Giáo trình Điều khiển lập trình PLC (Dùng cho hệ Cao đẳng, Trung cấp) - Phần 1

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ   GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Chủ biên: Th.S Trần Ngọc Bình TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 9 NĂM 2012 TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ   GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC DÙNG CHO HỆ CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Chủ biên: Th.S Trần Ngọc Bình TP. HỒ CHÍ MINH – THÁNG 9 NĂM 2012 Một vài năm gần đây, do yêu cầu tự động hóa công nghiệp trong xã hội ngày càng tăng, các trường đào tạo kỹ thuật đều có thêm ngành học mới với nhiều tên gọi khác nhau như: Điều khiển tự động, tự động hóa, điều khiển học, . nhằm mục đích đào tạo cho xã hội những kỹ sư, công nhân kỹ thuật để phục vụ trong trong các cơ quan, xí nghiệp được trang bị những hệ thống tự động điều khiển với qui mô lớn và hiện đại. Do chương trình đào tạo của các trường hiện nay chưa được thống nhất và tài liệu về chuyên ngành này chưa được hệ thống hóa, điều này làm cho người dạy và người học trong lĩnh vực này gặp nhiều khó khăn khi cần tham khảo. “Giáo Trình Điều Khiển Lập Trình PLC” được biên soạn theo chương trình khung, trình độ cao đẳng chính quy nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy và học các môn chuyên ngành kỹ thuật trong trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TPHCM. Đồng thời, giáo trình cũng là tài liệu tham khảo của cán bộ, công nhân kỹ thuật nhằm củng cố thêm kiến thức chuyên ngành, tiếp cận nhanh với các thiết bị tự động hiện đại được sử dụng trong các ngành công nghiệp. Tuy tác giả đã có nhiều cố gắng trong quá trình biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của quý độc giả và đồng nghiệp để giáo trình có chất lượng tốt hơn. Trân trọng! TP. HCM, ngày 30 tháng 09 năm 2012 MỤC LỤC Trang Chương 1: Tổng quan về điều khiển lập trình 1 1.1. Các loại điều khiển trong công nghiệp 1 1.2. Ưu điểm của PLC 2 1.3. Các ứng dụng của PLC trong thực tế 2 Chương 2: Cấu trúc và phương thức hoạt động của PLC 4 2.1. Cấu trúc của một PLC 4 2.2. Các khối của PLC 8 2.3. Các ngõ vào ra và cách kết nối 12 2.4. Xử lý chương trình 13 2.5. Các phương pháp lập trình (LAD, STL, FBD) 15 Chương 3: Các phép toán nhị phân của PLC 17 3.1. Các liên kết logic 17 3.2. Tập lệnh 21 3.3. Timer 23 3.4. Counter 26 3.5. Các thí dụ 29 Chương 4 : Các phép toán số của PLC 37 4.1. Chức năng truyền dẫn 37 4.2. Chức năng so sánh 38 4.3. Chức năng dịch chuyển 39 4.4. Chức năng biến đổi 40 4.5. Chức năng toán học (cộng, trừ, nhân, chia) 41 4.6. Chức năng số (trị tuyện đối , căn , sin ,cos) 42 Chương 5: Xử lý tín hiệu Analog EM235 47 5.1. Tín hiệu analog 47 5.2. Biểu diễn giá trị analog 48 5.3. Kết nối ngõ vào ra analog 50 5.4. Hiệu chỉnh giá trị analog 53 Chương 6: Thao tác trên phần mềm S7 – 200 64 6.1. Khởi động phần mềm. 64 6.2. Giao diện màn hình. 66 6.3. Các bước thực hiện một dự án. 72 Chương 7: Các họ PLC khác 81 7.1 Họ Omron. 81 7.2 Họ Mitsubishi. 95 Tài liệu tham khảo 96 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 1 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 1.1. Các loại điều khiển trong công nghiệp. 1.1.1. Hệ thống điều khiển là gì ? Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử, nó dùng để vận hành một quá trình một cách chính xác và thông suốt. 1.1.2. Hệ thồng điều khiển dùng rơle. Trƣớc khi có PLC ngƣời ta điều khiển hệ thống bằng contactor, rơle điện từ, bộ định thời, bộ đếm. Hệ thống này đƣợc liên kết với nhau để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh. Hệ thống dùng relays rất phức tạp : nhiều dây kết nối, thiết bị cồng kềnh rất khó sửa chữa bảo trì khi hƣ hỏng, không thể thực hiện đƣợc những công việc mang tính phức tạp cao, hơn nữa khi có yêu cầu thay đổi về điều khiển thì bắt buộc phải thiết kế lại và nối dây lại từ đầu. 1.1.3. Hệ thống điều khiển dùng vi xử lý : Hệ thống điều khiển dùng vi xử lý ra đời đã khắc phục đƣợc một số nhƣợc điểm của hệ thống dùng rơle nhƣ sơ đồ nối dây và một số ƣu điểm khác nhƣ khả năng nhớ và thực hiện đƣợc những chức năng phức tạp mà hệ thống điều khiển bằng rơle không thực hiện đƣợc. Tuy nhiên, hệ thống điều kiển bằng vi xử lý vẫn tồn tại một số nhƣợc điểm là : khó lập trình và vấn đề xử lý nhiễu. 1.1.4. Hệ thống điều khiển dùng PLC Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện, những năm 80, ngƣời ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tin cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc trong môi trƣờng công nghiệp khắc nghiệt nhƣ nhiệt độ cao, độ ẩm lớn đêm lại hiệu quả kinh tế cao. Đó là bộ lập trình đƣợc PLC, đƣợc chuẩn hoá theo ngôn ngữ Anh Quốc là Programmable Logic Controller (viết tắt là PLC). PLC là sự kết hợp của hệ thống điều khiển dùng vi xử lý và rơle. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 1 2 1.2. Ƣu điểm của PLC Ngƣời ta sử dụng PLC nhiều trong công nghiệp vì PLC có những ƣu điểm : - Độ ổn định, độ tin cây cao. - Lắp đặt đơn giản. - Rất dễ lập trình. - Đáp ứng yêu cầu đòi hỏi mà không cần thây đổi phần cứng. - Kích thƣớc nhỏ, gọn. - Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống. - Điều khiển linh hoạt đa dạng. 1.3. Các ứng dụng của PLC trong thực tế Hiện nay PLC đã đƣợc ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thƣờng đến các úng dụng cho các lĩnh vực phức tạp đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm : - Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong trong ngành hóa - Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại, -Bột giấy, giấy, xử lý giấy : điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cán, gia nhiệt, - Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy, KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 1 3 - Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nƣớc trái cây, ), cân đong, đóng gói, hòa trộn, - Kim loại: điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lƣợng. - Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin, ), các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ, ).  CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Câu 1: Trình bày những ƣu điểm của PLC trong kỹ thuật điều khiển? Câu 2: Hãy so sánh những ƣu, khuyết điểm của các hệ thống đều khiển rơle, hệ thống điều khiển vi xử lý và hệ thống điều khiển PLC? KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 4 CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ PHƢƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 2.1. Cấu trúc của một PLC PLC của hãng Siemens hiện có các loại sau : S7-200, S7-300, S7 – 400... PLC S7–200 có các loại CPU sau : CPU 212, CPU 214, CPU 216, CPU 221, CPU 222, CPU224 2.1.1. Cấu trúc phần cứng Hình 2.1: Cấu trúc phần cứng của PLC S7-200 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 5 Trong đó: 1: Chân cắm cổng ra. 2: Chân cắm cổng vào 3: Các đèn trạng thái: SF, RUN, STOP. 4: Đèn xanh ở cổng vào chỉ trạng thái tức thời của cổng vào. 5: Cổng truyền thông 6: Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng ra. 7: Công tắc  CPU 224 bao gồm: - Dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình 2K. - Dung lƣợng bộ nhớ dữ liệu 2K. - Có 14 cổng vào 10 cổng ra. - Có thể thêm vào 7 Modul mỡ rộng kể cả Modul Analog. - Có 128 timer, 180 couter, 688 bits nhớ đặc biệt. - Có các chế độ ngắt và xử lý ngắt. - Có 3 bộ đếm tốc độ cao. - Có 2 bộ điều chỉnh tƣơng tự. - Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu trong thời gian 190 giờ kể từ khi PLC mất điện.  Các đèn báo trên CPU: - SF : đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng ( đèn đỏ ). - RUN : PLC đang ở chế độ làm việc ( đèn xanh ). - STOP : PLC đang ở chế độ dừng (đèn vàng ). - Ixx, Qxx: chỉ định trạng thái tức thời cổng (đèn xanh ).  Công tắc chọn chế độ làm việc : - RUN : Cho phép PLC thực hiện chƣơng trình trong bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN qua STOP nếu gặp sự cố . KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 6 - STOP : PLC dừng công việc thực hiện chƣơng trình ngay lập tức. - TERM: Cho phép máy lập trình quyết định chế độ làm việc của PLC. Dùng phần mềm điều chỉnh RUN, STOP.  Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Nguồn nuôi dùng để ghi chƣơng trình hoặc nạp một chƣơng trình mới. Nguồn pin đƣợc sử dụng để tăng thời gian lƣu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguốn pin tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lƣợng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 2.1.2. Cấu trúc bộ nhớ: Bộ nhớ của S7-200 đƣợc chia làm 3 vùng :  Vùng nhớ chƣơng trình: Dùng để lƣu trữ các lệnh chƣơng trình.  Vùng nhớ dữ liệu: lƣu trữ dữ liệu chƣơng trình, kết quả phép toán, hằng số đƣợc định nghĩa trƣớc, nó có thể truy nhập theo từng byte, bit hoặc từ.  Vùng dữ liệu: Lƣu giữ dữ liệu chƣơng trình : kết quả phép tình, hằng số đƣợc định nghĩa trong chƣơng trình. Là vùng nhớ động nó có thể truy nhập theo từng Bit, Byte, Word và Double Word o Miền V (variable) : V0  V4095 o Vùng đệm cổng vào I: I0.x  I7.x (x có gía trị từ 0 7) o Vùng đệm cổng ra Q: Q0.x  Q7.x (x có gía trị từ 0 7) o Vùng nhớ nội M ( Internal Memory) : M0.x M31.x (x = 0 7 ) o Vùng nhớ đặc biệt: Specisal memory bits SM0.x –SM85.x (x =0 7). o Vùng đệm cổng vào tƣơng tự AIW0 – AIW30.  