MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC VÀ CÁC BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN Mã bài: MĐ 24 - 00 Giới thiệu: Bài học này đưa ra tổng quan về điều khiển lập trình PLC, so sánh điều khiển lập trình PLC so với các dạng điều khiển khác. Mục tiêu: - Trình bày được các ưu điểm của điều khiển lập trình so với các loại điều khiển khác và các ứng dụng của chúng trong thực tế. Nội dung chính: 1. Giới thiệu chung về PLC 1.
PLC là gì? PLC viết tắt của cụm từ “Programmable Logic Controler” là bộ điều khiển có khải năng lập trình được. Nó chính là một máy tình công nghiệp để thực hiện một dãy các quá trình sản xuất và thường được gắn ngay tại dây truyền sản xuất. Hay nói một cách khác thì PLC là một thiết bị điều khiển được trang bị các chức năng logic, tạo xung, đếm thời gian, đếm xung, và thực hiện nhiều phép tính kỹ thuật ứng dụng trong kỹ thuật điều khiển tự động hoá. Khả năng ứng dụng của PLC Bộ điều khiển PLC được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp: - Tự động hoá quá trrình cung cấp vật liệu cho quá trình sản xuất.
- Tự động hoá các máy gia công cơ khí như: Máy khoan, Tiện, phay…. - Điều khiển hệ thống trạm bơm thuỷ lợi. - Điều khiển hệ thống đèn đường giao thông. - Đèn đường thắp sáng tự động….
- Tự động hoá lắp ráp các linh kiện điện - điện tử. - Điều khiển các thiết bị nâng chuyển như: Băng tải, cầu trục, cầu thang máy…… - Điều khiển rôbôt công nghiệp…… 1. Đặc điểm của PLC. - Đấu nối các thiết bị ngoại vi với PLC đơn giản, rút ngắn thời gian lắp đặt công trình.
- Dễ ràng thay đổi công nghệ cũng như nội dung chương trình. - Kết cấu mạch điện trong PLC nhỏ gọn, giảm được kích thước định hình. - Dễ thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. - Ứng dụng điều khiển rộng rãi.
- Xử lý sự cố dễ hơn và nhanh hơn. - Chuẩn hóa được phần cứng điều khiển. 8 - Thích ứng môi trường khắc nhiệt: Nhiệt độ, độ ẩm, điện áp không ổn định, tiếng ồn. - Phải có kiến thức về tin học.
- Giá thành tương đối cao. Điều khiển kết nối cứng và điều khiển lập trình - Điều khiển kết nối cứng là loại điều khiển mà các chức năng của nó được đặt cố định (nối dây). Nếu muốn thay đổi chức năng điều đó có nghĩa là thay đổi kết nối dây. Điều khiển kết nối cứng có thể thực hiện với các tiếp điểm (Rơle, khởi động từ….) hay điện tử (mạch điện tử).
- Điều khiển lập trình (PLC) là loại điều khiển mà chức năng của nó được đặt cố định thông qua một chương trình còn gọi là bộ nhớ chương trình. Sự điều khiển bao gồm một thiết bị điều khiển mà ở đó tất cả các bộ phát tín hiệu cần thiết và đối tượng điều khiển được kết nối cho một chức năng cụ thể. Nếu chức năng điều khiển cần thay đổi, thì chỉ phải thay đổi chương trình bằng thiết bị chương trình tương ứng hay cắm một bộ nhớ chương trình đã lập trình khác vào trong điều khiển. Hình 1: Hai sơ đồ điều khiển trong công nghiệp 1.
So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác a. PLC với hệ thống điều khiển bằng rơle Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đã dần thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng rơle trong các quá trình sản xuất khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng rơ le do các nguyên nhân sau: Thay đổi chương trình điều khiển một cách linh động, có độ tin cậy cao, không gian lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm nhiều diện tích, có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp: dòng, áp. Dễ dàng thay đổi đối với cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất. 9 Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vượt trội hơn hệ thống điều khiển cũ (rơle, contactor …).
Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không phải thay đổi, loại bỏ hệ thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi chương trình sao cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới. PLC với máy tính cá nhân Đối với một máy tính cá nhân, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau: Máy tính không có các cổng giao tiếp tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp. Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải dạng hình thang, máy tính ngoài việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các phần mềm khác làm “chậm” đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển. Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dể dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC.
Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều khiển Điều khiển hệ thống của 3 máy bơm qua 3 khởi động từ K1, K2, K3. Trình tự điều khiển như sau: Các khởi động từ chỉ được phép thực hiện tuần tự, nghĩa là K1 đóng trước, tiếp theo K2 đóng và cuối cùng K3 mới đóng. Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển được thiết kế như sau: Hình 2 : Mạch điều khiển tuần tự 3 máy bơm 10 Khởi động từ K2 sẽ đóng khi công tắc S3 đóng với điều kiện là khởi động từ K1 đã đóng trước đó. Phương thức điều khiển như vậy được gọi là điều khiển tuần tự.
