Giáo trình PLC nâng cao (Trình độ Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng

m, sau đó van 1Y4 tác động canh tay robot nâng sản phẩm lên đến vị trí B7 thì dừng, sau đó van 1Y2 tác động cánh tay robot quay sang phải đến vị trí B3 thì dừng lại, sau đó van 1Y3 tác động đẩy cánh tay robot ra đến vị trí cảm biến B6 thì dừng lại, sau đó van 1Y4 đẩy cánh tay robot xuống đến vị trí cảm biến B8 thì dừng lại, Nếu sản phẩm là Kim loại thì đồng thời van 1Y6 tác động đẩy hộp dựng sản phẩm đến vị trí cảm biến B11 thì dừng lại. Sau đó van 1Y5 tác động nhả sản phẩm vào hộp đựng đến vị trí cảm biến B9 thì dừng lại, sau đó van 1Y4 tác động đẩy cánh tay robot lên đến vị trí cảm biến B7 thì dừng lại, đồng thời nếu sản phẩm là kim loại thì van 1Y6 tác động thu hộp đựng sản phẩm về đến vị trí cảm biến B10 thì dừng lại, sau đó van 1Y3 tác động 88 thu cánh tay robot thu về vị trí cảm biến B5 thì dừng lại, kết thúc 1 quy trình phân loại phôi. Và quá trình cứ lặp đi lặp lại 3 lần thì dừng lại. Nếu trong quá trình vận hành nếu sảy ra sự cố nguy hiểm thì ấn nút dừng khẩn. 89 BÀI 5 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO MÃ BÀI: PLCNC 5 Giới thiệu: Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội. Qua bài này chúng ta sẽ ứng dụng các lệnh để lập trình PLC điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao. Mục tiêu của bài: - Lắp đặt và nối dây cho PLC S7-300 để điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao. - Lập trình trên các loại PLC S7-300 điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao - Sửa đổi kết nối phần cứng và chương trình cho phù hợp với các ứng dụng tương tự khác. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn. Nội dung chính: 1. CẤU TẠO CỦA TRẠM Hình 5- 1 Hình ảnh cấu tạo của trạm 2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ Điều khiển đo chiều dài và sắp xếp vật liệu được dùng để mô phỏng việc sắp xếp các thanh gỗ có chiều dài ngắn khác nhau trên băng tải vào các thùng khác nhau. Hệ thống có thể hoạt động ở hai chế độ: tự động và tay. Chế độ tự động: Khi “đèn báo” sáng báo hiệu hệ thống sẵn sàng làm việc. Bằng cách nhấn nút “Khởi động” thì “đèn báo” tắt và một tín hiệu khởi động được tạo ra. Các thanh gỗ đơn được đặt lên băng tải (bằng nút ấn khởi động) và băng tải chuyển động. Chiều dài của thanh gỗ được nhận biết bằng các cảm biến quang B1, B2, B3. Điều này có nghĩa: Cảm biến B1 tác động tương ứng gỗ ngắn. Cảm biến B1 và B2 tác động tương ứng gỗ trung bình. 90 Cảm biến B2, B2 và B3 tác động tương ứng gỗ dài. Khi gỗ ngắn đến cảm biến B7 thì “Tay gạt 1” sẽ đẩy thanh gỗ này vào thùng 1. Khi gỗ trung bình đến cảm biến B8 thì “Tay gạt 2” sẽ đẩy thanh gỗ này vào thùng 2. Gỗ dài thì được di chuyển tiếp tục đến khâu xử lí kế tiếp. Tay gạt 1 và tay gạt 2 được sử dụng bằng khí nén được điều khiển khoảng 1 giây và sau đó trở về vị trí cơ bản của nó. Sau khi sự sắp xếp thành công (tương ứng với các cảm biến quang B4, B5 và B6) thì thiết bị tự động phát tín hiệu khởi động tiếp theo và băng tải lại vận chuyển gỗ tiếp tục. Chế độ tay: Ở chế độ tay mỗi thanh gỗ được xử lý xong thì yêu cầu khởi động lại hệ thống bằng tay. Tín hiệu khởi động chỉ được phép xử lý nếu việc điều khiển trước đây được báo bằng đèn. Ngay sau khi sắp xếp thành công thì đèn báo lại sáng Tay gạt I và II được điều khiển bằng tay từ nút nhấn điều khiển. Ghi chú: Đây chỉ là một khâu sắp xếp gỗ, và gỗ được đặt vào băng tải nhờ vào nút nhấn khởi động. Điều này có nghĩa nút nhấn khởi động vừa đóng vai trò khởi động vừa là nơi cung cấp gỗ cho băng tải. 3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Bảng địa chỉ vào/ra Ký hiệu Địa chỉ Chú thích Khởi động I0.0 Khởi động hệ thống, thường hở. B1 I0.1 Cảm biến quang, thường đóng B2 I0.2 Cảm biến quang, thường đóng B3 I0.3 Cảm biến quang, thường đóng B4 I0.4 Cảm biến quang, thường đóng B5 I0.5 Cảm biến quang, thường đóng B6 I0.6 Cảm biến quang, thường đóng B7 I0.7 Công tắc hành trình, thường đóng B8 I1.0 Công tắc hành trình, thường đóng S I I1.1 Nút nhấn đưa gỗ vào thùng I S II I1.2 Nút nhấn đưa gỗ vào thùng II Tự động I1.3 Công tắc chọn chế độ tự động Tay I1.4 Công tắc chọn chế độ tay Băng tải Q0.0 Băng tải vận chuyển gỗ Cần gạt I Q0.1 Cần gạt đưa gỗ vào thùng I Cần gạt II Q0.2 Cần gạt đưa gỗ vào thùng II Đèn báo Q0.3 Đèn báo băng tải sẵn sàng nhận gỗ 3.2. Chương trình điều khiển Chương trình viết ở LAD: 91 92 93 94 4. SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ VÀO/RA 4.1. Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị Hình 5- 2 Sơ đồ kết nối đầu vào/ra của PLC 4.2. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ Hình 5- 3 Sơ đồ điều khiển động cơ 1.51m 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 l+ Siemens simatic s7-300 k1 k2 k3 KÐ b1 1.6 1.7 1.51m 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 l+1.6 1.7 +24p 24n b2 b3 +24p 24n b4 b5 b6 b7 b8 si sii TÐ T Ð +24p 24n m1 k1 m2 k2 m3 k3 95 5. BÀI TẬP ỨNG DỤNG Phân loại sản phẩm theo yêu cầu công nghệ sau Ấn nút Start S101 hệ thống làm việc, nếu sau khi khởi động 5s mà không có sản phẩm thì hệ thống dừng làm việc. Có sản phẩm thì băng tải 2B, băng tải 3, băng tải 4 làm việc (các băng tải được điều khiển bởi động cơ M102B, M104, M104). Khi có sản phẩm trên băng tải 3 thì băng tải sẽ di chuyển khay đựng sản phẩm qua vị trí cảm biến S3, S4, S5, S6, nếu dưới khay đựng sản phẩm là kim loại thì S3 tác động đóng van khí nén điều khiển động cơ khí nén cho khay đi qua, nếu dưới khay không có kim loại thì S3 không tác động, động cơ khí nén không cho khay đi qua và sau 3s thì dừng hệ thống. Nếu sản phẩm trên khay là kim loại thì sản phẩm di chuyển đến cuối băng tải 3 rôi sang băng tải 2B gặp CTHT S2 tác động xy lanh Y4 đẩy sản phẩm xuống gặp cảm biến B3 tác động  động cơ M2A làm việc đưa khay SP sang băng tải 4 S7 tác động đóng van khí nén điều khiển động cơ khí nén cho khay đi qua, qua S8 dừng động cơ M3 và động cơ M1A đồng thời động động cơ M1B làm việc để nhận sản phảm từ băng tải 4, khi đó khay sản phẩm sẽ găp CTHTS1 tác động xy lanh Y1 nâng sản phẩm lên gặp cảm biến B2 tác động khi đó động cơ M1A và M3 có điện để tiếp tục hành trình mới và quá trình lặp lại sau 3 sản phẩm thì dừng lại. Nếu S5 không tác động SP là nhựa sẽ dừng ở vị trí CTHTS1. 