Vùng đối tƣợng: o Timer: T0  T255 o Counter : C0  C255 o Vùng đệm cổng vào tƣơng tự AIW0 – AIW62 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 7 o Vùng đệm cổng ra tƣơng tự AQW0 – AQW62 o Thanh ghi : Ac 0, AC 1 ,AC 2, AC 3. o Bộ đếm tốc độ cao : hight counter HSC0  HSC4  Vùng nhớ thông số: Lƣu trữ các từ khoá, địa chỉ tạm thời. Ngoài ra CPU 224 cho phép mỡ rộng nhiều nhất 7 modul. Các modul tƣơng tự và số đều có trong S7-200. Có thể mở rộng cổng vào ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU thành một móc xích. Địa chỉ của các modul đƣợc xác định bằng kiểu vào ra và vị trí của các modul trong móc xích. CPU 224 Modul 0 4/4 Modul 1 8 vào Modul 2 3/1 analog Modul 3 8 ra Modul 4 3/1 analog I0.0 Q0.0 I2.0 I3.0 AIW 0 Q3.0 AIW 8 I0.1 Q0.1 I2.1 I3.1 AIW 2 Q3.1 AIW 10 I0.2 Q0.2 I2.2 I3.2 AIW 4 Q3.2 AIW 12 I0.3 Q0.3 I2.3 I3.3 Q3.3 I0.4 Q0.4 Q2.0 I3.4 AIW 0 Q3.4 AIW 4 I0.5 Q0.5 Q2.1 I3.5 Q3.5 I0.6 Q0.6 Q2.2 I3.6 Q3.6 I0.7 Q0.7 Q2.3 I3.7 Q3.7 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 8 I1.0 Q1.0 I1.1 Q1.1 I1.2 Q1.2 I1.3 Q1.3 I1.4 Q1.4 I1.5 Q1.5 I1.6 Q1.6 2.2. Các khối của PLC 2.2.1. Khối Program Block: Có 3 khối chính:  Khối OB1:Là khối chứa chƣơng tình chính và luôn đƣợc quét trong mỗi chu kỳ quét, là khối lƣợng trong việc thiết kế chƣơng trình.  Khối chƣơng trình con: Là khối chứa chƣơng trình con, khối này sẽ đƣợc thực thi khi nó đƣợc gọi trong chƣơng trình chính.  Khối chƣơng trình ngắt: Là khối chứa chƣơng trình ngắt, khối này sẽ đƣợc thực thi khi có sự kiện xảy ra. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 9 Hình 2.2: Khối Program Block Trong một chƣơng trình, luôn mặc định có một chƣơng trình chính Main, chƣơng trình con SBR_0, và chƣơng trình ngắt INT_0. Ta có thể thêm hoặc xóa một hoặc nhiều chƣơng trình con và chƣơng trình ngắt, bằng cách Click chuột phải rồi chọn Insert Subroutine hay Interrupt. Tuy nhiên, chƣơng trình chính của một chƣơng trình thì chỉ có một. 2.2.2. Khối Data Block: Khối chứa dữ liệu của một chƣơng trình, ta có thể định dạng trƣớc dữ liệu cho khối này và khi Download xuống PLC thì toàn bộ dữ liệu này sẽ đƣợc lƣu trong bộ nhớ. 2.2.3. Khối System Block: Có 10 khối chính:  Communication pots: Định dạng cho cổng giao tiếp bao gồm: Địa chỉ PLC (PLC Address). Địa chỉ mặc định cho PLC là 2, ta có thể thay đổi địa chỉ cho PLC khác 2, việc định địa chỉ cho PLC đóng vai trò quan trọng trong việc KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 10 kết nối máy. Ngoài ra trong Port giao tiếp ta cũng cần chọn, tốc độ Baud cho việc truyền thông. Tốc độ Baud mặc định là 9600.  Retentive Ranges: Trong S7_200 cho phép ta chọn 5 phân vùng có thể lƣu trữ dữ liệu khi mất điện, nếu ta chon vùng dữ liệu nào trong Retentive thì giá trị của vùng đó sẽ vẫn không thay đổi khi mất điện, ngƣợc lại giá trị đó sẽ bị reset về 0 khi mất điện.  Password: S7_200 có 3 mức (Level Password): để bảo đảm bảo mật về bản quyền thông thƣờng ngƣời sử dụng nên chọn mức Password cao nhất. Số ký tự trong Pasword tối đa là 8 ký tự. Trƣờng hợp PLC đã cài Password thì ngƣời không có password không thể upload chƣơng trình từ PLC, nhƣng ngƣợc lại có thể Download chƣơng trình mới xuống PLC bằng cách gõ Clear PLC khi phần mềm hỏi Password khi download. Trƣờng hợp khi ta gõ clear PLC thì toàn bộ dữ liệu cũ sẽ hoàn toàn mất.  Output table: Ngõ ra của PLC cho phép ta chọn trạng thái ON hay OFF khi PLC chuyển từ trạng thái Run sang trạng thái Stop, chế độ mặc định của phần mềm là tất cả trạng thái ngõ ra OFF khi chuyển trạng thái.  Input Filter: S7-200 cho phép ta chọn thời gian lọc của các tín hiệu ngõ vào, thời gian lọc là thời gian mà ngõ vào phải không đổi trạng thái, trong khoảng thời gian loc đó thì PLC mới cho phép nhận trạng thái đó. Thời gian lọc mặc định: 6.4ms: Ngõ vào phải giữ trạng thái ON trong khoảng thời gian >= 6.4ms thì PLC mới hiểu ngõ vào đó lên mức cao (mức 1).  Pulse catch bits: PLC cho phép ngƣời sử dụng chọn ngõ vào có thể bắt những tín hiệu nhanh khi chu kỳ quét chƣa kịp quét, tín hiệu đó sẽ giữ cho đến khi chu kỳ quét đó thực hiện. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 11  Configure led: PLC cho phép định dạng trạng thái của Led System fault, hoặc Led diagnostics, trạng thái Led này cho phép ta định dạng màu cam, đó, khi chƣơng trình gặp sự cố. Hình 2.3: Khối System Block KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 12 2.3. Ngõ vào ra và cách kết nối 2.3.1. Loại DC /DC / DC:  Nguồn cung cấp 24 VDC.  Đầu vào số 24 VDC.  Đầu ra số 24 VDC, Imax = 0,75A. 1M 1L 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2M 2L 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L 24 VDC Nguồn tải 24 VDC Nguồn tải 24 VDC Nguồn cung cấp cho PLC Nguồn cung cấp cho ngõ vào PLC 24 VDC Hình 2.4: Sơ đồ kết nối PLC loại DC/DC/DC KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 13 2.3.2. Loại AC /DC / Rơle:  Nguồn cung cấp : 85-264 VAC.  Đầu vào số : 24 VAC.  