Giáo trình PLC (dùng cho hệ cao đẳng nghề) (Phần 2)

64 BÀI 10: CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA PLC 1. Sơ đồ cấu trúc của phần tử: 1.1. Giới thiệu sơ đồ cấu trúc PLC Thiết bị lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm là CPU trong đĩ cĩ chứa các chương trình điều khiển và các modul giao tiếp vào\ ra các khối chức năng như timer, bộ đếm, bộ đệm và khơng thể thiếu đĩ là bộ nhớ. Sơ Đồ Khối cấu trúc PLC + CPU : Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như thực hiện chương trình , xử lý vào ra và truyền thơng với các thiết bị bên ngồi. + Bộ nhớ : Gồm nhiều bộ nhớ khác nhau với các chức năng khác nhau như bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ đệm, bộ nhớ hệ điều hành. Tùy theo yều cầu của người dùng cĩ thể chọn các bộ nhớ khác nhau như : Bộ nhớ ROM : Là loại bộ nhớ khơng thay đổi được bộ nhớ này chỉ thay đổi được một lần . Bộ nhớ RAM : Là loại bộ nhớ cĩ thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong RAM sẽ bị mất khi bị mất điện, điều này cĩ thể khắc phục bằng cách sử dụng pin. Bộ nhớ EPROM : Gần giống như ROM nhưng nguồn nuơi của EPROM khơng cần dùng pin, tuy nhiên nội dung của nĩ cĩ thể bị xĩa nếu chiếu tia cực tím vào cửa sổ nhơ trên EPROM và cĩ thể nạp lại nội dung bằng Mạch nạp Bộ nhớ EEPROM : Là sự kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM loại này cĩ thể nạp và xĩa bằng tín hiệu điện nhưng số lần nạp cĩ giới hạn. + Các khối Timer, Couter cĩ chức năng tạo thời gian trễ và đếm tín hiệu xung điện. 65 + Bộ đệm : Trước khi các tín hiều số đưa vào cổng vào ra từ các thiết bị ngoại vi được đưa và CPU thì chúng đước lưu vào bộ đệm vào ra. + Khối ngắt cĩ tác dụng ưu tiên thực hiện chương trình ngắt khi cĩ sự kiện cần ưu tiên trong chương trình chính. 1.2. Các thơng số kỹ thuật Hiện nay Siemen được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu về cơng nghệ tự động hĩa cĩ chất lượng cao và được sản xuất với cơng nghệ mới nhất và rất đa dạng. Từ cơng tắc tơ rơle, các bộ định giờ, cảm biến nút ấn biến tần v.v cho tới các thiết bị điều khiển khả trình như PLC. Tuy nhiên Siemen sản xuất rất nhiều bộ điều khiển lập trình khác nhau. Tuy nhiên thơng dụng hơn cả là CPU S7_200 Tìm hiểu bộ lập trình điều khiển PLC S7_200 CPU 224. + Điện áp nguồn cung cấp : AC 85÷264 V, Hoặc DC từ 20.4V ÷ 28.8V + Điện áp nguồn cho đầu vào : 24V + Số lượng đầu vào ra : 24 đầu vào ra trong đĩ cĩ 14 đầu vào và 10 đầu ra cĩ khả năng kết lối thêm 7 modul vào ra mở rộng. + Dịng điện đầu ra : 0,7A với loại DC/DC/DC và 2A với loại AC/DC/Rơle trong đĩ tương ứng là : Điện áp nguồn/Điện áp đầu vào/Đầu ra + Dung lượng bộ nhớ : 4096 Word chương trình, 2560 Word dữ liệu + Các chế độ làm việc : Cĩ 3 chế độ làm việc  Run : Là chế độ PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ  Stop : Cưỡng bức PLC dừng chương trình dang chạy và chuyển sang chế độ stop, PLC sẽ tụ động chuyển từ RUN sang STOP nếu chương trình gặp sự cố hoặc trong chương trình cĩ lệnh STOP.  TERM : cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC là RUN hoặc STOP. Cổng truyền thơng S7_200 : Dùng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 để phục vụ cho việc phục vụ cho thiết bị ghép nối lập trình hoặc với trạm PLC khác. Sử dụng cáp PPI đi kèm với máy tính để ghép nối truyền thơng vơi PLC. + Số lượng timer : 256 bộ timer chia làm 3 loại với các giải khác nhau : 4 timer 1ms, 16 timer 10ms, và 236 timer 100ms Số lượng bộ đếm : 256 chia làm 3 loại bộ đếm : Bộ đếm tiến, bộ đếm lùi, bộ đếm tiến lùi. + 256 bít nhớ đặc biệt dùng để thơng báo trạng thái và đạt chế độ làm việc . + 6 bộ đếm tốc độ cao 20khz và 30khz + 2 kiểu phát xung nhanh ( tần số cao ) cho dãy kiểu xung PTO và PWM + 2 bộ điều chỉnh tương tự. 2. Ngơn ngữ lập trình của PLC: 2.1. Các ký hiệu phần tử trong PLC Trong ngơn ngữ lập trình LAD LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của 66 bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau: Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đĩng  Cuộn dây (coil): Là biểu tượng   mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le.  Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện. Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây trung hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEPT MICRO / DOS hoặc STEPT – MICRO/WIN. Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. Trong ngơn ngữ lập trình FBD Là ngơn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số. Tập lệnh là tập hợp các hàm khối với tín hiệu số Trong ngơn ngữ lập trình STL Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. Một chương trình được được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật tốn nhất định , mỗi lệnh chiếm một hàng và đều cĩ cấu trúc chung là ( Tên lệnh + tốn hạng ) 67 2. 