đồ án tốt nghiệp ''''điều khiển lập trình bằng plc''''

LU N VĂNẬ
LU N VĂNẬ
Đi u khi n l p trình b ng PLCề ể ậ ằ
Đi u khi n l p trình b ng PLCề ể ậ ằ
MỤC LỤC
Chương I. GIỚI THIÊU CHUNG VỀ “ ĐIỀU KHIỂN LẬP
TRÌNH BẰNG PLC ”
1.1. Giới thiệu phần cứng của bộ điều khiển khả trình PLC.
1.2 GIỚI THIỆU VỀ PLC- S7-200 CỦA SIEMEN

1.2.1Ðặc trưng thông số
1.2.2 Ðặc điểm ngỏ vào
1.2.3 Cấu trúc bộ nhớ
Chương III. TÌM HIỂU TẬP LỆNH PLC CỦA S7-200
3.1 Tập lệnh PLC S7-200
Chương IV: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG
TRONG HỆ THỐNG

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
4.1 Cảm biến quang
4.2 Encoder

Chương V. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM CAO THẤP
5.1 Phân tích yêu cầu công nghệ và lựa chọn thiết bị điều khiển
5.2 Địa chỉ các biến vào ra
5.3 Viết chương trình điều khiển ( Dùng ngôn ngữ LaDer)
Chương VI CHẠY THỬ CHƯƠNG TRÌNH TRÊN PHÂN MÊM
MÔ PHỎNG SIMULATOR CỦA SIEMEN
6.1. Các bước chạy bằng phần mềm mô phỏng.
6.2. Kết nối và vận hành thử.

Chương VII : KẾT LUÂN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1. Kết luận.
7.2 Kiến nghị.
Tài liệu tham khảo✿
LỜI MỞ ĐẦU
•
Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự
động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều
khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông
tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết
bị điều khiển khả trình PLC.
•
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm
lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thường
sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây
chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất
lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội. Qua bài tập của đồ
án môn học tôi sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào sản xuất
phân loại sản phẩm theo chiều cao bằng bốn băng tải của công ty,xí nghiệp
sản xuất. Trong thực tế lập trình PLC có thể được sử dụng nhiều hãng phần
mềm sản xuất như là hãng Siemens-Đức, omron-Nhật bản, Goldstar-Hàn
Quốc,… tuỳ thuộc vào đối tác, tiềm lực của Công ty, xí nghiệp để sử dụng
công nghệ của hãng.
•
Trên đây là một phần nhỏ về chương trình điều khiển viết cho hệ thống điều
khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao. Trong quá trình thực hiện chương
trình còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho vấn đề này đang
rất ít,và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề như phần cơ trong dây
chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh
nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng

góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo, các quý bạn đọc cũng như các bạn
đồng nghiệp để đồ án này được hoàn thiện hơn.
•
Sinh viên
•
Chương I: GIỚI THIÊU CHUNG VỀ “ ĐIỀU KHIỂN LẬP
•
TRÌNH BẰNG PLC”
•
1.1. Giới thiệu phần cứng của bộ điều khiển khả trình PLC.
•
PLC viết tắt của Program Mable Logic Controller là thiết bị
điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật
toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, bộ điều
khiển thoả mãn các yêu cầu:
•
- Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học.
•
- Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản.
•
- Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình
phức tạp.
•
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
•
- Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul
mở rộng.
•
- Giá cả phù hợp.
•

Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương
pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo
ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trển
việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các tác
vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic
được lập trong chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết
bị bên ngoài tương ứng.
•
Cơ sở của việc sử dụng PLC: Trong công nghiệp trước đây,
các hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các
rơle và các mạch logic điện tử kết nối với nhau theo nguyên lý
làm việc của hệ thống. Điều đó có nghĩa là: Quan hệ giữa các
biến vào và các biến ra tuân theo một hàm số, mà hàm số này
chính được xác định bởi luật kết nối giữa các phần tử logic.
•
(y1, y2, yn ) = f (x1, x2, xn )
•
Như vậy đối với mục đích điều khiển xác định thì hàm f cố
định. Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và làm việc độc
lập thì việc sử dụng các phần tử có sẵn liên kết cứng với nhau
có nhiều ưu điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các hệ thống
điều khiển phức tạp nhiều chức năng thì những cấu trúc theo
kiểu cứng có nhiều nhược điểm như:
•
- Hệ thống cồng kềnh, đầu nối phức tạp dẫn đến độ tin cậy
kém.
•
- Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa
chữa các hư hỏng thì phải dừng cả hệ thống để đấu nối
•

