Xem mẫu
- GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT
ĐIỀU KHIỂN LOGIC
ThS. Nguyễn Bá Hội
Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách khoa
hoinb@ud.edu.vn
Giáo trình đầy đủ bao gồm 3 phần:
1. Giáo trình lý thuyết
2. Giáo trình tập lệnh
3. Giáo trình bài tập
- nguyen ba hoi
Chương 1 Giới thiệu .......................................................................................................................................... 4
1.1. PLC....................................................................................................................................................................4
1.2. Thế hệ PLC S7-200 ...........................................................................................................................................4
1.3. Thuật ngữ..........................................................................................................................................................5
Chương 2 Bắt đầu với S7-200 ........................................................................................................................... 6
2.1. Hình dáng bên ngoài ........................................................................................................................................6
2.2. Các thành viên họ S7-200 ................................................................................................................................7
2.3. Module mở rộng .............................................................................................................................................10
2.4. Chuẩn bị khi lập trình .....................................................................................................................................14
Chương 3 Đấu nối S7-200 ............................................................................................................................... 14
3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều............................................................................................................14
3.2. PLC sử dụng nguồn nuôi một chiều .............................................................................................................15
3.3. Bảo vệ đầu ra PLC..........................................................................................................................................16
3.4. Sơ đồ đấu nối chi tiết .....................................................................................................................................17
Chương 4 Ngôn ngữ lập trình......................................................................................................................... 20
4.1. Statement List (STL).......................................................................................................................................20
4.2. Ladder Logic (LAD) ........................................................................................................................................20
4.3. Function Block Diagram (FBD) ......................................................................................................................21
4.4. Phân biệt SIMATIC với IEC 1131-3.................................................................................................................21
Chương 5 Khái niệm, qui ước và đặc điểm lập trình .................................................................................... 24
5.1. Cấu trúc chương trình....................................................................................................................................24
5.2. Phân loại lệnh .................................................................................................................................................24
5.2.1 Lệnh cơ bản ................................................................................................................................................24
5.2.2 Lệnh đặc biệt...............................................................................................................................................24
5.2.3 Lệnh tốc độ cao...........................................................................................................................................25
5.3. Qui ước ...........................................................................................................................................................25
5.4. Ký hiệu ............................................................................................................................................................25
5.4.1 Contact........................................................................................................................................................25
5.4.2 Coil..............................................................................................................................................................25
5.4.3 Box..............................................................................................................................................................25
5.5. Bài toán AND, OR ...........................................................................................................................................25
5.6. Trạng thái chương trình.................................................................................................................................26
5.7. Forcing ............................................................................................................................................................26
5.8. Bài toán logic tổng quát .................................................................................................................................27
Chương 6 STEP7-MicroWIN ............................................................................................................................ 31
6.1. Giao tiếp máy tính và PLC S7-200 (b2) ..........................................................................................................31
6.1.1 Đặt cấu hình cho cáp PC/PPI ......................................................................................................................31
6.1.2 Đặt cấu hình truyền thông cho CPU S7-200 ................................................................................................32
6.2. Cách thức S7-200 lưu và phục hồi dữ liệu (b6) ............................................................................................32
6.2.1 Download và Upload ...................................................................................................................................33
6.2.2 Lưu trữ vùng nhớ M khi mất nguồn .............................................................................................................33
6.2.3 Phục hồi dữ liệu khi có nguồn trở lại............................................................................................................33
6.3. Mật khẩu (b6) ..................................................................................................................................................34
6.4. Gỡ rối (Debug) (b6).........................................................................................................................................34
6.5. Thông báo và xử lý lỗi (Troubleshooting) (b6) .............................................................................................35
Chương 7 I/O .................................................................................................................................................... 36
7.1. Vào ra số (b3)..................................................................................................................................................36
7.1.1 Nối dây và chương trình điều khiển .............................................................................................................36
7.1.2 Ví dụ điều khiển motor.................................................................................................................................36
7.1.3 Mở rộng ......................................................................................................................................................38
7.2. Vào ra tương tự (b3).......................................................................................................................................40
7.2.1 Vào tương tự...............................................................................................................................................40
7.2.2 Ví dụ ứng dụng ...........................................................................................................................................40