2 . Ngơn ngữ lập trình. Các loại PLC thường cị nhiều loại ngơn ngữ lập trình khác nhau nhằm phục vụ cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau. PLC s7_200 cĩ 3 loại ngơn ngữ lập trình cơ bản :  Ngơn ngữ hình thang : LAD  Ngơn ngữ hình khối : FBD  Ngơn ngữ máy tính : STL 3. Kết nối với phần tử ngoại vi: Việc kết nối giữa PLC với ngoại vi rất quan trọng. Nĩ quyết định đến việc PLC cĩ thể giao tiếp với thiết bị lập trình( máy tính ) cũng như hệ thống điều khiển cĩ thể hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế hay khơng. Ngồi ra việc kết nối cịn ảnh hưởng tới độ an tồn cho PLC cũng như hệ thống điều khiển Sơ đồ bề mặt của bộ điều khiển PLC s7_200 CPU 224 Kết nối các ngõ vào với ngoại vi : Các ngõ vào của PLC cĩ thể được chế tạo là một khối riêng hoặc được tích hợp trên CPU . Trong trường hợp nào thì các ngõ vào này cũng cần được cấp nguồn riêng với điện áp tùy thuộc vào loại CPU. Xoay chiều: 1535VAC , f = 47 63 HZ; dịng cần thiết nhỏ nhất là 4mA 68 79135VAC, f = 47 63 HZ ; dịng cần thiết nhỏ nhất là 4mA Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC Một chiều : 15 35VDC ; dịng cần thiết nhỏ nhất là 4mA Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC Tùy theo yêu cầu mà cĩ thể quyết định sử dụng ngõ vào nào : Ngõ vào DC : - Điện áp thường thấp do đĩ an tồn hơn - Đáp ứng ngõ vào DC rất nhanh - Điện áp DC cĩ thể kết nối với nhiều phần tử khác nhau trong hệ thống Đối với các ngõ vào ra của các CPU 214 là : DC/DC/DC CPU 224 là : AC/DC/ relays Kết nối các ngõ ra với ngoại vi : Các ngõ vào của PLC cĩ thể được chế tạo là một khối riêng hoặc được tích hợp trên CPU . Trong trường hợp nào thì các ngõ vào này cũng cần được cấp nguồn riêng với điện áp tùy thuộc vào loại CPU. Xoay chiều: 20264VAC , f = 47 63 HZ; dịng cần thiết nhỏ nhất là 4mA Một chiều : 530VDC 20.4 28.8 VDC đối với ngõ ra trsnsistor Các khối ra tiêu chuẩn của PLC thương cĩ từ 8 đến 32 ngõ ra cùng loại và cĩ dịng định mưc khác nhau . ngõ ra cĩ thể là rơle , transistor hoặc triac rơle là ngõ ra linh hoạt nhất. Chúng cĩ thể là AC hoặc DC. Tuy nhiên đáp ứng ngõ ra chậm, giá thành cao và bị hư hỏng sau vài triệu lần đĩng cắt 69 Sơ đồ ngõ ra transistor Sơ đồ ngõ ra relay 3.1. Kết nối với máy tính Muốn nạp chương trình từ Máy tính vào PLC người sử dụng phải soạn thảo chương trình từ máy tính sau đĩ kết nối với PLC bằng các kết nối trực tiếp máy tính với PLC thơng qua giao thức RS 232 qua cáp PC/PPI 70 Kết nối máy tính với CPU S7_200 RS 232 /PPI MULTI_ MASTER Cơng tắc chọn chế độ điều khiển kết nối 3.2. Kết nối với cơ cấu chấp hành Kết nối ngõ ra PLC với cơ cấu chấp hành : Ngõ ra DC kết nối vỡi cơ cấu chấp hành 71 Ngõ ra AC kết nối vỡi cơ cấu chấp hành 4. Nạp chạy chương trình lập trình: 4.1 Nạp chương trình từ PLC vào PC Trong STEP 7 – Micro/Win mở một dự án để giữ các khối sẽ được upload từ PLC  Nếu muốn upload vào một dự án rỗng , chọn File > New hoặc sử dụng biểu tượng New Project trên toolbar  Nếu muốn up load vào một dự án tồn tại , chọn File > Open hoặc sử dụng biểu tượng trên toolbar  Chọn File > Upload hoặc sử dụng biểu tượng Upload trên toolbar  Hộp thoại Upload xuất hiện để yêu cầu chọn các khối : Program Block hoặc Data Block , and System Block . Chọn các khối muốn Upload sau đĩ nhấn OK 4.2. Nạp chương trình từ PC vào PLC Khi truyền thơng giữa PLC và máy tính đước kết nối ta cịn cĩ thể download chương trình đã lập trình từ máy tính xuống PLC và cần lưu ý thêm rằng khi download một Program Block hay Data Block , System Block thì nội dung của các khối mới sẽ đè lên các khối lệnh cũ trong PLC. Các bước thực hiện như sau : Sau khi đã soạn thảo xong chương trình điều khiển cho hệ thống để down load được phải chắc chắn rằng chương trình khơng cĩ lỗi về cú pháp> 72  Nhấp chuột vào biểu tượng trên thanh cơng cụ toolbar hoặc chọn đường dẫn File > Download để dơn chương trình xuống PLC.  Nếu PLC đang ở chế đọ Run thì một hộp thoại xuất hiện yêu cầu bạn đặt S7_200 ở chế độ Stop. Chọn Ok để PLC ở chế độ Stop và down load chương trình xuống. BÀI 11: MẠCH KẾT NỐI CƠ BẢN CÁC TRẠNG THÁI 1. Phương pháp vẽ các ký hiệu trên PC bằng LAD: 1.1. Giới thiệu các ký hiệu trong PLC Ngơn ngữ LAD là ngơn ngữ đồ họa thích hợp với người sử dụng trong các ngành điện tự động, điện cơng nghiệp vì các kỹ hiệu được mơ phỏng gần giống với mạch điện trang bị. Việc điều khiển các cơ cấu chấp hành cĩ thể sử dụng mạch trang bị điện nhưng cĩ nhược điểm là phức tạp trong thiết kế, đi dây nhiều và khĩ kiểm tra lỗi. Ngồi ra với các thiết kế phức tạp thì mạch trang bị khơng đáp ứng được. PLC ra đời giải quyết tất cả các vấn đề trên. Ngồi ra PLC lại được sử dụng gần giống với Mạch trang bị nên dễ dàng sử dụng. Các phần tử trong PLC tương ứng với các thiết bị trong mạch trang bị như : - Nút ấn, cơng tắc hành trình được thay bằng các tiếp didemr thường đĩng thường hở - Cơng tắc tơ hay các rơ le trung gian được thay bằng cuộn dây - Các rơ le thời gian được thay bằng hàm thời gian - Ngồi ra PLC cung cấp rất nhiều cơng cụ lập trình giúp việc lập trình đơn giản cĩ thuật tốn cĩ cấu trúc và khơng cĩ cấu trúc 1.2. Vẽ các ký hiệu phần tử cơ bản PLC chỉ cĩ thể làm việc trên các tín hiệu số, nên ngơn ngữ gồm một tập hợp các ký hiệu mà người dung sử dụng để lập trình thực chất là các tín hiệu số được mã hĩa bằng ngơn ngữ đồ họa giúp người lập trình dễ dàng sử dụng, và được chuyền thành tín hiệu số khi được download xuống PLC. 73 Các tín hiệu này được lưu trong vùng chứa tham số của hệ điều hành bao gồm : Miền nhớ I : Là miền dữ liệu các cổng vào số, Trước khi bắt đầu thực hiện thực hiện chương trình PLC sẽ đọc các giá trị logic của tất cả các cổng vào và cất chung trong vùng nhớ I Các ký hiệu thường sử dụng trong miền này là : : tiếp điểm thường hở : tiếp điểm thường đĩng Miền nhớ Q : Miền bộ đệm các cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình sẽ chuyển các giá trị logic của bộ đệm tới các cổng ra số. Thơng thường khơng trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chuyển chúng ra bộ đệm Q. Ký hiệu thương sử dụng trong miền này là : : Cuộn dây ngõ ra Miền nhớ các biến cờ M : Chương trình sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết , cĩ thể truy cập nĩ ở dạng bit(M), byte (MB), từ (MW), hay từ kép (MD) Các ký hiệu thường được sử dụng trong miền này : Trong đĩ xxx là bits nhớ ví dụ xxx = M0.0 Miền nhớ phục vụ thời gian T : bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước(PV) và giá trị thời gian tức thời (CV) và giá trị đầu ra của bộ thời gian. Ký hiệu sử dụng : Trong đĩ Txxx là tên của bộ thời gian Ví dụ Txxx = T37 Miến nhớ phục vụ bộ đếm C : bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước(PV) và giá trị thời gian tức thời (CV) và giá trị đầu ra của bộ đếm 74 Ký hiệu sử dụng trong vùng này : Trong đĩ Cxxx là tên của bộ thời gian Ví dụ Cxxx = C15 2. Vẽ mạng LAD liên kết các trạng thái 2.1. Liên kết các trạng thái thường đĩng, thường mở, duy trì PLC sẽ thực hiện tuần tự các cơng việc từ trên xuống dưới, và các cơng việc này được PLC chia nhỏ trong các network : Ví dụ : ấn nút ấn mở thì động cơ hoạt động Netword 1 : Ngõ vào i0.0 và ngõ ra Q0.0 Netword 2 : ấn nút ấn dừng thì động cơ ngừng hoạt động Ngõ vào I0.1 ngõ ra Q0.0 Ấn nút ấn mở động cơ hoạt động, Ấn nút ấn dừng động cơ ngừng hoạt động Tiếp điểm Q0.2 thường mở để duy trì Sử dụng bộ thời gian : Network 1 : Tạo tín hiệu duy trì cho bộ thời gian T37 hoạt động 75 Network 2 : Sử dụng tiếp điểm thường hở T37 điều khiển động cơ Mơ tả hoạt động : Khi ngõ vào I0.0 = 1 timer T37 được kick nếu sau khoảng thời gian 10* 100ms I0.0 vẫn giữ nguyên trạng thái thì Bít T37 sẽ được bật lên 1 ( khi đĩ Q0.0 = 1) Giản đồ tín hiệu tác động theo thời gian của bộ thời gian Sử dụng bộ đếm counter : Network 1 : Tạo tín hiệu cho bộ đếm hoạt động Network 2 : Sử dụng tiếp điểm của bộ đếm đểm điều khiển ngõ ra : 76 Mơ tả hoạt động : Mỗi lần cố tín hiệu sườn lên của I0.0, giá trị của bộ đếm tăng lên 1. Khi giá trị hiện tại của bộ đếm lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV ngõ ra sẽ được bật lên On. Khi ngõ vào I0.2 của chân Reset được kick giá trị hiện thời của bộ đếm được trả về 0. Giản đồ tín hiệu tác động theo thời gian của bộ đếm 2.2. Kết nối các trạng thái tín hiệu điều đầu vào, đầu ra. Một hệ thống điều khiển bằng PLC hồn chỉnh bào gồm : _ Lập trình cho Hệ thống trên PLC bằng máy tính: _ Download Chương trình xuống PLC _ Kết nối PLC với các thiết bi ngoại vi : như PLC với các ngõ vào/ra số, PLC với các Moldul mở rộng, Và PLC với cơ cấu chấp hành 77 Ví dụ kết nối trên S7-200 CPU 224 ngõ vào/ra BÀI 12: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN CẦU THANG 1. Phân tích quy trình làm việc: 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải Cĩ hai cách mắc mạch đèn cầu thang : Cách 1 : Cách 2 : Nhưng thường sử dụng cách 1 : Nguyên lý hoạt động : 78 Giả sử ở trạng thái ban đầu cơng tắc 1 và 2 ở vị trí như hình vẽ Ta bật cơng tắc 1 tiếp điểm 1 và 5 nối tiếp với nhau Dịng điện từ dây lửa L qua tiếp điểm 1, 5 và tới tiếp điểm 4 vể N bĩng đèn sáng . đi tới cơng tắc 2 tiếp điểm 2 , 4 khơng nối tiếp nhau nữa khi đĩ khơng cĩ dịng chạy qua bĩng đèn khơng sáng. 1.2. Xác định mối quan hệ trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra Như vậy cơng tắc 1 và cơng tắc 2 là hai tín hiều điều khiển và chỉ cĩ hai trạng thái, đĩng hoặc mở . Tương ứng với 0 hoăc 1 trong kỹ thuật số. Trong kỹ thuật số người ta khơng sử dụng các cơng tắc để điều khiển cho bĩng đèn ( Ngõ ra ) mà sử dụng các cổng logic để điều khiển ngõ ra. Cơng tắc 1 cĩ hai trạng thái đĩng hoặc mở thì ký thuật số tương ứng cĩ tín hiệu vào A và Ā là hai trạng thái ngược nhau tương ứng với 1 và 0. Bài tốn trên được phân tích trong kỹ thuật số như sau : Y = A.Ē + E. Ā Trong đĩ Y là ngõ ra và A và E là các tín hiệu. Trong đĩ Y là một hàm hàm tốn học của các tín hiệu, tương ứng với mạch logic XOR. Trong PLC người ta sử dụng các tìn hiệu điện để điều khiển các ngõ ra. 2. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC: 2.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra: - Địa chỉ đầu vào: I0.0: CT1 (cơng tắc 2 vị trí thơng thường) I0.1: CT2 (cơng tắc 2 vị trí thơng thường) - Địa chỉ đầu ra: Q0.0: Đèn cầu thang. 2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển: - Ta cĩ mạch điều khiển được lập trình bằng LAD trên PLC S7-200 như sau: - Mạch điều khiển được lập trình bằng STL trên PLC S7-200 như sau: - 3. KẾT NỐI CƠ CẤU CHẤP HÀNH, NẠP CHƯƠNG TRÌNH CHẠY THỬ: 3.1. Kết nối cơ cấu chấp hành: Với PLC loại AC/DC/RLY ta cĩ mạch kết nối với cơng tắc và với đèn như sau: 79 Hình 12.4. Sơ đồ kết nối PLC với ngoại vi. 3.2. Nạp chương trình, chạy cơ cấu chấp hành: Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi, ta tiến hành down load chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy cơ cấu chấp hành. Mạch động lực được nối như sơ đồ rơ le ở trên hình 12.4 * Các bước và cách thực hiện cơng việc: 1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: (Tính cho một ca thực hành gồm 20HSSV) TT Loại trang thiết bị Số lượng 1 Cáp kết nối CPU và máy tính 24RC – 230V- 8A Theo nhĩm 2 Máy tính cài đặt phần mềm SIMATIC S7-200, pentum III Theo nhĩm 3 Mạch điều khiển Theo nhĩm 2. QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 2.1. Qui trình tổng quát: STT Tên các bước cơng việc Thiết bị, dụng cụ, vật tư Tiêu chuẩn thực hiện cơng việc Lỗi thường gặp, cách khắc phục 0.4 M 2L 1.3 1.0 I Q 0.1 0.3 1.00.7 N L CT2 1L 1.1 1.5 D CT1 2M 1.20.6 0.6 AC 0.2 0.3 0.0 SIMATIC S7-200 24DCV AC/DC/RLY 0.1 1M0.0 1.4 0.2 0.5 220V 0DCV 3L 1.10.7 0.40.5 80 1 Bước 1: Phân tích chu trình làm việc Cable kết nối, PLC S7 - 200, máy tính PC Theo sơ đồ mạch điện Đấu nhầm 2 Bước 2: Thiết kế mạch điều khiển bằng logic Cable kết nối, PLC S7 - 200, máy tính PC 3 Bước 3: Kết nối với cơ cấu chấp hành và chạy thử Cable kết nối, PLC S7 - 200, máy tính PC, mạch điều khiển 2.2. Qui trình cụ thể: Bước 1: - Phân tích chu trình làm việc thơng qua sơ đồ điều khiển rơle. - Xác định mối quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra Bước 2: Thiết kế mạch điều khiển bằng logic: Khai báo địa chỉ. Vẽ sơ đồ thiết kế. Bước 3: Kết nối với cơ cấu chấp hành và chạy thử: Kết nối cơ cấu chấp hành Nạp chương trình chạy cơ cấu chấp hành * Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên: 1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư. 2. Chia nhĩm: 3. Thực hiện qui trình tổng quát và cụ thể. * Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: Mục tiêu Nội dung Điểm Kiến thức Phân tích yêu cầu bài tốn. Xác định địa chỉ vào/ ra 4 Kỹ năng Kết nối PLC S7 - 200 với máy tính PC. Lập trình bằng máy tính đúng yêu cầu bài tốn 4 Thái độ - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh cơng nghiệp 2 Tổng 10 81 BÀI 13: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ BA PHA QUAY MỘT CHIỀU 1. Phân tích quy trình làm việc 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải: Mạch điều khiển động cơ khơng đồng bộ 3 pha quay một chiều cĩ thể mổ tả quy trình hoạt động như sau: Ấn nút Start, động cơ M chạy Ấn nút Stop, động cơ M dừng Bảo vệ quá tải cho động cơ dùng rơ le nhiệt RN. Để điều khiển động cơ M ta dùng cơng tắc tơ K và cấp điện và bảo vệ ngắn mạch ta dùng Aptomat TA. Sơ đồ mạch điện động lực điều khiển động cơ như hình 13.1. Hình 13.1 Mạch động lực điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy một chiều 1.2. Xác định mối quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra - Lựa chọn thiết bị điều khiển: Nút ấn Start: thường mở Nút ấn Stop: thường đĩng Tiếp điểm rơ le nhiệt RN: thường đĩng Sơ đồ kết nối với PLC như sau: 82 Hình 13.2 Sơ đồ lựa chọn kết nối tín hiệu điều khiển với PLC Từ sơ đồ hình 13.2 ta thấy ở trạng thái ban đầu, tín hiệu Stop cĩ mức logic là 1, RN là 1, Start là 0. Khi Start chuyển từ 0 sang 1 thì K cĩ mức logic là 1. Khi tín hiệu Stop hoặc RN chuyển từ 1 sang 0 thì K chuyển từ 1 sang 0. Vì vậy, ta cĩ giản đồ thời gian quan hệ các tín hiệu Start, Stop, RN, K như hình 13.3. Hình 13.3 Giản đồ thời gian biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng - Quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra như sau: Từ giản đồ thời gian hình 13.3 ta thấy: khi tín hiệu đầu vào Stop bằng 1 and RN bằng 1 and Start bằng 1 thì tín hiệu ra K bằng 1. Tuy nhiên, tín hiệu Start là khơng chắc chắn, chỉ là 1 trong khi ấn và khi dừng ấn thì trở về 0. Nên tín hiệu ra K được dùng để hỗ trợ cho tín hiệu Start. Khi tín hiệu đầu vào Stop bằng 0 hoặc RN bằng 0 thì tín hiệu đầu ra K bằng 0. Vậy hàm thuật tốn logic của biến đầu ra K là: .( ).KF Stop Start K RN  Trong đĩ: x là tín hiệu vào ứng với lệnh tiếp điểm thường mở trong PLC Fx là hàm tín hiệu ra ứng với lệnh cuộn dây trong PLC 2. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC: 2.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra: - Địa chỉ đầu vào: 83 Tín hiệu đầu vào Địa chỉ Chức năng Start I0.0 Nút ấn mở máy, thường mở, động cơ quay Stop I0.1 Nút dừng động cơ, thường đĩng RN I0.2 Tiếp điểm thường đĩng của rơle nhiệt để bảo vệ quá tải động cơ - Địa chỉ đầu ra: Tín hiệu đầu ra Địa chỉ Chức năng K Q0.0 Cuộn dây của cơng tắc tơ K 2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển: Trên cơ sở quy trình làm việc và địa chỉ vào/ra ta tiến hành viết chương trình trên phần mềm Step 7 Micro/win như sau: Hình 13.4 Mạch điều khiển động cơ KĐB 3 pha bằng PLC Sau khi viết chương trình chúng ta dùng chương trình mơ phỏng SIMULINK S7 200 để kiểm tra các chức năng của mạch theo giản đồ thời gian đã cĩ. 3. Kết nối cơ cấu chấp hành, nạp chương trình chạy thử. 3.1. Kết nối cơ cấu chấp hành Để điều khiển đầu ra là cuộn dây cơng tắc tơ K, ta chọn PLC loại AC/DC/RLY cĩ: các tín hiệu vào là +24VDC ứng với mức logic 1 và 0VDC ứng với mức logic 0, cổng ra rơ le. Sơ đồ kết nối với cơ cấu chấp hành theo sơ đồ sau: 84 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 N L AC3L 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 13 1.4 1.5 M L+ Q 1L 2L I SIMATIC S 7 - 200 AC/DC/RLY 220VAC 24DVC 1M 0DVC 0DVC K Hình 13.5 Kết nối PLC với cơ cấu chấp hành Mạch động lực được nối như sơ đồ rơ le ở trên hình 13.1 3.2. Nạp chương trình chạy cơ cấu chấp hành Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi, ta tiến hành down load chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy cơ cấu chấp hành và đánh giá kết quả. 85 BÀI 14: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ 3 PHA QUAY HAI CHIỀU 1. Phân tích quy trình làm việc 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải: Mạch điều khiển động cơ khơng đồng bộ 3 pha quay hai chiều cĩ thể mổ tả quy trình hoạt động như sau: Nếu ấn nút MT thì động cơ M quay thuận hoặc ấn nút MN động cơ M quay ngược. Ấn nút D động cơ M dừng. Để điều khiển động cơ M ta dùng cơng tắc tơ K và cấp điện và bảo vệ ngắn mạch ta dùng Aptomat TA. Sơ đồ mạch điện động lực điều khiển động cơ như hình 14.1. 