Giáo trình PLC cơ bản

178 trang hapham 2880

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình PLC cơ bản", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_plc_co_ban.doc

Nội dung text: Giáo trình PLC cơ bản

1 BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Mô đun: PLC CƠ BẢN NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số:120/QĐ-TCDN ngày 25 tháng 02 năm 2013 của Tổng cục trưởng Tổng cục Dạy nghề Năm 2013
2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
3 LỜI GIỚI THIỆU Để thực hiện biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện tử công nghiệp ở trình độ Cao Đẳng Nghề và Trung Cấp Nghề, giáo trình Đo Lường Điện Tử là một trong những giáo trình môn học đào tạo chuyên ngành được biên soạn theo nội dung chương trình khung được Bộ Lao động Thương binh Xã hội và Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt. Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế trong sản xuất đồng thời có tính thực tiển cao. Nội dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 180 giờ gồm có: Bài MĐ27-01: Đại cương về điều khiển lập trình Bài MĐ27-02: Cấu trúc và phương thức hoạt động của một PLC Bài MĐ27-03: Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi Bài MĐ27-04: Các phép toán nhị phân của PLC Bài MĐ27-05: Các phép toán số của PLC Bài MĐ27-06: Bộ xử lý tín hiệu Analog Bài MĐ27-07: Các bài tập ứng dụng trong điều khiển động cơ Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiên thức mới cho phù hợp. Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng. Tuy nhiên, tuy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp. Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn sẽ hiệu chỉnh hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Trường Cao đẳng nghề Lilama 2, Long Thành Đồng Nai Đồng Nai, ngày 10 tháng 06 năm 2013 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên TS. Lê Văn Hiền 2. KS. Trương Thanh Inh
4 Mục lục TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 1 LỜI GIỚI THIỆU 2 Mục lục 3 MÔ ĐUN ĐÀO TẠO PLC CƠ BẢN 6 Bài 1: Đại cương về điều khiển lập trình 9 1.Tổng quan về điều khiển 9 1.1. Khối vào: ( bảng 1.1) 10 1.2. Bộ nhớ (Memory): 11 1.3. Khối xử lý – điều khiển: 11 2.Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình 11 3. So sánh PLC với các hình thức điều khiển khác 13 3.1. PLC với hệ thống điều khiển bằng rơle: 13 3.2 PLC với máy tính cá nhân: 14 4. Các ứng dụng của PLC trong thực tế 14 Bài 2: Cấu trúc và phương thức hoạt động của một PLC 16 1.Cấu trúc của một PLC 16 1.1. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC 16 1.2. Bộ nhớ: 19 2. Thiết bị điều khiển lập trình PLC ( hình 2.2) 21 2.1. CPU 212: 22 2.2. CPU 214: 22 2.3. Câu hỏi ôn tập: Em hãy so sánh CPU 212 và CPU 214? 25 3. Địa chỉ các ngõ vào/ ra 25 3.1. Họ S7-200 CPU21x bao gồm: 212, 214, 215 và 216 ( bảng 2.1) 25 3.2. Họ S7-200 CPU22x bao gồm: 221, 222, 224 và 226 ( bảng 2.2) 26 4. Cấu trúc bộ nhớ: 26 4.1. Phân chia bộ nhớ 26 4.2. Vùng dữ liệu: 27 4.3.Vùng đối tượng: 29 4.4. Cổng vào/ra mở rộng: 30 5.Xử lý chương trình 31 5.1. Thực hiện chương trình: ( hình 2.6) 31 5.2. Cấu trúc chương trình của S7 – 200 33 Bài 3: Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi 38 1. Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi 38 1.1. Kết nối với máy tính 39 1.2. kết nối ngõ vào cho PLC: 41 1.3. Kết nối ngõ ra cho PLC: 44 2. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm 49 3. Cài đặt và sử dụng phần mềm lập trình cho PLC 54
5 3.1 Cài đặt STEP 7- Micro/Win 32 trên máy tính cá nhân(PC): 54 3.2. Sử dụng phần mêm lập trình cho PLC 59 Bài 4: Các phép toán nhị phân của PLC 65 1. Các liên kết logic 65 2. Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm 67 2.1. Lệnh Logic tiếp điểm: 67 2.2. Lệnh vào/ra: 68 2.3. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm: 69 2.4. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt: 70 3. Timer 72 3.1. Khái niệm về timer 72 3.2. Các lệnh điều khiển Timer 73 4. Counter 78 4.1. khái niệm về counter 78 4.2. lệnh điều khiển counter 79 5. Các bài tập ứng dụng 84 Bài 5: Các phép toán số của PLC 103 1.Chức năng truyền dẫn 103 2. Chức năng so sánh 110 2.1 So sánh kiểu Byte 111 2.2. So sánh kiểu INT 113 3. Chức năng dịch chuyển 117 4.Chức năng chuyển đổi 119 Bài 6: Xử lý tín hiệu analog 128 1.Tín hiệu Analog 128 2.Biểu diễn các giá trị Analog 129 2.1. Tín hiệu ngõ vào (Analog Input): 129 2.2. Tín hiệu ngõ ra (Output) Analog: 130 3.Kết nối các ngõ vào/ra Analog 130 3.1. Định địa chỉ phần cứng Analog S7-200: 130 3.2. Kết nối phần cứng Analog S7-200: 131 4.Hiệu chỉnh tín hiệu Analog 133 4.1. Dạng dữ liệu ở ngõ vào: 134 4.2. Ví dụ: 136 5.Giới thiệu mô đun Analog của PLC 141 5.1. Module EM231: 141 5.2. Module EM235: 143 Bài 7: Các bài tập ứng dụng trong điều khiển động cơ 154 1. Giới thiệu: 154 2.Cách kết nối dây: 159 2.1. Kết nối ngõ vào: 159 2.2. Kết nối ngõ ra 160
6 2.3. Đấu nối thiết bị lập trình với PLC. 162 3. Bài tập ứng dụng 163 3.1 Mạch khởi động động cơ 163 3.2 Mạch đổi chiều quay 165 3.3 Mạch điều khiển tốc độ 169 3.4 Mạch mở máy sao/ tam giác 173 TÀI LIỆU THAM KHẢO 177
7 MÔ ĐUN PLC CƠ BẢN Mã mô đun: MĐ 27 I. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: * Vị trí của môn học: Môđun được bố trí dạy cuối chương trình sau khi học xong các môn chuyên môn như điện tử công suất, Kỹ thuật xung – số, Vi xử lí, trang bị điện * Tính chất của môn học: Mô đun PLC cơ bản mang tính tích hợp. * Ý nghĩa của mô đun: Là môn học bắt buộc * Vai trò của mô đun: Sau khi học xong mô đun này, người học có thể kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi, Viết chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp, Phân tích luận lý một số chương trình, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc phục. II. Mục tiêu của Mô đun: Sau khi học xong mô đun này học viên có năng lực * Về kiến thức: - Trình bày được các khái niệm về điều khiển lập trình chính xác theo nội dung đã học - Trình bày được cấu trúc và phương thức hoạt động của các lệnh cơ bản * Về kỹ năng: - Thực hiện lập trình các bài tập ứng dụng dùng PLC đạt các yêu cầu về kỹ thuật và công nghệ -Kết nối mạch điện theo yêu cầu công nghệ * Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác và an toàn vệ sinh công nghiệp III. Nội dung mô đun: Thời gian Mã bài Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm số thuyết hành tra Đại cương về điều khiển lập MĐ27-01 trình 4 4 0 1 Tổng quan về điều khiển 1 1 0 Điều khiển nối cứng và điều 2 1 1 0 khiển lập trình So sánh PLC với các hình 3 1 1 0 thức điều khiển khác 4 Các ứng dụng của PLC trong 1 1 0
8 thực tế Cấu trúc và phương thức MĐ27-02 12 4 7 1 hoạt động của một PLC 1 Cấu trúc của một PLC 1 1 0 Thiết bị điều khiển lập trình 2 2 1 1 PLC 3 Địa chỉ các ngõ vào/ ra 1 0,5 0,5 4 Cấu trúc bộ nhớ. 1 1 0 5 Xử lý chương trình 6 0,5 5,5 Kết nối dây giữa PLC và MĐ27-03 12 4 7 1 thiết bị ngoại vi Kết nối dây giữa PLC và thiết 1 3 1 2 bị ngoại vi Kiểm tra việc nối dây bằng 2 2 1 1 phần mềm Cài đặt và sử dụng phần mềm 3 6 2 4 lập trình cho PLC Các phép toán nhị phân của MĐ27-04 40 12 27 1 PLC 1 Các liên kết logic 1 1 0 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho 2 7 4 3 tiếp điểm 3 Timer 7 3,5 3,5 4 Counter 7 3,5 3,5 5 Các bài tập ứng dụng 17 17 MĐ27-05 Các phép toán số của PLC 12 6 6 0 1 Chức năng truyền dẫn 2 1 1 2 Chức năng so sánh 2 1 1 3 Chức năng dịch chuyển 2 1 1 4 Chức năng chuyển đổi 3 1,5 1,5 5 Chức năng toán học 3 1,5 1,5 MĐ27-06 Xử lý tín hiệu analog 40 12 27 1 1 Tín hiệu Analog 1 1 0 2 Biểu diễn các giá trị Analog 5 2 3 Kết nối các ngõ vào/ra 3 8 3 5 Analog 4 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog 8 3 5
9 Giới thiệu mô đun Analog của 5 17 8 9 PLC Các bài tập ứng dụng trong MĐ27-07 60 12 46 điều khiển động cơ 1 Giới thiệu 2 2 0 2 Cách kết nối dây 6 2 4 3 Bài tập ứng dụng 50 8 42 Tổng cộng: 180 60 114 6 Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành được tính vào giờ thực hành
10 BÀI 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mã bài: MĐ27-01 Giới thiệu: Như đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vì thế, tự động hóa sản xuất đóng vai trò quan trọng, tự động hóa giúp tăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Để có thể thực hiện tự động hóa sản xuất, bên cạnh các máy móc cơ khí hay điện, các dây chuyền sản xuất v.v, cũng cần thiết phải có các bộ điều khiển để điều khiển chúng.Trong đó, được yêu cầu đó.điều khiển lập trình là một trong các bộ điều khiển đáp ứng Mục tiêu: - Phát biểu được khái niệm về điều khiển lập trình theo nội dung đã học - So sánh ưu nhược điểm của điều khiển lập trình với các hình thưc điều khiển khác theo nội dung đã học. - Trình bày được các ứng dụng của PLC trong thực tế theo nội dung đã học. - Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp Nội dung chính: 1. Tổng quan về điều khiển Mục tiêu: - Hiểu được bộ nhớ , khối xử lý điều khiển. - Nhận biết Khối ngõ vào, ngõ ra Trong ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu đó, với mục tiêu tăng năng suất lao động bằng con đường tăng mức độ tự động hóa các quá 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 hóa 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. Những hệ thống điều khiển này có thể điều khiển quá 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 hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, 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. - Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: + Điều khiển nối cứng
11 + 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 * Sơ đồ tổng quát của điều khiển lập trình như sau ( hình 1.1): Hình 1.1 1.1. Khối vào: ( bảng 1.1) Còn được gọi là giao tiếp ngõ vào có nhiệm vụ biến đổi các đại lượng vật lý đầu vào ( từ các tiếp điểm của cảm biến, hay các nút nhấn, điện trở đo sức căng .) thành các mức tín hiệu số ON/OFF (digital) hay tín hiệu liên tực (analog) tùy theo bộ chuyển đổn ngõ vào và cấp vào cho khối xử lý trung tâm (CPU). Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng ra Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển/ vị Điện áp nhị phân trí (ON/OFF) Công tắc hành trình (Limit Sự dịch chuyển/ vị Điện áp nhị phân switch) trí (ON/OFF) Bộ điều chỉnh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) (ON/OFF) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi Tế bào quang điện (Photo Ánh sáng Điện áp thay đổi (analog) cell) Tế bào tiệm cận (Proximity Sự hiện diện của Trở kháng thay đổi cell) đối tượng
12 Điện trở đo sức căng (Strain Áp suất/ sự dịch Trở kháng thay đổi gage) chuyển Bảng 1.1 1.2. Bộ nhớ (Memory): -Lưu chương trình điều khiển được lập trình bởi người dùng và các dữ liệu khác như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra Nội dung các bộ nhớ đã được mã hóa dưới dang mã nhị phân. 1.3. Khối xử lý – điều khiển: - Là khối xử lý trung tâm (CPU) thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động. Từ thông tin tín hiệu vào hệ thống điều khiển tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và đưa kết quả xuất hoặc điều khiển cho phần giao diện đầu ra ( output) như: cuộn dây, mô tơ .Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo 2 cách: + Dùng mạch điện nối kết cứng + Dùng chương trình điều khiển 1.4. Khối ra: ( bảng 1.2) Còn được gọi là phần giao diện đầu ra. Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Lúc này tín hiệu ngõ vào được biến đổi thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài như: đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số- tương tự Thiết bị ở ngõ ra Đại lượng ra Đại lượng tác động Động cơ điện Chuyển động quay Điện Xy lanh- Piston Chuyển động thẳng/áp Dầu ép/ khí ép lực Solenoid Chuyển động thẳng/áp Điện lực Lò xấy/ lò cấp nhiệt Nhiệt Điện Van Tiết diện cửa van thay đổi Điện/dầu ép/khí ép Rơle Tiếp điểm điện/ chuyển Điện động vật lý có giới hạn Bảng 1.2 2.Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình Mục tiêu: - Phân biệt điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình - Thấy được tầm quan trọng của việc điều khiển có lập trình Trong các bộ điều khiển nối cứng, các thành phần chuyển mạch như các rơle, cotactor, các công tắc, đèn báo, động cơ, v.v.v được nối cố định với nhau. Toàn bộ chức năng điều khiển, cách tiến hành chương trình được xác định qua cách
13 thức nối các rơ le, công tắc với nhau theo sơ đồ thiết kế. Khi muốn thay đổi lại hệ thống thì phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên đối với hệ thống phức tạp thì việc làm này đòi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu quả đem lại không cao. - Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng Rơle ( điều khiển nối cứng ) ( hình 1.2) Hình 1.2: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle - Trong công nghiệp, sự ứng dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng đủ các yêu cầu: + Dễ dàng thay đổi chức năng điều khiển dựa trên các thiết bị cũ. + Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với các dữ liệu, số liệu. + Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sủa chữa. + Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. -Hệ thống điều khiển dễ dàng đáp ứng được các yêu cầu trên phải sử dụng bộ vi xử lý, bộ điều khiển lập trình, điều khiển qua các cổng giao tiếp với máy tính. -Bộ điều khiển logic khả lập trình PLC (Programable Logic Controller) là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua các ngôn ngữ lập trình. Với chương trình điều khiển của PLC đã tạo cho nó trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán, số liệu và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. - Các chương trình điều khiển được định nghĩa là tuần tự trong đó các tiếp điểm, cảm biến được sử dũng để từ đó kết hợp với các hàm logic, các thuật toán và các giá trị xuất của nó để điều khiển tác động hoặc không tác động đến
14 các cuộn dây điều hành. Trong quá trình hoạt động, toàn bộ chương trình được lưu vào bộ nhớ và tiến hành truy xuất trong quá trình làm việc. - Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC (điều khiển lập trình) hình 1.3 Hình 1.3: Lưu đồ điều khiển bằng PLC - Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng Rơle điện. Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ. 3. So sánh PLC với các hình thức điều khiển khác Mục tiêu: - Nắm được ưu điểm của hệ thống điều khiển PLC với các hệ thống điều khiển bằng rơle và máy tính cá nhân. 3.1. PLC với hệ thống điều khiển bằng rơle: - Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đã dần thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng rơle trong các quá trình sản xuất khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng rơ le do các nguyên nhân sau: + Thay đổi chương trình điều khiển một cách linh động. + Có độ tin cậy cao. + Không gian lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm nhiều diện tích. + Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp: dòng, áp. + Dễ dàng thay đổi đối với cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất.
