Giáo trình PLC nâng cao (Phần 1)

UBND TỈNH NAM ĐỊNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ NAM ĐỊNH ThS. Trần Đức Nghị (Chủ biên) ThS. Trần Đức Nghị ( Chỉnh sửa) GIÁO TRÌNH PLC NÂNG CAO (Dùng cho hệ cao đẳng nghề Điện công nghiệp) (chỉnh sửa lần 2) NĂM 2014 Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 2 BÀI 1: VỊ TRÍ, ỨNG DỤNG, TẬP LỆNH CỦA PLC S7 3OO TRONG CÔN NGHIỆP * MỤC ĐÍCH YÊU CẦU 1. Mục đích Trang bị cho người đọc kiến thức về phần cứng của PLC, cách cài đặt phần cứng của PLC, phương pháp lập trình PLC. Từ đó người đọc có khả năng ứng dụng vào thiết kế các hệ thống điều khiển tự động ứng dụng PLC S7 – 300. 2. Yêu cầu - Hiểu phần cứng của PLC S7 – 300. - Biết cách cài đặt phần cứng PLC S7 – 300. - Lập trình PLC để điều khiển hệ thống theo yêu cầu 1.1.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ S7- 300 1.1.CÁC TÍNH NĂNG CỦA PLC S7-300 Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi trung bình • Có nhiều loại CPU • Có nhiều Module mở rộng • Có thể mở rộng đến 32 Module • Các Bus nối tích hợp phía sau các Module • Có thể nối mạng Multipoint Interface (MPI), Profibus hoặc Industrial Ethernet • Thiết bị lập trình trung tâm có thể truy cập đến các Module • Không hạn chế rãnh • Cài đặt cấu hình và thông số với công cụ trợ giúp “HW-Config. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 3 1.2.CÁC MODULE CỦA PLC S7-300 Hình 1.1: Các mô đun của PLC S7 – 300 Module CPU Module CPU là module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thì, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485) và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard như CPU 314IFM.Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315. Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/raonboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ module CPU313IFM, module CPU314IFM Ngoài ra, còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 4 phân tán như mạng PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt với các loại module CPU khác bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed Port). Ví dụ như module CPU315-2DP.Tham khảo hình dưới: Hình 1.2 Cổng giao tiếp của các PLC Các loại module mở rộng: - PS (Power Supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại 2A, 5A và 10A. - SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, gồm có: • DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số với số lượng cổng cóthể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24VDC và 120/230V AC. • DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số với số lượng cổng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy theo từng loại module. Gồm 24VDC và ngắt điện từ. . DI/DO (Digital Input/Digital Out): Module mở rộng các cổng vào/ra số với số lượng cổng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy theo từng loại module. • AI (Anolog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất chúng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển đổi thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 5 bits. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module. Tín hiệu vào có thể là áp, dòng, điện trở. • AO (Anolog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi số tương tự 12 bits (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy theo loại module. Tín hiệu ra có thể là áp hoặc dòng. • AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy theo từng loại module. - IM (Interface Module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack . Trên mỗi thanh rack chỉ có thể gá tối đa 8 module mở rộng (không kể module CPU, nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM Hình 1.3:Sơ đồ phân bố các racks - FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ servo, module điều khiển động cơ bước, module PID, module điều khiển vòng kín, Module đếm, định vị, điều khiển hồi tiếp Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 6 - CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng (MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. Hình sau là cấu hình đầy đủ của một thanh Rack và sơ đồ kết nối nhiều Rack: Hình 1.4: Vị trí lắp đặt các mô đun Cấu hình một thanh rack của PLC S7-300 Hình 1.5: Cấu trúc thanh rack Cấu hình tổng quát của một PLC S7-300 với 4 thanh rack nối với nhau nhờ module IM và cáp nối 368 Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 7 1.3.Cấu trúc bộ nhớ của CPU Chia vùng nhớ trong CPU Bộ nhớ của S7-300 được chia thành 3 vùng chính a, Vùng chứa chương trình ứng dụng. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền OB (Organisation Block): Miền chứa chương trình tổ chức. FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó. FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-Data Block). - Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau gồm I (Process image Input): Miền bộ điệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. Q (Process image output): Miền bộ điệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đọan thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình ứng dụng không trực tiếp gán giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển vào bộ đệm Q. M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit (M), Byte (MB), từ (MW), hay từ kép (MD). T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV- preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Current value) cũng nhưm giá trị logic đầu ra của bộ timer. C: Miền nhớ phục vụ đếm (counter) bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PV- preset value), giá trị đếm tức thời (CV-Current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ counter. PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O external input). Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 8 chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từ kép (PID). PQ: Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự (I/O external 0utput). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module đọc và chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từ kép (PQD). b, Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia làm 2 loại DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD). L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng OB, FC, FB. Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD). - Những khối OB đặt biệt OB10: Time of day Interrupt OB20: Time delay Interrupt Hardware Interruptdieukhientudong.net OB 81: Powersuply fault OB 100: Start Up information Cách truy cập địa chỉ Địa chỉ ô nhớ trong Step7-300 gồm hai phần: phần chữ và phần số. - Phần chữ chỉ vị trí và kích thước của ô nhớ. Chúng có thể là: M: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước 1 bit MB: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước 1 byte (8bit) MW: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước 2 byte (16bit) MD: Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước 4 byte (32 bit) : Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng vào số có kích thước 1 bit IB: Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng vào số có kích thước 1 byte IW: Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng vào số có kích thước 1 từ ID: Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng vào số có kích thước 1 từ kép Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 9 Q: Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng ra số có kích thước 1 bit QB: Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng ra số có kích thước 1 byte QW: Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng ra số có kích thước 1 từ QD: Chỉ ô nhớ trong miền bộ đệm cổng ra số có kích thước 1 từ kép PIB: Chỉ ô nhớ có kích thước 1 byte thuộc vùng peripheral input. PIW: Chỉ ô nhớ có kích thước 2 byte thuộc vùng peripheral input. PID: Chỉ ô nhớ có kích thước 2 từ thuộc vùng peripheral input. PQB: Chỉ ô nhớ có kích thước 1 byte thuộc vùng peripheral output. PQW: Chỉ ô nhớ có kích thước 2 byte thuộc vùng peripheral output . PQD: Chỉ ô nhớ có kích thước 2 từ thuộc vùng peripheral output. - Phần số Chỉ địa chỉ của byte hoặc bit trong miền nhớ đã xác định. Nếu ô nhớ đã được xác định thông qua phần chữ là có kích thước 1 bit thì phần số sẽ gồm địa chỉ của byte và số thứ tự của bit trong byte đó được tách với nhau bằng dấu chấm. Ví dụ I 1.3 Chỉ bit thứ 3 trong byte 1 của miền nhớ bộ đệm cổng vào số. M 101.5 Chỉ bit thứ 5 trong byte 101 của miền các biến cờ M. Q 4.5 Chỉ bit thứ 5 trong byte 4 của miền nhớ bộ đệm cổng ra số. Trong trường hợp ô nhớ đã được xác định là byte, từ hoặc từ kép thì phần số sẽ là địa chỉ byte đầu tiên trong mảng byte của ô nhớ đó. Ví dụ Phần chữ Phần số Phần chữ Phần số MB15 Chỉ ô nhớ có kích thước 1 byte (byte 15) trong miền các biến cờ M MW 18 Chỉ ô nhớ có kích thước 1 từ gồm 2 byte 18 và 19 trong miền các biến cờ M. MD105 Chỉ ô nhớ có kích thước 1 từ kép gồm 4 byte 105, 106, 107 và 108 trong miền các biến cờ M. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 10 1.4. TẬP LỆNH 1.4.1.Các lệnh vào ra OUTPUT: Sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ địnhtrong lệnh. Nội dung của ngăn xếp không thay đổi. CÁC LỆNH GHI / XOÁ GIÁ TRỊ CHO TIẾP ĐIỂM SET ( S ) RESET ( R ) Ví dụ mô tả các lệnh vào ra và S, R : Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 11 Giản đồ tín hiệu thu được ở các lối ra theo chương trình trên như sau : 1.4.2.CÁC LỆNH LOGIC ĐẠI SỐ BOOLEAN Các lệnh làm việc với tiếp điểm theo đại số Boolean cho phép tạo sơ đồ điềukhiển logic không có nhớ. Trong LAD lệnh này được biễu diễn thông qua cấu trúc mạch mắc nối tiếp hoặc song song các tiếp điểm thường đóng hay thường mở. Bài tập ứng dụng: Bài 1: Một hệ thống phân loại xe chở hàng đơn giản trong nhà máy như sau: Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 12 Hình 1.6: Mô hình hệ thống phân loại xe chở hàng Địa chỉ ngõ vào ra I0.0: Công tắt hành trình Q0.0: Mở cổng 1 Q0.1: Đóng cổng 1 Q0.2: Mở cổng 2 Q0.3: Đóng cổng 2 Q0.4:Mở cổng 3 Q0.5: Đóng cổng 3 Các xe sẽ cùng đi trên một ray chính sau đó tuỳ loại xe sẽ cho phép rẽ vào các đường khác nhau. Sau mỗi xe có một thanh dọc có khoét lỗ (tương ứng với số). Khi tia laser (mức thấp) chiếu qua lỗ thì ngõ tương ứng sẽ lên 1. Theo hình vẽ ta sẽ có các ngõ: I0.1, I0.3, I0.4, I0.6, I1.1 sẽ lên 1 (được kích) tức xe có số 13469. Khi xe chạy đến chạm vào công tắt hành trình (I0.0) thì PLC sẽ bắt đầu đọc mã.Tuỳ loại mã nhận được sẽ mở cổng tương ứng trong 5s rồi đóng cổng lại. Mã 12579: cổng 1, mã 23679: cổng 2, mã13689: cổng 3. Viết chương trình điều khiển hệ thống. (Dùng PLC S7300) Bài 2: Một hệ thống đọc mã thẻ đơn giản có cấu tạo như sau: Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 13 Hình 1.7: Mô hình hệ thống đọc mã thẻ Trên thẻ có khắc lỗ (tương ứng với số). Khi ánh sáng hồng ngoại chiếu qua lỗ thì ngõ tương ứng sẽ lên 1. Theo hình vẽ ta sẽ có các ngõ: I0.1, I0.3, I0.4, I0.6, I1.1 sẽ lên 1 được kích) tức thẻ có số 13469. Khi chèn thẻ vào, nhấn nút OK, nếu đúng mã thì mở cửa (Q1.0) 5s rồi đóng lại, nếu sai sẽ bật đèn báo lỗi (Q1.1). Viết chương trình để hệ thống chỉ nhận dạng 3 loại thẻ sau: 12579, 23679, 13689. (Dùng PLC S7-300) Bài 3: Một hệ thống phân loại sản phẩm có cấu tạo như sau: Hình 1.8: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 14 Hệ thống sẽ phân ra 3 loại chay theo 3 chiều cao khác nhau do 3 cảm biến quang Loại 1 (Cao nhất, cả 3 cảm biến điều lên mức 1): Sẽ đi theo đường 1. Loại 2 (Cao thứ 2, cảm biến 1 và 2 sẽ lên mức 1, cảm biến 3 ở mức 0): Sẽ đi theo đường 2. Loại 3 (Thấp nhất, chỉ có cảm biến 1 lên mức 1, cảm biến 2 và 3 ở mức 0): Sẽ đi theo đường 3. Việc chọn đường đi do vị trí của cửa gạt quyết định. Ngõ vào: Start: I0.0, Stop: I0.1, CB 1: I0.2 , CB 2: I0.3, CB 3: I0.4. Ngõ ra : Cửa mở sang 1: Q0.0, Cửa mở sang 3: Q0.1. Chú ý: Cảm biến quang khi bị chắn ngang thì sẽ lên mức 1. Khoá lẩn khi điều khiển cửa gạt. Cửa ở vị trí 2 khi Q0.0 và Q0.1 ở mức 0 . 