Giáo trình trang thiết bị điện tàu thủy - Chương 8 ppsx

Chơng VIII: ứng dụng PLC trong tự động hoá
Bài 8.1. Khái niệm về điều khiển lập trình


Bài 8.2. Giới thiệu tổng quát về PLC
Giới thiệu chung:

PLC ra đời năm 1968 bởi những nhà thiết kế của công ty General Motor Mỹ,
trong thời điểm này hệ thống PLC còn quá đơn giản, cồng kềnh, ngời sử dụng
gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành do cha có các thiết bị ngoại vi hỗ trợ cho
công việc lập trình.
Để đơn giản hoá việc lập trình, hệ thống điều khiển khả trình cầm tay đầu tiên
đợc ra đời năm 1969 đã tạo ra một sự phát triển hơn cho kỹ thuật điều khiển lập
trình, PLC lúc này chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống rơ le và dây nối trong hệ
thống điều khiển cổ điển.
Những năm đầu thập niên 1970 các hệ thống PLC còn có thêm khả năng khác
đó là: Sự hỗ trợ bởi những thuật toán, vận hành với các dữ liệu cập nhật.
Từ năm 1975 đến nay hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức
năng mở rộng, hệ thống I/O có thể tăng tới hơn 8.000 cổng, dung lợng bộ nhớ
tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ.
1. Khái niệm về PLC
PLC là từ viết tắt của cụm từ tiến Anh "Progrrammable Logic Controller": bộ
điều khiển logic có thể lập trình (khả trình).
Là một thiết bị mà ngời sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt hay một
trình tự các sự kiện. Các sự kiện này đợc kích hoạt bởi các tác nhân kích thích
(thờng gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ nh: thời
gian định hay các sự kiện đếm. Một khi một sự kiện đợc kích hoạt nó sẽ bật ON
hay tắt OFF thiết bị điều khiển điện tử bên ngoài. Một bộ điều khiển lập trình sẽ
liên tục thực hiện từng lệnh của chơng trình do ngời sử dụng lập ra chờ tín hiệu
ở ngõ vào và xuất tín hiệu ra tại các thời điểm lập trình.

2. Cấu trúc, hoạt động, phân loại
a/ Cấu trúc:
Về cơ bản PLC đợc chia làm 5 phần chính nh sau:






cpu
Giao
diện
đầu
vào
Giao
diện
đầu
ra
B
ộ
nh
ớ
Nguồn

Phần giao diện đầu vào (Input):
Biến đổi các đại lợng điện đầu vào thành các mức tín hiệu số và cấp vào cho
CPU xử lý. Các thiết bị đầu vào là: Nút ấn, cầu dao, phím Ngoài ra PLC còn
nhận đợc tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động nh: công tắc trạng thái, công
tắc giới hạn, cảm biến Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái logic
ON/OFF hoặc tín hiệu tơng tự (Analog).

Phần giao diện đầu ra (Output):
Thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu số bên trong PLC thành
các tín hiệu điều khiển. Các thiết bị đầu ra thông thờng là: Động cơ, cuộn dây
nam châm, rơ le (relay), chuông báo
Bộ xử lý trung tâm (CPU):
Tuần tự thực thi các lệnh trong chơng trình lu trong bộ nhớ, xử lý các tín hiệu
đầu vào và đa ra kết quả điều khiển cho phần giao diện đầu ra.
Bộ nhớ (Memory):
Lu chơng trình điều khiển đợc lập bởi ngời dùng, nội dung của bộ nhớ
đợc mã hoá dới dạng mã nhị phân.
Nguồn cung cấp cho hệ thống ( Power Supply):
Biến đổi nguồn cung cấp từ bên ngoài thành mức thích hợp cho các mạch điện
tử bên trong PLC.
b/ Hoạt động:
PLC thực hiện chơng trình theo chu kỳ lặp, mỗi vòng lặp đợc gọi là một
vòng quét, bắt đầu bằng giai đoạn nhập dữ liệu từ các cổng vào nh : Công tắc, nút
ấn, cảm biến vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chơng trình,
giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét đợc kết thúc bằng việc
chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới đầu ra.
Vậy một vòng quét đợc bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào và sau đó
thực hiện chơng trình vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra.

