng nhớ ngõ vào (I), vùng nhớ ngõ ra (Q), ngõ vào tương tự (AI), ngõ ra tương tự (AQ), vùng nhớ biến (V), vùng nhớ bên trong (M), vùng nhớ đặc biệt (SM), Bộ nhớ thơng số gồm các ơ nhớ lưu trữ các thơng số cài đặt, mật khẩu, địa chỉ thiết bị điều khiển và các thơng tin về các khơng gian nhớ cĩ thể sử dụng. PLC hoạt động theo một cách thức đơn giản bằng việc lặp lại quá trình sau. Dữ liệu vào từ bên ngồi được chuyển đổi qua bộ giao tiếp ngõ vào thành dạng mà CPU cĩ thể dùng. CPU tính tốn dựa trên các dữ liệu vào theo chương trình người dùng được lưu trữ trong bộ nhớ. Các kết quả của quá trình tính tốn này được đưa tới bộ giao tiếp ngõ ra để chuyển đổi thành dạng mà các thiết bị kết nối với PLC cĩ thể sử dụng. II. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển dùng PLC PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng cĩ nhiều họ khác nhau, và cĩ nhiều phiên bản (version) trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với mức độ bài tốn đơn giản hay phức tạp. Ngồi ra cịn cĩ các bộ ghép nối mở rộng cho phép liên kết nhiều bộ PLC nhỏ (thành mạng PLC) để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính để tạo thành một mạng tích hợp, thực hiện việc theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình cơng nghệ phức tạp hay tồn bộ một phân xưởng sản xuất. Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất kỳ loại PLC nào cũng đều cĩ cấu trúc như hình 2. Hình 2: Cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC. BỘ NHỚ ROM,RAM NGÕ VÀO SỐ TƯƠNG TỰ CPU NGÕ RA SỐ TƯƠNG TỰ Cơng tắc, tiếp điểm, Biến trở, điện áp hồi tiếp, Relay, đèn, Hiển thị, điện áp điều khiển, Thiết bị đầu vào Input Thiết bị đầu vào PLC Output Cơ cấu chấp hành Chương trình điều khiển Máy tính PG/PC Thiết bị lập trình Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 6 Trong đĩ: ● Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON thì ngõ vào số được coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trạng thái OFF thì ngõ vào số cĩ thể được coi như ở mức logic 0 hay mức logic thấp. ● Ngõ vào tương tự: tín hiệu vào là tín hiệu tương tự , thường ngõ vào tương tự cĩ tầm 0 – 20 mA, 4 – 20 mA hay 0 – 10VDC. ● Ngõ ra số: gồm 2 trạng thái ON và OFF. Các ngõ ra này thường được nối ra để điều khiển các van solenoid, cuộn dây contactor, đèn hiệu. ● Ngõ ra tương tự: tín hiệu ra là tín hiệu tương tự , thường cĩ tầm từ 0 – 10 VDC. ● Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển, thường là nút nhấn, cảm biến * Cảm biến: là thiết bị nhằm biến đổi một trạng thái vật lý thành tín hiệu điện để PLC sử dụng. Cảm biến được nối với ngõ vào của PLC. Một ví dụ là sử dụng nút nhấn nối với đầu vào của PLC, một tín hiệu điện được gửi tới PLC chỉ ra trạng thái (đĩng/mở) của tiếp điểm nút nhấn. ● Thiết bị chấp hành (Actuator): là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành một tác động vật lý. Actuator