15 Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vượt trội hơn hệ thống điều khiển cũ (rơle, contactor ). Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộ ng hệ thống trong tương lai do không phải thay đổi, lo ại bỏ hệ thống dây nố i giữ a hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi chương trình sao cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới. 3.2 PLC với máy tính cá nhân: - Đối với một máy tính cá nhân, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau: - Máy tính không có các cổng giao tiếp tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp. - Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải dạng hình thang, máy tính ngoài việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các phần mềm khác làm “chậm” đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển. - Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dể dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC. 4. Các ứng dụng của PLC trong thực tế Mục tiêu: - Giúp học sinh biết việc PLC được sử dụng rộng rải trong mọi lĩnh vực. - 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 đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính 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: + Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong trong ngành hóa + Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa 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 bột, quá trình cán, gia nhiệt, + Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy,
16 + 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, hòa trộn + Kim loại: điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy 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, ). + Tự động hóa tòa nhà như: Điều khiển thang máy, Rửa xe ôtô tự động, Hệ thống xử lý nước sạch . + Điều khiển hệ thống đèn giao thông và còn nhiều hệ thống điều khiển tự động khác - Các PLC ngày nay có thể đáp ứng được phân cấp tự động tự hóa trong nhà máy và có thể kết nối bằng các giao thức truyền thông để làm việc với nhau trong một hệ thống lớn gọi là mạng truyền thông công nghiệp (hình 1.4). Cấp Management Cấp Cell Cấp Field Cấp AS-i Hình 1.4: Phân cấp tự động hóa trong nhà máy  YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1 Nội dung: + Về kiến thức: Trình bài được khái niệm về điều khiển lập trình, các ứng dụng của PLC trong thực tế + Về kỹ năng: So sánh ưu nhược điểm của điều khiển lập trình với các hình thưc điều khiển khác + Về thái độ: Đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm. + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
17 BÀI 2 CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC Mã bài: MĐ 27-02 Giới thiệu: - PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell Mục tiêu: - Phát biểu được cấu trúc của một PLC theo nội dung đã học. - Trình bày được các thiết bị điều khiển lập trình PLC - Trình bày được cấu trúc bộ nhớ PLC theo nội dung đã học - Thực hiện xử lý chương trình đúng theo nội dung đã học. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp Nội dung chính: 1.Cấu trúc của một PLC Mục tiêu: - Phân biệt bộ nhớ Ram, bộ nhớ Rom. - Phân biệt bộ xử lý trung tâm và hệ điều hành 1.1. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, với chương trình điều khiển này, PLC trở thành một bộ điều khiển số số nhỏ, gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vòng quét (Scan). Để thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một bộ điều hành,
18 bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu .PLC còn phải có các cổng vào/ ra để giao tiếp được các đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. - Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải thêm các khối chức năng đặc biệt khác như: bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) và những khối hàm chuyên dụng. - Thiết bị logic khả trình được lắp đặt sẵn thành bộ. Trước tiên chúng chưa có một nhiệm vụ nào cả. Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, cuonter v.v được nhà chế tạo tích hợp trong chúng và được kết hợp với nhau bằng chương trình cho nhiệm vụ điều khiển cụ thể nào đó. Có nhiều thiết bị điều khiển và được phân biệt với nhau qua các chức năng sau: + Các ngõ vào và ra + Dung lượng nhớ + Bộ đếm (counter) + Bộ định thời (timer) + Bit nhớ + Các chức năng đặc biệt + Tốc độ xử lý + Loại xử lý chương trình. - Các thiết bị điều khiển lớn thì được lắp thành các module riêng. Đối với các thiết bị điều khiển nhỏ, chúng được lắp đặt chung trong một bộ. Các bộ điều khiển này có số lượng ngõ vào/ ra cho trước cố định. - Thiết bị điều khiển được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ cảm biến ở bộ phận ngõ vào của thiết bị tự động. Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình. Kết quả xử lý được đưa ra bộ phận ngõ ra của thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu. -Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ 2.1:
19 Hình 2.1 - Thông tin xử lý trrong PLC được lưu trữ trong bộ nhớ của nó. Mỗi phần tử vi mạch nhớ có thể chứa một bit dữ liệu. Bit dữ liệu (Data Binary Digital) là một chữ số nhị phân, chỉ có thể là 1 trong hai giá trị 1 hoặc 0. Tuy nhiên các vi mạch nhớ thường được tổ chức thành các nhóm để có thể chứa 8 bit dữ liệu. Mỗi chuỗi 8 bit dữ liệu được gọi là một byte. Mỗi mạch nhớ là một byte (byte nhớ), được xác nhận bởi một con số gọi là địa chỉ (address). Byte nhớ đầu tiên có địa chỉ 0. Dữ liệu chứa trong byte nhớ gọi là nội dung. - Địa chỉ của một byte nhớ là cố định và mỗi byte nhớ trong PLC có một địa chỉ riêng của nó. Địa chỉ của byte nhớ khác nhau, sẽ khác nhau, nội dung chứa trong một byte nhớ là đại lượng có thể thay đổi được. Nội dung byte nhớ cính là dữ liệu được lưu trữ tức thời trong bộ nhớ. - Để lưu giữ một dữ liệu mà một byte nhớ không thể chứa hết được thì PLC cho phép cặp 2 byte nhớ cạnh nhau được xem xét như là một đơn vị nhớ và được gọi là một từ đơn (Word). Địa chỉ thấp hơn trong 2 byte nhớ được dùng làm địa chỉ của từ đơn. - Ví dụ: Từ đơn có địa chỉ là 2 thì các byte nhớ có các địa chỉ là 2 và 3 với 2 là địa chỉ byte cao và 3 là địa chỉ của byte thấp. IB2 IB3 IW 2 IW2 là từ đơn có địa chỉ 2 IB2 byte có địa chỉ 2
20 IB3 byte có địa chỉ 3 - Trong trường hợp dữ liệu cần được lưu trữ mà một từ đơn không thể chứa hết được , PLC cho phép ghép 4 byte liền nhau là một đơn vị nhớ và được gọi là từ kép (Double Word). Địa chỉ thấp nhất trong 4 byte nhớ này là địa chỉ của từ kép. Ví dụ: Từ kép có địa chỉ là 100 thì các byte nhớ trong từ kép này có địa chỉ là 100, 101, 102, 103 trong đó 103 là địa chỉ byte thấp, 100 là địa chỉ byte cao. MW100 MW101 MW102 MW103 DW100 - Trong PLC bộ xử lý trung tâm có thể thực hiện một số thao tác như: + Đọc nội dung các vùng nhớ (bit, byte, word, double word) + Ghi dữ liệu vào vùng nhớ (bit, byte, word, double word) - Trong thao tác đọc, nội dung ban đầu của vùng nhớ không thay đổi mà chỉ lấy bản sao của dữ liệu để xử lý. - Trong thao tác ghi, dữ liệu được ghi vào trở thành nội dung của vùng nhớ và dữ liệu ban đầu bị mất đi. - Có 2 bộ nhớ trong CPU của PLC: + RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ có thể đọc và ghi + ROM (Read Only Memory) Bộ nhớ chỉ đọc. 1.2. Bộ nhớ: -Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó được sử dụng để chứa toàn bộ chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ. Thông thường các bộ nhớ được bố trí trong cùng một khối với CPU. Thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác định việc các đầu vào, đầu ra được xử lý như thế nào. -Bộ nhớ bao gốm các tế bào nhớ được gọi là bit. Mỗi bit có hai trạng thái 0 hoặc 1. Đơn vị thông dụng của bộ nhớ là K, 1K = 1024 tứ (word), 1 từ (word) có thể là 8 bit. Các PLC thường có bộ nhớ từ 1K đến 64K, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của chương trình điều khiển. Trong các PLC hiện đại có sử dụng một số kiểu bộ nhớ khác nhau. Các kiểu nhớ này có thể xếp vào hai nhóm: Bộ nhớ có thể thay đổi và bộ nhớ cố định. Bộ nhớ thay đổi là các bộ nhớ có thể mất các thông tin ghi trên đó khi mất điện. Nếu chương trình điều khiển chứa trong bộ nhớ mà bị mất điện đột xuất do tuột dây tuột dây, mất điện nguồn thì chương trình phải được nạp lại và lưu vào bộ nhớ. Bộ nhớ cố định ngược lại với bộ nhớ thay đổi là có khả năng lưu giữ thông tin ngay cả khi mất điện. Các loại bộ nhớ hay sử dụng trong PLC gồm:
21 1.2.1. Bộ nhớ RAM ( Random Access Memory): - Là bộ nhớ thay đổi, bộ nhớ RAM thường hoạt động nhanh và dễ dàng nạp chương trình điều khiển ứng dụng cũng như các dữ liệu. Một số bộ nhớ RAM sử dụng pin để lưu nội dung nhớ khi mất điện. Bộ nhớ RAM được được sản xuất từ công nghệ CMOS nên tiêu thụ rất ít năng lượng. Các PLC có thể được mở rộng thêm nên bộ nhớ cũng phải được tăng thêm. Chương trình điều khiển đơn giản chỉ cần dung lượng bộ nhớ bé, ngược lại các chương trình phức tạp cần bộ nhớ dung lượng lớn. -Bộ nhớ được sử dụng rộng rãi đó là bộ nhớ RAM. Bộ nhớ RAM hoạt động nhanh và lưu các chương trình ứng dụng. Để chống lại các khả năng mất dữ liệu khi mất điện, các PLC thường sử dụng pin. 1.2.2. Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): - Là bộ nhớ tĩnh dùng để nhớ các lệnh điều khiển cơ bản và các hàm toán học của PLC, không thay đổi nội dung nhớ ngay cả khi mất điện. - Ngoài ra còn có bộ nhớ EEPROM (Ellectronically Erasable Programable Read Only Memory) là bộ nhớ tĩnh có khả năng xóa bằng lập trình lại. EEPROM dùng để ghi chương trình ứng dụng. - Người sử dụng có thể truy cập vào 2 vùng nhớ của PLC là vùng nhớ chương trình và vùng nhớ dữ liệu. Vùng nhớ chương trình là nơi chứa chương trình điều khiển ứng dụng, các chương trình con và các lỗi của chương trình. Vùng nhớ dữ liệu lưu trữ các dữ liệu liên quan đến chương trình điều khiển như dữ liệu vào/ra; giá trị đầu, giá trị tức thời và giá trị cuối của bộ đếm lệnh hay bộ đấm thời gian; các hằng số và các biến của chương trình điều khiển. Hai vùng nhớ này được gọi là bộ nhớ dành cho người sử dụng. Bộ xử lý tín hiệu còn có bộ nhớ hệ thống dùng để ghi các dữ liệu trung gian trong quá trình thực hiện các phép tính, các lệnh của chương trình và phối hợp giữa chúng; quét các dữ liệu và gửi các dữ liệu đến modul ra. Bộ nhớ hệ thống do nhà sản xuất nên không thay đổi được và người sử dụng cũng không thể truy cập được. 1.2.3. Bộ xử lý trung tâm: - Là bộ phận xử lý tín hiệu hay CPU của PLC. Bộ xử lý tín hiệu có thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hỗ trợ cùng với các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính logic, điều khiển và ghi nhớ các chức năng của PLC. Bộ xử lý thu nhập các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính logic theo chương trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu ra hay tương ứng. Phần lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU.
