Bài giảng PLC

2/2009 1 BÀI GIẢNG PLC 2/2009 2 1.NỘI DUNG Mục tiêu của môn học: Môn học giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC. Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được sau khi học môn học Kiến thức: phân biệt được các loại PLC, cấu trúc phần cứng, cách đấu dây, có khả năng lập trình cơ bản, biết được một số modul mở rộng. Kỹ năng chuyên môn: kỹ năng phân tích, viết chương trình điều khiển. Kỹ năng chuyển tiếp: áp dụng kiến thức được trang bị ở môn này để tiếp cận các hệ thống tự động trong các lĩnh vực khác nhau. 0-3 Thời lượng: • Lý thuyết: 42 tiết • Bài tập: 9 tiết • Thực hành: 5 tiết Đánh giá: • Hình thức thi: mở sách • Tỷ lệ đánh giá: giữa kỳ + bài tập: 20%; cuối kỳ: 80% 0-4 Tài liệu tham khảo: [1] MITSUBISHI – sổ tay hướng dẫn lập trình các họ Fx0, Fx0s, FxoN, Fx, Fxao,Fxan [2] tự động hóa với simatic S7 200 – Phan xuân Minh –Nguyễn Doãn Phúc [3] Bộ điểu khiển lập trình vận hành và ứng dụng _ TS. Lê hoài quốc-TS. Chung tấn lâm [4] Các tài liệu khác về PLC 2/2009 5 1.NOÄI DUNG I/ Giới thiệu tổng quan về PLC 1.Giới thiệu 2.PLC_ Cấu trúc phần cứng 3.Cơ bản Về lập trình trên PLC 4 Tập lệnh 5 Bài tập thực hành ứng dụng 6. Hướng dẫn sử dụng thiết bị lập trình Chương 1: Tổng quan về hệ thống Điều khiển 2/2009 6  Hệ thống điều khiển là một nhóm các phần tử (hay các hệ thống phụ trợ) được liên kết lại với nhau nhằm duy trì một kết quả mong muốn bằng cách tác động vào giá trị của một biến nào đó trong hê thống. Ví dụ: Lò sưởi sản sinh ra nhiệt lượng do quá trình đốt cháy nhiên liệu. Đối tượng điều khiển: Nhiệt độ  lượng nhiên liệu Van nhiên liệu Caùc phaàn töû bao gồm: Cơ cấu tác động cho các van nhiên liệu, cảm biến nhiệt độ (thermostats) Hệ thống điều khiển đơn giản hình thành khi có một giá trị ngõ ra (đáp ứng – response) ứng với một ngõ vào.  Khối vào: tín hiệu thường qua bộ chuyển đổi để chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện.  Bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, công tắc, cảm biến, nhiệt trở, cảm biến đo sức căng  Tùy theo bộ chuyển đổi tín hiệu ra có thể là on/off hay liên tục. 2/2009 7 CẢM BIẾN VỊ TRÍ, VẬN TỐC, GIA TỐC + LVDT + Encoder + Tachometer + Potentionmeter + Gyroscope meter + Sonar + Laser + Tilt sensor + NHIỆT ĐỘ KHỐI LƯỢNG KHÁC + Pt 100 + Thermal couple + Ir + LVDT + Load cell (strain gauge) + Piezo component + Dòng, áp + Camera + Quang học + Từ trường + Độ ẩm + Ion + Điện dẫn VỊ TRÍ, VẬN TỐC, GIA TỐC LVDT (Linear Variable Differential Transformer ) ENCODER 1. Incremental 2. Absolute 3. Kết hợp INCREMENTAL ABSOLUTE LINEAR ENCODER GYRO & TILT SENSOR TILT SENSOR SONAR NHIỆT ĐỘ NHIỆT ĐỘ KHỐI LƯỢNG khối ra:  tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này dùng để kích các thiết bị ngõ ra: động cơ điện, xy lanh- pit tông, solenoid, lò xấy/lò cấp nhiệt, van, rơle 2/2009 24 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆNKHÍ NÉN DẦU ÉP + AC 1 PHA, 3 PHA, SERVO + DC DC chổi quét, không chổi quét, step, rc servo, dc servo, micro motor, untrasonic motor + LINEAR MOTOR + NHIỆT ĐIỆN TRỞ + Piezo MOTOR + VALVE TỶ LỆ + VALVE + AC 1 PHA, 3 PHA, SERVO + DC + NHIỆT ĐIỆN TRỞ + VALVE