được nối với ngõ ra của PLC. Một ví dụ của actuator là sử dụng một Soft Starter (bộ khởi động mềm) được nối ở đầu ra PLC, tùy thuộc vào tín hiệu ngõ ra PLC mà bộ Soft Starter sẽ khởi động hay dừng động cơ. Hình 3. Các dạng tín hiệu ngõ vào của PLC ● Chương trình điều khiển: một chương trình bao gồm một hay nhiều lệnh nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Việc lập trình cho PLC chỉ đơn giản là xây dựng một tập hợp các lệnh. Cĩ nhiều cách để lập trình cho PLC như: dạng lập trình hình thang (LAD), dạng câu lệnh (STL), hay dạng sơ đồ khối chức năng (FBD). Chương trình điều khiển định ra qui luật thay đổi tín hiệu output phía đầu ra của PLC theo sự thay đổi của tín hiệu input phía đầu vào theo như mong muốn. Các chương trình điều khiển được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay (hand- held programmer hay PG = programmer) hoặc chạy phần mềm điều khiển trên máy tính PC và được nạp vào PLC thơng qua cáp, nối giữa PLC và PC hoặc PG. Cần chú ý là chương trình để điều khiển hệ thống chạy trên PLC, do đĩ khơng cần cĩ máy tính hay bộ lập trình để chạy PLC, chúng chỉ đĩng vai trị bộ lập trình hay bộ giám sát hoạt động thơng qua việc trao đổi thơng tin với PLC. NGÕ VÀO PLC Nút nhấn thường hở Nút nhấn thường đĩng Cơng tắc thường hở Cơng tắc thường đĩng Tiếp điểm thường hở Tiếp điểm thường đĩng Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 7 Chương trình của các PLC thường cĩ cấu trúc, gồm cĩ chương trình chính (main program), các chương trình con (subroutine) và chương trình ngắt (interrupt). Nhờ đĩ cấu trúc của chương trình trở nên dễ đọc và rõ ràng hơn. Chương trình PLC được thực thi theo các chu kỳ quét liên tục. Chương trình PLC thực thi là một phần của một quá trình lặp lại: chu kỳ quét. Chu kỳ quét của PLC bắt đầu với việc CPU đọc trạng thái của các ngõ vào. Chương trình ứng dụng được thực hiện sử dụng trạng thái của các đầu vào này. Khi chương trình này thực hiện xong thì CPU sẽ bắt đầu quá trình tự chẩn đốn và các tác vụ giao tiếp. Chu kỳ quét kết thúc bởi việc cập nhật các ngõ ra, sau đĩ lại lặp lại từ đầu. Thời gian thực hiện chu kỳ quét phụ thuộc vào kích thước của chương trình, số lượng các ngõ vào/ra cần được giám sát của PLC và vào số lượng yêu cầu giao tiếp. Hình 4. Chu kỳ (vịng) quét của PLC ● Thiết bị lập trình (PG/PC): chương trình viết trong thiết bị lập trình và truyền xuống PLC. ● Cáp kết nối (cáp PPI): thiết bị cần thiết để truyền dữ liệu từ thiết bị lập trình đến PLC. ™ Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC: Bao gồm các bước cơ bản như sau: i) Xác định quy trình điều khiển: trong bước này cần phải biết về đối tượng điều khiển của PLC. Các thay đổi của đối tượng điều khiển được kiểm tra thường xuyên bởi các thiết bị đầu vào, các thiết bị này gởi tín hiệu đến PLC để tính tốn xuất các tín hiệu ra đến các thiết bị đầu ra để điều khiển hoạt