22 -Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Bộ vi xử lý nâng cao khả năng logicva2 khả năng điều khiển của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ v.v -Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển. 1.2.4. Hệ điều hành: - Sau khi bật nguồn, hệ điều hành sẽ đặt các counter, timer và bit nhớ với thuộc tính non-retentive (không được nhớ bởi Pin dự phòng) cũng như accu về 0. - Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc từng dòng chương trình từ đầu đến cuối. Tương ứng hệ điều hành thực hiện chương trình theo các câu lệnh. 2. Thiết bị điều khiển lập trình PLC ( hình 2.2) Mục tiêu: - Hiểu thế nào là thiết bị lập trình - Phân biệt các loai cpu trong s7200 - Giới thiệu thiết bị PLC S7-200:(Programmabe Logic Control) PLC viết tắc của programmable logic controller là thiết bị điều khiển logic cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic qua một ngôn ngữ lập trình bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu: + Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học + Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, tu sửa + Dung lượng bộ nhớ lớn để 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 tín máy tính, nối mạng các module 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 Rơ le và thiết bị cồng kềnh nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên 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 kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng, S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens cấu trúc theo kiển module có các module mở
23 rộng các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 và CPU 214 về hình thức bên ngoài sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào ra và nguồn cung cấp + CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra có khả năng mở rộng thêm bằng 2 module mở rộng + CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng 2.1. CPU 212: - 512 từ đơn (word) tức là 1 kbyte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với Eprom. Vùng nhớ với tính chất như vậy được gọi là vùng nhớ non – volatile - 512 từ đơn được lưu dữ liệu trong đó có 100 từ nhớ đọc/ ghi thuộc miền non – volatile - 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic - Có thể ghép nối 2 module để mở rộng số cổng vào/ra, bao gồm cả 2 module tương tự (analog) -Tổng số cổng logic vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra - 64 bộ tạo thời gian trễ (timer) trong đó có 2 timer có độ phân giải 1ms 8 timer có độ phân giải 10ms và 54 timer có độ phân giải 100ms - 64 bộ đếm (counter) chia làm 2 loại loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi - 368 bit nhớ đặc biệt sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc - Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu khác nhau bao gồm ngắt truyền thông ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống. Ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz) -Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi 2.2. CPU 214: - CPU 214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra có khả năng mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng - 2048 từ đơn (4 kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi non – volatile để lưu chương trình (dùng nhớ có giao diện với EEPROM) - 2048 từ đơn (4kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu (trong đó có 512 từ đầu thuộc miền EEPROM) - I0.0, Q0.0, V0.0, SM0.1
24 -Tổng số cổng vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra - Có 14 ngõ vào từ I0.0  I0.1 và I1.0  I1.5 - Có 10 ngõ ra từ Q0.0  I0.1 và Q1.0  Q1.1 - Có thể gắn thêm 1 module mở rộng bao gồm cả module analog - 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau 4 timer 1ms, 16 timer 10ms và 108 timer 100ms - Có 128 bộ đếm chia làm hai loại + Chỉ đếm lên CTU + Vừa đếm lên vừa đếm xuống CTUD - Có 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc + SM0.0: luôn ở trạng thái 1 + SM0.1: bằng 1 trong vòng quét đầu tiên - 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 - Có 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2kHz và 7kHz - 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu + PTO (Pulse traisn output): điều tần + PWM (Pulse width modulation): điều rộng xung - 2 bộ chỉnh tương tự - Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi - Các đèn báo trên S7-200 CPU 214 + SF (đèn đỏ): đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc + Run (đèn xanh): đèn xanh chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy + Stop (đèn vàng): đèn vàng chỉ định PLC đang ở chế độ dừng + Ix.x (đèn xanh): đèn xanh ở cổng vào chỉ định ở trạng thái tức thời của cổng Ix.x (X.X = 0.0  1.5) + Qy.y (đèn xanh): đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y (y.y = 0.0  1.1) + TERM: cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc Run hoặcStop
25 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CÁC BỘ PHẬN CỦA S7-200 CPU Hình 2.2 Mô tả cổng truyền thông: - S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với rắc cắm nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. -Sơ đồ các chân của cổng truyền thông. + Chân 1: Nối mass + Chân 2: 24 V DC + Chân 3: Truyền và nhận dữ liệu + Chân 4: không sử dụng + Chân 5: nối mass + Chân 6: 5V DC (có điện trở trong 100 ) + Chân 7: 24 V DC (dòng 120mA tối đa) + Chân 8: Truyền và nhận dữ liệu + Chân 9: không sử dụng Mô tả các đèn báo trên CPU S7- 200: + SF: Đèn màu đỏ, báo hiệu hệ thống bị hỏng.
26 + RUN: Đèn xanh, chỉ định PCL đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy. + STOP: Đèn vàng, chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại. + Các đèn màu xanh từ I0.0 I 1.5 chỉ trạng thái tức thời của ngỡ vào PLC các đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu ngõ vào theo mức logic. + Các đèn màu xanh từ Q0.0 Q1.1 chỉ trạng thái tức thời của ngõ ra PLC các đèn này báo hiệu trạng thái tín hiệu ngõ ra của PLC theo mức logic.  Câu hỏi ôn tập: Em hãy so sánh CPU 212 và CPU 214? 3. Địa chỉ các ngõ vào/ ra Mục tiêu: - Biết được ký hiệu các ngõ vào, ra của plc - Nắm được các I/O của CPU 21X và 22X - Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module vào (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC). -Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. -Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản. -Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra . - Plc S7-200 có hai họ: S7-200 CPU21x và S7-200 CPU22x. 3.1. Họ S7-200 CPU21x bao gồm: 212, 214, 215 và 216 ( bảng 2.1) CPU212 CPU214 Bộ nhớ chương trình 512 W 2048W Bộ nhớ dữ liệu 512 W 2048 W Khả năng dự phòng bộ 50 giờ 190 giờ nhớ khi mất nguồn I/O địa chỉ 8In/6Out 14In/10Out Tốc độ thực hiện lệnh 1,2µs/lệnh 0,8µs/lệnh logic Bảng 2.1
27 3.2. Họ S7-200 CPU22x bao gồm: 221, 222, 224 và 226 ( bảng 2.2) CPU22 CPU221 CPU222 CPU226 CPU22XM 4 Bộ nhớ chương trình 2048W 2048W 4096W 4096W 8192W Bộ nhớ dữ liệu 1024W 1024W 2560W 2560W 5120W Khả năng dự phòng bộ nhớ khi mất 50 giờ 50 giờ 190 giờ 190 giờ 190 giờ nguồn 14In/10 24In/16 I/O địa chỉ 6In/4Out 8In/6Out 24In/16Out Out Out Tốc độ thực hiện 0,37µs/lệnh lệnh logic Bảng 2.2  Câu hỏi ôn tập: Em hãy so sánh các khối CPU 21X và CPU 22X? 4. Cấu trúc bộ nhớ: Mục tiêu: - Nắm được các vùng nhớ trong PLC và cách thức truy cập vùng nhớ 4.1. Phân chia bộ nhớ -Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ điện (hình 2.3) có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong 1 khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần các bit nhớ đặc biệt được ký hiệu bởi SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. Hình 2.3: bộ nhớ trong và ngoài của S7-200
28 - Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. - Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa,địa chỉ trạm Cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. - Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông Một phần của vùng nhớ này (200 byte đầu tiên đối với CPU 212, 1K byte đầu tiên đối với CPU 214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. - Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các ngõ vào/ ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không thuộc kiểu non- volatile nhưng đọc/ghi được. - Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình, do vậy được trình bày cụ thể như sau. 4.2. Vùng dữ liệu: - Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ - Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng cho những mục đích nhất định. - Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:+ V: Variable memory + I: Input image register + O: Output image register + M: Internal memory bits + SM: Special memory bits -Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word-2byte) hoặc từ kép (2word) - Hình sau mô tả vùng dữ liệu của CPU212 và CPU214 ( hình 2.4)
29 Hình 2.4  Địa chỉ truy nhập được qui ước với công thức: - Truy nhập theo bit: Tên miền (+)địa chỉ byte (+) (+) chỉ số bit. Ví dụ V105.4 chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V. - Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền. Ví dụ: VB150 chỉ byte 150 thuộc miền V. - Truy nhập theo từ đơn: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ: VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte 150 và 151 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò là byte cao trong từ.
30 - Truy nhập theo từ kép: Tên miền (+)D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ: VD150 chỉ từ kép gồm 4 byte 150,151,152 và 153 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò là byte cao và byte 153 là byte thấp trong từ kép. - Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy nhập bằng con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2, AC3. Mỗi con trỏ chỉ địa chỉ gồm 4 byte (từ kép). Quy ước sử dụng con trỏ để truy nhập như sau: Địa chỉ byte:(cao) là toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ, hoặc từ kép. Ví dụ: A C1= & VB150, thanh ghi AC1 chứa địa chỉ byte 150 thuộc miền V VD100= & VW150, từ kép VD100 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ đơn VW150. AC2= & VD150, thanh ghi AC2 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ kép VD150. + Con trỏ: là toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ đang chỉ vào. + Ví dụ như với phép gán địa chỉ trên thì + AC1, lấy nội dung của byte VB150 + VD100, lấy nội dung của từ đơn VW150 + AC2, lấy nội dung của từ kép VD150. - Phép gán địa chỉ và sử dụng con trỏ như trên cũng có tác dụng với những thanh ghi 16 bit của Timer, bộ đếm thuộc vùng đối tượng sẽ được trình bày dưới đây. 4.3.Vùng đối tượng: - Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator(AC). - Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó. ( bảng 2.3) Vùng nhớ CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 V V V0.0V2047.7 V0.0V2047.7 V0.0V5119.7 V0.0V5119.7 ù I I0.0I15.7 I0.0I15.7 I0.0I15.7 I0.0I15.7
31 n Q Q0.0Q15.7 Q0.015.7 Q0.0Q15.7 Q0.0Q15.7 g M M0.0M31.7 M0.0M31.7 M0.0M31.7 M0.0M31.7 d SM SM0.0SM179. SM0.0SM179. SM0.0SM17 SM0.0SM179. ữ 7 7 9.7 7 li S S0.0S31.7 S0.0S31.7 S0.0S31.7 S0.0S31.7 ệ L L0.0L63.7 L0.0L63.7 L0.063.7 L0.0L63.7 u V Timer T0T255 T0T255 T0T255 T0T255 ù Counter C0C255 C0C255 C0C255 C0C255 n Analog none g AIW0AIW30 AIW0AIW62 AIW0AIW62 inputs đ ố Analog none AQW0AQW3 AQW0AQW AQW0AQW6 i outputs 0 62 2 t Thanh AC0AC3 AC0AC3 AC0AC3 AC0AC3 ư nghi ợ ACC n Bộ đếm HC0,HC3,HC4, HC0,HC3,HC4, HC0HC5 HC0HC5 g tốc độ HC5 HC5 cao Bảng 2.3 4.4. Cổng vào/ra mở rộng: - CPU 212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 modul và CPU214 nhiều nhất là 7 modul. Các modul tương tự và số đều có trong S7-200. - Có thể mở rộng ngõ vào/ra của PLC bằng cách ghép thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích. Địa chỉ các vị trí của modul được xác định bằng kiểu vào/ra và vị trí của modul trong móc xích, bao gồm các modul có cùng kiểu. Ví dụ như một modul ngõ ra không thể gán địa chỉ của một modul ngõ vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như một modul số và ngược lại. - Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm tương ứng với số ngõ vào/ra của modul. - Sau đây là ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng CPU214: ( bảng 2.4)
32 Bảng 2.4 - Cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng CPU224: ( hình 2.5) Hình 2.5 5. Xử lý chương trình Mục tiêu: - Hiểu thế nào là thiết bị lập trình - Phân biệt các loai cpu trong s7200 5.1. Thực hiện chương trình: ( hình 2.6)
33 Hình 2.6: Hoạt động xuất nhập của PLC hình 2.7 - PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp (hình 2.7), mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét. Mỗi vòng quét bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các ngõ vào (contact, sensor, relay ) vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh MEND. Sau giai đọan thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các ngõ ra. - Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, lệnh này không trực tiếp làm việc với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với thiết bị ngoại vi trong giai đọan 1 và 4 là 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 trực tiếp với cổng vào/ra.