96 BÀI 6. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRẠM XUẤT VÀ LƯU TRỮ TỰ ĐỘNG (ASRS) MÃ BÀI: PLCNC 6 Giới thiệu: Hệ thống xuất và lưu trữ tự động (thường được gọi là ASRS hoặc AS / RS) đề cập đến một loạt các phương pháp kiểm soát tự động xuất và lưu trữ từ các vị trí được xác định. Các hệ thống này được ứng dụng trong các cơ sở sản xuất và kho bãi. Mục tiêu: - Lắp đặt và nối dây cho PLC S7-300 để ứng dụng vào việc điều khiển trạm ASRS. - Lập trình trên các loại PLC S7-300 để ứng dụng vào việc điều khiển trạm ASRS. - Sửa đổi kết nối phần cứng và chương trình cho phù hợp với các ứng dụng tương tự khác. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn. Nội dung chính: 1. CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG ASRS 1.1. Cấu tạo chung Cấu tạo của trạm ASRS bao gồm: ① Khung chính ② Pallet ③ DC motor (trục Y) ④ Cơ cấu vận chuyển Pallet ⑤ Cảm biến tiệm cận điện từ ⑥ Động cơ trục chính ⑦ Rơ le và PLC ⑧Module vận hành Hình 6- 1 Sơ đồ tổng thể của hệ thống 1.2. Cơ cấu truyền động Cơ cấu nâng hạ giúp hệ theo phương đứng (Y) thống di chuyển tới các tầng khác nhau một cách linh hoạt 97 Hình 6- 2 Cơ cấu di chuyển theo phương Y Cơ cấu di chuyển theo phương dọc (Z) bằng thanh trượt có nhiệm vụ vào phòng chờ lấy palel và cất palel. Hình 6- 3 Cơ cấu di chuyển theo phương Z Cơ cấu di chuyển ngang (X) bằng trục vit me có nhiệm vụ đưa đua cơ cấu nâng hạ đến vị trí cất và lấy palel. Hình 6- 4 Cơ cấu di chuyển theo phương X 1.3. Các loại cảm biến (Tham khảo mục 1.2 bài 4) 98 2. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ - Di chuyển đến vị trí 2 (trục X): Vị trí ban đầu là vị trí 1 - Đưa Palel vào vị trí - Di chuyển pallet ở vị trí (1.1) đến (2.1) 99 3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Bảng địa chỉ vào/ra TT Ký hiệu Địa chỉ Ghi chú 1 START I0.0 Khởi động 2 STOP I0.1 Dừng 3 RESET I0.2 Khởi động lại hệ thống 4 EMG Emergency I0.3 Dừng khẩn 5 XB1 I0.4 Cảm biến vị trí bắt đầu XB 1 6 XB2 I0.5 Cảm biến vị trí XB 2 7 XB3 I0.6 Cảm biến vị trí XB 3 8 XB4 I0.7 Cảm biến vị trí XB 4 9 XB5 I1.1 Cảm biến vị trí XB 5 10 YB1 I1.2 Cảm biến vị trí YB 1 11 YB2 I1.3 Cảm biến vị trí YB 2 12 YB3 I1.4 Cảm biến vị trí YB 3 13 YB4 I1.5 Cảm biến vị trí YB 4 14 ZB1 I1.6 Cảm biến vị trí ZB 1 15 ZB2 I1.7 Cảm biến vị trí ZB 2 16 ZB3 I2.0 Cảm biến vị trí ZB 3 17 XM1_A Q0.0 X-RIGHT 100 18 XM1_B Q0.1 X-LEFT 19 YM1_A Q0.2 Y-UP 20 YM1_B Q0.3 Y-DOWN 21 ZM1_A Q0.4 Z-EJECT 22 ZM1_B Q0.5 Z-INSERT 3.2. Chương trình điều khiển 4. SƠ ĐỒ KẾT NỐI CỦA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ VÀO/RA 4.1. Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị Hình 6- 5 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị xmA Start 1.6 1.7 1.51m 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 l+1.6 1.7 +24p 24n xB1 xB2 XB3 XB4 xB5 YB1 YB2 YB3 1YB4 ZB1 ZB2 +24p 24n Stop Reset EMG ZB3 xmB YmA YmB ZmA ZmB k1 k1 k2 k3 k4 k5 k6 1.51m 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 l+ Siemens simatic s7-300 101 4.2. Sơ đồ điều khiển động cơ Hình 6- 6 Sơ đồ điều khiển động cơ 5. BÀI TẬP ỨNG DỤNG Lập trình theo yêu cầu công nghệ sau: Ấn S1 để khởi động hệ thống Ấn S2 để dừng hệ thống Khi có xe vào, muốn cất xe ta ấn S3 để chuẩn bị cất xe Ta có các phòng 1.1, 1.2, 1.3... 2.1, 2.2, 2.3... Nếu muốn cất xe vào phòng 1.1 ấn S4, khi đó động cơ 2 sẽ có điện, cơ cấu chuyển động theo phương đứng di chuyển chạy xuống gặp cảm biến 1 thì dừng lại, đồng thời động cơ 3 có điện chạy thuận cơ cấu di chuyển dọc đưa buke vào vị trí lấy xe gặp công tắc hành trình 1 thì dừng lại và động cơ 2 có điện trở lại cơ cấu chuyển động theo phương đúng chạy ngược lên gặp cảm biến 2 thì dừng lại, đồng thời cấp điện cho động cơ 3 cơ cấu di chuyển dọc đưa xe ra đến vị trí công tắc hành trình 2 thì dừng lại đồng thời động cơ 1 có điện cơ cấu di chuyển ngang đưa xe đến vị trí cảm biến 6, khi gặp cảm biến 6 thì động cơ 1 dừng , khi đó động cơ 3 có điện cơ cấu di chuyển dọc đưa xe vào vị trí gặp công tắc hành trình 1 thì động cơ 3 dừng lại đồng thời động cơ 2 có điện cơ cấu di chuyển theo phương đứng chạy xuống gặp cảm biến 1 thì động cơ 2 dừng đồng thời động cơ 3 có điện cơ cấu theo phương ngang đưa buke ra ngoài gặp công tắc hành trình 2 thì động cơ 3 dừng đồng thời động cơ 1 có điện cơ cấu di chuyển theo phương ngang hoạt động đến vị trí cảm biến 5 thì dừng hệ thống dừng hoạt động kết thúc một chu trình lấy xe. Quá trình cất xe ở các phòng khác hoàn toàn tương tự Nếu muốn lấy xe, ấn nút lấy xe S8, sau đó ấn số phòng (ví dụ phòng 2.2) cơ cấu hoạt động, động cơ 1 có điện cơ cấu di chuyển dọc có điện di chuyển đến vị trí cảm biến 7 thì dừng lại đồng thời động cơ 2 có điện cơ cấu di chuyển theo phương đứng đưa cơ cấu lên gặp cảm biến 3 thì dừng lại khi đó động cơ 3 có điện cơ cấu di chuyển theo phương ngang có điện đưa buke vao vị trí lấy xe gặp công tắc hành trình 1 thì dừng lại đồng thời động cơ 2 có điện cơ cấu di chuyển theo phương đứng nâng xe ở phòng 2.2 lên gặp cảm biến 4 thì dừng lại đồng thời động cơ 3 có điện cơ cấu di chuyển theo phương ngang đưa xe ở phòng 2.2 ra gặp công tắc hành trình 2 thì dừng lại. Khi đó động cơ 1 có điện cơ cấu di chuyển theo phương dọc k3k4 k4 xm k1 k1k2 k2 k5 k5k6 k6 ym k3 +24p 24n zm 102 đưa cơ cấu về vị trí cảm biến 5 thì dừng lại . Khi đó động cơ 3 có điện cơ cấu di chuyển theo phương ngang đưa xe vào vị trí trả xe gặp công tắc hành trình 1 thì dừng lại, động cơ 2 có điện đưa cơ cấu di chuyển theo phương đứng chạy xuống gặp cảm biến 1 dừng, kết thúc quá trình lấy xe. Quá trình lấy xe ở các phòng khác hoàn toàn tương tự 103 BÀI 7. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN MÃ BÀI: PLCNC 7 Giới thiệu: Trong bài toán này thì ta có thể ý nghĩ của chương trình con FB và FC khác nhau ở điểm nào để trong những bài toán lớn ta có thể gọi chúng ra và sử dụng một cách dễ dàng hơn. Các chương trình lớn thường được viết dưới dạng có cấu trúc, gồm khối OB1 và các khối chương trình FB, FC, các khối chương trình hệ thống SFB, SFC. Sử dụng việc lập trình có cấu trúc thì giúp cho chúng ta dễ quản lý, sửa lỗi và thay đổi thuật toán và dễ lập trình theo nhóm. Các khối OB1 và các khối FB, FC thì có thể gọi các khối FC, FB, SFB, SFC. Mục tiêu của bài: - Sử dụng được các khối chương trình OB1, FB, FC - Sử dụng được các khối chương trình hệ thống SFB, SFC - Lập trình trên các loại PLC S7-300 để ứng dụng vào việc điều khiển máy trộn - Sửa đổi kết nối phần cứng và chương trình cho phù hợp với các ứng dụng tương tự khác. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn. Nội dung chính 1. CÁC KHỐI LỆNH SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH Có nhiều khối logic lập trình như sau: + Khối tổ chức OB1 (Organization Block). + Khối hàm hệ thống SFB (System Funtion Block) và khối hàm hệ thống SFC (System Block) tích hợp trong PLC. + FB (Functions Block): trong thư viện hoặc người dùng tự viết. + FC (Function): Khối hàm trong thư việc hoặc người dùng tự viết. + Khối dữ liệu Instance (Instance Data Block): Liên kết với FB hoặc SFB. + Khối dữ liệu chia sẻ Share Data Block. Khối OB1 là giao diện giữa người sử dụng và hệ điều hành PLC. OB được gọi theo chu kì hay có ngắt hay có lỗi khi khởi động PLC. Có nhiều khối OB với các mức ưu tiên khác nhau và khối OB nào có mức ưu tiên cao hơn thì có thể ngắt khối có mức ưu tiên thấp hơn. Tùy loại CPU thì có các loại khối OB khác nhau. 104 Hình 7- 1 Sơ đồ khối chương trình điều khiển 2 . YÊU CẦU CÔNG NGHỆ. Lập trình cho hệ thống trạm trộn chất lỏng A và B. Ta chia khối lập trình thành nhiều khối lập trình nhỏ: Bơm chất A, bơm chất B, van xả, bồn trộn. Ta nhận thấy rằng hai khối bơm lập trình giống nhau, chỉ khác nhau ở khối vào ra In/Out. Trước khi đi lập trình thì ta đi mô tả lần lượt các khối lập trình với các nhiệm vụ khác nhau. 2.1. Khối A/B gồm có bơm, van vào và van ra. Bơm có công suất là 100KW, vòng quay 1200 rpm, lưu lượng 400 lít/phút. Bơm được điều khiển bởi nút Star/Stop trên bảng điều khiển. Số lần Star được hiển thị lên để tiện cho việc bảo dưỡng. 105 Chia thành các khối với nhiệm vụ riêng biệt: Hình 7- 2 Sơ đồ công nghệ trộn Bơm được phép hoạt động khi: + Bồn không đầy. + Van xả đóng. + Nút Emergency không tác động ( Nút bảo trì hệ thống). Bơm tắt khi cảm biến lưu lượng báo không có dòng chảy từ khi bơm hoạt động được 7s. Van được điều khiển bởi việc cấp điện vào cuộn hút. Van phải mở trước 1s khi bơm chạy. 2.2. Khối bồn trộn. Có bồn trộn và các cảm biến mức. Động cơ bồn trộn có công xuất là 100KW, vòng quay là 1200 rpm. Động cơ được điều khiển bằng nút Star/Stop trên bảng điều khiển, số lần Star được hiển thị trên bảng điều khiển để tiện bảo dưỡng, bảo trì. Động cơ hoạt động khi: + Chất lỏng trên mức tối thiểu. + Van xả đóng. + Nút Emergency không tác động. Động cơ tắc khi khởi động và vận tốc không đạt được định mức sau 10s. Có 3 cảm biến dạng contact. Các cảm biến này đều là thường hở và khi có nước thì chúng đóng lại. 2.3. Van xả. Được điều khiển từ bảng điều khiển. Van xả được phép hoạt động khi các động cơ ngừng hoạt động. Cảm biến mức báo bồn chưa cạn, nút Emergency không tác động. Van xả đóng nếu cảm biến mức báo bồn cạn. 106 Bảng điều khiển để điều khiển và hiển thị các trạng thái của các động cơ. Báo mức bồn, báo trạng thái bảo trì. Hình 7- 3 Sơ đồ tủ điều khiển 2.4. Phân tích bài toán. Ta nhận thấy rằng có 3 động cơ có thể lập trình bằng khối Logic chung. Sáu ngõ vào là 2 nút nhấn Star/Stop, nút nhấn Reset_maint đèn bảo trì, tín hiệu báo động cơ chạy dừng Response, số hiệu Timer (Timer_No), và thời gian Timer là (Response_Timer). Bốn đầu ra là : đèn báo lỗi (Fault), đèn báo động cơ hoạt động dừng ( Star_Dsp, Stop_Dsp), và đèn bảo trì ( Maint). Tín hiệu vào ra là Motor. Khối logic này lập trình dưới dạng FB vì nó cần lưu trữ trạng thái các biến. Các van cũng được điều khiển bằng khối Logic FC với 2 tín hiệu đầu vào là đóng mở van (Open/Close), tín hiệu ra là đèn báo trạng thái van mở/đóng ( Dsp_Open, Dsp_Close). Tín hiệu vào ra điều khiển van ( Valve). Khối này không có lưu biến và thực hiện bằng khối FC. Cấu trúc chương trình: Chương trình chính OB1 gọi các hàm logic FB1 để điều khiển động cơ, có 3 động cơ tương ứng với 3 khối dữ liệu Instance là DB1, DB2, DB3. Hàm FC1 được OB1 gọi ra khi điều khiển các van. Các khối FB, FC phải được lập trình trước các khối FB. 107 Hình 7- 4 Sơ đồ khối chương trình OB1, FC1, FB1, DB1, DB2, DB3 3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.1. Bảng địa chỉ vào/ra Symbolic Name Address Data Type Description Feed_pump_A_start I0.0 BOOL Starts the feed pump for ingredient 108 A Feed_pump_A_stop I0.1 BOOL Stops the feed pump for ingredient A Flow_A I0.2 BOOL Ingredient A flowing Inlet_valve_A Q4.0 BOOL Activates the inlet valve for ingredient A Feed_valve_A Q4.1 BOOL Activates the feed valve for ingredient A Feed_pump_A_on Q4.2 BOOL Lamp for ”feed pump ingredient A running" Feed_pump_A_off Q4.3 BOOL Lamp for ”feed pump ingredient A not running" Feed_pump_A Q4.4 BOOL Activates the feed pump for ingredient A Feed_pump_A_fault Q4.5 BOOL Lamp for ”feed pump A fault" Feed_pump_A_maint Q4.6 BOOL Lamp for ”feed pump A maintenance" Feed_pump_B_start I0.3 BOOL Starts the feed pump for ingredient B Feed_pump_B_stop I0.4 BOOL Stops the feed pump for ingredient B Flow_B I0.5 BOOL Ingredient B flowing Inlet_valve_B Q5.0 BOOL Activates the inlet valve for ingredient A Feed_valve_B Q5.1 BOOL Activates the feed valve for ingredient