UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐÀ NẴNG GIÁO TRÌNH PLC CƠ BẢN Nghề: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP Trình độ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐN ngày tháng năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng) Đà Nẵng, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1 LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình PLC cơ bản là giáo trình đƣợc biên soạn ở dạng cơ bản và tổng quát cho học sinh, sinh viên nghề Điện Công Nghiệp từ kiến thức nền cho đến kiến thức chuyên sâu. Giáo trình giúp học sinh, sinh viên có đƣợc kiến thức chung rất hữu ích khi cần phải nghiên cứu chuyên ngành sâu hơn.
Mặc khác giáo trình cũng đã đƣa vào các nội dung mang tính thực tế giúp học sinh, sinh viên gần gũi, dễ nắm bắt vấn đề khi va chạm trong thực tế. Trong quá trình biên soạn giáo trình, tác giả đã tham khảo rất nhiều các tài liệu của các tác giả khác nhau cả trong và ngoài nƣớc. Tác giả cũng xin chân thành gởi lời cảm ơn đến lãnh đạo nhà trƣờng Trƣờng Cao đẳng nghề Đà Nẵng đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành giáo trình này. Đặc biệt là sự giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình của tập thể giáo viên bộ môn Điện công nghiệp, khoa Điện – Điện tử của trƣờng cũng nhƣ các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình đóng góp ý kiến trong quá trình biên soạn.
Đà Nẵng, tháng 08/2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: ThS. Đỗ Trọng Hiếu 2 THÔNG TIN CHUNG TÊN GIÁO TRÌNH SỐ LƯỢNG BÀI PLC CƠ BẢN 08 Thời gian 105 giờ ( Lý thuyết: 42 giờ; Thực hành: 56 giờ ; Kiểm tra 7 giờ) Vị trí của môn Mô đun PLC cơ bản đƣợc bố trí sau khi hoàn thành các học môn học thuộc nhóm môn cơ sở. Mô đun này là mô đun kỹ thuật chuyên ngành và đƣợc bố trí sau khi hoàn thành các môn học Kỹ thuật cảm biến, Điều khiển điện khí nén Tính chất của Là môn học chuyên môn trong chƣơng trình đào tạo. môn học Kiến thức tiên Phài học xong các môn học, mô đun: quyết Kỷ thuật xung số; trang bị điện; lắp đặt điện; cảm biến; điều khiển điện khí nén… Đối tượng Học sinh - Sinh viên học nghề Điện Công Nghiệp, Điện tử công nghiệp trình độ Cao đẳng và Trung cấp Mục tiêu Về kiến thức: Trình bày đƣợc nguyên lý, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bộ điều khiển lập trình PLC.
So sánh đƣợc các ƣu nhƣợc điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ điều khiển lập trình PLC. Trình bày đƣợc các tập lệnh xử lý trong PLC, các giải thuật điều khiển cho các bào toán vừa và nhỏ trong thực tế công nghiệp. Về kỹ năng: Thực hiện đƣợc kết nối phần cứng giữa PC PLC và thiết bị ngoại vi. Thực hiện đƣợc một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp.
Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đi học đầy đủ và đúng giờ, chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập. hoàn thành chƣơng trình tự học ở nhà. Về thái độ: Rèn luyện đức tính cẩn thận, nghiêm túc trong công tác Tuân thủ các quy tắc an toàn khi lắp đặt các mạch. Thiết kế kỹ thuật, thi công đƣợc các mạch đơn giản đến 3 năng cao.
Kiểm tra và thử mạch. Phát hiện đƣợc sự cố và có biện pháp khắc phục. R n luyện tính cẩn thận, t m , chính xác, tƣ duy khoa học và sáng tạo. Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, chủ động, sáng tạo và khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công việc.
4 DANH MỤC VÀ PHÂN BỔ THỜI LƯỢNG CHO CÁC BÀI TÊN CÁC BÀI TRONG THỜI GIAN (GIỜ) TT MÔN HỌC LT TH BT KT TỔNG 1 Bài 1: Tổng quan về PLC 2 2 2 Bài 2: Phần mềm lập trình PLC 3 3 Bài 3: Kết nối giữa PLC và thiết bị 3 2 3 5 ngoại vi 4 Bài 4: Các tập lệnh logic 10 18 2 30 5 Bài 5: Bộ định thời (Timer) 7 16 2 25 6 Bài 6: Bộ đếm (Counter) 8 10 2 20 7 Bài 7: Các tập lệnh số học 5 4 1 10 8 Bài 8: Xử lý tín hiệu analog 5 5 10 TỔNG CỘNG 42 56 7 105 5 TỔNG QUAN VỀ PLC Thời gian (giờ) ĐCN09 BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ PLC LT TH BT KT TS 2 0 0 0 2 Mục tiêu: Sau khi học xong chƣơng này, học sinh sinh viên có khả năng: Trình bày đƣợc cấu trúc và nhiệm vụ các khối chức năng của PLC. Mô tả đƣợc v ng quét và cấu trúc của chƣơng trình PLC. Chủ động, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập. Các vấn đề chính sẽ được đề cập Tìm hiểu về sự ra đời của PLC Cấu trúc về PLC Các phƣơng pháp lập trình của PLC A.
NỘI DUNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Sự ra đời của PLC, ứng dụng của PLC trong công nghiệp. Sự ra đời của PLC Trong ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng năng suất lao động đƣợc giải quyết bằng con đƣờng tăng mức độ tự động hóa các quá trình và thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lƣợng, cải thiện chất lƣợng và độ chính xác của sản phẩm. Tự động hóa trong sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển.
Những hệ thống điều khiển này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của ngƣời vận hành. Điều này đ i hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã đƣợc xác định nhằm đạt đƣợc kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy hay thiết bị. Một hệ thống nhƣ vậy đƣợc gọi là hệ thống điều khiển. Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: – Điều khiển nối cứng 6 Hình 0.1 Bộ điều khiển nối cứng đơn giản – Điều khiển logic khả trình (PLC) Hình 0.2 Bộ điều khiển logic khả trình So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thường khác Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng Relay, Contactor thông thƣờng.
Ta hãy thử so sánh ƣu khuyết điểm của hai hệ thống trên: – Hệ thống điều khiển thông thƣờng: Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bảng điều khiển. Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt. Tốc độ hoạt động chậm. Công suất tiêu thụ lớn.
7 Mỗi lần muốn thay đổi chƣơng trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ, tốn nhiều thời gian. Khó bảo quản và sửa đổi. – Hệ thống điều khiển bằng PLC: Những dây kết nối trong hệ thống giảm đƣợc 80% nên nhỏ gọn hơn. Công suất tiêu thụ ít hơn.
Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính. Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn. Bảo trì và bảo quản dễ dàng hơn. Độ bền và độ tin cậy vận hành cao.
Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng. Có thiết bị chống nhiễu. Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó.
Các mô đun rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết. Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ƣu điểm của nó so với thiết bị điều khiển thông thƣờng khác.2 Ứng dụng của PLC trong công nghiệp Do những đặc điểm nổi bật của PLC trong điều khiển, nên ngày nay nó đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong các giải pháp tự động hoá trong công nghiệp ở rất nhiều lãnh vực: – Điều khiển thang máy, thiết bị nâng, hạ hàng. – Điều khiển các quy trình sản xuất: đóng gói bao bì, xi măng, bia…v.v – Tự động hoá các hệ thống dịch vụ: trạm xăng, trạm rửa xe ôtô, máy bơm nƣớc, máy bán nƣớc tự động…v.v – Tự động hoá các máy công cụ: lò sấy, xi mạ…v.v Tuy nhiên không phải bất cứ hệ thống điều khiển nào cũng sử dụng PLC mà tùy vào yêu cầu cụ thể và so sánh về yếu tố kinh tế mà ta chọn phƣơng án điều khiển thích hợp. Một số hình ảnh thực tế sử dụng PLC 8 Hình 1.3 Ví dụ ứng dụng PLC Hình 1.4 Ví dụ ứng dụng PLC 9 Hình 1.5 Ví dụ ứng dụng PLC Hình 1.6 Ví dụ ứng dụng PLC 10 2.
Cấu trúc của PLC. Các khối chức năng của PLC Hình 1.7 Khối chức năng của PLC 2. Khối ngõ vào: Để chuyển đổi các đại lƣợng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là các nút nhấn, cảm biến, điện trở đo sức căng.v… và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có dạng ON/OFF (Binary) hoặc dạng liên tục (Analog). Bảng 1-1: Các dạng tín hiệu vào Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng ra Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân(on/off) Công tắc hành trình Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân(on/off) (Limit switch) Bộ điều ch nh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở Nhiệt độ Trở kháng thay đổi (Thermister) Tế bào quang điện Ánh sáng Điện áp thay đổi (Photo cell) Tế bào tiệm cận Sự hiện diện cuả đối tƣợng Trở kháng thay đổi (Proximity cell) Điện trở đo sức căng Áp suất/ sự dịch chuyển Trở kháng thay đổi (Strain gage) 11 2.
Khối xử lý (CPU): Khối này thay thế ngƣời vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động. Từ thông tin tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo ra đƣợc những tín hiệu ra cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định trong phần xử lý. Tín hiệu điều khiển đƣợc thực hiện theo 2 cách: – Dùng mạch điện nối kết cứng – Dùng chƣơng trình điều khiển 2.