Giáo trình PLC (Ngành: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí) - CĐ Công nghiệp Hải Phòng

UBND TỈNH HẢI PHỊNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG

Giáo trình: PLC
Chun ngành: Kỹ thuật máy lạnh và điều hịa khơng khí
(Lưu hành nội bộ)

HẢI PHỊNG
Trang số 1


LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại phát triển của khoa học và kỹ thuật ngày nay cảm biến đóng vai trị
quan trọng. Nó là thành phần quan trọng nhất trong các thiết bị đo hay trong các hệ thống
điều khiển tự động. Có thể nói rằng nguyên lý hoạt động của một cảm biến, trong nhiều
trường hợp thực tế cũng chính là nguyên lý của phép đo hay của phương pháp điều khiển
tự động
Giờ đây khơng có một lĩnh vực nào mà ở đó khơng sử dụng cảm biến. Chúng có
măt trong các hệ thống tự động phức tạp, người máy, kiểm tra sản phẩm, tiết kiệm năng
lượng, chống ô nhiễm môi trường. Cảm biến cũng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực
giao thông vận tải, hàng tiêu dùng, bảo quản thực phẩm, ơ tơ, trị chơi điện tử...Do đó việc
trang bị cho mình một kiến thức về các loại cảm biến là nhu cầu không thể thiếu của các
kỹ thuật viên, kỹ sư của ngành điện cũng như những ngành khác.
Mơn học lập trình PLC là mơn học chun môn của học viên ngành điện tử công
nghiệp. Môn học này nhằm trang bị cho học viên các trường nghề những kiến thức về tư
duy lập trình tự động, điều khiển các dây truyền sản xuất tự động,..... Với các kiến thức
được trang bị học viên có thể áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực sản xuất cũng như trong đời
sống. Ngồi ra các kiến thức này mơn học này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các
cán bộ kỹ thuật, các học viên của các ngành khác quan tâm đến lĩnh vực này.

Tổ bộ môn Tự động hóa

Trang số 2


Bài 1 :ĐẠI CƯƠNG VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Chương này giới thiệu khái niệm về điều khiển lập trình, so sánh ưu nhược điểm của điều
khiển lập trình với các hình thức điều khiển khác và trình bày một số các ứng dụng cơ bản của
PLC trong thực tế.
Chương này gồm 4 phần:
1. Tổng quan về điều khiển
2. Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình
3. So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thường khác
4. Các ứng dụng của PLC trong thực tế
5. Câu hỏi ôn tập
1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển
Trong ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng năng
suất lao động được giải quyết bằng con đường tăng mức độ tự động hố các q trình và thiết bị
sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm.
Tự động hố trong sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của
công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển (HTĐK). Những HTĐK này có thể điều
khiển q trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của người
vận hành. Điều này đòi hỏi HTĐK phải có khả năng khởi động, kiểm sốt, xử lý và dừng một quá
trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã được xác định nhằm đạt được kết quả mong muốn ở
sản phẩm đầu ra của máy hay thiết bị. Một hệ thống như vậy được gọi là hệ thống điều khiển.
Bộ điều khiển logic khả trình (Programable Logic Controller) là một thiếtbị có thể xem như là
có thể coi như là một máy tính cơng nghiệp với một cấu trúc được thiết kế đặcbiệt bao gồm cả
khối điều khiển trung tâm (Main CPU) và mạchgiaotiếp với các thiết bị trường (Các đầu vào/ra nối
với các thiết bị chấp hành)trên cùng một Module để thức hiện các chức năng điều khiển. PLC có
khả năngthực hiện các lệnh như: Các lệnh tuần tự, định thời, đếm, xử lí dữ liệu và truyềnthông để