B Feed_pump_B_on Q5.2 BOOL Lamp for ”feed pump ingredient B running" Feed_pump_B_off Q5.3 BOOL Lamp for ”feed pump ingredient B not running" Feed_pump_B Q5.4 BOOL Activates the feed pump for ingredient B Feed_pump_B_fault Q5.5 BOOL Lamp for ”feed pump B fault" Feed_pump_B_maint Q5.6 BOOL Lamp for ”feed pump B maintenance" Agitator_running I1.0 BOOL Response signal of the agitator motor Agitator_start I1.1 BOOL Agitator start button Agitator_stop I1.2 BOOL Agitator stop button Agitator Q8.0 BOOL Activates the agitator 109 Agitator_on Q8.1 BOOL Lamp for "agitator running" Agitator_off Q8.2 BOOL Lamp for "agitator not running" Agitator_fault Q8.3 BOOL Lamp for ”agitator motor fault" Agitator_maint Q8.4 BOOL Lamp for ”agitator motor maintenance" Tank_below_max I1.3 BOOL Sensor ”mixing tank not full" Tank_above_min I1.4 BOOL Sensor ”mixing tank above minimum level" Tank_not_empty I1.5 BOOL Sensor ”mixing tank not empty" Tank_max_disp Q9.0 BOOL Lamp for "mixing tank full" Tank_min_disp Q9.1 BOOL Lamp for "mixing tank below minimum level" Tank_empty_disp Q9.2 BOOL Lamp for "mixing tank empty" Drain_open I0.6 BOOL Button for opening the drain valve Drain_closed I0.7 BOOL Button for closing the drain valve Drain Q9.5 BOOL Activates the drain valve Drain_open_disp Q9.6 BOOL Lamp for "drain valve open" Drain_closed_disp Q9.7 BOOL Lamp for "drain valve closed" EMER_STOP_off I1.6 BOOL EMERGENCY STOP switch Reset_maint I1.7 BOOL Reset switch for the maintenance lamps on all motors Motor_block FB1 FB1 FB for controlling pumps and motor Valve_block FC1 FC1 FC for controlling the valves DB_feed_pump_A DB1 FB1 Instance DB for controlling feed pump A DB_feed_pump_B DB2 FB1 Instance DB for controlling feed pump B DB_agitator DB3 FB1 Instance DB for controlling the agitator motor 3.2. Chương trình điều khiển FB là khối logic với các biến in, out, in_out, Static và temp, được tạo ra trong bảng biến địa phương đi kèm. Các biến in, out, in_out là các tham số hình thức có địa chỉ cụ thể do chương trình gọi truyền đến, biến static là biến trong chương trình FB nó được lưu lại khi ra khỏi khối FB, còn biến Temp thì mất giá trị khi ra khỏi khối FB. Kèm với các DB là các khối dữ liệu Data Block chứa các biến in, out, in_out, Static. Có thể có nhiều Data Block cho một FB khi một FB cho các nhiệm vụ khác nhau, gọi là Instace Data Block. Khi chương trình gọi FB thì cần phải kèm theo các Instace tương ứng. Ta vào cửa sổ Project bấm chuột phải –Insert New Object – Function Block thêm vào khối FB1. Bấm chuột vào khối FB1 để soạn thảo chương trình cho khối. Ta vào bảng khai báo biến để khai báo các biến 110 hình thức cho khối theo thứ tự in, out, in_out, static và temp. Bảng biến FB “ Moto_Block” như sau: Address Declaration Name Type Initial Value 0.0 IN Start BOOL FALSE 0.1 IN Stop BOOL FALSE 0.2 IN Response BOOL FALSE 0.3 IN Reset_Maint BOOL FALSE 2.0 IN Timer_No TIMER 4.0 IN Response_Time S5TIME S5T#0MS 6.0 OUT Fault BOOL FALSE 6.1 OUT Start_Dsp BOOL FALSE 6.2 OUT Stop_Dsp BOOL FALSE 6.3 OUT Maint BOOL FALSE 8.0 IN_OUT Motor BOOL FALSE 14.0 STAT Starts INT 0 16.0 STAT Start_Edge BOOL FALSE Các biến Timer_Bin, Timer_BCD để lưu thời gian Timer. Starts lưu số lần hoạt động của động cơ, Start_Edge để phục vụ cho việc lấy cạnh sườn lên. Phần khai báo tên hình thức cho biến địa phương: Tiếp theo dựa vào yêu cầu của bài toán mà ta đi lập trình cho khối logic FB để điều khiển các động động cơ: 111 112 Sau khi lập trình xong khối FB thì ta đi tạo thêm 3 khối DB của FB1 loại Instance Data Block để quản lý biến điều khiển của lần lượt 3 động cơ. 113 Ta đi lập trình cho khối FC để điều khiển các van. Khối FC với các biến in, out, in_out do chương trình gọi cung cấp địa chỉ cụ thể. Ngoài ra thì nó còn có biến Temp để sử dụng nội bộ. Do khối FC không có bộ nhớ nên khi đi ra ngoài khối FC thì dữ liệu sẽ bị mất.Trước tiên tạo khối FC. 114 Khai báo tên hình thức cho biến cục bộ: Bước cuối cùng là ta đi lập trình cho khối OB1 115 116 117 118 119 120 121 122 123 Cuối cùng là ta nhấn Save lại và Download chương trình và chạy thử nghiệm. 4. BÀI TẬP ỨNG DỤNG Bài 1. Lập trình và kết nối PLC S7-300 điều khiển máy trộn công nghệ sau: - Ấn Start tác động mở Valve 1 và Valve 2 cho phép 2 chất lỏng bắt đầu đổ vào bình chứa. 124 - Khi bình chứa được đổ đầy, công tắc dò mức di chuyển lên chạm S1, làm ngắt 2 Valve 1 và 2, và khởi động Motor hoạt động để trộn lẫn 2 chất lỏng. - Motor hoạt động như sau: Chạy thuận 5 giây, chạy ngược 5 giây; chạy 5 chu kỳ thuận ngược như vậy rồi tự động dừng. - Sau khi trộn xong thì Valve X mở để xả chất lỏng đã trộn ra ngoài. - Khi bình chứa đã xả hết thì công tắc dò mức di chuyển xuống chạm S2, tác động đóng Valve X - Hệ thống tự động hoạt động lại từ đầu cho đến hết 3 mẻ trộn thì tự động dừng. Nếu thực hiện lại ta phải ấn nút Reset - Người ta có thể dừng hệ thống bất kỳ lúc nào bằng nút Stop - Trong lúc hệ thống đang hoạt động mà có bất kỳ sự cố nào xảy ra thì dừng ngay Hình 7- 5 Sơ đồ công nghệ máy trộn 1 Bài 2. Bài 1. Lập trình và kết nối PLC S7-300 điều khiển máy trộn công nghệ sau: + Chế độ auto: Chuyển công tắc chế độ sang auto, khi nhấn và nút RUN (ban đầu thùng rỗng tiếp điểm của các biến trở mở ) –PLC ra lệnh cấp điện cho P1 bơm liệu 1 vào bình. Khi liệu 1 đầy lên vị trí ls1 ( tiếp điểm ls1 đóng lại ) – P1 vẫn tiếp tục bơm. Khi liệu 1 đầy lên đến vị trí ls2 – PLC ra lệnh dừng P1 đồng thời ra lệnh khởi động P2 và SM thực hiện khuấy. Khi liệu 2 được P2 bơm đầy đến vị trí ls3 –PLC ra lệnh dừng P2 và SM vẫn tiếp tục khuấy. Sau 1 phút PLC ra lệnh dừng SM đồng thời ra lệnh mở V bắt đầu quá trình xả. Khi liệu xả ra ngoài thì lần lượt tiếp điểm của các cảm biến ls3, ls2, ls1 mở ra. Khi ls 1 mở ra thì PLC ra lệnh đóng van V đồng thời ra lệnh đóng bơm P1 quá trình lặp lại như trên . Chế độ man: Khi chuyển công tắc chuyển chế độ sang vị trí man thì P1, P2, SM, V được điều khiển bởi các nút nhấn trên bảng điều khiển. Khi nhấn vào nút STOP thì toàn bộ hệ thống dừng. 125 run stop man auto bp1 bp2 bm bv ls 1 ls 2 ls 3 V P2P1 SM Hình 7- 6 Sơ đồ công nghệ máy trộn 2 126 BÀI 8. SỬ DỤNG MODULE ANALOG VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC MÃ BÀI: PLCNC 8 Giới thiệu: 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 lượngVì vậy người 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 xử lý các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện thì trong PLC chúng ta sử dụng module Analog Mục tiêu của bài: - Sử dụng được các hàm FC106 và FC106 - Sử dụng các hàm để lập trình trên các loại PLC S7-300 để điều khiển ổn định mức. - Sửa đổi chương trình cho phù hợp với các ứng dụng tương tự khác. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn. Nội dung chính: 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MODULE ANALOG. Tương tự như trong PLC S7-200, S7-300 cũng sử dụng các Module Analog để vào/ra tín hiệu analog. Trong thực tế ta gặp những bài toán như: Sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ theo sự tăng của nhiệt độ, hay điều chỉnh van mở từ (0100)% phụ thuộc vào lưu lượng nước trong bể...Vậy làm thế nào để xử lý được các tín hiệu ở dạng tương tự đó? Module analog chính là một công cụ để giải quyết bài toán này. 1.1. Khái niệm module analog Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương từ thông qua việc xử lý các tín hiệu số. 1.2. Analog input module 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.Ví dụ như đo lưu lượng nước, đo nhiệt độ 1.3. Analog output module 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. Ví dụ như điều khiển quạt quay phụ thuộc vào nhiệt độ phòng 1.4. Nguyên lý chung của các bộ cảm biến 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 lượngVì vậy người 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 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện. - Điện áp : (010)V, (05)V,  5V 127 - Dòng điện : (420)mA, (020)mA,  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 bị chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp. Thiết bị này được gọi là các Transmiter. 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 chính xác là thiết bị đo và chuyển đổi đo (Transducer). Hình 8- 1 Sơ đồ biến đổi tín hiệu Analog 1.5. Đặc điểm của module SM331 (AI2x12Bit) SM 331 là một module đầu vào tương tự gồm có:  Hai kênh đầu vào tương tự, tạo thành nhóm.  Độ phân giải tùy thuộc vào cách chọn giá trị của “integration time” : - 9 bít + dấu. - 12 bit + dấu. - 14 bít + dấu.  Phương pháp có thể chọn là: - Dòng điện. - Điện áp. - Điện trở. - Nhiệt đô.  Sơ đồ khối. 128 Hình 8- 2 Sơ đồ khối module Analog SM331  Phương pháp đo và dải đầu vào: 129 Phương pháp đo Dải đo Thiết lập E : Điện áp ±80 mV ±250 mV ±500 mV ±1000 mV A ±2.5 V ±5 V 1 tới 5V ±10 V B Các loại cặp nhiệt TC-I, TC-E A 2DMU : đo dòng 2 dây 4÷20mA D 4DMU: đo dòng 4 dây C R-4L A TC-IL A TC-EL A RTD-4L A 1.6. Đặc điểm của module ra analog SM332 (AO2x12Bit)  SM332 là module đầu ra tương tự có: - Hai kênh đầu ra riêng lẻ. - Đầu ra có thể lựa chọn kiểu dòng hoặc áp. - Độ phân giải 12 Bit.  Sơ đồ khối: 130 Hình 8- 3 Sơ đồ khối module Analog SM332  Bảng thiết lập đầu ra: 131 Kiểu Dải đầu ra Điện áp ±10V 0÷10V 1÷5V Dòng điện ±20mA 0÷20mA 4÷20mA 2. SỬ DỤNG HÀM THƯ VIỆN FC 105 VÀ FC 106 Trong PLC S7-300 tích hợp sẵn hàm chuyển đổi các giá trị analog trong thư viện. Đó là FC105 và FC106. 2.1. Hàm căn chỉnh tín hiệu đầu vào FC105 .  Mô tả chức năng SCALE: Nhận một giá trị kiểu Integer (IN) và chuyển đổi thành giá trị kiểu số thực trong đơn vị điện và được scale giữa giới hạn thấp và giới hạn cao (LO_LIM và HI_LIM). Kết quả được ghi vào cổng OUT.  SCALE sử dụng phương trình: OUT=[((FLOAT (IN) – K1)/(K2 – K1))*(HI_LIM - LO_LIM) ] + LO_LIM Trong đó : K1 và K2 được set dựa vào giá trị đầu vào hoặc BIPOLAR hoặc UNIPOLAR. BIPOLAR: Giá trị integer đầu vào nằm giữa -27648 và 27648. + K1 = -27648.0 + K2 = +27648.0 UNIPOLAR: Giá trị đầu vào integer nằm giữa 0 và 27648. + K1 = 0.0 + K2 = +27648.0 Nếu giá trị integer đầu vào lớn hơn K2 thì đầu ra (OUT) được giữ ở HI_LIM và báo lỗi. Nếu giá trị integer đầu vào thấp hơn K1 thì đầu ra được giữ ở LO_LIM và báo lỗi 132 Các tham số của hàm FC105: Tham số Tên Loại Data Vùng nhớ Miêu tả EN Input BOOL I, Q, M, D, L Cho phép đầu vào với trạng thái tín hiệu của 1 ENO Output BOOL I, Q, M, D, L Cho phép đầu ra có một trạng thái tín hiệu ra của 1 nếu chức năng được thực hiện không bị lỗi IN Input INT I, Q, M, D, L, P, const Giá trị đầu vào được scale thành giá trị thực của các đơn vị điện HI_LIM Input REAL I, Q, M, D, L, P, const Giới hạn trên của các đơn vị điện LO_LIM Input REAL I, Q, M, D, L, P, const Giới hạn dưới của các đơn vị điện BIPOLAR Input BOOL I, Q, M, D, L, P Trạng thái tín hiệu của 1 chỉ thị giá trị Input là Bipolar. Trạng thái tín hiệu 0 chỉ thị giá trị input là Unipolar OUT Output REAL I, Q, M, D, L, P Kết quả của Scale RET_VAL Output WORD I, Q, M, D, L, P Giá trị trả về của W#16#0000 nếu chỉ dẫn lệnh không bị lỗi. Thông tin lỗi: + Nếu giá trị integer đầu vào lớn hơn K2 thì đầu ra (OUT) được giữ ở HI_LIM và báo lỗi. Nếu giá trị integer đầu vào nhỏ hơn K1 thì đầu ra được giữ ở LO_LIM và bào lỗi. Trạng thái tín hiệu của ENO là 0 và RET_VAL bằng với W#16#0008. Ví dụ sử dụng: 133 2.2. Hàm căn chỉnh tín hiệu đầu ra FC106 “UNSCALE” Mô tả chức năng. + Chức năng UNSCALE nhận một giá trị kiểu Real (IN) trong các đơn vị điện và được scale giữa giới hạn thấp và giới hạn cao (LO_LIM và HI_LIM) sau chuyển đổi thành giá trị kiểu nguyên. Kết quả được ghi vào cổng OUT. UNSCALE sử dụng phương trình: OUT=[((IN – LO_LIM)/(HI_LIM – LO_LIM))*(K2 – K1)]+ K1 Hằng số K1 và K2 được set dựa vào giá trị đầu vào hoặc BIPOLAR hoặc UNIPOLAR. BIPOLAR: Giá trị integer đầu ra nằm giữa -27648 và +27648. + K2 = -27648.0 + K2 = +27648.0 UNIPOLAR: Giá trị đầu ra integer nằm giữa 0 và 27648. + K1 = 0.0 + K2 = +27648.0 Nếu giá trị đầu vào nằm ngoài dải LO_LIM và HI_LIM thì đầu ra (OUT) được giữ gần hơn với hoặc giới hạn thấp hoặc giới hạn cao trong một dải xác định (BIPOLAR hoặc UNIPOLAR) và báo lỗi. Thông tin lỗi: 134 Nếu giá trị đầu vào nằm ngoài dải LO_LIM và HI_LIM thì đầu ra (OUT) được giữ gần hơn với hoặc giới hạn thấp hoặc giới hạn cao trong một dải xác định (BIPOLAR hoặc UNIPOLAR) và báo lỗi. Trạng thái tín hiệu ENO là 0 và RET_VAL bằng với W#16#0008. Các tham số FC106 Tham số Tên Loại Data Vùng nhớ Miêu tả EN In BOOL I, Q, M, D, L Cho phép đầu vào khi trạng thái tín hiệu của 1. ENO Out BOOL I, Q, M, D, L Cho phép đầu ra có trạng thái 1 nếu chức năng được thực hiện không bị lỗi. IN In REAL I, Q, M, D, L, Const. Giá trị đầu vào được unscale thành giá trị nguyên. HI_LIM In REAL I, Q, M, D, L, Const. Giới hạn trên của các đơn vị điện. LO_LIM In REAL I, Q, M, D, L, Const. Giới hạn dưới của các đơn vị điện. BIPOLAR In BOOL I, Q, M, D, L Trạng thái tín hiệu 1 chỉ thị giá trị Input là Bipolar. Trạng thái tín hiệu 0 chỉ thị giá trị input là Unipolar OUT Out INT I, Q, M, D, L Kết quả của unscale RET_VAL Out WORD I, Q, M, D, L Giá trị trả về của W#16#0000 nếu chỉ dẫn lệnh không bị lỗi. Ví dụ sử dụng: 135 3. ỨNG DỤNG MODHLE ANALOG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 3.1. Yêu cầu công nghệ Bài toán điều khiển mức nước trong bình: Hình 8 - 4 Yêu cầu công nghệ bài toán điều khiển mức nước Ở đây ta sẽ quan tâm tới hai tín hiệu analog và ứng dụng module analog cũng như sử dụng các hàm trong thư viện vào bài toán này: - Tín hiệu ra điều khiển van. - Tín hiệu đo mức nước từ cảm biến siêu âm. 136 Hình 8 - 5 Tín hiệu mở van và tín hiệu khoảng cách Yêu cầu : - Viết chương trình đọc mức nước thực. - Viết chương trình mở van ở một vị trí bất kì. 3.2. Tính toán mức nước từ cảm biến. - Nguyên tắc hoạt động của bộ cảm biến mức như sau: + Khi mức nước ở h1 : tín hiệu ra là nhỏ nhất là 4mA + Khi mức nước ở h2 : tín hiệu ra là lớn nhất là 20mA - Nguyên tắc của bộ analog đầu vào : + Khi có dòng là 4 mA đặt ở đầu vào thì nó sẽ chuyển đổi thành số 0 ở đầu ra. Con số này sẽ được đưa tới CPU để xử lý. + Tương tự khi có dòng là 20mA thì con số đó là 27648. Sự biến đổi từ giá trị đầu vào tương tự sang đầu các con số là sự biến đổi 1 – 1 và hoàn toàn tuyến tính. Như vậy ta lập được mối quan hệ như sau: Hình 8 - 6 Mối quan hệ giữa tín hiệu tương tự và giá trị chuyển đổi 137 Mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra có dạng đường thẳng : y = ax + 4 Dễ dàng nhận ra phương trình trên có dạng: + y = 1728 1 x +4. Nếu cần tính dòng điện đầu vào. + y = 27648 4h2 x +h1. Nếu cần tính mức đầu vào. Dựa vào phương trình trên ta có thể viết chương trình tính toán. Hoặc là sử dụng hàm có sẵn trong thư viện, là hàm FC105 “SCALE”. 3.3. Điều khiển van. - Van được điều khiển bằng dòng điện . + Khi dòng điện cấp cho van là 4mA, van sẽ đóng hoàn toàn (0%). + Khi dòng điện cấp cho van là 20mA, van sẽ mở hoàn toàn (100%). + Nếu dòng điện ở một giá trị bất kì trong dải 4÷20mA thì van sẽ mở ở một vị trí bất kỳ 0÷100%. - Nguyên tắc hoạt động của bộ analog đầu ra : + Khi đặt vào module số 0 , đầu ra của module sẽ chuyển sang tín hiệu dòng 4mA + Tương tự khi đặt con số 27648, thì giá trị đầu ra sẽ là 20mA Ta xây dựng được mối quan hệ như sau : Hình 8 - 7 Mối quan hệ giữa tín hiệu số và giá trị đầu ra Analog Tương tự ta cũng xây dựng được phương trình biểu diễn mối quan hệ: + y = 1728x -6912. Nếu chọn x là dòng điện cần tạo ra. + y = 5 6912 x . Nếu chọn x là độ mở van. Ta có thể viết hàm để tính toán theo phương trình trên. Hoặc sử dụng hàm sẵn có trong thư viện, là FC106 “UNSCALE” 3.4. Viết chương trình trong phần mềm Step7. Tạo một Project mới. Cấu hình phần cứng. 138 Viết chương trình trong khối OB1. Tiến hành mô phỏng trên PLCSIM. + Khởi động PLCSIM với cửa sổ như sau : 139 Hình 8 - 8 Mô phỏng chương trình - Download cấu hình cứng. - Download các khối hàm FC105,FC106. - Download khối chương trình trong OB1. Hình 8 - 9 Giám sát hoạt động của OB1 Giám sát trên OB1 : 140 4. BÀI TẬP Ứng dụng các hàm FC105 và FC106 để điều khiển ổn định nhiệt độ trong các lò gia nhiệt. 141 BÀI 9. SỬ DỤNG MODULE PID VÀ ỨNG DỤNG PID ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC MÃ BÀI: PLCNC 9 Giới thiệu Ta đã biết trong thực tế bộ điều khiển PID được sử dụng rất nhiều (>90% trong công nghiệp) và theo thống kê thì bộ điều khiển PI được sử dụng nhiều nhất. Trong phần mềm Step7 đã tích hợp sẵn các khối hàm thực hiện chức năng bộ điều khiển PID, bao gồm : - Bộ điều khiển liên tục : CONT_C. - Bộ điều khiển bước : CONT_S. - Ngoài ra còn khối PULSEGEN phục vụ cho việc điều chế độ rộng xung. Tùy vào cách điều khiển, cơ cấu chấp hành... mà ta lựa chọn bộ điều khiển cho phù hợp. Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển các đối tượng như : nhiệt độ, mức, lưu lượng, tốc độ của động cơ Ngoài ra, trong phần mềm Step7 còn có hai khối hàm chuyên để điều khiển nhiệt độ : TCONT_CP và TCONT_S Mục tiêu của bài: - Sử dụng được các khối CONT_C và CONT_S. - Sử dụng các khối để lập trình trên các loại PLC S7-300 để điều khiển ổn định mức. - Sửa đổi chương trình cho phù hợp với các ứng dụng tương tự khác. - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn. Nội dung chính: 1. SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 1.1. Khối tổ chức của bộ điều khiển PID Hình 9- 1 Khối tổ chức PID Một module PID mềm gồm có các thành phần : Các khối hàm chức năng: có thể là khối CONT_C, CONT_S, hoặc PULSEGEN. Phần giao diện gán tham số cho bộ điều khiển : gán các tham số cần thiết cho bộ điều khiển. 142 - Sử dụng, vận hành: bao gồm các phần mô tả các khối chức năng. 1. 