Bài tập lớn PLC ứng dụng PLC đo ,điều khiển và cảnh báo áp suất trên đường ống với dải đo 05 bar

Bài tập lớn

Nhóm 7_Đ5_K8

GVHD:Nguyễn Thu Hà

1


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả
trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn
giản, chỉ có chức năng đóng mở ON/OFF thông thường cho đến các ứng dụng cho các
lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản
xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm :
-

Hoá học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân
đong trong ngành hoá…

-

Chế tạo máy và sản xuất: tự động hoá trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặt
máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…

-

Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ bọt, quá trình cán,gia
nhiệt…

-

Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình
sản xuất, bơm (bia, nước trái cây…) cân đong, đóng gói, hoà trộn…

-

Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất
lượng.

-

Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin…) các
trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ).
Ứng dụng PLC trong công nghiệp cũng như trong đời sống là không thể phủ
nhận. kế thừa những tinh hoa đó nhóm chúng em đã quyết định xây dựng đề tài:
“ Ứng dụng PLC đo, điều khiển và cảnh báo áp suất trên đường ống với giải đo:
[0 ÷ 5]bar”

Nhóm 7_Đ5_K8

2


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

LỜI CẢM ƠN
Bài tập lớn môn PLC là một bài tập vô cùng quan trọng trong hành trang của mỗi
sinh viên. Nó cũng như đánh dấu 1 bước trưởng thành mới của mỗi chúng em. Để
hoàn thành được bài đồ án môn này cho phép nhóm chúng em xin được bày tỏ lòng
biết ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Điện- Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Nội đã truyền thụ những kiến thức vô cùng quý báu và bổ ích trong thời gian đã qua.
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài của chúng em cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn
chân thành tới cô: Nguyễn Thu Hà - Bộ Môn Đo Lường Và Điều Khiển- Khoa
Điên- Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội. Cô đã luôn tận tình giúp đỡ chỉ bảo,
cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm trong suốt thời gian tìm
hiểu, nghiên cứu và xây dựng đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm 7_Đ5_K8

3


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.Đặt vấn đề
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác
máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế hoàn
toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay; khả năng điều

khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ
bản; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ;
Biến tần (Inverter, Variable Speed Drive – VSD) là thiết bị dùng để điều
khiển tốc độ động cơ dựa trên sự thay đổi tần số làm việc. Trên thế giới hiện nay,
biến tần được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp. Ngoài ý nghĩa về mặt điều
khiển, nó còn có nhiều chức năng khác như khởi động mềm, hãm, đảo chiều,
điều khiển thông minh… Trong đa số trường hợp, việc sử dụng biến tần còn
mang lại hiệu quả kinh tế (tiết kiệm điện năng tiêu thụ). Biến tần được ứng dụng
nhiều cho các động cơ có yêu cầu về thay đổi tốc độ như: bơm, quạt, băng tải,
thang máy…
1.2. Lý do chọn đề tài
Các trạm bơm cung cấp nước với công suất lớn thường được sử dụng trong
khu công nghiệp, khu dân cư, các chung cư, khách sạn và tòa nhà cao tầng, hệ
thống phân phối nước sạch trong mạng lưới cấp nước sinh hoạt, các trạm cấp
nước nông thôn… Các trạm bơm nước phổ biến hiện nay đều được thiết kế theo
phương pháp truyền thống với đặc điểm là các bơm được khởi động trực tiếp sao/
tam giác và tất cả các động cơ đều hoạt động ở tốc độ định mức. Phương pháp
này có nhược điểm chính là tổn hao điện năng lớn và khó kiểm soát được áp suất
trong đường ống nước.
Trên cơ sở những kiến thức được trang bị trên ghế nhà trường, dựa vào
những tính năng ưu việt của PLC và biến tần. Em xin được lựa chọn đề tài “Đo,
cảnh báo và điều khiển áp suất đường ống cho một bơm” với những chức năng
cơ bản giống với một hệ thống biến tần sử dụng 1 bơm .