động của đối tượng. ii) Xác định tín hiệu vào ra: trong bước này cần xác định cách kết nối các thiết bị đầu vào, ra với PLC. Thiết bị vào cĩ thể là tiếp điểm, cảm biến,. Thiết bị ra cĩ thể là các loại cuộn dây điện từ , đèn, iii) Soạn thảo chương trình: chương trình được viết dưới dạng LAD, STL, hay dạng FBD. iv) Nạp chương trình cho PLC v) Chạy chương trình: trước khi khởi động hệ thống cần kiểm tra nối dây từ PLC đến các thiết bị ngoại vi và trong quá trình chạy kiểm tra cĩ thể cần thực hiện các bước tinh chỉnh hệ thống để đảm bảo an tồn khi đưa vào hoạt động thực tế. Trong bài thí nghiệm với PLC S7-200 (của hãng Siemens) sinh viên cần quan tâm tới hai vấn đề sau: ●Sơ đồ nối dây PLC: thể hiện sơ đồ nối dây thực của các thiết bị phía input và phía output vào PLC S7–200. ●Sơ đồ điều khiển PLC: được viết bằng STEP7-Micro/WIN là phần mềm dùng cho các PLC thuộc chủng loại S7-200. Đọc các ngõ vào Thực hiện chương trình Truyền thông/Tự kiểm tra Cập nhật các ngõ ra Chu kỳ quét Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 8 III. Giới thiệu PLC S7-200 PLC cĩ thể được phân thành hai loại: Micro PLC và Modular PLC. - Micro PLC là loại PLC mà các ngõ vào, bộ xử lý, các ngõ ra và bộ nguồn đều được đặt chung trong cùng một khối. Các PLC này thì khá rẻ và thường được dùng trong các ngành cơng nghiệp nhẹ mà ở đĩ các điện áp cao khơng cần thiết. Chúng cĩ những cấu hình khác nhau về ngõ vào, ngõ ra, khả năng bộ nhớ và cĩ thể làm việc lâu dài để thỏa mãn các ứng dụng khác nhau. Họ PLC S7-200 của Siemens thuộc loại PLC này. - Modular PLC là loại PLC dùng trong các ứng dụng cơng nghiệp nặng thường là các hệ thống dạng mơ đun. Các loại PLC này cĩ các cấu hình khác nhau về ngõ vào/ngõ ra, nguồn cung cấp, dạng tín hiệu (rời rạc hay tương tự), các ứng dụng mạng và điều khiển từ xa. Các hệ thống PLC này bao gồm các mơ đun xử lý, mơ đun ngõ vào/ngõ ra, thanh gắn, mơ đun nguồn, bộ lập trình và các mơ đun giao tiếp nếu cần thiết. Họ PLC S7-300, S7-400 của Siemens thuộc loại này. - Bộ xử lý của cả PLC loại Micro hay Modular đều bao gồm CPU, bộ nhớ, các cổng giao tiếp và các cổng ngoại vi. Khơng phải tất cả các PLC đều cĩ cấu hình giống nhau mà cĩ thể khác nhau về bộ nhớ, các cấu hình ngõ vào/ngõ ra, cấu hình mạng và nhiều đặc tính khác. Sau đây sẽ giới thiệu một vài loại CPU họ S7-200 được sử dụng trong nội dung thí nghiệm: a. Bộ S7-200/CPU 212 cĩ một số tính năng như sau: – Số cổng vào/ra (I/O): 8 ngõ vào số/6 ngõ ra số (cĩ địa chỉ I0.0 ÷ I0.7, Q0.0 ÷ Q0.5). – Số tối đa các bộ mở rộng cĩ thể ghép nối: 2 (với tối đa 64 ngõ vào số /64 ngõ ra số). – Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 1.2 μs/lệnh. – Bộ đếm thời gian (timer): 64 bộ. – Bộ đếm (counter): 64 bộ. – Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 1 (2 kHz-software). b. Bộ S7-200/CPU 216 cĩ các tính năng sau: – Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ ra số số (cĩ địa chỉ I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7). – Số tối đa các bộ mở rộng cĩ thể ghép nối: 7. – Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 0.8 μs/lệnh. – Bộ đếm thời gian (timer): 256 bộ. – Bộ đếm (counter): 256 bộ. – Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 3 (1 software – 2 hardware). – Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB. – Cổng giao tiếp: 2. c. Bộ S7-200/CPU 226 cĩ các tính năng sau: – Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ ra số (địa chỉ từ I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7). – Số tối đa các bộ mở rộng cĩ thể ghép nối: 7 – Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 0.37 μs/lệnh. – Bộ đếm thời gian (timer): 256 bộ. – Bộ đếm (counter): 256 bộ. – Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 6 (30 kHz). Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 9 – Đồng hồ thời gian thực. – Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB. – Cổng giao tiếp: 2. – Số ngõ ra xung: 2 (20 kHz). IV. Sơ đồ nối dây thực của S7 – 200 Sơ đồ nối dây của CPU 212: Hình 5. Sơ đồ nối dây của PLC S7-200, CPU 212 Với cách nối dây như sơ đồ đã thể hiện, khi một cơng tắc (hay nút nhấn) ở ngõ vào nào đĩ được tác động, ngõ vào đĩ sẽ ở trạng thái logic là 1 (trạng thái ON). Nếu cơng tắc bị ngắt (hay khơng nhấn nút nữa), ngõ vào tương ứng sẽ ở trạng thái logic là 0 (trạng thái OFF). Nguyên tắc chung là khi cĩ điện áp trong khoảng quy định trước (thơng thường là 15 – 30 VDC) so với điểm chuẩn điện áp (các ngõ vào ký hiệu là COM) đặt vào một ngõ vào nào đĩ thì ngõ vào đĩ ở trạng thái 1, nếu khơng cĩ điện áp đủ lớn so với điểm chuẩn điện áp đặt vào ngõ vào thì ngõ vào đĩ ở trạng thái 0. Các CPU 216 và CPU 226 cũng được nối dây tương tự với CPU 212. V. Giới thiệu chương trình STEP7 – Micro/WIN 1. Dạng lập trình: STEP7 – Micro/WIN hỗ trợ hai dạng lập trình sau: a. Dạng STL (Statement List): dạng ngơn ngữ sử dụng danh sách các câu lệnh. b. Dạng LAD (ladder): dạng ngơn ngữ đồ hoạ sử dụng các ký hiệu tương tự như các sơ đồ mạch điện (hình thang). c. Dạng FBD (Function Block Diagram): dạng ngơn ngữ đồ hoạ sử dụng các ký hiệu tương tự sơ đồ các khối logic AND, OR... Nguồn DC cho ngõ vào Nguồn DC cho PLC Các ngõ ra nối với cơ cấu chấp hành Các ngõ vào nối với tín hiệu điều khiển Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 10 2. Các lệnh cơ bản của chương trình dạng LADDER: Phần tử Ký hiệu Tên qui ước Tính chất Lệnh tiếp điểm thường mở. (Normally open) n = I0.0, I0.1, ,I0.7, n = Q0.0, Q0.1, ,Q0.5, n = C0, C1, , C63, n = T0, T1, , T63, Lệnh này tác động khi bit n ON – I: tiếp điểm thực nối ở cổng vào – Q: tiếp điểm do output điều khiển – C: tiếp điểm do bộ đếm đ.khiển – T: tiếp điểm do timer điều khiển Lệnh tiếp điểm thường đĩng (Normally closed) n = I0.0, I0.1, ,I0.7, n = Q0.0, Q0.1, ,Q0.5, n = C0, C1, , C63, n = T0, T1, , T63, Lệnh này tác động khi bit n OFF – I: tiếp điểm thực nối ở cổng vào. – Q: tiếp điểm do output điều khiển – C: tiếp điểm do bộ đếm đ.khiển – T: tiếp điểm do timer điều khiển Lệnh phát hiện cạnh lên P Lênh này chỉ tác động khi phát hiện tín hiệu phía trước lệnh chuyển từ OFF sang ON (cạnh lệnh). Lệnh ngõ ra (OUTput instruction) n = Q0.0, Q0.1, , Q0.5, Trang thái logic của bit n luơn bằng trạng thái logic ở ngay phía trước lệnh. Lệnh SET bit n = Q0.0, Q0.1, (1 bit bất kỳ) Khi lệnh SET tác động, bit n chuyển sang ON và giữ luơn. Lệnh RESET bit n = Q0.0, Q0.1, (1 bit bất kỳ) Khi lệnh RESET tác động, bit n chuyển sang OFF và giữ luơn. Bộ định thời gian đĩng trễ TON (On-delay timer) Txxx= * T32: đơn vị tính là 1 ms T96 (CPU216, 226) * T33 – T36: --- 10ms T97–T100 (CPU216, 226) * T37 – T63: --- 100ms T101–T255 CPU216,226) – IN: tín hiệu vào – PT: hệ số thời gian trễ. – Khi IN từ 0 lên 1 thì sau thời gian định bởi PT, Txxx sẽ chuyển sang trạng thái ON (1) – Bất cứ khi nào IN từ 1 xuống 0 thì Txxx sẽ chuyển sang OFF (0) n n n Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 11 Bộ đếm lên/xuống CTUD (Counter up/down) Cxxx = C0, C1, , C63, – CU: tín hiệu đếm lên. – CD: tín hiệu đếm xuống – R: tín hiệu reset – PV: giá trị đặt (preset trạng thái của Value) – Cxxx sẽ đếm lên/xuống một đơn vị mỗi khi tín hiệu chuyển từ 0 lên 1 ở chân CU/CD. – Khi giá trị đếm của Cxxx >= PV thì Cxxx là ON (1), ngược lại là OFF(0). – Khi cĩ tín hiệu reset ở chân R thì giá trị đếm của Cxxx trở về 0, Cxxx ở trạng thái OFF. Bộ đếm lên CTU (Counter up) và bộ đếm xuống CTD (Counter down) Cxxx = C0, C1, , C63, – CU: tín hiệu đếm lên (CTU). – CD: tín hiệu đếm xuống (CTD). – R: tín hiệu reset – PV: giá trị đặt (preset value) – CTU sẽ đếm lên một đơn vị mỗi khi tín hiệu chuyển từ 0 lên 1 ở chân CU. – CTD sẽ đếm xuống một đơn vị mỗi khi tín hiệu chuyển từ 0 lên 1 ở chân CD. – Đối với bộ đếm lên CTU: Khi giá trị đếm của Cxxx >= PV thì trạng thái Cxxx là ON (1), ngược lại là OFF(0). – Đối với bộ đếm xuống CTD: Khi giá trị đếm của Cxxx = 0 thì trạng thái Cxxx làON (1), ngược lại là OFF(0). – Khi cĩ tín hiệu reset ở chân R (CTU) thì giá trị đếm của Cxxx trở về 0, trạng thái Cxxx là OFF(0). – Khi cĩ tín hiệu preset ở chân LD (CTD) thì giá trị đếm của Cxxx được set về giá trị đặt PV . Lệnh so sánh: (Compare) Phép tốn: = = > < ≥ ≤ Dạng dữ liệu: _Byte _Word (Integer) _Double Word _Real Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 12 Giải thích thêm: 1. Lập trình kiểu FBD AND logic: OR logic: 2. Thời gian của bộ định thời Timer Đối với bộ định thời gian đĩng trễ TON: Cơng thức tính giá trị thời gian đặt: kC TPT = với T: thời gian cần làm trễ (s) Ck: độ phân giải (đơn vị tính thời gian) của bộ định thời (1 ms, 10 ms, và 100 ms) 3. Các ơ nhớ đặc biệt: SM0.0 Bit này luơn luơn ON. SM0.1 Bit này chỉ ON