HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN I
(Phần PLC)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
PHÒNG THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN 1
Tài Liệu:
HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM KỸ THUẬT ĐIỆN I
(Phần PLC)
Biên soạn: Phòng TN Kỹ Thuật Điện (B3)
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2008
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
MỤC LỤC
Trang
Mục lục
....................................................................................................
2
Giới thiệu
....................................................................................................
3
Chương 1 Tìm hiểu PLC (Bài 1) .................................................................
4
Chương 2 Hướng dẫn các bài thí nghiệm về PLC ....................................... 21
Vấn đề 1
ĐK khởi động, đảo chiều động cơ KĐB (Bài 2.1) ............ 22
Vấn đề 2
Điều khiển quá trình theo thời gian (Bài 2.2)................... 25
Vấn đề 3
Điều khiển dây chuyền công nghiệp (Bài 2.3) ................. 27
Vấn đề 4
Điều khiển bãi đậu xe (Bài 2.4)........................................ 29
Vấn đề 5
Điều khiển phân loại và đếm sản phẩm (Bài 2.5) ............ 31
Chương 3 Hướng dẫn làm bài chuẩn bị và bài báo cáo thí nghiệm............. 33
Phần 1: PLC
Trang 2
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
GIỚI THIỆU
Thí nghiệm Kỹ thuật điện 1 gồm 2 phần:
-
Phần 1: Làm quen với PLC và một vài ứng dụng của nó trong thực tế
-
Phần 2: Các thí nghiệm vật lý về những kiến thức đã học trong môn Kỹ thuật điện I
Tập tài liệu này sẽ giới thiệu với sinh viên nội dung thí nghiệm của Phần 1
Mục đích
– Làm quen với các thiết bị công nghiệp: thiết bị động lực và thiết bị điều khiển.
– Làm quen với khái niệm điều khiển cứng (bằng thiết bị, dây nối) và điều khiển mềm (bằng
chương trình).
– Tìm hiểu về bộ điều khiển bằng chương trình (PLC)
– Tìm hiểu về cách sử dụng PLC để điều khiển các đối tượng đơn giản.
Công cụ thí nghiệm
– Bộ PLC S7 – 200, CPU 212, 216, hay 226.
– Phần mềm STEP7 – MicroWIN/16, hay STEP7 – MicroWIN/16.
– Các thiết bị đầu vào và ra.
Lưu ý:
– Sinh viên sẽ thí nghiệm 2 trong số 5 vấn đề về PLC được đưa ra trong tập tài liệu này. Cán
bộ hướng dẫn sẽ quyết định những vấn đề mà sinh viên cần thực hiện.
– Trước mỗi buổi thí nghiệm, sinh viên cần soạn trước bài chuẩn bị cho vấn đề đã được chỉ
định vào buổi đó (theo mẫu ở Chương 3). Sinh viên phải trình cho cán bộ hướng dẫn các
bài chuẩn bị này, nếu không sẽ không được vào thí nghiệm.
– Sau đợt thí nghiệm, sinh viên sẽ nộp báo cáo (theo mẫu ở Chương 3) để được tính điểm cho
phần thí nghiệm về PLC.
– Sinh viên sẽ được giới thiệu và thực tập 3 bài:
Bài 0: Sinh viên đọc trước ở nhà, không cần làm bài chuẩn bị và bài báo cáo, thử lập
trình các ví dụ đã cho.
Bài 1: Vấn đề 1 (phải làm bài chuẩn bị và bài báo cáo)
Bài 2: Cán bộ hướng dẫn phân công một trong các Vấn đề 2, 3, 4, hay 5 (phải làm
bài chuẩn bị và bài báo cáo)
– Về điểm số: Điểm chỉ được tính khi SV tham dự đầy đủ các buổi TN và có nộp báo cáo
SV tại chức
Điểm môn học sẽ là tổng của Phần 1 (50%) và Phần 2 (50%) – không thi trắc nghiệm
Riêng Phần 1 (PLC) có thành phần điểm như sau: chuẩn bị bài (5%), thái độ thí
nghiệm (15%), trả lời câu hỏi cuối buổi thí nghiệm (20%), nội dung và hình thức của
bài báo cáo (10%).
SV chính quy (sẽ thông báo sau)
Phần 1: PLC
Trang 3
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
CHƯƠNG 1
(Bài 1)
TÌM HIỂU PLC
I. Các kiến thức cơ bản về PLC
Các bộ điều khiển có thể lập trình được – PLC (Programmable Logic Controller) hiện nay
được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động cũng như trong các ứng dụng
thương mại và công nghiệp. Các PLC đầu tiên được thiết kế vào giữa những năm 70 để thay thế cho
các hệ thống điều khiển bằng relay. Ban đầu chúng chỉ bao gồm một bộ xử lý một bit với bộ nhớ
chương trình, một thanh ghi tích lũy và một số ngõ vào ngõ ra, về chức năng chúng chỉ có thể thực
hiện được các thao tác logic đơn giản và chỉ xử lý được với các ngõ vào ra số. Ngày nay PLC đã
phát triển mạnh và có thể thao tác với tín hiệu tương tự cũng như thực hiện các phép toán phức tạp
như điều khiển PID, điều khiển mờ... Chúng được dùng hầu như trong tất cả các giai đoạn của quá
trình sản xuất và điều khiển quá trình.