Nhóm 7_Đ5_K8

4


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

1.3. Mục đích
Mục đích của đề tài là ổn định áp suất trong đường ống ở một ngưỡng đặt
trước thông qua sự điều khiển của PLC đối với biến tần, hệ thống bơm dựa trên
tín hiệu mà cảm biến áp suất trong đường ống đưa về.
1.4 Phương pháp đo
1.4.1 Định nghĩa:
Áp suất là đại lượng có giá trị bằng tỉ số giữa lực tác dụng vuông góc lên một mặt với
diện tích của nó.
Công thức:
P: áp suất
F: lực tác dụng
S: tiết diện
Đối với các chất lỏng, khí hoặc hơi ( gọi chung là chất lưu), áp suất là một thông
số quan trọng xác định trạng thái nhiệt động học của chúng
Trong công nghiệp, việc đo áp suất chất lưu có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo
an toàn thiết bị, cũng như giúp cho việc kiểm tra và điều khiển hoạt động của máy
móc thiết bị có sử dụng chất lưu.
Trong hệ đơn vị quốc tế (SI), đơn vị áp suất là Pascal: 1 Pascal là áp suất tạo bởi
một lực có độ lớn bằng 1N phân bố đồng đều trên một diện tích 1m2 theo hướng
pháp tuyến
1.4.2. Nguyên lý đo áp suất
Đối với chất lưu không chuyển động, áp suất chất lưu là áp suất tĩnh. Do vậy, đo
áp suất chất lưu thực chất là xác định lực tác dụng lên một diện tích thành bình.

Nhóm 7_Đ5_K8

5

Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Đối với chất lưu không chuyển động chứa trong một ống hở đặt thẳng đứng, áp
suất tĩnh tại một điểm M cách bề mặt tự do một khoảng h được xác định theo công
thức:
p = p0 + ρgh
Trong đó:

p0 là áp suất khí quyển
ρ: khối lượng riêng của chất lưu
g: gia tốc trọng trường.

Để đo áp suất tĩnh có thể tiến hành bằng các cách sau:
-

Đo áp suất chất lưu lấy qua một lỗ được khoan trên thành bình nhờ cảm biến
thích hợp.
Đo trực tiếp biến dạng của thành bình do áp suất gây nên.

Trong cách đo thứ nhất, phải sử dụng một cảm biến đặt sát thành bình. Trong
trường hợp này, áp suất cần đo được cân bằng với áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng
mẫu tạo nên hoặc tác động lên một vật trung gian có phần tử nhạy cảm với lực do áp
suất gây ra. Khi sử dụng vật trung gian để đo áp suất, cảm biến thường trang bị thêm
bộ phận chuyển đổi điện.
Trong cách đo thứ hai, người ta gắn lên thành bình các cảm biến đo ứng suất để đo
biến dạng của thành bình.

Đối với chất lưu chuyển động, áp suất chất lưu (p) là tổng áp suất tĩnh (p t) và áp
suất động (pđ):
p = pt + pđ
Áp suất tĩnh tương ứng với áp suất gây nên khi chất lỏng không chuyển động. Áp
suất động do chất lưu chuyển động gây nên và có giá trị tỷ lệ với bình phương vận tốc
chất lưu :

Nhóm 7_Đ5_K8

6


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Trong đó là khối lượng riêng chất lưu
Khi dòng chảy va đập vuông góc với một mặt phẳng, áp suất động chuyển thành
áp suất tĩnh, áp suất tác dụng lên mặt phẳng là áp suất tổng. Do vậy áp suất động được
đo thông qua chênh lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh. Thông thường việc đo hiệu
áp suất (p - pt) thực hiện nhờ hai cảm biến nối với hai đầu ra của một ống Pitot (như
hình vẽ bên dưới), trong đó cảm biến (1) đo áp suất tổng, cảm biến (2) đo áp suất tĩnh

Hình 1 cảm biến áp suất

Hình 1.2 Đo áp suất động bằng ống pitol
Có thể đo áp suất động bằng cách đặt áp suất tổng lên mặt trước và áp suất tĩnh
lên mặt sau của một màng đo, như vậy tín hiệu do cảm biến cung cấp chính là chênh
lệch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh

1, màng đo
2, phần tử áp điện
Hình 1.3 Đo áp suất động bằng màng
Nhóm 7_Đ5_K8

7


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

1.5 Tìm hiểu về PLC S7-200
1.5.1 khái quát về PLC S7-200
A. Giới thiệu về PLC
PLC ( Programmable Logic Controller ): là thiết bị điều khiển đặc biệt, dựa trên bộ vi
sử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán
để diều khiển máy, và các thiết bị khác, nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng
công nghiệp và thương mại.
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuât đầu
tiên cho thiết bị điêù khiển lô gíc khả lập trình. Mục đích đầu tiên là thay thế cho các
tủ điêu khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thể các
rơ le do hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm. Mục đích thứ hai là tạo ra
một thiều bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển.
Các yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm
chính của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất. Với
thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất,
mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản
xuất. Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sản xuất ra các
thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi là PLC.

Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã
đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị này
được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và
có độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le. Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng
mở ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác.
Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao
và khả năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán
dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp.

Nhóm 7_Đ5_K8

8


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả
năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn. Các PLC có trang bị vi xử lý
có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm tăng khả
năng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp. Các PLC không chỉ
dừng lại ở chổ là các thiết bị điều khiển lô gíc,nó còn có khả năng thay thế cả các thiết
bị điều khiển tương tự. Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trở nên
dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử. Các PLC có thể điều
khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét. Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho
nhau và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn.
Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng
cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các
thiết bị “cứng” như các rơ le, cuộn hút và các tiếp điểm.

Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp.
Chúng được sử dụng trong công nghiệp hoá chất, công nghiệp chế biến dầu, công
nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước và chất thải, công
nghiệp dược phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp
khai khoáng, trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an
toàn, trong các hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công
cụ CNC vv. Các PLC có thể được kêt nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu
trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất
lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa
Sự ra đời của máy tính cá nhân PC trong những năm tám mươi đã nâng cao
đáng kể tính năng và khả năng sử dụng của PLC trong điều khiển máy và quá trình
sản xuất. Các PC giá thành không cao có thể sử dụng như các thiêt bị lập trình và là
giao diện giữa người vận hành và hệ thống điêu khiển. Nhờ sự phát triển của các phần
mềm đồ hoạ cho máy tính cá nhân PC, các PLC cũng được trang bị các giao diện đồ
hoạ để có thể mô phỏng hoặc hiện thị các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống
điêu khiển. Điều này có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các máy CNC, vì nó tạo
cho ta khả năng mô phỏng trước quá trình gia công, nhằm tránh các sự cố do lập trình
sai. Máy tính cá nhân PC và PLC đều được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều
khiển sản xuất và cả trong các hệ thống dịch vụ.

Nhóm 7_Đ5_K8

9


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Về nguyên lý hoạt

động, các PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì
chúng hoàn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất. PLC khác với
các máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành. Khi
được bất lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó, chứ
không thể chạy được hoạt động nào khác. Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi
như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rocwell, Fanuc là các
hãng chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới. Các PLC của các hãng này được ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá.
B: Ưu nhược điểm PLC
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các
hệ thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều
khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn. PLC là sự lựa
chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau:
-Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ
điều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng.
- Tiết kiệm năng lượng: PLC tiêu thụ năng lượng ở mức rất thấp, ít hơn cả các máy
tính thông thường.
-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả năng
thay thế hàng trăm rơ le.
- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các
vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và
nhiễu. Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.
- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể
giao tiếp với môi trường công nghiệp. Trong khi đó các PLC có thể giao diện trực tiếp
nhờ các mô đun vào ra I/O.
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang,
tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường.

Nhóm 7_Đ5_K8

10


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng
và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình,
bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng.
C: Cấu trúc chung PLC










o
o
o

o
o
o

Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào.

CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá
trình.
Vùng nhớ.
Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự. Các ngõ vào dùng để quan
sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để điều khiển các
thiết bị ngoại vi trong quá trình.
Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với
các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm
trong mạng.
Các loại module chức năng (FM: Function Module): Ví dụ các module điều khiển
vòng kín, các module thực hiện logic mờ…
- Phân loại:
PLC thường được phân làm hai loại theo cấu trúc phần cứng:
PLC kiểu hộp đơn.
Thường sử dụng trong các thiết bị lập trình cỡ nhỏ.
Được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc bao gồm cả bộ nguồn, bộ xửlý, bộ nhớ và các
thiết bị nhập xuất.
PLC kiểu module.
Kiểu module gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý,…
Các module thường được lập trên các rãnh bên trong hộp kim loại.
Sự phối hợp các module cần thiết tuỳ theo công dụng do ngừơi dùng xác định ⇒khá
linh hoạt.
- CPU thường có:
+ Bộ thuật toán và logic: xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ) và
các phép toán logic.
+ Bộ nhớ (thanh ghi): dùng để lưu trữ thông tin.
+ Bộ điều khiển: chuẩn thời gian của các phép toán.
Nhóm 7_Đ5_K8

11

Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

D: Cấu trúc bên trong của PLC

Nhóm 7_Đ5_K8

12


Bài tập lớn

















GVHD:Nguyễn Thu Hà

Hình 1.4 cấu trúc bên trong PLC
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm (CPU:
Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)
Trong đó:
Thiết bị đầu vào gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như nút nhấn, cảm biến,
công tắc hành trình…
Input, Output: các cổng nối phía đầu vào ra của PLC hay các Module mở rộng.
Cơ cấu chấp hành gồm các thiết bị điều khiển như: chuông, đèn, contactor, động cơ,
van khí nén, heater, máy bơm, led hiển thị…
Chương trình điều khiển: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output đầu ra theo tín hiệu
Input đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều khiển được tạo ra bằng cách sử
dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay ( Hand – Hold programmer PG) hoặc chạy
bằng phần mềm điều khiển trên máy tính sau đó được nạp vào PLC thông qua cáp kết
nối PLC với máy tính ( hay PG).
Khối điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit) gồm ba phần: Bộ xử lý,
hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.
Có nhiều loại bộ nhớ để người sử dụng lựa chọn theo mục đích hay yêu cầu sử dụng
ROM ( Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc không nhớ, dùng lưu trữ chương trình cố
định, không thay đổi thường dùng cho nhà sản xuất PLC.
RAM ( Random Access Memory) : bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu dữ liệu
và chương trình cho người sử dụng.
EPROM: ROM lập trình có thể xóa được.
EEPROM: Electrically EPROM.
Thiết bị nhập xuất:
Tín hiệu nhập từ các bộ cảm biến có thể là:
Tín hiệu analog: từ các bộ cảm biến nhiệt độ, áp suất,…
Tín hiệu rời rạc: từ các công tắc trực tiếp, gián tiếp (công tắc điện từ, công tắc kiểu

điện dung…)
Chuỗi xung: từ encoder.

Nhóm 7_Đ5_K8

13


Bài tập lớn



-

-

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Tín hiệu xuất ra có thể dưới dạng:
Tín hiệu analog: điều khiển động cơ…
Tín hiệu số: điều khiển contactor, van điều khiển hướng trong các van solenoid…
1.5.2: Nguyên tắc thực hiện chương trình:
PLC thực hiện chương trình theo chu trình vòng lặp. Mõi vòng lặp được gọi là vòng
quét. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện tư lệnh đầu tiên và kết thúc
tại lệnh kết thúc (MEND).
Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm sau STEP7Micro/WIN.
Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main
program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.
Chương trình con là một bộ phận của chương trình chính, thực hiện mỗi khi được gọi
từ chương trình chính. Ưu điểm của chương trình con:

Giảm kích thước chương trình chính.
Thời gian quét giảm (nếu không thoả điều kiện thì sẽ không nhảy tới chương trình
con).
Dễ dàng sao chép qua các chương trình khác.
Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Chương trình
phục vụ ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xuất hiện. Sự kiện ngắt đã được định nghĩa
trước trong hệ thống.