1.4.3.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. Các công việc điều khiển cần nhiều chức năng Timer khác nhau. Một Word (16bit) trong vùng dữ liệu được gán cho một trong các Timer. Một Timer có các ngõ vào và ngõ ra tương ứng như sau: Ngõ vào Start (bắt đầu): Timer được bắt đầu với sự thay đổi tín hiệu từ mức “0” lên mức “1” ở ngõ vào Start của nó. Thời gian (thí dụ L S5T#1S) và hoạt động của Timer (thí dụ SP T1) phải được lập trình ngay sau hoạt động quét điều kiện bắt đầu (thí dụ A I0.0). Ngõ vào Reset (xóa): tín hiệu mức “1” ở ngõ vào Reset làm dừng Timer. Lúc này thời gian hiện hành được đặt về 0 và ngõ ra Q của timer được xoá về “0”.Các ngõ ra số: giá trị thời gian thực sự có thể đọc được từ hai ngõ ra số BI (số nhị phân) và BCD (số thập phân). Ví dụ xuất ra hiển thị dạng số ở ngõ ra. Ngõ ra nhị phân: trạng thái tín hiệu ở ngõ ra nhị phân Q của Timer phụ thuộc vào chức năng Timer được lập trình. Thí dụ khi bắt đầu, ngõ ra Q ở mức “1” khi có tín hiệu Start và Timer đang chạy. Thí dụ: Chương trình và giản đồ định thì của bộ định thì xung ( pulse Timer ): Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 15 Giản đồ định thì Hình 1.9: biểu đồ thời gian của timer S7-300 có từ 128 Timer được chia làm nhiều loại khác nhau: Định thời xung (Pulse Timer), định thời xung mở rộng (extended-pulse Timer), định thời ON trễ (ON delay Timer), định thời gian ON trễ có chốt (latching ON delay Timer) và định thời OFF trễ (OFF delay Timer). Pulse Timer (SP): Ngõ ra của “pulse Timer” là “1” sau khi Timer được bắt đầu (1). Ngõ ra bị Reset nếu quá thời gian lập trình (2), nếu tín hiệu Start bị reset về “0” (3) Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 16 hay nếu có một tín hiệu “1” đưa vào ngõ Reset của Timer (4). Phải duy trì ngõ S Hình 1.10: biểu đồ thời gian của timer loại pulse Extended pulse Timer (SE): Ngõ ra của Extended Pulse Timer là “1” sau khi Timer được bắt đầu (1). Ngõ ra bị reset nếu quá thời gian được lập trình (2), hoặc ngõ vào Reset bị tác động. Việc reset ngõ vào Start trong quá trình Timer đang chạy (4) không làm cho ngõ ra bị reset. Nếu sự thay đổi tín hiệu “1” được lập lại trong Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 17 quá trình Timer đang chạy thì Timer được bắt đầu lại, nghĩa là được kích trở lại (5). Không cần duy trì ngõ S Hình 1.11: biểu đồ thời gian của timer extender pulse On delay Timer (SD): Ngõ ra On Delay Timer là “1” nếu quá thời gian được lập trình, và ngõ vào Start vẫn còn ở mức “1” (1). Kết quả là việc đặt ngõ vào Start lên “1” làm cho ngõ ra Q sẽ được đặt lên “1” với thời gian trì hoãn tương ứng đã được lập trình. Ngõ ra bị reset nếu ngõ vào Start bị reset(2) hoặc nếu có tín hiệu mức “1” ở ngõ vào Reset của Timer(3). Việc reset ngõ vào Start hoặc đưa “1” vào ngõ vào Reset của Timer trong khi Timer đang chạy (4) không làm cho ngõ ra đặt lên mức “1”. Phải duy trì ngõ S Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 18 Hình 1.12: biểu đồ thời gian của timer on delay Latching ON delay Timer (SS): (On delay không cần duy trì) Ngõ ra của SS là “1” nếu vượt quá thời gian được lập trình (1). Ngõ ra Q của Timer vẫn giữ mức “1” (được chốt) ngay cả ngõ vào bị reset trong khi Timer đang chạy (2). Ngõ ra chỉ bị reset khi ngõ vào Reset của Timer bị tác động (3). Việc set và reset tiếp theo của ngõ vào Start trong khi Timer đang chạy chỉ được thực hiện khi nó bắt đầu được kích lại (4). Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 19 Hình 1.13: biểu đồ thời gian của timer on delay OFF delay Timer (SF): Ngõ ra Q của SF được đặt lên mức “1” nếu có sự thay đổi tín hiệu từ “0” lên “1” ở ngõ vào Start. Nếu ngõ vào Start bị reset, ngõ ra vẫn giữ cho đến khi quá thời gian lập trình (2). Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 20 Hình 1.14: biểu đồ thời gian của timer off delay Bài tập ứng dụng: Start: I0.0, Stop: I0.1 Viết chương trình điều khiển 3 đèn theo trình tự: Start → Đèn 1 sáng 1s → Đèn 2 sáng 1s → Đèn 3 sáng 1s →Đèn 1 và 3 sáng 2s → Đèn 2 sáng 2s → Lặp lại. Stop→Dừng chương trình. 1.4.4.COUNTER Trong công nghiệp, bộ đếm rất cần cho các quá trình đếm khác nhau như: đếm số chai, đếm xe hơi, đếm số chi tiết, Một word 16bit (counter word) được lưu trữ trong vùng bộ nhớ dữ liệu hệ thống của PLC dùng cho mỗi counter. Số đếm được chứa trong vùng nhớ dữ liệu hệ thống dưới dạng nhị phân và có giá trị trong khoảng 0 đến 999. Các phát biểu dùng để lập trình cho bộ đếm có các chức năng như sau: - Đếm lên (CU = Counting Up): Tăng counter lên 1. Chức năng này chỉ được thực hiện nếu có một tín hiệu dương ( từ “0” chuyển xang “1” ) xảy ra ở ngõ vào CU. Một khi số đếm đạt đến giới hạn trên là 999 thì nó không được tăng nữa. - Đếm xuống (CD = Counting Down):Giảm counter đi 1.Chức năng này chỉ được thực hiện nếu có sự thay đổi tín hiệu dương ( từ “0”sang “1” ) ở ngõ vào CD. Một khi số đếm đạt đến giới hạn dưới 0 thì thì nó không còn giảm được nữa. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 21 Đặt counter ( S = Setting the counter): Counter được đặt với giá trị được lập trình ở ngõ vào PV khi có cạnh lên ( có sự thay đổi từ mưc “0” lên mức “1” ) ở ngõ vào S này. Chỉ có sự thay đổi mới từ “0” sang “1” ở ngõ vào S này mới đặt giá trị cho counter một lần nữa. Đặt số đếm cho Counter ( PV = Presetting Value ): Số đếm PV là một word 16 bit ở dạng BCD. Các toán hạng sau có thể được sử dụng ở PV là:Word IW, QW, MW, Hằng số: C#0,,999 Xóa Counter ( R = Resetting the counter ): Counter được đặt về 0 (bị reset)nếu ở ngõ vào R có sự thay đổi tín hiệu từ mức “0” lên mức “1” . Nếu tín hiệu ở ngõ vào R là “0” thì không có gì ảnh hưởng đến bộ đếm. Quét số của số đếm: (CV, CV_BCD ): số đếm hiện hành có thể được nạp vào thanh ghi tích lũy ACCU như một số nhị phân (CV = Counter Value) hay số thập phân ( CV_BCD ). Từ đó có thể chuyển các số đếm đến các vùng toán hạng khác. Quét nhị phân trạng thái tín hiệu của Counter (Q): ngõ ra Q của counter có thể được quét để lấy tín hiệu của nó. Nếu Q = “0” thì counter ở zero, nếu Q = “1” thì số đếm ở counter lớn hơn zero. Biểu đồ chức năng: Hình 1.15: biểu đồ chức năng Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 22 Down counter I0.2: đặt giá trị bắt đầu và cho phép Counter đếm. I0.0: Counter đếm xuống I0.3: Reset Counter Q4.0 = 1 khi giá trị của Counter khác 0. MW10: chứa giá trị bắt đầu đếm cho Timer. Up-Down Counter I0.2: đặt giá trị bắt đầu và cho phép Counter đếm. I0.0: Counter đếm lên I0.1: Counter đếm xuống I0.3: Reset Counter Q4.0 = 1 khi giá trị của Counter khác 0. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 23 MW10: chứa giá trị bắt đầu đếm cho Timer. Bài tập ứng dụng: Một bầy gia súc 300 con, được phân ra 3 chuồng khác nhau, mỗi chuồng 100 con. Hình 1.16: Sơ đồ chuồn để phân gia súc Gia súc sẽ đi theo một đường chung sao đó sẽ phân ra mỗi chuồng 100 con. Nhấn Start → Mở cổng 1 cho gia súc vào (100 con) → đóng cổng 1, mở cổng 2 (100 con) → đóng cổng 2, mở cổng 3 (100 con) → đóng cổng 3. Hãy giúp nông trại: - Thiết kế phần cứng cho hệ thống điều khiển - Viết chương trình điều khiển (dùng PLC S7-300) 1.4.5.Các lệnh toán học cơ bản - Lệnh cộng Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 24 - Lệnh trừ - Lệnh nhân - Lệnh chia Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 25 S7 – 300 có nhiều lệnh cho phép tính toán số học. Tất cả những câu lệnh có cùng một định dạng. EN Lệnh được thực hiện nếu có sự thay đổi tín hiệu từ mức “0” lên mức “1” ở ngõ vào EN ENO Nếu kết quả nằm ngoài phạm vi cho phép của loại dữ liệu tương ứng thì cờ tràn (bit tràn) OV và cờ tràn có nhớ (bit tràn có nhớ) OS sẽ được set lên “1” và ENO = “0”. Qua đó các phép tính tiếp theo qua ENO sẽ không được thực hiện. IN1, IN2 Giá trị tại IN1 được đọc vào như toán tử thứ nhất và giá trị tại IN2 được đọc vào như toán tử thứ 2. (Chú ý sự tương thích của kiểu dữ liệu và kích thứơc ô nhớ)) OUT Kết quả của phép tính toán học được lưu tại ngõ ra out. (Chú ý sự tương thích của kiểu dữ liệu và kích thứơc ô nhớ) Các câu lệnh: Cộng :ADD_I Cộng số nguyên ADD_DI Cộng số nguyên kép ADD_R Cộng số nguyên thực Trừ : SUB_I Trừ số nguyên SUB_DI Trừ số nguyên kép SUB_R Trừ số thực Nhân: MUL_I Nhân số nguyên MUL_DI Nhân số nguyên kép MUL_R Nhân số thực Chia :DIV_I Chia số nguyên DIV_DI Chia số nguyên kép DIV_RChia số thực 1.4.6.LỆNH XỬ LÝ DỮ LIỆU Lệnh So Sánh Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 26 Có thể dùng lệnh so sánh để so sánh các cặp giá trị số sau: I: So sánh những số nguyên ( dựa trên cơ sở số 16bit) D: So sánh những số nguyên ( dựa trên cơ sở số 32bit) R: So sánh những số thực ( dựa trên cơ sở số thực 32bit). Nếu kết quả so sánh là TRUE thì ngõ ra của phép toán là “1” ngược lại ngõ ra của phép toán là “0”. Sự so sánh ở ngõ ra và ngõ vào tương ứng với các loại sau: = = (I, D, R) IN1 bằng IN2 (I, D, R) IN1 không bằng IN2 > (I, D, R) IN1 lớn hơn IN2 < (I, D, R) IN1 nhỏ hơn IN2 >= (I, D, R) IN1 lớn hơn hoặc bằng IN2 <= (I, D, R) IN1 nhỏ hơn hoặc bằng IN2. Lệnh nạp và truyền dữ liệu Khi có tín hiệu EN thì lệnh sẽ chuyển giá trị ở ngõ vào IN vào ô nhớ ở ngõ ra OUT. Ngõ vào IN có thể là số hoặc ô nhớ, ngõ ra OUT chỉ có thể là ô nhớ. Kiểu dữ liệu giữa ngõ IN và ngõ OUT phải tương thích nhau. Ví dụ Nếu ngõ vào là MW thì ngõ ra cũng phải là MW hoặc MD Nếu ngõ vào là số nguyên thì ngõ ra phải là MW hoặc MD. Các lệnh chuyển đổi dữ liệu Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 27 S7 – 300 có nhiều lệnh cho phép chuyển đổi các kiểu dữ liệu. Tất cả những câu lệnh có cùng một định dạng. EN: Lệnh được thực hiện nếu có sự thay đổi tín hiệu từ mức “0” lên mức “1” ở ngõ vào EN ENO: Lên 1 nếu phép chuyển đổi được thực hiện. IN Dữ liệu cần chuyển đổi . Có thể là hằng hoặc ô nhớ (phải tương thích kiểu dữ liệu và kích thước ô nhớ) (I, Q, M, Const, D, L) OUT: Kết quả của phép chuyển đổi được lưu tại ngõ ra out. Chỉ có thể là ô nhớ (phải tương thích kiểu dữ liệu và kích thước ô nhớ). (I, Q, M, D, L) Các câu lệnh BCD_I: Chuyển đổi số nhị phân thập phân 16 bit thành số nguyên 16 bit và kết quả ghi vào OUT . I_BCD: Chuyển đổi số nguyên 16 bit IN thành số nhị phân thập phân 16 bit và kết quả ghi vào OUT. DI_REAL: Chuyển đổi số nguyên 32 bit có dấu IN thành số thực 32 bit và ghi kết quả vào OUT. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 28 I_DINT: Chuyển đổi số nguyên 16 bit thành số nguyên 32 bit và ghi kết quả vào OUT. BCD_DI: Chuyển đổi số BCD thành số nguyên 32 bit và ghi kết quả vào OUT. DI_BCD: Chuyển đổi số nguyên 32 bit thành số BCD và ghi kết quả vào OUT. Làm tròn giá trị ngõ vào thành số nguyên và ghi kết quả vào OUT Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 29 BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI BẰNG BIẾN TẦN 2.1.Tổng quan về băng tải công nghiệp Băng tải là một phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm cực kì quan trọng trong tất cả các ngành công nghiệp, nhà máy. Ra đời từ rất lâu và có vai trò quan trọng nhờ những ưu điểm như: cấu tạo đơn giản, bền vững, có khả năng vận chuyển nguyên vật liệu theo phương nằm ngang, nghiêng với khoảng cách từ gần đến xa, làm việc êm, năng suất cao mà tiêu hao năng lượng không lớn Ngày nay, cấu tạo và vật liệu làm băng tải ngày càng hiện đại đáp ứng nhu cầu sản xuất chuyên môn hóa cao cũng như phù hợp với đặc thù riêng của từng lĩnh vực, sản phẩm. Việt Nam là quốc gia đang phát triển với số lượng các nhà máy, công trình, khu công nghiệp ngày càng tăng. Kéo theo sự phát triển đó cũng là nhu cầu cao về số lượng và sự phong phú của các hệ thống băng tải. Trên thị trường hiện nay có rất nhiều công ty sản xuất và chế tạo băng tải. Do đó có rất nhiều loại băng tải có cấu tạo và chức năng khác nhau phù hợp với đặc thù của từng lĩnh vực sản xuất, vận chuyển. Dưới đây là hình ảnh một số loại băng tải có trong thực tế. Băng tải ngang: dùng trong để vận chuyển đồ hộp, chai, lọ, nguyên vật liệu dạng hạt Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 30 Hình 2.1:Băng tải xích: dùng trong vận chuyển đồ hộp, thanh cán Hình 2.2:Băng tải nâng: vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm vào lò, thùng từ vị trí thấp lên vị trí cao Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 31 Hình 2.3.Băng tải treo: vận chuyển chai, lọ sản phẩm, gia cầm, gia súc giết mổ Hình 2.4:Băng tải con lăn: dùng trong vận chuyển thanh cán, sản phẩm dạng thanh, tấm Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 32 2.2. Băng tải và cân định lượng Mô hình băng tải của công ty Tân Phát là một dạng của mô hình băng tải công nghiệp trong thực tế. Tuy nhiên, là một mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy và thực hành trong các trường cao đẳng và dạy nghề nên được thiết kế với những yêu cầu riêng. Ø80.0 70.8 14 1 .0 Hình 2.5:Mô hình băng tải giáo dục của công ty tự động hóa Tân Phát Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 33 Các thiết bị trên mô hình a, Cảm biến trọng lượng Load Cell và Module hiển thị trọng lượng * Cảm biến trọng lượng Load Cell - Nguyên lý cấu tạo cơ bản Load Cell được sử dụng để đo đạc lực và trọng lượng. Chúng được ứng dụng trong hầu hết các thiết bị cân trọng lượng trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải. Có nhiều loại Load Cell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques, Tedea – Huntleigh Mỗi loại Load Cell được chế tạo theo một yêu cầu ứng dụng riêng biệt tùy theo tải chịu kéo hay nén. Trong mô hình băng tải của chúng ta, Load Cell được sử dụng là loại có cấu tạo chủ yếu gồm 2 phần như sau: Các các dây vật liệu cảm ứng biến dạng (WSG): WSG chuyển đổi áp lực cơ khí thành tín hiệu điện, đây là nguyên lý chung cho tất cả các loại Load Cell khác nhau. Vật chứng biến dạng: là một khối nhôm hoặc thép không gỉ được xử lý đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 WSG. Khi vật chứng bị biến dạng dưới tác động của trọng lực tác động vào Load Cell thì có thể có 2 hoặc 4 WSG bị tác động. Sự tác động lên WSG này khiến cho điện trở thuần của chúng thay đổi. Bằng cách đo sự thay đổi điện trở thuần này ta có thể xác định được trọng lực tác động lên Load Cell. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 34 Hình 2.6:Nguyên lý cấu tạo cơ bản của Load Cell Để đo được áp lực tác động lên Load Cell người ta thường lắp 4 WSG thành một mạch cầu như hình vẽ. Trong đó, 2 dây biến dạng chịu kéo và 2 dây biến dạng chịu nén được mắc đối lập nhau. Điện áp không đổi cấp cho mạch cầu được cấp vào 2 chân EXC+ và EXC-, điện áp vi sai được lấy ra trên chân SIG+ và SIG- để xử lý. Trong thực tế, Load Cell còn có thêm các điện trở để bù nhiệt, để chỉnh cân bằng không và các thông số cần thiết khác. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 35 Hình 2.7:Sơ đồ nguyên lý của Load Cell Thực tế có rất nhiều các loại Load Cell khác nhau do nhiều hãng sản xuất, sau đây là hình ảnh một số Load Cell trong thực tế. Hình 2.8: Một số load cell Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 36 Hình 2.5: Load cell dạng đĩa - Tính toán điện áp đầu của Load Cell Sơ đồ mạch cầu như hình vẽ, V1 là điện áp không đổi cấp cho Load Cell, R1,2,3,4 là các điện trở tương đương của các WSG. Ta cần tính toán điện áp đầu ra vi sai Uab theo các điện trở. Hình 2.10: Mạch cầu Khi không bị tác động của lực lên vật chứng biến dạng, các WSG không biến dạng nên điện trở của chúng không đổi và bằng nhau nên cầu cân bằng, Uab=0 Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 37 Khi bị ngoại lực tác động, thì điện trở của các WSG thay đổi và làm mạch cầu lệch cân bằng và suất hiện điện áp vi sai V0 = Uab. Khi Load Cell có 2 WSG tích cực (R2, R4 giãn, R1 = R3 = R cố định) ccV RR R RR R V               43 3 21 2 0 = ccV RR R RR RR           22 = ccV RR R         2 Thường thì giá trị của ∆R << R nên hệ thức có thể viết lại: RKV R R V cc         . 2 0 Khi Load Cell có 4 WSG tích cực (R2=R4=R+∆R, R1=R3=R-∆R) RKV R R V cc         . 