2. giai đoạn thực hiện
chơng trình
1. giai đoạn nhập dữ
liệu từ ngoài vào
4. giai đoạn chuyển dữ
liệu ra cổng ra
3. giai đoạn truyền
thông nội bộ và tự
kiểm tra lỗi

Một vòng quét thờng xảy ra với một thời gian rất ngắn, từ 1ms tới 100ms.
Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chơng
trình và cả mức độ giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.
c/ Phân loại.
PLC siêu nhỏ có 32 cổng I/O, bộ nhớ 1K
PLC cỡ nhỏ có 128 cổng I/O, bộ nhớ 2K
PLC cỡ trung bình có 1024 cổng I/O, bộ nhớ 4K, có thể nâng lên 8K
PLC cỡ lớn có 2048 cổng I/O, bộ nhớ 12K, mở rộng thêm đợc 32K
PLC cỡ rất lớn có 8192 cổng I/O, bộ nhớ 64K, mở rộng thêm đợc 1M

Bài 8.3. Các thao tác chung trên Plc
1. Kết nối
* Kết nối PLC với các thiết bị vào ra I/O ( Input/ Output: thiết bị nhập dữ liệu vào
và thiế bị xuất dữ liệu ra)
Khi kết nối PLC với các thiết bị vào ra thì phải căn c vào điện áp nguồn nuôi
cho PLC, điện áp cấp cho các tín hiệu vào, điện áp xuất ra khi PLC làm việc. Hầu
hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5 V, tín hiệu xử lý là 12/ 24 VDC
hoặc 100/240 VAC.

Thực tế hiện nay đã có những bộ PLC điện áp xuất ra là 220V vì vậy khi kết
nối với các thiết bị với đầu ra của bộ PLC thì không phải nối thông qua cuộn dây
của rơ le trung gian nh trên mà kết nối trực tiếp với cuộn dây của công tắc tơ của
mạch động lực.
* Kết nối PLC với thiết bị lập trình
Thông dụng thiết bị lập trình cho PLC là máy tính. Các PLC kết nối với máy
tính thông qua các cổng giao tiếp khác nhau:
Input1 Output 1


Input2 Output 2



Input n Output n

Com

Ví dụ: Với PLC của hãng OMRON (CPU CPM2A) kết nối với máy tính thông qua
cổng giao tiếp là RS-232C
Với PLC của hãng SIEMEN (Simantic S7-200 CPU224) kết nối với máy tính
thông qua cổng giao tiếp RS-485
2. Cài đặt phần mềm lập trình
Đối với mỗi PLC của các hãng khác nhau thì lại có một phần mềm ứng dụng
lập trình cho PLC.
Ví dụ: Với PLC của hãng OMRON (CPU CPM2A) sử dụng phần mềm Syswin 3.4
để lập trình thông qua công cụ lập trình là máy tính.
Với PLC của hãng SIEMEN (Simantic S7-200 CPU224) sử dụng phần mềm
V3.2 STEP 7 MicroWIN để lập trình thông qua công cụ lập trình là máy tính.
3. Soạn thảo chơng trình (lập trình) cho PLC
4. Vận hành


Bài 8.4. Lập trình cho PLC
1. Phơng pháp viết chơng trình
Chơng trình là chuỗi các lệnh nối tiếp nhau viết theo một ngôn ngữ mà một
PLC có thể hiểu đợc.
Cách viết chơng trình cho PLC dựa trên hai phơng pháp cơ bản: Phơng
pháp hình thang (Ladder logic viết tắt là LAD) và phơng pháp liệt kê lệnh
(Statement list - viết tắt là STL).
Chơng trình đợc viết theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tạo ra một chơng
trình theo kiểu STL tơng ứng và ngợc lại.
* Phơng pháp LAD:
LAD là ngôn ngữ lập trình đồ họa những thành phần cơ bản dùng trong LAD
tơng ứng với các thành phần cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic:
+ Tiếp điểm: là biểu tợng mô tả các tiếp điểm của rơle tơng ứng
Tiếp điểm thờng đóng

Tiếp điểm thờng mở
+ Tín hiệu ra (tơng tự nh đa điện đến cuộn dây công tắc tơ hoặc rơ le):
Ký hiệu (với PLC của hãng OMRON)
hoặc (với PLC của hãng SIEMEN)
+ Hộp : Là biểu tợng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện
chạy đến hộp. Thờng là các bộ thời gian - Timer, bộ đếm - Counter và các
hàm toán học.


+ Mạng LAD: là đờng nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đờng
nguồn bên trái sang nguồn bên phải, có thể coi đờng nguồn trái là dây pha,
đờng nguồn bên phải là dây trung tính. đờng nguồn bên phải không đợc thể
hiện, dòng điện chạy từ trái qua các tiếp điểm và đến tín hiệu ra ( tơng ứng
các cuộn dây) hoặc các hộp rồi về bên phải nguồn.
* Phơng pháp liệt kê lệnh STL :
Phơng pháp liệt kê lệnh STL là phơng pháp thực hiện chơng trình dới
dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chơng trình kể cả những lệnh hình
thức biểu diễn một chức năng của PLC.
Thờng sử dụng viết chơng trình theo phơng pháp hình thang (LAD) đơn
giản, dễ hình dung vì nó tơng tự nh các sơ đồ mạch điều khiển có tiếp điểm của
rơ le công tắc tơ.
2. Lập trình với PLC của hãng OMRON (CPU loại CPM2A)
Với PLC của hãng OMRON (CPM2A) có tổng số 20 cổng vào/ ra
Có 12 cổng vào với địa chỉ từ: 00; 01; ; 09 ; 10; 11:
Có 8 cổng ra với địa chỉ từ: 1000; 1001; ; 1007:
Sử dụng phần mềm Syswin 3.4 để soạn thảo chơng trình theo các bớc sau:
* Soạn thảo chơng trình mới:
Nháy đúp vào biểu tợng Syswin 3.4 từ màn hình destop để khởi động phần
mềm.
Nháy đúp vào biểu tợng tiếp điểm, cuộn dây, Timer, counter để soạn chơng

trình chú ý phải khai báo địa chỉ.
Soạn thảo xong thì ghi ch
ơng trình vào máy tính:
File\ Save Project as\ Đặt tên file\ OK
* Nạp và Chạy chơng trình vừa tạo lập:
+ Nạp chơng trình:
Online\ mode\ stop\ ok
Online\ Clear memory\ All areas\ OK\ Yes
Online\ Down load progam to PLC\ Yes\ Ok
+ Chạy chơng trình:
Online\ Mode\ Run\ Ok\ Yes
* Dừng chơng trình đang chạy:
Online\ Mode\ Stop\ OK
* Mở chơng trình cũ:
File\ Open project\ Chọn tên file cần mở\ OK.

* Ví dụ:

Chơng trình điều khiển động cơ quay theo một chiều (Mạch khởi động từ
đơn). Sử dụng phần mề Syswin3.4 để lập trình cho PLC của hãng OMRON đối với
CPU loại CPM2A.

3. Lập trình cho PLC của hãng SIEMEN (simatic S7-200 với CPU224)
Với PLC của hãng SIEMEN có nhiều đời nh S7-200; S7-300; và hiện nay có
cả S7-400.
Đối với PLC của SIEMEN (simatic S7-200) thì có CPU212; CPU214;
CPU224; CPU226
Với CPU224:
* Các cổng vào ra
- Có 14 cổng vào với địa chỉ từ: I0.0; I0.1; ; I0.7; và từ I1.0; I1.1; ; I1.5
- Có 10 cổng ra với địa chỉ từ: Q0.0; Q0.1; ; Q0.7; Q1.0; Q1.1
Sử dụng phần mềm V3.2 STEP 7 Micro WIN để soạn thảo chơng trình thực
hện theo các bớc sau:
* Soạn thảo mới một chơng trình:
Từ màn hình destop nháy đúp chuột trái vào biểu tợng V3.2 Step7 Microwin
để khởi động phần mềm soạn thảo.
Kích chuột trái vào biểu tợng Bit logic để lấy các tiếp điểm hoặc vào bộ định
thời gian Timer, bộ đếm Couter
Để lấy tiếp điểm thờng đóng, thờng mở, tín hiệu ra (tơng tự cuộn dây công
tắc tơ, rơ le trung gian) ta kích đúp chuột vào các biểu tợng đó, sau đó gán
địa chỉ cho chúng.
Sau khi soạn thảo xong kích chuột vào PLC trên thanh công cụ và kích vào
compile để kiểm tra lỗi. Nếu có lỗi thì sửa, không có lỗi thì nháy chuột vào file\
save as\ nhập tên file vừa tạo lập\ OK
Chú ý:
- Các biến trung gian (tơng tự nh rơ le trung gian) bắt đầu bằng địa chỉ
m0.0 hoặc s0.0