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho
phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử
lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra
đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ
điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất
phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu
điểm chính của việc sử dụng PLC gồm:
•
- Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của
nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho
việc đấu nối dây.
•
- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống.
•
- Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ caoKhối vi xử lý trun tâm
•
+ Hệ điều hànhBộ đếm vào-raBộ định thờiBộ đếmBit cơCổng vào
ra
•
OnboardQuản lý ghép nốiBus của PLC
•
- Bộ nhớ vào ra:
Cổng
ngắt và
đếm tốc
độ cao
Khối vi
xử lý trun
tâm
+ Hệ điều

hành
Bộ đếm
vào-ra
Bộ định
thời
Bộ đếm
Bit cơ
Cổng
vào ra
Onboard
Quản lý ghép
nối
Bus của PLC
•
Hình 1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC
•
Trạng thái tín hiệu vào được nhận biết và chứa trong bộ nhớ, nơi
PLC thực hiện các lệnh logic được lập trình để xử lý các tín hiệu
vào máy và tạo ra các tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị liên
quan.
•
Cấu trúc PLC bao gồm:
•
Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành
một khối. Cũng có một số hạng thiết kế PLC thành từng mô đun
để người sử dụng có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà
ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng. Một
bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất
của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau:

Nguồn cung
cấp
Nhớ chương trình Mô đun
nhập dữ liệu
Mô đun xuất
dữ liệu
+ -
•
Hình 2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC
• Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là:
Khối nguồn, khối vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra.
Thông thường các tín hiệu xuất nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu
tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên
tục (Analog).
• a. Mô đun nguồn: (Moudule)
• Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho
PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp
24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V
xoay chiều.
• b. Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module):
• Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ:
• * Bộ vi xử lý (CPU): CPU là một bộ não của PLC. Nó điều khiển và
kiểm soát tất cả mọi hoạt động bên trong của PLC. Nó thực hiện
những lệnh đã được chương trình hoá lưu trữ bên trong bộ nhớ. Một
hệ thống BUS mang thông tin đến và kết nối CPU, bộ nhớ và bộ xuất
nhập cũng chịu sự điều khiển của CPU. CPU được cung cấp bởi một
tần số đồng bộ do tinh thể thạch anh bên ngoài hay một bộ giao động
RC. Mạch dao động này có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động từ 118
MHZ. Tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý đã được sử dụng và phạm vi sử
dụng. Một CPU bao gồm 3 thành phần riêng biệt sau:

•
+ Bộ điều khiển (CU – Control Unit) gồm khối soạn lệnh và
ngăn xếp có nhiệm vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu
lệnh.
•
+ Bộ lý luận và số học (AIU) để thực hiện các phép toán
số học và logic như: cộng trừ, AND, OR, NOT,…
•
+ Bộ nhớ có tốc độ cao, kích thước nhỏ để lưu các kết
quả tạm thời và các thông tin điều khiển.
•
* Bộ nhớ: Bao gồm bộ nhớ chứa chương trình và bộ nhớ dữ
liệu,….Đơn vị nhỏ nhất của bộ nhớ là bít có giá trị “1” (hoặc
“0”). Nhiều bít hợp theo hàng và cột tạo thành một khối bộ
nhớ. Nội dung bộ nhớ có thể đọc ra hoặc ghi vào. Mỗi bít được
định nghĩa một địa chỉ riêng để bộ nhớ dễ quản lý.
•
Có hai loại bộ nhớ như sau:
•
- Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): Ram là bộ nhớ
chính trong mọi máy tính. Kể cả PLC. Bộ nhớ RAM có lợi là
dung lượng lớn nhưng giá rẻ. Ram là loại bộ nhớ có thể đọc
ghi chương trình một cách dễ dàng. Tuy nhiên dữ liệu trong
Ram sẽ bị xoá sạch khi có sự cố về điện. Vì vậy muốn lưu trữ
chương trình điều khiển tron bộ nhớ Ram thì người ta dùng
phương pháp nuôi bộ nhớ Ram bằng 1 nguồn pin. Nếu cần lưu
trữd dài thì ta dùng loại pin có chất lượng cao
• - Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Rom là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ
nhớ này có đặc tính trái ngược với bộ nhớ Ram là rất khó xoá,
nên khi có sự cố về điện thì nội dung chương trình vẫn còn trong