7.2.3 Ra tương tự ................................................................................................................................................40
Trang 2
- nguyen ba hoi
7.3. I/O cục bộ và mở rộng (b3) ............................................................................................................................40
7.4. Lọc đầu vào số (b3) ........................................................................................................................................41
7.5. Lọc đầu vào tương tự (b3).............................................................................................................................41
7.6. Bắt xung vào (b3)............................................................................................................................................42
7.7. Bảng đầu ra (b3) .............................................................................................................................................42
7.8. Vào ra tốc độ cao (b5) ....................................................................................................................................43
7.8.1 HSC ............................................................................................................................................................43
7.8.2 PTO ............................................................................................................................................................44
7.8.3 PWM ...........................................................................................................................................................44
7.9. Đinh chỉnh tương tự (b5) ...............................................................................................................................44
Chương 8 Vòng quét ....................................................................................................................................... 45
Chương 9 Bộ nhớ dữ liệu và cách định địa chỉ............................................................................................. 48
9.1. Định địa chỉ trực tiếp......................................................................................................................................48
9.1.1 Vùng ảnh các đầu vào I...............................................................................................................................48
9.1.2 Vùng ảnh các đầu ra Q................................................................................................................................49
9.1.3 Vùng nhớ các biến V ...................................................................................................................................49
9.1.4 Vùng nhớ các bit M .....................................................................................................................................49
9.1.5 Vùng nhớ các rơ le điều khiển tuần tự S .....................................................................................................49
9.1.6 Vùng các bit đặc biệt SM.............................................................................................................................49
9.1.7 Vùng nhớ cục bộ L ......................................................................................................................................50
9.1.8 Vùng các bộ định thời T ..............................................................................................................................50
9.1.9 Vùng các bộ đếm C.....................................................................................................................................51
9.1.10 Vùng các đầu vào tương tự AI ....................................................................................................................51
9.1.11 Vùng các đầu ra tương tự AQ .....................................................................................................................51
9.1.12 Các accumulator AC....................................................................................................................................52
9.1.13 Các bộ đếm tốc độ cao HC..........................................................................................................................52
9.1.14 Các hằng số ................................................................................................................................................52
9.2. Định địa chỉ gián tiếp......................................................................................................................................53
9.3. Không gian địa chỉ các vùng nhớ..................................................................................................................54
9.4. Bảo toàn dữ liệu .............................................................................................................................................55
Chương 10 Timer và Counter.......................................................................................................................... 57
10.1. Các loại timer (b3)...........................................................................................................................................57
10.2. TON (b3) ..........................................................................................................................................................57
10.3. TONR (b4)........................................................................................................................................................58
10.4. TOFF (b4) ........................................................................................................................................................59
10.5. Bài tập Timer (b4) ...........................................................................................................................................60
10.6. Chú ý khi dùng Timer với độ phân giải khác nhau (b4) ...............................................................................60
10.7. Counter (b5) ....................................................................................................................................................60
10.8. Counter tốc độ cao (b5)..................................................................................................................................60
Chương 11 Giải bài toán có cấu trúc ............................................................................................................. 62
11.1. GBT bằng giản đồ thời gian (Timing diagram) .............................................................................................62
11.2. GBT bằng lưu đồ (flowchart) và các bit tuần tự (sequence bits).................................................................62
11.3. GBT bằng sơ đồ trạng thái (state diagram) ..................................................................................................62
11.4. Các lệnh còn lại trong tập lệnh......................................................................................................................62
Chương 12 Ngắt ............................................................................................................................................... 63
Chương 13 PID, Freeport................................................................................................................................. 65
13.1. PID ...................................................................................................................................................................65
13.2. Freeport...........................................................................................................................................................65
Chương 14 Các phương thức truyền thông .................................................................................................. 66
14.1. PPI ...................................................................................................................................................................67
14.2. MPI...................................................................................................................................................................67
14.3. PROFIBUS.......................................................................................................................................................67
Trang 3
- nguyen ba hoi
Chương 1 Giới thiệu
1.1. PLC
PLC (Programmable Logic Controllers) là những bộ điều khiển lập trình được.
Chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hay trong thương mại. PLC theo
dõi các trạng thái ngõ vào, ra các quyết định theo chương trình định sẵn và xuất
các tín hiệu điều khiển ra ngõ ra để tự động hóa quá trình (process) hay máy móc
(machine).