100000 01
1000
End(01)

- Timer (tơng tự nh rơ le thời gian ): Khai báo tên timer (dùng loại ton) bắt
đầu từ T37 sau đó khai báogiá trị thời gian cần tác động vào chân PT
- Couter (Bộ đếm) : Chân CU (cấp xung), chân R (reset)
* Nạp và chạy chơng trình vừa tạo lập:
+ Xoá chơng trình cũ nếu có:
PLC\ PLC\ Clear/ok/ok
+ Nạp chơng trình vừa tạo lập vào PLC:
File\ download\ OK
+ Chạy chơng trình:
PLC\ Run
+ Kết thúc chơng trình:
PLC\ Stop
* Nạp và Chạy chơng trình cũ:
File\ Open\ Chọn tên file cần mở\ Open
PLC\ Compile\ PLC\ Clear\ OK
File\ Download\ OK
PLC\ Run\ Yes
PLC\ Stop\ Yes
* Ví dụ:

Chơng trình điều khiển động cơ quay theo một chiều (mạch khởi động từ
đơn). Sử dụng phần mề V3.2 STEP 7 Micro WIN để lập trình cho PLC của hãng
SIEMEN đời S7-200 với CPU 224.

Q0.0I0.0 I0.1
Q0.0

END

Bài 8.5. ứng dụng của plc
trong mạch điều khiển động cơ quay hai chiều
(Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A)

1. Chơng trình điều khiển động cơ quay theo hai chiều không có khoá liên
động:
Yêu cầu:
- Bấm nút mở thuận (01) động cơ quay thuận.
- Bấn nút dừng (00) động cơ dừng.
- Bấm nút mở ngợc (02) động cơ quay ngợc.

00 01 1000
1000
End(01)
1001
02 1001
1001
1000

2. Chơng trình điều khiển động cơ quay theo hai chiều có khoá liên động:

Yêu cầu:
- Bấm nút mở thuận (01) động cơ quay thuận.
- ấm nút mở ngợc (02) động cơ quay ngợc (đảo chiều trực tiếp).
- Bấm nút dừng động cơ dừng.

























Bài 8.6. ứng dụng của plc trong mạch điều khiển

tuần tự khởi động các động cơ dùng timer
(Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A)

1. Chơng trình điều khiển khởi động tuần tự 3 động cơ với yêu cầu:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động trớc.
- Sau 5 giây động cơ số 2 tự động khởi động.
- Sau 5 giây tiếp theo động cơ số 3 tự động khởi động.
- Khi bấm nút dừng thì cả 3 động cơ đều dừng.
00 01 1000
1000
End(01)
1001
02 1001
1001
1000
02
01

2. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn khëi ®éng tuÇn tù 3 ®éng c¬ víi yªu cÇu:
Yªu cÇu:
- Khi bÊm nót khëi ®éng th× ®éng c¬ sè 1 khëi ®éng tr−íc.
- Sau 5 gi©y ®éng c¬ sè 2 tù ®éng khëi ®éng.