34 - Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với một thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện từ 1ms tới 100ms. Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị ).Vi xử lý có thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý coi như không có tín hiệu này. - Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể đáp ứng được các chức năng của dây chuyền sản xuất. Để khắc phục thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn. 5.2. Cấu trúc chương trình của S7 – 200 - Có thể lập trình cho S7 – 200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau đây: + STEP 7 – Micro/DOS + STEP 7 – Micro/WIN - Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). - 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 được chỉ ra sau đây ( hình 2.8): + Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND) + Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính, đó là lệnh MEND. + Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND. - Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính. Sau đó đến các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy, cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính.
35 hình 2.8. Cấu trúc chương trình của S7 – 200 Hình 2.9: Hình ảnh thực tế của PLC SIMATIC S7 – 200
36 Hình 2.10: Hình ảnh thực tế của một modul analog  Nội dung thực hành: Đọc hiểu một chương trình - Có đoạn chương trình mô tả 2 nút nhấn Start, Stop. Khi nhấn Start, thì đèn sáng, nhấn Stop thì đèn tắt. - Kết nối mạch điện - Sơ đồ kết nối:
37 -Bảng xác lập vào/ra: - Viết chương trình dưới dạng LAD và STL: - Hiểu một chương trình viết trong LAD: Từ sơ đồ phần cứng, ta thấy rằng: nút nhấn thường đóng được kết nối với ngõ vào I0.0 và nút nhấn thường hở được kết nối với ngõ vào I0.1. Điều đó có nghĩa là khi chưa nhấn thì ngõ vào nút Stop đã có điện và ngõ vào nút Start chưa có điện. Khi nhấn nút Start, luồng năng lượng từ nhánh trái, qua I0.1 (Start đượ c nhấn), qua I0.0 (do thường đóng và chưa nhấn) cấp nguồn cho M0.0. M0.0 có điện, tiếp tục duy trì cho M0.0 ngay cả khi ta buông nút Start. Khi nhấn nút Stop, luồng năng lượng bị ngắt do I0.1 = 0 (nút thường đóng bị nhấn nên hở ra).
38  YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1 Nội dung: + Về kiến thức Phát biểu được cấu trúc của một PLC, Trình bày được cấu trúc bộ nhớ PLC + Về kỹ năng: xử lý chương trình đúng theo nội dung đã học + Về thái độ: Đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm. + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
39 BÀI 3 KẾT NỐI DÂY GIỮA PLC VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI Mã bài: MĐ 27-03 Giới thiệu: - Việc kết nối giữa dây và PLC rất quan trọng. Nó quyết định đến việc PLC có thể giao tiếp với thiết bị lập trình ( máy tính ) cũng như hệ thống điều khiển có thể hoạt động đúng theo yêu cầu được thiết kế hay không. Ngoài ra việc nối dây còn liên quan đến an toàn cho PLC cũng như hệ thống điều khiển Mục tiêu: - Trình bày được cách kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi - Kiểm tra nối dây bằng phần mềm chính xác theo nội dung đã học - Thực hiện cài đặt phần mềm đạt các yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp Nội dung chính: 1. Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi Mục tiêu: - Phân biệt được các loại CPU để cung cấp đúng nguồn điện đầu vào và đầu ra - Hiểu được cách kết nối PLC với máy tính và các thiết bị ngoại vi - Mỗi lọai CPU có hai dạng: DC/DC/DC và AC/DC/Relay - Loại CPU DC / DC / DC: cần cung cấp nguồn điện một chiều DC 24V, các đầu vào và đầu ra cũng cần được cung cấp nguồn điện DC 24V ( hình 3.1). Ví dụ: Hình 3.1: Sơ đồ mạch giao tiếp giữ CPU 224 DC/DC/DC với sensor và cơ cấu chấp hành
40 - Loại CPU AC / DC / RLY: cần được cấp nguồn điện xoay chiều một pha 220 ACV, các đầu vào cần được cung cấp nguồn điện DC 24V, và các đầu ra là các rơle ( hình 3.2). Ví dụ: Hình 3.2: Sơ đồ mạch giao tiếp giữ CPU 224 AC/DC/RLY với sensor và cơ cấu chấp hành Ký hiệu trên Loại Nguồn Nuôi Kết nối Kết nối ngõ ra Module cpu ngõ vào 214/DC/DC/DC 214 24VDC 24VDC 24VDC/0,5ATransistor 214/AC/DC/RLY 214 120÷230VA 24VDC Relay 120÷230VAC/2A C 224/DC/DC/DC 224 20,4÷28,8V DC DC DC 224/AC/DC/RLY 224 85÷264VAC Relay Relay 1.1. Kết nối với máy tính - Để ghép nối S7-200 với máy tính có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Hoặc nối với máy tính qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 ( hình 3.3).
41 Hình 3.3  Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC: - Công tắc chọn chế độ làm việc nằm ở phía phải bên cạnh cổng ghép nối với các modul mở rộng, có 3 vị trí cho phép chọn chế độ làm việc khác nhau. -Ở chế độ RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC S7- 200 sẽ rời chế độ RUN chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN. Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. - STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP này PLC cho phép điều chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. -Ở vị trí TERM cho phép máy lập trình tự quyết định 1 trong chế độ làm việc cho PLC ở chế độ RUN hoặc STOP Chỉnh định tương tự:
42 -Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần thay đổi và sử dụng trong chương trình. Núm chỉnh analog được lắp ở phía dưới công tắc chọn chế độ làm việc bên cạnh cổng ghép nối với các modul mở rộng cho phép điều chỉnh được 270 độ. Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: - Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới. Nguồn pin có thể được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng của tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 1.2. kết nối ngõ vào cho PLC: a. Kết nối PLC với nguồn AC b. Kết nối PLC với nguồn DC
43 c. kết nối ngõ vào cho PLC: - Ngõ vào PLC có thể là: nút nhấn, công tắt hành trình, cảm biến (hình 3.4) - Kiểu đầu vào IEC 1131-2. -Tầm điện áp mức logic 1: 15-30 VDC, dòng nhỏ nhất 4 mA; 35VDC ở thời gian tức thời 500ms. - Trạng thái mức logic 1 chuẩn: 24 VDC, 7mA. - Trạng thái mức logic 0: Tối đa 5 VDC, 1mA. -Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đến I1.5: có thể chỉnh từ 0,2 đến 8,7 ms mặc định 0,2 ms. - Các chân từ I0.6 đến I1.5 được sử dụng bởi bộ đếm tốc độ cao HSC1 và HSC2 ở 30us đến 70us. -Sự cách ly về quang 500VAC.1 min. -Sự cách ly về quang 500VAC.1 min. Hình 3.4: Mạch điện ngõ vào PLC  Ngõ vào số: Ngõ vào dạng AC và DC
44 Ngõ vào PLC với chân Com kết nối nút hấn vào PLC với chân Com  Kết nối cảm biến vào PLC  Ngõ vào cách ly
45  Kết nối nút nhấn và cảm biến vào PLC với ngõ vào cách ly 1.3. Kết nối ngõ ra cho PLC: - Ngõ vào PLC có thể là: đèn, quạt, motor, van solinoil (hình 3.5) - Kiểu đầu ra: Relay hoặc Transistor. -Tầm điện áp: 24.4 đến 28.8 VDC. -Tầm điện áp: 24.4 đến 28.8 VDC. - Dòng tải tối đa: 2A/ điểm; 8A/common. - Quá dòng: 7A với contact đóng. -Điện trở cách ly: nhỏ nhất 100 MΩ. - Thời gian chuyển mạch: tối đa 10 ms. - Thời gian sử dụng: 10.000.000 với công tắc cơ khí; 100.000 với tốc độ tải. -Điện trở công tắc: tối đa 200 mΩ. - Chế độ bảo vệ ngắn mạch: không có. Hình 3.5: Mạch điện ngõ ra PLC
46  Ngõ ra relay có chân com:  Kết nối cho ngỏ ra relay có chân com:  Ngõ ra relay cách ly:
47  Kết nối cho ngõ ra relay cách ly:  Ngõ ra transistor
48  Kết nối ngõ ra transistor:  Thực hành: Yêu cầu thiết bị: - Máy tính. - Cáp PC/PPI. -Bộ Kit PLC. - Dây nối.
49 - VOM kế. Mục Đích, yêu cầu của bài thí nghiệm: - Hiểu rõ cấu trúc phần cứng của PLC S7-200 của Siemen - Hiểu rõ cách đấu nối dây cho PLC. Thực hành. - Xác định các thành phần cơ bản của S7-200. -Sơ đồ đấu nối tham khảo:
50 Thực hành đấu nối: - PLC với các module trong Kit PLC. - Dùng đồng hồ đo và vẽ lại sơ đồ nối dây của Kit PLC. -Kết nối PLC và thiết bị lập trình. 2. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm Mục tiêu: - Hiểu rõ cách chọn cổng giao tiếp. -Nắm vững các bước thực hiện nối dây, kiểm tra việc nối dây. - Để có thể giao tiếp giữa máy tính và PLC cho thực hiện việc Download hoặc Upload cho PLC, ta phải thực hiện các bước sau: - Chọn cổng giao tiếp: - Trường hợp cáp giao tiếp là cáp USB thì cổng giao tiếp phải chọn USB ( hình 3.6)
51 Hình 3.6 - Trường hợp cáp giao tiếp là cáp COM thì phải chọn đúng cổng giao tiếp của máy tính. - Để có thể chọn cổng giao tiếp,vào mục Communication,chọn Set PG/PC Interface ( hình 3.7 )
52 Hình 3.7 - Sau đó chọn Properties của PC/PPI cable (PPI) - Trong Tab PPI: chọn đúng tốc độ Bauds ở phần Transmission Rate: -Tốc độ để mặc định là 9600, tốc độ Baud mặc định ở cáp cũng là 9600 ( tốc độ Baud này chỉ áp dụng đối cáp cổng COM),trên cáp COM,cho phép ta chọn nhiều mức tốc độ Baud khác nhau.
53 - Trong phần Local Connection: cho phép ta chọn cổng COM
54 - Sau khi chọn cổng COM,bước kế tiếp là phải chọn địa chỉ PLC,thông thường địa chỉ mặc định của PLC là 2,nếu địa chỉ PLC khác 2 thì ta phải chọn địa chỉ đúng trước khi thực hiện việc Communication. - Trường hợp nếu không biết địa chỉ PLC ta có thể thực hiện như sau: - Vào phần Communication,chọn Search all baud rate sau đó double click vào phần “ double click to refresh,khi đó chương trình sẽ tự nhận địa chỉ PLC . - Sau khi chọn xong cổng Com cũng như địa chỉ PLC, ta thực hiện việc Download cũng như Upload - Chọn mũi tên xuống cho việc Download,mũi tên lên cho việc upload - Ngoài ra việc Communication còn có thể thực hiện bằng cách: - Vào CPU click chuột phải,chọn Type - Chọn Read PLC,nếu liên thông được thì chương trình có thể đọc được loại PLC,còn không thì nó sẽ báo,ta phải chọn lại cổng COM cũng như địa chỉ PLC trong phần Communications.