ĐIỀU ÁP + VALVE TỶ LỆ + VALVE + VALVE ĐIỀU ÁP ĐỘNG CƠ ĐIỆN AC AC servo ĐỘNG CƠ ĐIỆN DC Ba loai DC cơ bản Series motor Shunt motor Compound motor DC servo DC servo DC servo Step motor Step motor Brushless motor RC servo motor Linear motor, piezo motor, Micro motor, ultrasonic motor Khối xử lý:  Khối xử lý thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động’có sự điều khiển’ nó nhận thông tin từ các khối vào và xuất tín hiệu cho khối ra để thực hiện các tác động đến thiết bị. 2/2009 53  Các dạng tín hiệu  Tín hiệu liên tục điều khiển liên tục  Tín hiệu nhị phân điều khiển nhị phân  Các dạng sản xuất trong công nghiệp:  Sản xuất liên tục  Sản xuất từng loạt  Sản xuất đơn chiếc  Phương pháp điều khiển:  Điều khiển vòng hở  Điều khiển kích tiếp  Điều khiển vòng kín 2/2009 54 1-55 Hệ thống điều khiển vòng hở Hệ thống điều khiển vòng hở là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển không có phụ thuộc vào bất kỳ tín hiệu nào từ quá trình. 1-56 Hệ thống điều khiển vòng hở Thí dụ: hệ thống điều khiển vị trí anten - Vị trí ban đầu: 00 - Vị trí mong muốn: 300 - Động cơ: 10/giây (ở điện áp định mức) Để thực hiện chuyển động mong muốn, bộ điều khiển xuất ra một xung tín hiệu trong 30 giây. Nếu động cơ làm việc chính xác, vị trí anten sẽ dừng chính xác ở 300. 1-57 Thí dụ: xét một hệ thống hở như sau: Xác định tốc độ của vật khi động cơ được cấp 12 V: Velocity = 0.05 * 0.5 * 100 * 12 = 30 m/min Hệ thống điều khiển vòng hở 1-58 Hệ thống điều khiển vòng kín Hệ thống điều khiển vòng kín là hệ thống mà trong đó tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào sự sai lệch giữa tín hiệu mong muốn và tín hiệu phản hồi. Ba thao tác chính của một hệ thống vòng kín - Đo lường: đo giá trị của biến được điều khiển - Ra quyết định: tính toán sai lệch và sử dụng giá trị sai lệch để ra quyết định điều khiển - Tác động: sử dụng giá trị điều khiển để tác động những biến khác trong quá trình theo hướng làm giá trị sai lệch. 1-59 Hệ thống điều khiển vòng kín • Quá trình: đại diện cho quá trình vật lý bị ảnh hưởng bởi cơ cấu tác động. • Điểm điều chỉnh, biến được điều khiển, biến được đo, và điểm sai lệch. 1-60 Hệ thống điều khiển vòng kín • Bộ cảm biến: thực hiện đo giá trị thực của biến được điều khiển, biến đổi thành một đại lượng có thể sử dụng được và phản hồi về bộ điểu khiển. • Bộ điều khiển (bao gồm cả bộ so sánh): thực hiện cơ chế điều khiển thích hợp nhằm làm giảm giá trị sai lệch. • Cơ cấu tác động: biến đổi tín hiệu điều khiển thành tín hiệu tác động. 1-61 Thí dụ: hệ thống điều khiển vị trí anten - Vị trí ban đầu: 00 - Vị trí mong muốn: 300 ( xd) - Động cơ: 10 /sec (ở điện áp định mức vs) - Cảm biến góc: 10V / 3600 ( xa) Tín hiệu điều khiển vc được xác định tùy theo cơ chế điều khiển: xa  xd xa  xd vc = nếu vs 0 vc = C(xd xa) Vị trí anten được điều khiển chính xác hơn bất chấp độ ổn định của động cơ cũng như độ chính xác của bộ truyền cơ khí. Hệ thống điều khiển vòng kín 1-62 1.4. Hệ thống điều khiển vòng kín Thí dụ: xét sơ đồ một hệ thống kín điều khiển vị trí bàn máy như sau: Khảo sát sự chuyển động của bàn máy khi bàn máy dịch chuyển từ vị trí 0.4 m (ban