Slide bài giảng tìm hiểu về PLC

Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí
Mechatronics Department
BAN CƠ-ĐIỆN TỬ
TRUNG TÂM THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí
PLC S7 200
Progammable Logic Controller
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí
PLC CƠ BẢN
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí
PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển logic
lập trình được, được thiết kế nhằm thay thế phương pháp
điều khiển truyền thống dùng rơle và các thiết bị rời cồng
kềnh khác, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng
và linh hoạt dựa vào việc lập trình trên các thuật toán logic
cơ bản. Ngoài ra nó còn có thể thực hiện những tác vụ khác
như: định thời gian trễ, đếm, tính toán, v.v…
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí
Ngày nay PLC được sản xuất bởi rất nhiều hãng khác nhau trên thế giới như:
FESTO, MITSUBISHI, OMRON, ALLEN BRADLEY, LG …và SIEMENS. Các thiết
bị phần cứng và phần mềm của hãng SIEMENS ngày càng được sử dụng rộng
rãi trong các quá trình tự động ở trong các nhà máy. Chúng bao gồm PG (thiết
bị lập trình), họ SIMATIC S5, S7, M5, M7… các bộ phần mềm lập trình, điều

khiển, giám sát, lập cấu hình mạng, giao diện người-máy như: Step7 MicroWin,
Step7, WinCC,…
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Thang máy

Một số ứng dụng PLC
trong công nghiệp
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Tủ điện:

Một số ứng dụng PLC
trong công nghiệp
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay.

Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều
khiển chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển.

Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống.

Nhiều chức năng điều khiển.


Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao.

Công suất tiêu thụ nhỏ

Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.

Ưu điểm của PLC
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

PLC Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì:

Bền trong môi trường công nghiệp.

Giao diện không thân thiện với người sử dụng.

Tốc độ xử lý tương đối cao.

Có nhiều loại khác nhau để lựa chọn tùy nhu cầu sử dụng và độ
phức tạp của hệ thống điều khiển.

Có khả năng mở rộng số đầu vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều
khiển bằng cách nối thêm các khối vào ra chức năng.

Dể dàng điều khiển và giám sát từ máy tính.

Giá thành hợp lý tùy vào từng loại PLC
1. Giới thiệu chung về PLC

Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí
So với một hệ thống máy tính, PLC khác ở cả hardware (phần cứng),
firmware (chương trình) và software (phần mềm). Tuy vậy về cơ bản,
PLC dựa trên cơ sở một microcomputer.

Hardware: bao gồm các thiết bị công nghệ, bảng mạch in, các mođun
tích hợp, pin, vỏ…

Firmware: là một bộ phận phần mềm, nó được cài đặt sẵn và được
cung cấp bởi nhà sản xuất. Nó bao gồm hệ thống lịch trình, được sử
dụng cho việc khởi động sau khi có nguồn cấp vào. Hơn nữa, một PLC
còn có một hệ điều hành, nó được lưu ở trong ROM (bộ nhớ chỉ đọc)
hoặc trong EPROM.

Software: là chương trình do người sử dụng viết. Chúng thường
được cài ở trong RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) để có thể chỉnh sửa
được.

Kết cấu của PLC:
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Các thành phần của PLC:

Bộ Vi xử lý (CPU: Central
Processing Unit)

Một hệ điều hành (software)

để quản lý và thực hiện
chương trình.

Bộ nhớ để lưu chương trình
điều khiển và dữ liệu vào ra.

Các đầu vào, đầu ra để nhập
dữ liệu từ cảm biến và xuất
dữ liệu ra cơ cấu chấp hành.
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Nguyên lý hoạt động của PLC:
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

LOGO:
Ứng dụng cho các hệ thống nhỏ khoảng vài chục I/O.



1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Simatic S7-200:
- Ứng dụng cho các hệ thống nhỏ có số lượng khoảng 148 I/O


S7-200 gồm các loại sau:

S7-200 CPU 214

S7-200 CPU 221

S7-200 CPU 222

S7-200 CPU 224

S7-200 CPU 224-XP

S7-200 CPU 226
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí




Simatic S7-300: Ứng dụng cho các hệ thống vừa có số lượng vài ngàn I/O.
- Bộ S7-300 CPU 318 có khả năng quản lý: 65,536 đầu vào số, 65,536 đầu
ra số, 4096 đầu vào tương tự, 4096 đầu ra tương tự.
- Simatic S7-300 có các loại CPU sau: CPU 312; CPU 313; CPU314; CPU
315; CPU 317; CPU 318;

PLC c a SIEMENSủ

Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Cấu tạo: Bộ PLC gồm các phần sau.