Hình 1.5 vòng quyét của PLC
Nhóm 7_Đ5_K8

14


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

1.5.3 Giới thiệu về PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Với đề tài này em sử dụng PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RELAY
Thông tin: - Nguồn cấp: 85-264VAC. 47-63Hz
- Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm
- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words
- Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words
- Bộ nhớ loại EEFROM
- Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.
- Có thể thêm vào 7 modul mở rộng kể cả modul Analog.
- Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37μs
- Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực.
- Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz

- Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.
- Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…
- Đồng hồ thời gian thực.
- Chương trình được bảo vệ bằng Password.
- Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi
PLC bị mất điện.
- Xuất sứ: Siemens Germany

Nhóm 7_Đ5_K8

15


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Hình 1.6 hình ảnh của PLC S7-200 CPU-224
- CPU được cấp nguồn 220VAC.Tích hợp 14 ngõ vào số (mức 1 là 24Vdc,
mức 0 là 0Vdc). 10 ngõ ra dạng relay.
Mô tả các đèn báo trên S7-200:
- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu khi PLC có hỏng hóc.
- RUN (đèn xanh): Đèn xanh sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc và
thực hiện chương trình nạp ở trong máy.
- STOP (đèn vàng): Đèn vàng sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng,
không thực hiện chương trình hiện có.
- Ix.x (đèn xanh)chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Ix.x. Đèn sáng
tương ứng mức logic là 1.
- Qx.x (đèn xanh): chỉ trạng thái logic tức thời của cổng Qx.x. Đèn sáng
tương ứng mức logic là 1.

Cách đấu nối ngõ vào ra PLC:

Hình 1.7 Sơ đô đấu nối ngõ vào ra của PLC
Cách đấu nối S7-200 và các module mở rộng:
- S7-200 và module vào/ra mở rộng được nối với nhau bằng dây nối. Hai đầu

Nhóm 7_Đ5_K8

16


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

dây nối được bảo vệ bên trong PLC và module.Chúng ta có thể kết nối PLC
và module sát nhau để bảo vệ hoàn toàn dây nối. CPU224 cho phép mở rộng
tối đa 7 module.
PLC S7-200 có các module analog mở rộng như sau:
• EM 231 : gồm có 4 ngõ vào analog.
• EM 232 : gồm có 2 ngõ ra analog.
• EM 235 : gồm có 4 ngõ vào và 1 ngõ ra analog.
 Với đê tài chúng em chọn module analog EM 235
1.5.4 . Module analog EM235
1.5.4.1 Khái niệm về analog
Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý các
tín hiệu số.
Analog input
Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu
tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo với

bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ.
 Analog output
Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một
bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín
hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng
hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 050Hz.
1.5.4.2 Giới thiệu về Module analog EM 235
EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ
chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong).


Nhóm 7_Đ5_K8

17


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Hình 1.8 module analog em 235

Hình 1.9 hình ảnh module EM235
Các thành phần của module analog EM235.
Thành phần
Mô tả
1.5.4.3

4 đầu vào tương tự A+ , A- , RA
được kí hiệu bởi

B+ , B- , RB

Nhóm 7_Đ5_K8

Các đầu nối của đầu vào A
Các đầu nối của đầu vào B

18


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

C+ , C- , RC

Các đầu nối của đầu vào C

các chữ cái
D+ , D- , RD
A,B,C,D
1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO)

Các đầu nối của đầu vào D

Gain

Chỉnh hệ số khuếch đại

Offset

Chỉnh trôi điểm không

Switch cấu hình

Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân
giải

Các đầu nối của đầu ra

Sơ đồ khối của đầu vào Analog

Hình 1.10 Sơ đồ khối của đầu vào Analog
Sơ đồ khối đầu ra Analog

Nhóm 7_Đ5_K8

19


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Hình 1.11 Sơ đồ khối đầu ra Analog