55 3. Cài đặt và sử dụng phần mềm lập trình cho PLC Mục tiêu: - Hiểu rõ các bước cài đặt và sử dụng phần mềm lập trình PLC. -Nắm vững việc thiết lập cấu hình kết nối giữa PC và S7-200 3.1 Cài đặt STEP 7- Micro/Win 32 trên máy tính cá nhân(PC): - Giới thiệu chung. -Điều kiện của thiết bị: + Hệ điều hành đang sử dụng (Dòng Win9x, WinXP, Win NT 4.0, ). + Phần cứng: Máy tính có cổng cắm cáp PC/PPI. + Máy tính hay thiết bị lập trình với card xử lý liên lạc. + CPU 221, CPU 222, CPU 224. + Modem. - Yêu cầu chung. + Phần mềm S7-200 – Micro/Win 32, với những yêu cầu sau: + Máy tính với bộ xử lý 80586 hoặc cao hơn; có ít nhất 16Mbyte RAM, hay 1 thiết bị lập trình của Siemen cho S7-200 (ví dụ: PG 740). - Chú ý:
56 + Cab PC/PPI phải được cắm vào Port giao tiếp. + Phải có một card giao tiếp (CP); màn hình VGA hay màn hình được hổ trợ bởi + MicroSoft Windows. + MCòn ít nhất 50MB trống trên đĩa cứng. + Chuột được hỗ trợ của Windows. + Phần mềm S7-200 – Misro Win 32 hỗ trở giúp đỡ trong đúng tình huống, giúp đỡ trực tuyến Getting Started Manual. Sử dụng menu Help hay nhấn nút F1 để nhận được sự giúp đỡ tức thời. - Cài đặt Step 7-Micro/WIN 32. -Hướng dẫn cài đặt. + Trước khi cài đặt sản phẩm, thực hiện những yêu cầu sau: + Nếu có sử dụng một phiên bản cũ của STEP 7-Micro/WIN 32 thì phải sao lưu tất cả những project lên đĩa. Đóng tất cả các ứng dụng kể cả Microsoft Office Toolbar. Kết nối cab giữa máy tính và CPU. - Cài đặt STEP 7-Micro/WIN 32. 1. Đưa đĩa vào ổ CD, hay chọn nới chứa phần mềm. 2. Mở chương trình Explore của Windows hay dùng lệnh Run của Windows. 3. Chọn Setup và xác nhận. 4. Tuân theo những chỉ dẫn để hoàn tất cài đa t. Xem tập tin Rea dme*.txt trên đĩa để nắm các thông tin về STEP 7-Micro/WIN 32. (tại vị trí dấu * trong readme*.txt, ta thay bằng các chữ cái sau để chọn ngôn ngữ tương ứng: A=German; B=English; C=French; D=Spainish; E=Italian). - Những vấn đề thường gặp với người sử dụng khi kết nối đơn . -Tốc độ baud không đúng: Chỉnh lại tốc độ Baud. -Lỗi sai địa chỉ trạm: Chỉnh lại địa chỉ trạm. - Thiết lập cáp PC/PPI không đúng: Kiểm tra lại switch trên cab PC/PPI. -Lỗi sai cổng giao tiếp trên máy tính: Kiểm tra lại Port. - CPU trong trạng thái mode FreePort: Đặt CPU vào mode STOP. - Xung đột với các thiết bị khác: Ngắt kết nối CPU ra khỏi mạng. - - Làm thế nào để thay đổi tham số mặc định của kết nối giao diện?. - Trong STEP 7-Micro/WIN 32, chọn biểu tượng Communication, hoặc chọn View > - Communications từ menu. Hộp thoại Communication xuất hiện.
57 - Trong hộp thoại Communication, kích đôi biểu tượng của cab PC/PPI. Hộp thoại thiết lập giao diện xuất hiện. - Chọn nút Properties ; một giao tiếp hộp thoại Properties xuất hiện. Đánh dấu vào những ô mà ta mong muốn (hình 3.8). Tốc độ truyền phải là 9.600 Baud. Hình 3.8 -Hộp thoại Properties -Kết nối liên lạc dùng cab PC/PPI. - Trong phần này sẽ hướng dẫn chúng ta thiết lập cấu hình kết nối giữa PC và S7-200 dùng cáp PC/PPI. Đây là phần cấu hình 1 thiết bị chủ và không có thêm thiết bị chủ nào khác (như là thiết bị lập trình). - Hình 3.9 thể hiện cấu hình tiêu biểu cho việc kết nối máy tính với CPU dùng cáp PC/PPI. Để thiết lập giao diện thích hợp giữa các thiết bị , theo các bước sau: 1. Đặt các nút gạt DIP trên cab đúng với tốc độ Baud mong muốn với máy tính. Bạn nên lựa chọn 11bit và DCE nếu những chức năng này được hỗ trợ trên cáp. 2. Nối đầu RS-232 của cab PC/PPI vào port gaio tiếp của máy tính (COM1 hoặc COM2) và vặn chặt ốc. 3. Kết nối đầu RS-485 của cáp PC/PPI vào por t giao diện của của CPU và vặn chặt ốc.
58 - Xem hướng dẫn kỹ thuật của cab PC/PPI Hình 3.9: Giao diện với CPU dùng Mode PPI -Hộp thoại thiết lập giao diện PG/PC - Dùng Giao diện trực tuyến với S7-200 (Online). -Một trong những cách để cài đặt Step7-Micro/Win 32 Theo các bước sau để thiết lập giao diện trực tuyến với CPU S7-200.
59 1. Trên màn hình STEP 7-Micro/WIN 32, chọn biểu tượng Communication hoặc chọn View > Commmunications từ menu. Hộp thoại thi ết lập các thông số của Communications xuất hiện và thông báo chưa có CPU nào được kết nối ( hình 3.10). 2. Kick đôi biểu tượng “Refresh” trong hộp thoại thiết lập các thông số Communication. Đánh dấu những CPU (trạm) được kết nối. Một biểu tượng CPU hiển thị trên hộp thoại cho mỗi CPU được kết nối. Hình 3.10 -Hộp thoại thiết lập các thông số cho truyền thông - Làm thế nào để thay đổi tham số cho PLC. - Để thay đổi các tham số giao diện cho PLC, theo các bước sau: 1. Chọn biểu tượng System Block trên thanh Navigation Bar , hoặc chọn View > System Block từ menu. 2. Hộp thoại System Block xuất hiện, kích chọn nhãn Tab Port(s). Măc nhiên địa chỉ của trạm là 2, tốc độ Baud là 9.600 Baud (hình 3.11). 3. Chọn OK để xác nhận những thông số. Nếu ta muốn thay đổi, hãy lựa chọn, sau đó click nút Apply, sau đó nhấn OK. 4. Click biểu tượng DownLoad trên thanh Toolbar để chuyển những thay
60 đổi xuống PLC. Hình 3.11 - Thay đổi tham số truyền thông 3.2. Sử dụng phần mêm lập trình cho PLC Khởi động: + Cách 1: Start _ Simatic _ Step7 – Microwin + Cách 2: Doubleclick vào biểu tượng Step7 – Microwin trên màn hình nền Desktop của window
61 Giao diện trên màn hình: + Cách 1: Chọn Project _ New Hoặc + Cách 2: Chọn biểu tượng trên cửa sổ chính - Chọn: Read CPU type nếu đã nối giữa máy tính và PLC để phần mềm tự xác lập loại CPU đang giao tiếp
62 + OK nếu chưa kết nối . + Sau đó vào màn hình soạn thảo chương trình Soạn thảo chương trình - S7 _200 được chứa nhiều network ( tối đa là 100 ) . Mỗi một Network tương đương một câu lệnh tồn tại 2 câu lệnh trở lên thì chương trình sẽ báo lỗi khi biên dịch - Ta có thể dùng chuột để chọn các biểu tượng và đặt chúng vào các vị trí trong Network mong muốn ở mỗi trong thư viện lệnh hoặc sử dụng trực tiếp chuột _ xuất hiện bản soan thảo và đánh dòng chú thích . Lưu ý: -Mỗi các lệnh phải được gắn trực tiếp vào đường bên trái Khi con trỏ ( hình ô vuông ) ở vị trí nào thì khi truy suất thì các toán hạng sẽ đặt tại vị trí đó Lưu một dự án: + Lưu dự án tên đã đặt trước: Project _ save all _ tên đặt _ ok + Lưu dụ án tên khác: Chọn Project _ save as _ đặt tên _ ok Cách 2: + Chọn biểu tượng hình đĩa mềm trên cửa sổ chính _ đặt tên _ ok
63 Mở một dự án: + Cách 1: Chọn menu Project _ open _ chọn tên dự án _ open + Cách 2: Chọn biểu tượng Open. Nạp chương trình vào PLC: + Cách 1: Chọn Project _ Download _OK + Cách 2: Chọn biểu tượng Download. OK Lưu ý: - Công tắc chọn chế độ làm việc của PLC phải ở vị trí TERM hoặc đang ở chế độ STOP Màn hình báo Download successfulthì chương trình đã nạp thành công - Chạy chương trình: + Cách 1: Chọn CPU _ RUN _ yes . + Cách 2: Chọn biểu tượng Run- yes. Dừng chương trình + Cách 1: Chọn menu CPU _ Stop _ Yes + Cách 2: Chọn biểu tượng Stop- yes -Lưu ý: Công Tắc chọn chế độ làm việc của PLC phải ở vị trí TERM. - Hiển thị các Chương trình ladder: ( để quan sát quá trình hoạt động của chương trình + Chọn menu: Debug _ ladder Satus on
64 + Chọn View _ StatusChart - Đọc chương trình của PLC: + Chọn menu Project _ up load _ OK _ Yes + Chọn biểu tượng Upload_ OK _ Yes  Nội dung thực hành: Yêu cầu thiết bị: - Kit PLC. - PC có phần mềm STEP7-MicroWin32. - Cáp PC/PPI. - Dây nối. - VOM kế. Mục Đích, yêu cầu của bài thí nghiệm: -Nắm những kỹ năng cơ bản nhất trong phần mềm lập trình S7 200 Microwin để chuẩn bị thực hành các bài sau. - Cách lập trình dạng LAD. Dạng LAD là dạng lập trình PLC cơ bản, gần giống với sơ đồ điều khiển rơle và tồn tại trong hầu hết các phần mềm lập trình của các hãng khác. - Cách dùng địa chỉ tuyệt đối và địa chỉ thông qua ký hiệu. - Thực hành: -Tạo một chương trình điều khiển mới cho S7-200 trên phần mềm Step7- Micro/Win32 có dạng LADDER như sau:
65 2. Tạo bảng Symbol như sau: - I0.0: “PushStart”, I0.1: “PushStop”, Q0.0: “Lamp” - VD0: “Numer1”, VD4: “Numer2”, MD0: “Result” - So sánh sự thay đổi của chương trình trước và sau khi tạo bảng Symbol. Nhận xét? - Biên dịch và đổ chương trình. - Giám sát hoạt động chương trình.  YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1 Nội dung: + Về kiến thức: Trình bài được các thiết bị ngoại vi, cơ cấu chấp hành, trình bày được cách kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi. + Về kỹ năng: kết nối được giữa PLC và thiết bị ngoại vi. + Về thái độ: Đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm. + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
66 BÀI 4 CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC Mã bài: MĐ 27- 04 Giới thiệu: -Hệ nhị phân (hay hệ đếm cơ số 2) là một hệ đếm dùng hai ký tự để biểu đạt một giá trị số, bằng tổng số các lũy thừa của 2. Hai ký tự đó thường là 0 và 1. Sử dụng hệ nhị phân trong lập trình PLC có ưu điểm là dễ dàng thực hiện, tính toán đơn giản. Mục tiêu: - Trình bày được các liên kết logic theo nội dung đã học. - Trình bày được các lệnh ghi /xóa theo nội dung đã học - Trình bày được nguyên lý làm việc của Timer, Counter theo nội dung đã học - Thực hiện các phép toán nhị phân trên PLC đạt yêu cầu kỹ thuật - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp Nội dung của bài: 1. Các liên kết logic Mục tiêu: -Nắm vững các phép liên kết logic - Phân biệt các tín hiệu kết nối với PLC. a. Phép AND Bảng giá trị phép toán And: b. Phép OR: Bảng giá trị phép toán OR:
67 c. Phép XOR: Bảng giá trị phép toán XOR: d. Phép NOT: Bảng giá trị phép toán NOT: Khi thực hiện phép toán AND,OR hay XOR cho 2 số có n bit thì các bit có trọng số bằng nhau sẽ được AND, OR hay XOR từng đôi một. VD1: 1001 And 1101 Kết quả 1001 VD2: 1001 Xor 1101 Kết quả 0100 e. Bài tập : Thực hiện phép tính And,Or,Xor,Not 2 số sau: 1100 0110 0010 0011 1100 1010 1011 0001  Các Tín hiệu kết nối với PLC: - Tín hiệu số: Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có 2 trị 0 hoặc 1. Đối với PLC Siemens: Mức 0: tương ứng với 0V hoặc hở mạch Mức 1: Tương ứng với 24V
68 Vd: Các tín hiệu từ nút nhấn ,từ các công tắc hành trình đều là những tín hiệu số - Tín hiệu tương tự: Là tín hiệu liên tục, từ 0-10V hay từ 4-20mA . - Vd: Tín hiệu đọc từ Loadcell,từ cảm biến lưu lượng - Tín hiệu khác: Bao gồm các tín hiệu giao tiếp với máy tính ,với cá c thiết bị ngoại vi khác bằng các giao thức khác nhau như giao thức RS232,RS485,Modbus . 2. Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm Mục tiêu: - Biết được lệnh logic tiếp điểm - Hiểu được các lệnh vào ra -Nắm vững các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm - Phân biệt được các tiếp điểm đặc biệt 2.1. Lệnh Logic tiếp điểm: - Các lệnh logic tiếp điểm làm việc với các giá trị 0 và 1 với thành phần sau. Giá trị 1 thể hiện trạng thái tích cực và giá trị 0 thể trạng thái không tích cực. Kết quả của các phép toán logic giữa các giá trị 0 và 1 sẽ được gọi là RLO (Result of Logic Operation). Một số thành phần logic. Normally Open Contact (Address) Tiếp điểm thường hở (địa chỉ) Normally Closed Contact (Address) Tiếp điểm thường đóng (địa chỉ) Output Coil Ngõ ra Invert Power Flow Đảo giá trị - Ngoài ra, còn có các thành phần dùng gán giá trị có điều kiện vào RLO như sau: Set coil Gán giá trị 1 cho ngõ ra Reset coil Gán giá trị 0 cho ngõ ra - Các thành phần nhận biết sự chuyển trạng thái của RLO: Negative RLO Edge Detection
69 Nhận sườn xuống của RLO Positive RLO Edge Detection Nhận sườn lên của RLO 2.2. Lệnh vào/ra: - LOAD ( LD) : Tiếp điểm thường hở sẽ được đóng nếu giá trị logic bằng 1 và sẽ hở nếu giá trị logic bằng 0 Địa chỉ Dạng dữ liệu Các vùng nhớ Bit Bool I, Q, M, SM, L, D, T, C + Dạng LAD: Tiếp điểm thường mở sẽ đóng nếu I0.0 =1 + Dạng STL: LD I0.0 =Q0.0 - LOAD NOT ( LDN) : Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi có giá trị logic bit bằng 0, và sẽ mở khi có giá trị logic bằng 1 Địa chỉ Dạng dữ liệu Các vùng nhớ Bit Bool I, Q, M, SM, L, D, T, C + Dạng LAD: Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi I0.0 =1 + Dạng STL: LD I0.0 = Q0.0 - OUTPUT (=): Cuộn dây ở đầu ra sẽ được kích thích khi có dòng điều khiển đi ra