86 A M B C AT KT RN KN Hình 14.1 Mạch động lực điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy hai chiều Từ hình 14.1, quy trình làm việc được mơ tả như sau: Ấn nút MT, cuộn dây cơng tắc tơ KT cĩ điện, động cơ M chạy thuận Ấn nút MN, cuộn dây cơng tắc tơ KN cĩ điện, động cơ M chạy ngược Để đảm bảo động cơ hoạt động hai chiều chắc chắn thì hai cơng tắc tơ KT và KN khơng cùng làm việc, ta dùng liên động cho nút ấn MT và MN. Khi động cơ quá tải, rơ le nhiệt RN tác động, KT và KN mất điện, động cơ M dừng. 1.2. Xác định mối quan trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra - Lựa chọn thiết bị điều khiển: Nút ấn MT: thường mở Nút ấn MN: thường mở Nút ấn D: thường đĩng Tiếp điểm rơ le nhiệt RN: thường đĩng Sơ đồ kết nối với PLC như sau: 87 Hình 14.2 Sơ đồ lựa chọn kết nối tín hiệu điều khiển với PLC Từ sơ đồ hình 14.2 ta thấy ở trạng thái ban đầu, tín hiệu D cĩ mức logic là 1, RN là 1, MT và MN là 0. Khi MT chuyển từ 0 sang 1 thì KT cĩ mức logic là 1 hoặc khi MN chuyển từ 0 sang 1 thì KN cĩ mức logic là 1. Khi tín hiệu D hoặc RN chuyển từ 1 sang 0 thì KT và KN chuyển từ 1 sang 0. Vì vậy, ta cĩ giản đồ thời gian quan hệ các tín hiệu MT, MN, D, RN, KT, KN như hình 14.3. Hình 14.3 Giản đồ thời gian biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng - Quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra như sau: Từ giản đồ thời gian hình 14.3 ta thấy: khi tín hiệu đầu vào D bằng 1 and RN bằng 1 and MT bằng 1 thì tín hiệu ra KT bằng 1. Tuy nhiên, tín hiệu MT là khơng chắc chắn, chỉ là 1 trong khi ấn MT và khi dừng ấn thì trở về 0. Nên tín hiệu ra KT được dùng để hỗ trợ cho tín hiệu MT. Khi tín hiệu đầu vào d bằng 0 hoặc RN bằng 0 thì tín hiệu đầu ra KT bằng 0. Khi MN cĩ mức logic là 1 thì KN bằng 1, ngay tức thì MN đảo được dùng để chuyển KT về 0, thực hiện khĩa liên động. Vậy hàm thuật tốn logic của biến đầu ra KT là: 88 . .( ).KTF D MN MT KT RN  Khi tín hiệu đầu vào D bằng 1 and RN bằng 1 and MN bằng 1 thì tín hiệu ra KN bằng 1. Tuy nhiên, tín hiệu MN là khơng chắc chắn, chỉ là 1 trong khi ấn MN và khi dừng ấn thì trở về 0. Nên tín hiệu ra KN được dùng để hỗ trợ cho tín hiệu MN. Khi tín hiệu đầu vào d bằng 0 hoặc RN bằng 0 thì tín hiệu đầu ra KN bằng 0. Khi MT cĩ mức logic là 1 thì KT bằng 1, ngay tức thì MT đảo được dùng để chuyển KN về 0, thực hiện khĩa liên động. Vậy hàm thuật tốn logic của biến đầu ra KN là: . .( ).KNF D MT MN KN RN  2. Thiết kế mạch điều khiển bằng phần tử logic 2.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra - Địa chỉ đầu vào: Tín hiệu đầu vào Địa chỉ Chức năng MT I0.0 Nút ấn mở máy, thường mở, động cơ quay thuận MN I0.1 Nút ấn mở máy, thường mở, động cơ quay ngược D I0.2 Nút dừng động cơ, thường đĩng RN I0.3 Tiếp điểm thường đĩng của rơle nhiệt để bảo vệ quá tải động cơ - Địa chỉ đầu ra: Tín hiệu đầu ra Địa chỉ Chức năng KT Q0.0 Cuộn dây của cơng tắc tơ KT KN Q0.1 Cuộn dây của cơng tắc tơ KN 2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển: Trên cơ sở Quy trình làm việc và địa chỉ vào/ra ta tiến hành viết chương trình trên phần mềm Step 7 Micro/win như sau: 89 Hình 14.4 Mạch điều khiển bằng PLC Sau khi viết chương trình chúng ta dùng chương trình mơ phỏng SIMULINK S7 200 để kiểm tra các chức năng của mạch theo giản đồ thời gian đã cĩ. 3. Kết nối cơ cấu chấp hành, nạp chương trình chạy thử 3.1. Kết nối cơ cấu chấp hành Để điều khiển đầu ra là cuộn dây cơng tắc tơ K, ta chọn PLC loại AC/DC/RLY cĩ: các tín hiệu vào là +24VDC ứng với mức logic 1 và 0VDC ứng với mức logic 0, cổng ra rơ le. Sơ đồ kết nối với cơ cấu chấp hành như sau: 90 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 N L AC3L 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 13 1.4 1.5 M L+ Q 1L 2L I SIMATIC S 7 - 200 AC/DC/RLY 220VAC 24VDC MT RN 1M 0VDC 0VDC KT KN DMN Hình 14.4 Kết nối PLC với cơ cấu chấp hành Mạch động lực được nối như sơ đồ rơ le ở trên hình 14.1 3.2. Nạp chương trình, chạy cơ cấu chấp hành Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi, ta tiến hành down load chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy thử cơ cấu chấp hành. BÀI 15: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ 3 PHA, ĐỔI NỐI Y-  DÙNG RƠ LE THỜI GIAN, M15 1. Giới thiệu rơ le thời gian 1.1. Ký hiệu, chức năng của rơ le thời gian ON- delay - Trong ngơn ngữ LAD: 91 Trong đĩ: IN: là cổng vào nhận tín hiệu dạng BOOL cho phép TON hoạt động PT: là cổng nhận giá trị tạo thời gian trễ đặt trước cho TON, tốn hạng là: IW, VW, QW, MW, SW, SMW, LW, AIW, T, C, *VD, *LD, Constant. ???ms: là độ phân giải của TON Txxx: là số hiệu của TON Tùy theo số hiệu của TON ta cĩ bảng phân bổ độ phân giải sau: - Khai báo trong ngơn ngữ STL: TON Txxx, PT - Trong ngơn ngữ FBD: - Chức năng của TON là tạo ra một thời gian trễ của tín hiệu ra so với tín hiệu cấp cho TON. 1.2. Nguyên tắc làm việc của rơ le Khi cấp tín hiệu vào cổng IN, TON bắt đầu đếm số nguyên dương. Giá trị đếm được của TON tăng dần từ 0, đến khi >= giá trị đặt ở PT thì TON tác động, bit tiếp điểm thường đĩng mở ra và thường mở đĩng lại. Nếu cắt tín hiệu cấp vào IN thì TON ngừng đếm, giá trị đếm được bị reset về 0, TON ngừng tác động. Nếu cấp tín hiệu trở lại IN thì TON đếm lại từ đầu. Nếu duy trì tín hiệu cấp vào IN thì TON sẽ đếm đến giá trị cực đại là 32767 từ dừng đếm và giữ giá trị đếm được là 32767, TON vẫn tác động. Để minh họa nguyên lý hoạt động của TON ta xét ví dụ sau: 92 Hình 15.1 Ví dụ minh họa nguyên tắc làm việc của T37 Khi I0.0=1, T37 bắt đầu đếm tương ứng là vị trí số 1 của hình 15.2, giá trị đếm tăng dần. Nếu I0.0=0 thì T37 ngừng đếm, giá trị đếm