Đồ án Điều khiển hệ thống tự động đóng nắp chai bằng PLC

Nội dung text: Đồ án Điều khiển hệ thống tự động đóng nắp chai bằng PLC

1. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Nhận xét của giáo viên phản biện Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -1-
2. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA ĐIỆN  ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐÓNG NẮP CHAI BẰNG PLC Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên thực hiện : Hồ Đình Hưng Mã số sinh viên: 0211040293 Lớp : Đại học Điện A_K2 Vinh, tháng 12 năm 2010 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -2-
3. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH KHOA ĐIỆN  NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐÓNG NẮP CHAI BẰNG PLC Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên thực hiện : Hồ Đình Hưng Mã số sinh viên: 0211040293 Lớp : Đại học Điện A_K2 Nội dung các phần thuyết minh: 1. Giới thiệu chi tiết nội dung đề tài 2. Giới thiệu thiết bị điều khiển và áp dụng viết chương trình cho hệ thống điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC. 3. Lập các sơ đồ mạch động lực và điều khiển cho hệ thống 4. Lập hồ sơ trang bị điện cho hệ thống điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC. 5. Kết luận. Các bản vẽ : (trong thuyết minh) 1. Bản vẽ mô tả hệ thống điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC. 2. Bản vẽ lưu đồ giải thuật mô tả (bằng lời). 3. Bản vẽ lưu đồ giải thuật mã hoá (bằng lôigic). 4. Bản vẽ mạch kết nối của thiết bị điều khiển. 5. Bản vẽ mạch động lực. 6. Bản vẽ mạch điều khiển. Ngày giao đề tài : / /2010 Ngày kết thúc đề tài : / /2010 Vinh, ngày . tháng .năm 2010 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -3-
4. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh MỤC LỤC Lời nói đầu 5 Chương I: Chi tiết nội dung đề tài và giới thiệu về công nghệ 1.1 - Đặt vấn đề 6 1.2 - Yêu cầu công nghệ 6 1.3 - Mô tả hoạt động hệ thống 11 1.4 - Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai 12 Chương II: Giới thiệu tập lệnh cơ bản , thiết bị điều khiển lập trình và chương trình điều khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai trên S7 200 2.1 - Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình 13 2.2 - Tập lệnh cơ bản dùng trong thiết bị điều khiển khả trình PLC S7 – 200. 19 2.3 - Sơ đồ kết nối vào ra của thiết bị PLC S7 – 200 29 Chương III: Sơ đồ mạch động lực và điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC S7 – 200 3.1 - Sơ đồ mạch điều khiển 30 ?????? Chương IV: Trang bị điện hệ thống tự động đóng nắp chai PLC S7 – 200 4.1 - Thiết bị dùng trong hệ thống 37 4.2 - Những chú ý khi vận hàmh và thay thế, sửa chữa 37 Chương V: Kết luận Tài liệu tham khảo 37 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -4-
5. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Lời nói đầu Hiện nay, trong công cuộc xây dựng đất nước trở thành một nước công nghiệp phát triển, cuộc sống ngày càng hiện đại, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất. Mặt khác, với phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã làm xuất hiện một loại thiết bị, thiết bị này đã đáp ứng được yêu cầu nói trên, đó là thiết bị điều khiển khả trình “ PLC ”. Ngày nay với sự tự động hóa ngày càng cao, các nhà máy hầu hết đều áp dụng những tiến bộ khoa học tân tiến nhất để cho ra những sảm phẩm chất lượng cao mà giá thành phù hợp với người tiêu dùng. Mặt khác, để đảm bảo tính chính xác cao hơn trong sản xuất các nhà máy sản xuất bắt buộc phải sử dụng đến máy móc thiết bị tự động, mặc dù có thể chi phí đầu tư cho máy móc thiết bị là lớn, thậm chí rất lớn nhưng do nhu cầu của thị trường và tính cạnh tranh khốc liệt trên thị trường thì việc đưa máy móc thiết bị tự động vào sản xuất là điều tất yếu của các nhà máy. Thực tế, đã từ lâu và hiện nay cũng vậy việc sản xuất những sản phẩm được bảo quản trong chai, lọ,lon là rất nhiều, chúng đóng góp một phần sản phẩm rất lớn cho xã hội .Trong phạm vi đồ án môn học này tôi dùng thiết bị lập trình PLC để viết chương trình cho hệ thống điều khiển tự động đóng nắp chai. Trong thực tế có rất nhiều loại PLC của nhiều hãng sản xuất như : Hãng Siemens - Đức, Omron - Nhật, Goldstar - Hàn quốc trên thị trường Việt Nam. PLC là thiết bị mới đang được ứng dụng rộng rãi cũng như thế chỗ tất cả thiết bị cũ trong tương lai. Thiết bị khả trình PLC mà tôi sử dụng để viết chương trình điều khiển đóng nắp chai trong đồ án này là PLC S7 -200 của hãng Siemens - Đức. Trong quá trình làm đồ án còn gặp nhiều khó khăn, nhưng được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Anh Tuấn em đã hoàn thành xong đồ án này. Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi một số sai sót. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, cũng như các bạn đồng nghiệp để đồ án được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Hồ Đình Hưng Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -5-
6. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Chương I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐÓNG NẮP CHAI 1.1- Đặt vấn đề: Sản phẩm sản xuất được bảo quản trong chai lọ, ngoài sự bảo quản của các hóa chất (nếu có) thì rõ ràng phải được đóng nắp cẩn thận để nhằm bảo quản một cách tốt nhất cho sản phẩm, và hiện nay các sản phẩm đóng chai được sản xuất ngày càng nhiều phục vụ nhu cầu ngày càng cao của xã hội, một phần do các sản phẩm đóng chai nói chung được bảo quản tốt hơn và có thể để được lâu hơn so với khi bảo quản trong hộp, túi nilong và tất nhiên một phần nữa đó là về mặt thẩm mỹ của sản phẩm (ở đây chưa nói về nhãn mác của sản phẩm) nên các sản phẩm đóng trong chai, lọ ngày càng được sản xuất nhiều hơn. Và tất nhiên song song với nó là công nghệ đóng nắp chai điều khiển bằng hệ thống PLC, khâu không thể thiếu trong dây chuyền sản xuất các sản phẩm đóng chai . 1.2 – Yêu cầu công nghệ + Hai băng tải : - Băng tải 1 : chuyền chai - Băng tải 2 : chuyền nắp chai + Có 5 cảm biến lần lượt là : - Cảm biến siêu âm phát hiện chai bị nứt. - Cảm biến quang kiểm tra chai không có nước hoặc chưa đầy. - Cảm biến tiệm cận kiểm tra chai thành phẩm. - Cảm biến quang kiểm tra nắp chai hỏng - Cảm biến quang kiểm tra nắp chai tốt + Các Cylinder được sử dụng như sau : - Cylinder đẩy chai nứt vào ngăn chứa phế phẩm. - Cylinder kẹp chai. - Cylinder tịnh tiến đóng nắp chai. - Cylinder đẩy nắp chai hỏng + Một cái van nhả nắp xuống Cylinder đóng nắp Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -6-
7. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh 1.2.1 Một số loại cảm biến siêu âm Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -7-
8. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Cảm biến siên âm có nhiều loại, tùy theo công dụng như để nhận biết vật trong khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính chất khác nhau và trong những điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta chế tạo các loại cảm biến siêu âm cũng khác nhau. * Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight) Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s. Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian. Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng siêu âm.Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF: d = v • t/2 * Tầm quét của cảm biến siêu âm : Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -8-
9. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Cảm biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một hình quạt, trong đó các điểm ở giữa dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường như có chướng ngại vật nằm ở đâu đó. * Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -9-
10. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh *: Ước tính góc của hình nón cảm biến ở 1 / 2 cảm biến *: Số vang ghi lại bởi cảm biến. Đây là những tiếng vọng ghi từ đọc gần đây nhất, và được ghi đè mới bằng mỗi lần khác nhau. A: Những cảm biến nhỏ hơn điển hình (SRF 05/04 / 08) kích thước. B: Phạm vi thời gian có thể được điều chỉnh xuống bằng cách điều chỉnh được. C: cảm biến này cũng bao gồm một photocell ở mặt trước để phát hiện ánh sáng. D: Hoạt động ở một tần số 235kHz cao hơn. Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -10-
11. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh 1.2.2 Một số loại cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận là giải pháp đủ khả năng và chung nhất để phát hiện đối tượng mà không cần chạm vào. Cảm biến tiệm cận được sử dụng phổ biến nhất là loại cảm ứng từ, nó phát ra một trường điện từ để phát hiện đối tượng kim loại đi qua gần bề mặt của nó. Đây là cách thông thường dễ nhất mà kỹ thuật cảm biến áp dụng cho những ứng dụng phát hiện đối tượng kim loại trong phạm vi một hoặc hai inch của bề mặt cảm biến. Cảm biến tiệm cận của Autonics có 12 chủng loại gồm 6 loại khác nhau, cảm ứng từ và điện dung, và duy trì vị trí số 1 thị trường Hàn Quốc hơn 10 năm qua, và vẫn nỗ lực để cải tiến chất lượng sản phẩm và độ tin cậy cảm biến lên mức cao nhất của thị trường toàn cầu. Nếu bạn đang tìm kiếm loại cảm biến tiệm cận đáng tin cậy và giá cả hợp lý, Autonics là câu trả lời. * CR Serie : Cảm biến tiệm cận loại điện dung * PFI Series : Cảm biến tiệm cận loại dẹp Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -11-
12. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh * PT Series : Hộp mối nối 1.2.3 Một số loại cảm biến quang Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vận hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm sáng không cho chúng chiếu tới thiết bị dò hoặc theo kiểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phản chiếu chùm sáng lên thiết bị dò. Trong cả hai kiểu, cực phát bức xạ thông thường gọi là điốt phát quang (LED) thiết bị dò bức xạ có thể là các transistor quang thường là một cặp transistor. Cặp transistor này làm tăng độ nhạy của thiết bị tuỳ theo mạch được sử dụng đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đến mức cao hoặc mức thấp sau khi ánh sáng truyền đến transistor. Các bộ cảm biến được cung cấp dưới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của vật thể ở khoảng cách ngắn. nguån s¸ng Diode ph¸t quang VËt thÓ C¸c ch©n kÕt VËt thÓ ThiÕt bÞ dß quang häc nèi ®iÖn ThiÕt bÞ dß quang häc 1.2.4 Cylinder Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -12-
13. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Cylinder là một thiết bị giống như trục lăn , dùng để làm những băng chuyền dể di chuyển những vật đặt trên nó . Thiết bị này đặc biệt phù hợp với những nhà máy sản xuất ở Việt Nam chúng ta. *Ta có một số hình ảnh của cylinder như sau: Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -13-
14. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -14-
15. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh 1.3 - Mô tả hoạt động hệ thống Sau khi qua khâu chiết rót, chai được băng tải chuyển đến khâu đóng nắp. Như vậy, bắt đầu qua khâu chiết rót thì khâu tiếp theo sẽ được mô tả như sau : Chai đi từ khâu chiết rót có thể sẽ có chai bị nứt ( không vỡ, vì muốn chiết rót nước vào chai thì trước đó khâu chiết rót phải phát hiện chai bị bể, vỡ trước), vì chai nứt thì vẫn có thể chứa nước nhưng không đẹp về thẩm mỹ nên sẽ không được xuất ra thị trường, vì vậy chai nứt sẽ bị loại ở khâu này(hoặc vẫn có thể sẽ bị loại ở khâu chiết rót). Vậy, một cảm biến siêu âm sẽ được đặt để phát hiện chai bị nứt . Một cảm biến quang sẽ được đặt để phát hiện chai không có nước hoặc chưa đầy nước.Chai nứt và chai không có nước hoặc chưa đầy nước sau khi được cảm biến phát hiện sẽ bị Cylinder đẩy xuống ngăn chứa phế phẩm. Các chai đảm bảo chất lượng tiếp tục được băng tải chuyển đi, Khi chai đi đến chỗ đóng nắp sẽ có một cảm biến tiệm cận phát hiện, và sẽ có một cylinder kẹp chai lại, cùng lúc đó sẽ có một cylinder tịnh tiến xuống đóng nắp chai. Về nắp chai, khi có tín hiệu của cảm biến kiểm tra nắp nguyên thì van sẽ nhả nắp xuống Cylinder dập nắp chai. Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -15-
16. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh 1.4– Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống đóng nắp chai START Hỏng Hỏng Nắp Chai Tốt Tốt Chaihỏng Nứt Đẩy nắp hỏng không được kẹp chai Chưa đầy Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -16-
17. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Đưa vào Cylinder đóng nắp Cylinder đẩy chai kẹp được Đóng nắp phế phẩm phế phẩm END Chương II Giới thiệu tập lệnh cơ bản , thiết bị điều khiển lập trình và chương trình điều khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai trên S7 200 2.1- Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC. Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -17-
18. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh PLC viết tắt của Programable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, bộ điều khiển thoả mãn các yêu cầu: - Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản. - Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. - Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul mở rộng. - Giá cả phù hợp. Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trển việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các tác vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Cơ sở của việc sử dụng PLC: Trong công nghiệp trước đây, các hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch logic điện tử kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống. Điều đó có nghĩa là: Quan hệ giữa các biến vào và các biến ra tuân theo một hàm số, mà hàm số này chính được xác định bởi luật kết nối giữa các phần tử logic. (y1, y2, yn ) = f (x1, x2, xn ) Như vậy đối với mục đích điều khiển xác định thì hàm f cố định. Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và làm việc độc lập thì việc sử dụng các phần tử có sẵn liên kết cứng với nhau có nhiều ưu điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các hệ thống điều khiển phức tạp nhiều chức năng thì những cấu trúc theo kiểu cứng có nhiều nhược điểm như: - Hệ thống cồng kềnh, đầu nối phức tạp dẫn đến độ tin cậy kém. - Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng thì phải dừng cả hệ thống để đấu nối Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -18-
19. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây. - Tính mềm dẻo cao trong hệ thống. - Bộ nhớ: - Bộ nhớ vào ra Bộ định thời Bộ đếm vào- Khối vi xử lý ra trung tâm Bộ đếm + Hệ điều hành Bit cơ Cổng vào ra Bus của PLC Onboard Quản lý ghép nối Cổng ngắt và đếm tốc độ cao Hình 2.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC Trạng thái tín hiệu vào được nhận biết và chứa trong bộ nhớ, nơi PLC thực hiện các lệnh logic được lập trình để xử lý các tín hiệu vào máy và tạo ra các tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị liên quan. Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -19-
20. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh 2.1.1- Cấu trúc PLC bao gồm: Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có một số hạng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng. Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau: Bus địa chỉ Bộ đệm Bus điều khiển Bộ nhớ Bộ nhớ CPU Bộ Bộ trong chương Nguồ bộ vi nhớ nhớ Khối EPROM trình n pin xử lí Clock hệ dữ vào Tuỳ EPROM thống liệu ra chọn ROM RA M Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng Bộ -20- dệm Bus Dữ liệu Bộ đệm Bus hệ thống (vào\ra) Bộ dệm Mạch chốt Panel lập Bộ lọc Mạch giao trình tiếp Mạch cách ly
21. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thường các tín hiệu xuất nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog). a. Mô đun nguồn: (Moudule) Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -21-
22. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều. b. Mô đun CPU:(Centrol rocessor Unit module): Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ: * Bộ vi xử lý (CPU): CPU là một bộ não của PLC. Nó điều khiển và kiểm soát tất cả mọi hoạt động bên trong của PLC. Nó thực hiện những lệnh đã được chương trình hoá lưu trữ bên trong bộ nhớ. Một hệ thống BUS mang thông tin đến và kết nối CPU, bộ nhớ và bộ xuất nhập cũng chịu sự điều khiển của CPU. CPU được cung cấp bởi một tần số đồng bộ do tinh thể thạch anh bên ngoài hay một bộ giao động RC. Mạch dao động này có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động từ 118 MHZ. Tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý đã được sử dụng và phạm vi sử dụng. Một CPU bao gồm 3 thành phần riêng biệt sau: + Bộ điều khiển (CU – Control Unit) gồm khối soạn lệnh và ngăn xếp có nhiệm vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu lệnh. + Bộ lý luận và số học (AIU) để thực hiện các phép toán số học và logic như: cộng trừ, AND, OR, NOT, + Bộ nhớ có tốc độ cao, kích thước nhỏ để lưu các kết quả tạm thời và các thông tin điều khiển. * Bộ nhớ: Bao gồm bộ nhớ chứa chương trình và bộ nhớ dữ liệu.Đơn vị nhỏ nhất của bộ nhớ là bít có giá trị “1” (hoặc “0”). Nhiều bít hợp theo hàng và cột tạo thành một khối bộ nhớ. Nội dung bộ nhớ có thể đọc ra hoặc ghi vào. Mỗi bít được định nghĩa một địa chỉ riêng để bộ nhớ dễ quản lý. Có hai loại bộ nhớ như sau: - Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): Ram là bộ nhớ chính trong mọi máy tính. Kể cả PLC. Bộ nhớ RAM có lợi là dung lượng lớn nhưng giá rẻ. Ram là loại bộ nhớ có thể đọc ghi chương trình một cách dễ dàng. Tuy nhiên dữ liệu trong Ram sẽ bị xoá sạch khi có sự cố về điện. Vì vậy muốn lưu trữ chương trình điều khiển tron bộ nhớ Ram thì người ta dùng phương pháp nuôi bộ nhớ Ram bằng 1 nguồn pin. Nếu cần lưu trữ dài thì ta dùng loại pin có chất lượng cao - Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Rom là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ nhớ này có đặc tính trái ngược với bộ nhớ Ram là rất khó xoá, nên khi có sự cố về điện thì nội dung chương trình vẫn còn trong bộ nhớ. Nhưng hiện này người ta có thể thay đổi nội dung của nó. Tuỳ thuộc vào cách tạo nội dung, cách xoá nội dung, cách nập nội dung Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -22-
23. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh mới vào nó mà ta có các loại bộ nhớ Rom khác nhau như: PROM, EPROM, RPROM, EEPROM, EAROM. Điển hình ở đây ta xét 2 loại bộ nhớ ROM được dùng rộng rãi trong các PLC là EPROM và EEPROM. + EPROM (Erasable Programmable Read – Only Memory): Bộ nhớ Rom có thể xoá nội dung chương trình. Nó được xoá bằng tia cực tím, sau khi nội dung cũ đã xoá thì người ta dùng một thiết bị đặc biệt để ghi nội dung chương trình mới vào trong Rom. Loại này rất phức tạp vì phải dùng thiết bị đắt tiền. + EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read – Only Memory): Bộ nhớ loại này cũng giống như bộ nhớ EPROM nhưng phương thức xoá nội dung chương trình đơn giản hơn. Tức là nó được xoá bằng điện và việc nạp một chương trình mới cho nó cũng đơn giản. Ngoài hai loại trên trong các PLC người ta còn thường dùng FLASH EROM. Đối với những bộ điều khiển logic theo chương trình thuộc loại lớn có thể có nhiều Module CPU nhằm tăng tốc độ xử lý. c. Mô đun nhập: (Input Module) Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ, Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho mọt lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến. Các cảm biến (Sensors) được nối với Module ngõ vào của PLC. Thông thường một Module nhập có 8 ngõ vào hoặc 16 ngõ vào hoặc có thể hơn nữa tuỳ thuộc vào yêu cầu của người sử dụng mà chọn cho phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần khoảng 16 ngõ vào, ứng dụng trung bình thì cần khoảng 80 ngõ vào, ứng dụng cỡ dùng các cuộn dây Rơle cho ngõ vào. Điện áp hoạt động đưa vào các cuộn dây này thường vào khoảng 24 VDC với dòng vào vài mA (6mA), rất bé so với dòng tiêu thụ qua cuộn dây trong rơle thực tế. Cũng có PLC hoạt động với điện áp 220V AC. Mặc dù điện áp cao như vậy nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho mạch điện tử của PLC vì người ta sử dụng các linh kiện cách ly (Optocoupler). Theo tiêu chuẩn công nghiệp với điện áp 24 VDC, người ta quy định: - Điện áp từ 0 ữ 5 VDC thể hiện logic 0 ở ngõ vào - Điện áp từ 11 ữ 30 VDC thể hiện logic 1 ở ngõ vào d. Mô đun xuất (Output Module): Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -23-
24. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập. Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT. Aptomat. Triac Ngoài ra còn có PLC với ngõ ra là tín hiệu điện: Logic 0 ứng với điện áp từ 0 ữ 0,8V và logic 1 ứng với điện áp từ 12 ữ 28V với dòng ra có khi lên tới 300mA. Dải điện áp cấp nguồn từ 12V ữ 28V. 2.1.2- PLC thực hiện chương trình: PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Bắt đầu mỗi vòng quét là việc quét các tín hiệu vào. Trong quá trình quét này trạng thái hiện thời của mỗi tín hiệu vào được chứa trong bảng ảnh. Việc quét các đầu vào này rất nhanh, việc quét phụ thuộc vào các module vào, xung nhịp cũng như các đặc tính riêng của mỗi loại CPU thực hiện chương trình sử dụng. Công việc này thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của chương trình (lệnh MEND). Như vậy thời gian thực hiện chương trình sẽ phụ thuộc vào độ dài chương trình, độ phức tạp của các lệnh, và đặc tính kỹ thuật của từng loại CPU Chuyển dữ liệu từ Chuyển dữ liệu từ đầu đầu ra Q tới cổng ra cổng vào tới đầu vào I Thực hiện Truyền thông và chương trình kiểm tra bộ nhớ Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -24-
25. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Hình 2.4: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra. Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những trường hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chương trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Tập lệnh của PLC chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường của chương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chương trình. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng quét chiếm thời gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiện càng nhanh. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. 2.1.3. Cấu trúc chương trình: Chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt. Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND). Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chương trình con phảI được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là mệnh (MEND). Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc MEND. Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính, sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt bằng cách viết như vậy cấu trúc Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -25-
26. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình có thể trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính. Main program Thực hiện trong một . vòng quét . . MEND SBR (n) {n=0 ữ 255} chương trình con Thực hiện khi được . chương trình chính . . RET INT (n){n0 ữ 255} chương trình xử lý ngắt Thực hiện khi có tín . hiệu báo ngắt . . RETI 2.2 - Tập lệnh cơ bản dùng trong thiết bị điều khiển khả trình PLC S7- 200: 2.2.1- Phương pháp lập trình - S7-200 biểu diễn một mạc vòng logic cứng khác một dãy các lệnh lập trình. Chương trình bao gồm 1 tập dãy các lệnh S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở tập lệnh cuối trong một vòng. Một vòng như vậy gọi là vòng quét (Scan). Chu trình thực hiện là một chu trình lặp . - Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC của SIEMENS nói chung dựa trên 2 phương pháp cơ bản : + Phương pháp hình thang (Lades logic:viết tắt là LAD) + Phương pháp liệt kê lệnh (Stalementlis: Viết tắt là STL) Nếu chương trình viết tắt theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra 1 chương trình theo kiểu STL tương ứng .Ngược lại không phải mọi chương trình được viết theo Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -26-
27. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh kiểu STL cũng có thể chuyển sang dạng LAD được . Bộ lệnh của phương pháp STL có chức danh tương ứng như các tiếp điểm , các cuộn dây và các trường hợp dùng trong LAD. Những lệnh này phải độc và phối hợp được trang thái đầu ra hoặc 1 giá trị logic cho phép , hoặc không cho phép thực hiện chức năng của một hay nhiều hộp. a. Phương pháp lập trình LAD LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển kiểu role. Trong chương trình LAD các phần tử biểu diễn lệnh như sau : + Tiếp điểm là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm kiểu role thể thường đóng. ┤ / ├ thường mở ┤ ├ + Cuộn dây (Coil) là biểu tượng mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho role . + Hộp (box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp thường là các bộ thời gian (timer), bộ đếm (counte) và các hàm toán học: CU CTU ADD IN TON EN END A +100 AC1 PT PV AC2 IN 1 OUT IN 2 ACD + Mạng LAD là đường nối các phần tử thành 1 mạch hoàn thiện đi từ đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về của nguồn cung cấp. Dòng điện chạy từ trái qua phải các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. b. Phương pháp lập trình STL - Phương pháp liệt kê lệnh STL là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh , mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng PLC - Để tạo ra một chương trình STL, người lập trình cần hiểu rõ phương thức sử dụng ngăn xếp logic của S7-200 . Ngăn xếp logic là một khối bit chồng lên nhau . Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với đầu và bit thứ 2 của các ngăn logic . Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -27-
28. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Ngăn xếp: giá trị logic mới đều có thể được gửi vào ngăn xếp . Khi phối hợp 2 bit đầu tiên của ngăn xếp thì ngăn xếp sẽ được kéo thêm 1 bit c. Phương pháp FBD: Dùng các phần tử logic để viết chương trình ví dụ các mạch AND, OR, NOT. 2.2.2- Cú pháp lệnh cơ bản trong PLC S7-200: Hệ lệnh của S7-200 được chia làm 3 nhóm: - Nhóm lệnh không điều kiện: Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn xếp. - Nhóm lệnh có điều kiện: Các lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic băng 1. - Nhóm lệnh đặt nhãn: Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh. Trong các bảng lệnh còn mô tả sự thay đổi tương ứng của nội dung ngăn xếp khi lệnh được thực hiện. Cả hai phương pháp LAD và STL đều sử dụng ký hiệu I để chỉ việc thực hiện tức thời (Immediately) tức là giá trị được chỉ dẫn trong lệnh vừa được chuyển vào thanh ghi ảo vừa đồng thời được chuyển đến tiếp điểm chỉ dẫn trong lệnh ngay khi lệnh đượcthực hiện chứ không phải chờ đến giai đoạn trao đổi với ngoại vi của vòng quét. Điều đó khác với lệnh không tức thời là giá trị được chỉ định trong lệnh chỉ được chuyển vào thanh ghi ảo khi thực hiện lệnh. a. Một số lệnh của S7-200 thuộc nhóm lệnh thực hiện vô điều kiện. Section .01 Tên Section .02 Mô tả lệnh = n Giá trị của bit đầu tiên ngăn xếp được sao chép sang điểm n chỉ dẫn trong lệnh. = I n Giá trị của bit đầu tiên ngăn xếp được sao chép trực tiếp sang điểm n chỉ dẫn trong lệnh ngay khi lệnh được thực hiện. Thực hiện toán tử và (AND) giữa giá trị logic của bit đầu tiên A n ngăn xếp với giá trị logic của điểm n chỉ dẫn trong lệnh. Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp. Thực hiện toán tử và (AND) giữa giá trị logic của bit đầu tiên ALD ngăn xếp với giá trị logic của bit thứ 2 ngăn xếp. Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp. Các giá trị còn lại trong ngăn xếp được kéo lên một bit. AN n Thực hiện toán tử và (AND) giữa giá trị logic của bit đầu tiên ngăn Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -28-
29. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh xếp với giá trị logic nghịch đảo của điểm n chỉ dẫn trong lệnh. Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp. CTU Cxx, PV Khởi động bộ đếm tiến theo sườn lên của tín hiệu vào. Bộ đếm được đặt lại trạng thái ban đầu (reset) nếu đầu vào R của bộ đếm được kích (có mức logic 1). CTUD Cxx,PV Khởi động bộ đếm tiến theo sườn lên của tín hiệu đầu vào thứ nhất và đếm lùi theo sườn lên của tín hiệu đầu vào thứ hai. Bộ đếm được reset lại nếu đầu vào R của bộ đếm được kích (có mức logic 1). ED Đặt giá trị logic 1 vào bit đầu tiên của ngăn xếp khi xuất hiện sưỡn xuống của tín hiệu. DU Đặt giá trị logic 1 vào bit đầu tiên của ngăn xếp khi xuất hiện sưỡn lên của tín hiệu. LD n Nạp giá trị logic của điểm n chỉ dẫn trong lệnh vào bit đầu tiên của ngăn xếp. Các giá trong ngăn xếp được đẩy xuống một bit. LDN n Nạp giá trị logic nghịch đảo của điểm n chỉ dẫn trong lệnh vào bit đầu tiên của ngăn xếp. Các giá trong ngăn xếp được đẩy xuống một bit. LDW =n1, n2 Bit đầu tiên trong ngăn xếp nhận giá trị logic 1 nếu nội dung hai từ n1 và n2 thảo mãn n1 ≥ n2. LPP Kéo nội dung ngăn xếp lên một bit. Giá trị mới của bit trên là giá trị cũ của bit dưới, độ sâu ngăn xếp giảm đi một bit (Giá trị của bit đầu tiên bị đẩy ra khỏi ngăn xếp – xoá). LRD Sao chép giá trị của bit thứ hai vào bit thứ hai của ngăn xếp. Các giá trị còn lại từ bit thứ hai trở đi được giữ nguyên vị trí. MEND Kết thúc phần chương trình chính trong một vòng quét. NOT Đảo giá trị logic của bit đầu tiên ngăn xếp. Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -29-
30. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh O n Thực hiện toán tử hoặc (OR) giữa giá trị logic của bit đầu tiên ngăn xếp với giá trị logic của điểm n chỉ dẫn trong lệnh. Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp. OI n Thực hiện toán tử hoặc (OR) giữa giá trị logic của bit đầu tiên ngăn xếp với giá trị logic của điểm n chỉ dẫn trong lệnh. Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp. OLD Thực hiện toán tử hoặc (OR) giữa giá trị logic của bit đầu tiên ngăn xếp với giá trị logic của bit thứ hai ngăn xếp. Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp. Các giá trị còn lại trong ngăn xếp được kéo lên một bit. ON n Thực hiện toán tử và (AND) giữa giá trị logic của bit đầu tiên ngăn xếp với giá trị logic của điểm n chỉ dẫn trong lệnh. Kết quả được ghi lại vào bit đầu tiên của ngăn xếp. RET Lệnh thoát khỏi chương trình con và trả điều khiển về chương trình chính đã gọi nó. RETI Lệnh thoát khỏi chương trình xử lý ngắt (interrupt) và trả điều khiển về chương trình chính. b. Một số lệnh trong nhóm lệnh có điều kiện (chỉ thực hiện khi bit đầu tiên ngăn xếp có giá trị logic 1): Tên lệnh Mô tả +D IN1, IN2 Thực hiện hai phép cộng hai số nguyên kiểu từ kép IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 +I IN1, IN2 Thực hiện hai phép cộng hai số nguyên kiểu từ IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 -D IN1, IN2 Thực hiện hai phép trừ hai số nguyên kiểu từ kép IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 -I IN1, IN2 Thực hiện hai phép trừ hai số nguyên kiểu từ IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 +R IN1,IN2 Thực hiện hai phép cộng hai số thực (32 bit) IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -30-
31. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh -R IN1,IN2 Thực hiện hai phép trừ hai số thực (32 bit) IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 *R IN1,IN2 Thực hiện hai phép nhân hai số thực (32 bit) IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 /R IN1,IN2 Thực hiện hai phép chia hai số thực (32 bit) IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 ANDD Thực hiện toán logic AND giữa các giá trị kiểu từ kép IN1 và IN2. IN1.IN2 Kết quả được ghi lại vào IN2 ANDW Thực hiện toán logic AND giữa các giá trị kiểu từ kép IN1 và IN2. IN1.IN2 Kết quả được ghi lại vào IN2 CALL n Gọi chương trình con được đánh nhãn n CRET Kết thúc một chương trình con và trả lại kiểu điều khiển về chương trình gọi nó CRTI Kết thúc một chương trình xử lý ngắt và trả điều khiển về chương trình chính MOVB Sao giá trị của Byte OUT IN.OUT MOVD Sao giá trị của từ kép IN sang từ kép OUT IN.OUT MOVR Sao số thực IN sang OUT IN.OUT MOVW Sao giá trị của từ IN sang từ OUT IN.OUT ORD IN1, IN2 Thực hiện toán tử OR cho hai từ kép IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 ORW IN1, IN2 Thực hiện toán tử OR cho hai từ IN1 và IN2. Kết quả được ghi lại vào IN2 PLS x Đưa bộ phát xung nhanh đã được định nghĩa trong bộ nhớ đặc biệt vào trạng thái tích cực. Xung đưa ra được đưa ra cổng QO.x RLD IN, n Quay tròn từ kép IN sang trái n bit RLW IN, n Quay tròn từ IN sang trái n bit RRD IN, n Quay tròn từ kép IN sang phải n bit RRW IN, n Quay tròn từ IN sang phải n bit Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -31-
32. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh SLD IN, n Dịch từ kép IN sang trái n bit SLW IN, n Dịch từ IN sang trái n bit SQRT IN, OUT Lấy căn bậc hai của một số thực 32 bit IN và ghi kết quả vào OUT (32 bit) SRD IN, n Dịch từ kép IN sang phải n bit SRW IN, n Dịch từ IN sang phải n bit STOP Dùng “mềm” chương trình SWAP IN Đổi bộ hai bit đầu tiên và cuối cùng của byte IN cho nhau c. Các lệnh đặt nhãn (Label): Tên lệnh Mô tả (i) INT Khai báo nhãn n cho chương trình xử lý ngắt Nn LBL xx Đặt nhãn xx trong chương trình, định hướng cho lệnh nhảy JMP NEXT Lệnh kết thúc vòng lặp FOR. NEXT NOP Lệnh rỗng (No operation) SBR n Khai báo nhãn n cho chương trình con d. Các lệnh Timer, Counter: * Timer: Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển thường được gọi là khâu trễ. Nếu ký hiệu tín hiệu (logic) vào là x (1) và thời gian trễ là t thì tín hiệu đầu ra của Timer là x (l-t). trong S7-200 có hai loại Timer khác nhau: - Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On-Delay Timer), ký hiệu là TON. - Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), ký hiệu là TONR. Hai loại Timer này phân biệt nhau bởi phản ứng của chúng đối với tín hiệu vào. Cả hai loại đều bắt đầu tạo thời gian trễ từ thời điểm có sườn lên của tín hiệu vào. Nhưng TON sẽ tự Reset khi đầu vào có mức logic 0, còn TONR thì không tự Reset khi mất tín hiệu vào. TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian, còn Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -32-
33. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh TONR thời gian trễ được tạo ra trong nhiều khoảng khác nhau. Trong phần này chúng ta chỉ nghiên cứu loại Timer TON. Lệnh Độ phân Giá trị cực CPU 212 CPU 214 giải đại 1) 1 ms 32,767 s T32 T32, T96 ton 10 ms 327,67 s T33 - T36 T33 - T36, T97 - T100 100 ms 3276,7 s T37 - T63 T37 - T63, T101 - T127 1 ms 32,767 s T0 T0, T64 TONR 10 ms 327,67 s T1 - T4 T1-T4, T65-T68 100 ms 3276,7 s T5 - T31 T5-T31, T69-T95 Cú pháp khai báo Timer trong LAD và STL như sau: LAD STL Mô tả Toán hạng Khai báo Timer số hiệu xx Txx (word): kiểu TON để tạo thời gian trễ CPU 212: 32-63 tính từ khi đầu vào IN được CPU 214: 32-63 kích (có mức 1). Nếu như giá và 96-127 Txx trị đếm tức thời lớn hơn hoặc PT (wort): IN TON TON Txx bằng giá trị đạt được PT thì T- VW, T, C, IW . + n bit coá giá trị Logic băng 1. N= 1 – 32762 PT Có thể Reset Timer kiểu TON (Số nguyên) bằng lệnh R hoặc bằng giá trị Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -33-
34. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Logic 0 ở đầu vào IN. Thời gian trễ T= PT3 độ phân giải * Counter: Couner là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn lên của xung. S7-200 có hai loại bộ đếm: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). Bộ đếm tiến đếm số sườn của xung vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái Logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm gọi là thanh ghi C-word. Nội dung của C-word, được gọi là giá trị tức thời của bộ đếm, luôn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm., ký hiệu là PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào bit đặc biệt của nó, được gọi là C-bit. Trường hợp giá trị đếm còn nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bit có giá trị logic 0. Khác với các Timer, các Counter đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xoá để thực hiện đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (reset) cho bộ đếm, được ký hiệu bằng chữ cái R trong LAD, hay được quy định là trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm được reset khi tín hiệu xoá này có mức 1 hoặc khi lệnh R (reset) được thực hiện với C-bit. Khi bộ đếm reset thì cả C-word và C-bit đều nhận giá trị 0. Bộ đếm tiến/lùi CTUD thực hiện đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm tiến, ký hiệu là CU trong LAD hoặc bit thứ 3 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 ngăn xếp trong STL. Việc xoá bộ đếm CTUD cũng có hai cách tương tự như bộ đếm CTU. Cú pháp khai báo Counter LAD và STL như sau: LAD STL Mô tả Toán hạng Khai báo bộ đếm tiến theo sườn Cxx (word): lên của tín hiệu vào cổng CU số CPU 212: 0 – 47 hiệu xx kiểu CTU. Khi giá trị CPU 214: 0 – 47 Cxx đếm tức thời C-word của Cxx CU CTU CTU Cxx, +n lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt Và 80 – 127 R trước PV, C-bit (Cxx) có giá trị PV (Word): logic bằng 1. Bộ đếm ngừng PV VW, T, C, IW, Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -34-
35. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh đếm khi C-word Cxx đạt giá trị n=1 – 32767 cực đại 32767. (số nguyên) Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến theo Cxx sườn lên của tín hiệu đến Cxx (word): CU CTUD CU và đếm lùi theo sườn CPU 212: 48 – 63 CD CTUD Cxx, len của tín hiệu đến CD. + n Khi giá trị tức thời C- CPU 214: 48 – 79 word của Cxx lớn hơn R hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C- bit (Cxx) PV có giá trị logic bằng 1. PV (Word): Bộ đếm được reset khi VW, T, C, IW, đầu vào R có giá trị logic n=1 – 32767 1. Bộ đếm ngừng đếm (số nguyên) tiến khi C- word Cxx đạt giá trị cực đại 32767 và ngừng đếm lùi khi C- word Cxx đạt giá trị cực tiểu là - 32767. Ký hiệu Cxx của bộ đếm đồng thời cũng là địa chỉ hình thức của C - word và của C- bit. Mặc dù cũng địa chỉ hình thức, song C- word và C- bit vẫn được phân biệt với nhau nhờ kiểu lệnh sử dụng làm việc với kiểu từ hay kiểu tiếp điểm (bit). Ví dụ: LD C48 // Lệnh làm việc với C-bit của bộ đếm C48. LDW >= C48 // Lệnh làm việc với C- word cụa bộ đếm C48. e. Lệnh so sánh lệnh di chuyển nội dung ô nhớ và một số bit nhớ đặc biệt. * Các lệnh so sánh: Nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện khi cần có sự so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, từ hay từ kép (giá trị thực hoặc nguyên). Những lệnh so sánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng ( =). Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -35-
36. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Khi so sánh các giá trị của byte thì không cần phải để ý đến dấu của toàn hạng, ngược lại khi so sánh các từ hoặc từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của các toàn hạng là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép. Kết quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng) hoặc 1 (nếu sai) nên có thể sử dụng kết hợp cùng với các lệnh logic LD, A, O. Để tạo ra được các phép so sánh mà S7 - 200 không có lệnh tương ứng như: so sánh không bằng nhau ( ), có thể tạo ra được nhờ dùng kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (=, >= và ) giữa các nội dung của từ VW100 và hằng số 50 bằng cách sử dụng kết hợp các phép tính so sánh bằng nhau. LDW = và lệnh đảo NOT. LDW = VW 100, 50; LDW>= VW100,50; LDW NOT // ( ) Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD: LAD Mô tả Toán hạng Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -36-
37. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh n1 = = B N1, n2: VB, IB, QB, MB n2 Tiếp điểm đóng khi n1 = n2. n1 (byte) SMB, AC, Const, = = I B = Byte. n2 *VD* , AC n1 I = Integer. = = D n2 D = Double Integer. n1, n2: VW, T, C, IW (từ) n1 QW, MW, SMW, = = R R = Real. AC, AIW, Hằng số, n2 n1 *VD* , *AC > = B Tiếp điểm đóng khi n1/n2. n1, n2: VD, ID, QD, MD, n2 (từ kép) SMD, AC, HC, n1 B = Byte. Hằng số, > = I n2 I = Integer. *VD* , *AC n1 > = D D = Double Integer. n2 n1 R = Real > = R n2 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -37-
38. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh n1 =, LDW > = LDD > =, LDR > = Lệnh so sánh nội dung của byte, từ, từ kép hoặc số thực thứ nhất có lớn hơn hoặc bằng nội dung của byte, từ, từ kép hoặc số thực thứ hai hay không. Trong trường hợp phép so sánh cho kết quả đúng, bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị logic bằng 1. AB =, AW = AD =, AR = Lệnh kiểm tra tính bằng nhau của nội dung hai byte, từ, từ kép hoặc số thực. Trong trường hợp phép so sánh cho kết quả đúng, sẽ thực hiện phép tính logic And giữa bit đầu tiên trong ngăn xếp với giá trị logic 1. Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -38-
39. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh AB =, AW > = AD > =, AR > = Lệnh so sánh nội dung của byte, từ, từ kép hoặc số thực thứ nhất có lớn hơn hoặc bằng nội dung của byte, từ, từ kép hoặc số thực thứ hai hay không. Trong trường hợp phép so sánh cho kết quả đúng, sẽ thực hiện phép tính logic And giữa bit đầu tiên trong ngăn xếp với giá trị logic 1. OB =, OW = OD =, OR = Lệnh kiểm tra tính bằng nhau của nội dung hai byte, từ, từ kép hoặc số thực. Trong trường hợp phép so sánh cho kết quả đúng, sẽ thực hiện phép tính logic Or giữa bit đầu tiên trong ngăn xếp với giá trị logic 1. OB =, OW > =OD > =, OR > = g. Các lệnh di chuyển nội dung ô nhớ và một số bít nhớ đặc biệt: * Lệnh di chuyển ô nhớ: Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -39-
40. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh STL LAD Mô tả Toán hạng MOV-W MOVW IN Lệnh sao chép nội IN, OUT (từ đơn) OUT dung từ đơn IN EN VW, T, C, IW, QW sang từ đơn OUT IN Out * Các bít nhớ đặc biệt (thường sử dụng khi lập các chương trình đơn giản): Ô nhớ Mô tả SM0.0 Luôn có giá trị logic bằng 1 SM0.1 Có giá trị logic bằng 1 ở vòng quét đầu tiên SM0.2 Bit báo dữ liệu bị thất lạc (0-Dữ liệu còn đủ; 1-Dữ liệu bị thất lạc) SM0.3 Bit báo PLC được đóng nguồn (1- ở vòng quét đầu tiên, 0- ở vòng quét tiếp theo) SM0.4 Phát nhịp 60 giây (0- cho 30 giây đầu, 1- cho 30 giây sau) SM0.5 Phát nhịp 1 giây (0- cho 0,5 giây đầu, 1- cho 0,5 giây sau) SM0.6 Nhịp vòng quét (1- cho vòng quét luôn phiên) SM0.7 Bít chọn chế độ làm việc cho PLC (0- TERM, 1-RUN) 2.3. Sơ đồ kết nối vào ra của thiết bị PLC S7-200: é1 é2 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -40-
41. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Trong đó: Điện áp vào 24V-DC (có thể lấy nguồn ra của PLC Sensor-Supply) còn điện áp cấp ở đầu ra tuỳ thuộc vào phụ tải nhưng điện áp định mức là 220V-AC. Khi sử dụng các Modun mở rộng thì cần phải nuôi nguồn cho nó với điện áp 24V-DC cả phía ngỏ ra và ngỏ vào. Chương III Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống tự động đóng nắp chai 1, Lựa chọn thiết bị điều khiển - Số cổng vào: 9 cổng - Số cổng ra: 12 cổng 2, Bảng phân công đầu vào đầu ra: a, Đầu vào: Bảng: quy định ngõ vào TT Name Adress Comment 1 DC I0.0 Dừng hệ thống băng chuyền chai 2 SC I0.1 Mở hệ thống băng chuyền chai chạy 3 S1 I0.2 Cảm biến phát hiện chai nứt 4 S2 I0.3 Cảm biến phát hiện chai chưa đầy 5 S3 I0.4 Cảm biến kiểm tra chai thành phẩm 6 DN I0.5 Dừng băng tải chuyền nắp 7 SN I0.6 Chạy băng tải chuyền nắp 8 S4 I0.7 Cảm biến phát hiện nắp hỏng 9 S5 I1.0 Cảm biến phát hiện nắp nguyên Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -41-
42. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh b, Đầu ra: Bảng quy định ngõ ra TT Name Adress Comment 1 BT1 Q0.0 Băng chuyền chai 2 BT2 Q0.1 Băng chuyền nắp chai 3 Cylinder1 Q0.2 Cơ cấu đẩy thải sản phẩm 4 Cylinder2 Q0.3 Cơ cấu kẹp chai 5 Cylinder3 Q0.4 Cơ cấu đóng nắp chai 6 Cylinder4 Q0.5 Cơ cấu đẩy nắp hỏng 7 Den1 Q0.6 Đèn báo phát hiện chai nứt 8 Den2 Q0.7 Đèn báo phát hiện chai chưa đầy 9 Den3 Q1.0 Đèn báo phát hiện chai thành phẩm 10 Den4 Q1.1 Đèn báo phát hiện nắp hỏng 11 Den5 Q1.2 Đèn báo phát hiện nắp nguyên 12 VAN Q1.3 Van nhả nắp xuống Cylinder đóng nắp chai 3.Viết chương trình điều khiển : a, Dùng bằng Ladder: Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -42-
43. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -43-
44. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -44-
45. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -45-
46. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -46-
47. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh b, Dùng bằng STL: NETWORK 1 //Start/Stop bang tai chuyen chai // //NETWORK COMMENTS // LDN DC LD SC O M0.0 ALD = M0.0 NETWORK 2 //Start/ Stop bang tai chuyen nap chai // LDN DN LD SN O M0.1 ALD = M0.1 NETWORK 3 //bang chuyen chai chay // LD M0.0 AN S1 AN S2 AN S3 = BT1 NETWORK 4 //cam bien phat hien chai hong // LD M0.0 LD S1 AN S2 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -47-
48. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh LDN S1 A S2 OLD LD S1 A S2 OLD ALD AN T38 TON T37, +30 NETWORK 5 //Den bao phat hien chai nut // LD M0.0 A S1 = Den1 NETWORK 6 //Den bao phat hien chai chua day // LD M0.0 A S2 = Den2 NETWORK 7 //cylinder 1 day chai hong // LD M0.0 A T37 AN T38 = Cy1 NETWORK 8 //Den bao phat hien chai thanh pham // LD M0.0 A S3 = Den3 NETWORK 9 //dung bang chuyen de kep chai // Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -48-
49. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh LD M0.0 A S3 AN T40 TON T39, +10 NETWORK 10 //kep chai // LD M0.0 A T39 AN T40 = Cy2 NETWORK 11 //dung bang chuyen de dong nap chai // LD M0.0 A S3 AN T42 TON T41, +10 NETWORK 12 //dong nap // LD M0.0 A T41 AN T42 = Cy3 NETWORK 13 //bang tai chuyen nap chai // LD M0.1 AN S4 AN S5 = BT2 NETWORK 14 //cam bien phat hien nap chai hong // LD M0.1 A S4 Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -49-
50. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh AN T44 TON T43, +30 NETWORK 15 //Den bao phat hien nap chai hong // LD M0.1 A S4 = Den4 NETWORK 16 //day nap chai hong // LD M0.1 A T43 AN T44 = Cy4 NETWORK 17 //Den bao phat hien nap nguyen // LD M0.1 A S5 = Den5 NETWORK 18 //VAN nha nap xuong Cylinder dong nap chai // LD M0.1 A S5 = VAN Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -50-
51. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Chương IV: Trang bị điện hệ thống tự động đóng nắp chai 4.1 Thiết bị dùng trong hệ thống: Hệ thống đóng nắp chai sử dụng hai băng chuyền gồm 1 băng chuyền chai và một băng chuyền nắp chai. Động cơ sử dụng để kéo băng chuyền là động cơ làm việc ngắn hạn lặp lại. Trong hệ thống sử dụng cảm biến siêu âm phát hiện chai nứt, cảm biến quang để phát hiện có đầy hay không, một cảm biến tiệm cận phát hiện chai thành phẩm, và các cảm biến quang phát hiện nắp hỏng và nắp nguyên. Cơ cấu đẩy chai hỏng, cơ cấu kẹp chai, cơ cấu dập nắp chai, cơ cấu đẩy nắp hỏng được sử dụng trong hệ thống là Cylinder. 4.2 Những chú ý khi vận hành và thay thế, sữa chữa kết luận: Khi sữa chữa phải thay thế những thiết bị có thông số kỹ thuật tương đương với thiết bị cũ, riêng PLC- S7-200 có thể thay thế bằng Logo. Trong quá trình vận hành cần có chế độ bảo dưỡng định kỳ và bảo đảm vệ sinh công nghiệp. ChươngV : Kết luận Tài liệu tham khảo 5.1 Kết luận : Trong quá trình làm đồ môn học PLC được sự giúp đỡ của các Thầy cô giáo Trường ĐHSPKT Vinh, đặc biệt với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Anh Tuấn Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -51-
52. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh nên em đã cơ bản hoàn thành các nội dung của đồ án. Nội dung của đồ án chủ yếu là tìm hiểu công nghệ, đặc điểm của quá trình vận hành hệ thống đóng nắp chai tự động. Tìm hiểu thiết bị khả trình PLC và các câu lệnh dùng trong PLC S7-200. Đặc biệt đồ án đã giải quyết được chương trình điều khiển, xây dựng mạch kết nối điều khiển và lập hồ sơ trang bị cho hệ thống đóng nắp chai đáp ứng yêu cầu công nghệ đặt ra. Tuy bản thân đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian có hạn, điều kiện, tài liệu khó khăn và khả năng có hạn nên không tránh khỏi sai sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của Thầy cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp. 5.2 Tài liệu tham khảo : 1. Điều khiển lập trình PLC S7-200_ Thái Hữu Nguyên 2. www.dientuvietnam.net Chân thành cảm ơn ! Sinh viên Hồ Đình Hưng - Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -52-
53. Đồ án môn học PLC Khoa Điện_ĐHSPKT Vinh Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng -53-