Tiến trình điều khiển này được thực hiện một cách cưỡng bức. Bốn nút nhấn S1, S2, S3, S4: Các phần tử nhập tín hiệu. Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối nối liên kết là các phần tử xử lý. Các khởi động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý.
Nếu thay đổi mạch điện điều khiển ở phần xử lý bằng hệ PLC ta có thể biểu diễn hệ thống như sau: - Phần tử vào: Các nút nhấn S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên. - Phần tử ra: Ba khởi động từ K1, K2, K3, để đóng và mở ba máy bơm vẫn giữ nguyên. - Phần tử xử lý: được thay thế bằng PLC. Sơ đồ kết nối với PLC được cho như ở hình 2.
Tuần tự đóng mở theo yêu cầu đề ra sẽ được lập trình, chương trình sẽ được nạp vào bộ nhớ Nhập số liệu Xử lý Kết quả Hình 3: Lưu đồ xử lý bằng PLC S1 S2 S3 S4 24V N K1 K2 K3 Hình 4: Sơ đồ kết nối cứng PLC 11 Bây giờ giả thiết rằng nhiệm vụ điều khiển sẽ thay đổi. Hệ thống ba máy bơm vẫn giữ nguyên, nhưng trình tự được thực hiện như sau: chỉ đóng được hai trong ba máy bơm hoặc mỗi máy bơm có thể hoạt động một cách độc lập. Như vậy theo yêu cầu mới đối với hệ thống điều khiển bằng rơ le điện phải thiết kế lại mạch. Hình 5: Sơ đồ mạch điều khiển 3 động cơ đã được thay Như vậy mạch điều khiển sẽ thay đổi rất nhiều nhưng phần tử đưa tín hiệu vào và ra vẫn giữ nguyên, chi phí cho nhiệm vụ mới sẽ cao hơn.
Nếu ta thay đổi hệ điều khiển trên bằng hệ điều khiển có nhớ PLC, khi nhiệm vụ điều khiển thay đổi thì thực hiện sẽ nhanh hơn và đơn giản hơn bằng cách thay đổi lại chương trình Hệ điều khiển lập trình có nhớ (PLC) có những ưu điểm sau: - Thích ứng với những nhiệm vụ điều khiển khác nhau. - Khả năng thay đổi đơn giản trong quá trình đưa thiết bị vào sử dụng. - Nhu cầu mặt bằng ít. - Tiết kiệm thời gian trong quá trình mở rộng và phát triển nhiệm vụ điều khiển bằng cách copy các chương trình.
- Các thiết bị điều khiển chuẩn. - Không cần các tiếp điểm. Hệ thống điều khiển theo lập trình có nhớ được sử rộng rất rộng rãi trong các ngành khác nhau: - Điều khiển thang máy. - Điều khiển các quá trình sản xuất khác nhau: sản suất bia, sản xuất xi măng v.
- Hệ thống rửa ô tô tự động. - Thiết bị khai thác. - Thiết bị đóng gói bao bì, tự động mạ và tráng kẽm v. 12 BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH.
Mã bài: MĐ 24 - 00 Giới thiệu: Nêu cấu trúc phần cứng của PLC S7-200, cách kết nối PLC với thiết bị ngoại vi, cách cài đặt phần mềm PLC- S7-200. Mục tiêu: - Trình bày được cấu trúc và nhiệm vụ các khối chức năng của PLC. - Xác định được cấu trúc bộ nhớ, cách xử lý chương trình và địa chỉ vào ra của PLC. - Biết được cách cài đặt phần mềm lập trình PLC.
Nội dung chính: 1. Cấu trúc của một PLC Hình 1.1: Cấu trúc chung của một PLC Khối nguồn nuôi: nguồn trong các PLC thường là 24VDC. Module CPU: (cũng có bộ PLC sử dụng nguồn 220VAC. Những PLC không có module nguồn thì được cấp nguồn bên ngoàiCPU: central processing unit: đơn vị xử lý trung tâm) bao gồm: bộ vi xử lý và bộ nhớ.
Module xuất nhập (I/O module). + Module nhập (input module) được nối với các công tắc, nút ấn, các bộ sensor … để điều khiển từ chương trình bên ngoài. + Module xuất (output module) được nối với các tải ở ngõ ra như cuộn dây của relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ ghép quang … Hệ thống bus truyền tín hiệu: hệ thống bus truyền tín hiệu gồm nhiều đường tín hiệu song song: - Tuyến địa chỉ (address bus): chọn địa chỉ trên các khối khác nhau. 13 - Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu từ khối này đến khối khác.
- Tuyến điều khiển (control bus): chuyển, truyền các tín hiệu định thì và điều khiển để đồng bộ các hoạt động trong PLC. Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ bộ lập trình cầm tay (programming console) hay bằng một máy tính. Hiện nay đã có một số loại PLC được thiết kế có các phím bấm để có thể lập trình trực tiếp mà không cần bộ lập trình cầm tay hay máy vi tính. Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 2.
Địa chỉ các ngõ vào/ ra a.