là 0, vị trí số 2 . Khi giá trị đếm >= giá trị đặt là 10 thì T37 tác động, tiếp điểm của T37 đĩng lại, Q0.0=1, ví trí số 3 . Nếu duy trì I0.0=1 thì T37 sẽ đếm đến giá trị cực đại và giữ giá trị đĩ, vị trí 4 . Giá trị cực đại là 32767 Giá trị đặt là 10 Giá trị đếm được của T37 Bit T37 Q0.0 I0.0 1 2 1 3 1 2 3 4 Hình 15.2 Giản đồ thời gian minh họa nguyên tắc làm việc của T37 Để tính giá trị đặt ở PT khi biết thời gian cần tạo trễ t (giây), ta áp dụng cơng thức sau: .1000 ??? tPT ms  . Tùy thuộc vào độ phân giải của TON ta cĩ giá trị PT tương ứng. Ví dụ: thời gian cần tạo trễ là 5,2 giây, với TON cĩ độ phân giải là 100ms ta cĩ: 5, 2.1000 52 100 PT   , với độ phân giải là 10ms thì 5, 2.1000 520 10 PT   , với độ phân giải là 1ms thì 5,2.1000 5200 1 PT   . Độ phân giải cĩ ý nghĩa khi cần 93 chọn thời gian tạo trễ với độ chính xác khác nhau, với độ chính xác là 1 0,1 10  thì chọn 100ms, với độ chính xác là 1 0,01 100  thì chọn 10ms, với độ chính xác là 1 0,001 1000  thì chọn 1ms. 2. Phân tích quy trình làm việc 2.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải Mạch điện động lực khởi động đổi nối Y-  động cơ khơng đồng bộ 3 như hình 15.1. Hình 15.1 Mạch động lựckhởi động đổi nối Y-  động cơ KĐB 3 pha Từ hình 15.1, ta cĩ thể mơ tả quy trình hoạt động đáp ứng yêu cầu bài tốn như sau : Ấn nút M, cơng tắc tơ K và KY cấp điện cho động cơ DC khởi động ở chế độ Y. Sau một thời gian, KY cắt điện, K cấp điện, động cơ chuyển sang chế độ . Ấn nút D động cơ DC dừng. Để bảo vệ ngắn mạch ta dùng Aptomat TA, bảo vệ quá tải ta dùng rơ le nhiệt RN. 2.2. Xác định mối quan hệ trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra - Lựa chọn thiết bị điều khiển: Nút ấn M: thường mở 94 Nút ấn D: thường đĩng Tiếp điểm rơ le nhiệt RN: thường đĩng Sơ đồ kết nối với PLC như sau: Hình 15.2 Sơ đồ lựa chọn kết nối tín hiệu điều khiển với PLC Từ sơ đồ hình 15.2 và yêu cầu đề ra ta thấy ở trạng thái ban đầu, tín hiệu D, M và RN chưa tác động. Nhưng D và RN cĩ dạng tiếp điểm thường đĩng nên cĩ mức logic là 1. Cịn M là là tiếp điểm thường mở nên là 0. Khi ấn M, tín hiệu chuyển từ 0 sang 1, K và KY cĩ mức logic là 1, K là 0. Sau một thời gian, K chuyển từ 0 sang 1, KY chuyển từ 1 sang 0. Khi ấn D hoặc RN, tín hiệu của chúng chuyển từ 1 sang 0 dẫn đến K, KY, K chuyển từ 1 sang 0. Vì vậy, ta cĩ giản đồ thời gian quan hệ các tín hiệu M, D, RN, K, KY, K như hình 15.3. Hình 15.3 Giản đồ thời gian biểu diễn quan hệ giữa các đại lượng - Quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra như sau: Từ giản đồ thời gian hình 15.3 ta thấy: khi tín hiệu đầu vào D bằng 1 and RN bằng 1 and M bằng 1 thì tín hiệu ra K và KY bằng 1. Tuy nhiên, tín hiệu M là khơng chắc chắn, chỉ là 1 trong khi ấn M và khi dừng ấn thì trở về 0. Nên tín 95 hiệu ra K được dùng để hỗ trợ cho tín hiệu M. Vậy hàm thuật tốn logic của biến đầu ra K là: .( ).KF D M K RN  Khi K cĩ mức lơ gic là 1 thì lệnh tạo thời gian trễ Rth bắt đầu đếm, nên hàm logic của biến tạo thời gian trễ là: FRth = K Sau thời gian trễ T thì lệnh tạo thời gian trễ Rth tác động, dẫn đến KY chuyển từ 0 sang 1. Vậy hàm logic của biến đầu ra KY là: .KYF K Rth Đồng thời, khi Rth tác động thì Khi tín hiệu K∆ chuyển từ 0 sang 1. Vậy hàm logic của biến đầu ra K∆ là: KF Rth  3. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC 3.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra - Địa chỉ đầu vào: Tín hiệu đầu vào Địa chỉ Chức năng M I0.0 Nút ấn mở máy, thường mở, động cơ quay D I0.1 Nút dừng động cơ, thường đĩng RN I0.2 Tiếp điểm thường đĩng của rơle nhiệt để bảo vệ quá tải động cơ - Địa chỉ đầu ra: Tín hiệu đầu ra Địa chỉ Chức năng K Q0.0 Cuộn dây của cơng tắc tơ K KY Q0.1 Cuộn dây của cơng tắc tơ KY K∆ Q0.2 Cuộn dây của cơng tắc tơ K∆ 3.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển Trên cơ sở Quy trình làm việc và địa chỉ vào/ra ta tiến hành viết chương trình trên phần mềm Step 7 Micro/win như sau: 96 Hình 15.4 Mạch điều khiển PLC 4. Kết nối cơ cấu chấp hành, nạp chương trình chạy thử 4.1. Kết nối cơ cấu chấp hành Để điều khiển đầu ra là cuộn dây cơng tắc tơ, ta chọn PLC loại AC/DC/RLY cĩ: các tín hiệu vào là +24VDC ứng với mức logic 1 và 0VDC ứng với mức logic 0, cổng ra rơ le. Sơ đồ kết nối với cơ cấu chấp hành như sau: 97 Hình 15.5 Kết nối PLC với cơ cấu chấp hành 4.2. Nạp chương trình chạy cơ cấu chấp hành Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi, ta tiến hành down load chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy cơ cấu chấp hành. Mạch động lực được nối như sơ đồ rơ le ở trên hình 15.1 BÀI 16: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC THEO TRÌNH TỰ DÙNG RƠ LE THỜI GIAN, M16 1. Phân tích quy trình làm việc 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải 98 Lập trình PLC điều khiển khởi động trực tiếp và dừng 3 động cơ KĐB 3 pha ro to lồng sĩc theo đúng tuần tự sau:  Ấn nút "Khởi động ", động cơ 1Đ chạy ngay, sau 5s động cơ 2Đ chạy, sau 5s nữa động cơ 3Đ chạy.  Ấn nút "Dừng ", động cơ 3Đ dừng ngay, sau 3s động cơ 2Đ dừng, sau 3’’ nữa động cơ 1Đ dừng.  Các động cơ được bảo vệ quá tải bằng rơ le nhiệt, khi cĩ 1 động cơ quá tải cả 3 động cơ cùng dừng.  