Đầu ra số : 5-30 VDC hoặc 5-250 VAC, Imax = 2A. 1L 0.0 0.1 0.2 0.3  2L 0.4 0.5 0.6  3L 0.7 1.0 1.0 N L 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L Nguồn cung cấp cho ngõ vào PLC 24 VDC Nguồn cung cấp cho PLC 85/264 VAC      Nguồn tải 5-30 VDC hoặc 5-250 VAC, Imax = 2A Nguồn tải 5-30 VDC hoặc 5-250 VAC, Imax = 2A Nguồn tải 5-30 VDC hoặc 5-250 VAC, Imax = 2A Hình 2.5: Sơ đồ kết nối PLC loại AC/DC/RƠLE 2.4. Xử lý chƣơng trình 2.4.1. Cấu trúc chƣơng trình : Các chƣơng trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm : chƣơng trình chính (main program) sau đó đến các chƣơng trình con và các xử lý ngắt. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 14 2.4.2. Thực hiện chƣơng trình: PLC thực hiện chƣơng trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp đƣợc gọi là vòng quét (scan), mỗi vòng quét bao gồm các bƣớc sau : - Đọc các ngõ vào. - Xử lý yêu cầu. - CPU tự kiểm tra và chẩn đoán lỗi. - Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ra các ngõ ra. Đọc ngõ vào Gửi đến ngõ ra Tự chẩn đoán Xử lý các yêu cầu Hình 2.6: Vòng quét (Scan) của PLC AC/DC/RƠLE KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 15 PLC thực hiện chƣơng trình theo chu kỳ lặp, mỗi vòng lập đƣợc gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét đƣợc bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số, tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chƣơng trình. Trong từng vòng quét chƣơng trình thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chƣơng trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Số vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Thời gian thực hiện vòng quét phụ thuộc vào số câu lệnh trong một chƣơng trình và khối dữ liệu truyền thông trong vòng quét đó. Nhƣ vậy giữa việc đọc dữ liệu đối tƣợng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tƣợng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian thực hiện vòng quét càng ngắn thì thời gian thực hiện chƣơng trình càng cao và ngƣợc lại. 2.4.3. Quy trình thiết kế hệ thống điều kiển dùng PLC : Để chƣơng trình gọn gàng, dễ quan sát và không nhầm lẫn địa chỉ trong quá trình thảo chƣơng trình cần thực hiện các yêu cầu sau :  Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống.  Xác định có bao nhiêu tín hiệu vào ra.  Lập bảng phân phối nhiệm vụ I / O (symbol table).  Xây dựng giải thuật.  Lập chƣơng trình.  Chạy thử (test). 2.5. Các phƣơng pháp lập trình Cách lập trình cho S7- 200 nói riêng và cho các PLC của Siemen nói chung dựa trên hai phƣơng pháp cơ bản : Phƣơng pháp hình thang (Ladder Logic viết tắc là LAD), Phƣơng pháp liệt kê lệnh (Statement List viết tắt là STL) và phƣơng pháp lập trình bằng cổng logic (FBD). KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 2 16 Nếu chƣơng trình đƣợc viết trong LAD thì thiết bị lập trình sẽ tạo một chƣơng trình theo kiểu STL tƣơng ứng. Ngƣợc lại không phải mọi chƣơng trình viết trong STL đều chuyển sang LAD đƣợc. Ví dụ: Ta có mạch điện nhƣ sau:  Lập trình theo LAD  Lập trình theo STL LD I0.0 A I0.1 = Q0.0  Lập trình theo FBD.  CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Câu 1: Hãy trình bày chức năng của các khối trong PLC? Câu 2: Hãy vẽ sơ đồ kết nối cổng vào ra của các loại PLC? Câu 3: Hãy trình bày quy trình thiết kế một chƣơng trình dùng PLC? Nêu mục đích khi lập quy trình thiết kế? I0.0 I0.1 Q0.0 K L1 L1 N P & I0.0 I0.1 Q0.0 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 17 CHƢƠNG 3: CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC 3.1. Các liên kết logic 3.1.1. Các liên kết Logic a. Hệ thống số : PLC sử dụng hệ thống nhị phân đƣợc biểu diễn bằng hai con số 0 và 1. Số 0 còn đƣợc định nghĩa là mức logic thấp, công tắt hay nút nhấn đang hở, trạng thái không làm việc của động cơ, đèn Số 1 đƣợc định nghĩa là mức logic cao, công tắt nút nhấn đang đóng, trạng thái làm việc của động cơ, đèn Số nhị phân có thể chuyển thành số thập phân bằng cách : Giá trị =  mức logic * số mũ của cơ số 2. Ví dụ: số nhị phân 101 có giá trị là : 1.22 + 0.21 + 1.20 = 5 (thập phân) Ngoài sử dụng số nhị phân, PLC còn sử dụng hệ thống số Hex hệ thập lục phân. Hệ thập lục phân sử dụng 16 con số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Chuyển qua hệ thập phân : Ví dụ : 2AB = 2.162 + A.161 + B.160 = 683. b. Các khái niệm xử lý thông tin : Bit : là giá trị ô nhớ có giá trị logic là 0 hoặc 1. Byte : gồm 8 bit. Word : 1 từ gồm 2 byte. Double word : gồm có 4 byte. LSB MSB byte Byte cao Byte thấp word Byte thấp Byte cao Double word KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 18 1Kbyte = 2 10 byte. 1M byte = 2 20 byte. 3.1.2. Các phƣơng pháp truy nhập: a. Truy nhập theo bit : Tên miền + địa chỉ byte +.