trong chu kỳ quét đầu tiên của PLC. SM0.5 Bit này tạo xung clock 1 giây (0,5s ON và 0,5s OFF). SM0.4 Bit này tạo xung clock 1 phút. 4. Cấu trúc ơ nhớ trong PLC Siemens: 1 Byte = 8 Bit QB0 ≡ Q0.0→Q0.7 1 Word = 2 Byte = 16 Bit (liên tiếp) QW0 ≡ QB0→QB1 1 Double Word = 4 Byte = 32 Bit (liên tiếp) QD0 ≡ QB0→QB3 5. Cấu trúc ơ nhớ của dữ liệu số: Số Byte (B) 1 byte ~ Byte Số Integer (I): 2 byte ~ Word Số Long Integer (D) 4 byte ~ Double Word Số Real (R) 4 byte ~ Double Word Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 13 VI. Hướng dẫn lập trình với STEP 7-Micro/WIN 32 Sau đây là trình tự tổng quát cần thực hiện để khởi tạo, kiểm tra và giám sát một project sử dụng Step7-MicroWIN 32. Trình tự: 1. Khởi động chương trình STEP 7-Micro/WIN 32 trong Windows 2. Để thiết lập giao tiếp giữa PLC và PC ta chọn biểu tượng Communications (double click) Trong mục Communications ta cĩ thể chọn thiết lập giao tiếp PG/PC Interface bằng cách chọn (double click) PC/PPI cable(PPI). Chọn Properties trong phần Set PG/PC Interface để thiết lập các thơng số kết nối (ví dụ: tốc độ baud, cổng giao tiếp, địa chỉ, ...). Sau khi hồn tất việc thiết lập double click vào mục Double-Click to Refresh để kết nối với PLC. Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 14 3. Khởi tạo file mới a. Chọn menu File/New (Ctrl+N). b. Chọn loại vào menu PLC/Type c Nhấn nút OK 4. Lập trình Dùng mouse chọn các phần tử cần sử dụng từ danh sách lệnh (dùng chuột để kéo phần tử hoặc double click vào phần tử để chọn) để vẽ sơ đồ LADDER, sau đĩ đặt tên cho các phần tử như ví dụ trong hình vẽ sau: Chú ý: – Một chường trình dạng LADDER thường cĩ nhiều network “mắc song song” với nhau. – Trong mỗi netwok chỉ được lập trình tối đa một nhánh lệnh. – Kết thúc sơ đồ đối với Step7-MicroWIN 32 ta khơng được đặt lệnh kết thúc khơng điều kiện END (nếu thêm lệnh này vào thì sẽ bị sai cú pháp khi dịch chương trình). 5. Các chú thích của chương trình a) Nhấn mouse vào hàng chữ Network 1 (2,3...) để đặt tên cho Network. b) Nhấn mouse vào hàng chữ POU Comment (Project Component Comments) để ghi chú về các thành phần của Project. Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 15 c. Nhấn mouse vào hàng chữ Network Comment để chú thích cho Network. 5. Biên dịch chương trình vào menu PLC/Compile Lúc này chương trình sẽ kiểm tra cú pháp của sơ đồ điều khiển và thơng báo về kích thước của chương trình và các lỗi cú pháp của chương trình: 6. Lưu giữ chương trình vào menu File/Save As nếu chỉ sửa chương trình thì dùng lệnh Save. 7. Nạp chương trình vào CPU của PLC (chương trình vừa lập trình đang lưu trên máy tính) a. Để nạp chương trình, PLC phải ở chế độ STOP theo một trong hai cách: ● Gạt contact (3 tiếp điểm) trên PLC qua vị trí STOP. ● Gạt contact (3 tiếp điểm) trên PLC qua vị trí TERM rồi chọn menu PLC /STOP. b. Vào menu File/Download (Ctrl+D). c. Chọn các thành phần cần nạp vào PLC (phải chọn Program). d. Nhấn nút OK để nạp chương trình từ máy tính vào PLC. Nếu chương trình được nạp vào PLC thành cơng thì sẽ cĩ thơng báo Download hồn thành (Download Successfully), nhấn nút OK để tiếp tục chạy thử chương Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 16 trình. 