Không giống như các hệ thống đấu dây phần cứng truyền thống, PLC có khả năng lập trình
lại, có thể giám sát on-line, và có khả năng phát hiện lỗi trong bản thân PLC và các thiết bị được kết
nối với chúng.
Quá trình thực thi của PLC bao gồm 3 giai đoạn: giám sát các ngõ vào, tính toán trên cơ sở
chương trình của nó và điều khiển các ngõ ra để tự động hóa các quá trình hay công cụ.
PLC hiện diện trong rất nhiều các ứng dụng cụ thể. Chúng là các thiết bị làm việc rất lâu bền,
có thể làm việc trong điều kiện môi trường sản xuất bao gồm độ ẩm, nhiễu, các thay đổi nhiệt độ và
các chấn động.
Tất cả các hệ thống PLC đều gồm có các thành phần cơ bản cần thiết để thao tác với các dữ
liệu vào, xử lý dữ liệu và điều khiển ngõ ra. Các khối cơ bản của một PLC bao gồm bộ xử lý trung
tâm (CPU), bộ nhớ, bộ giao tiếp ngõ vào và bộ giao tiếp ngõ ra. Ngoài ra, PLC có thể tích hợp các
khối nguồn, xung clock và giao tiếp truyền thông để nạp chương trình, giám sát trạng thái của PLC
hay nối mạng các PLC với nhau. Ngõ vào của PLC có thể đưa vào các tín hiệu số hay tương tự từ
các thiết bị khác nhau (cảm biến) và biến đổi thành tín hiệu logic để CPU sử dụng. Bộ xử lý trung
tâm CPU tính toán và thực thi các phép tính điều khiển dựa trên các lệnh điều khiển trong bộ nhớ.
Bộ giao tiếp ngõ ra biến đổi các lệnh điều khiển từ CPU thành tín hiệu số hay tương tự để có thể
dùng điều khiển các thiết bị chấp hành khác nhau (actuator).
Một thiết bị lập trình được dùng để nhập các lệnh mong muốn, những lệnh này quyết định
PLC sẽ làm gì khi tác động các ngõ vào cụ thể. Một thiết bị giao tiếp (operator interface) cho phép
thông tin quá trình được hiển thị và để nhập các thông số điều khiển mới.
Bộ nhớ của PLC nói chung được chia thành 3 phần: bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu và
vùng nhớ lưu các thông số cấu hình hệ thống.
Bộ nhớ chương trình lưu trữ các lệnh sơ đồ lập trình LAD hay STL. Vùng nhớ này sẽ điều
khiển cách thức sử dụng vùng nhớ dữ liệu và các I/O. Các lệnh LAD hay STL được viết bằng các
thiết bị lập trình (PC) và được nạp (tải) vào vùng nhớ chương trình của PLC.
Phần 1: PLC
Trang 4
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
BỘ NHỚ
ROM,RAM
NGÕ
VÀO
NGÕ
RA
Công tắc, tiếp
điểm, …
SỐ
SỐ
Biến trở, điện
áp hồi tiếp, …
TƯƠNG
TỰ
CPU
Relay, đèn, …
TƯƠNG
TỰ
Hiển thị,
điện áp điều
khiển, …
Hình 1: Cấu trúc chung của PLC.
Bộ nhớ dữ liệu được dùng như một vùng làm việc bao gồm vùng nhớ cho các phép tính, vùng
lưu trữ tạm thời cho các kết quả tạm và các hằng số. Vùng nhớ dữ liệu bao gồm các vùng nhớ cho
các thiết bị như: vùng nhớ timer (T) (word và bit), counter (C) (word và bit), bộ đếm tốc độ cao
(HC), và vùng nhớ ngõ vào (I), vùng nhớ ngõ ra (Q), ngõ vào tương tự (AI), ngõ ra tương tự (AQ),
vùng nhớ biến (V), vùng nhớ bên trong (M), vùng nhớ đặc biệt (SM),…
Bộ nhớ thông số gồm các ô nhớ lưu trữ các thông số cài đặt, mật khẩu, địa chỉ thiết bị điều
khiển và các thông tin về các không gian nhớ có thể sử dụng.
PLC hoạt động theo một cách thức đơn giản bằng việc lặp lại quá trình sau. Dữ liệu vào từ
bên ngoài được chuyển đổi qua bộ giao tiếp ngõ vào thành dạng mà CPU có thể dùng. CPU tính
toán dựa trên các dữ liệu vào theo chương trình người dùng được lưu trữ trong bộ nhớ. Các kết quả
của quá trình tính toán này được đưa tới bộ giao tiếp ngõ ra để chuyển đổi thành dạng mà các thiết
bị kết nối với PLC có thể sử dụng.
II. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển dùng PLC
PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiên bản
(version) trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với mức độ bài toán
đơn giản hay phức tạp. Ngoài ra còn có các bộ ghép nối mở rộng cho phép liên kết nhiều bộ PLC
nhỏ (thành mạng PLC) để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính để tạo
thành một mạng tích hợp, thực hiện việc theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình công nghệ
phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất. Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất kỳ
loại PLC nào cũng đều có cấu trúc như hình 2.
Thiết bị đầu vào
Thiết bị lập trình
Máy tính
Input
Thiết bị đầu vào
PLC
Output
Chương trình
điều khiển
PG/PC
Cơ cấu chấp hành
Hình 2: Cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC.
Phần 1: PLC
Trang 5
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Trong đó:
● Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON thì ngõ vào số được
coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trạng thái OFF thì ngõ vào số có thể được coi như
ở mức logic 0 hay mức logic thấp.
● Ngõ vào tương tự: tín hiệu vào là tín hiệu tương tự , thường ngõ vào tương tự có tầm 0 – 20
mA, 4 – 20 mA hay 0 – 10VDC.
● Ngõ ra số: gồm 2 trạng thái ON và OFF. Các ngõ ra này thường được nối ra để điều khiển
các van solenoid, cuộn dây contactor, đèn hiệu.
● Ngõ ra tương tự: tín hiệu ra là tín hiệu tương tự , thường có tầm từ 0 – 10 VDC.
● Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển, thường là nút nhấn, cảm biến
…
* Cảm biến: là thiết bị nhằm biến đổi một trạng thái vật lý thành tín hiệu điện để PLC sử
dụng. Cảm biến được nối với ngõ vào của PLC. Một ví dụ là sử dụng nút nhấn nối với đầu vào của
PLC, một tín hiệu điện được gửi tới PLC chỉ ra trạng thái (đóng/mở) của tiếp điểm nút nhấn.
● Thiết bị chấp hành (Actuator): là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành một tác động
vật lý. Actuator được nối với ngõ ra của PLC. Một ví dụ của actuator là sử dụng một Soft Starter
(bộ khởi động mềm) được nối ở đầu ra PLC, tùy thuộc vào tín hiệu ngõ ra PLC mà bộ Soft Starter
sẽ khởi động hay dừng động cơ.
Nút nhấn thường hở
Nút nhấn thường đóng
Công tắc thường hở
NGÕ VÀO
PLC
Công tắc thường đóng
Tiếp điểm thường hở
Tiếp điểm thường đóng
Hình 3. Các dạng tín hiệu ngõ vào của PLC
● Chương trình điều khiển: một chương trình bao gồm một hay nhiều lệnh nhằm thực hiện
một nhiệm vụ cụ thể. Việc lập trình cho PLC chỉ đơn giản là xây dựng một tập hợp các lệnh. Có
nhiều cách để lập trình cho PLC như: dạng lập trình hình thang (LAD), dạng câu lệnh (STL), hay
dạng sơ đồ khối chức năng (FBD). Chương trình điều khiển định ra qui luật thay đổi tín hiệu output
phía đầu ra của PLC theo sự thay đổi của tín hiệu input phía đầu vào theo như mong muốn. Các
chương trình điều khiển được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay (handheld programmer hay PG = programmer) hoặc chạy phần mềm điều khiển trên máy tính PC và được
nạp vào PLC thông qua cáp, nối giữa PLC và PC hoặc PG.
Cần chú ý là chương trình để điều khiển hệ thống chạy trên PLC, do đó không cần có máy
tính hay bộ lập trình để chạy PLC, chúng chỉ đóng vai trò bộ lập trình hay bộ giám sát hoạt động
thông qua việc trao đổi thông tin với PLC.
Phần 1: PLC
Trang 6
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Chương trình của các PLC thường có cấu trúc, gồm có chương trình chính (main program),
các chương trình con (subroutine) và chương trình ngắt (interrupt). Nhờ đó cấu trúc của chương
trình trở nên dễ đọc và rõ ràng hơn.
Chương trình PLC được thực thi theo các chu kỳ quét liên tục. Chương trình PLC thực thi là
một phần của một quá trình lặp lại: chu kỳ quét. Chu kỳ quét của PLC bắt đầu với việc CPU đọc
trạng thái của các ngõ vào. Chương trình ứng dụng được thực hiện sử dụng trạng thái của các đầu
vào này. Khi chương trình này thực hiện xong thì CPU sẽ bắt đầu quá trình tự chẩn đoán và các tác
vụ giao tiếp. Chu kỳ quét kết thúc bởi việc cập nhật các ngõ ra, sau đó lại lặp lại từ đầu. Thời gian
thực hiện chu kỳ quét phụ thuộc vào kích thước của chương trình, số lượng các ngõ vào/ra cần được
giám sát của PLC và vào số lượng yêu cầu giao tiếp.