70 Địa chỉ Dạng dữ liệu Các vùng nhớ Bit Bool I, Q, M, SM, L, D, T, C + Dạng LAD: - Nếu I0.0 = 1 thì Q0.0 sẽ lên 1 (cuộn dây nối với ngõ ra Q0.0 có điện) + Dạng STL: Giá trị logic I0.0 được đưa vào bit đầu tiên của ngăn xếp, và bit này được sao chép vào bit ngõ ra Q0.0 . LD I0.0 = Q0.0 2.3. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm: - SET (S):Lệnh dùng để đóng các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng các tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S sẽ đóng 1 tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này. Địa chỉ Dạng dữ liệu Các vùng nhớ Bit Bool I, Q, M, SM, L, D, T, C N Byte IB, QB, MB, VB, SMB, VB, LB, AC, constant, + Dạng LAD: đóng một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit, Toán hạng bao gồm I, Q, M, SM,T, C,V (bit) + Dạng STL: Ghi giá trị logic vào một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S-bit LD I0.0 S Q0.0
71 Ví dụ: - RESET (R): Lệnh dùng để ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dòng điện ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuôn dây mở các tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh R sẽ ngắt 1 tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này. Địa chỉ Dạng dữ liệu Các vùng nhớ Bit Bool I, Q, M, SM, L, D, T, C N Byte IB, QB, MB, VB, SMB, VB, LB, AC, constant, + Dạng LAD: ngắt một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S-bit. Nếu S-bit lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xoá bit đầu ra của Timer/ Counter đó .Toán hạng bao gồm I, Q, M, SM,T, C,V (bit) Dạng STL: xóa một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S-bit. Nếu S-bit lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xoá bit đầu ra của Timer/Counter đó. LD I0.0 R Q0.0, 10 Ví dụ: 2.4. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt: - Tiếp điểm đảo, tác động cạnh xuống, tácđộng cạnh lên:
72 - Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị đỉnh của ngăn xếp). LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dòng cung cấp. Các tiếp điểm đặc biệt không có toán hạng riêng của chính chúng vì thế phải đặt chúng phía trước cuộn dây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh sườn trước và sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ bởi vậy đối với CPU 214 có thể sử dụng nhiều nhất là 256 lệnh. Ví dụ: Biểu đồ thời gian: - Tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt: + SM0.1: Vòng quét đầu tiên tiếp điểm này đóng, kể từ vòng quét thứ hai thì mở ra và giữ nguyên trong suốt quá trình họat động. + SM0.0: Ngược lại với SM0.1, vòng quét đầu tiên thì mở nhưng từ vòng quét thứ hai trở đi thì đóng.
73 + SM0.4: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kỳ là 1 phút. + SM0.5: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kỳ là 1s 3. Timer Mục tiêu: - Nắm được những tính chất cơ bản của Timer - Điều khiển được Timer 3.1. Khái niệm về timer - Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển thường được gọi là khâu trễ. S7-200 từ CPU 214 trở lên có 128 Timer được chia làm hai loại khác nhau đó là: + Timer tạo thời gian trễ không có nhớ có nghĩa là khi tín hiệu logic vào IN ở mức không thì Timer sẽ bị Reset. Timer Tn này có thể Reset bằng hai cách đó là cho tín hiệu logic vào bằng không hoặc dùng lệnh R Tn (trong STL) để Reset lại timer Tn. Timer này được dùng để tạo thời gian trễ trong một thời gian liên tục ký hiệu là TON - Timer tạo thời gian trễ có nhớ có nghĩa là khi tín hiệu logic vào IN ở mức không thì Timer này không chạy nữa nhưng khi tín hiệu lên mức cao lại thì Timer lại tiếp tục chạy tiếp. Timer Tn này có thể Reset bằng cách dùng lệnh R Tn (trong STL) để Reset lại timer Tn. Timer này được dùng để tạo thời gian trễ trong một thời gian gián đoạn (trong nhiều khoảng thời gian khác nhau) ký hiệu là TONR cả hai loại Timer trên đều chạy đến giá trị đặt trước PT thì nó sẽ tự dừng lại nếu muốn cho nó hoạt động lại thì ta phải Reset Timer lại. - Timer có những tính chất cơ bản sau: + Các bộ Timer điều được điều khiển bởi một cổng vào và một giá trị đếm tức thời. Giá trị đếm tức thời được lưu trong một thanh ghi 2 Byte ( gọi là Tword) của Timer xác định khoảng thời gian trễ được kích. Giá trị đếm tức thời của Timer luôn luôn được so sánh với giá trị PT đặt trước. + Ngoài thanh ghi 2 byte T-word lưu giá trị tức thời còn có một bit ký hiệu T-bit chỉ thị trạng thái logci đầu ra giá trị logic này phụ thuộc vào kết quả so sánh giá trị đếm tức thời với giá trị đặt trước. Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước thì T-bit sẽ có giá trị logic bằng 1 ngược lại T-bit sẽ có giá trị logic bằng không. + Time có 3 độ phân giải đó là 1ms 10ms và 100ms và phân bố của các Timer trong CPU226 như sau: Độ phân giải của Timer: Lệnh Độ phân giải CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 TON 1ms T32, T96 T32, T96 T32, T96 T32, T96
74 10ms T33T36 T33T36 T33T36 T33T36 T97T100 T97T100 T97T100 T97T100 100ms T37T63 T37T63 T37T63 T37T63 T101T255 T101T255 T101T255 T101T255 TONR 1ms T0,T64 T0,T64 T0,T64 T0,T64 10ms T1T4 T1T4 T1T4 T1T4 T65T68 T65T68 T65T68 T65T68 100ms T5T31 T5T31 T5T31 T5T31 T69T95 T69T95 T69T95 T69T95 3.2. Các lệnh điều khiển Timer Dạng lệnh Mô tả chức năng lệnh L Tn Khai báo Timer số hiệu xxx kiểu TON để A tạo ra thời gian trể tính từ khi giá trị đầu IN D TON vào IN được kích. Nếu giá trị đếm tức thời PT ms lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước thì T-bit bằng 1 Tn: T32T63 T96T255 PT: VW,T,C,IW,QW, MW,SMW,AC, AIW,VD,*AC,const L Tn Khai báo Timer số hiệu xxx kiểu TOR để A tạo thời gian trễ tính từ khi giá trị đầu vào D IN TONR IN được kích. Nếu giá trị đếm tức thời lớn PT ms hơn hoặc bằng giá trị đặt trước thì T-bit bằng 1 Tn: T0T31, T64T95 PT:VW,T,C,IW,QW,W,SMW,AC, AIW,VD,*AC,const Ví dụ về cách sử dụng Timer kiểu TON:
75 Thời gian trễ T=PT*độ phân giải của T37 = 50*100ms=5000ms = 5s Ví dụ về cách sử dụng Timer kiểu TONR:
76 Thời gian trễ T =PT*độ phân giải của T5 =50*100ms=5000ms = 5s  Phần thực hành: BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÈN NHẤP NHÁY I. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU: 1. Mục đích: - Sử dụng các lệnh cơ bản của PLC. - Ứng dụng các lệnh timer để viết chương trình điều khiển theo yêu cầu của giáo viên. 2. Yêu cầu: - Sau bài học này học sinh có thể viết được chương trình PLC điều khiển hệ thống đèn nhấp nháy hoạt động theo ý thích của người sử dụng. II. PHẦN THỰC HÀNH: 1. Yêu cầu công nghệ: - Điều khiển hệ thống đèn nhấp nháy gồm 2 đèn: - Nhấn nút ON: đèn 1 (D1) sáng, sau thời gian 10 giây đèn 2 (D2) sáng (D1 tắt), sau thời gian 10 giây đèn 1 (D1) sáng (D2 tắt), lặp lại liên tục.
77 - Nhấn nút OFF 2 đèn ngừng hoạt động. 2. Trình tự thực hành: 2.1. Tìm hiểu cách hoạt động của các đèn: 2.2. Quy định địa chỉ ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ ra Địa chỉ Mô tả Đại chỉ Mô tả I0.0 Nút nhấn ON Q0.0 Đèn 1 I0.1 Nút nhấn OFF Q0.1 Đèn 2 2.3.Kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: - Nối dây nút nhấn ON với ngõ vào I0.0 - Nối dây nút nhấn OFF với ngõ vào I0.1 - Nối dây đầu còn lại của nút nhấn ON, OFF, với nguồn +24 VDC Kết nối thiết bị ngõ ra: - Nối dây điểm A1 của Đ1 với ngõ ra Q0.0 - Nối dây điểm A1 của Đ2 với ngõ ra Q0.1 - Nối dây điểm A2 của Đ1, Đ2 với nguồn 220 VAC - Nối dây chân COM của ngõ ra Q0.0 và Q0.1 với cực còn lại của nguồn 220 VAC ON Ñ1 I0.0 Q0.0 OFF Ñ2 I0.1 P Q0.1 . L . . C . . . . . COM COM 24VDC 220VAC 2.4. Viết chương trình điều khiển:
78 2.5. Chạy mô phỏng chương trình: III. BÀI TẬP THỰC HÀNH: Bài 1: 1. Yêu cầu công nghệ: - Điều khiển hệ thống đèn nhấp nháy gồm 8 đèn: - Mỗi công tắt (CT1 CT8) điều khiển 1 đèn tương ứng (D1 D8). - Tại một thời điểm chỉ có 1 đèn sáng. 2. Yêu cầu thực hành:. - Vẽ giản đồ thời gian - Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 2: Điều khiển đèn giao thông
79 1. Yêu cầu công nghệ: -Điều khiển đèn giao thông ngã tư giao lộ Tuyến 1: đèn xánh sáng 15s, sau đó chuyển sang đèn vàng sáng 5s trong khi đó tuyến 2 đèn đỏ sáng. - Tuyến 2: khi đèn đỏ tuyến 1 sáng thì đèn xanh tuyền 2 sáng 15s, sau đó chuyển sang đèn vàng sáng 5s. 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình 4. Counter Mục tiêu: - Điều khiển được bộ counter - Ứng dụng counter trong công nghiệp 4.1. khái niệm về counter - Counter là bộ đếm hiện chức năng đến sườn xung trong S7-200. các bộ đếm của S7-200 được chia làm 2 loại: bộ đếm tiến(CTU) và bộ đếm tiến/lùi(CTUD). - Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-word. - Nội dung của C-word , gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm luôn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm, được ký hiệu là PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước này thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào một bit đặt biệt của nó, đươc gọi là C-bit. Trường hợp giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bit có giá trị logic là 0. - Khác với bộ Timer, các bộ đếm CTU đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu(reset) cho bộ đếm được ký hiệu bằng chữ cái R trong LAD hay được quy định là trạng thái logic của bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL .Bộ đếm được reset khi tín hiệu xóa này có mức logic
80 là 1 hoặc khi lệnh R(reset) được thực hiện với C-bit. Khi bộ đếm được reset cả C- word và C-bit đều nhận giá trị 0. - Bộ đếm tiến/lùi CTUD đếm tiến khi gặp xường lên của xung vào cổng đếm tiến, ký hiệu là CU trong LAD hoặc bit thứ 3 của ngăn xếp trong STL. Và đếm lùi khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm lùi, được ký hiệu là CD trong LAD hoặc bit thứ 2 cua 3ngăn xếp trong STL. - CTUD có giá trị đếm tức thời đúng bằng giá trị đang đếm và được lưu trong thanh ghi 2 byte C-word của bộ đếm. Giá trị đếm tức thời luôn được so sánh với giá trị đặt trước PV của bộ đếm. Nếu giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước thì C-bit có giá trị logic bằng 1. còn các trường hợp khác C-bit có giá trị logic bằng 0. - Bộ đếm tiến CTU có miền giá trị đếm tức thời từ 0 đến 32.767 - Bộ đếm tiến/lùi CTUD có miền giá trị đếm tức thời là –32.768 đến 32.767 4.2. lệnh điều khiển counter - Lệnh khai báo sử dụng bộ đếm trong LAD như sau: LAD Mô tả Toán hạng Khai báo bộ đếm tiến theo sườn lên Cn: C0C255 của CU. Khi giá trị đếm tức thời C_Word Cn lớn hơn hoặc bằng giá PV:VW,T,C,IW,
81 trị đặt trước PV, C_bit (Cn) có giá QW,SMW,AC trị logic bằng 1. bộ đếm ngừng đếm AIW,*AC, khi C_Word Cxx đạt được giá trị *VD, Const cực đại 32.767 Khai báo bộ đếm tiến/lùi ,đếm tiến Cn:C0C255 theo sườn lên CU và đếm lùi theo sườn lên của CD. Khi giá trị đếm tức thời C_Word Cn lớn hơn hoặc PV:VW,T,C,IW, bằng giá trị đặt trước PV, C_bit Cn có giá trị logic bằng 1. bộ đếm QW,MW,SMW ngừng đếm tiến khi C_Word đạt giá trị cực đại 32767 và ngừng đếm lùi ,AC,AIW,*VD, khi C_Word đạt giá trị cực tiểu – *AC,Const 32768. CTUD reset khi đầu vào R có giá trị logic bằng 1. + Ví dụ về cách sử dụng bộ đếm CTU
82 Ví dụ về cách sử dụng bộ đếm CTUD:  Phần thực hành: BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM SẢN PHẨM I. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU: 1. Mục đích: - Sử dụng lệnh TIMER/ COUNTER. - Ứng dụng lệnh TIMER/ COUNTER để viết chương trình điều khiển theo yêu cầu của giáo viên.