+ chỉ số bit. VD : V150.4 : chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V. b. Truy nhập theo byte : Tên miền + B + địa chỉ byte VD : VB5 : chỉ byte 5 thuộc miền V. c. Truy nhập theo từ : Tên miền + W + địa chỉ byte thấp của từ trong miền VD : VW100 : chỉ từ đơn 2 byte 100 và 101 thuộc miền V. Trong đó byte 100 có vai trò byte thấp. d. Truy nhập theo từ ghép: Tên miền + D + địa chỉ byte thấp của từ trong miền VD : VD150 : chỉ từ ghép gốm 4 byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò là byte thấp. 3.1.3. Lệnh Logic và đại số Boole : a. Lệnh NOT Bảng trạng thái : Hình 3.1: Bảng trạng thái cổng Not Ký hiệu : Hàm NOT thực hiện đảo giá trị mức Logic tại ngỏ vào. Input Output 0 1 1 0 NOT KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 19 Giản đồ thời gian : b. Lệnh AND Bảng trạng thái : Hình 3.2: Bảng trạng thái cổng And Chƣơng trình : c. Lệnh OR : Bảng trạng thái : Hình 3.3: Bảng trạng thái cổng Or Chƣơng trình : Input 1 Input 2 Output 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Input 1 Input 2 Output 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 Input Output Q0.0 I0.0 I0.1 I0.0 I0.1 Q0.0 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 20 d. Lệnh NAND Bảng trạng thái : Hình 3.4: Bảng trạng thái cổng Nand Chƣơng trình : e. Lệnh NOR Bảng trạng thái : Hình 3.5: Bảng trạng thái cổng Nor Chƣơng trình : Input 1 Input 2 Output 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Input 1 Input 2 Output 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 NOT I0.0 I0.1 Q0.0 NOT I0.0 Q0.0 I0.1 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 21 f. Lệnh EX-OR Bảng trạng thái : Hình 3.6: Bảng trạng thái cổng Ex-Or Chƣơng trình : 3.2. Tập lệnh a. Lệnh kết thúc chƣơng trình (Output): Ký hiệu : b. Lệnh vào tiếp điểm (input): LAD MÔ TẢ TOÁN HẠNG n Tiếp điểm thƣờng hở sẽ đƣợc đóng khi n có giá trị logic 1 n = I, Q, M, SM, T, C. n Tiếp điểm thƣờng đóng sẽ đƣợc mở khi n có giá trị logic 1 n = I, Q, M, SM, T, C. c. Lệnh ra tiếp điểm (output): LAD MÔ TẢ TOÁN HẠNG Tiếp điểm sẽ đóng khi có dòng điện chạy qua n = Q, M. d. Lệnh SET và RESET: Input 1 Input 2 Output 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 End I0.0 I0.1 I0.1 I0.0 Q0.0 n KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 22 LAD MÔ TẢ TOÁN HẠNG ( i = 1 255) Lệnh Set sẽ đặt i bit kể từ bit thứ n lên mức logic 1. n = I, Q, M, SM, T, C. ( i = 1 255) Lệnh reset sẽ đặt i bit kể từ bit thứ n xuống mức logic 0. n = I, Q, M, SM, T, C. Hình 3.7: Giản đồ thời gian lệnh Set, Reset e. Các lệnh đặc biệt về tiếp điểm:  SM0.0 Ký hiệu : SM0.0 Tiếp điểm luôn luôn đóng.  SM0.1 Ký hiệu : SM0.0 Tiếp điểm cho ra một xung khi PLC chuyển từ Stop sang Run. n S i n R i KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 23  SM0.4 Ký hiệu : SM0.4 Tiếp điểm phát xung nhịp chu kỳ 60s  SM0.5 Ký hiệu : SM0.5 Tiếp điểm phát xung chu kỳ 1s.  Tiếp điểm phát hiện cạnh lên. Ký hiệu: P Khi đầu vào lên mức cao thì tiếp điểm cho ra một xung.  Tiếp điểm phát hiện cạnh xuống Ký hiệu : N Khi đầu vào xuống mức thấp thì tiếp điểm sẽ cho ra một xung. Độ rộng xung bằng một chu kỳ quét. 3.3. Timer Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu đầu ra so với đầu vào Trong S7 –200 CPU 224 có 128 bộ timer chia làm thành hai loại khác nhau.  Timer tạo thời gian trễ không nhớ TON (On Delay Timer)  Timer tạo thời gian trễ có nhớ TONR (Retentive On Delay Timer)  Timer tạo thời gian trễ không nhớ TOF (Off Delay Timer) KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 24 a. Ký hiệu : Trong đó :  PT : Preset timer (0 - 32767)  Txx: T0 – T255  Toán hạng : VW, T, C, IW, MW Bộ TON và bộ TONR đƣợc chia thành 3 vùng với độ phân giải khác nhau: 1ms, 10ms, 100ms. b. Độ phân giải Độ phân giải TON TOF TONR 1ms 10ms 100ms T32 , T96 T33  T36 T97  T100 T37  T63 T101  T225 T32 , T96 T33  T36 T97  T100 T37  T63 T101  T225 T0 , T64 T1  T4 T65  T68 T69  T95 T5  T31 c. Hoạt động : Cả hai loại timer TON và TONR tạo thời gian trễ khi tín hiệu đầu vào lên mức cao. Nếu giá trị (thời gian ) tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trƣớc thì ngõ ra tƣơng ứng của bộ định thời đƣợc kích hoạt. Txx PT IN TONR Txx PT IN TON Txx PT IN TOF KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 25 Tín hiệu đầu vào xuống mức thấp thì TON tự động Reset còn TONR thì không tự động Reset mà cần đến một tín hiệu tác động. Thông thƣờng dùng lệnh Reset là phƣơng pháp duy nhất để đƣa bộ TONR về mức thấp. TOF tạo thời gian trễ khi tín hiệu đầu vào xuống mức thấp. Tín hiệu đầu vào lên mức cao thì TOF tự động Reset. d. Giản đồ thời gian  Timer TON Hình 3.8: Giản đồ thời gian lệnh Timer On delay  Timer TOF Hình 3.9: Giản đồ thời gian lệnh Timer Off delay  Timer TONR KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 26 Hình 3.10: Giản đồ thời gian lệnh Timer On-Off delay 3.4. Counter Counter là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sƣờn lên của xung trong S7 – 200. Chia làm 2 loại :  Bộ đếm lên CTU (counter up), bộ đếm xuống CTD (counter down)  Bộ đếm lên đếm xuống (counter up down) a. Ký hiệu  Đếm lên hoặc đếm xuống Trong đó :  Cxx : C0  C47 hoặc C80  C127 Cxx CTU CU R PV Cxx CTD CD LD PV KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 27  CU : đầu vào đếm lên  R : đầu vào reset  PV : Preset value (0  32767)  Đếm lên xuống  Cxx : C48  C79  CU : Đầu vào đếm lên  CD : Đầu vào đếm xuống  R : Đầu vào Reset  PV : - 32767  32767 b. Hoạt động:  Counter đếm lên (CTU): CTU thực hiện đếm lên (tăng lên 1) theo số sƣờn cạnh lên của tín hiệu logic đầu vào CU. Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt (PV), ngõ ra đƣợc tác động lên mức logic cao. Nếu ngõ vào chân reset (R) lên mức cao thì giá trị ngõ ra sẽ về mức 0. Hình 3.11: Giản đồ thời gian lệnh Counter up Cxx CTUD CU CD PV R KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 28  Counter đếm xuống (CTD): Khi chân LD của CTD đƣợc kích lên mức cao thì giá trị đếm sẽ đƣợc nạp cho bộ đếm. CTD sẽ giảm xuống 1 theo số sƣờn cạnh lên của tín hiệu logic đầu vào CD. Khi giá trị hiện tại của bộ đếm bằng 0 thì ngõ ra của CTD sẽ đƣợc kích lên mức cao và CTD ngừng đếm. Hình 3.12: Giản đồ thời gian lệnh Counter down  Counter đếm lên xuống: Khi có một cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đến sẽ tăng lên mức logic cao. Khi có một cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm sẽ giảm xuống 1. Khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt PV, ngõ ra của CTUD sẽ lên mức logic cao. Giá trị bộ đếm và ngõ ra sẽ xuống mức logic 0 khi giá trị chân R lên mức cao. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 29 Hình 3.13: Giản đồ thời gian lệnh Counter up-down 3.5. Các ví dụ Ví dụ 1: Mô tả: Nhấn nút Start động cơ quay cùng chiều kim đồng hồ. Nhấn nút Reverse động cơ quay ngƣợc chiều kim đồng hồ. Nhấn nút Stop động cơ dừng hoạt động. Khi động cơ đang quay thuận thì không đƣợc phép quay nghịch mà chỉ khi dừng mới đƣợc phép quay nghịch. Yêu cầu : Lập bản phân phối nhiệm vụ. Viết chƣơng trình điều khiển. Mạch động lực: M K1 K2 L1 L2 L3 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 30 Bảng phân phối nhiệm vụ ( Symbol Table) Hình 3.14: Bảng sysbol table Sơ đồ nối dây: Hình 3.15: Sơ đồ kết nối PLC K1 ON OFF REVER K2 LINE I0.0 I0.1 I0.2 COM Q0.0 Q0.1 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 31 Chƣơng trình : Hình 3.16: Chƣơng trình PLC Ví dụ 2: Mô tả : Nhấn nút Start động cơ quay cùng chiều kim đồng hồ. Nhấn nút Reverse động cơ quay ngƣợc chiều kim đồng hồ. Nhấn nút Stop động cơ dừng hoạt động. Khi động cơ đang quay thuận mà nhấn nút quay nghịch thì phải quay nghịch. Yêu cầu: Lập bản phân phối nhiệm vụ. Chƣơng trình: Ví dụ 3 : Cho sơ đồ mạch nhƣ hình sau. Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của các Network tƣơng ứng? KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 32 Giản đồ thời gian (nguyên lý hoạt động của các Network tƣơng ứng): KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 33 Ví dụ 4: Mạch điều khiển trò chơi. Mô tả : Có 3 đấu thủ và một ngƣời điều khiển chƣơng trình. Trƣớc mặt mỗi đối thủ có một nút nhấn. Khi có câu hỏi, đấu thủ sẽ bấm nút trƣớc mặt và đƣợc quyền ƣu tiên trả lời. Lúc này đèn trƣớc mặt đối thủ đó sẽ sáng và các đối thủ sẽ không bấm đƣợc đèn sáng. Đèn của đối thủ sẽ đƣợc tắt bởi đƣợc ngƣời dẫn chƣơng trình. Yêu cầu : Lập bản phân phối nhiệm vụ. Viết chƣơng trình điều khiển.  KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 34 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Câu 1: Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của Timer On delay, Off delay và TONR delay? Câu 2: Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của Counter CTU, counter CTD và counter CTUD? Câu 3: Thiết kế mạch điều khiển thang máy xây dựng. Mô tả : Thang máy xây dựng đƣợc điều khiển để chuyển vật tƣ, thiết bị từ thấp lên cao và ngƣợc lại. Nhấn nút Up thì motor năng gầu lên, gặp công tắc hành trình motor dừng lại. Nhấn nút Down thì motor hạ gầu xuống, gặp công tắc hành trình motor dừng. Khi năng gầu lên hoặc xuống nhấn nút Stop thì gầu dừng, lúc này có thể năng gầu lên hoặc xuống tuỳ ý. Trong khi gầu đang chuyển động thì đèn báo luôn chớp. Yêu cầu : Lập bản phân phối nhiệm vụ. Viết chƣơng trình điều khiển. Câu 4: Viết chƣơng trình điều khiển mô hình băng tải nhƣ sau: Nhấn nút ON nắp S1 mở ra đồng thời băng tải 1 hoạt động, 3s sau băng tải 2 hoạt động, 3s sau băng tải 3 hoạt động. Nhấn nút OFF nắp S1 đóng lại, băng tải 1 dừng, 3s sau băng tải 2 dừng, 3s sau băngtải 3 dừng. Khi băng tải 1 quá tải thì nắp S1 đóng lại băng tải 1 dừng, 3s sau băng tải 2 dừng, 3s sau băngtải 3 dừng. Nhấn nút ON thì hệ thống làm việc trở lại. Khi băng tải 2 quá tải thì nắp S1 đóng lại, băng tải 1 và 2 dừng, 3s sau băng tải 3 dừng. Khi băng tải 3 quá tải thì tƣơngtự nhấn nút OFF. Yêu cầu : Lập bản phân phối nhiệm vụ. Xây dựng giải thuật. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 35 Câu 5: Mạch khởi động động cơ sao – tam giác. Nhấn nút Start để khởi động động cơ, để đảm bảo an toàn chuông sẽ reo trong 10s và đèn chớp đúng 10 lần. Sau đó động cơ hoạt động ở chế độ đấu sao. Sau một khoảng thới gian định trƣớc đủ để động cơ đạt tốc độ nhất định, động cơ chuyển sang hoạt động ở chế độ dấu tam giác. Khi nhấn nút Stop động cơ dừng hoạt động. Câu 6: Mạch điều khiển tuần tự 3 máy bơm. Hệ thống 3 máy bơm đƣợc thiết lập theo chế độ sau, mỗi máy bơm hoạt động trong 50 giây. Nhấn nút Start động cơ hoạt động theo trình tự. Nhấn nút Stop 3 động cơ dừng. Máy 1 Máy 2 Máy 3 1 0 0 0 1 0 0 0 1 Băng tải 1 Băng tải 2 Băng tải 3 Vật liệu Nắp S1 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 36 Câu 7: Viết chƣơng trình điều khiển mô hình máy pha trộn chất lỏng có yêu cầu nhƣ sau : - Nhấn nút On hệ thống hoạt động. - Khi hoạt động Va bơm nƣớc vào bồn, khi nƣớc đến S2 thì Va dừng Vb hoạt động, khi nƣớc đến S3 thì Vb dừng, động cơ M quay 10s thì dừng Vc hoạt động đổ nƣớc ra ngoài, khi nƣớc xuống đến S1 thì Vc đóng Va mở để chu trình mới lập lai. - Nhấn nút Off hệ thống dừng. - Nhấn nút On trở lại thì chƣơng trình đang hoạt động ở đâu thì làm việc tại đó. Câu 8: Mạch nhấp nháy có số lần quy định trƣớc. Khi nhấn nút ON thì đèn báo nhấp nháy với chu kỳ 5s, lặp lại 12 lần rồi dừng. Nếu đang nháy nhấn nút OFF thì dừng, nhấn nút ON thì chu kỳ mới lập lại Câu 9: Lập bảng phân phối nhiệm vụ, vẽ kết nối phần cứng và viết chƣơng trình điều khiển hệ thống băng chuyền có yêu cầu nhƣ sau : - Khi nhấn nút ON thì băng chuyền hộp hoạt động để kéo hộp. - Khi hộp vào vị trí (Cảm biến S1 lên mức cao) thì băng chuyền hộp dừng. Sau 2 giây băng chuyền táo hoạt động để chuyền táo vào hộp. Vb Va M S1 S2 Vc Hoá chất nƣớc S3 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 3 37 - Cảm biến 2 (S2) sẽ đếm số lƣợng táo. Nếu số táo đủ 10 thì băng chuyền táo dừng. Sau 2 giây băng chuyền hộp hoạt động. - Hệ thống liên tục hoạt động cho đên khi nhấn nút OFF thì hệ thống dừng. - Nếu vì sự cố nhƣ mất điện (không nhấn nút OFF) hệ thống dừng thì khi nhấn nút ON hệ thống hoạt động lại ngay tại vị trí mất điện. Hộp Hộp Hộp Hộp Băng chuyền táo Băng chuyền hộp S2 S1 Táo KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 37 CHƢƠNG 4: CÁC PHÉP TOÁN SỐ CỦA PLC 4.1. Chức năng truyền dẫn (lệnh giao tiếp Communication) Lệnh truyền: XMT Lệnh nhận: RCV Trong đó:  TBL: Byte chứa số lƣợng byte cũng nhƣ vị trí byte bắt đầu truyền qua cổng Port giao tiếp.  Port: Chỉ port thực hiện việc truyền nhận dữ liệu. Ví dụ: Truyền chuỗi “TRI” qua cổng Port 0. Lệnh truyền đƣợc thực hiện bằng lệnh XMT. Trong đó:  3 là số byte cần truyền, đƣợc đƣa vào VB200.  “T” đƣợc đƣa vào byte VB201.  “R” đƣợc đƣa vào byte VB202.  “I” đƣợc đƣa vào byte VB203. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 38 Việc nhận dữ liệu qua port giao tiếp đƣợc thực hiện bằng 2 cách:  Nhận dữ liệu bằng lệnh RCV (hoàn toàn tƣơng tự việc truyền dữ liệu).  Nhận dữ liệu bằng cách dùng phƣơng pháp ngắt thông qua port giao tiếp, phƣơng pháp này thƣờng đƣợc dùng nhiều hơn. Vì có thể quản lý đƣợc số lƣợng buyte truyền nhận dễ dàng hơn. 4.2. Chức năng so sánh (Compare) Khi lập trình nếu có các quyết định đƣợc thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng các lệnh so sánh theo byte, word, double word, real trong S7- 200. Các phép so sánh thƣờng gặp trong toán học là : so sánh bằng, so sánh lớn hơn hoặc bằng, so sánh nhỏ hơn hoặc bằng. a. Phép so sánh bằng:  Ký hiệu KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 39  Tiếp điểm đóng khi n1 = n2  n1, n2 là số thực, counter, timer  D, I, R,B, lần lƣợc là Double word, số tự nhiên, số thực, Byte. b. Phép so sánh lớn hơn hoặc bằng :  Ký hiệu :  Tiếp điểm đóng khi n1  n2 c. Phép so sánh nhỏ hơn hoặc bằng :  Ký hiệu  Tiếp điểm đóng khi n1  n2 d. Phép so sánh lớn hơn, nhỏ hơn. 4.3. Chức năng dịch chuyển n1 > = D n2 n1 > = I n2 n1 > = R n2 n1 > = B n2 n1 < = D n2 n1 < = I n2 n1 < = R n2 n1 < = B n2 n1 < I n2 n1 < D n2 n1 < R n2 n1 < B n2 n1 > D n2 n1 > I n2 n1 > R n2 n1 > B n2 n1 = = D n2 n1 = = I n2 n1 = = R n2 n1 = = B n2 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 40 Ngƣời ta dùng lệnh Mov để:  Nạp giá trị từ ngoài vào bộ nhớ.  Duy chuyển dữ liệu từ vùng nhớ này sang vùng nhớ khác, từ miền nhớ này sang miền nhớ kia.  Xuất dữ liệu từ miền nhớ ra ngoài. Trong S7-200 có các hàm Move sau:  Move _ B: Di chuyển giá trị cho nhau trong giới hạn 1 Byte.  Move _ W: Di chuyển giá trị cho nhau trong giới hạn 1 Word.  Move _ DW: Di chuyển giá trị cho nhau trong giới hạn 1 Double word.  Move _ R: Di chuyển giá trị cho nhau trong giới hạn 1 Dint. 4.4. Chức năng biến đổi KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 41 Tƣơng tự, ta có các hàm chuyển đổi sau:  I_ DI: Đổi số nguyên 16 bit sang số nguyên 32 bit.  DI_ I: Đổi số nguyên 32 bit sang số nguyên 16 bit.  DI_ I: Đổi số nguyên 32 bit sang số thực.  BCD_ I: Đổi số BCD 16 bit sang số nguyên 16 bit.  