8. Thực thi chương trình trên PLC Định CPU ở chế độ RUN theo một trong hai cách: ● Gạt contact (3 tiếp điểm) trên bộ PLC qua vị trí RUN, (đèn RUN màu xanh sẽ sáng) ● Để contact (3 tiếp điểm) trên bộ PLC qua vị trí TERM rồi chọn menu PLC /RUN. 9. Kiểm tra sự vận hành của chương trình Chọn menu Debug/Program Status. Để sửa chương trình, phải bỏ Debug/Program Status. 10. Xem hướng dẫn sử dụng việc lập trình PLC Chọn menu Help/Contents and Index. Chọn tab Index và nhập từ lệnh cần xem. Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 17 VII. Ví dụ minh hoạ: Ví dụ 1: Mạch điều khiển tắt/mở một bĩng đèn Đ. a. Sơ đồ mạch điện: b. Sơ đồ điều khiển dạng LAD (chương trình bên trong PLC): Sơ đồ trong hình vẽ dưới đây thể hiện thuật tốn điều khiển được thực hiện bằng chương trình của PLC. c. Sơ đồ nối dây PLC: Sơ đồ dưới đây cho biết các tín hiệu vào và ra được nối đến PLC như thế nào để chương trình trong PLC đã viết cĩ thể vận hành đúng theo ý đồ đã thiết kế. Giản đồ thời gian và giải thích: Ban đầu khi chưa đĩng cơng tắc S thì ngõ vào PLC I0.0 sẽ cĩ mức logic 0, trong chương trình điều khiển (LAD) cuộn dây Q0.3 khơng cĩ tín hiệu từ đường cơng suất nên cũng cĩ mức logic 0. Khi đĩng cơng tắc S thì ngõ vào I0.0 ở trạng thái logic 1, tiếp điểm thường mở I0.0 trong chương trình LAD đĩng lại cho phép tín hiệu từ đường cơng suất tới cuộn dây Q0.3, ngõ ra Q0.3 cĩ mức logic 1 làm sáng đèn Đ. I0.0 Q0.3 0 1 Đ S I0.0 . . . PLC 24 VDC 220 VAC S Đ I0.1 I0.7 I0.0 . . . Q0.3 Q0.7 Đường nguồn (logic 1) Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 18 Ví dụ 2: Mạch điều khiển đĩng cuộn dây contactor K trong khoảng thời gian t = 2s rồi nhả ra. a. Sơ đồ dạng LAD: b. Sơ đồ nối dây PLC: Giản đồ thời gian và giải thích: Cuộn dây K được cấp nguồn trong 2 giây kể từ khi nhấn nút nhấn S. I0.0 Q0.1 T37 (word) Trị số đếm tức thời T37 (bit) Ngõ ra trạng thái Thời gian 1 chu kỳ quét Thời gian trễ 2s PT = 20 I0.0 I0.1 . . . I0.7 Q0.0 Q0.1 . . . Q0.5 PLC 24 VDC 24 VDC S K Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 19 Giả sử ngõ ra Q0.1 đang ở mức logic 0, khi đĩ T37 đang ở trạng thái 0 nên tiếp điểm thường đĩng T37 ở Network 1 là mức 1. Khi nhấn nút nhấn S thì ngõ vào I0.0 cĩ mức logic 1, khi đĩ tiếp điểm thường mở I0.0 trong sơ đồ LAD sẽ đĩng lại, cuộn dây Q0.1 cĩ tín hiệu từ đường cơng suất nên cĩ mức logic 1, tiếp điểm thường mở Q0.1 đĩng lại. Khi nhả nút nhấn S thì ngõ vào I0.0 cĩ mức logic 0, tiếp điểm thường mở I0.0 mở ra nhưng cuộn dây Q0.1 vẫn cĩ tín hiệu từ đường cơng suất (do tiếp điểm Q0.1 đĩng). Khi cuộn