Giáo trình PLC cơ bản (Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng

ạch điện. Bƣớc 2: Đấu lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý - Đấu lắp mạch điện điều khiển. - Đấu lắp mạch điện cách ly. - Đấu lắp mạch điện động lực. Bƣớc 3: Kiểm tra nguội theo các bước sau - Kiểm tra mạch điện động lực - Kiểm tra mạch điện cách ly. - Kiểm tra mạch điện điều khiển. Bƣớc 4: Lập bảng Symbol và soạn thảo chương trình điều khiển - Bảng địa chỉ vào, ra PLC - Chương trình điều khiển (ở chế độ tự động) 65 Bƣớc 5: Cấp nguồn điều khiển và nạp (Download) chương trình - Cấp nguồn cho mạch điều khiển - Download chương trình từ PC vào PLC Bƣớc 6: Vận hành mạch - Cấp nguồn mạch động lực và mạch điều khiển - Vận hành khởi động động cơ theo theo yêu cầu công nghệ 66 5. BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN Bài 1: Vẽ và đấu lắp mạch điện điều khiển một băng chuyền sản xuất gồm 5 động cơ như sau: - Nhấn nút khởi động: Động cơ Đ1 chạy sau 10s thì Đ2 chạy, sau 10s kế tiếp thì Đ3 chạy và sau 20s kế tiếp nữa thì Đ4 và Đ5 cùng chạy đồng thời Đ1, Đ2, Đ3 dừng. - Nhấn nút dừng hoặc có sự cố đối với bất kỳ động cơ nào thì hệ thống ngừng hoạt động; Lập trình và vận hành máy đáp ứng yêu cầu công nghệ? Bài 2: Có một hệ thống băng tải gồm 5 động cơ hoạt động theo 3 hướng - Vẽ và đấu lắp mạch điện điều khiển + Hƣớng 1: Nhấn nút M1 thì Đ2 hoạt động sau 10s thì Đ1 hoạt động. Nhấn D thì Đ1 dừng sau 20s thì Đ2 dừng + Hƣớng 2: Nhấn nút M2 thì Đ4 hoạt động sau 10s thì Đ3 hoạt động sau 10 s tiếp theo thì Đ1 hoạt động. Nhấn D thì Đ1 dừng sau 20s thì Đ3 dừng sau 20s tiếp theo thì Đ4 dừng. + Hƣớng 3: Nhấn nút M3 thì Đ5 hoạt động sau 10s thì Đ3 hoạt động sau 10 s tiếp theo thì Đ1 hoạt động. Nhấn D thì Đ1 dừng sau 20s thì Đ3 dừng sau 20s tiếp theo thì Đ5 dừng. Mỗi lần hoạt động chỉ theo một hướng nhất định, muốn đổi hướng thì phải qua nút dừng. - Lập trình và vận hành máy đáp ứng yêu cầu công nghệ? 67 BÀI 7 ĐẤU LẮP MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI CÓ ĐẾM SẢN PHẨM MÃ BÀI: PLCCB 7 Mục tiêu: - Trình bầy được các chức năng của bộ đếm (Counters) trong PLC S7 - 200 - Đấu lắp, lập trình và vận hành mạch điện đáp ứng đúng yêu cầu công nghệ. Nội dung chính: 1. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ - Nhấn Start động cơ 2 chạy kéo băng tải 2 hoạt động vận chuyển thùng hàng đến vị trí cảm biến 3 thì dừng lại. Nếu trong thùng chứa sản phẩm cảm biến 1 phát hiện thấy sản phẩm thì cho động cơ 1 hoạt động kéo băng tải 1 vận chuyển sản phẩm vào hộp đựng sản phẩm đang đứng ở vị trí băng tải 2. Khi sản phẩm đi qua cảm biến 2 thì cảm biến 2 thực hiện đếm số lượng và sau 10 sản phẩm thì băng tải 1 dừng, lúc này băng tải 2 hoạt động trở lại và đưa hộp đụng sản phẩm đến vị trí khác. Nếu có hộp đựng sản phẩm tiếp theo đến ở vị trí cảm biến 3 thì băng tải 2 dừng quá trình lại lặp lại như ban đầu. - Khi ấn nút Stop, hoặc có sự cố quá tải của băng tải nào thì cả hệ thống đều dừng. Hình 7.1. Hệ thống điều khiển băng tải – đếm sản phẩm 2. KẾT NỐI PHẦN CỨNG 2.1. Mạch động lực 68 Hình 7.2. Mạch động lực điều khiển băng tải – đếm sản phẩm 2.2. Mạch cách ly Hình 7.3. Mạch cách ly điều khiển băng tải – đếm sản phẩm NPEL1 L2 L3 N L1 K1 K2 TG1 TG2 69 2.3. Mạch cảm biến Hình 7.4. Mạch cảm biến đếm sản phẩm 2.4. Mạch điều khiển Hình 7.5. Mạch điều khiển băng tải sử dụng PLC S7 200 –DC/DC/DC TG1 +24VDC 1L+ 0VDC Q0.0 TG2 M C C B B ? N G U ? N A C D C 2 4 V + - I0.1 I0.2 I0.3 I0.4I0.0 I0.5 2M1M TÐ OFF TAY SW L 1 N I1.0 I1.1I0.7I0.6 L+M 1M Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 2L+ Q1.02M Q1.1 L+M 70 Hình 7.6. Mạch điều khiển băng tải sử dụng PLC S7 200 – AC/DC/RLY Trang bị điện trong mạch: - Át tô mát 3 pha: MCCB; - Công tắc 2 vị trí Auto / Manual; - Nút ấn điều khiển động cơ M1, M2 và Stop; - Công tắc tơ K1, K2; - Rơ le bảo vệ quá tải OL1, OL2; - Rơ le trung gian TG1, TG2, TG3, TG4 – Cuộn hút 24V DC; - Động cơ xoay chiều 3 pha rô to lồng sóc; - Nguồn 24VDC; - Bộ điều khiển lập trình PLC. 3. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Bộ đếm (Counter) Counter là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn xung, trong S7 – 200 các bộ đếm được chia làm hai loại: Bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). 71 Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-word Nội dung của thanh ghi C-word, gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm, luôn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm, được ký hiệu là PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước này thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào một bit đặc biệt của nó, gọi là C-bit. Trường hợp giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bit có giá trị logic là 0. Khác với các bộ Timer, các bộ đếm CTU và CTUD đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (reset) cho bộ đếm, được ký hiệu bằng chữ cái R trong LAD, hay được qui định là trạng thái logic của bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm được reset khi tín hiệu xoá này có mức logic là 1 hoặc khi lệnh R (reset) được thực hiện với C-bit. Khi bộ đếm được reset, cả C-word và C-bit đều nhận giá trị 0. LAD Mô tả Toán hạng CTU – Cxx Khai báo bộ đếm tiến theo sườn lên của CU. Khi giá trị đếm tức thời C-word Cxx lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C-bit (Cxx) có giá trị logic bằng 1. Bộ đếm được reset khi đầu vào R có giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm khi C- word Cxx đạt được giá trị cực đại. Cxx : (word) CPU 214 : 0 ÷47 80 ÷127 PV(word) : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số, *VD, *AC CTUD-Cxx Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến theo sườn lên của CU, đếm lùi theo sườn lên của CD. Khi giá trị đếm tức thời C- Cxx (word) CPU 214 : 48 ÷79 PV(word) : VW, T, 72 B ảng 3.1. Cú pháp khai báo sử dụng Count ers B ộ đếm tiến/lù i CTUD đếm tiến khi găp sườn lên của xung vào cổng đếm tiến, ký hiệu là CU hoặc bit thứ 3 của ngăn xếp trong STL, và đếm lùi khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm lùi, ký hiệu là CD trong LAD hoặc bit thứ 2 của ngăn xếp trong STL Bộ đếm tiến CTU có miền giá trị đếm tức thời từ 0 đến 32.767. Bộ đếm tiến/lùi CTUD có miền giá trị đếm tức thời từ –32.768 đến 32.767 3.2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Dạng LAD Dạng STL //NETWORK COMMENTS // LD I0.0 LD I0.1 CTU C40, +5 Giản đồ thời gian : word Cxx lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C-bit (Cxx) có giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm tiến khi C- word Cxx đạt được giá trị cực đại 32.767 và ngừng đếm lùi khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại –32.768. CTUD reset khi đầu vào R có giá trị logic bằng 1. C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số, *VD, *AC 73 Ví dụ 2: Dạng LAD Dạng STL //NETWORK COMMENTS // LD I0.0 LD I0.1 LD I0.2 CTUD C48, +5 Giản đồ thời gian 4. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN CÔNG VIỆC Bƣớc 1: Tìm hiểu cấu tạo thực tế và các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị sử dụng trong mạch điện. Bƣớc 2: Đấu lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý - Đấu lắp mạch điện điều khiển. - Đấu lắp mạch điện cách ly. 74 - Đấu lắp mạch điện động lực. Bƣớc 3: Kiểm tra nguội theo các bước sau - Kiểm tra mạch điện động lực - Kiểm tra mạch điện cách ly. - Kiểm tra mạch điện điều khiển. Bƣớc 4: Lập bảng Symbol và soạn thảo chương trình điều khiển - Bảng địa chỉ vào/ra PLC - Chương trình điều khiển 75 Bƣớc 5: Cấp nguồn điều khiển và nạp (Download) chương trình - Cấp nguồn cho mạch điều khiển - Download chương trình từ PC vào PLC Bƣớc 6: Vận hành mạch - Cấp nguồn mạch động lực và mạch điều khiển - Vận hành khởi động động cơ theo theo yêu cầu công nghệ 5. BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA SINH VIÊN Bài 1: Viết chương trình điều khiển băng tải hoạt động dùng 1 công tắc. Nhấn nút Start lần 1 băng tải hoạt động, nhấn nút Start lần 2 băng tải dừng. Khi băng tải đang hoạt động nếu cảm biến vị trí phát hiện được sản phẩm thì băng tải dừng lấy sản phẩm ra băng tải chạy tiếp. Bài 2: Soạn thảo chương trình đáp ứng yêu cầu điều khiển hệ thống 5 băng tải hoạt động và dừng theo trình tự. Khi hoạt động băng tải 1 hoạt động trước sau đó đến băng tải 2 và tiếp tục cho đến băng tải 5 hoạt động. Mỗi băng tải hoạt động cách nhau 50 giây. Khi dừng thì theo chiều ngược lại, băng tải nào hoạt động sau thì dừng trước, mỗi băng tải dừng cách nhau 10 giây. Có bảo vệ quá tải cho từng băng tải ? 76 BÀI 8 ĐẤU LẮP MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU ĐÈN GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƢ MÃ BÀI: PLCCB 8 Mục tiêu: - Trình bầy được các chức năng, cách khai báo của lệnh so sánh trong PLC S7 - 200 - Đấu lắp, lập trình và vận hành mạch điện đáp ứng đúng yêu cầu công nghệ. Nội dung chính: 1. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ Đấu lắp, lập trình, điều khiển mạch điện điều khiển hệ thống đèn giao thông với quy trình hoạt động như sau: - Ấn nút M, hệ thống điều khiển đèn giao thông hoạt động: + Thời gian đèn xanh: 30 giây; + Thời gian đèn đỏ: 35 giây; + Thời gian đèn vàng: 5 giây; - Ấn nút D, hệ thống điều khiển đèn giao thông ngừng hoạt động; Hình 8.1. Hệ thống đèn giao thông tại ngã tƣ 77 2. KẾT NỐI PHẦN CỨNG Hình 8.2. Mạch điều khiển các đèn giao thông Hình 8.3. Mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng PLC S7 200 –DC/DC/DC TG2 TG5 TG6TG3 M C C B B ? N G U ? N A C D C 2 4 V + - I0.1 I0.2 I0.3 I0.4I0.0 I0.5 2M1M L 1 N I1.0 I1.1I0.7I0.6 L+M 1M Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 2L+ Q1.02M Q1.1 L+M TG4TG1 +24VDC 1L+ 0VDC Q0.0 MCB-6A L1 N TG1 TG2 TG3 TG4 TG5 TG6 78 Hình 8.4. Mạch điều khiển đèn giao thông sử dụng PLC S7 200 –AC/DC/RLY Trang bị điện trong mạch: - Át tô mát: MCCB, MCB; - Nút ấn điều khiển M và d; - Rơ le trung gian TG1, TG2, TG3, TG4, TG5, TG6 – Cuộn hút 24V DC; - Đèn giao thông: Đ1, V1, X1 và Đ2, V2, X2; - Bộ điều khiển lập trình PLC; - Nguồn 24VDC. 3. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Lệnh so sánh Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo Byte, Word hay Dword. LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh các giá trị của Byte, Word hay Dword (giá trị thực hoặc nguyên). Những lệnh so sánh thường là: So sánh nhỏ hơn hoặc bằng (=). Khi so sánh giá trị của byte thì không cần phải để ý đến dấu của toán hạng, ngược lại khi so sánh các từ hay từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán hạng là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép. Ví dụ 5: 7FFF > 8000 và 7FFFFFFF > 80000000. 79 LAD Mô tả Toán hạng = = N n2 B N n1 = = N n1 N n2 I = = N n1 N n2 D = = N n1 N n2 R Tiếp điểm đóng khi n1=n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2(byte): VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const, *VD, *AC > = N n2 B N n1 > = N n2N n1 I > = N n2N n1 D > = N n1 N n2 R Tiếp điểm đóng khi n1>= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2(word): VW, T, C, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số, *VD, *AC < = N n2N n1 B < = N n2N n1 I < = N n2N n1 D < = N n2N n1 R Tiếp điểm đóng khi n1<= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2(Dword) : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, hằng số, *VD, *AC Trong STL những lệnh so sánh thực hiện phép so sánh byte, từ hay từ kép. Căn cứ vào kiểu so sánh (=), kết quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng) hoặc bằng 1 (nếu sai) nên nó có thể sử dụng kết hợp cùng các lệnh LD, A, O. So sánh không bằng nhau (), so sánh nhỏ hơn (), có thể tạo ra được nhờ kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (==, >=, <=) 3.2. Lệnh chuyển đổi dữ liệu a. Lệnh chuyển đổi số nguyên hệ thập lục phân sang led 7 đọan Dạng LAD Dạng STL SEG VB0, VB0 80 Ý nghĩa: Lệnh này có tác dụng chuyển đổi các số trong hệ thập lục phân từ 0 đến F chứa trong 4 Bit thấp của byte có địa chỉ ở ngõ vào IN thành giá trị BIT chứa trong 8 bit của byte có địa chỉ ở ngõ ra OUT tương ứng với thanh led 7 đọan. Trong lệnh