I_ BCD: Đổi số nguyên 16 bit sang số BCD. Trong trƣờng hợp việc đổi từ số dung lƣợng nhỏ sang dung lƣợng lớn hơn thì chƣơng trình luôn thực thi. Ngƣợc lại, nếu giá trị chuyển lớn hơn thì bị tràn ô nhơ, chƣơng trình sẽ không thực thi và bit tràn SM1.1 sẽ lên mức cao (mức 1). 4.5. Chức năng toán học a. Lệnh ADD (cộng ) b. Lệnh SUB (trừ ) c. Lệnh MUL (nhân) ADD-R EN IN 1 IN 2 OUT SUB-R EN IN 1 IN 2 OUT ADD-I EN IN 1 IN 2 OUT ADD-DI EN IN 1 IN 2 OUT SUB-DI EN IN 1 IN 2 OUT SUB-I EN IN 1 IN 2 OUT KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 42 Khi nhân 2 số thì dữ liệu sẽ tăng lên 4 byte. d. Lệnh DIV chia Khi chia 2 số phần thƣơng số sẽ đƣợc ghi ở 2 byte thấp, dƣ số đƣợc ghi ở 2 byte cao. 4.6. Chöùc naêng soá (trò tuyeän ñoái , caên , sin ,cos). SQRT lệnh thực hiện việc lấy căn bậc 2 của số thực 32 bit. Lệnh SM1.0 Kết qủa 0 SM1.1 Báo tràn SM1.2 Kết quả âm SM1.3 Chia cho 0 ADD-I-D-R-DI Có Có 1 Có Không SUB-I-D-R-DI Có Có 1 Có Không MUL-I-D-DI Có Không không MUL-R Có Có 2 Không DIV-I-D-DI Có Có 1 Có DIV-R Có Có 2 Có SQRT Có Có 2 Có Không Có 1 : kết quả bị tràn ô nhớ. Có 2 : tràn hoặc toán hạn không hợp kiểu.  MUL-R EN IN 1 IN 2 OUT DIV-R EN IN 1 IN 2 OUT MUL-I EN IN 1 IN 2 OUT MUL-DI EN IN 1 IN 2 OUT DIV-DI EN IN 1 IN 2 OUT DIV-I EN IN 1 IN 2 OUT KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 43 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP Câu 1: Hãy trình bày các chức năng so sánh, chức năng dịch chuyển, chức năng biến đổi trong PLC S7-200? Câu 2: Thiết kế mạch điều khiển thang máy xây dựng. Mô tả : Thang máy xây dựng đƣợc điều khiển để chuyển vật tƣ, thiết bị từ thấp lên cao và ngƣợc lại. Nhấn nút Up thì motor năng gầu lên, gặp công tắc hành trình motor dừng lại. Nhấn nút Down thì motor hạ gầu xuống, gặp công tắc hành trình motor dừng. Khi năng gầu lên hoặc xuống nhấn nút Stop thì gầu dừng, lúc này có thể năng gầu lên hoặc xuống tuỳ ý. Trong khi gầu đang chuyển động thì đèn báo luôn chớp. Yêu cầu : Lập bản phân phối nhiệm vụ. Viết chƣơng trình điều khiển. Câu 3: Viết chƣơng trình điều khiển mô hình băng tải nhƣ sau: Nhấn nút ON nắp S1 mở ra đồng thời băng tải 1 hoạt động, 3s sau băng tải 2 hoạt động, 3s sau băng tải 3 hoạt động. Nhấn nút OFF nắp S1 đóng lại, băng tải 1 dừng, 3s sau băng tải 2 dừng, 3s sau băngtải 3 dừng. Khi băng tải 1 quá tải thì nắp S1 đóng lại băng tải 1 dừng, 3s sau băng tải 2 dừng, 3s sau băngtải 3 dừng. Nhấn nút ON thì hệ thống làm việc trở lại. Khi băng tải 2 quá tải thì nắp S1 đóng lại, băng tải 1 và 2 dừng, 3s sau băng tải 3 dừng. Khi băng tải 3 quá tải thì tƣơngtự nhấn nút OFF. Yêu cầu : Lập bản phân phối nhiệm vụ. Xây dựng giải thuật. KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 44 Câu 4: Mạch khởi động động cơ sao – tam giác. Nhấn nút Start để khởi động động cơ, để đảm bảo an toàn chuông sẽ reo trong 10s và đèn chớp đúng 10 lần. Sau đó động cơ hoạt động ở chế độ đấu sao. Sau một khoảng thới gian định trƣớc đủ để động cơ đạt tốc độ nhất định, động cơ chuyển sang hoạt động ở chế độ dấu tam giác. Khi nhấn nút Stop động cơ dừng hoạt động. Câu 5: Mạch điều khiển tuần tự 3 máy bơm. Hệ thống 3 máy bơm đƣợc thiết lập theo chế độ sau, mỗi máy bơm hoạt động trong 50 giây. Nhấn nút Start động cơ hoạt động theo trình tự. Nhấn nút Stop 3 động cơ dừng. Máy 1 Máy 2 Máy 3 1 0 0 0 1 0 0 0 1 Băng tải 1 Băng tải 2 Băng tải 3 Vật liệu Nắp S1 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 45 Câu 6: Viết chƣơng trình điều khiển mô hình máy pha trộn chất lỏng có yêu cầu nhƣ sau : - Nhấn nút On hệ thống hoạt động. - Khi hoạt động Va bơm nƣớc vào bồn, khi nƣớc đến S2 thì Va dừng Vb hoạt động, khi nƣớc đến S3 thì Vb dừng, động cơ M quay 10s thì dừng Vc hoạt động đổ nƣớc ra ngoài, khi nƣớc xuống đến S1 thì Vc đóng Va mở để chu trình mới lập lai. - Nhấn nút Off hệ thống dừng. - Nhấn nút On trở lại thì chƣơng trình đang hoạt động ở đâu thì làm việc tại đó. Câu 7: Mạch nhấp nháy có số lần quy định trƣớc. Khi nhấn nút ON thì đèn báo nhấp nháy với chu kỳ 5s, lặp lại 12 lần rồi dừng. Nếu đang nháy nhấn nút OFF thì dừng, nhấn nút ON thì chu kỳ mới lập lại Câu 8: Lập bảng phân phối nhiệm vụ, vẽ kết nối phần cứng và viết chƣơng trình điều khiển hệ thống băng chuyền có yêu cầu nhƣ sau : - Khi nhấn nút ON thì băng chuyền hộp hoạt động để kéo hộp. - Khi hộp vào vị trí (Cảm biến S1 lên mức cao) thì băng chuyền hộp dừng. Sau 2 giây băng chuyền táo hoạt động để chuyền táo vào hộp. Vb Va M S1 S2 Vc Hoá chất nƣớc S3 KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC CHƢƠNG 4 46 - Cảm biến 2 (S2) sẽ đếm số lƣợng táo. Nếu số táo đủ 10 thì băng chuyền táo dừng. Sau 2 giây băng chuyền hộp hoạt động. - Hệ thống liên tục hoạt động cho đên khi nhấn nút OFF thì hệ thống dừng. - Nếu vì sự cố nhƣ mất điện (không nhấn nút OFF) hệ thống dừng thì khi nhấn nút ON hệ thống hoạt động lại ngay tại vị trí mất điện. Hộp Hộp Hộp Hộp Băng chuyền táo Băng chuyền hộp S2 S1 Táo