CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA PLC

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.02 MB, 20 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>1.1. Giới thiệu sơ đồ cấu trúc PLC </b>

Thiết bị lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm là CPU trong đó có chứa các chương trình điều khiển và các modul giao tiếp vào\ ra các khối chức năng như timer, bộ đếm, bộ đệm và khơng thể thiếu đó là bộ nhớ.

Sơ Đồ Khối cấu trúc PLC

<b>+ CPU : Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như thực hiện </b>

chương trình , xử lý vào ra và truyền thơng với các thiết bị bên ngoài.

<b>+ Bộ nhớ : Gồm nhiều bộ nhớ khác nhau với các chức năng khác nhau như bộ </b>

nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ đệm, bộ nhớ hệ điều hành. Tùy theo yều cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau như :

<b>Bộ nhớ ROM : Là loại bộ nhớ không thay đổi được bộ nhớ này chỉ thay đổi </b>

được một lần .

<b>Bộ nhớ RAM : Là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương </b>

trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong RAM sẽ bị mất khi bị mất điện, điều này có thể khắc phục bằng cách sử dụng pin.

<b>Bộ nhớ EPROM : Gần giống như ROM nhưng nguồn nuôi của EPROM không </b>

cần dùng pin, tuy nhiên nội dung của nó có thể bị xóa nếu chiếu tia cực tím vào cửa sổ nhơ trên EPROM và có thể nạp lại nội dung bằng Mạch nạp

<b>Bộ nhớ EEPROM : Là sự kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM loại này </b>

có thể nạp và xóa bằng tín hiệu điện nhưng số lần nạp có giới hạn.

+ Các khối Timer, Couter có chức năng tạo thời gian trễ và đếm tín hiệu xung điện.

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

+ Bộ đệm : Trước khi các tín hiều số đưa vào cổng vào ra từ các thiết bị ngoại vi được đưa và CPU thì chúng đước lưu vào bộ đệm vào ra.

+ Khối ngắt cĩ tác dụng ưu tiên thực hiện chương trình ngắt khi cĩ sự kiện cần ưu tiên trong chương trình chính.

<b>1.2. Các thơng số kỹ thuật </b>

Hiện nay Siemen được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu về cơng nghệ tự động hĩa cĩ chất lượng cao và được sản xuất với cơng nghệ mới nhất và rất đa dạng. Từ cơng tắc tơ rơle, các bộ định giờ, cảm biến nút ấn biến tần v.v … cho tới các thiết bị điều khiển khả trình như PLC. Tuy nhiên Siemen sản xuất rất nhiều bộ điều khiển lập trình khác nhau. Tuy nhiên thơng dụng hơn cả là CPU S7_200

<b>Tìm hiểu bộ lập trình điều khiển PLC S7_200 CPU 224. </b>

+ Điện áp nguồn cung cấp : AC 85÷264 V, Hoặc DC từ 20.4V ÷ 28.8V + Điện áp nguồn cho đầu vào : 24V

+ Số lượng đầu vào ra : 24 đầu vào ra trong đĩ cĩ 14 đầu vào và 10 đầu ra cĩ khả năng kết lối thêm 7 modul vào ra mở rộng.

+ Dịng điện đầu ra : 0,7A với loại DC/DC/DC và 2A với loại AC/DC/Rơle trong đĩ tương ứng là : Điện áp nguồn/Điện áp đầu vào/Đầu ra

+ Dung lượng bộ nhớ : 4096 Word chương trình, 2560 Word dữ liệu + Các chế độ làm việc : Cĩ 3 chế độ làm việc

 Run : Là chế độ PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ

 Stop : Cưỡng bức PLC dừng chương trình dang chạy và chuyển sang chế độ stop, PLC sẽ tụ động chuyển từ RUN sang STOP nếu chương trình gặp sự cố hoặc trong chương trình cĩ lệnh STOP.

 TERM : cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC là RUN hoặc STOP.

Cổng truyền thơng S7_200 : Dùng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 để phục vụ cho việc phục vụ cho thiết bị ghép nối lập trình hoặc với trạm PLC khác. Sử dụng cáp PPI đi kèm với máy tính để ghép nối truyền thơng vơi PLC.

+ Số lượng timer : 256 bộ timer chia làm 3 loại với các giải khác nhau : 4 timer

Trong ngơn ngữ lập trình LAD

LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau:

Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thường đĩng

 Cuộn dây (coil): Là biểu tượng   mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le.

 Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện.

Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây trung hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEPT MICRO / DOS hoặc STEPT – MICRO/WIN. Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm

<b>đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. </b>

Trong ngơn ngữ lập trình FBD

Là ngơn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số. Tập lệnh là tập hợp các hàm khối với tín hiệu số

Trong ngơn ngữ lập trình STL

Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. Một chương trình được được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật tốn nhất định , mỗi lệnh chiếm một hàng và đều cĩ cấu trúc chung là ( Tên lệnh + tốn hạng )

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>2. 2 . Ngơn ngữ lập trình. </b>

Các loại PLC thường cị nhiều loại ngơn ngữ lập trình khác nhau nhằm phục vụ cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau. PLC s7_200 có 3 loại ngơn ngữ lập trình cơ bản :

 Ngơn ngữ hình thang : LAD  Ngơn ngữ hình khối : FBD  Ngôn ngữ máy tính : STL

<b>3. Kết nối với phần tử ngoại vi: </b>

Việc kết nối giữa PLC với ngoại vi rất quan trọng. Nó quyết định đến việc PLC có thể giao tiếp với thiết bị lập trình( máy tính ) cũng như hệ thống điều khiển có thể hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế hay khơng. Ngồi ra việc kết nối cịn ảnh hưởng tới độ an toàn cho PLC cũng như hệ thống điều khiển

Sơ đồ bề mặt của bộ điều khiển PLC s7_200 CPU 224 Kết nối các ngõ vào với ngoại vi :

Các ngõ vào của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng hoặc được tích hợp trên CPU . Trong trường hợp nào thì các ngõ vào này cũng cần được cấp nguồn riêng với điện áp tùy thuộc vào loại CPU.

Xoay chiều: 15…35VAC , f = 47… 63 HZ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

79…135VAC, f = 47… 63 HZ ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA

Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC Một chiều : 15… 35VDC ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA

Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC Tùy theo yêu cầu mà có thể quyết định sử dụng ngõ vào nào : Ngõ vào DC : - Điện áp thường thấp do đó an toàn hơn

- Đáp ứng ngõ vào DC rất nhanh

- Điện áp DC có thể kết nối với nhiều phần tử khác nhau trong hệ thống

Đối với các ngõ vào ra của các CPU 214 là : DC/DC/DC CPU 224 là : AC/DC/ relays Kết nối các ngõ ra với ngoại vi :

Xoay chiều: 20…264VAC , f = 47… 63 HZ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA Một chiều : 5…30VDC

20.4… 28.8 VDC đối với ngõ ra trsnsistor

Các khối ra tiêu chuẩn của PLC thương có từ 8 đến 32 ngõ ra cùng loại và có dịng định mưc khác nhau . ngõ ra có thể là rơle , transistor hoặc triac rơle là ngõ ra linh hoạt nhất. Chúng có thể là AC hoặc DC. Tuy nhiên đáp ứng ngõ ra chậm, giá thành cao và bị hư hỏng sau vài triệu lần đóng cắt

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Sơ đồ ngõ ra transistor

Sơ đồ ngõ ra relay

Muốn nạp chương trình từ Máy tính vào PLC người sử dụng phải soạn thảo chương trình từ máy tính sau đó kết nối với PLC bằng các kết nối trực tiếp máy tính với PLC thông qua giao thức RS 232 qua cáp PC/PPI

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Kết nối máy tính với CPU S7_200 RS 232 /PPI MULTI_ MASTER

Công tắc chọn chế độ điều khiển kết nối

Kết nối ngõ ra PLC với cơ cấu chấp hành :

Ngõ ra DC kết nối vỡi cơ cấu chấp hành

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Ngõ ra AC kết nối vỡi cơ cấu chấp hành

<i><b>4. Nạp chạy chương trình lập trình: </b></i>

<b>4.1 Nạp chương trình từ PLC vào PC </b>

Trong STEP 7 – Micro/Win mở một dự án để giữ các khối sẽ được upload từ PLC

 Nếu muốn upload vào một dự án rỗng , chọn File > New hoặc sử

dụng biểu tượng New Project trên toolbar

 Nếu muốn up load vào một dự án tồn tại , chọn File > Open hoặc sử dụng biểu tượng trên toolbar

 Chọn File > Upload hoặc sử dụng biểu tượng Upload trên toolbar

 Hộp thoại Upload xuất hiện để yêu cầu chọn các khối : Program Block hoặc Data Block , and System Block . Chọn các khối muốn Upload sau đó nhấn OK

<b>4.2. Nạp chương trình từ PC vào PLC </b>

Khi truyền thơng giữa PLC và máy tính đước kết nối ta cịn có thể download chương trình đã lập trình từ máy tính xuống PLC và cần lưu ý thêm rằng khi download một Program Block hay Data Block , System Block thì nội dung của các khối mới sẽ đè lên các khối lệnh cũ trong PLC. Các bước thực hiện như sau : Sau khi đã soạn thảo xong chương trình điều khiển cho hệ thống để down load được phải chắc chắn rằng chương trình khơng có lỗi về cú pháp>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

 Nhấp chuột vào biểu tượng trên thanh công cụ toolbar hoặc chọn đường dẫn File > Download để dơn chương trình xuống PLC.