bộ nhớ. Nhưng hiện này người ta có thể thay đổi nội dung của
nó. Tuỳ thuộc vào cách tạo nội dung, cách xoá nội dung, cách
nập nội dung mới vào nó mà ta có các loại bộ nhớ Rom khác
nhau như: PROM, EPROM, RPROM, EEPROM, EAROM.
• Điển hình ở đây ta xét 2 loại bộ nhớ ROM được dùng rộng rãi
trong các PLC là EPROM và EEPROM.
• + EPROM (Erasable Programmable Read – Only Memory): Bộ
nhớ Rom có thể xoá nội dung chương trình. Nó được xoá bằng
tia cực tím, sau khi nội dung cũ đã xoá thì người ta dùng một
thiết bị đặc biệt để ghi nội dung chương trình mới vào trong
Rom. Loại này rất phức tạp vì phải dùng thiết bị đắt tiền.
• + EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read – Only
Memory):
• Bộ nhớ loại này cũng giống như bộ nhớ EPROM nhưng phương
thức xoá nội dung chương trình đơn giản hơn. Tức là nó được
xoá bằng điện và việc nạp một chương trình mới cho nó cũng
đơn giản. Ngoài hai loại trên trong các PLC người ta còn thường
dùng FLASH EROM. Đối với những bộ điều khiển logic theo
chương trình thuộc loại lớn có thể có nhiều Module CPU nhằm
tăng tốc độ xử lý.
•
c. Mô đun nhập: (Input Module)
•
Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển
bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu
Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín
hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,…Các tín
hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các
căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho mọt lò nào đó hoặc tín hiệu
từ máy phát tốc, cảm biến.

•
Các cảm biến (Sensors) được nối với Module ngõ vào của PLC.
Thông thường một Module nhập có 8 ngõ vào hoặc 16 ngõ vào
hoặc có thể hơn nữa tuỳ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng mà
chọn cho phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần khoảng 16
ngõ vào, ứng dụng trung bình thì cần khoảng 80 ngõ vào, ứng
dụng cỡ dùng các cuộn dây Rơle cho ngõ vào. Điện áp hoạt động
đưa vào các cuộn dây này thường vào khoảng 24 VDC với dòng
vào vài mA (6mA), rất bé so với dòng tiêu thụ qua cuộn dây trong
rơle thực tế. Cũng có PLC hoạt động với điện áp 220V AC. Mặc
dù điện áp cao như vậy nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho mạch
điện tử của PLC vì người ta sử dụng các linh kiện cách ly
(Optocoupler). Theo tiêu chuẩn công nghiệp với điện áp 24 VDC,
người ta quy định:
•
- Điện áp từ 0 - 5 VDC thể hiện logic 0 ở ngõ vào
•
- Điện áp từ 11 - 30 VDC thể hiện logic 1 ở ngõ vào
•
d. Mô đun xuất (Output Module):
• Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém
module nhập. Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất,
do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được
số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra.
Những ứng dụng lớn hơn có thể
• dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng giống như Module nhập thì các ngõ
ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn
220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các
thiết bị trung gian như: CTT. Aptomat. Triac…
• Ngoài ra còn có PLC với ngõ ra là tín hiệu điện: Logic 0 ứng với điện

