Giáo trình môn Lý thuyết điều khiển logic

GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC ThS. Nguyễn Bá Hội Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách khoa hoinb@ud.edu.vn Giáo trình đầy đủ bao gồm 3 phần: 1. Giáo trình lý thuyết 2. Giáo trình tập lệnh 3. Giáo trình bài tập nguyen ba hoi Trang 2 Chương 1 Giới thiệu .......................................................................................................................................... 4 1.1. PLC....................................................................................................................................................................4 1.2. Thế hệ PLC S7-200 ...........................................................................................................................................4 1.3. Thuật ngữ..........................................................................................................................................................5 Chương 2 Bắt đầu với S7-200 ........................................................................................................................... 6 2.1. Hình dáng bên ngoài ........................................................................................................................................6 2.2. Các thành viên họ S7-200 ................................................................................................................................7 2.3. Module mở rộng .............................................................................................................................................10 2.4. Chuẩn bị khi lập trình .....................................................................................................................................14 Chương 3 Đấu nối S7-200 ............................................................................................................................... 14 3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều............................................................................................................14 3.2. PLC sử dụng nguồn nuôi một chiều .............................................................................................................15 3.3. Bảo vệ đầu ra PLC..........................................................................................................................................16 3.4. Sơ đồ đấu nối chi tiết .....................................................................................................................................17 Chương 4 Ngôn ngữ lập trình......................................................................................................................... 20 4.1. Statement List (STL).......................................................................................................................................20 4.2. Ladder Logic (LAD) ........................................................................................................................................20 4.3. Function Block Diagram (FBD) ......................................................................................................................21 4.4. Phân biệt SIMATIC với IEC 1131-3.................................................................................................................21 Chương 5 Khái niệm, qui ước và đặc điểm lập trình .................................................................................... 24 5.1. Cấu trúc chương trình....................................................................................................................................24 5.2. Phân loại lệnh .................................................................................................................................................24 5.2.1 Lệnh cơ bản ................................................................................................................................................24 5.2.2 Lệnh đặc biệt...............................................................................................................................................24 5.2.3 Lệnh tốc độ cao...........................................................................................................................................25 5.3. Qui ước ...........................................................................................................................................................25 5.4. Ký hiệu ............................................................................................................................................................25 5.4.1 Contact........................................................................................................................................................25 5.4.2 Coil..............................................................................................................................................................25 5.4.3 Box..............................................................................................................................................................25 5.5. Bài toán AND, OR ...........................................................................................................................................25 5.6. Trạng thái chương trình.................................................................................................................................26 5.7. Forcing ............................................................................................................................................................26 5.8. Bài toán logic tổng quát .................................................................................................................................27 Chương 6 STEP7-MicroWIN............................................................................................................................ 31 6.1. Giao tiếp máy tính và PLC S7-200 (b2) ..........................................................................................................31 6.1.1 Đặt cấu hình cho cáp PC/PPI ......................................................................................................................31 6.1.2 Đặt cấu hình truyền thông cho CPU S7-200 ................................................................................................32 6.2. Cách thức S7-200 lưu và phục hồi dữ liệu (b6) ............................................................................................32 6.2.1 Download và Upload ...................................................................................................................................33 6.2.2 Lưu trữ vùng nhớ M khi mất nguồn .............................................................................................................33 6.2.3 Phục hồi dữ liệu khi có nguồn trở lại............................................................................................................33 6.3. Mật khẩu (b6) ..................................................................................................................................................34 6.4. Gỡ rối (Debug) (b6).........................................................................................................................................34 6.5. Thông báo và xử lý lỗi (Troubleshooting) (b6) .............................................................................................35 Chương 7 I/O .................................................................................................................................................... 36 7.1. Vào ra số (b3)..................................................................................................................................................36 7.1.1 Nối dây và chương trình điều khiển.............................................................................................................36 7.1.2 Ví dụ điều khiển motor.................................................................................................................................36 7.1.3 Mở rộng ......................................................................................................................................................38 7.2. Vào ra tương tự (b3).......................................................................................................................................40 7.2.1 Vào tương tự...............................................................................................................................................40 7.2.2 Ví dụ ứng dụng ...........................................................................................................................................40 7.2.3 Ra tương tự ................................................................................................................................................40 nguyen ba hoi Trang 3 7.3. I/O cục bộ và mở rộng (b3) ............................................................................................................................40 7.4. Lọc đầu vào số (b3) ........................................................................................................................................41 7.5. Lọc đầu vào tương tự (b3).............................................................................................................................41 7.6. Bắt xung vào (b3)............................................................................................................................................42 7.7. Bảng đầu ra (b3) .............................................................................................................................................42 7.8. Vào ra tốc độ cao (b5) ....................................................................................................................................43 7.8.1 HSC ............................................................................................................................................................43 7.8.2 PTO ............................................................................................................................................................44 7.8.3 PWM...........................................................................................................................................................44 7.9. Đinh chỉnh tương tự (b5) ...............................................................................................................................44 Chương 8 Vòng quét ....................................................................................................................................... 