Định dạng dữ liệu
A / Dữ liệu đầu vào:

1.5.4.4

Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2…)
Định dạng:
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA):
MSB

LSB

15 14
0

3

Dữ liệu 12 bit

2
0

1
0

0
0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng) thành
÷

giá trị số từ 0 32000.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ

Nhóm 7_Đ5_K8

20

±

10V,

±

10mA,):


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

MSB

LSB

15

4

Dữ liệu 12 bit

3

2

0

1

0

0

0
0

Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp,
÷

dòng) thành giá trị số từ -32000 32000.
b/ Dữ liệu đầu ra:
-

Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2…)
Định dạng dữ liệu
+ Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA):
MSB
15
0

LSB
14

4

Dữ liệu 11 bit

3

2

0

1

0

0

0
0

÷

Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 0 32000 thành tín hiệu điện
÷

áp đầu ra 0 10V.
+ Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ
Analog output của S7-200 không hỗ trợ.

±

10V,

±

10mA,): Kiểu này các module

MSB

LSB

15

4

Dữ liệu 12 bit

3
0

2
0

1
0

c/ Bảng tổng hợp :
Định dạng dữ liệu

Giá trị chuyển đổi
±

Kiểu tín hiệu đối xứng ( 10V,

Nhóm 7_Đ5_K8

±

- 32760 đến +32760

21

0
0


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

10mA,)
÷

Tín hiệu không đối xứng (0 10V, 4
20mA)

÷

đến +32760

1

1.5.4.5 Cách nối dây
a/ Đầu vào tương tự:
-

Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp:

RA
+

A+

-

Điện áp

A-

Hình 1.12 Sơ đồ đầu vào điện áp
-

Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện:

RA
4-20
mA

A+
A-

PS

M

Hoặc :

Nhóm 7_Đ5_K8

PS

22


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

RA
A+

4-20
mA

+

A-

L+
M

-

Hình 1.13 Sơ đồ đầu vào dòng điện

b/ Đầu ra tương tự:

MO
VO

Tải điện áp

IO

Tải dòng điện

Hình 1.14 Sơ đồ đâu ra tương tự
c/ Cấp nguồn cho Module:

Nhóm 7_Đ5_K8

23


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

M

Nguồn
24 VDC

L+

Hình 2.15 Sơ đồ cấp nguồn cho module EM235
Tổng quát cách nối dây:

Hình 2.16 Sơ đồ tổng quát cách nối dây
1.5.4.6

cài đặt dải tín hiệu vào

Module EM 235 cho phép cài đặt dải tín hiệu và độ phân giải của đầu vào bằng
switch:

Nhóm 7_Đ5_K8

24


Bài tập lớn

GVHD:Nguyễn Thu Hà

Sau đây là bảng cấu hình :

Dải không đối xứng

Dải đầu vào

Độ phan giải

SW1

SW2

SW3

SW4

SW5 SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF

ON

0 – 50 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF

ON

OFF

ON

0 – 100 mV

25 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

ON

0 – 500 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

ON

0–1V

250 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

0–5V

1.25 mV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

ON

0 – 20 mA

5 uA

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

ON

0 – 10 V

2.5 mV

Dải đầu vào

Độ phân giải

Dải đối xứng
SW1

SW2

SW3

SW4

SW5 SW6

ON

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

± 25 mV

12.5 uV

OFF

ON

OFF

ON

OFF

OFF

± 50 mV

25 uV

OFF

OFF

ON

ON

OFF

OFF

± 100 mV

50 uV

ON

OFF

OFF

OFF

ON

OFF

± 250 mV

125 uV

OFF

ON

OFF

OFF

ON

OFF

± 500 mV

250 uV

OFF

OFF

ON

OFF

ON

OFF

± 1V

500 uV

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

OFF

± 2.5 V

1.25 mV

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

OFF

±5V

2.5 mV

OFF

OFF

ON

OFF

OFF

OFF

± 10 V

5 mV

1.5.4.7. Trình tự thiết lập và căn chỉnh cho module analog .
Nhóm 7_Đ5_K8

25