áp từ 0 - 0,8V và logic 1 ứng với điện áp từ 12 - 28V với dòng ra có khi
lên tới 300mA. Dải điện áp cấp nguồn từ 12V - 28V.
• PLC thực hiện chương trình:
• PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi
là vòng quét (scan). Bắt đầu mỗi vòng quét là việc quét các tín hiệu
vào. Trong quá trình quét này trạng thái hiện thời của mỗi tín hiệu
vào được chứa trong bảng ảnh. Việc quét các đầu vào này rất nhanh,
việc quét phụ thuộc vào các module vào, xung nhịp cũng như các đặc
tính riêng của mỗi loại CPU thực hiện chương trình sử dụng. Công
việc này thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của chương
trình (lệnh MEND). Như vậy thời gian thực hiện chương trình sẽ phụ
thuộc vào độ dài chương trình, độ phức tạp của các lệnh, và đặc tính
kỹ thuật của từng loại CPU
Chuyển dữ liệu từ
đầu ra Q tới cổng ra
Chuyển dữ liệu từ đầu
cổng vào tới đầu vào I
Truyền thông và
kiểm tra bộ nhớ
Thực hiện
chương trình
•
Hình 3: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC
•
Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với
bảng ảnh ra. Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông
nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn
chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những trường hợp cần
thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện
chương trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện

điều này. Tập lệnh của PLC chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt,
lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường của chương
trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chương
trình. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét
gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không
cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện
trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực
hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh
trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được
truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng quét chiếm thời gian
quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiện càng
nhanh.
•
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không
làm việc trực tiếp với 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 thì hệ thống sẽ cho dừng mọi
công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện
lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra.
•
Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con 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.
•
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC – PLC-S7-200 CỦA
SIEMEN
•

2.1 Giới thiệu phần cứng S7-200
•
là PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens.Cấu trúc S7-200 gồm 1
CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác
nhau.S7-200 gồm nhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226….có
nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu cầu: tổng số ngõ
vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng (AS-I, Profibus
Hinh 4:hình dáng s7-200
•
2.1.2Ðặc trýng thông số
•
Các đèn báo:
•
Có 3 loại đèn báo hoạt động:
•
RUN: ðèn xanh –báo hiệu PLC ðang hoạt ðộng
•
STOP :ðèn vàng –báo hiệu PLC
•
SF (sýtem Failure):ðèn ðỏ báo hiệu PLC bị sự cố.
•
Có 2 loại ðèn chỉ thị
•
Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào.
•
Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra
•
2.1.3Ðặc ðiểm ngỏ vào
•
Mức logic 1: 24VDC/7mA

•
Mức logic 0 ðến 5VDC/1MA
•
Ðáp ứng thời gian: 0.2ms
•
Cách ly quang: 500ACV
•
Ðị a chỉ ngõ vào: Ix.x
•
Ðặc ðiểm ngõ ra:
•
Ðiện áp tác ðộng: 24 -28VDC/2A
•
Ngõ ra Relay hoặc transitor Sourcing
•
Chịu quá dòng ðến 7A
•
Ðiện trở cách ly nhỏ nhất 100m ôm
•
Ðiện trở công tắc 200 Ω
• Ðiện trở công tắc: 200m Ω
• Thời gian chuyển mạch tối ða 10ms
• Không có chế ðộ bảo vệ ngắn mạch
• Ðịa chỉ ngõ ra:Qx.x
• Nguồn cung cấp
• Ðiện áp nguồn 20-24VDc
•
Dòng tối ða 900mA
•
Thời gian duy trì khi mất nguồn 10ms

• Cầu chì bên trong 2A/250V
• Công tắc chọn mode
• Không có cách ly nguồn ðiện
• Mode công tắc chọn
• Có 3 vị trí lựa chọn công tắc
•
RUN: cho phép PLC thực hiện chýõng trình
•
PLC sẽ dừng chýõng trình khi có sự cố
• TERM :cho phép máy lập trình quyết ðịnh chế ðộ hoạt ðộng PLC
• Cổng truyền thông
• Sử dụng cổng RS485 ðể ghép nối với máy tính hoặc thiết bị khác.
•
Tốc ðộ truyền là 9600 bauds
•
Ghép nối PLC và máy tính
•
Sử dụng cáp PC/PPI chuyển đổi giữa RS232 và RS485
•
♣ Chuyển đổi: