Nghiên cứu và xây dựng bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm PLC cơ bản

Nghiên cứu và xây dựng bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm PLC cơ bản, giúp nâng cao kỹ năng lập trình và vận hành hệ thống tự động hóa hiệu quả.

• Tác giả: Trần Thanh Lam
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Xây Dựng Bài Tập Ứng Dụng Cho Modul Thí Nghiệm PLC Cơ Bản
• Loại tài liệu: Công Trình Nghiên Cứu Khoa Học
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Nghiên cứu và xây dựng bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm PLC cơ bản

Nghiên cứu và xây dựng bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm PLC cơ bản là một công trình khoa học quan trọng, nhằm cung cấp tài liệu thực hành cho sinh viên ngành kỹ thuật điện và tự động hóa. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và chọn lọc các mạch điện cơ bản, đồng thời xây dựng các bài tập thực hành phù hợp với nội dung môn học. PLC cơ bản (Programmable Logic Controller) là một thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, và việc nghiên cứu này giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng lập trình PLC.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phân tích và chọn lọc các mạch điện cơ bản, đồng thời xây dựng các bài tập thực hành phù hợp với nội dung môn học Thí nghiệm TBĐ ĐT trong máy công nghiệp. Nghiên cứu cũng hướng đến việc cung cấp bộ thí nghiệm PLC cơ bản cho sinh viên ngành Chế tạo máy và Kỹ thuật Công nghiệp, giúp họ nắm vững kiến thức và kỹ năng lập trình PLC.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính là PLC S7-200, một thiết bị điều khiển lập trình phổ biến trong công nghiệp. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc tìm hiểu cấu trúc, tính năng của PLC S7-200, cũng như khảo sát các thí nghiệm hiện có để xây dựng các bài tập ứng dụng phù hợp. Nghiên cứu cũng tập trung vào việc thiết kế các thí nghiệm mới dựa trên nhu cầu thực tế của sinh viên.

II. Tổng quan về PLC S7 200

PLC S7-200 là một thiết bị điều khiển lập trình được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Nó được thiết kế với các tính năng như dễ lập trình, ổn định trong môi trường công nghiệp, và có khả năng mở rộng thông qua các modul bổ sung. PLC S7-200 cũng có khả năng giao tiếp với các thiết bị thông minh khác, giúp tăng hiệu suất và chất lượng của hệ thống điều khiển.

2.1. Cấu trúc cơ bản của PLC S7 200

Cấu trúc cơ bản của PLC S7-200 bao gồm CPU, bộ nhớ, các cổng vào/ra, và các modul mở rộng. CPU 226 của PLC S7-200 có 24 cổng vào và 16 cổng ra, với khả năng mở rộng lên đến 128 cổng vào/ra. Bộ nhớ chương trình của PLC S7-200 là 24KB, đủ để lưu trữ các chương trình phức tạp. Ngoài ra, PLC S7-200 còn hỗ trợ điều khiển PID và có thể giao tiếp với các thiết bị khác thông qua các cổng truyền thông.

2.2. Chế độ làm việc của PLC S7 200

PLC S7-200 hoạt động theo chế độ quét (scan), trong đó mỗi vòng quét bao gồm các bước đọc dữ liệu từ cổng vào, thực hiện chương trình, và truyền dữ liệu ra cổng ra. Chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc (MEND). PLC S7-200 cũng có các chế độ làm việc như RUN, STOP, và chế độ ngắt, giúp linh hoạt trong việc điều khiển các quá trình công nghiệp.

III. Xây dựng bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm PLC cơ bản

Việc xây dựng các bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm PLC cơ bản được thực hiện dựa trên các yêu cầu thực tế của sinh viên và nhu cầu của ngành công nghiệp. Các bài tập được thiết kế để giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách lập trình và vận hành PLC trong các hệ thống điều khiển. Các bài tập bao gồm các tình huống thực tế như điều khiển động cơ, hệ thống đèn giao thông, và hệ thống trộn sơn.

3.1. Bài tập điều khiển động cơ

Một trong các bài tập ứng dụng là điều khiển động cơ theo trình tự thời gian. Ví dụ, khi nhấn nút Start, động cơ A chạy trước, sau đó động cơ B và C lần lượt chạy theo thời gian định trước. Khi nhấn nút Stop, các động cơ sẽ dừng theo trình tự ngược lại. Bài tập này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách lập trình điều khiển tuần tự các thiết bị trong hệ thống công nghiệp.

3.2. Bài tập điều khiển hệ thống đèn giao thông

Bài tập điều khiển hệ thống đèn giao thông yêu cầu sinh viên lập trình để điều khiển các đèn xanh, vàng, đỏ theo thời gian định trước. Ví dụ, đèn xanh sáng trong 60 giây, đèn vàng sáng trong 10 giây, và đèn đỏ sáng trong 70 giây. Bài tập này giúp sinh viên nắm vững kỹ năng lập trình PLC và hiểu rõ hơn về cách điều khiển các hệ thống phức tạp.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu và xây dựng bài tập ứng dụng cho modul thí nghiệm PLC cơ bản đã đạt được những kết quả đáng kể, cung cấp bộ bài tập thực hành phù hợp cho sinh viên ngành Chế tạo máy và Kỹ thuật Công nghiệp. Các bài tập được thiết kế dựa trên các tình huống thực tế, giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng lập trình PLC. Nghiên cứu cũng đề xuất việc tiếp tục phát triển các bài tập ứng dụng mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

4.1. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu bao gồm bộ bài tập thực hành PLC cơ bản dành cho sinh viên, cùng với các tài liệu hướng dẫn chi tiết. Các bài tập được thiết kế để giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách lập trình và vận hành PLC trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Nghiên cứu cũng đã tạo ra bộ thí nghiệm PLC cơ bản, được sử dụng trong phòng thí nghiệm của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

4.2. Kiến nghị

Để tiếp tục phát triển nghiên cứu, cần xây dựng thêm các bài tập ứng dụng mới, đặc biệt là các bài tập liên quan đến các hệ thống điều khiển phức tạp hơn. Ngoài ra, cần tăng cường việc đào tạo và hướng dẫn sinh viên sử dụng các công cụ lập trình PLC hiện đại, giúp họ sẵn sàng đáp ứng các yêu cầu của ngành công nghiệp trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU [. Tổng quan tình hình nghiên cứu -_ Trong nước : Hiện nay, quá trình thí nghiệm môn Trang Bi Dién — Điện tử tại Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Khoa CKM, trường Đại học SPKT Tp.HCM còn có một số hạn chế như Sau : - _ Sinh viên vẫn chưa được thực hành và nắm cách sử dụng PLC cơ bản trong truyền động điện - Tham gia đấu đây các mạch điện cơ bản kết hợp PLC với Khí cụ điện. Hiệu quả giảng đạy chưa cao : lý thuyết — thực tế. Một số mô hình phục vụ giảng đạy thí nghiệm PLC hiện nay : Trang 4 T2015 - 29 Hình ] PEASE OLE SP a “eecece ¬ e226 SHSCCEbE Hình 2 T2015 - 29 Trang 6 + kẻ + » a lẻ ” + kả › + » ” + ` » os - 29 T2015 T2015 - 29 II.

Tính cấp thiết của đề tài : -_ Phục vụ giảng dạy cho môn học Trang bị điện — điện tử trong máy công nghiệp, phòng Thí nghiệm trang bị điện — điện tử, Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, khoa Cơ khí Máy, theo hướng CDIO. Mục tiêu đề tài : ~_ Phân tích và chọn lọc 1 số mạch điện cơ bản thể hiện nội dung của môn học Thí nghiệm TBĐ - ĐT trong máy công nghiệp (phan PLC) IV. Đối tượng và phạm vì nghiên cứu : - PLC va tai liệu liên quan V. Cách tiếp cận - Phương pháp nghiên cứu : - _ Tham khảo tài liệu trong và ngoài nước lién quan dén PLC $7 — 200.

-_ Phương pháp nghiên cứu : Khảo sát , thực nghiệm, thiết kế cdc bai TN VỊ, Nội dung nghiên cứu : - _ Tìm hiểu tính năng và cấu tạo của PLC S7 - 200 - _ Khảo sát các bài tập thí nghiệm hiện có. -_ Khảo sát modul thí nghiệm PLC S7 - 200 - Xây dựng các bài thí nghiệm trên modul PLC S7 — 200. T2015 - 29 PHẢN II : NỘI DUNG CHUONG 1: TONG QUAN VE PLC S§7-200 1. Giới thiệu vé PLC PLC viết tắt của (Progammble Logic Control), hinh thanh ti cdc nhom ki su General Motors năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau : > Lập trình để dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.

Dễ đàng sửa chữa thay thế. V Y Ôn định trong môi trường công nghiệp. VY Giá cả cạnh tranh. Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.

Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp. V Giao tiếp được với các thiết bị thông mình khác như : máy tính, nối mạng, các Y Modul mở rộng. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng được hầu hết các yêu cầu và như là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trước đây thi việc tự động hoá chỉ được áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao.

Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để nâng cao năng suất và chất lượng. Để thực hiện một trương trình điều khiển thì PLC phải có tính năng như một máy tính, hay phải có bộ vi xử lý(CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ lưu chương trình điều khiển, đữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với nhiều đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời (timer). và những khối hàm chuyên dụng khác.

PLC SIMATIC $7-200 CPU 226 : 2.1 Cấu trúc phần cứng : S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-226. Nguồn CPU Out put modul Ì Memory | Link In put modul Hình 5 : Cấu trúc cơ bản của PLC.