 Nếu PLC đang ở chế đọ Run thì một hộp thoại xuất hiện yêu cầu bạn đặt S7_200 ở chế độ Stop. Chọn Ok để PLC ở chế độ Stop và down load chương trình xuống.

<b>BÀI 11: MẠCH KẾT NỐI CƠ BẢN CÁC TRẠNG THÁI 1. Phương pháp vẽ các ký hiệu trên PC bằng LAD: </b>

<b>1.1. Giới thiệu các ký hiệu trong PLC </b>

Ngôn ngữ LAD là ngơn ngữ đồ họa thích hợp với người sử dụng trong các ngành điện tự động, điện công nghiệp vì các kỹ hiệu được mơ phỏng gần giống với mạch điện trang bị. Việc điều khiển các cơ cấu chấp hành có thể sử dụng mạch trang bị điện nhưng có nhược điểm là phức tạp trong thiết kế, đi dây nhiều và khó kiểm tra lỗi. Ngồi ra với các thiết kế phức tạp thì mạch trang bị khơng đáp ứng được.

PLC ra đời giải quyết tất cả các vấn đề trên. Ngoài ra PLC lại được sử dụng gần giống với Mạch trang bị nên dễ dàng sử dụng.

Các phần tử trong PLC tương ứng với các thiết bị trong mạch trang bị như : - Nút ấn, công tắc hành trình được thay bằng các tiếp didemr thường đóng thường hở

- Công tắc tơ hay các rơ le trung gian được thay bằng cuộn dây - Các rơ le thời gian được thay bằng hàm thời gian

- Ngồi ra PLC cung cấp rất nhiều cơng cụ lập trình giúp việc lập trình đơn giản có thuật tốn có cấu trúc và khơng có cấu trúc

PLC chỉ có thể làm việc trên các tín hiệu số, nên ngôn ngữ gồm một tập hợp các ký hiệu mà người dung sử dụng để lập trình thực chất là các tín hiệu số được mã hóa bằng ngơn ngữ đồ họa giúp người lập trình dễ dàng sử dụng, và được chuyền thành tín hiệu số khi được download xuống PLC.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Các tín hiệu này được lưu trong vùng chứa tham số của hệ điều hành bao gồm :

Miền nhớ I : Là miền dữ liệu các cổng vào số, Trước khi bắt đầu thực hiện thực hiện chương trình PLC sẽ đọc các giá trị logic của tất cả các cổng vào và cất chung trong vùng nhớ I

Các ký hiệu thường sử dụng trong miền này là : : tiếp điểm thường hở

: tiếp điểm thường đóng

Miền nhớ Q : Miền bộ đệm các cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình sẽ chuyển các giá trị logic của bộ đệm tới các cổng ra số. Thông thường không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chuyển chúng ra bộ đệm Q.

Ký hiệu thương sử dụng trong miền này là :

: Cuộn dây ngõ ra

Miền nhớ các biến cờ M : Chương trình sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết , có thể truy cập nó ở dạng bit(M), byte (MB), từ (MW), hay từ kép (MD)

Các ký hiệu thường được sử dụng trong miền này :

Trong đó xxx là bits nhớ ví dụ xxx = M0.0

Miền nhớ phục vụ thời gian T : bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước(PV) và giá trị thời gian tức thời (CV) và giá trị đầu ra của bộ thời gian.

Ký hiệu sử dụng :

Trong đó Txxx là tên của bộ thời gian Ví dụ Txxx = T37

Miến nhớ phục vụ bộ đếm C : bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước(PV) và giá trị thời gian tức thời (CV) và giá trị đầu ra của bộ đếm

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Ký hiệu sử dụng trong vùng này :

Trong đó Cxxx là tên của bộ thời gian Ví dụ Cxxx = C15

<b>2. Vẽ mạng LAD liên kết các trạng thái </b>

<b>2.1. Liên kết các trạng thái thường đóng, thường mở, duy trì </b>

PLC sẽ thực hiện tuần tự các công việc từ trên xuống dưới, và các công việc này được PLC chia nhỏ trong các network :

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Network 2 : Sử dụng tiếp điểm thường hở T37 điều khiển động cơ

Mô tả hoạt động : Khi ngõ vào I0.0 = 1 timer T37 được kick nếu sau khoảng thời gian 10* 100ms I0.0 vẫn giữ ngun trạng thái thì Bít T37 sẽ được bật lên 1 ( khi đó Q0.0 = 1)

Giản đồ tín hiệu tác động theo thời gian của bộ thời gian Sử dụng bộ đếm counter :

Network 1 : Tạo tín hiệu cho bộ đếm hoạt động

Network 2 : Sử dụng tiếp điểm của bộ đếm đểm điều khiển ngõ ra :

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Mơ tả hoạt động : Mỗi lần cố tín hiệu sườn lên của I0.0, giá trị của bộ đếm tăng lên 1. Khi giá trị hiện tại của bộ đếm lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV ngõ ra sẽ được bật lên On. Khi ngõ vào I0.2 của chân Reset được kick giá trị hiện thời của bộ đếm được trả về 0.

Giản đồ tín hiệu tác động theo thời gian của bộ đếm

<b>2.2. Kết nối các trạng thái tín hiệu điều đầu vào, đầu ra. </b>

Một hệ thống điều khiển bằng PLC hồn chỉnh bào gồm : _ Lập trình cho Hệ thống trên PLC bằng máy tính:

_ Download Chương trình xuống PLC

_ Kết nối PLC với các thiết bi ngoại vi : như PLC với các ngõ vào/ra số, PLC với các Moldul mở rộng, Và PLC với cơ cấu chấp hành

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Ví dụ kết nối trên S7-200 CPU 224 ngõ vào/ra

<b>BÀI 12: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CẦU THANG </b>

<i><b>1. Phân tích quy trình làm việc: </b></i> <b> 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải </b>

Có hai cách mắc mạch đèn cầu thang : Cách 1 :

Cách 2 :

Nhưng thường sử dụng cách 1 : Nguyên lý hoạt động :

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Giả sử ở trạng thái ban đầu công tắc 1 và 2 ở vị trí như hình vẽ Ta bật cơng tắc 1 tiếp điểm 1 và 5 nối tiếp với nhau Dòng điện từ dây lửa L qua tiếp điểm 1, 5 và tới tiếp điểm 4 vể N bóng đèn sáng . đi tới công tắc 2 tiếp điểm 2 , 4 khơng nối tiếp nhau nữa khi đó khơng có dịng chạy qua bóng đèn khơng sáng.

<b>1.2. Xác định mối quan hệ trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra </b>

Như vậy công tắc 1 và công tắc 2 là hai tín hiều điều khiển và chỉ có hai trạng thái, đóng hoặc mở . Tương ứng với 0 hoăc 1 trong kỹ thuật số.

Trong kỹ thuật số người ta không sử dụng các công tắc để điều khiển cho bóng đèn ( Ngõ ra ) mà sử dụng các cổng logic để điều khiển ngõ ra. Công tắc 1 có hai trạng thái đóng hoặc mở thì ký thuật số tương ứng có tín hiệu vào A và Ā là hai trạng thái ngược nhau tương ứng với 1 và 0. Bài tốn trên được phân tích trong kỹ thuật số như sau : Y = A.Ē + E. Ā Trong đó Y là ngõ ra và A và E là các tín hiệu. Trong đó Y là một hàm hàm tốn học của các tín hiệu, tương ứng

với mạch logic XOR.

Trong PLC người ta sử dụng các tìn hiệu điện để điều khiển các ngõ ra.

<b>2. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC: </b>

- Địa chỉ đầu vào:

I0.0: CT1<sub> </sub>(cơng tắc 2 vị trí thông thường) I0.1: CT2 (công tắc 2 vị trí thơng thường) - Địa chỉ đầu ra:

Q0.0: Đèn cầu thang.

<i><b>2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển: </b></i>

- Ta có mạch điều khiển được lập trình bằng LAD trên PLC S7-200 như sau:

- Mạch điều khiển được lập trình bằng STL trên PLC S7-200 như sau: -

<i>3. KẾT NỐI CƠ CẤU CHẤP HÀNH, NẠP CHƯƠNG TRÌNH CHẠY THỬ: </i>

Với PLC loại AC/DC/RLY ta có mạch kết nối với công tắc và với đèn như sau:

</div>