Hoạt động của PLC
Ưu điểm của PLC so với đấu dây thuần túy
· Kích cỡ nhỏ hơn
· Thay đổi thiết kế dễ hơn và nhanh hơn khi có yêu cầu
· Có chức năng chẩn đoán lỗi và ghi đè
· Các ứng dụng có thể dẫn chứng bằng tài liệu
· Các ứng dụng được nhân bản nhanh chóng và thuận tiện
1.2. Thế hệ PLC S7-200
S7-200 là PLC thuộc họ Micro Automation của hãng SIEMENS, có thể điều khiển
hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá. Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả
năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S7-200 là một lời giải
hoàn hảo cho các bài toán tự động vừa và nhỏ.
PLC S7-200 cho phép tự động hoá tối đa với
chi phí tối thiểu.
- Cài đặt, lập trình và vận hành rất đơn giản.
- Các CPU có thể sử dụng trong mạng, hệ
thống phân tán hoặc sử dụng đơn lẻ.
- Có khả năng tích hợp trên quy mô lớn.
- Ứng dụng cho những điều khiển đơn giản
và phức tạp.
- Truyền thông mạnh (PPI, Profibus-DP, AS-
Trang 4
- nguyen ba hoi
i).
1.3. Thuật ngữ
Cảm biến Thiết bị chấp hành
CPU, RAM, ROM, Firmware
Ngõ vào rời rạc Ngõ ra rời rạc
Ngõ vào tương tự
Ngõ ra tương tự
Trang 5
- nguyen ba hoi
Chương 2 Bắt đầu với S7-200
2.1. Hình dáng bên ngoài
Chỉ thị trạng thái Đánh số các ngõ vào ra
Chuyển chế độ và hiệu chỉnh tương tự Cartridge
Trang 6
- nguyen ba hoi
Input Simulator Removable Terminal Strip
2.2. Các thành viên họ S7-200
Trang 7
- nguyen ba hoi
Trang 8
- nguyen ba hoi
Trang 9
- nguyen ba hoi
2.3. Module mở rộng
Lắp đặt CPU và module
Trang 10
- nguyen ba hoi
Trang 11
- nguyen ba hoi
Trang 12
- nguyen ba hoi
Trang 13
- nguyen ba hoi
2.4. Chuẩn bị khi lập trình
· PLC S7-200 CPU từ 221 đến
226XM
· Máy tính (PC hoặc PG)
· Phần mềm lập trình STEP7-
MicroWin
· Cáp truyền thông PC/PPI
Chương 3 Đấu nối S7-200
3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều
[a] Công tắc ngắt nguồn cho CPU, toàn bộ mạch vào và ra của PLC.
[b] Thiết bị chống quá dòng cho CPU, các mạch vào và ra. Có thể sử dụng cầu chì
riêng cho từng phần (CPU, mạch vào, mạch ra) để bảo vệ tốt hơn.
[c] Bảo vệ quá dòng cho mạch vào không cần thiết nếu các đầu vào sử dụng
nguồn 24VDC do PLC cung cấp. Nguồn này (gọi là nguồn cảm biến) đã được thiết
kế chống ngắn mạch.
Trang 14
- nguyen ba hoi
[d] Nối đầu đấu mát của
PLC vào điểm nối đất gần
nhất để chống nhiễu. Tất cả
các đầu đấu mát trong một
hệ thống nên được đấu vào
cùng một điểm. Tốt nhất nên
sử dụng dây 14 AWG hay
dây 1.5 mm(.
[e] Nguồn 24VDC do PLC
cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng cho mạch các đầu vào.
[f] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng cho
mạch các đầu vào mở rộng.
[g] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng nuôi
các module ra mở rộng.
(Nguồn cảm biến này đã được thiết kế chống ngắn mạch.)
[h] Trong đa số các trường hợp, nối đất đầu M của nguồn cảm biến 24VDC này là
một trong những cách chống nhiễu tốt nhất.
3.2. PLC sử dụng nguồn nuôi một chiều
[a] Công tắc ngắt nguồn cho
CPU, toàn bộ mạch vào và
ra của PLC.
[b] Thiết bị bảo vệ quá dòng
cho CPU.
[c] Thiết bị bảo vệ quá dòng
cho mạch vào.
[d] Thiết bị bảo vệ quá dòng
cho mạch ra.