Ñoïc caùc ngoõ vaøo
Caäp nhaät
caùc ngoõ ra
Chu kyø queùt
Thöïc hieän
chöông trình
Truyeàn thoâng/Töï
kieåm tra
Hình 4. Chu kỳ (vòng) quét của PLC
● Thiết bị lập trình (PG/PC): chương trình viết trong thiết bị lập trình và truyền xuống PLC.
● Cáp kết nối (cáp PPI): thiết bị cần thiết để truyền dữ liệu từ thiết bị lập trình đến PLC.
Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC: Bao gồm các bước cơ bản như sau:
i) Xác định quy trình điều khiển: trong bước này cần phải biết về đối tượng điều khiển của
PLC. Các thay đổi của đối tượng điều khiển được kiểm tra thường xuyên bởi các thiết bị đầu vào,
các thiết bị này gởi tín hiệu đến PLC để tính toán xuất các tín hiệu ra đến các thiết bị đầu ra để điều
khiển hoạt động của đối tượng.
ii) Xác định tín hiệu vào ra: trong bước này cần xác định cách kết nối các thiết bị đầu vào, ra
với PLC. Thiết bị vào có thể là tiếp điểm, cảm biến,…. Thiết bị ra có thể là các loại cuộn dây điện
từ , đèn, …
iii) Soạn thảo chương trình: chương trình được viết dưới dạng LAD, STL, hay dạng FBD.
iv) Nạp chương trình cho PLC
v) Chạy chương trình: trước khi khởi động hệ thống cần kiểm tra nối dây từ PLC đến các thiết
bị ngoại vi và trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thực hiện các bước tinh chỉnh hệ thống để
đảm bảo an toàn khi đưa vào hoạt động thực tế.
Trong bài thí nghiệm với PLC S7-200 (của hãng Siemens) sinh viên cần quan tâm tới hai vấn
đề sau:
●Sơ đồ nối dây PLC: thể hiện sơ đồ nối dây thực của các thiết bị phía input và phía output
vào PLC S7–200.
●Sơ đồ điều khiển PLC: được viết bằng STEP7-Micro/WIN là phần mềm dùng cho các PLC
thuộc chủng loại S7-200.
Phần 1: PLC
Trang 7
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
III. Giới thiệu PLC S7-200
PLC có thể được phân thành hai loại: Micro PLC và Modular PLC.
- Micro PLC là loại PLC mà các ngõ vào, bộ xử lý, các ngõ ra và bộ nguồn đều được đặt
chung trong cùng một khối. Các PLC này thì khá rẻ và thường được dùng trong các ngành công
nghiệp nhẹ mà ở đó các điện áp cao không cần thiết. Chúng có những cấu hình khác nhau về ngõ
vào, ngõ ra, khả năng bộ nhớ và có thể làm việc lâu dài để thỏa mãn các ứng dụng khác nhau. Họ
PLC S7-200 của Siemens thuộc loại PLC này.
- Modular PLC là loại PLC dùng trong các ứng dụng công nghiệp nặng thường là các hệ
thống dạng mô đun. Các loại PLC này có các cấu hình khác nhau về ngõ vào/ngõ ra, nguồn cung
cấp, dạng tín hiệu (rời rạc hay tương tự), các ứng dụng mạng và điều khiển từ xa. Các hệ thống PLC
này bao gồm các mô đun xử lý, mô đun ngõ vào/ngõ ra, thanh gắn, mô đun nguồn, bộ lập trình và
các mô đun giao tiếp nếu cần thiết. Họ PLC S7-300, S7-400 của Siemens thuộc loại này.
- Bộ xử lý của cả PLC loại Micro hay Modular đều bao gồm CPU, bộ nhớ, các cổng giao tiếp
và các cổng ngoại vi. Không phải tất cả các PLC đều có cấu hình giống nhau mà có thể khác nhau
về bộ nhớ, các cấu hình ngõ vào/ngõ ra, cấu hình mạng và nhiều đặc tính khác.
Sau đây sẽ giới thiệu một vài loại CPU họ S7-200 được sử dụng trong nội dung thí nghiệm:
a. Bộ S7-200/CPU 212 có một số tính năng như sau:
– Số cổng vào/ra (I/O): 8 ngõ vào số/6 ngõ ra số (có địa chỉ I0.0 ÷ I0.7, Q0.0 ÷ Q0.5).
– Số tối đa các bộ mở rộng có thể ghép nối: 2 (với tối đa 64 ngõ vào số /64 ngõ ra số).
– Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 1.2 μs/lệnh.
– Bộ đếm thời gian (timer): 64 bộ.
– Bộ đếm (counter): 64 bộ.
– Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 1 (2 kHz-software).
b. Bộ S7-200/CPU 216 có các tính năng sau:
– Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ ra số số (có địa chỉ I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7).
– Số tối đa các bộ mở rộng có thể ghép nối: 7.
– Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 0.8 μs/lệnh.
– Bộ đếm thời gian (timer): 256 bộ.
– Bộ đếm (counter): 256 bộ.
– Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 3 (1 software – 2 hardware).
– Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB.
– Cổng giao tiếp: 2.
c. Bộ S7-200/CPU 226 có các tính năng sau:
– Số cổng vào/ra (I/O): 24 ngõ vào số/16 ngõ ra số (địa chỉ từ I0.0 ÷ I2.7, Q0.0 ÷ Q1.7).
– Số tối đa các bộ mở rộng có thể ghép nối: 7
– Tốc độ xử lý lệnh Boolean: 0.37 μs/lệnh.
– Bộ đếm thời gian (timer): 256 bộ.
– Bộ đếm (counter): 256 bộ.
– Bộ đếm tốc độ cao (high-speed counter): 6 (30 kHz).
Phần 1: PLC
Trang 8
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
– Đồng hồ thời gian thực.
– Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 8KB/5KB.
– Cổng giao tiếp: 2.
– Số ngõ ra xung: 2 (20 kHz).
IV. Sơ đồ nối dây thực của S7 – 200
Sơ đồ nối dây của CPU 212:
Nguồn DC
cho PLC
Các ngõ ra nối với cơ cấu chấp hành
Các ngõ vào nối với tín hiệu điều khiển
Nguồn DC
cho ngõ vào
Hình 5. Sơ đồ nối dây của PLC S7-200, CPU 212
Với cách nối dây như sơ đồ đã thể hiện, khi một công tắc (hay nút nhấn) ở ngõ vào nào đó
được tác động, ngõ vào đó sẽ ở trạng thái logic là 1 (trạng thái ON). Nếu công tắc bị ngắt (hay
không nhấn nút nữa), ngõ vào tương ứng sẽ ở trạng thái logic là 0 (trạng thái OFF). Nguyên tắc
chung là khi có điện áp trong khoảng quy định trước (thông thường là 15 – 30 VDC) so với điểm
chuẩn điện áp (các ngõ vào ký hiệu là COM) đặt vào một ngõ vào nào đó thì ngõ vào đó ở trạng thái
1, nếu không có điện áp đủ lớn so với điểm chuẩn điện áp đặt vào ngõ vào thì ngõ vào đó ở trạng
thái 0.
Các CPU 216 và CPU 226 cũng được nối dây tương tự với CPU 212.
V. Giới thiệu chương trình STEP7 – Micro/WIN
1.
Dạng lập trình: STEP7 – Micro/WIN hỗ trợ hai dạng lập trình sau:
a. Dạng STL (Statement List): dạng ngôn ngữ sử dụng danh sách các câu lệnh.
b. Dạng LAD (ladder): dạng ngôn ngữ đồ hoạ sử dụng các ký hiệu tương tự như các sơ đồ
mạch điện (hình thang).
c. Dạng FBD (Function Block Diagram): dạng ngôn ngữ đồ hoạ sử dụng các ký hiệu tương tự
sơ đồ các khối logic AND, OR...
Phần 1: PLC
Trang 9
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
2.
Các lệnh cơ bản của chương trình dạng LADDER:
Phần tử
Ký hiệu
Lệnh tiếp
điểm
thường mở.
(Normally
open)
n
Lệnh tiếp
điểm
thường
đóng
(Normally
closed)
n
Tên qui ước
n = I0.0, I0.1, …,I0.7, …
Lệnh
bit
SET
Lệnh này tác động khi bit n ON
n = Q0.0, Q0.1, …,Q0.5, – I: tiếp điểm thực nối ở cổng vào
…
– Q: tiếp điểm do output điều khiển
n = C0, C1, …, C63, …
– C: tiếp điểm do bộ đếm đ.khiển
n = T0, T1, …, T63, …
– T: tiếp điểm do timer điều khiển
n = I0.0, I0.1, …,I0.7, …
Lệnh này tác động khi bit n OFF
n = Q0.0, Q0.1, …,Q0.5, – I: tiếp điểm thực nối ở cổng vào.
…
– Q: tiếp điểm do output điều khiển
n = C0, C1, …, C63, …
– C: tiếp điểm do bộ đếm đ.khiển
n = T0, T1, …, T63, …
– T: tiếp điểm do timer điều khiển
Lênh này chỉ tác động khi phát hiện
tín hiệu phía trước lệnh chuyển từ
OFF sang ON (cạnh lệnh).
Lệnh phát
hiện cạnh
lên P
Lệnh ngõ ra
(OUTput
instruction)
Tính chất
n
n = Q0.0, Q0.1, …, Q0.5, Trang thái logic của bit n luôn bằng
…
trạng thái logic ở ngay phía trước
lệnh.
n = Q0.0, Q0.1, … (1 bit Khi lệnh SET tác động, bit n chuyển
bất kỳ)
sang ON và giữ luôn.