Các nút ấn "Dừng" dùng tiếp điểm thường đĩng, nút “ khởi động” là dùng tiếp điểm thường mở. Mạch cĩ nút “ Dừng khẩn cấp”. Khi ấn nút này tất cả các động cơ dừng cùng lúc. Để điều khiển động cơ M ta dùng cơng tắc tơ K và cấp điện và bảo vệ ngắn mạch ta dùng Aptomat TA. Sơ đồ mạch điện động lực điều khiển 3 động cơ như hình 1.1. Hình 16.1: Mạch động lực điều khiển 3 động cơ KĐB 3 pha chạy tuần tự 1.2. Xác định mối quan hệ trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra Lựa chọn thiết bị điều khiển: Nút ấn "khởi động" START: thường mở Nút ấn "dừng" STOP: thường đĩng Nút ấn "dừng khẩn cấp" ESTOP: thường đĩng Tiếp điểm rơ le nhiệt RN: thường đĩng Sơ đồ kết nối với PLC như sau: 99 24 DVC START 0 PLCSTOP RN1 PLC S7-200 RN2 RN3 ESTOP 220VAC 0 K1 K2 K3Q0.2 Q0.0 Q0.1 1L I0.2 I0.0 I0.1 1M Hình 16.2: Sơ đồ lựa chọn kết nối tín hiệu điều khiển và chấp hành với PLC 2. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC: 2.1. Khai báo địa chỉ đầu vào - đầu ra Hình 16.3: Khai báo địa chỉ đầu vào – ra 2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển 100 101 Hình 16.4: Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển 3. Kết nối cơ cấu chấp hành, nạp chương trình chạy thử 3.1. Kết nối cơ cấu chấp hành Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi như sơ đồ kết nối hình 16.2, ta tiến hành download chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy cơ cấu chấp hành. 3.2. Nạp chương trình, chạy cơ cấu chấp hành 102 BÀI 17: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THAY ĐỔI TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ DÙNG RƠ LE THỜI GIAN, M16 1. Phân tích quy trình làm việc 1.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải Lập trình PLC điều khiển động cơ KĐB 3 pha roto lồng sĩc khởi động trực tiếp, quay hai chiều cĩ hãm dừng theo yêu cầu sau:  Ấn nút "CT", động cơ quay thuận.  Muốn đảo chiều động cơ, ta ấn nút "CN", động cơ thực hiện hãm động năng, sau một khoảng thời gian động cơ quay ngược.  Muốn đảo chiều động cơ, ta ấn nút "CT", động cơ thực hiện hãm động năng, sau một khoảng thời gian động cơ quay thuận.  Muốn dừng động cơ, ta ấn nút "D", động cơ thực hiện hãm động năng, sau một khoảng thời gian động cơ dừng tự do.  Động cơ được bảo vệ quá tải bằng rơ le nhiệt. Các nút ấn "dừng" dùng tiếp điểm thường đĩng. 1.2. Xác định mối quan hệ trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra 24 DVC 0 CN RN1 RN2 RN3 220VAC PLC S7-200 0 START DC_T DC_N DC_HQ0.2 Q0.0 Q0.1 1L CT D I0.2 I0.0 I0.1 1M Sơ đồ lựa chọn kết nối tín hiệu điều khiển và chấp hành với PLC 2. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC: 2.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra 2.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển 103 104 105 106 3. Kết nối cơ cấu chấp hành, nạp chương trình chạy thử: 3.1. Kết nối cơ cấu chấp hành 107 Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi như sơ đồ kết nối hình 16.2, ta tiến hành download chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy cơ cấu chấp hành. 3.2. Nạp chương trình, chạy cơ cấu chấp hành 108 BÀI 18: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐỘNG CƠ LÀM VIỆC CĨ TÍN HIỆU CẢM BIẾN 1. Giới thiệu một số cảm biến: 1.1. Rơ le nhiệt độ Rơle nhiệt độ hay bộ điều khiển nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp nhằm mục đích điều khiển nhiệt độ mong muốn. Trong điều khiển nhiệt độ nĩi chung và điều khiển lị hơi nĩi trong hệ thống lạnh riêng, nếu chọn khơng đúng thiết bị điều khiển hoặc khơng đúng mơi trường hoạt động thì rất dễ xảy ra hư hỏng thiết bị; nếu thiết bị thừa quá nhiều chức năng sẽ gây tốn kém khơng cần thiết. Căn cứ theo đặc tính kỹ thuật sau để lựa chọn rơle nhiệt độ:  Ở nhiệt độ hoạt động.  Loại điều khiển: PT100, điều khiển CA (K)  Dải nhiệt độ đo.  Mơi trường làm việc. Hình 17.1: Mặt hiển thị của bộ điều khiển nhiệt độ DOX 1004 109 Hình 17.2: Sơ đồ kết nối với các thiết bị điều khiển Sơ đồ kết nối:  Cảm biến (đầu dị):  Dây + (màu trắng) vào chân số 1;  Dây - (màu đen) vào chân số 2  Nguồn:  Nguồn chính: vào chân số 11 và 12  Nguồn cấp vào chân chung của relay (tín hiệu ra): dùng 1 đoạn dây ngắn nối từ chân số 11 qua số 9  Tải (máy nén, điện trở đố nĩng, bĩng đèn, quạt, ...): vào chân số 10 và 12 Lưu ý: Đầu ra của bộ điều khiển nhiệt độ FOX-1004 chỉ cho phép điều khiển ở mức tải dưới 2A. Đối với trường hợp cần điều khiển thiết bị lớn hơn 2A, chúng ta cĩ thể điều khiển thiết bị gián tiếp thơng qua một relay kiến hoặc contactor. Cài đặt chương trình 110 Hình 17.3: Các bước cài đặt thơng số cho bộ điều khiển nhiệt độ FOX-1004 Thiết lập điểm SET Tính điểm SET: Với FOX-1004 điểm SET là điểm giữa của mức nhiệt độ cao nhất (ngưỡng trên) và mức nhiệt độ thấp nhất (ngưỡng dưới). Cách tính cụ thể: SET =([Ngưỡng trên] + [Ngưỡng dưới]) / 2. Ví dụ: để nhiệt độ phịng trong khoảng 26.0 °C đến 26.8 °C, chúng ta chọn điểm SET = 26.4 °C. Cài đặt điểm SET: Sau khi đã tính điểm SET, chúng ta sẽ cài đặt số này vào thiết bị: Nhấn phím SET trên thiết bị, màn hình hiển thị kiểu nhấp nháy Dùng phím mũi tên lên hoặc xuống để điều chỉnh giá trị ngay tại màn hình nhấp nháy về điểm SET (theo cách tính như trên) Nhấn phím SET để kết thúc (thốt khỏi màn hình nhấp nháy) Thiết lập các thơng số: Nhìn vào hình 17.4, phần "Program Setting" Bắt đầu vào chương trình cài đặt: nhấn và giữ phím SET cho đến khi màn hình hiển thị dạng nhấp nháy và sau đĩ xuất hiện ký tự "tyP". Điều chỉnh chế độ điều khiển: nhấn tiếp phím SET (chỉ nhấn, khơng giữ), dùng phím mũi tên để điều chỉnh chế độ điều khiển H: làm nĩng C: làm lạnh 111 Thời gian hỗn tác động tín hiệu ra: nhấn tiếp phím SET, màn hình xuất hiện "dlt". Nhấn tiếp phím SET, sau đĩ dùng các phím mũi tên để thay đổi thơng số "thời gian