điều khiển hoạt động của các máy gia cơng cơng nghiệp và điều khiển các q trình sản xuất.
Ý tưởng về bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được các kĩ sư củahãng General Motors đưa
ra đầu tiên vào năm 1968 với mục đích để giảm giáthành cho các hệ thống điều khiển bằng role.
Đặc biệt bộ điều khiển logic lập trìnhđược yêu cầu phải nhỏ gọn, có khả năng xử lí linh hoạt như
máy tính, có khả nănglàm việc lâu dài trong mơi trường cơng nghiệp, có khả năng lập trình và
bảodưỡng bởi các kĩsư, các kĩ thuật viên của các nhà máy, có khả năng tái sử dụng.
Hơn nữa hệ thống điều khiển dùng bộ điều khiển logic lập trình được phải giảm được thời gian
dừng máy và có khả năng mở rộng hệ thống trong tương lai.
Một số đặc điểm của PLC ngày nay:
- Thời gian chu kì quét nhanh hơn nhờ việc sử dụng công nghệ mới
- Số lượng đầu vào ra nhiều hơn - Giao diện vào ra được mở rộng tiêu biểunhư giao diện PID,
Network, Canbus, Fieldbus…
- Nâng cao khả năng truyền thơng
- Cung cấp cơng cụ lập trình hướng đối tượng với nhiều ngôn ngữ khácnhau.
- Tập lệnh nhiều hơn
- Ngôn ngữ bậc cao như Basic, C cũng được sử dụng để viết chương trìnhcho một số loại PLC để
việc lập trình linh hoạt hơn khi thực hiện truyền thơng vớicác thiêt bị ngoại vi và xử lí dữ liệu
- Có thể xử lí dữ liệu dạng số thực Trong tương lai cùng với sự phát triểncủa công nghệ thông tin
và truyền thông, thông qua mạng truyền thông côngnghiệp, PLC kết nối với PLC và kết nối với
máy tính tạo thành một hệ thống sảnxuất tích hợp, sự kết nối đó giúp năng cao khả năng tự động
hóa trong các hệthống sản xuất và dễ dàng chia sẻ tài nguyên với các hệ thống điều khiển
khácnhư: Hệ thống điều khiển số NC (numerical controls), Robots, CAD/CAM,các máy tính cá
nhân, các hệ thống thông tin quản lý.
Trang số 3


Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:
- Điều khiển nối cứng
- Điều khiển logic khả trình (PLC)
Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần:

- Khối vào
- Khối xử lý – điều khiển
- Khối ra
Khối vào

Khối xử lý

Bộ chuyển đổi
tín hiệu ngõ vào

Tín hiệu vào

Xử lý điều
khiển

Khối ra
Kết quả xử lý

Cơ cấu
tác động

Hình 1.1a. Các thành phần trong hệ thống điều khiển
Ta cũng có thể biểu diễn sơ đồ tổng quát của điều khiển lập trình như sau:

Hình

C u tr c

p tr nh

C

Và hình ảnh thực tế như sau:

+ Khối vào (input):
Để chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là
các nút nhấn, cảm biến, điện trở đo sức căng.v.v… và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi
khối vào có dạng ON/OFF (Digital) hoặc dạng liên tục (Analog).
Bộ chuyển đổi
Cơng tắc(Switch)
Cơng tắc hành trình
(Limit switch)
Bộ điều chỉnh nhiệt
(Thermostat)
Cặp nhiệt điện

Đại lượng đo
Sự dịch chuyển/ vị trí

Đại lượng ra
Điện áp nhị phân(on/off)

Sựđiện cho động cơ KĐB 3 pha MOTOR 3 chạy sau
cùng.
- n OFF Công tắc tơ K3 mất điện, động cơ KĐB 3 pha MOTOR 3 dừng trước. Sau 05 giây,
Công tắc tơ K2 mất điện, động cơ KĐB 3 pha MOTOR 2 dừng sau. Sau 10 giây tiếp theo, Công
tắc tơ K1 mất điện, động cơ KĐB 3 pha MOTOR 1 dừng sau cùng.

Trang số 69

- Trong lúc hệ thống đang hoạt động mà có bất kỳ sự cố nào xảy ra thì dừng ngay và đưa tín hiệu
nháy đèn với thời gian trong 1 chu kỳ là 7 giây.

Bài 26 (special bit SM)
Khi chuyển chế độ hoạt động từ STOP sang RUN thì đèn A sáng.
Nhấn nút RESET thì đèn A tắt.
Bài 27
Nhấn nút ON thì đèn A sáng tắt với chu kì là 1 giây
Nhấn nút OFF thì đèn A tắt
Bài 28
Nhấn nút ON thì đèn A sáng tắt với chu kì là 0.5 giây
Nhấn nút OFF thì đèn A tắt
Bài 29 A (Command COUNTER)
Nhấn nút Start thì đèn A sáng, bng tay đèn tắt.
Đếm số lần sáng = 8 thì đèn A tắt
Nhấn nút OFF tại bất cứ thời điểm nào thì đèn A tắt

.
Bài 29 B (Command COUNTER)
Nhấn nút ON thì đèn A sáng tắt với chu kì là 2 giây
Trang số 70