Lệnh
RESET bit
n = Q0.0, Q0.1, … (1 bit Khi lệnh RESET tác động, bit n
bất kỳ)
chuyển sang OFF và giữ luôn.
Bộ
thời
đóng
TON
Txxx=
định
gian
trễ
(On-delay
timer)
* T32: đơn vị tính là 1 ms
T96 (CPU216, 226)
* T33 – T36: --- 10ms
– Khi IN từ 0 lên 1 thì sau thời gian
định bởi PT, Txxx sẽ chuyển sang
trạng thái ON (1)
– Bất cứ khi nào IN từ 1 xuống 0 thì
Txxx sẽ chuyển sang OFF (0)
T97–T100 (CPU216, 226)
* T37 – T63: --- 100ms
T101–T255 CPU216,226)
– IN: tín hiệu vào
– PT: hệ số thời gian trễ.
Phần 1: PLC
Trang 10
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Cxxx = C0, C1, …, C63, – Cxxx sẽ đếm lên/xuống một đơn vị
mỗi khi tín hiệu chuyển từ 0 lên 1 ở
…
chân CU/CD.
– CU: tín hiệu đếm lên.
Bộ
đếm
lên/xuống
CTUD
(Counter
up/down)
– CD: tín hiệu đếm xuống
– R: tín hiệu reset
– Khi giá trị đếm của Cxxx >= PV thì
Cxxx là ON (1), ngược lại là OFF(0).
– Khi có tín hiệu reset ở chân R thì giá
– PV: giá trị đặt (preset trị đếm của Cxxx trở về 0, Cxxx ở
trạng thái của Value)
trạng thái OFF.
Cxxx = C0, C1, …, C63, – CTU sẽ đếm lên một đơn vị mỗi khi
tín hiệu chuyển từ 0 lên 1 ở chân CU.
…
Bộ đếm lên
CTU
(Counter
up) và bộ
đếm xuống
CTD
(Counter
down)
– CU: tín hiệu đếm lên – CTD sẽ đếm xuống một đơn vị mỗi
khi tín hiệu chuyển từ 0 lên 1 ở chân
(CTU).
CD.
– CD: tín hiệu đếm xuống
(CTD).
– R: tín hiệu reset
– Đối với bộ đếm lên CTU: Khi giá trị
đếm của Cxxx >= PV thì trạng thái
Cxxx là ON (1), ngược lại là OFF(0).
– PV: giá trị đặt (preset
– Đối với bộ đếm xuống CTD: Khi giá
value)
trị đếm của Cxxx = 0 thì trạng thái
Cxxx làON (1), ngược lại là OFF(0).
– Khi có tín hiệu reset ở chân R
(CTU) thì giá trị đếm của Cxxx trở về
0, trạng thái Cxxx là OFF(0).
– Khi có tín hiệu preset ở chân LD
(CTD) thì giá trị đếm của Cxxx được
set về giá trị đặt PV .
Lệnh
Phép toán:
so sánh:
==
<>
(Compare)
>
<
≥
≤
Dạng dữ liệu:
_Byte
_Word
(Integer)
_Double
Word
_Real
Phần 1: PLC
Trang 11
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Giải thích thêm:
1. Lập trình kiểu FBD
AND logic:
OR logic:
2. Thời gian của bộ định thời Timer
Đối với bộ định thời gian đóng trễ TON:
Công thức tính giá trị thời gian đặt: PT =
T
Ck
với T: thời gian cần làm trễ (s)
Ck: độ phân giải (đơn vị tính thời gian) của bộ định thời (1 ms, 10 ms, và 100 ms)
3. Các ô nhớ đặc biệt:
SM0.0
Bit này luôn luôn ON.
SM0.1
Bit này chỉ ON trong chu kỳ quét đầu tiên của PLC.
SM0.5
Bit này tạo xung clock 1 giây (0,5s ON và 0,5s OFF).
SM0.4
Bit này tạo xung clock 1 phút.
4. Cấu trúc ô nhớ trong PLC Siemens:
QB0 ≡ Q0.0→Q0.7
1 Byte
=
8 Bit
1 Word
=
2 Byte
=
16 Bit (liên tiếp)
QW0 ≡ QB0→QB1
1 Double Word =
4 Byte
=
32 Bit (liên tiếp)
QD0 ≡ QB0→QB3
5. Cấu trúc ô nhớ của dữ liệu số:
Số Byte (B)
1 byte
~ Byte
Số Integer (I):
2 byte
~ Word
Số Long Integer (D)
4 byte
~ Double Word
Số Real (R)
4 byte
~ Double Word
Phần 1: PLC
Trang 12
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
VI. Hướng dẫn lập trình với STEP 7-Micro/WIN 32
Sau đây là trình tự tổng quát cần thực hiện để khởi tạo, kiểm tra và giám sát một project sử
dụng Step7-MicroWIN 32. Trình tự:
1. Khởi động chương trình STEP 7-Micro/WIN 32 trong Windows
2. Để thiết lập giao tiếp giữa PLC và PC ta chọn biểu
tượng Communications (double click)
Trong mục Communications ta có
thể chọn thiết lập giao tiếp PG/PC
Interface bằng cách chọn (double
click) PC/PPI cable(PPI).
Chọn Properties trong phần Set PG/PC Interface để
thiết lập các thông số kết nối (ví dụ: tốc độ baud, cổng
giao tiếp, địa chỉ, ...).
Sau khi hoàn tất việc thiết lập double click vào mục
Double-Click to Refresh để kết nối với PLC.
Phần 1: PLC
Trang 13
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
3. Khởi tạo file mới
a. Chọn menu File/New (Ctrl+N).
b. Chọn loại vào menu PLC/Type…
c Nhấn nút OK
4. Lập trình
Dùng mouse chọn các phần tử cần sử dụng từ danh sách lệnh (dùng chuột để kéo phần tử
hoặc double click vào phần tử để chọn) để vẽ sơ đồ LADDER, sau đó đặt tên cho các phần
tử như ví dụ trong hình vẽ sau:
Chú ý:
– Một chường trình dạng LADDER thường có nhiều network “mắc song song” với nhau.
– Trong mỗi netwok chỉ được lập trình tối đa một nhánh lệnh.
– Kết thúc sơ đồ đối với Step7-MicroWIN 32 ta không được đặt lệnh kết thúc không điều
kiện END (nếu thêm lệnh này vào thì sẽ bị sai cú pháp khi dịch chương trình).
5. Các chú thích của chương trình
a) Nhấn mouse vào hàng chữ Network 1 (2,3...) để
đặt tên cho Network.
b) Nhấn mouse vào hàng chữ POU Comment
(Project Component Comments) để ghi chú về
các thành phần của Project.
Phần 1: PLC
Trang 14
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
c. Nhấn mouse vào hàng chữ Network Comment để chú
thích cho Network.
5. Biên dịch chương trình vào menu PLC/Compile
Lúc này chương trình sẽ kiểm
tra cú pháp của sơ đồ điều khiển và
thông báo về kích thước của chương
trình và các lỗi cú pháp của chương
trình:
6. Lưu giữ chương trình vào menu File/Save As…
nếu chỉ sửa chương trình thì dùng lệnh Save.
7. Nạp chương trình vào CPU của PLC (chương trình vừa lập trình đang lưu trên máy tính)
a. Để nạp chương trình, PLC phải ở chế độ STOP theo một trong hai cách:
● Gạt contact (3 tiếp điểm) trên PLC qua vị trí STOP.
● Gạt contact (3 tiếp điểm) trên PLC qua vị trí TERM rồi
chọn menu PLC /STOP.
b. Vào menu File/Download (Ctrl+D).
c. Chọn các thành phần cần nạp vào PLC (phải chọn
Program).
d. Nhấn nút OK để nạp chương trình từ máy tính vào PLC.
Nếu chương trình được nạp vào PLC thành công thì sẽ có
thông báo Download hoàn thành (Download
Successfully), nhấn nút OK để tiếp tục chạy thử chương
Phần 1: PLC
Trang 15
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
trình.
8. Thực thi chương trình trên PLC
Định CPU ở chế độ RUN theo một trong hai cách:
● Gạt contact (3 tiếp điểm) trên bộ PLC qua vị trí RUN, (đèn RUN màu xanh sẽ sáng)
● Để contact (3 tiếp điểm) trên bộ PLC qua vị trí TERM rồi chọn menu PLC /RUN.
9. Kiểm tra sự vận hành của chương trình
Chọn menu Debug/Program Status.
Để sửa chương trình, phải bỏ
Debug/Program Status.
10. Xem hướng dẫn sử dụng việc lập trình PLC
Chọn menu Help/Contents and Index. Chọn
tab Index và nhập từ lệnh cần xem.
Phần 1: PLC
Trang 16
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
VII. Ví dụ minh hoạ:
Ví dụ 1: Mạch điều khiển tắt/mở một bóng đèn Đ.
S
Đ
a. Sơ đồ mạch điện:
b. Sơ đồ điều khiển dạng LAD (chương trình bên trong PLC):
Sơ đồ trong hình vẽ dưới đây thể hiện thuật toán điều khiển được thực hiện bằng chương trình
của PLC.
Đường nguồn
(logic 1)
c. Sơ đồ nối dây PLC:
Sơ đồ dưới đây cho biết các tín hiệu vào và ra được nối đến PLC như thế nào để chương trình
trong PLC đã viết có thể vận hành đúng theo ý đồ đã thiết kế.
24 VDC
S
I0.0
I0.1
...
I0.7
PLC
I0.0
...
Q0.3 Q0.7
Đ
220 VAC
Giản đồ thời gian và giải thích:
1
I0.0
0
Q0.3
Ban đầu khi chưa đóng công tắc S thì ngõ vào PLC I0.0 sẽ có mức logic 0, trong chương trình
điều khiển (LAD) cuộn dây Q0.3 không có tín hiệu từ đường công suất nên cũng có mức logic 0.
Khi đóng công tắc S thì ngõ vào I0.0 ở trạng thái logic 1, tiếp điểm thường mở I0.0 trong chương
trình LAD đóng lại cho phép tín hiệu từ đường công suất tới cuộn dây Q0.3, ngõ ra Q0.3 có mức
logic 1 làm sáng đèn Đ.
Phần 1: PLC
Trang 17
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Ví dụ 2: Mạch điều khiển đóng cuộn dây contactor K trong khoảng thời gian t = 2s rồi nhả ra.
a. Sơ đồ dạng LAD:
b. Sơ đồ nối dây PLC:
24 VDC
S
I0.0 I0.1 . . . I0.7
PLC
Q0.0 Q0.1 . . . Q0.5
K
24 VDC
Giản đồ thời gian và giải thích:
Cuộn dây K được cấp nguồn trong 2 giây kể từ khi nhấn nút nhấn S.
I0.0
Q0.1
PT = 20
T37 (word)
Trị số đếm
tức thời
T37 (bit)
Ngõ ra
trạng thái
Phần 1: PLC
Thời gian trễ 2s
Thời gian 1
chu kỳ quét
Trang 18
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Giả sử ngõ ra Q0.1 đang ở mức logic 0, khi đó T37 đang ở trạng thái 0 nên tiếp điểm thường
đóng T37 ở Network 1 là mức 1. Khi nhấn nút nhấn S thì ngõ vào I0.0 có mức logic 1, khi đó tiếp
điểm thường mở I0.0 trong sơ đồ LAD sẽ đóng lại, cuộn dây Q0.1 có tín hiệu từ đường công suất
nên có mức logic 1, tiếp điểm thường mở Q0.1 đóng lại. Khi nhả nút nhấn S thì ngõ vào I0.0 có
mức logic 0, tiếp điểm thường mở I0.0 mở ra nhưng cuộn dây Q0.1 vẫn có tín hiệu từ đường công
suất (do tiếp điểm Q0.1 đóng). Khi cuộn dây Q0.1 ở trạng thái 1 thì ngõ vào IN của bộ Timer ondelay T37 có tín hiệu từ đường công suất làm khởi động bộ Timer. Trị số đếm tức thời của bộ
Timer tăng dần theo theo thời gian, khi trị số tức thời lớn hơn hoặc bằng trị số đặt trước PT thì T37
(bit) lên mức 1. Tiếp điểm thường đóng T37 hở ra làm ngắt tín hiệu từ đường công suất vào cuộn
dây Q0.1(Network 1) , tiếp điểm thường mở Q0.1 hở ra. Tín hiệu vào chân IN của bộ Timer T37 bị
ngắt làm cho bộ Timer T37 bị reset ( trị số đếm tức thời trở về 0 và bit T37 trở về trạng thái 0).
Ví dụ 3: Mạch đếm lên xuống
a. Sơ đồ dạng LAD
b. Sơ đồ nối dây PLC:
24 VDC
S1
S2
I0.0 I0.1 I0.2 …
PLC
Q0.0 Q0.1 . . . Q0.5
K
24 VDC
Phần 1: PLC
Trang 19
Tài liệu Hướng dẫn TN Kỹ Thuật Điện 1
Giản đồ thời gian và giải thích:
Dùng các nút nhấn S1,S2 và S3 để tạo ra các xung đưa vào I0.0 , I0.1và I0.2 tương ứng. Mỗi
khi nhấn S1 thì ngõ vào I0.0 sẽ có sự chuyển trạng thái từ mức logic 0 lên 1, chân đếm lên CU của
bộ đếm cũng có sự chuyển đổi từ Off sang On làm cho giá trị đếm tức thời tăng lên 1 đơn vị. Tương
tự khi nhấn S2 thì sẽ có sự chuyển đổi trạng thái ở chân đếm xuống CD của bộ đếm làm cho giá trị
tức thời giảm xuống 1 đơn vị. Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV (=4) thì bit
C48 lên mức logic 1. Khi nhấn nút nhấn S3 thì ngõ vào I0.3 sẽ chuyển lên mức logic 1, tiếp điểm
thường mở I0.2 đóng lại cho phép tín hiệu từ đường công suất đi vào chân reset R của bộ đếm, giá
trị tức thời của bộ đếm lập tức trở về 0.
I0.0
I0.1
I0.2
Giá trị tức thời
của C48
0
1
2
3
4
5
4
3
4
5
0
C48 (bit)
Q0.0
Chú ý:
Bộ đếm lên CTU hoạt động tương tự như bộ đếm lên xuống CTUD nhưng loại bộ đếm này
chỉ có 3 đầu vào: chân đếm lên CU, chân reset R và chân giá trị đặt PV.
Với các lệnh PLC, tất cả các ngõ vào của lệnh phải được nối với các tiếp điểm.
Phần 1: PLC
Trang 20
- Xem thêm -