83 2. Yêu cầu: - Sau bài học này học sinh có thể viết được chương trình PLC điều khiển dây chuyền đếm sản phẩm. II. PHẦN THỰC HÀNH: 1. Yêu cầu công nghệ: - Điều khiển một dây chuyền đóng gói sản phẩm hoạt động như sau: + Băng tải hoạt động đưa sản phẩm tới vị trí đóng gói. + Sensor đếm sản phẩm tác động khi có một sản phẩm ngang qua, khi đếm được 8 sản phẩm thì băng tải dừng lại để đóng gói. Sau 5 giây thì hệ thống hoạt động trở lại. + Khi bị sự cố: nhấn nút dừng khẩn toàn bộ hệ thống mất điện. 2. Trình tự thực hành: 2.1. Vẽ giản đồ thời gian: 2.2. Quy định địa chỉ ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ ra Địa chỉ Mô tả Đại chỉ Mô tả I0.0 Nút nhấn start Q0.0 Động cơ kéo băng tải I0.1 Nút nhấn stop Q0.1 Đèn hiển thị có SP qua I0.2 Sensor đếm sản phẩm
84 2.3. Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị: 2.4. Viết chương trình điều khiển: 2.5. Chạy mô phỏng chương trình: 2.6. Kết nối PLC với thiết vị ngoại vi: Kết nối thiết bị ngõ vào: Kết nối thiết bị ngõ ra: III. BÀI TẬP THỰC HÀNH: 1. Yêu cầu công nghệ: - Điều khiển 2 động cơ làm việc theo chế độ như sau:
85 - Động cơ 1 chạy 5 giây rồi ngừng, sau đó đến động cơ 2 chạy 5 giây rồi ngừng 5 giây, động cơ 2 lặp lại 5 lần như vậy, kế đến chu kỳ làm việc của 2 động cơ lặp lại 10 lần rồi nghỉ. Muốn hệ thống làm việc nữa thì khởi động lại. 2. Yêu cầu thực hành:. - Vẽ giản đồ thời gian - Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình 5. Các bài tập ứng dụng  Các phương pháp lập trình PLC: - Đại số Boolean - Phương pháp biểu diễn lưu đồ - Phương pháp sơ đồ chức năng - Phương pháp lập trình logic relay và cổng logic + Phương pháp lập trình lo gic relay và cổng logic Cả hai phương pháp này có liên hệ trực tiếp đến mạch phần cứng, vì vậy nó là phương pháp lý tưởng cho các ứng dụng trong đó PLC thay thế cho hệ thống dùng relay truyền thống. Vì thế các bản vẽ về hệ thống nguyên thủy có thể được dùng làm cơ sở lập trình cho PLC. Tuy nhiên, các phương pháp này thường dùng cho các hệ thống điều khiển dùng tổ hợp các ngõ vào hay các hệ thống điều khiển trình tự quy mô nhỏ, vì sơ đồ biểu diễn sẽ trở nên phức tạp và rất khó theo dõi đối với ứng dụng trình tự quy mô lớn. + Phương pháp biểu diễn lưu đồ: Phương pháp này thường dùng khi thiết kế phần mềm cho máy tính, và đây cũng là phương pháp phổ biến để biểu diễn trình tự hoạt động của 1 hệ thống điều khiển. Lưu đồ có quan hệ trực tiếp đến sự mô tả bằng lời hệ thống điều khiển, chỉ ra từng điều kiện để kiểm tra ở từng bước và các xử lý trong bước đó theo chuỗi trình tự. Các xử lý trong lưu đồ được ghi trong hình chữ nhật, các điều kiện ghi trong hình thoi (tham khảo thêm ở tài liệu kỹ thuật lập trình). Phương pháp này chiếm nhiều không gian khi biểu diễn các hệ thống lớn và sơ đồ trở nên nặng nề.
86 + Phương pháp sơ đồ chức năng ( hình 4.1a), ( hình 4.1b ) Phương pháp này ngày càng trở nên phổ biến để biểu diễn các hoạt động trình tự, cho phép thể hiện chi tiết vế các xử lý cũng như trình tự các họat động trong quá trình điều khiển. Với cách dùng các ký hiệu gọn và cô đọng, phương pháp này có nhiều ưu điểm của các phương pháp trên, việc biểu diễn các bước tiến trình hoạt động mạch lạc và rõ ràng. Trong từng bước ta có thể ghi ra các điều kiện SET và RESET, điều kiện chuyển trạng thái và các tín hiệu điều khiển khác. Sơ đồ chức năng còn có thể hỗ trợ khi kiểm tra và chạy thử hệ thống. Phương pháp này thường được ứng dụng trong kỹ thuật lập trình PLC. Hình 4.1a
87 Hình 4.1b + Đại số Boolean Cho dù dùng phương pháp nào đi nữa, một khi các chức năng đã được đặc tả rõ ràng thì chúng phải được chuyển sang dạng mà từ đó có thể chuyển thành chương trình PLC. Quá trình này thường được thực hiện bằng cách chuyển đổi các chức năng thành 1 chuỗi liên tiếp các biểu thức Boolean và từ đó chuyển thành PLC. Một khi quen với kỹ thuật này, ta có thể dễ dàng chuyển đổi sự đặc tả chức năng thành biểu thức Boolean bất kể nó được đặc tả bằng phương pháp nào. Ta có thể đặc tả tòan bộ hệ thống điều khiển logic chỉ bằng biểu thức Boolean, mặc dù việc dùng biểu thức Boolean thường kém hiệu quả về mặt thời gian thiết kế và khó hiểu với những ai chưa kinh nghiệm về hệ thống điều khiển. Giải pháp dùng Boolean tiết kiệm được không gian biể u diễn trên giấy khi thiết kế.  Kỹ thuật lập trình Chương trình được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng nhớ chương trình và tùy theo loại PLC mà có thể lập trình được chỉ một hoặc cả 2 kỹ thuật lập trình khác nhau: - Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. Khối được chọn phải là khối OB1 (đối với PLC họ SIMATIC của hãng Siemens), là khối mà PLC luôn quét và thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và sau đó quay lại lệnh đầu tiên. - Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chương
88 trình khác nhau. Loại cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ phức tạp. - Điều khiển trình tự: Điều khiển trình tự có ngõ ra được kích hoạt không chỉ phụ thuộc vào các ngõ vào hiện hành mà còn phụ thuộc vào trình tự của các ngõ vào và ngõ ra trước đó. - Thiết lập hệ điều khiển từ sơ đồ relay ( hình 4.2) Ví dụ: - Điều khiển hệ thống đèn qua hệ thống 3 công tắc tơ khởi động K - K2, K3 theo thứ tự sau: Các công tắc tơ khởi động từ chỉ được phép khởi động tuần tự, tức là K1 đóng, theo sau là K2 và cuối cùng là K3 (hình 1) - Bốn nút S1, S2, S3 và S4: các thiết bị nhập. - Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối nối liên kết là các phần tử xử lý. - Các khởi động từ H1, H2, H3 là các thiết bị xuất được điều khiển. Hình 4.2 Nếu thay đổi mạch điện tử ở phần xử lý bằng hệ PLC, ta có thể biểu diễn hệ thống như sau: - Phần tử nhập: Các nút nhấn S1, S2, S3, S4. - Thiết bị xuất: H1, H2, H3. - Phần tử xử lý: được thay bằng PLC. - Sơ đồ kết nối PLC được thiết lập bên trên (hình 4.3).
89 Hình 4.3 Nhận xét: - Khi chuyển đổi từ hệ thống Relay sang hệ thống điều khiển PLC. - Đối với phần cứng: Ta chỉ cần quan tâm đến kết nối các phần từ nhập - và các phần từ xuất đối vói PLC. - Phần mềm PLC sẽ làm thay nhiệm vụ khối xử lý. - Giả sử khi nhiệm vụ điều khiển thay đổi như sau: chỉ đóng được 2/ 3 đèn - hoặc điều khiển từng đèn riêng lẽ. Ta nhận thấy rằng phần tử nhập và xuất giữ nguyên, yêu cầu thay đổi. Với hệ thống relay, ta phải thiết kế lại mạch điều khiển, trong khi đó, với hệ thống PLC ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển. Ví dụ: - Thiết kế chương trình điều khiển cơ cấu cấp phôi cho máy dập - Bảng vào/ra - Người ta thường dùng Bảng vào ra để gán vào từng trạng thái để việc tổ - chức chương trình được đơn giản. Công việc này là phần quan trọng trong - tập tài liệu lưu trữ về hệ thống. - Bảng vào/ra có cấu tạo gồm 3 cột gồm: 1. Cột ký hiệu: Mô tả - Ký hiệu thiết bị cung cấp tín hiệu (ngõ vào). - Ký hiệu thiết bị nhận tín hiệu (ngõ ra). - Mục đích (ô nhớ) 2. Cột toán hạng: Ghi các địa chỉ, ô nhớ, ngõ vào ra tương ứng. 3. Cột Mô tả: Mô tả cấu trúc vật lý tương ứng của các thiết bị (đưa tín hiệu ngõ vào). Giải thích mục đích của thiết bị ngõ ra, ô nhớ,
90 Mô tả bằng lời: - Băng tải di chuyển phôi nối tiếp nhau về phía máy dập. Khi phôi đến vị trí phía trước đồ gá, nó kích công tắc hành trình S1 để dừng băng tải. Khi S2 đóng, xylanh khi nén duỗi ra đẩy phôi vào đồ gá. Khi chạm phải S3, xi lanh dừng và co về vị trí bình thường. Công tác này cũng báo hiệu xylanh đã hoàn tất việc đẩy phôi vào đồ gá và có thể dập phôi theo hình dáng mong muốn. Sau khi được dập xong, sản phẩm được lấy ra khỏi đồ gá, làm kích hoạt cảm biến quang S4 báo hiệu phôi kế tiếp có thể được chuyển đến và đưa vào đồ gá. Quá trình cứ tiếp tục như vậy. Biểu diễn bằng lưu đồ ( hình 4.4 ): Ta thấy trình tự gồm 4 trạng thái: - Băng tải hoạt động, xylanh co, cơ cấu dập không hoạt động. - Xylanh duỗi, băng tải dừng, cơ cấp dập không hoạt động. - Xy lanh co, băng tải dừng, cơ cấu kẹp không hoạt động. - Cơ cấu dập hoạt động, băng tải dừng, xylanh co.