dây Q0.1 ở trạng thái 1 thì ngõ vào IN của bộ Timer on- delay T37 cĩ tín hiệu từ đường cơng suất làm khởi động bộ Timer. Trị số đếm tức thời của bộ Timer tăng dần theo theo thời gian, khi trị số tức thời lớn hơn hoặc bằng trị số đặt trước PT thì T37 (bit) lên mức 1. Tiếp điểm thường đĩng T37 hở ra làm ngắt tín hiệu từ đường cơng suất vào cuộn dây Q0.1(Network 1) , tiếp điểm thường mở Q0.1 hở ra. Tín hiệu vào chân IN của bộ Timer T37 bị ngắt làm cho bộ Timer T37 bị reset ( trị số đếm tức thời trở về 0 và bit T37 trở về trạng thái 0). Ví dụ 3: Mạch đếm lên xuống a. Sơ đồ dạng LAD b. Sơ đồ nối dây PLC: I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0 Q0.1 . . . Q0.5 PLC 24 VDC 24 VDC S1 K S2 Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 20 Giản đồ thời gian và giải thích: Dùng các nút nhấn S1,S2 và S3 để tạo ra các xung đưa vào I0.0 , I0.1và I0.2 tương ứng. Mỗi khi nhấn S1 thì ngõ vào I0.0 sẽ cĩ sự chuyển trạng thái từ mức logic 0 lên 1, chân đếm lên CU của bộ đếm cũng cĩ sự chuyển đổi từ Off sang On làm cho giá trị đếm tức thời tăng lên 1 đơn vị. Tương tự khi nhấn S2 thì sẽ cĩ sự chuyển đổi trạng thái ở chân đếm xuống CD của bộ đếm làm cho giá trị tức thời giảm xuống 1 đơn vị. Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV (=4) thì bit C48 lên mức logic 1. Khi nhấn nút nhấn S3 thì ngõ vào I0.3 sẽ chuyển lên mức logic 1, tiếp điểm thường mở I0.2 đĩng lại cho phép tín hiệu từ đường cơng suất đi vào chân reset R của bộ đếm, giá trị tức thời của bộ đếm lập tức trở về 0. Chú ý: Bộ đếm lên CTU hoạt động tương tự như bộ đếm lên xuống CTUD nhưng loại bộ đếm này chỉ cĩ 3 đầu vào: chân đếm lên CU, chân reset R và chân giá trị đặt PV. Với các lệnh PLC, tất cả các ngõ vào của lệnh phải được nối với các tiếp điểm. I0.0 I0.1 I0.2 Giá trị tức thời của C48 C48 (bit) Q0.0 0 1 2 3 4 5 4 3 4 5 0 Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 21 CHƯƠNG 2 HƯỚNG DẪN CÁC BÀI THÍ NGHIỆM VỀ PLC Mục đích – Làm quen với các thiết bị cơng nghiệp: thiết bị động lực và thiết bị điều khiển. – Làm quen với khái niệm điều khiển cứng (bằng thiết bị, dây nối) và điều khiển mềm (bằng chương trình). – Tìm hiểu về bộ điều khiển bằng chương trình (PLC) – Tìm hiểu về cách sử dụng PLC để điều khiển các đối tượng đơn giản. Cơng cụ thí nghiệm – Bộ PLC S7 – 200, CPU 212, 216, hay 226. – Phần mềm STEP7 – MicroWIN/16, hay STEP7 – MicroWIN/16. – Các thiết bị đầu vào và ra. Chú ý: Sinh viên sẽ thí nghiệm 2 trong số 4 vấn đề về PLC được ra trong phần hướng dẫn này. Cán bộ hướng dẫn thí nghiệm sẽ quyết định bài nào cần thí nghiệm. Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1 Phần 1: PLC Trang 22 Vấn đề 1 (Bài 2) ĐIỀU KHIỂN KHỞI ĐỘNG, ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ KĐB Trong bài thí nghiệm này, các anh chị sẽ dùng đến số M, được tính theo mã số sinh viên như sau: Bảng 1 Mã số sinh viên ...XYZ (