này byte có địa chỉ ở ngõ vào IN và byte có địa chỉ ở ngõ ra OUT có thể cùng địa chỉ và nằm trong những vùng sau : IN : VB, IB, QB, MB, SMB,AC, const OUT : VB, IB,AB,MB,SMB,AC Ví dụ: Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 MOVW +3, VW0 LD I0.1 SEG VB0, AC0 Khi tiếp điểm I0.0 đóng thì số 7 được ghi vào VW0, sau đó tiếp điểm I0.1 đóng thì giá trị chứa trong 4 bit thấp của byte VB0 chuyển thành 8 bit chứa trong thanh ghi AC0. Chúng ta có thể minh họa theo bit như sau: VB1 VB0 VW0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 VB1 VB0 0 0 0 0 0 0 1 1 SEG . g f e d c b a AC0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 b. Lệnh chuyển đổi số mã BCD sang số nguyên Dạng LAD Dạng STL BCDI VW0 Ý nghĩa: Lệnh này thực hiện phép biến đổi một số nhị thập phân 16 bit chứa trong word có địa chỉ ở ngõ vào IN sang số nguyên 16 bit chứa trong word có địa chỉ ở ngõ ra OUT. 81 Đặc biệt ở đây word có địa chỉ ở ngõ vào IN và word có địa chỉ ở ngõ ra OUT có thể cùng một địa chỉ. Địa chỉ này thường nằm trong các vùng sau : IN : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, const OUT : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC. Ví dụ: Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 MOVW +1124, AC0 LD I0.1 BCDI AC0 Khi I0.0 đóng , giá trị 1124 theo mã BCD là 0001 0001 0010 0100 được ghi vào địa chỉ AC0. Tiếp điểm I0.1 đóng thì giá trị BCD đó được chuyển sang số nguyên và lưu vào AC0. Chúng ta biểu diễn theo bit như sau : MOV AC0 Mã BCD 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 BCD-I AC0 Số nguyên 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 AC0= 1024 + 64 + 32 + 4 = 1124 c. Lệnh chuyển đổi số số nguyên sang mã BCD Dạng LAD Dạng STL I BCD VW0 Ý nghĩa: Lệnh này thực hiện phép biến đổi một số nguyên 16 bit chứa trong word có địa chỉ ở ngõ vào IN sang số nhị thập phân 16 bit chứa trong word có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Đặc biệt ở đây word có địa chỉ ở ngõ vào IN và word có địa chỉ ở ngõ ra OUT có thể cùng một địa chỉ. 82 Địa chỉ này thường nằm trong các vùng sau IN : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, const OUT : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC. d. Lệnh chuyển đổi số nguyên sang số thực Dạng LAD Dạng STL DTR VD0, VD0 Ý nghĩa: Lênh này thực hiện phép biến đổi một số nguyên 32 bit có địa chỉ ở ngõ vào IN thành số thực 32 bit rồi ghi vào Dword có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Trong đó toán hạng IN và OUT có thể cùng điạ chỉ và thuộc một trong các vùng sau : IN : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, const OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC e. Lệnh chuyển đổi số thực sang số nguyên Dạng LAD Dạng STL TRUNC VD0, VD0 Ý nghĩa: Lệnh này thực hiện phép biến đổi một số thực 32 bit chứa trong Dword có địa chỉ ở ngõ vào IN thành số nguyên 32 bit rồi ghi vào Dword có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Trong đó tóan hạng IN và OUT có thể cùng điạ chỉ và thuộc một trong các vùng sau: IN : VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, const OUT : VD, ID, QD, MD, SMD, AC. f. Lệnh lấy giá trị nghịch đảo 83 Dạng LAD Dạng STL Giá trị Byte Giá trị Word Giá trị Double Word INVB VB0 INVW VW0 INVD VD0 Ý nghĩa: Lệnh có tác dụng đảo giá trị từng Bit của tóan hạng của DW có địa chỉ ở ngõ vào IN rồi ghi kết quả vào Dword có địa chỉ ở ngõ ra OUT. Lệnh này còn được gọi là lệnh lấy giá trị bù của một số. Ví dụ: VB10 0 0 0 0 0 1 1 1 INVB VB10 1 1 1 1 1 0 0 0 4. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN CÔNG VIỆC Bƣớc 1: Tìm hiểu yêu cầu công nghệ và các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị sử dụng trong mạch điện. Bƣớc 2: Đấu lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý - Đấu lắp mạch điện điều khiển đèn. - Đấu lắp mạch điện sử dụng PLC. Bƣớc 3: Kiểm tra nguội theo các bước sau - Đấu lắp mạch điện điều khiển đèn. - Đấu lắp mạch điện sử dụng PLC. 84 Bƣớc 4: Lập bảng Symbol và soạn thảo chương trình điều khiển - Bảng địa chỉ vào, ra PLC - Chương trình điều khiển 85 Bƣớc 5: Cấp nguồn điều khiển và nạp (Download) chương trình - Cấp nguồn cho mạch điện; - Download chương trình từ PC vào PLC Bƣớc 6: Vận hành mạch - Cấp nguồn mạch điện - Vận hành khởi động động cơ theo theo yêu cầu công nghệ 5. BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA SINH VIÊN Soạn thảo chương trình đáp ứng yêu cầu điều khiển tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư có đèn báo cho người đi bộ? 86 BÀI 9 ĐẤU LẮP MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN CHUÔNG BÁO GIỜ HỌC MÃ BÀI: PLCCB 9 Mục tiêu: - Trình bầy được các chức năng, cách khai báo đồng hồ thời gian thực trong PLC S7 - 200 - Đấu lắp, lập trình và vận hành mạch điện đáp ứng đúng yêu cầu công nghệ. Nội dung chính: 1. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ Đấu lắp, lập trình, điều khiển mạch điện chuông báo giờ học với quy trình hoạt động như sau: Nhấn M hệ thống chuông báo giờ học hoạt động theo yêu cầu: - Buổi sáng: 7 giờ chuông reo 2 lần mỗi lần 2 giây, nghỉ 2 giây. 8 giờ 45 phút chuông reo 2 lần mỗi lần 2 giây, nghỉ 2 giây. 9 giờ chuông reo 1 lần, 11 giờ chuông reo 1 lần - Buổi chiều: 13 giờ chuông reo 2 lần mỗi lần 2 giây, nghỉ 2 giây. 14 giờ 45 phút chuông reo 2 lần mỗi lần 2 giây, nghỉ 2 giây. 15 giờ chuông reo 1 lần, 17 giờ chuông reo 1 lần - Các ngày nghỉ như 30/4, 1/5, 2/9, 1/1 và các ngày chủ nhật chuông không hoạt động. Nhấn D hệ thống dừng hoạt động Hình 9.1. Hình ảnh hệ thống điều khiển chuông báo 87 2. KẾT NỐI PHẦN CỨNG Hình 9.2. Mạch động lực điều khiển chuông báo Hình 9.3. Mạch điều khiển chuông sử dụng PLC S7 200 DC/DC/DC MCB-6A Transformer 380V/24V Buzzer 2M Q0.1 L+M +24VDC 1L+ 0VDC Q0.0 M C C B B ? N G U ? N A C D C 2 4 V + - I0.1 I0.2 I0.3 I0.4I0.0 I0.5 2M1M L 1 N I1.0 I1.1I0.7I0.6 L+M 1M Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 2L+ Q0.0 TG 88 Hình 9.4. Mạch điều khiển chuông sử dụng PLC S7 200 –AC/DC/RLY Trang bị điện trong mạch: - Át tô mát 1 pha: MCCB; - Nút ấn điều khiển M và D; - Rơ le trung gian TG1 – Cuộn hút 24V DC; - Chuông báo 24VAC; - Bộ điều khiển lập trình PLC - Nguồn 24VDC. 3. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Lệnh truy cập đồng hồ thời gian thực Trong thiết bị khả trình S7-200 kể từ CPU 214 trở đi thì trong CPU có một đồng hồ ghi giá trị thời gian thực gồm các thông số: Năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây và ngày trong tuần. Đồng hồ này được cấp điện liên tục bởi nguồn pin 3 volt. Khi thực hiện lập trình cho các hệ thống tự động điều khiển cần cập nhật giá trị đồng hồ thời gian thực này ta phải thông qua 2 lệnh sau: TG1 +24VDC 0VDC Q0.0 B ? N G U ? N A C D C 2 4 V + - I0.1 I0.2 I0.3 I0.4I0.0 I0.5 2M1M L1 N I1.0 I1.1I0.7I0.6 L+M 1L Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 3L Q0.7Q0.6 Q1.0 L1N2L ACQ1.1 89 a. Lệnh đọc Dạng LAD Dạng STL TODR VB0 Ý nghĩa: Lệnh này đọc nội dung của đồng hồ thời gian thực rồi chuyển sang mã BCD và lưu vào bộ đệm 8 byte liên tiếp nhau theo thứ tự như sau: Byte 0 Năm (0 – 99) Byte 1 Tháng (1 -12) Byte 2 Ngày (1- 31) Byte 3 Giờ (0 -23) Byte 4 Phút (0 -59) Byte 5 Giây (0 -59) Byte 6 0 Byte 7 Ngày trong tuần ( 1- 7) 1: Chủ nhật Trong đó byte đầu tiên được chỉ định bởi tóan hạng T trong câu lệnh, byte 7 chỉ sử dụng 4 bit thấp để lưu giá trị các ngày trong tuần. b. Lệnh ghi Dạng LAD Dạng STL TODW VB0 Ý nghĩa: Lệnh này có tác dụng ghi nội dung của bộ đệm 8 byte với byte đầu tiên được chỉ định trong toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực. Trong đó T thuộc 1 trong những vùng nhớ sau: VB, IB, QB, MB, SMB. Nếu cần điều chỉnh các thônng số về năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây, ngày trong tuần thì điều chỉnh các byte như sau: 90 Byte 0 Năm (0 – 99) Byte 1 Tháng (1 -12) Byte 2 Ngày (1- 31) Byte 3 Giờ (0 -23) Byte 4 Phút (0 -59) Byte 5 Giây (0 -59) Byte 6 0 Byte 7 Ngày trong tuần ( 1- 7) 1: Chủ nhật 3.2. Ví dụ minh họa Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 TODR VB100 MOVB VB102, AC0 INCB AC0 MOVB AC0, VB102 TODW VB100 Giá trị trước xử lý VB 100 17 VB 101 11 VB 102 20 Giá trị sau khi xử lý VB 100 17 VB 101 11 VB 102 20 91 VB 103 10 VB 104 10 VB 105 10 VB 106 0 VB 107 1: Chủ nhật VB 103 10 VB 104 10 VB 105 10 VB 106 0 VB 107 1: Chủ nhật 4. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN CÔNG VIỆC Bƣớc 1: Tìm hiểu cấu tạo thực tế và các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị sử dụng trong mạch điện. Bƣớc 2: Đấu lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý - Đấu lắp mạch điện điều khiển. - Đấu lắp mạch điện cách ly. - Đấu lắp mạch điện động lực. Bƣớc 3: Kiểm tra nguội theo các bước sau - Kiểm tra mạch điện động lực - Kiểm tra mạch điện cách ly. - Kiểm tra mạch điện điều khiển. Bƣớc 4: Lập bảng Symbol và soạn thảo chương trình điều khiển - Lập bảng địa chỉ vào, ra PLC - Chương trình điều khiển 92 93 Bƣớc 5: Cấp nguồn điều khiển và nạp (Download) chương trình - Cấp nguồn cho mạch điều khiển - Download chương trình từ PC vào PLC Bƣớc 6: Vận hành mạch - Cấp nguồn mạch động lực và mạch điều khiển - Vận hành khởi động động cơ theo theo yêu cầu công nghệ 5. BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN Bài 1: Vẽ sơ đấu lắp, lập trình chương trình điều khiển mạch điện chuông báo giờ học với quy trình hoạt động như sau: Bật công tắc khởi động hệ thống, chuông báo hoạt động 10 lần trong ngày với các khung giờ như sau: h7 , ,457h , ,507h , ,358h , ,408h , ,259h , ,309h , ,1510h , ,2010h , ,0511h . Mỗi lần hoạt động 3 giây. Chuông chỉ hoạt động từ thứ 2 đến thứ 7 trong tuần và chuông không hoạt động 3 tháng hè 6,7,8. Bài 2: Vẽ sơ đấu lắp, lập trình chương trình điều khiển mạch điện chuông báo giờ học lý thuyết của trường Cao Đẳng Nghề Công Nghiệp Thanh Hóa. Chuông hoạt động mỗi lần 3 giây từ thứ 2 đến thứ 6 trong tuần, chuông dừng hoạt động từ ngày 15/6 đến 15/8 hàng năm. Bài 3: Chiếu sáng bên ngoài toà nhà Mô tả hoạt động: Một toà nhà sử dụng hệ thống chiếu sáng. Hệ thống này được hoạt động ở hai chế độ tay và tự động. - Chế độ tay: Nhấn S1 thì cả hai dãy đèn (dãy đèn chiếu sáng bình thường và dãy đèn chiếu sáng tăng cường) đều sáng. - Chế độ tự động: Nhấn S2 và kết hợp với cảm biến quang, dãy đèn sáng bình thường hoạt động từ thứ hai đến chủ nhật từ 6:00 giờ đến 00:00 giờ, dãy đèn sáng tăng cường hoạt động từ thứ hai đến chủ nhật từ 6:00 giờ đến 8:00 giờ và từ 17:00 giờ đến 00:00 giờ khi có người ra vào nhưng dãy đèn chỉ hoạt động trong 90s. Yêu cầu: - Vẽ sơ đấu lắp sử dụng PLC S7 – 200. - Đấu lắp, lập trình và vận hành hệ thống đáp ứng yêu câu trên. 94 BÀI 10 ĐẤU LẮP MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT MÃ BÀI: PLCCB 10 Mục tiêu: - Trình bầy được các chức năng của mô đun tương tự EM235. - Đấu lắp, lập trình và vận hành mạch điện đáp ứng theo yêu cầu công nghệ Nội dung chính: 1. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ Hiện nay tại các cao ốc, nhà cao tầng việc thiếu nước sinh hoạt, áp lực nước không đủ nước cung cấp cho toàn bộ các hộ dân trong giờ cao điểm đang diễn ra trầm trọng. Tuy nhiên, trong những thời gian thấp điểm như: Nửa đêm, đầu sáng . . . thì động cơ bơm nước chạy dư tải gây lãng phí điện năng. Vì vậy, đỏi hòi các tòa nhà cao tầng cần có hệ thống bơm điều áp để ổn định được áp lực nước đủ để cung cấp cho hệ thống tòa nhà. Hình 10.1. Hệ thống động cơ bơm đƣợc sử dụng để ổn định nguồn cấp nƣớc 95 Theo cách đó, có một số giải pháp như sau: Hình 10.2. Mạch điều khiển động cơ bơm theo kiểu Trong đó: - Bơm 1, Bơm 2, Bơm 3: Máy bơm - Biến tần và mạch rơle. - R1, R2, R3: Contactor - PET: Cảm biến áp suất Hình 10.3. Mạch điều khiển động cơ bơm theo kiểu Trong đó: - Bơm 1, Bơm 2, Bơm 3: Máy bơm công suất 96 - Biến tần và mạch điều khiển. - R1, R2, R3, R4, R5, R6: Contactor - PET: Cảm biến áp suất Hình 10.4. Mạch điều khiển động cơ bơm theo kiểu Trong đó: - Bơm 1, Bơm 2, Bơm 3: Máy bơm công suất 33 KW - Bộ điều khiển: PLC. - R1, R2, R3: Contactor - PET: Cảm biến áp suất Từ phân tích ở trên, chúng ta nhận thấy rằng mỗi một giải pháp đêu có ưu điểm và nhược điểm. Tuy nhiên, để hệ thống ổn định được áp suất, cảm biến áp suất (đo áp lực nước) phải được tích hợp để phản hồi tín hiệu về bộ điều khiển. Cụ thể cảm biến áp suất được sử dụng để đo áp suất của áp lực nước về bộ điều khiển PLC, xử lý và điều khiển các bơm nước đáp ứng yêu cầu của người sử dụng. Cảm biến này đo áp lực nước từ (0-10bar) tương ứng với tín hiệu ra điện áp: 0-10VDC hoặc dòng điện 4 -20mA. 2. KHÁI NIỆM VỀ TÍN HIỆU TƢƠNG TỰ (ANALOG) 2.1. Khái niệm về module analog Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý các tín hiệu số. 2.2. Analog input 97 Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển như đo nhiệt độ. 2.3. Analog output Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz. 2.4. Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trong công nghiệp Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . .Vì vậy, chúng ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến. Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp. Có hai loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện. - Điện áp: 0 – 10V, 0-5V,  5V - Dòng điện: 4 – 20 mA, 0-20mA,  10mA. Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn. Vì vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp. Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến hoàn chỉnh, thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyển đổi đo (bộ transducer). Hình 10 – 5. Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự Tín hiệu vào không điện Analog Input ( A/D) Các con số Analog Output ( D/A) Các con số Đầu đo Thiết bị chuyển đổi Thiết bị cảm biến Module analog 0 – 10V 4-20 mA Tín hiệu ra tương tự 0 – 10 V 4 – 20 mA 98 3. GIỚI THIỆU VỀ MODULE ANALOG EM235 EM 235 là một odule tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong). Hình 10 – 6. Hình dạng của module EM 235 3.1. Các thành phần của module analog EM235 Thành phần Mô tả 4 đầu vào tương tự được kí hiệu bởi các chữ cái A,B,C,D A+, A-, RA Các đầu nối của đầu vào A B+, B-, RB Các đầu nối của đầu vào B C+, C-, RC Các đầu nối của đầu vào C D+, D-, RD Các đầu nối của đầu vào D 1 đầu ra tương tự (MO,VO, IO) Các đầu nối của đầu ra Gain Chỉnh hệ số khuếch đại Offset Chỉnh trôi điểm không Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải 99 Sơ đồ khối của đầu vào Analog. Sơ đồ khối đầu ra Analog Hình 10 – 7. Sơ đồ khối của đầu vào Analog Hình 10 – 8. Sơ đồ khối của đầu ra Analog 3.2. Định dạng dữ liệu a. Dữ liệu đầu vào - Kí hiệu vùng nhớ: AIWxx .Ví dụ: AIW0: kênh A, AIW2: kênh B, AIW4: kênh C, AIW6: kênh D. 100 - Định dạng: + Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (Ví dụ: 0-10V,0-20mA): MSB LSB 15 14 3 2 1 0 0 Dữ liệu 12 bit 0 0 0 Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (điện áp, dòng điện) thành giá trị số từ 0 32000. + Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ:  10V,  10mA): MSB LSB 15 4 3 2 1 0 Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0 Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (điện áp, dòng điện) thành giá trị số từ: -32000 32000. b. Dữ liệu đầu ra - Kí hiệu vùng nhớ AQWxx (Ví dụ: AQW0: Kênh 0) - Định dạng dữ liệu + Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (Ví dụ: 0-10V,4-20mA): MSB LSB 15 14 4 3 2 1 0 0 Dữ liệu 11 bit 0 0 0 0 Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032000 thành tín hiệu điện áp đầu ra 0 10V. + Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ:  10V,  10mA,): Kiểu này các module Analog output của S7-200 không hỗ trợ. MSB LSB 15 4 3 2 1 0 Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0 c. Bảng tổng hợp Định dạng dữ liệu Giá trị chuyển đổi Kiểu tín hiệu đối xứng ( 10V,  10mA,) - 32000 đến +32000 Tín hiệu không đối xứng (0 10V, 420mA) 0 đến +32000 Bảng 10 – 1. Bảng định dạng dữ liệu và giá trị chuyển đổi tín hiệu Analog 3.3. Cách nối dây a. Đầu vào tương tự - Kết nối tín hiệu điện áp vào đầu vào mô đun EM235: 101 Hình 10 – 9. Sơ đồ ngõ vào điện áp của mô đun EM 235 - Kết nối tín hiệu dòng điện vào đầu vào mô đun EM235: Hoặc: Hình 10 – 10. Sơ đồ ngõ vào dòng điện của mô đun EM 235 b. Đầu ra tương tự Hình 10 – 11. Sơ đồ ngõ ra điện áp hoặc dòng điện của mô đun EM 235 MO VO IO Tải điện áp Tải dòng điện RA A+ A- 4-20 mA PS PS M + - + - RA A+ A- + - Điện áp RA A+ A- 4-20 mA L+ M 102 c. Cấp nguồn cho Module Hình 10 – 12. Cấp nguồn cho mô đun EM 235 Tổng quát cách nối dây: Hình 10 – 13. Sơ đồ kết nôi của mô đun EM 235 3.4. Cài đặt dải tín hiệu vào a. Cấu hình tín hiệu vào Module EM 235 cho phép cài đặt dải tín hiệu và độ phân giải của đầu vào bằng switch: Hình 10 – 14. Sơ đồ các Switch cấu hình module mở rộng EM235 M L+ Nguồn 24 VDC 103 Sau đây là bảng cấu hình: Dải không đối xứng Dải đầu vào Độ phân giải SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 – 50 mV 12.5 uV OFF ON OFF ON OFF ON 0 – 100 mV 25 uV ON OFF OFF OFF ON ON 0 – 500 mV 125 uV OFF ON OFF OFF ON ON 0 – 1 V 250 uV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 – 5 V 1.25 mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 – 20 mA 5 uA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 – 10 V 2.5 mV Dải đối xứng Dải đầu vào Độ phân giải SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF OFF ± 25 mV 12.5 uV OFF ON OFF ON OFF OFF ± 50 mV 25 uV OFF OFF ON ON OFF OFF ± 100 mV 50 uV ON OFF OFF OFF ON OFF ± 250 mV 125 uV OFF ON OFF OFF ON OFF ± 500 mV 250 uV OFF OFF ON OFF ON OFF ± 1V 500 uV ON OFF OFF OFF OFF OFF ± 2.5 V 1.25 mV OFF ON OFF OFF OFF OFF ± 5 V 2.5 mV OFF OFF ON OFF OFF OFF ± 10 V 5 mV Bảng 10 – 2. Bảng điều chỉnh các Switch và biến trở chỉnh GAIN b. Trình tự thiết lập và căn chỉnh cho module analog - Căn chỉnh đầu vào cho module analog + Hãy tắt nguồn cung cấp cho module + Gạt switch để chọn dải đo đầu vào + Bật nguồn cho CPU và module. Để module ổn định trong vòng 15 phút. + Sử dụng các bộ truyền, nguồn áp, hoặc nguồn dòng, cấp giá trị 0 đến một trong những đầu vào. + Đọc giá trị nhận được trong CPU. + Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0 (căn chỉnh điểm không), hoặc giá trị số cần thiết kế. + Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo. + Đọc giá trị nhận được trong CPU. + Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh GAIN để đọc được giá trị là 32000, hoặc giá trị số cần thiết kế. + Lặp lại các bước chỉnh OFFSET và GAIN nếu cần thiết. Chú ý: - Phải chắc chắn nguồn cung cấp cho cảm biến phải được loại bỏ nhiễu và phải ổn định. - Dây dẫn tín hiệu phải có lớp bảo vệ chống nhiễu. 