2 1 0 Như vậy ta thấy trong cả hai trường hợp, điện áp đầu ra V0 tỉ lệ với lượng thay đổi của WSG. Do sự thay đổi của điện trở cũng là sự thay đổi của lực tác động lên Load Cell nên nhờ đo điện áp đầu ra V0 ta hoàn toàn xác định được độ lớn của lực tác động. Module hiển thị trọng lượng Hình 2.11: Mô đun hiển thị trọng lượng Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 38 Là Module nhận tín hiệu điện áp vi sai từ cảm biến Load Cell về và hiển thị thành giá trị trọng lượng tương ứng. Mudule được thiết kế như hình vẽ: Thiết bị chính của Module hiển thị trọng lượng là đồng hồ đo K3HB Hình 2.12: Mặt hiển thị của K3HB Các thông số kỹ thuật: Điện áp nguồn: dùng điện áp từ 100 đến 240 VAC Dải điện áp cho phép: 85% đến 110% điện áp nguồn danh định; với loại DeviceNet là 11 đến 25 VDC Tiêu thụ điện: Tối đa 18 VA (tải lớn nhất) Tiêu thụ dòng: Nguồn cho loại DiviceNet: Tối đa 50 mA (24VDC) Dải hiện thị: -19999 đên 99999 Quá trình lấy mẫu: 20 ms (50 lần/giây) Đầu vào tín hiệu: nối vào đầu vào số E6 và một trong các đầu E2, E3, E4, E5 tùy theo độ chính xác và dải đo cần chọn. Ví dụ: Ta nối dây Load Cell với đồng hồ K3HB như hình vẽ: Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 39 Hình 2.13: Nối các đầu ra Load Cell với đồng hồ K3HB Các dải đầu vào và độ chính xác có thể xem trong bảng và đồ thị dưới đây Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 40 Cách cài đặt các thông số của K3HB khi nối với cảm biến Load Cell Ta đấu nối Load Cell như hình dưới: Hình 2.14: Sơ đồ nối load cell Ta sẽ hiển thị giá trị lực trên K3HB từ 0 đến 1 tương ứng với giá trị đầu ra trên Load Cell (tỉ lệ lực là 1N, tỉ lệ đầu ra 2mV/V, điện áp cấp là 10V) Nếu giá trị lực đo được vượt quá 0.700 N thì bật đầu ra so sánh H Nếu giá trị lực đo được thấp hơn 0.500 N thì bật đầu ra so sánh L Hình 2.15: Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa ngõ vào và hiển thị Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 41 Kiểm tra dây nối và bật nguồn cho K3HB Nếu giá trị hiển thị trên K3HB là thì giá trị tín hiệu vào đầu vào của K3HB vượt quá dải giá trị đo Đặt giá trị đầu vào loại A từ 0 đến 19.999mV Chuyển K3HB sang chế độ cài đặt bằng cách nhấn nút ít nhất 3s và khi thấy đồng hồ dừng hiển thị. Đặt đầu vào loại A thành sau đó nhấn nút Cài đặt dải giá trị đo Đặt giá trị đầu vào A1 thành và nhấn nút Đặt giá trị hiển thị A1 thành và nhấn nút Đặt giá trị đầu vào A2 thành và nhấn nút Đặt giá trị hiển thị A1 thành và nhấn nút Cài đặt giá trị thập phân Đặt thông số thành và nhấn nút Cài đặt các giá trị so sánh Trở lại chế độ Run bằng cách nhấn nút ít nhất 1s Nhấn nút lặp lại nhiều lần cho đến khi đèn hiển thị trạng thái SV hiển thị Đặt giá trị và nhấn . Đèn hiển thị trạng thái sẽ chuyển sang Đặt giá trị và nhấn . Việc cài đặt như vậy là kết thúc 2.2. Module PLC S7 200 và Module vào/ra tương tự EM 235 a. Bộ điều khiển logic khả trình S7 200 Tài liệu về PLC S7 200 được trình bày rất kỹ trong giáo trình PLC cơ bản vì vậy trong mục này sẽ không trình bày lại nữa b, Module vào/ra tương tự EM 235 Module vào ra tương tự EM 235 là Module mở rộng được kết nối với PLC S7 200 thông qua cổng mở rộng. EM 235 có hình ảnh như bên dưới: Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 42 Hình 2.16: Mô đun tín hiệu tương tự Cấp nguồn cho Mudule Em 235 Mudule Em 235 cần một nguồn cấp 24 VDC ổn định, trạng thái tốt xấu của nguồn cấp được báo bởi 1 bít trong vùng nhớ đặc biệt (SM). Hiệu chỉnh đầu vào của Module Trước khi cấp tín hiệu cho đầu vào tương tự cần phải hiệu chỉnh đầu vào, bởi vì việc hiệu chỉnh ảnh hưởng tới bộ khuếch đại sau khi trộn tín hiệu. Hình 2.17: Sơ Sơ đồ khuếch đại tín hiệu của mô đun tương tự Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 43 Để cho phù hợp với các đặc điểm kỹ thuật, chúng ta nên bật bộ lọc đầu vào tín hiệu tương tự đối với tất cả các đầu vào của Module. Các bước để hiệu chỉnh đầu vào: - Tắt nguồn cấp cho Module, chọn giới hạn đầu vào mong muốn - Bật nguồn cấp cho CPU và Module, chờ 15 phút để Module khởi tạo - Dùng một nguồn áp hoặc nguồn dòng, cấp tín hiệu với giá trị 0 cho một trong những đầu vào Đọc giá trị đầu vào của kênh đó trên CPU - Điều chỉnh OffSet sao cho giá trị đọc về có giá trị 0 hoặc một giá trị nào đó mà ta mong muốn - Cấp tín hiệu vào với giá trị lớn nhất cho một trong những đầu vào đó và lại đọc giá trị ghi được trong CPU - Điều chỉnh hệ số Gain sao cho giá trị đọc được về là 32000 hay một giá trị nào đó mà ta mong muốn - Lặp lại các hiệu chỉnh OffSet và Gain sao cho thu được kết quả hợp lý Hình 2.18: Hình ảnh mặt mô đun Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 44 Để thiết lập giới hạn đầu vào mong muốn ta có thể xem bảng bên dưới: Bảng dưới cho thấy cách cấu hình cho Module EM 235 dùng các hàng nút gạt DIP. Từ nút gạt 1 tới 6 để lựa chọn giới hạn và độ phân giải. Tất cả các đầu vào đều được set với giới hạn và định dạng như nhau . Giá trị của tín hiệu tương tự đầu vào được mã hóa bằng 12 bit của một Từ Dữ Liệu Đầu Vào (Input Data Word) trong CPU Giá trị của đầu ra tương tự cũng được mã hóa bằng 12 bit của Từ Dữ Liệu Đầu Ra (Output Data Word) trong CPU Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 45 Sơ đồ nguyên lý của bộ chuyển đổi số sang tương tự như hình bên dưới: Hình 2.19: Chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự Để đảm bảo cho tín hiệu vào ít bị nhiễu và thiết bị hoạt động được chính xác chúng ta cần đảm bảo các yêu cầu sau: Đảm bảo nguồn cấp cho cảm biến và Module phải ổn định và ít nhiễu Sử dụng cảm biến với dây nối tới Module là ngắn nhất Dây cảm biến phải là loại dây đôi xoắn có bọc kim chống nhiễu bên ngoài Các đầu vào không sử dụng cần phải được nối với âm nguồn hoặc nối đất Đi dây tránh các chỗ có cạnh sắc nhọn Sử dụng máng đi dây với các lộ riêng Tránh đi dây tín hiệu song song với dây nguồn, dây mang tải lớn Đảm bảo cách điện tránh chạm chập dây tín hiệu với dây nguồn và dây tín hiệu với nhau 2.3. Phần thực tập Bài 1: Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 46 - Kết nối PLC với biến tần - Kết nối biến tần với động cơ của băng tải. Bài 2: Viết chương trình điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ băng tải thông qua biến tần.  