hỗn". Giữ ở giá trị 0 để đầu ra thực hiện việc đĩng ngắt ngay lập tức. Điều chỉnh giá trị lệch nhiệt độ cho phép: tiếp tục nhấn SET, màn hình xuất hiện "diF". Nhấn tiếp phím SET, sau đĩ dùng các phím mũi tên để thay đổi giá trị. Giá trị lệch nhiệt độ chính là ([ngưỡng trên] - [ngưỡng dưới])/2. Cân chỉnh cảm biến (đầu dị): tiếp tục nhấn phím SET, màn hình xuất hiện "Cor". Nhấn tiếp phím SET và sau đĩ dùng các phím mũi tên để thiết lập giá trị. Để xác định giá trị thơng số "Cor", chúng ta dùng một dụng cụ đo nhiệt độ cĩ độ chính xác cao (VD: nhiệt kế thuỷ ngân) để gần vị trí của cảm biến và so sánh. Ví dụ: nếu nhiệt độ nhiệt kế thuỷ ngân cao hơn nhiệt độ của bộ điều khiển nhiệt độ FOX-1004 2 °C thì chúng ta cần thay đổi giá trị của Cor thành 2. Kết thúc cài đặt: 2 cách kết thúc: Nhấn và giữ phím SET khoảng 5 giây cho đến khi thốt khỏi màn hình cài đặt và hiển thị nhiệt độ hiện tại. Ngừng nhấn các phím, mọi thiết lập được lưu lại và thốt khỏi chế độ cài đặt sau vài giây . 1.2. Rơ le nhiệt độ lạnh : Rơ le nhiệt độ lạnh (thermostat) là một thiết bị điều khiển dùng để duy trì nhiệt độ của phịng lạnh. Cấu tạo gồm cĩ một cơng tắc đổi hướng đơn cực (12) duy trì mạch điện giữ các tiếp điểm 1 và 2 khi nhiệt độ bầu cảm biến tăng lên, nghĩa là nhiệt độ phịng tăng. Khi quay trục (1) theo chiều kim đồng hồ thì sẽ tăng nhiệt độ đĩng và ngắt của thermostat. Khi quay trục vi sai (2) theo chiều kim giảm vi sai giữa nhiệt độ đĩng và ngắt thiết bị Hình...: Sơ đồ cấu tạo rơ le nhiệt độ lạnh 112 Hình...: Hình dạng bên ngồi của rơ le nhiệt độ lạnh 2. Phân tích quy trình làm việc: 2.1. Xác định quy trình làm việc của phụ tải Chúng ta xác định quy trình làm việc của phụ tải thơng qua mạch động lực và điều khiển tốc độ động cơ 3 pha cĩ tín hiệu cảm biến như sau : D B Rtr t 1 K DC Rtr A Rtr AT t 2 DB1 K RN DB2 M K RN C K 113 Hình...: Mạch động lực và điều khiển động cơ 3 pha cĩ tín hiệu cảm biến Trong đĩ : - t01 là tiếp điểm của cảm biến nhiệt độ bảo vệ động cơ, nĩ mở ra khi động cơ bị phát nĩng quá mức. - t02 là tiếp điểm của cảm biến nhiệt độ lạnh trong phịng, nĩ mở ra khi nhiệt độ trong phịng đạt trị số đặt và đĩng lại khi nhiệt độ đạt mức ngưỡng tác động trên. - Rtr là rơ le trung gian để điều khiển đĩng mở động cơ bằng tay. 2.2. Xác định mối quan hệ trạng thái của tín hiệu đầu vào và đầu ra Ta cĩ quan hệ lơ gic của tín hiệu vào/ra theo giản đồ thời gian sau : 3. Thiết kế mạch điều khiển bằng PLC: 3.1. Khai báo địa chỉ đầu vào- đầu ra: - Địa chỉ đầu vào: I0.0 : M ( nút ấn mở máy động cơ, thường mở ). I0.1 : D ( nút dừng động cơ – Thường đĩng ) I0.2 : RN (tiếp điểm thường đĩng của rơle nhiệt để bảo vệ quá tải động cơ) I0.3 : ND ( tiếp điểm rơ le nhiệt độ – Thường đĩng ) I0.4 : NDL ( tiếp điểm rơ le nhiệt độ lạnh – Thường đĩng ) - Địa chỉ đầu ra: Q0.0 : K (cuộn dây của cơng tắc tơ K) 3.2. Vẽ sơ đồ thiết kế mạch điều khiển: Từ quy trình làm việc, giản đồ thời gian và địa chỉ vào/ra ta viết chương trình trên phần mềm Step7 Microwin như sau: RN t 1 t6t5 K t2 M t1 D t8t4 t 2 t7t3 114 Hình 18.10 : Chương trình PLC - Chương trình viết trên STL như sau: 4. KẾT NỐI CƠ CẤU CHẤP HÀNH, NẠP CHƯƠNG TRÌNH CHẠY CƠ CẤU CHẤP HÀNH: 4.1. Kết nối cơ cấu chấp hành: Với PLC loại AC/DC/RLY ta kết nối với cơ cấu chấp hành theo sơ đồ sau. 115 Hình 18.11: Giao diện kết nối PLC với ngoại vi 4.2. Nạp chương trình chạy cơ cấu chấp hành: Sau khi thực hiện việc kết nối PLC với ngoại vi, ta tiến hành down load chương trình đã viết trên máy tính xuống PLC và chạy cơ cấu chấp hành . Mạch động lực được nối như sơ đồ rơ le ở trên hình * Các bước và cách thực hiện cơng việc: 1. THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: (Tính cho một ca thực hành gồm 20HSSV) TT Loại trang thiết bị Số lượng 1 Cáp kết nối CPU và máy tính 24RC – 230V- 8A Theo nhĩm 2 Máy tính cài đặt phần mềm SIMATIC S7-200, pentum III Theo nhĩm 3 Mạch điều khiển Theo nhĩm 2. QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 2.1. Qui trình tổng quát: STT Tên các bước cơng việc Thiết bị, dụng cụ, vật tư Tiêu chuẩn thực hiện cơng việc Lỗi thường gặp, cách khắc phục 1 Bước 1: Phân tích chu trình làm việc Cable kết nối, PLC S7 - 200, máy tính PC Theo sơ đồ mạch điện Đấu nhầm 2 Bước 2: Thiết kế mạch điều khiển bằng logic Cable kết nối, PLC S7 - 200, máy tính PC 3 Bước 3: Kết nối với cơ cấu chấp hành và chạy thử Cable kết nối, PLC S7 - 200, máy tính PC, 0.2 M 0.3 1.4 I 1.1 0.3 0.6 3L 1.5 0.40.0 0.1 NDL 0.5 1.30.6 L 0DCV 0.4 AC/DC/RLY 2L M 1M 0.1 0.7 N K 0.0 RN 1.0 1L 220V 24DCV 0.2 1.0 1.12M Q 0.70.5 D SIMATIC S7-200 1.2 ND AC 116 mạch điều khiển 2.2. Qui trình cụ thể: Bước 1: - Phân tích chu trình làm việc thơng qua sơ đồ điều khiển rơle. - Xác định mối quan hệ logic của tín hiệu đầu vào và đầu ra Bước 2: Thiết kế mạch điều khiển bằng logic: Khai báo địa chỉ. Vẽ sơ đồ thiết kế. Bước 3: Kết nối với cơ cấu chấp hành và chạy thử: Kết nối cơ cấu chấp hành Nạp chương trình chạy cơ cấu chấp hành * Bài tập thực hành của học sinh, sinh viên: 1. Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật tư. 2. Chia nhĩm: 3. Thực hiện qui trình tổng quát và cụ thể. * Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: Mục tiêu Nội dung Điểm Kiến thức Phân tích yêu cầu bài tốn. Xác định địa chỉ vào/ ra 4 Kỹ năng Kết nối PLC S7 - 200 với máy tính PC. Lập trình bằng máy tính đúng yêu cầu bài tốn 4 Thái độ - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, thực hiện tốt vệ sinh cơng nghiệp 2 Tổng 10