45 Chương 9 Bộ nhớ dữ liệu và cách định địa chỉ............................................................................................. 48 9.1. Định địa chỉ trực tiếp......................................................................................................................................48 9.1.1 Vùng ảnh các đầu vào I...............................................................................................................................48 9.1.2 Vùng ảnh các đầu ra Q................................................................................................................................49 9.1.3 Vùng nhớ các biến V...................................................................................................................................49 9.1.4 Vùng nhớ các bit M .....................................................................................................................................49 9.1.5 Vùng nhớ các rơ le điều khiển tuần tự S .....................................................................................................49 9.1.6 Vùng các bit đặc biệt SM.............................................................................................................................49 9.1.7 Vùng nhớ cục bộ L ......................................................................................................................................50 9.1.8 Vùng các bộ định thời T ..............................................................................................................................50 9.1.9 Vùng các bộ đếm C.....................................................................................................................................51 9.1.10 Vùng các đầu vào tương tự AI ....................................................................................................................51 9.1.11 Vùng các đầu ra tương tự AQ .....................................................................................................................51 9.1.12 Các accumulator AC....................................................................................................................................52 9.1.13 Các bộ đếm tốc độ cao HC..........................................................................................................................52 9.1.14 Các hằng số ................................................................................................................................................52 9.2. Định địa chỉ gián tiếp......................................................................................................................................53 9.3. Không gian địa chỉ các vùng nhớ..................................................................................................................54 9.4. Bảo toàn dữ liệu .............................................................................................................................................55 Chương 10 Timer và Counter.......................................................................................................................... 57 10.1. Các loại timer (b3)...........................................................................................................................................57 10.2. TON (b3) ..........................................................................................................................................................57 10.3. TONR (b4)........................................................................................................................................................58 10.4. TOFF (b4) ........................................................................................................................................................59 10.5. Bài tập Timer (b4) ...........................................................................................................................................60 10.6. Chú ý khi dùng Timer với độ phân giải khác nhau (b4) ...............................................................................60 10.7. Counter (b5) ....................................................................................................................................................60 10.8. Counter tốc độ cao (b5)..................................................................................................................................60 Chương 11 Giải bài toán có cấu trúc ............................................................................................................. 62 11.1. GBT bằng giản đồ thời gian (Timing diagram) .............................................................................................62 11.2. GBT bằng lưu đồ (flowchart) và các bit tuần tự (sequence bits).................................................................62 11.3. GBT bằng sơ đồ trạng thái (state diagram) ..................................................................................................62 11.4. Các lệnh còn lại trong tập lệnh......................................................................................................................62 Chương 12 Ngắt ............................................................................................................................................... 63 Chương 13 PID, Freeport................................................................................................................................. 65 13.1. PID ...................................................................................................................................................................65 13.2. Freeport...........................................................................................................................................................65 Chương 14 Các phương thức truyền thông .................................................................................................. 66 14.1. PPI ...................................................................................................................................................................67 14.2. MPI...................................................................................................................................................................67 14.3. PROFIBUS.......................................................................................................................................................67 nguyen ba hoi Trang 4 Chương 1 Giới thiệu 1.1. PLC PLC (Programmable Logic Controllers) là những bộ điều khiển lập trình được. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hay trong thương mại. PLC theo dõi các trạng thái ngõ vào, ra các quyết định theo chương trình định sẵn và xuất các tín hiệu điều khiển ra ngõ ra để tự động hóa quá trình (process) hay máy móc (machine). Hoạt động của PLC Ưu điểm của PLC so với đấu dây thuần túy · Kích cỡ nhỏ hơn · Thay đổi thiết kế dễ hơn và nhanh hơn khi có yêu cầu · Có chức năng chẩn đoán lỗi và ghi đè · Các ứng dụng có thể dẫn chứng bằng tài liệu · Các ứng dụng được nhân bản nhanh chóng và thuận tiện 1.2. Thế hệ PLC S7-200 S7-200 là PLC thuộc họ Micro Automation của hãng SIEMENS, có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá. Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S7-200 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động vừa và nhỏ. PLC S7-200 cho phép tự động hoá tối đa với chi phí tối thiểu. - Cài đặt, lập trình và vận hành rất đơn giản. - Các CPU có thể sử dụng trong mạng, hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn lẻ. - Có khả năng tích hợp trên quy mô lớn. - Ứng dụng cho những điều khiển đơn giản và phức tạp. - Truyền thông mạnh (PPI, Profibus-DP, AS- nguyen ba hoi Trang 5 i). 1.3. Thuật ngữ Cảm biến Thiết bị chấp hành CPU, RAM, ROM, Firmware Ngõ vào rời rạc Ngõ ra rời rạc Ngõ vào tương tự Ngõ ra tương tự nguyen ba hoi Trang 6 Chương 2 Bắt đầu với S7-200 2.1. Hình dáng bên ngoài Chỉ thị trạng thái Đánh số các ngõ vào ra Chuyển chế độ và hiệu chỉnh tương tự Cartridge nguyen ba hoi Trang 7 Input Simulator Removable Terminal Strip 2.2. Các thành viên họ S7-200 nguyen ba hoi Trang 8 nguyen ba hoi Trang 9 nguyen ba hoi Trang 10 2.3. Module mở rộng Lắp đặt CPU và module nguyen ba hoi Trang 11 nguyen ba hoi Trang 12 nguyen ba hoi Trang 13 nguyen ba hoi Trang 14 2.4. Chuẩn bị khi lập trình · PLC S7-200 CPU từ 221 đến 226XM · Máy tính (PC hoặc PG) · Phần mềm lập trình STEP7- MicroWin · Cáp truyền thông PC/PPI Chương 3 Đấu nối S7-200 3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều [a] Công tắc ngắt nguồn cho CPU, toàn bộ mạch vào và ra của PLC. [b] Thiết bị chống quá dòng cho CPU, các mạch vào và ra. Có thể sử dụng cầu chì riêng cho từng phần (CPU, mạch vào, mạch ra) để bảo vệ tốt hơn. [c] Bảo vệ quá d