[e] Cần đảm bảo nguồn một
chiều có đủ độ “cứng” cần
thiết nhất là trong các trường hợp tải thay đổi (đóng ngắt đầu ra). Nếu cần phải đấu
thêm tụ điện ngoài.
[f] Trong đa số các trường hợp, nối đất đầu âm của tất cả các nguồn 24VDC là một
trong những cách chống nhiễu tốt nhất.
[g] Điện trở cho phép dòng điện rò chạy qua để chống hiện tượng tích điện tĩnh
(thường có giá trị khoảng 1M(). Tụ điện chống các nhiễu hài bậc cao (thường có
giá trị khoảng 4700 pF).
Trang 15
- nguyen ba hoi
[h] Nối đầu đấu mát của PLC vào điểm nối đất gần nhất để chống nhiễu. Tất cả các
đầu đấu mát trong một hệ thống nên được đấu vào cùng một điểm. Tốt nhất nên
sử dụng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm(.
Chỉ sử dụng nguồn cung cấp 24VDC có cách điện tốt với lưới điện xoay chiều cũng
như với các nguồn điện khác.
3.3. Bảo vệ đầu ra PLC
§ Bảo vệ các đầu ra 24V một chiều (Transistors)
§ Bảo vệ rơ le đóng ngắt dòng điện một chiều
§ Bảo vệ rơ le đóng ngắt dòng điện xoay chiều
Trang 16
- nguyen ba hoi
3.4. Sơ đồ đấu nối chi tiết
Trang 17
- nguyen ba hoi
Trang 18
- nguyen ba hoi
Trang 19
- nguyen ba hoi
Chương 4 Ngôn ngữ lập trình
Có 03 ngôn ngữ lập trình thông dụng cho PLC, (ta tạm dùng chữ “ngôn ngữ” để chỉ
môi trường (editor) lập trình cho PLC). 03 ngôn ngữ thông dụng đó là:
Statement List (STL), Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD)
Với S7-200, mỗi ngôn ngữ có thể sử dụng tập lệnh SIMATIC hay tập lệnh theo
chuẩn IEC 1131-3, riêng STL chỉ có thể sử dụng tập lệnh SIMATIC.
4.1. Statement List (STL)
STL cho phép tạo chương trình
bằng cách viết từng câu lệnh,
khác với hai ngôn ngữ kia là
dạng đồ họa. Chính vì thế trong
STL có thể viết những chương
trình mà trong hai ngôn ngữ
còn lại không viết được, bởi vì
nó sát với ngôn ngữ máy hơn,
không bị giới hạn bởi các qui tắc đồ họa. STL thường dành cho các lập trình viên
giàu kinh nghiệm.
STL có nhiều nét tương tự ngôn ngữ lập trình Assembler. Một khái niệm rất quan
trọng trong STL là Ngăn xếp (Stack), khái niệm này không có trong LAD và FBD.
Ngăn xếp trong STL về kích thước nhỏ hơn nhiều so với khái niệm ngăn xếp trong
Assembler, chỉ bao gồm 09 bits. Tuy nhiên nó lại đóng vai trò lớn hơn, ảnh hưởng
tới sự thực hiện của hầu hết các lệnh và các lệnh cũng luôn tác động tới nội dung
ngăn xếp.
STL thường dành
cho các lập trình
viên giàu kinh
nghiệm; STL có thể
giải quyết được một
số vấn đề không thể
giải quyết dễ dàng
trong LAD và FBD;
STL chỉ có thể sử
dụng với tập lệnh
SIMATIC; Mọi
chương trình viết
bằng LAD hay FBD
đều có thể chuyển
về xem và sửa trong
STL nhưng không
phải tất cả những
chương trình viết
trong STL đều có thể
xem bằng LAD hoặc FBD.
4.2. Ladder Logic (LAD)
Một chương trình viết trong LAD rất giống với một sơ đồ điện, vì thế được rất nhiều
người lựa chọn khi lập trình cho PLC nói chung. Chương trình thường được chia
thành nhiều phần nhỏ, rất dễ hiểu và tương đối độc lập gọi “network”. Những thành
phần cơ bản của một chương trình trong LAD là các tiếp điểm (contacts) - đại diện
cho các đầu vào như nút bấm, tiếp điểm, điều kiện, . . . các cuộn dây (coils) - đại
Trang 20
nguon tai.lieu . vn