104 - Các đầu vào analog không sử dụng phải được nối ngắn mạch (ví dụ A+ nối với A-) 4. CẢM BIẾN ÁP SUẤT 4.1. Loại PSA và PSB của Autonics a. Hình dáng thực tế Hình 10 - 15. Hình dạng của cảm biến PSA – 01 b. Thông số kỹ thuật Kích thước 10.2 x 54 Loại áp suất Tiêu chuẩn Dải áp suất định mức 0~10 bar Dải áp suất hiển thị -5.0~110.0kPa, -50~1.100kPa Khoảng hiển thị Min 1 chữ số/psi, 2chữ số/psi Tốc độ đếm Max Có thể chọn: 1cps/30cps/2kcps/5kcps bằng công tắc gạt bên trong Dải áp suất Max 2 lần hoặc 1.5 lần áp suất định mức Chất áp dụng Không khí, gas không ăn mòn Nguồn cấp 12-24VDC ±10% Dòng điện tiêu thụ Max 50mA Ngõ ra + NPN collector hở hoặc PNP + Ngõ ra Analog (1 – 5 VDC) Cách hiển thị 3½ chữ số LED 7 đoạn Kiểu đấu nối Loại giắc cắm dài 2m Cổng áp suất M5 Cấp bảo vệ IP40 Tiêu chuẩn CE Bảng 10 – 3. Thông số kỹ thuật của cảm biến PSA – 01 105 c. Sơ đồ kết nối cảm biến Hình 10.16. Sơ đồ ngõ ra điều khiển (PSA/PSB) loại NPN Collector hở Hình 10.17. Sơ đồ ngõ ra điều khiển (PSA/PSB) loại PNP Collector hở Hình 10.18. Đồ thị về mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào (áp suất) và tín hiệu ra (điện áp) 4.2. Cảm biến Sysn a. Hình dáng thực tế 106 Hình 10 –19. Hình dạng của cảm biến Sysn b. Thông số kỹ thuật + Dải áp suất: 0 ~ 7 bar; + Nguồn cấp 9 -30 VDC; + Ngõ ra: 4~20mA; + Nhiệt độ hoạt động: -40~125C; + Thân vỏ thép không gỉ; + Môi chất: nước, dầu, khí; + Xuất xứ: Korea. c. Sơ đồ kết nối cảm biến Hình 10.20. Sơ đồ kết nối ngõ ra tƣơng tự dòng diện của cảm biến Sysn Lƣu ý: Tín hiệu ra tương tự có 2 dạng là điện áp và dòng điện. Vì vậy, cần phải đọc kỹ tài liệu trước khi kết nối, tránh làm hỏng cảm biến. 107 5. KẾT NỐI PHẦN CỨNG 5.1. Mạch động lực Hình 10 – 21. Mạch động lực điều khiển hệ thống ổn định áp suất P um p 1 P E N R 1 P E U V W R 4 P E L1 L2 L3 P E R 2 R 5 P E R 3 R 6 P um p 2 P um p 3 108 5.2. Mạch cách ly Hình 10 – 22. Mạch cách ly điều khiển hệ thống ổn định áp suất R 2 R 5R 2 R 5 T G 4 T G 5 R 3 R 6R 3 R 6 T G 6 T G 7 T G 8 N L1 R 1 R 4 R 1 R 4 T G 2 T G 3 M C B -6 A 109 5.3. Mạch điều khiển a. PLC và Biến tần Omron Hình 10 – 23. Mạch điện điều khiển hệ thống ổn định áp suất sử dụng biến tần Omron I0 .0 I0 .5 2 M 1 M T Ð O F F T A Y S W L 1 N I1 .0 I1 .1 I0 .7 I0 .6 L + M 1 M Q 0 .1 Q 0 .2 Q 0 .3 Q 0 .4 Q 0 .5 2 L+ Q 0 .0 2 M Q 0 .1 L + M P E U V W P E 1 R S M B M C M A S 3 S 2 S 1 S C S 4 F c P E 1 L 1 L 2 S 5 F r F s M C C B A C A M T G 2 T G 4 T G 6 T G 7 T G 8 T G 5 T L 3 T G 1 + 24 V D C 1 L+ 0 V D C Q 0 .0 T G 3 M C C B -1P -1 5A P O W E R A C D C 24V+ - I0 .1 I0 .2 I0 .3 I0 .4 110 b. PLC và Biến tần LS Hình 10 – 24. Mạch điện điều khiển hệ thống ổn định áp suất sử dụng biến tần LS L 3 P E U V W P E 1 R S T Q 0 .2 Q 0 .3 Q 0 .4 Q 0 .5 2 L + Q 0 .0 2 M Q 0 .1 L + M P E 1 L 1 L 2 M C C B T G 2 T G 4 T G 6 T G 7 T G 8 T G 5 T G 1 + 2 4 V D C 1 L + 0 V D C Q 0 .0 T G 3 M C C B -1 P -1 5 A P O W E R A C D C 2 4 V+ - I0 .1 I0 .2 I0 .3 I0 .4 I0 .0 I0 .5 2 M 1 M T Ð O F F T A Y S W L 1 N I1 .0 I1 .1 I0 .7 I0 .6 L + M 1 M Q 0 .1 3 B 3 C 3 A P 2 4 C M V 1 V R P 6 P 5 P 4 P 7 P 8 P 3 P 2 P 1 M G M O 111 6. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 6.1. Hàm đọc giá trị tƣơng tự a. Tính toán - Dải điện áp đầu ra của chiết áp: 0 – 10V - Với dải điện áp này module analog sẽ chuyển đổi sang dải giá trị từ 0 – 32000. - Vậy nếu ta đọc được giá trị trên CPU là 24000 thì giá trị analog ở đầu vào là bao nhiêu Volt ? Sự biến đổi từ giá trị tương tự đầu vào sang các con số là sự biến đổi 1-1, và hoàn toàn tuyến tính. Vì vậy mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra là mối quan hệ tuyến tính có dạng đường thẳng đơn giản y = ax + b. Có thể thấy ngay phương trình trên có dạng y = x/3200. Do đó nếu biết được giá trị số là 24000 ta tính được ngay đầu ra là 7.5 V. Theo cách đó, chung ta tổng quát hóa công thức tính toán để có thể xây dựng chương trình con: Đầu ra số (x) 0 32000 0 10 24000 ? V Đầu vào analog ( y ) - V 112 Trong đó: - A_In: Giá trị analog đầu vào cần xác định. - A_Min: Giá trị giới hạn dưới của giá trị đầu vào tương tự. - A_Max: Giá trị giới hạn trên của giá trị đầu vào tương tự. - D_out: Giá trị chuyển đổi bằng số của A_In. - D_Min: Giá trị chuyển đổi bằng số của A_Min. - D_Max: Giá trị chuyển đổi bằng số của A_Max. Từ đây ta xác định được công thức tính toán cho giá trị đầu vào. MinAMinDOutD MinDMaxD MinAMaxA InA _)__( __ __ _     b. Xây dựng chƣơng trình : - Chương trình con: + Khai báo các biến vào ra và biến tạm thời Chương trình con tính toán y = x/3200 24000 0 32000 0.0 (V) 10.0 (V) 7.5 (V) Chương trình con tính toán y = ax + b D_Out D_Min D_Max A_Min A_Max A_In Tổng quát hóa 113 + Chú thích + Chương trình con: 114 115 + Trong chương trình chính ta gọi chương trình con này 6.2. Chƣơng trình con xuất dữ liệu ra đầu ra Analog a. Tính toán - Với dải giá trị từ 0 – 32000, module analog sẽ biến đổi ở đầu ra tín hiệu tương tự từ 0 – 10V. - Vậy nếu ta cần điện áp đầu ra là 8 V thì giá trị bằng số cần đưa ra là bao nhiêu? Đầu ra tương tự (x) - V 0 10 0 32000 8 ? Giá trị bằng số cần đưa ra ( y ) 116 Sự biến đổi từ giá trị số sang tín hiệu tương tự ở đầu ra là sự biến đổi 1-1. Vì vậy mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra là mối quan hệ tuyến tính có dạng đường thẳng đơn giản y = ax + b. Có thể thấy ngay phương trình trên có dạng y = 3200.x. Do đó nếu giá trị đầu ra là 8 V ta tính được ngay con số cần đưa vào để biến đổi là 25600. Do đó, chúng ta tổng quát hóa công thức tính toán để có thể xây dựng chương trình con: Trong đó: - A_Out: Giá trị analog đầu ra mong muốn - A_Min: Giá trị giới hạn dưới của tín hiệu ra tương tự. - A_Max: Giá trị giới hạn trên của tín hiệu ra tương tự. - D_In: Giá trị bằng số tương ứng với A_Out. - D_Min: Giá trị bằng số tương ứng với A_Min. - D_Max : Giá trị bằng số tương ứng với A_Max. Từ đây ta xác định được công thức tính toán cho giá trị đầu vào. Chương trình con tính toán y = x/3200 8.0 V 0.0 10.0 V 0 32000 25600 Chương trình con tính toán y = ax + b A_Out A_Min A_Max D_Min D_Max D_In Tổng quát hóa 117 MinDMinAOutA MinAMaxA MinDMaxD InD _)__( __ __ _     b. Xây dựng chương trình - Khai báo các biến vào ra và biến tạm trong chương trình con. - Chú thích: 118 - Chương trình con: 119 - Chƣơng trình chính gọi chƣơng trình con: 6.3. Cài đặt biến tần a. Biến tần Omron 120 n03 Chọn nguồn lệnh điều khiển tần số tần số 0 Điều khiển biến trở trên bàn phím 2 Đầu vào áp 3 Đầu vào dòng 4 -20mA 4 Đầu vào dòng 0 -20mA n02 Chọn nguồn lệnh chạy 0 Bàn phím (RUN, STOP) 1 Đầu vào đa chức năng n09 90 Đặt tần số ra lớn nhất n36 0 Động cơ chạy thuận n37 1 Động cơ chạy ngược n16 5 Thời gian tăng tốc là 5 giây n17 3 Thời gian giảm tốc là 3 giây Bảng 10 – 4. Bảng cài đặt các tham số của biến tần Omron b. Biến tần LS Frq Chọn nguồn lệnh điều khiển tần số tần số 0 Điều khiển biến trở trên bàn phím 3 Đầu vào áp 4 Đầu vào dòng drv Chọn nguồn lệnh chạy 0 Bàn phím (RUN, STOP) 1 Đầu vào đa chức năng F21 90 Đặt tần số ra lớn nhất F22 50 Đặt tần số cơ sở là 50 Hz I17 0 Động cơ chạy thuận I18 1 Động cơ chạy ngược ACC 5 Thời gian tăng tốc là 5 giây dEC 3 Thời gian giảm tốc là 3 giây Bảng 10 – 5. Bảng cài đặt các tham số của biến tần LS 7. CÁC BƢỚC THỰC HIỆN CÔNG VIỆC Bƣớc 1: Tìm hiểu cấu tạo thực tế và các thông số kỹ thuật cơ bản của thiết bị sử dụng trong mạch điện. Bƣớc 2: Đấu lắp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý 121 - Đấu lắp mạch điện điều khiển. - Đấu lắp mạch điện cách ly. - Đấu lắp mạch điện động lực. Bƣớc 3: Kiểm tra nguội theo các bước sau - Kiểm tra mạch điện động lực - Kiểm tra mạch điện cách ly. - Kiểm tra mạch điện điều khiển. Bƣớc 4: Lập bảng Symbol, soạn thảo chương trình điều khiển và cài đặt cho biến tần. Bƣớc 5: Cấp nguồn điều khiển và nạp (Download) chương trình - Cấp nguồn cho mạch điều khiển - Download chương trình từ PC vào PLC Bƣớc 6: Vận hành mạch - Cấp nguồn mạch động lực và mạch điều khiển - Vận hành khởi động động cơ theo theo yêu cầu công nghệ 8. BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN Bài 1: Vẽ mạch động lực, mạch cách ly, mạch điều khiển và lập trình điều khiển đáp ứng yêu cầu về điều khiển ổn định nhiệt độ trong lò ấp trứng gà với nhiệt độ cần ổn định trong lò là 360C? Bài 2: Vẽ mạch động lực, mạch cách ly, mạch điều khiển và lập trình điều khiển đáp ứng yêu cầu về điều khiển ổn định áp lực dầu sử dụng cảm biến Sysn có áp suất đầu vào từ 0 -100 bar, điện áp ra 0-10VDC. 122 BÀI 11 ĐẤU LẮP MẠCH ĐIỆN SỬ DỤNG PLC CỦA CÁC HÃNG KHÁC MÃ BÀI: PLCCB 11 Mục tiêu: - Trình bầy được các chức năng, cách khai báo của các phép toán số của PLC của các hãng khác. - Đấu lắp, lập trình và vận hành được một số mạch điện sử PLC của LS và Delta đáp ứng theo yêu cầu công nghệ. Nội dung chính: 1. PLC CỦA HÃNG OMRON 1.1. Hình dạng PLC của hãng Omron a. PLC loại CPM1A Hình 11 – 1. Hình dáng PLC loại CPM1A và mô đun mở rộng b. CPU loại C200H Hình 11 – 2. Hình dáng PLC họ C200H 123 c. PLC loại Micro Hình 11 – 3. Hình dáng PLC họ C200H d. PLC loại Mini - CQM1/CQM1H Hình 11 – 4. Hình dáng PLC loại Mini - CQM1/CQM1H e. PLC loại Medium CS1 Hình 11 – 5. Hình dáng PLC loại Medium CS1 1.2. Sơ đồ chân kết nối của PLC Omron a. Nguồn cấp - Xoay chiều (AC) Hình 11 – 6. Sơ đồ cấp nguồn xoay chiều cho PLC CPM2A 124 - Một chiều (DC) Hình 11 – 7. Sơ đồ cấp nguồn một chiều cho PLC CPM2A b. Kết nối đầu vào Hình 11 – 8. Sơ đồ kết nối đầu vào cho PLC Omron c. Kết nối đẩu ra - Đầu ra Relay Hình 11 – 9. Sơ đồ kết nối đầu ra Rơ le - PLC Omron 125 - Đầu ra Transistor Hình 11 – 10. Sơ đồ kết nối đầu ra Transistor - PLC Omron 2. PLC CỦA HÃNG LS 2.1. Hình dạng PLC của hãng LS Hình 11 – 11. Hình dáng PLC LS 3.2. Sơ đồ chân kết nối của PLC LS a. Nguồn cấp Hình 11 – 6. Sơ đồ cấp nguồn xoay chiều và kết nối đầu ra của PLC LS 126 b. Kết nối đầu vào Hình 11 – 13. Sơ đồ kết nối đầu vào cho PLC LS c. Kết nối đẩu ra Hình 11 – 14. Sơ đồ kết nối đầu ra cho PLC LS 127 3. PLC CỦA HÃNG DELTA 3.1. Hình dạng PLC của hãng Hình 11 – 15. Hình dáng PLC loại Delta 3.2. Sơ đồ chân kết nối của PLC Delta a. Nguồn cấp - Xoay chiều (AC) Hình 11 – 16. Sơ đồ nguồn cấp xoay chiều PLC Delta - Một chiều (DC) Hình 11 – 17. Sơ đồ nguồn cấp một chiều PLC Delta 128 b. Kết nối đầu vào - Chế độ Sink (NPN) Hình 11 – 18. Sơ đồ kết nối đầu vào PLC Delta – chế độ NPN - Chế độ Source (PNP) Hình 11 – 19. Sơ đồ kết nối đầu vào PLC Delta – chế độ PNP c. Kết nối đẩu ra - Đầu ra Rơ le Hình 11 – 20. Sơ đồ kết nối đầu ra Rơ le của PLC Delta 129 - Đầu ra Transistor Hình 11 – 20. Sơ đồ kết nối đầu ra Transistor của PLC Delta 4. BÀI TẬP THỰC HÀNH CỦA HỌC VIÊN Sử dụng PLC của hãng LS, Omron và Mishubishi để thiết kế mạch điện điều khiển và lập trình các yêu cầu đáp ứng công nghệ sau đây: Bài 1: Cho ba động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc, hãy thiết kế mạch điện điều khiển 3 động cơ trên hoạt động theo trình tự đáp ứng yêu cầu công nghệ sau: - Nhấn Start động cơ Đ1 hoạt động sau thời gian 30 giây thì động cơ Đ2 hoạt động, sau thời gian 30 giây tiếp theo thì động cơ Đ3 hoạt động. - Nhấn nút Stop động cơ Đ3 dừng, sau thời gian 10 giây động cơ Đ2 dừng, sau 10 tiếp theo động cơ Đ1 dừng. - Khi có sự cố quá tải của động cơ nào thì cả 3 động cơ đều dừng Bài 2: Điều khiển động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc khởi động Y/∆ đáp ứng yêu cầu: - Nhấn nút Start động cơ hoạt động ở chế độ Y, sau 10 giây động cơ làm việc ở chế độ ∆. - Nhấn nút stop động cơ ngừng hoạt động. - Khi có sự cố quá tải của động cơ thì mạch tự động ngắt mạch. Bài 3: Vẽ mạch điện và lập trình đáp mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc hai cấp tốc độ Y/YY