- Sau 5 gi©y tiÕp theo ®éng c¬ sè 3 tù ®éng khëi ®éng.
- Khi bÊm nót dõng th× ®éng c¬ sè 3 dõng tr−íc, sau 5 gi©y ®éng c¬ sè 2 tù ®éng
dõng, sau 5 gi©y cuèi ®éng c¬ sè 1 tù ®éng dõng.


00 01
1001
1001
1001
Timer
TIM

001

#0050
0050bcd
TIM01
1003
1003
Timer
TIM

002

#0050
0050bcd
TIM02
1005
End(01)

1001
Timer
TIM

001

#0050
0050bcd
Timer
TIM

002

#0050

0050bcd
01
1001
1001
1003
1003
1005
End(01)
TIM01
TIM02
00
2000
2000
2000
Timer
TIM

003

#0050
0050bcd
TIM03
TIM03
Timer
TIM

004

#0050
0050bcd

TIM04
2000
1001

Bài 8.7. ứng dụng của plc
Dùng bộ đếm counter
(Sử dụng phần mềm Syswin3.4 ứng dụng cho PLC của hãng Omron - CPM2A)

1. Chơng trình điều khiển động cơ hoạt động khi có xung đếm:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút khởi động thì động cơ số 1 khởi động.
- Sau khi cấp 5 xung thì động cơ số 2 khởi động.
- Khi bấm nút dừng thì cả hai động cơ đều dừng.

00 01 1000
CNT001
End(01)
1002
02 02
Counter
CNT


001

#005
1000
1000
1000

2. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®éng dõng ®éng khi cã xung ®Õm:
Yªu cÇu:
- Khi bÊm nót khëi ®éng th× ®éng c¬ ho¹t ®éng.
- Sau khi cÊp 5 xung ®Õm th× ®éng c¬ dõng.


00 01 1000

02 02
Counter
CNT


001


#005
1000
1000
CNT001

Bài 8.8. ứng dụng của plc Trong mạch
điều khiển đèn giao thông dùng timer

(Sử dụng phần mềm V3.2 Setp7 MicroWIN ứng dụng cho PLC của hãng
SIEMEN- CPU 224)

1. Chơng trình điều khiển đèn giao thông 3 đèn:
Yêu cầu:
- Khi bấm nút mở thì đèn xanh sáng 20 giây.
- Sau 20 giây thì đèn vàng sáng 5 giây đồng thời đèn xanh tắt.
- Sau 5 giây thì đèn đỏ sáng 25 giây đồng thời đèn vàng tắt (đèn xanh vẫn tắt).
- Sau 25 giây thì đèn xanh lại sáng đẻn đỏ tắt chu kỳ lặp lại từ đầu.

I0.0 I0.1
M0.0
Q0.1
Q0.1
T37
Q0.2
T37
200
IN TON

PT
Q0.2
Q0.2
Q0.2
T38
50

IN TON

PT
T38
Q0.3
Q0.3
Q0.3
T39
250
IN TON

PT
M0.0
Q0.3
Q0.3
T39

2. Chơng trình điều khiển đèn giao thông 6 đèn:
Yêu cầu:
- Khi bắt đầu làm việc ấn nút I0.1 thì đèn hoạt động theo sơ đồ mô tả sau:
- Khi ấn nút dừng I0.0 thì bất kỳ đèn nào đang sáng thì phải tắt
- Muốn mạch hoạt động trở lại ấn nút I0.1

X
1
V
1
Đ
1





Đ
2
X
2

V
2

20s
5s
25s
25s
20s
5s












Bài 8.9. ứng dụng của plc
Dùng bộ đếm counter
(Sử dụng phần mềm V3.2 Setp7 MicroWIN ứng dụng cho PLC của hãng
SIEMEN- CPU 224)

1. Chơng trình điều khiển đèn sáng khi có xung đếm:
Yêu cầu:
- Lúc đầu đèn tắt.
- Khi cấp 5 xung đếm thì đèn sáng.

- Khi bấm nút dừng thì đèn tắt.





1. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®Ìn t¾t khi cã xung ®Õm:
Yªu cÇu:
- Khi bÊm nót khëi ®éng th× ®Ìn s¸ng.
- Sau khi cÊp 5 xung ®Õm th× ®Ìn t¾t.