Modul nguồn

Bộ xử lý trung tâm CPU

Bộ xử lý truyền thông CP

Các đầu vào/ra (số và tương tự)

Các Module đặc biệt.
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Module đầu vào tín hiệu số:
Mô đun đầu vào của một PLC kết nối với cảm biến. Tín hiệu từ cảm
biến được đưa vào bộ điều khiển trung tâm. Mô đun đầu vào có
các chức năng quan trọng sau:

Nhận biết tín hiệu

Biến đổi điện áp vào thành tín hiệu logic

Bảo vệ cảm ứng điện từ điện áp bên ngoài

Thể hiện tín hiệu

1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Module đầu ra tín hiệu số:
Mô đun đầu ra đưa tín hiệu của khối điều khiển trung tâm đến phần
tử điều khiển cuối cùng, nó được thực hiện theo nhiệm vụ điều
khiển. Nhìn từ khía cạnh ứng dụng PLC, mô đun đầu ra có các
chức năng sau:

Biến điện áp logic thành điện áp điều khiển.

Bảo vệ điện tử cảm ứng từ điện áp nhiễu từ bộ điều khiển.

Khuyếch đại công suất để đáp ứng công suất cho phần tử tự
động cuối cùng.

Bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải.
Có 2 cách để đạt được những chức năng trên: là sử dụng rơle
hoặc sử dụng điện tử công suất.
1. Giới thiệu chung về PLC
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Khối xử lý trung tâm
- Thành phần cơ bản của S7 - 200 là khối xử lý trung tâm (CPU: Central
Processing Unit) bao gồm hai chủng loại: CPU 21x và CPU 22x. Mỗi
chủng loại có nhiều CPU. Loại CPU 21x ngày nay không còn sản xuất
nữa, tuy nhiên hiện vẫn còn sử dụng rất nhiều trong các trường học và
trong sản xuất. Tiêu biểu cho loại này là CPU 214.

2. PLC S7 200 của SIEMENS
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

CPU 214 có cấu hình như sau:
2. PLC S7 200 của SIEMENS
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Mô tả các đèn báo trên CPU 214:
- SF (Đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF sáng lên khi PLC
có lỗi.
- RUN ( Đèn xanh): cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện
chương trình được nạp vào trong bộ nhớ chương trình của PLC.
- STOP (Đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng.
Dừng chương trình đang thực hiện lại.
- I x.x (Đèn xanh): Đèn xanh ở đầu vào chỉ định trạng thái tức thời của đầu
vào ( x.x = 0.0 - 1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị
logic của đầu vào.
- Qy.y (Đèn xanh): Đèn xanh ở đầu ra chỉ định trạng thái tức thời của đầu ra
(y.y = 0.0 - 1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic
của đầu ra.

2. PLC S7 200 của SIEMENS
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Chọn chế độ làm việc cho PLC
Công tắc chọn chế độ làm việc nằm ở phía trên, có ba vị trí cho
phép

chọn các chế độ làm việc khác nhau của PLC:
- RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC
S7-22x sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu
trong máy có sự cố, hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP.
- STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển
sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh,
nạp, xóa một chương trình.
- TERM: Cho phép người dùng từ máy tính quyết định chọn một
trong hai chế độ làm việc cho PLC hoặc RUN hoặc STOP.
2. PLC S7 200 của SIEMENS
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

CPU 214 có các đặc tính như sau:
- Bộ nhớ chương trình (chứa trong EEPROM): 4096 Byte (4 kByte)
- Bộ nhớ dữ liệu: 4096 Byte (trong đó 512 Byte chứa trong EEPROM)
- Số lượng đầu vào: 14 đầu vào tích hợp trong CPU
- Số lượng đầu ra: 10 đầu ra digital tích hợp trong CPU
- Số module mở rộng: tối đa 7 module gồm cả module analog
- Số lượng cổng vào/ra số cực đại: 64
- Số lượng Timer :128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau:
4 Timer 1ms, 16 Timer 10 ms và 108 Timer có độ phân giải 100ms.
- Số lượng Counter: 128 bộ đếm chia làm hai loại: 96 Counter Up và
32 Counter Up/Down.

2. PLC S7 200 của SIEMENS
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

CPU 214 có các đặc tính như sau:

- Bit memory (Vùng nhớ M): 256 bit
- Special memory (SM) : 688 bit dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ
làm việc.
- Có phép tính số học
- Bộ đếm tốc độ cao: 2 counter 2KHz và 1 counter 7KHz
- Đầu vào analog tích hợp sẵn: 2.
- Các chế độ ngắt và xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên
hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền
xung.
Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi
PLC bị mất nguồn nuôi.

2. PLC S7 200 của SIEMENS
Ban Cơ điện tử
Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Truyền thông CPU 214:
- S7-214 sử dụng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9
chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc
với các trạm PLC khác.
- Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud.
- Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua đầu RS-232 cần có cáp
nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 và qua đầu USB ta
có cáp USB/PPI.
2. PLC S7 200 của SIEMENS