hoạt động như sau : 130 - Nhấn MY động cơ hoạt động ở chế độ Y, muốn động cơ làm việc ở chế độ YY thì nhấn nút MYY. - Nhấn D hoặc khi có sự cố quá tải của động cơ thì hệ thống phải dừng. Bài 4: Vẽ mạch điện và lập trình đáp mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc hai cấp tốc độ ∆/YY hoạt động như sau : - Nhấn MY động cơ hoạt động ở chế độ ∆, muốn động cơ làm việc ở chế độ YY thì nhấn nút MYY. Nhấn D hoặc khi có sự cố quá tải của động cơ thì hệ thống phải dừng. Bài 5: Vẽ mạch điện và lập trình đáp mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha rô to dây quấn khởi động qua 3 cấp điện trở phụ R1, R2, R3. Thời gian để loại mỗi cấp điện trở là 30 giây. Khi có sự cố hoặc nhấn nút dừng thì hệ thống ngừng hoạt động? Bài 6: Vẽ mạch điện và lập trình đáp mạch điện điều khiển đáp ứng yêu cầu điều khiển tín hiệu đèn giao thông tại ngã tư, có đèn báo tín hiệu cho người đi bộ. Trong đó đèn xanh sáng trong thời gian 30 giây, đèn vàng sáng trong thời gian 5 giây, đèn đỏ sáng trong thời gian 35 giây. 131 Bài 7: Phân tích sơ đồ kết nối thiết bị ngoại vi của PLC LS 132 BÀI TẬP LỚN Bài 1. Đèn hành lang hoặc đèn cầu thang có định thời. Trên tường của các hành lang chung cư, trước mỗi cửa căn hộ có gắn một nút nhấn (giả sử hành lang có 6 căn hộ tương ứng 6 nút ấn từ S1 đến S6) . Khi tác động nút nhấn thì đèn chiếu sáng hành lang (gồm có 6 đèn H1 đến H6) sẽ sáng trong thời gian 1 phút rồi sau đó tự động tắt. Nếu trong thời gian 1 phút mà có một nút nhấn nào đó được ấn tiếp tục thì đèn sẽ sáng thêm1 phút nữa kể từ lúc ấn sau cùng. Yêu cầu: 1. Lập bảng xác định vào/ra PLC 2. Vẽ sơ đồ nối dây vào/ra và nguồn cấp cho PLC S7-200 AC/DC/RLY. 3. Viết chương trình và sau đó nạp vào PLC để kiểm tra. Bài 2. Điều khiển đèn và quạt hút Trong một phòng vệ sinh có trang bị một đèn chiếu sáng và một quạt hút khí. Khi vào phòng,bật công tắc lên vị trí “ON” thì đèn sáng. Nếu ở trong phòng lâu hơn thời gian 3 phút thì quạt hút tự động hoạt động. Khi ra khỏi phòng bật công tắc về vị trí “OFF” thì đèn tắt. Nếu quạt hút đã hoạt động thì sau khi đèn tắt khoảng 5 phút nó mới tự động dừng. Yêu cầu: 1. Lập bảng xác định vào/ra PLC 2. Vẽ sơ đồ nối dây PLC với ngoại vi 2. Viết chương trình điều khiển và nạp vào PLC để kiểm tra Bài 3: Điều khiển bơm nƣớc Một bồn chứa nước được làm đầy bởi một bơm M. Bơm này có hai chế độ hoạt động: * Chế độ bằng tay: Đặt công tắc chọn chế độ “S1” ở vị trí “Manu”. Đèn “H1” sáng báo chế độ “tay”. Ở chế độ “tay”, bơm chỉ có thể hoạt động nếu ấn nút nhấn S1 133 “ON” (NO). Bơm sẽ tự động tắt nếu ấn nút nhấn S2 “OFF” (NC) hoặc nước trong bồn đạt đến giá trị “max” (được phát hiện bởi cảm biến “S5”). * Chế độ tự động: Khi đặt công tắc “S1” về vị trí “Auto”, thì bơm nước hoạt động tự động. Nếu nước xuống dưới mức “min” (phát hiện bởi cảm biến “S4”) thì bơm sẽ được đóng điện bởi contactor K1. Khi nước trong bồn lên đến vị trí “max” thìcontactor mất điện và động cơ bơm nước dừng. Ở chế độ tự động thì đèn H1tắt. Nhằm loại trừ sự sóng sánh của mặt nước khi bơm làm cho cảm biếnbáo mực nước ở vị trí “max” không chính xác, thì động cơ bơm nước cần phảikéo dài thời gian hoạt động thêm 1s nữa rồi mới dừng hẳn cho cả hai trườnghợp “Manual” và “Auto”. Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ mạch động lực nối contactor với động cơ bơm nước 3pha 2. Lập bảng xác định vào/ra 3. Vẽ sơ đồ nối dây PLC 4. Viết chương trình điều khiển và nạp vào PLC để kiểm tra. Bài 4. Điều khiển quá trình khởi động động cơ rotor dây quấn Nhằm tránh dòng điện khởi động cao trong các động cơ rotor dây quấn có gắn thêm các điện trở phụ. Khi tác động nút nhấn mở máy “S1” (NO), thì contactor K1 có điện. Cáccontactor K2, K3 và K4 bắt đầu đóng lần lượt cách nhau một khoảng thời gianlà 5s. Khi contactor cuối cùng là K4 được đóng thì rotor được ngắn mạch và động cơ hoạt động ở chế độ định mức. Khi tác động nút nhấn “S0” (NC) thì động cơ dừng. 134 Yêu cầu: 1. Lập bảng xác định vào/ra 2. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại DC/DC/DC 3. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra. Bài 5: Giám sát hoạt động băng tải bằng thời gian Một băng tải vận chuyển sản phẩm được truyền động thông qua một động cơ. Sản phẩm trên băng tải được nhận biết bởi hai cảm biến “S2” và“S3”. Thời gian tối đa để sản phẩm di chuyển từ “S2” đến “S3” là 3s. Nếu vượt quá thời gian này thì băng tải xem như bị lỗi. Khi bị lỗi thì động cơ kéo băng tải dừng ngay lập tức và có một chuông báo. - Băng tải khởi động bằng nút nhấn “S1” (NO). - Băng tải dừng bằng nút nhấn “S0” (NC). Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại DC/DC/DC 2. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra. Bài 6: Khởi động Sao-tam giác 135 Thực hiện trình tự khởi động tự động sao-tam giác của một động cơ điện không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc với PLC theo sơ đồ hình vẽ. Khi ấn nút nhấn “S1” (NO), thì động cơ hoạt động ở chế độ sao (K1 và K2 đóng). Sau một thời gian đặt trước (giả sử 10s), thì tự động chuyển sangchế độ tam giác (K2 mất điện, K3 có điện). Khi ấn nút “S0” (NC) thì động cơ dừng ngay lập tức. Trong trường hợpquá tải (được báo bởi tiếp điểm nhiệt F2) thì động cơ cũng dừng. Yêu cầu: 1. Vẽ sơ đồ nối dây với PLC loại AC/DC/RLY 2. Viết chương trình và nạp vào PLC để kiểm tra. Bài 7. Điều khiển bồn sấy Khi ấn nút khởi động S1 (NO), thì bồn sấy quay phải 20s, tự động dừng lại 5s, sau đó quay trái 20s, tự động dừng lại 5s. Quá trình cứ lặp đi lặp lại cho đến khi ấn nút dừng S2 (NC) hoặc sau thời gian 20 chu kỳ lặp sẽ tự động dừng lại. Yêu cầu: 1. Lập bảng xác định vào ra (khi lập bảng chú ý liệt kê luôn các bit nhớ, bộ đếm, timer và ý nghĩa của chúng trong chương trình). 2. Lập bảng nối dây với PLC 3. Viết chương trình điều khiển và nạp vào PLC để kiểm tra. 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Trọng Thuần (2006), Điều khiển logic và ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật. 2. Trần Thế San (2005), Hướng dẫn thiết kế mạch và lập trình PLC, NXB Đà Nằng.