Đếm số lần sáng = 5 thì đèn A tắt
Nhấn nút OFF tại bất cứ thời điểm nào thì đèn A tắt

Bài 30 A
Trong phòng thực hành PLC chỉ chứa được 10 sinh viên
Trong ngày thi kết thúc môn PLC, những sinh viên đến dự thi sớm sẽ được cộng thêm 2 điểm vào

bài thi và được thông báo trước cho cả lớp ngay từ đầu kỳ.
Viết chương trình điều khiển như sau:
Khi chưa đủ 10 sinh viên cửa mở, đèn xanh sáng
Khi đủ 10 sinh viên cửa đóng và đèn đỏ sáng
Nhấn stop thì cửa mở, đèn đỏ tắt
Bài 30 B
Trong phòng thực hành PLC chỉ chứa được 10 sinh viên
Trong ngày thi kết thúc môn PLC, những sinh viên đến dự thi sớm sẽ được cộng thêm 2 điểm vào
bài thi và được thông báo trước cho cả lớp ngay từ đầu kỳ.
Viết chương trình điều khiển như sau:
Khi số sinh viên đến <= 7 đèn xanh sáng
Khi số sinh viên đến =8 đèn vàng sáng
Khi số sinh viên đến =9 đèn đỏ sáng
Bài 31
Viết chương trình điều khiển như sau:
Ở nhà gửi xe của trường
Bình thường khi chưa đủ 100 xe thì đèn xanh sáng, đèn đỏ tắt.
Trang số 71


Khi đếm đủ 100 xe thì đèn xanh tắt và đèn đỏ sáng.
Cảm biến S1 báo có xe vào
Bài 32
Viết chương trình điều khiển như sau:
Ở nhà gửi xe của trường
Bình thường khi chưa đủ 10 xe thì đèn xanh sáng, đèn đỏ tắt.
Khi đếm đủ 10 xe thì đèn xanh tắt và đèn đỏ sáng.
Cảm biến S1 báo có xe ở ngõ vào,
Cảm biến S2 báo có xe ở ngõ ra.
Bài 32

Nhấn nút Start động cơ khởi động ở chế độ sao,
Sau 3 giây chuyển sang chế độ tam giác.
Nhấn nút Stop động cơ dừng.

Trang số 72


BÀI 9: XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG
Chương này giới thiệu khái niệm về và xử lý tín hiệu Analog và bao gồm các phần chính
sau:
- Tín hiệu analog
- Biểu diễn các giá trị analog
- Kết nối các ngõ vào / ra analog
- Hiệu chỉnh tín hiệu analog
- 9Giới thiệu về module analog PLC Mitsubishi dịng Q
9.1. Tín hiệu analog
Trong q trình điều khiển một hệ thống tự động hố có thể có các yêu cầu điều khiển liên
quan đến việc xử lý các tín hiệu Analog. Các đại lượng vật lý như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, dòng
chảy, độ PH... cần phải được các bộ Transducer chuẩn hố tín hiệu trong phạm vi định mức cho
phép trước khi nối tín hiệu vào ngõ vào Analog . Ví dụ: chuẩn của tín hiệu điện áp là từ 0 đến 10
VDC hoặc chuẩn của tín hiệu Analog là dịng điện từ 4 đến 20 mA. Các Modul ngõ vào Analog
(AI) bên trong có các bộ chuyển đổi ADC (Analog Digital Converter) để chuyển đổi các tín hiệu
Analog nhận được thành các tín hiệu số đưa về CPU qua Bus dữ liệu. Các Modul ngõ ra Analog
(AO) bên trong có bộ chuyển đổi DAC (Digiatal-Analog Converter) chuyển các tín hiệu số nhận
được từ CPU ra các giá trị Analog có thể là áp hoặc dịng.

Hình 6.1. Mơ tả hoạt đ ng của modul analog
9.2. Biểu diễn các giá trị analog

Trang số 73

Trong bảng trên ta thấy giá trị điện áp từ 0 tới 5 Vôn, được biểu diễn bằng số từ 0 tới 4000
Ví dụ: giá trị đo được là 0.00125 V thì trong PLC được biểu diễn bằng số là
=

0.00125* 4000
=1
5

Ví dụ giá trị đo được là 0.0075 V thì trong PLC được biểu diễn bằng số là
=

0.0075* 4000
=6
5

Từ những ví dụ trên ta thấy: ở phương pháp biểu diễn này PLC chỉ phát hiện mức điện áp
chính xác tới 0.00125 V, nếu bé hơn thì khơng thể biểu diễn được, lúc đó ta phải dùng các biểu
diễn khác để có thể thu được độ chính xác cao hơn.
Ta cũng làm tương tự với tín hiệu là dịng điện.
Ta cũng có thể hiểu một cách đơn giản hơn khi biểu diễn dạng giản đồ như sau:

5V

0V

4000

0

9.3. Kết nối các ngõ vào / ra analog
Để đảm bảo tín hiệu Analog có được độ chính xác cao và ổn định cần tuân thủ các điều
kiện sau:
+ Đảm bảo rằng điện áp 24 VDC cấp nguồn cho Sensor không bị ảnh hưởng bởi nhiễu và
ổn định.
+ Định tỷ lệ cho module (được mô tả bên dưới).
+ Dây nối cho Sensor cần để ngắn nhất tới mức có thể.
+ Sử dụng cáp đơi dây xoắn cho sensor.
+ Tất cả các ngõ vào không sử dụng phải được nối tắt.
+ Tránh bẻ cong dây dẫn thành những góc nhọn.
+ Sử dụng máng đi dây hay các ống đi dây cho tuyến dây.
+ Tránh đặt các đường dây tín hiệu Analog gần với các đường dây có điện áp cao, nếu 2
đường dây này cắt nhau phải đặt chúng vng góc với nhau.
Tùy thuộc từng loại CPUvà modul mà ta có thể nối dây khác nhau. Việc thực hiện nối dây cho
CPU phải tra cứu sổ tay kèm theo của hãng sản xuất.
PLC Mitsubishi dòng Q (Q64AD2DA) được kết nối với các thiết bị ngoại vi (input và output)
như sau.

Trang số 74


H nh 6 2 Sơ đồ kết nối modu vào ra tương tự Q64AD2DA
9.4. Hiệu chỉnh tín hiệu analog
Để hiệu chỉnh tín hiệu analog ta cần cài đặt các thơng số theo các bước sau :
- Bước 1: Kết nối phần cứng với thiết bị ngoại vi (modul analog với cảm biến analog).
- Bước 2: Vào mục Parameter Setting/ Device I/O Assignment để khai báo cấu hình với
phần mềm.

Trang số 75

- Bước 3: Ta cấu hình các modul vào ra số như trên hình vẽ sau (đã học ở các bài học
trước):

- Bước 4: Ta cấu hình modul vào ra tương tự Q64AD2DA.

Trang số 76


- Bước 5: Ta cấu hình modul vào ra tương tự Q64AD2DA. Ta lựa chọn New
Module/Analog Module/ Chọn Q64AD2DA.

- Bước 6: Ta được kết quả như sau.

- Bước 7: Trong mục Parameter chọn Intelligent Function Module/ chọn Q64AD2DA/
chọn Switch setting.

Trang số 77


- Bước 8: Chọn Switch setting, hiển thị một cửa sổ. Cửa số này có các kênh vào ra
tương tự của modul Q64AD2DA. Ta sẽ lựa chọn kênh đầu vào và kiểu tín hiệu của đầu vào
(phụ thuộc vào đầu vào của tín hiệu cảm biến analog).

Tại mục Resolution Mode Setting ta lựa chọn Hight Resolution Mode

Trang số 78

- Bước 9: Chọn mục Parameter_(A/D_Conversion)

Sẽ xuất hiện một cửa sổ để lựa chọn các kênh của đầu vào và chọn dải điều chỉnh.

Kích chuột vào lựa chọn Basic setting Xuất hiện cửa sổ

Trang số 79


Chọn A/D conversion enable/disable setting/ trong mục Set the A/D conversion system
chuyển sang enable.

- Bước 10: tương tự bước 9, ta nhọn mục Parameter_(D/A_Conversion) để thiết lập
đầu ra.

- Bước 11: Chọn chuột phải vào Q64AD2DA xuất hiện lựa chọn. Ta chọn Register to
Intelligent Function Module Monitor

Trang số 80


Và ta viết một chương trình xử lý tín hiệu như sau:

Ở đây, U4\G102 chính là địa chỉ của kênh CH1
U4\G302 chính là địa chỉ của kênh CH2
Và lưu giá trị kênh CH1 vào D100
Và lưu giá trị kênh CH2 vào D101
Network trên hồn thành việc chuyển đổi (đọc) tín hiệu Analog từ bên ngoài vào CPU
Network 17 thực hiện việc chuyển đổi tín hiệu sau khi xử lý đưa ra kênh CH5 và CH6

Trang số 81


Trang số 82