CPU 226 cỏ các đặc điềm sau: CPU-226 bao gồm 24 ngõ vào và l6 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở rộng. VY 6ES7216-2AD23-0XB0 Nguồn cung cấp: 24 VDC VY Ngõ ra số : 16 DO DC VY Bộ nhớ chương trình: 24KB VY Bộ nhớ dữ liệu: 10KB 2 PPUFREEPORT PORTS Điều khiển PID: Có VvV Phan mém: Step 7 Micro/WIN. VO Thời gian xử ly 1024 lệnh nhị phân : 0.37ms VV Bit memory/Counter/Timer : 256/256/256 Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 Khz VV Bộ đếm lên/xuống: Có Ngắt phần cứng: 4 V Sốđầuvào/racósẵn:24D1/16DO. VY Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng: DIDO/MAX: V 128/120/248 > Sé đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng: Al/AO/MAX:28/7/35hoặc0/14/14.IP20 SAT em ER an TCE TT TEI nnnnnnnnni Trang 10 T2015 - 29 Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 196 x 80 x 62, VY Loại AC/DC/Role: CPU 226: Mã 6ES7 216-2BD23-0XB0 VY Y Nguồn: 100 tới 230 VAC; đầu vào: 24 VDC; đầu ra: Rơle Số đầu ra được tích hgp san: 16 (Role) Thực hiện trọn gói những công việc kỹ thuật phức tap VY Thêm cổng PPI làm tăng tính linh hoạt và lựa chọn truyền thông V Ngoài ra, CPU 226 XM có bộ nhớ chương trình và bộ nhớ đữ liệu được nâng cao VY Toàn bộ vùng nhớ không bị mắt dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi VY PLC bj mat nguồn cung cấp.

Các cổng vào ra: 120/240 VAC moo sinnn Ụ £0gqpgjg Fie See See [K)5E-¬2mm.>TÊN SAN)SEE,~NH-E-NE;7-NE-Y-MEY-1]I-SNb-mni>-umr-wsr>m}2NNEZ-NM-MME NCT MÔ cán ciyng-x-x 2 G8 67 16 33 3 ee Tbe ps ee Eee ed BBP PP PPT TTT Te ee. Hink 6 Các đèn báo trên S7-200 CPU 226 : > SF (dén đỏ): Đèn đó SF báo hiệ hệ thống bị hỏng. >> RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy. STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.

v Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc.x (đèn xanh): Đèn xanh ở công ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx. Đền này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Chế độ làm việc: PLC có 3 chế độ làm việc: Trang 11 T2015 - 29 > RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP. > STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP.

> TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLUC hoặc RUN hoặc STOP.2 Cẵng truyền thông : Chân Giải thích ĩ Dat 2 24 VDC 3 Truyén va nhan dữ liệu 4 Không sử dụng 5 Dat 6 5VDC 7 24VDC 8 Truyện và nhận đữ liệu 9 Không sử đụng COM 2.3 Méréng ci Hình 7 : Truyền thông trong $7-200. ———————————————————————— Trang 12 T2015 - 29 Hinh 8 : Module mé réng CPU 226 Đặc điểm kỹ thuật CPU 226 Kích thước (mm) 190x80x62 Bộ nhớ chương trình 4096 words Bộ nhớ dữ liệu 2560 words Công logic vào 24 Công logic ra 16 Modul mở rộng 7 Digital LO cực đại 128/128 Analog I/O cuc dai 32 In/ 32 Out Bộ đêm(counter) 256 Bộ định thời (Timer) 256 Tốc độ thực thi lệnh 0.37 us Lưu trữ khi mắt điện 190 giờ gr en EE Trang 13 T2015 - 29 2.4 Thực hiện chương trình PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đếm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiên chương trình.Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND).Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo tới các cổng ra.

Chuyển dữ INhập đữ liệu từ liệu từ bộ đệm N ngoại vi vào bộ ảo ra ngoại ví đêm ảo 3. truyền thông Vi thực hiện chương trình và tự kiêm tra S. ề li Hinh 9 : Vong quét (scan) trong 87-200 2.5 Cấu trúc chương trình : Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm Sau : - STEP7-Micro/ DOS. - STEP7-Micro/ WIN.

Những phần mềm này đều có thé cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc chương trình chính (main progam) và sau đó đến các chương trình con và chương trình sử lý ngất được chỉ ra sau đây: -_ Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND). - Chương trỉnh con là một bộ phận của chương trình, các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là lệnh MEND. - Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, Nếu cần sử dụng chương trình, cần xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND, eae Trang 14 T2015 - 29 - Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính.

Sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình sử lý ngắt ding sau chương trình chính. Main Program Thực hiệu troag một vòng quét MEND SBR O Chương trình con thứ nb at Thực biện khi được chương trình chính gọt MEND SBR a Chuoug tinh con thir ot+1 RET TNT0 Chương trình _xự lý ngất thứ nhất Thue hiệu khí có cluương trình: sử lý ngất RETI INTu Chương tình xữ lý ngất thứ ot] RETI 2.6 Các vùng nhờ của S7-200 Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao, có thể đọc và ghi được toàn vùng, ngoại trừ phần các bít nhớ đặc biệt được kí hiệu SM( Special Memory) chỉ có thể truy cập đọc.

Bộ nhớ có một tu nhớ để nuôi, duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian khi mất điện. Bộ nhớ của s7-200 được chia thành 4 vùng : > Vùng nhớ chương trình: Là vùng lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiêu không bị mắt đữ liệu, đọc và ghi được. > Vùng nhớ tham số: Là vùng lưu giữ các thông số như: từ khóa, địa chỉ trạm.

Có thể đọc và ghi được.