Trình tự thực hành Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ thiết bị Bước 1: Chuẩn bị thiết bị - Kiểm tra hoạt động của mô hình băng tải - Kiểm tra hoạt động của PLC - Kiểm tra kết nối giữa PLC và máy tính - Mô hình phải hoạt động tốt - PLC hoạt động tốt - Cáp MPI kết nối giữa PLC và máy tính hoạt động tốt - Máy tính - PLC - Cáp MPI Bước 2: Lập bảng simbol ngõ vào và ra - Lập bảng ngõ vào trong simbol - Lập bảng ngõ ra trong simbol - Lưu bảng simbol - Lập bảng ngõ vào ra chính xác với địa chỉ ngõ vào ra theo yêu cầu - Tên của các ngõ vào ra phù hợp với mục đích sử dụng ngõ vào ra đó - Máy tính Bước 3: Viết chương trình PLC điều khiển mô hình - Chương trình điều khiển động cơ quay thuận - Chương trình điều khiển động cơ quay ngược - Chương trình điều khiển tốc độ động cơ - Chương trình phải chính xác theo yêu cầu - Chương trình phải đơn giản, rõ ràng, dễ hiểu - Máy tính Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 47 - Kiểm tra lỗi chương trình Bước4: Dùng phần mềm mô phỏng chạy thử chương trình - Mở phần mềm mô phỏng - Download chương trình vào phần mềm mô phỏng - Cho hoạt động và kiểm tra xem đúng yêu cầu chưa. Nếu chưa đúng thì chỉnh lại chương trình - Ứng dụng được phần mềm mô phỏng để kiểm tra - Tìm được lỗi và sửa lỗi - Máy tính Bước 6: Kết nối PLC với mô hình - Kết nối ngõ vào - Kết nối ngõ ra - Kiểm tra nguồn và cấp nguồn cho mô hình - Kết nối đúng ngõ vào ra theo bảng Simboi đã lập - Dây cắm phải gọn gàng - Mô hình - PLC - Dây cắm Bước 7: Download chương trình xuống PLC và chạy mô hình - Download chương trình vào PLC - Nhấn Start trên mô hình và kiểm tra hoạt động của mô hình - Download được chương trình xuống PLC - Phát hiện lỗi trong hoạt động của mô hình và sửa lỗi - Máy tính - PLC - Mô hình Bài 3: Viết chương trình điều khiển tốc độ động cơ theo tải trọng của sản phẩm trên băng tải  Trình tự thực hành Các bước công việc Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ thiết bị Bước 1: - Kiểm tra hoạt - Mô hình phải hoạt - Máy tính Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 48 Chuẩn bị thiết bị động của mô hình băng tải - Kiểm tra hoạt động của PLC - Kiểm tra kết nối giữa PLC và máy tính động tốt - PLC hoạt động tốt - Cáp MPI kết nối giữa PLC và máy tính hoạt động tốt - PLC - Cáp MPI Bước 2: Lập bảng simbol ngõ vào và ra - Lập bảng ngõ vào trong simbol - Lập bảng ngõ ra trong simbol - Lưu bảng simbol - Lập bảng ngõ vào ra chính xác với địa chỉ ngõ vào ra theo yêu cầu - Tên của các ngõ vào ra phù hợp với mục đích sử dụng ngõ vào ra đó - Máy tính Bước 3: Viết chương trình PLC điều khiển mô hình - Chương trình nhận tín hiệu từ loadcell - Chương trình xử lý tín hiệu - Chương trình xuất tín hiệu điều khiển tốc độ động cơ - Kiểm tra lỗi chương trình - Chương trình phải chính xác theo yêu cầu - Chương trình phải đơn giản, rõ ràng, dễ hiểu - Máy tính Bước4: Dùng phần mềm mô phỏng chạy thử chương trình - Mở phần mềm mô phỏng - Download chương trình vào phần mềm mô phỏng - Cho hoạt động và kiểm tra xem đúng yêu cầu - Ứng dụng được phần mềm mô phỏng để kiểm tra - Tìm được lỗi và sửa lỗi - Máy tính Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 49 chưa. Nếu chưa đúng thì chỉnh lại chương trình Bước 6: Kết nối PLC với mô hình - Kết nối ngõ vào - Kết nối ngõ ra - Kiểm tra nguồn và cấp nguồn cho mô hình - Kết nối đúng ngõ vào ra theo bảng Simboi đã lập - Dây cắm phải gọn gàng - Mô hình - PLC - Dây cắm Bước 7: Download chương trình xuống PLC và chạy mô hình - Download chương trình vào PLC - Nhấn Start trên mô hình và kiểm tra hoạt động của mô hình - Download được chương trình xuống PLC - Phát hiện lỗi trong hoạt động của mô hình và sửa lỗi - Máy tính - PLC - Mô hình BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KÉO BĂNG TẢI QUAY HAI CHIỀU 3.1.Giới thiệu chung về băng tải Băng tải là một phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm có vai trò quan trọng trong tất cả các ngành công nghiệp, nhà máy. Ra đời từ rất lâu và có được sử dụng rông rãi nhờ những ưu điểm như: cấu tạo đơn giản, bền vững, có khả năng vận chuyển nguyên vật liệu theo phương nằm ngang, nghiêng với khoảng cách từ gần đến xa, làm việc êm, năng suất cao mà tiêu hao năng lượng không lớn. Ngày nay, cấu tạo và vật liệu làm băng tải ngày càng hiện đại đáp ứng nhu cầu sản xuất chuyên môn hóa cao cũng như phù hợp với đặc thù riêng của từng lĩnh vực, sản phẩm. Việt Nam là quốc gia đang phát triển với số lượng các nhà máy, công trình, khu công nghiệp ngày càng tăng. Kéo theo sự phát triển đó cũng là nhu cầu cao về số lượng và sự phong phú của các hệ thống băng tải. Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 50 Trên thị trường hiện nay có rất nhiều công ty sản xuất và chế tạo băng tải. Do đó có rất nhiều loại băng tải có cấu tạo và chức năng khác nhau phù hợp với đặc thù của từng lĩnh vực sản xuất, vận chuyển. Mô hình băng tải của công ty Tân Phát là một dạng của mô hình băng tải công nghiệp trong thực tế. Tuy nhiên, là một mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy và thực hành trong các trường cao đẳng, đại học và dạy nghề nên được thiết kế với những yêu cầu riêng. Hình 3.1: Mô hình băng tải phân loại vật liệu của công ty tự động hóa Tân Phát 3.2.THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ - Băng tải có hai quả lô chủ động và bị động, quả lô chủ động được dẫn động bởi một động cơ có hộp giảm tốc, do đó có thể thay đổi chiều quay hoặc tốc độ của băng tải bằng cách thay đổi chiều quay hoặc tốc độ của động cơ. - Cơ cấu nạp liệu: vật mẫu nhiều mầu được xếp trong ống dẫn liệu và được đẩy xuống băng tải khi thanh gạt di chuyển qua lại trong rãnh cơ khí. Khi xi Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 51 lanh kéo thanh gạt liệu về (theo chiều -), đồng thời để cho vật mẫu rơi xuống máng liệu. Khi liệu đã rơi xuống máng liệu, xilanh được điều khiển bởi van