91 Hình 4.4 Ưu điểm của sơ đồ này là biểu diễn được nhiều thông tin. Ta có thể biểu diễn chương trình trên với sơ đồ chức năng. Sơ đồ chức năng bao gồm một chuỗi các bước, trạng thái được biểu diễn bằng các ký hiệu. Để nhớ bước ta dùng mạch logic tự duy trì bằng cờ. Tại một thời điểm chỉ có một bước hoạt động và trình tự được thực hiện từ bước này sang bước tiếp khi điều kiện chuyển bước được thỏa mãn. Lưu ý rằng trên sơ đồ chức năng không thể hiện mạch tự duy trì hay điều kiện thoát bước, điều kiện đó được hiểu ngầm. Một số người thiết kế dùng các ký hiệu khác được hiệu chỉnh lại có điêu kiện tự duy trì và điều kiện vô hiệu trạng thái . Hình 4.5 mô tả cơ cấu dập. Phân nhánh trong điều khiển trình tự:
92 Hình 4.5 Trong nhiều ứng dụng thực tế, một hệ thống điều khiển cần một số hoạt động trình tự xảy ra đồng thời và còn có yêu cầu dùng bộ định thì hay bộ đếm thực hiện điều kiện chuyển bước. Trong hình 4.6, việc chọn hoạt động B hay C tùy thuộc điều kiện A2, khi hoàn tất thì cả hai hoạt động trên đều dẫn đến hoạt động D. Hình 4.7 cho thấy sơ đồ điều khiển với quá trình trong đó 2 hoạt động A và B được khởi tạo khi điều kiện A đúng và khi cả hai điều kiện B và C là đúng thì mới dẫn đến hoạt động D.
93 Hình 4.6 Phân nhánh OR trong lưu đồ Hình 4.7
94 Phân nhánh AND trong lưu đồ Sơ đồ chức năng tương đương được minh họa ở hình sau. Số lượng hoạt động song song có thể mở rộng thông qua các đường phân nhánh và hợp nhánh. Thể hiện trong sơ đồ hình 4.8 là điều kiện để chọn lựa bước B hay bước C. Hình 4.9, việc AND các bước được đánh dấu bằng đường kẻ đôi sau điều kiện A và trước điều kiện n. điều này có nghĩa tất cả các bước song song được SET khi trạng thái A hoạt động và điều kiện A thỏa mãn. Hình 4.8 Hình 4.9 Hình 4.8: Phân nhánh OR; hình 4.9: Phân nhánh AND trong sơ đồ chức năng BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐÓNG NẮP CHAI VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM I. MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU: 1. Mục đích: -Sử dụng lệnh TIMER/ COUNTER. -Ứng dụng các lệnh cơ bản để viết chương trình điều khiển theo yêu cầu của giáo viên. 2. Yêu cầu: - Sau bài học này học sinh có thể viết được chương trình PLC điều khiển dây chuyền đóng nắp chai bia và phân loại sản phẩm. II. PHẦN THỰC HÀNH:
95 1. Yêu cầu công nghệ: - Cb1: nhận biết sản phẩm nếu có sản phẩm thì băng tải1 chạy, khơng có sản phẩm trong 3s băng tải 1 dừng - Cb2: nhận biết nắp chai (nắp kim loại) khơng có nắp thì thủy lực loại bỏ - Cb3: nhận biết mực nước chuẩn trong chai, nếu nước khơng đầy thì thủy lực loại bỏ. - Cb4: nhận biết có sản phẩm để cb2 và cb3 phân loại. - Cb5: đếm sản phẩm đủ 24 chai dừng 3 phút để đóng gói. - Cb6: khi có sản phẩm khơng đạt băng tải 1 dừng đề loại bỏ, khi cb6 tác động thì băng tải 1 bắt đầu chạy lại. -Băng tải 2 hoạt động khi có sản phẩm khơng đạt và dừng khi Cb6 tác động. -Sản phẩm phía trước1 luơn đi tới. Khi có sản phẩm khơng đạt bang tải 1 đang sử lý thì sản phẩm phía trước khơng đi tới nữa( tránh bị đùn đẩy) -Lắp đặt để khi có sản phẩm khơng đạt băng tải 1 dừng. Chai khơng đạt nằm ngay giữa để thủy lực loại bỏ dễ dàng.Băng tải chỉ vừa đủ cho chai đi qua như hình ảnh bổ sung. -Lắp đặt đường băng tải 1 chỉ vừa đủ để chai đi qua tránh trường hợp chai bị đổ khi chạy trên bang tải 1 - Khoảng cách giữa các chai là 15cm suy ra tốc độ băng tải 1 chạy 1s = 15cm để bảo đảm thời gian 3s khơng cĩ sp thì băng tải sẽ dừng. - Khi đang chạy bị sự cố cúp diện hay dừng ngồi ý muốn (bộ đếm chưa đủ 24 chai)cần phải lấy hết sp đã ra để chạy lại từ đầu (khi nhấn start tương đương reset chương trình PLC). 2. Trình tự thực hành:
96 2.1. Quy định địa chỉ ngõ vào/ra: Ngõ vào Ngõ ra Địa chỉ Mô tả Đại chỉ Mô tả I0.0 START Q0.0 Băng tải 1 I0.1 STOP Q0.1 Băng tải 2 I0.2 CB1 Q0.2 Kích thủy lực I0.3 CB2 I0.4 CB3 I0.5 CB4 I0.6 CB5 I0.7 CB6 I1.0 OL1 I1.1 OL2 2.2. Vẽ sơ đồ kết nối thiết bị:
97 2.3. Viết chương trình điều khiển:
98 2.4. Chạy mô phỏng chương trình: CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH: Bài 1: 1. Yêu cầu công nghệ: - Trong ứng dụng này, hệ thống sẽ lựa sản phẩm thiếu chất lượng trộn lẫn trong sản phẩm đúng tiêu chuẩn. Ví dụ phân biệt bóng đen và bóng trắng và dựa vào hai contennơ khác nhau. - Khi bắt đầu hoạt động, sensor (S1) sẽ cảm nhận sự hiện diện của bóng trong hộp. Cuộn selenoid ở trên ( top selenoid) thả ra cho sensor (S2) cảm nhận màu trước khi thả vào contennơ. Nếu bóng đen, piston (1002) sẽ được kích hoạt và chuyển hướng bóng đen xuống contennơ khác. 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 2: 1. Yêu cầu công nghệ: Hãy viết chương trình điều khiển hai động cơ hoạt động theo chế độ như sau: - Động cơ 1 chạy 5 giây rồi ngừng sau đó đến động cơ 2 chạy 5 giây rồi ngừng 2 giây, lặp lại 5 lần như vậy, kế đến thì chu kỳ làm việc của hai động cơ lặp lại 10 lần rồi nghỉ. Muốn làm việc nữa thì khởi động lại.
99 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 3: 1. Yêu cầu công nghệ: Công ty TECHNOPIA có hai bồn trộn hóa chất, mỗi bồn dược kéo bởi một động cơ -Bồn 1 trộn hóa chất a. -Bồn 2 trộn hóa chất b. Trên bảng điều khiển có ba chọn lựa: -Nếu nhấn nút PB thì cả hai bồn đều được chọn làm việc trong 30 giây. -Nếu nhấn nút PB1 thì chỉ có bồn 1 làm việc trong 30 giây (bồn 2 nghỉ). -Nếu nhấn nút PB2 thì chỉ có bồn 2 làm việc trong 30 giây (bồn 1 nghỉ). - Khi đang trộn hóa chất nếu bồn hóa chất bị hở van thì phải báo động ngay lập tức và dừng quá trình trộn lại. ( hình vẽ). 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 4: 1. Yêu cầu công nghệ:
100 HIỂN THỊ Có một máy bán nước tự động, tuỳ thuộc số tiền ta đưa vào trong máy thì loại nước A B C D E F uống tương ứng sẽ được cho ra. Tiền đưa Đèn báo vào phải tương đương hoặc lớn hơn giá tiền qui định cho từng sản phẩm. Bỏ tiền vào A, B, C, D : 8 đồng. MÁY BÁN HÀNG E : 4 đồng. TỰ ĐỘNG F : 2 đồng. 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 5: 1. Yêu cầu công nghệ: - Do yêu cầu của công nghệ nên có một động cơ vận hành theo chế độ như sau: + Nhấn nút ON (động cơ chuẩn bị làm việc), sau đó chọn chế độ làm việc . + Nếu nhấn nút PB1: thì động cơ chạy 50 giây dừng 10 giây rồi chạy ngược 50 giây, dừng 10 giây và chu kỳ lặp lại 3 lần như ban đầu. + Nếu nhấn nút PB2 thì động cơ chạy 50 giây ,dừng 10 giây sau đó chạy ngược 50 giây, dừng 10 giây và chu kỳ bắt đầu lặp lại như ban đầu 5 lần. 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi
101 - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 6: 1. Yêu cầu công nghệ: - Nhà máy LOSANCHE có một dây chuyền sản xuất bia, sau khi đổ bia vào chai thì các chai bia này được đưa qua một băng tải .dọc theo băng tải có 4 trạm kiểm tra: - Trạm 1: Kiểm tra chai có bị mẻ hay không. - Trạm 2: Kiểm tra nhãn chai . - Trạm 3: Kiểm tra nút chai . - Trạm 4: Kiểm tra bia đầy hay không . -Nếu chai bia nào không đảm bảo bất kỳ tiêu chuẩn kiểm tra nào thì sẽ bị loại bỏ sau khi qua 4 trạm. Hãy viết chương trình kiểm tra sản phẩm theo yêu cầu trên. 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 7: 1. Yêu cầu công nghệ: - Có công nghệ đổ nguyên liệu như hình vẽ:
102 - LS1, LS2: Công tắc hành trình - S1, S2: Báo bồn 1 đầy và cạn - S3, S4: Báo bồn nguyên liệu đầy và cạn 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 8: 1. Yêu cầu công nghệ: - Viết 1 chương trình điều khiển đèn giao thông cho ngã tư Cầu Mới ở Biên Hòa, đèn hoạt động như sau: + Có thể thay đổi được thời gian cho đèn xanh tuyến 1 và tuyến 2. + Vàng tuyến 1 và tuyến 2 có giá trị mặc định là 5 giây. + Xanh tuyến1, tuyến 2 có giá trị mặc định là 15 giây. + Vàng tuyến 1 và tuyến 2 là 5 giây. 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi
103 - Viết chương trình điều khiển - Chạy mô phỏng chương trình Bài 9: 1. Yêu cầu công nghệ: Viết chương trình điều khiển một chuông báo tiết học theo yêu cầu sau: - Chủ Nhật chuông không kêu. -Từ 7h00’00” đến 7h00’10” chuông kêu báo vào giờ học. -Từ 9h00’00” đến 9h00’08” chuông kêu báo giờ giải lao. -Từ 9h15’00” đến 9h15’10” chuông kêu báo vào giờ học. -Từ 11h00’00” đến 11h00’20” chuông kêu báo giờ học kết thúc. 2. Yêu cầu thực hành:. -Vẽ giản đồ thời gian -Vẽ mạch động lực và sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi - Viết chương trình điều khiển  YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1 Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày được các liên kết logic, các lệnh ghi /xóa, trình bày được nguyên lý làm việc của Timer, Counter + Về kỹ năng: sử dụng thành thạo các lệnh logic, timer, counter + Về thái độ: Đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm. + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành + Về thái độ: Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp
104 BÀI 5 CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA PLC Mã bài: MĐ 27 - 05 Giới thiệu: - Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển dữ liệu và các cổng vào /ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điều khiển số PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Time) và những khối hàm chuyên dụng Mục tiêu: - Trình bày được nguyên lý hoạt động các phép toán số của PLC theo nội dung đã học. - Kiểm tra, xử lý chức năng toán số của PLC đạt yêu cầu kỹ thuật. - Rèn luyện tính tỷ mỉ, chính xác, an toàn và vệ sinh công nghiệp Nội dung của bài: Thời gian:12 giờ (LT: 6 giờ; TH: 6 giờ) 1. Chức năng truyền dẫn Mục tiêu: -Kết nối PG/PC với S7-200  Tổng quan về CP243-1IT + Cho phép S7-200 giao tiếp với mạng IE (Industrial Ethernet). + Cho phép S7-200 được lập trình, chuẩn đoán lỗi và cấu hình từ xa. + Cung cấp khả năng giao tiếp OPC server + Cung cấp khả năng giao tiếp qua Email và theo dõi trạng thái PLC qua Web Browser. + Hỗ trợ các PLC 222, 224, 226 và 226 XM (ver 1.1 trở lên)  Các chuẩn tương thích với CP 243-1 IT + CP 243-1IT tương thích với các chuẩn + S7 XPUT/XGET và S7 READ/WRITE + S7-200 I/O Bus + HTTP 1.0 theo tiêu chuẩn RFC1945 + FTP theo tiêu chuẩn RFC959 +SMTP theo tiêu chuẩn RFC2821/RFC2822 (email) + Mỗi module có một địa chỉ MAC có định, địa chỉ IP và Subnet Mask phải đạt từ BOOTP hoặc phải được cấu hình  Các chức năng của CP243-1IT