2. Module mềm FB41 “CONT_C” . Module mềm PID “CONT_C” là một bộ điều khiển PID có đầu vào và đầu ra là các tín hiệu liên tục (analog). Bộ PID có thể được sử dụng làm bộ điều khiển có điểm đặt cố định hoặc sủ dụng là bộ điều khiển nhiều vòng như điều khiển tầng, và điều khiển tỉ lệ. Chức năng của bộ điều khiển này dựa trên thuật toán điều khiển PID. Sơ đồ khối của bộ điều khiển: Hình 9- 2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID Module mềm PID gồm có tín hiệu chủ đạo SP_INT, tín hiệu ra của đối tượng PVF_PER, tín hiệu giả để mô phỏng tín hiệu ra của đối tượng PV_IN, các biến trung gian trong trong quá trình thực hiện luật và thuật toán điều khiển PID như PV_PERON, P_SEL, I_SEL 143 Tín hiệu chủ đạo SP_INT : được nhập dưới dạng dấu phẩy động. Tín hiệu ra của đối tượng PV_PER : được nhập dưới dạng số nguyên có dấu hoặc dưới dạng số thực dấu phảy động. Thông qua một hàm nội CRP_IN nó sẽ chuyển đổi kiểu biểu diễn của PV_PER sang số thực dấu phảy động có giá trị nằm trong khoản -100100% theo công thức: Tín hiệu ra của CRP_IN = PV_PER. 27648 100 Hàm chuẩn hóa : PV_NORM sẽ chuẩn hóa tín hiệu ra của CRP_IN theo công thức : Tín hiệu ra của PV_NORM = (Tín hiệu ra của CRP_IN).PV_FAC + PV_OFF Bảng mô tả các tham số của bộ điều khiển : + Bảng mô tả tham số đầu vào : Tham số Kiểu loại Dải giá trị Giá trị mặc định Mô tả COM_RS T BOOL FALSE COMPLETE RESTART Khối có chức năng khởi tạo lại hệ thống hoàn toàn khi đầu vào “complete restart” được thiết lập giá trị logic là TRUE MAIN_O N BOOL TRUE MANUAL VALUE ON Khi đầu vào “manual value on” là TRUE, mạch vòng điều khiển sẽ bị ngắt , các giá trị sẽ được thiết lập bằng tay. PVPER_O N BOOL FALSE PROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON Khi đọc biến quá trình từ các cổng vào/ra đầu vào PV_PER phải được nối tới các cổng vào ra và đầu vào “process variable peripheral” có giá trị là TRUE P_SEL BOOL TRUE PROPORTIONAL ACTION ON Chọn luật điều khiển P I_SEL BOOL TRUE INTEGRAL ACTION ON Chọn luật điều khiển I INT_HOL D BOOL FALSE INTEGRAL ACTION HOLD Đầu ra của bộ điều khiển I có thể bị giữ lại không được sử dụng khi ta thiết lập 144 TRUE cho thông số này. I_ITL_ON BOOL FALSE INITIALIZATION OF THE INTEGRAL ACTION Đầu ra của bộ điều khiển I có thể được nối vào cổng vào I_ITL_VAL nếu đầu vào I_ITL_ON có giá trị là TRUE. D_SEL BOOL FALSE DERIVATIVE ACTION ON Chọn thành phần D. CYCLE TIME >=1ms T#1s SAMPLING TIME Thời gian lấy mẫu. SP_INT REAL 100.01 00.0% 0.0 INTERNAL SETPOINT Tín hiệu chủ đạo PV_IN REAL 100.01 00.0% 0.0 PROCESS VARIABLE IN Giá trị khởi tạo có thể đặt ở đầu vào PV_IN cũng có thể được đặt từ biến quá trình PV_PER WORD W#16#0 000 PROCESS VARIABLE PERIPHERAL Biến quá trình được nối với CPU thông qua cổng vào tương tự MAIN REAL 100.01 00.0% 0.0 MANUAL VALUE Cổng vào “manual value” được sử dụng để đặt giá trị bằng các hàm giao diện GAIN REAL 2.0 PROPORTIONAL GAIN Hệ số tỉ lệ của luật P TI TIME >= CYCLE T#20s RESET TIME Hằng số thời gian tích phân TD TIME >= CYCLE T#10s DERIVATIVE TIME Hằng số thời gian vi phân TM_LAG TIME >= CYCLE/ 2 T#2s TIME LAG OF THE DERIVATIVE ACTION Chọn thời gian tích cực của luật điều khiển vi phân DEADB_ W REAL >=0.0% 0.0 DEAD BAND WIDTH Để xử lý tính hiệu nhiễu LMN_HL M REAL LMN_L LM10 0% 100.0 MANIPULATED VALUE HIGH LIMIT Thiết lập bằng tay giới hạn trên 145 LMN_LL M REAL -100 LMN_H LM % 0.0 MANIPULATED VALUE LOW LIMIT Thiết lập bằng tay giới hạn dưới PV_FAC REAL 1.0 PROCESS VARIABLE FACTOR Biến quá trình được nhân với hệ số phù hợp với phạm vi của biến này, Hệ số chọn thông qua cổng PV_FAC PV_OFF REAL 0.0 PROCESS VARIABLE OFFSET Biến quá trình được cộng với một lượng bù cho phù hợp với phạm vi quy định của biến này. Giá trị bù được chọn thông qua PV_OFF LMN_FA C REAL 1.0 MANIPULATED VALUE FACTOR Giá trị giới hạn được nhân với một hệ số bù cho phù hợp với phạm vi quy định của biến quá trình, giá trị bù này được thiết lập thông qua LMN_FAC LMN_OF F REAL 0.0 MANIPULATED VALUE OFFSET Giá trị giới hạn được cộng với với một hệ số bù cho phù hợp với phạm vi quy định của biến quá trình, giá trị bù này được thiết lập thông qua LMN_OFF I_ITLVAL REAL - 100.01 00.0% 0.0 INITIALIZATION VALUE OF THE INTEGRAL ACTION Giá trị đầu ra của bộ điều khiển tích phân có thể được thiết lập thông qua cổng vào 146 I_ITLVAL DISV REAL - 100.01 00.0% 0.0 DISTURBANCE VARIABLE Giá trị đặt bù nhiễu khi sử dụng phương pháp điều khiển thẳng + Bảng mô tả tham số đầu ra : Tham số Kiểu loại Dải giá trị Giá trị mặc định Mô tả LMN REAL 0.0 MANIPULATED VALUE Giá trị được thiết lập bằng tay thông qua cổng ra LMN LMN_PE R WORD W#16#0 000 MANIPULATED VALUE PERIPHERAL Giá trị đầu ra được thiết lập bằng tay theo kiểu biểu diễn phù hợp với cổng vào ra tương tự được chọn qua LMN_PER QLMN_H LM BOOL FALSE HIGH LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED Giá trị thông báo biến quá trình vượt giới hạn trên QLMN_L LM BOOL FALSE LOW LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED Giá trị thông báo biến quá trình vượt giới hạn dưới LMN_P REAL 0.0 PROPORTIONAL COMPONENT Tín hiệu ra của bộ điều khiển tỉ lệ LMN_I REAL 0.0 INTEGRAL COMPONENT Tín hiệu ra của bộ điều khiển tích phân LMN_D REAL 0.0 DERIVATIVE 147 COMPONENT Tín hiệu ra của bộ điều khiển vi phân PV REAL 0.0 PROCESS VALUE Tín hiệu quá trình được xuất ra cổng PV ER REAL 0.0 ERROR SIGNAL Tín hiệu sai lệch được xuất qua cổng ER 1.3. Sử dụng khối FB41 “CONT_C” trong phần mềm Step7 a. Khởi tạo một trạm PLC S7-300 : b. Chèn khối FB41 vào trong Project : Mở thư viện chuẩn của Step7: 148 c. Lựa chọn khối thư viện và copy : 149 d. Paste vào phần Blocks: e. Tạo khối dữ liệu dạng Instance cho FB41: 150 f. Gán tham số cho bộ điều khiển : Vào Start / SIMATIC /STEP 7 / PID Control Parameter Assignment Bạn chọn Open , sau đó chọn khối DB1 vừa tạo: Cửa sổ hiện ra cho phép ta thiết lập các giá trị cho bộ tham số: 151 Để hiểu ý nghĩa của các tham số cần thiết lập, ta tra bảng tham số của bộ PID. 2. SỬ DỤNG BỘ PID “CONT_C” ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC 2.1. Yêu cầu công nghệ Hình 9- 3 Sơ đồ công