điện từ sẽ đi ra (theo chiều +) đẩy thanh gạt liệu và đẩy vật mẫu xuống băng tải. Toàn bộ quy trình hoạt động của nạp liệu được điều khiển bởi 01 xilanh khí nén. - Phân loại sản phẩm: sau khi vật mẫu được chuyển xuống băng tải và di chuyển dọc theo băng tải, phía trên băng tải là các cảm biến có khả năng nhận biết mầu và vị trí của vật. Khi vật đi qua cảm biến đầu tiên ở đầu băng tải, đó là cảm biến mầu có khả năng nhận biết và truyền tín hiệu về bộ điều khiển để xử lý. Dọc theo băng tải được bố trí các cảm biến Phản xạ-Khuếch tán, các xi lanh và máng dẫn liệu. Vật mẫu đã được xác định mầu khi đi qua các máng chứa liệu sẽ được cảm biến và xi lanh cùng phối hợp để đẩy vật xuống máng tương ứng. 3.3.Mạch điện – khí nén của mô hình Mạch nguồn một chiều Hình 3.2: Mạch nguồn một chiều Mạch kết nối PLC Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 52 Hình 3.3: Mạch kết nối tín hiệu ngõ vào, ra của PLC Mạch điện động cơ băng tải Hình 3.4: Mạch động cơ một chiều Mạch khí nén - Xilanh phân phối sản phẩm vào băng tải Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 53 - Xilanh phân loại vật kim loại - Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 54 3.4.CÁC BÀI THỰC HÀNH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH Các bước thao tác khi thực hành với mô hình băng tải - Kiểm tra mô hình trước khi cấp điện. - Cắm giắc nối truyền thông từ bộ điều khiển tới máy tính lập trình - Download chương trình và chạy thử - Không được tự ý cho mô hình chạy mà không có sự kiểm tra của cán bộ hướng dẫn - Ngắt nguồn khi không sử dụng mô hình. Các bài thực hành cơ bản Bài 1. Điều khiển chiều chạy của băng tải - Lập trình cho PLC để điều khiển chiều chạy của băng tải Yêu cầu: - Điều khiển quá trình đảo chiều chạy của băng tải bằng PLC, băng tải phải dừng lại một lúc trước khi chạy theo chiều ngược lại - Thực hành viết chương trình Bài 2. Điều khiển quá trình nạp liệu Sử dụng khay và rãnh nạp liệu để đẩy vật xuống băng tải Yêu cầu: - Tốc độ nạp vật không quá nhanh, phù hợp với tốc độ băng tải. Cơ cấu nạp vật phối hợp nhịp nhàng. - Thực hành viết chương trình Bài 3. Phân loại vật vào khay chứa theo vật liệu Sử dụng cảm biến kim loại để nhận biết chất liệu của vật mẫu Yêu cầu: - Vật sau khi đi qua cảm biến phải được phân loại vào khay tương ứng - Thực hành viết chương trình Bài 4: Bài thực hành nâng cao: Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 55 * Điều khiển toàn bộ mô hình băng tải Yêu cầu: - Toàn bộ mô hình hoạt động nhịp nhàng, vật được đặt tại khay nạp vật và được tự động đẩy xuống băng tải. Kết thúc hành trình, vật phải được phân loại theo mầu vào tường khay riêng. - Thực hành viết chương trình * Kết nối mô hình băng tải với phần mềm giám sát quá trình Yêu cầu: - Kết nối thành công với phần mềm giám sát chương trình bằng công cụ Kepware Server. - Giám sát và điều khiển mô hình trên giao diện máy tính. BÀI 4: ĐIỀU KHIỀN MÔ HÌNH ĐÈN GIAO THÔNG 4.1. Nguyên lý hoạt động Cho hệ thống đèn giao thông hoạt động như sau: - Nhấn Start đèn X1 và Đ2 sáng - Sau 30s đèn V1 và Đ2 sáng - Sau 10s đèn Đ1 và X2 sáng - Sau 30s đèn Đ1 và V2 sáng - Sau 10s vòng trở lại X1 và Đ2 sáng - Nhấn Stop hệ thống dừng Dùng PLC S7 – 300 điều khiển hệ thống đèn giao thông trên 4.2. Chuẩn bị dụng cụ thiết bị STT Tên dụng cụ thiết bị Sồ lượng 1 Máy tính 1 2 PLC S7 – 300 1 3 Mô hình đèn giao thông 1 4 Cáp MPI 1 5 Dây có jắc cắm 10 6 Đồng hồ VOM 1 7 Hộp dụng cụ 1 4.3. Trình tự thực hành Các bước Thao tác thực Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 56 công việc hành thiết bị Bước 1: Chuẩn bị thiết bị - Kiểm tra hoạt động của mô hình đèn giao thông - Kiểm tra hoạt động của PLC - Kiểm tra kết nối giữa PLC và máy tính - Mô hình phải hoạt động tốt - PLC hoạt động tốt - Cáp MPI kết nối giữa PLC và máy tính hoạt động tốt - Máy tính - PLC - Cáp MPI Bước 2: Cài đặt phần cứng cho PLC - Cài đặt CPU - Cài đặt ngõ vào - Cài đặt ngõ ra - Lưu và kiểm tra việc cài đặt đã chính xác chưa - Download cài đặt vào PLC - Cài đặt CPU phải đúng với ký hiệu ghi trên CPU - Cài đặt mô đun ngõ vào ra phải đúng với ký hiệu ghi trên các mô đun ngõ vào ra - Kiểm tra phần cứng không có lỗi và download được phần cứng vào PLC - Máy tính - PLC - Cáp MPI Bước 3: Lập bảng simbol ngõ vào và ra - Lập bảng ngõ vào trong simbol - Lập bảng ngõ ra trong simbol - Lưu bảng simbol - Lập bảng ngõ vào ra chính xác với địa chỉ ngõ vào ra theo yêu cầu - Tên của các ngõ vào ra phù hợp với mục đích sử dụng ngõ vào ra đó - Máy tính Bước 4: Viết chương trình PLC điều khiển mô hình - Chưong trình điều khiển X1 – Đ2 - Chưong trình điều khiển V1 – Đ2 - Chưong trình - Chương trình phải chính xác theo yêu cầu - Chương trình phải đơn giản, rõ ràng, dễ hiểu - Máy tính Giáo trình PLC nâng cao Khoa điện – điện tử Trường Cao đẳng nghề Nam Định 57 điều khiển Đ1 – X2 - Chưong trình điều khiển Đ1 – V2 - Đoạn chương trình lặp lại - Kiểm tra lỗi chương trình Bước 5: Dùng phần mềm mô phỏng chạy thử chương trình - Mở phần mềm mô phỏng - Download chương trình vào phần mềm mô phỏng - Cho hoạt động và kiểm tra xem đúng yêu cầu chưa. Nếu chưa đúng thì chỉnh lại chương trình - Ứng dụng được phần mềm mô phỏng để kiểm tra - Tìm được lỗi và sửa lỗi - Máy tính Bước 6: Kết nối PLC với mô hình - Kết nối ngõ vào - Kết nối ngõ ra - Kiểm tra nguồn và cấp nguồn cho mô hình - Kết nối đúng ngõ vào ra theo bảng Simboi đã lập - Dây cắm phải gọn gàng - Mô hình - PLC - Dây cắm Bước 7: Download chương trình xuống PLC và chạy mô hình - Download chương trình vào PLC - Nhấn Start trên mô hình và kiểm tra hoạt động của mô hình - Download được chương trình xuống PLC - Phát hiện lỗi trong hoạt động của mô hình và sửa lỗi - Máy tính - PLC - Mô hình