đầu) sang bên phải ở vị trí 0.64 m. Giả sử thời gian lấy mẫu (phản hồi) là 0.1 giây. 1-63 Hệ thống điều khiển vòng kín T (s) Vi (V) Vf (V) Ve (V) P (mm) Pos (mm) 2.5 2.5 0 0 400 0.0 4 2.5 1.5 0 400 0.1 4 2.5 1.5 2.250 402.250 0.2 4 2.514 1.486 2.229 404.479 0.3 4 2.528 1.472 2.208 406.687 0.4 4 2.542 1.458 2.187 408.874 0.5 4 2.555 1.445 2.167 411.041 : : : : : : 60.0 4 3.995 0.005 0.008 639.157 T (s) Vi (V) Vf (V) Ve (V) P (mm) Pos (mm) 2.5 2.5 0 0 400 0.0 4 2.5 1.5 0 400 0.1 4 2.5 1.5 2.813 402.813 0.2 4 2.518 1.482 2.779 405.592 0.3 4 2.535 1.465 2.747 408.339 0.4 4 2.552 1.448 2.715 411.054 0.5 4 2.569 1.431 2.683 413.737 : : : : : : 48.0 4 3.995 0.005 0.01 639.163 G1 = 2 G1 = 2.5 1-64 Hệ thống điều khiển vòng hở Hệ thống điều khiển vòng kín - đơn giản và chi phí đầu tư thấp - không kiểm soát được giá trị thực tế - có thể ứng dụng khi đặc tính làm việc của những cơ cấu tác động và quá trình tương đối ổn định - thường xuyên thực hiện quá trình cân chỉnh hệ thống - phức tạp và chi phí đầu tư cao - có thể điểu khiển được giá trị thực tế - giá trị thực tế luôn ổn định bất chấp đặc tính làm của những cơ cấu tác động và quá trình. - thỉnh thoảng chỉ cần kiểm tra đặc tính làm việc của bộ cảm biến Hệ thống điều khiển vòng kín 1-65 2/200966 2/200967 2/200968 2/200969 2/200970 2/200971 2/200972 2/200973 2/2009 74 4. Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảora ngoại vi 3. Truyeàn thoâng vaø töï kieåm tra loãi 2. Thöïc hieän chöông trình 1. Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc MEND. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Hoạt động 2/2009 75 Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp 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 hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào và ra. Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử lý ngắt chỉ được 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. 2/2009 76 Hoạt động của PLC A-B 2/2009 77 2/2009 78 2/200979 Khối vào ra sử dụng rơ le: Khối vào ra sử dụng transistor: Khối vào ra sử dụng triac: 2/200980 2/200981 2/200982 2/200983 PLC LOGO(SIEMENS) 2/200984 PLC LOGO(SIEMENS) 2/200985 PLC LOGO(SIEMENS) 2/200986 PLC SIEMENS 2/200987 PLC SIEMENS 2/200988 PLC SIEMENS 2/200989 PLC MITSUBISHI 2/200990 PLC MITSUBISHI 2/200991 PLC MITSUBISHI 2/200992 PLC MITSUBISHI 2/200993 PLC MITSUBISHI 2/200994 PLC MITSUBISHI 2/2009 95 2/2009 96 2/2009 97 2/2009 98 2.1Bộ điều khiển lập trình PLC ALLEN-BRADLEY PLC: Programmable Logic Controller PEC: Programmable Electronic Controller PCS: Programmable Control Systerm 2/2009 99 TỔNG QUAN PHẦN CỨNG 2/2009 100 TỔNG QUAN PHẦN CỨNG t.t 2/2009 101 KẾT NỐI DÂY PHẦN CỨNG 2/2009 102 KẾT NỐI DÂY PHẦN CỨNG t.t 2/2009 103 KẾT NỐI DÂY PHẦN CỨNG t.t 2/2009 104 KẾT NỐI DÂY PHẦN CỨNG t.t 2/2009 105 KẾT NỐI DÂY PHẦN CỨNG t.t 2/2009 106 2/2009 107 2/2009 108 2/2009 109 2/2009 110 2/2009 111 2/2009 112 2/2009 113 2/2009 114 2/2009 115 2/2009 116 2/2009 117 2/2009 118 CONNECTING TO A DH-485 NETWORK 2/2009 119 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH Ladder, step ladder, instruction,. Ví dụ: LADDER 2/2009 120 2/2009 121 STEP LADDER