nghệ Nước được bơm vào bình thông qua một van V-1. Van này có thể điều khiển được. Tín hiệu điều khiển van la tín hiệu dòng điện chuẩn công nghiệp : 4-20mA tương ứng với độ mở của van là 0-100%. Van V-2 là van xả , van này không điều khiển, độ mở của van được thực hiện bằng tay và được đặt trước. Một cảm biến C-1 là loại cảm biến khoảng cách , tín hiệu ra dưới dạng dòng điện : 4-20mA tương ứng với khoảng cách đặt là h1-h2 Yêu cầu bài toán là ổn định mức nước trong bình với một mức h nào đó đạt yêu cầu chất lượng là : Độ quá điều chỉnh là 0%. Thời gian quá độ nhỏ. Phân tích yêu cầu: Hình 9- 4 Sơ đồ đầu vào/ra PLC h V-1 V-2 Q PID Controller Cảm biến đo khoảng cách Input : h1 – h2 Output : 4-20mA output P-2 PV h1 h2 Cảm biến khoảng cách SP 152 2.2. Xây dựng phần cứng trên phần mềm Step7 Cấu hình một trạm CPU với các module như trên : Cấu hình cho 2 module analog: Sau đó biên dịch và Save lại. 2.3. Xây dựng chương trình phần mềm. Lựa chọn và cấu hình cho bộ PID mềm “CONT_C” như phần trên. 153 2.4. Khai báo các địa chỉ vào/ra 2.5. Viết chương trình 154 3. BÀI TẬP ỨNG DỤNG Sử dụng hàm PID trong S7 - 300 lập trình điều khiển hệ thống cân băng định lượng. Hình 9- 5 Sơ đồ điều khiển ổn định lưu lượng BiÕn TÇn PLC Q® Qt 155 BÀI 10. SỬ DỤNG CÁC HÀM THỜI GIAN THỰC VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG MÃ BÀI: PLCNC 10 Giới thiệu: Thực tế có rất nhiều hệ thống hoạt động theo một thời gian thực đặt trước. Ta lấy một ví dụ như sau: Hệ thống điều khiển bơm nước gồm có 3 bơm. Mỗi hôm chỉ chạy có 2 bơm, một bơm nghỉ, và cứ xoay vòng như vậy, nếu một bơm hỏng thì bơm còn lại sẽ chạy nếu có từ 2 bơm bị hỏng trở nên thì báo lỗi. E-1 E-2 E-3 V-1 V-2 V-3 V-6 V-4 V-5 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Hoặc một ví dụ khác như hệ thống sấy sử dụng ánh nắng mặt trời. Đối với những ngày nắng, hệ thống sẽ qui định các mốc thời gian để xoay góc sấy của giàn phơi...v.v anpha Đối với những hệ thống như vậy người ta phải dùng tới thời gian thực tế. Trong phần mềm Step7 đã có những hàm được xây dựng phục vụ cho mục đích này. Mục tiêu của bài: - Sử dụng được các hàm thời gian thực SFC0, SFC1, FC3, FC4, FC5, FC6, FC7, FC8 - Ứng dụng các hàm thời gian thực SFC0, SFC1, FC3, FC4, FC5, FC6, FC7, FC8 lập trình điều khiển hệ thống bơm nước tự động và các ứng dụng theo yêu cầu cụ thể Nội dung chính: 1. CÁC HÀM THỜI GIAN THỰC 1.1. Các hàm thiết lập và lấy thời gian thực ( SFC0, SFC1). a. Hàm thiết lập thời gian SFC0 “SET_CLK”: Hàm SET_CLK cho phép thiết lập thời gian của hệ thống. 156 Mô tả : - Đầu vào : + PDT : đầu vào có kiểu DATE_OF_TIME mà ta muốn thiết lập. + Vùng nhớ : D,L. Ví dụ : 15/01/1995 lúc 10h:30m:30s  DT#1995-01-15-10:30:30. - Đầu ra : + RET_VAL : là giá trị trả về trạng thái nếu hệ thống có lỗi, có kiểu INT. + Vùng nhớ I, Q, M, D, L. b. Hàm đọc thời gian của hệ thống SFC1 “READ_CLK” : Mô tả: Hàm READ_CLK cho phép đọc thời gian thực của hệ thống. - Đầu vào: Không có - Đầu ra : + RET_VAL: là giá trị trả về trạng thái nếu hệ thống có lỗi, có kiểu INT(I,Q,M,D,L) + CDT: đầu ra có kiểu DAT_OF_TIME mà ta lấy được(D,L) c . Hàm FC3 “D_TOD_DT”. - Hàm này cho phép kết hợp kiểu DATE và kiểu TIME_OF_DAY(TOD) thành kiểu DATE_AND_TIME. Ứng dụng để tạo thời gian làm đầu vào cho hàm SFC0. - Đầu vào : + IN1 : là đầu vào kiểu DATE (I,Q,M,L,D,Const) + IN2 : là đầu vào kiểu TOD (I,Q,M,L,D,Const) - Đầu ra : + RET_VAL : là giá trị trả về kiểu DATE_AND_TIME (D,L) d. Hàm FC6 “DT_DATE”. - Hàm này cho phép lấy ra kiểu DATE từ kiểu DATE_AND_TIME - Đầu vào : + IN : là đầu vào kiểu DATE_AND_TIME (D,L) 157 - Đầu ra : + RET_VAL : là giá trị trả về kiểu DATE (I,Q,M,D,L) e. Hàm FC7 “DT_DAY”. - Hàm này cho phép lấy ra ngày trong tuần từ kiểu DATE_AND_TIME - Đầu vào : + N : là đầu vào kiểu DATE_AND_TIME (D,L) - Đầu ra : + RET_VAL : là giá trị trả về kiểu INT (I,Q,M,D,L) là ngày trong tuần: + 1 = Sunday. + 2 = Monday. + 3 = Tuesday. + 4 = Wednesday. + 5 = Thursday. + 6 = Friday. + 7 = Saturday. f. Hàm FC8 “DT_TOD”. - Hàm này cho phép lấy ra kiểu TOD từ kiểu DATE_AND_TIME - Đầu vào : + IN : là đầu vào kiểu DATE_AND_TIME (D,L). - Đầu ra : + RET_VAL : là giá trị trả về kiểu TIME_OF_DAY (I,Q,M,D,L). 2. ỨNG DỤNG THỜI GIAN THỰC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BƠM TỰ ĐỘNG 2.1. Yêu cầu công nghệ điều khiển hệ thống bơm nước tự động E-1 E-2 E-3 V-1 V-2 V-3 V-6 V-4 V-5 Ngày 1 Ngày 2 Ngày 3 Hình 10- 1 Sơ đồ công nghệ điều khiển 3 bơm nước 158 Yêu cầu của bài toán : Hệ thống điều khiển bơm nước gồm có 3 bơm. Mỗi hôm chỉ chạy có 2 bơm, một bơm nghỉ, và cứ xoay vòng như vậy, nếu một bơm hỏng thì bơm còn lại sẽ chạy nếu có từ 2 bơm bị hỏng trở nên thì báo lỗi. Hình 10- 2 Sơ đồ kết nối vào/ra điều khiển hệ thống bơm nước 2.2. Xây dựng phần cứng trên phần mềm Step7 Cấu hình một trạm CPU với các module như trên : 2.3. Viết chương trình điều khiển: Tạo các khối cần thiết : 159 Khai báo các symbol : Khởi tạo trong khối OB100: Chương trình trong khối OB1: 160 161 Cuối cùng là ta Download chương trình và chạy thử nghiệm. 3. BÀI TẬP ỨNG DỤNG Bài 1. Lập trình và kết nối PLC S7-300 điều khiển bơm nước theo yêu cầu công nghệ sau? Hệ quạt thông gió cho đường hầm.  Hệ thống điều khiển gồm hệ PLC S7-300, biến tần, động cơ xoay chiều 3 pha.  Điều khiển động cơ nhảy cấp như sau: Bài 2. Lập trình và kết nối PLC S7-300 điều khiển bơm nước theo yêu cầu công nghệ sau? Cho quá trình hoạt động của 2 bơm nước, bơm 1 bơm từ 5h đến 10h, bơm 15 phút nghỉ 45 phút, bơm 10 ngày trong 1 tháng. Bơm 2 bơm từ 16h đến 20h trong 1 giờ bơm 45 phút nghỉ 15 phút. Bơm 2 hoạt động trong 15 ngày, thời gian bắt đầu hoạt động từ ngày 1/10/2016 162 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic và ứng dựng, NXB Khoa học kỹ thuật 2006 [2]- Trần Thế San (biên dịch), Hướng dẫn thiết kế mạch và lập trình PLC, NXB Đà Nằng 2005 [3]- Tăng Văn Mùi (biên dịch), Điều khiển logic lập trình PLC, NXB Thống kê 2006