Giáo trình nghề Điện tử công nghiệp

``BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH

Tên mô đun: PLC nâng cao

NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP/ CAO ĐẲNG NGHỀ

Ban hành kèm theo Quyết định số:

/QĐ-CĐCNPY, ngày tháng năm 2018

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Vĩnh Phúc, năm 2018

1

MỤC LỤC

Chương 1. Giới thiệu chung về PLC ........................................................................................ 4

1.1. Giới thiệu chung về PLC................................................................................................ 4

1.2. Tổng quan về CPM2A.................................................................................................... 5

Chương 2. Lập chương trình cho CPM2A......................................................................... 42

2.1 Tổ chức chương trình................................................................................................... 42

2.2 Các chế độ hoạt động .................................................................................................... 47

2.3 Các lệnh lập trình.......................................................................................................... 69

Chương 3. Kết nối PLC với thiết bị ngoại vi...................................................................... 73

3.1 Ghép nối PCL với thiết bị laaoj trình bằng tay............................................................ 73

3.2 Ghép nối PLC với máy tính .......................................................................................... 74

3.3 Ghép nối PLC với các tín hiệu vào/ra........................................................................... 85

3.4 Phần mềm lập trình....................................................................................................... 86

Chương 4. Các bài tập vận dung ........................................................................................ 89

4.1 Trò chơi đường lên đỉnh Olympia ................................................................................ 89

4.2 Điều khiển đèn giao thông............................................................................................. 92

4.3 Đóng mở gara tự động................................................................................................... 93

4.4 Điều khiển dây truyền đóng hộp sản phẩm.................................................................. 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................115

2

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN

Tên mô đun: PLC NÂNG CAO

Mã mô đun: MĐCC14020071

Thời gian thực hiện mô đun: 45 giờ (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo

luận, bài tập: 28 giờ: Kiểm tra: 2 giờ)

I. Vị trí, tính chất mô đun

- Vị trí mô đun: Mô đun này được học sau mô đun: PLC cơ bản.

- Tính chất mô đun: Là mô đun thuộc các môn chuyên ngành/ nghề bắt buộc.

II. Mục tiêu mô đun

+ Kiến thức: Mô đun trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản về phần cứng và các

lệnh lập trình sử dụng PLC CPM2A.

+ K n ng: Th c hi n

c m t s b i toán ng d ng PLC trong công nghi p

+ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Dự lớp đầy đủ theo quy định, rèn luyện tác phong

công nghiệp, biết cách làm việc nhóm.

III. Nội dung mô đun

1.Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian

Thời gian (giờ)

Thực

hành,

S

thí

Tên chương, mục

Tổng

Lý

Kiểm

TT

nghiệm,

thảo

số

thuyết

tra

luận,

bài tập

1

2

Chương 1. Giới thiệu chung về PLC

1.1. Giới thiệu chung về PLC

1.2. Tổng quan về CPM2A

Chương 2. Lập chương trình cho CPM2A

2.1 Tổ chức chương trình

2.2 Các chế độ hoạt động

2.3 Các lệnh lập trình

2

9

10

1

3

Chương 3. Kết nối PLC với thiết bị ngoại

vi

3

3.1 Ghép nối PCL với thiết bị lập trình

bằng tay

3.2 Ghép nối PLC với máy tính

3.3 Ghép nối PLC với các tín hiệu vào/ra

3.4 Phần mềm lập trình

Chương 4. Các bài tập vận dung

4.1 Trò chơi đường lên đỉnh Olypia

4.2 Điều khiển đèn giao thong

4.3 Đóng mở gara tự động

4.4 Điều khiển dây truyền đóng hộp sản

phẩm

4

30

28

1

Cộng

45

15

28

2

4

Chương 1. Giới thiệu chung về PLC

Giới thiệu:

- Việc kết nối giữa dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi rất quan trọng. Nó quyết

định đến việc PLC có thể giao tiếp với thiết bị lập trình ( máy tính ) cũng như

hệ thống điều khiển có thể hoạt động đúng theo yêu cầu được thiết kế hay

không. Ngoài ra việc nối dây còn liên quan đến an toàn cho PLC cũng như hệ

thống điều khiển.

Mục tiêu:

+ Kiến thức: Trang bị cho sinh viên khái niệm cơ bản về điều khiển logic lập trình

+ Kỹ năng: Nhận biết được phần cứng của CPM2A

+ Thái độ: Yêu nghề, cần cù, tỷ mỉ

1.1. Giới thiệu chung về PLC

† Giới thiệu về PLC S7-300:

- Trong các hệ thống sản xuất hiện đại thì số lượng đối tượng điều khiển có

số lượng lớn cũng như rất đa dạng về hình thức. Để tăng tính linh hoạt cho

người ta chia PLC thành nhiều module (các khối chức năng) với CPU có thể

quản lý một vùng nhớ lớn.( hình 1.1)

- PLC S7-300 của Siemens cũng tuân theo nguyên này:

Hình 1.1: Các khối chức năng của S7-300

5

- Các module chức năng của S7-300:

- PS (Power Supply Module): bộ nguồn cho S7-300

- CPU: bộ xử lý trung tâm

- SM (Signal Module): module tín hiệu có 2 dạng

+ DI/DO (Digital Input/Digital Output): ngõ vào/ra dạng số

+ AI/AO (Analog Input/Analog Output): ngõ vào/ra dạng tương tự

- IM (Interface Module): khối giao tiếp mở rộng PLC

- FM (Function Module): module chức năng đặc biệt

+ Đếm (Counter)

+ Điều khiển vị trí (Positioning Module)

+ Điều khiển vòng kín (PID module)

- CP (Communication Processing module): module xử lý truyền thông

+ Kết nối điểm – điểm (point – point)

+ Profibus

+ Ethernet công nghiệp (Industrial Ethernet)

- DM (Dummy Module): Module giả lập dự phòng DM370 địa chỉ ngõ vào/ra

1.2. Tổng quan về CPM2A

Sơ đồ kết nối giữa máy tính với PLC ( hình 1.2)

Hình 1.2 Sơ đồ kết nối giữa máy tính với PLC

6

Sơ đồ kết nối chi tiết giữa máy tính với PLC SIMENS

- Đối với các thiết bị lập trình của hãng SIMENS có các cổng giao tiếp PPI

thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp. Tuy nhiên đối với

những máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. ( hình 1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ khối plc

Mở nguồn cho PLC

Chuyển sang trạng thái stop. Đèn stop

hi

ệ

n lên

Chuyển cần gạt sang chế độ MRES và giữ khoảng 3s

để reset trước khi đổ.

Chuyển nút gạt về vị trí stop và đổ chương trình

7

- Chương trình sau khi đã soạn thảo cần được truyền xuống CPU.

Để làm được điều này, ta nhấn chuột trái vào biểu tượng này trên

thanh công cụ và trả lời đầy đủ các câu hỏi. Chú ý khi nạp chương trình cần

phải đặt CPU ở trạng thái Stop hoặc CPU ở trạng thái RUN-P

a. Xóa chương trình có sẵn trong CPU

- Để thực hiện việc nạp chương trình mới từ PC xuống CPU ta cần thực hiện

công việc xóa chương trình đã có sẵn trong CPU. Đều này ta thực hiện các

bước như sau: ( hình 1.4)

+ Đưa trạng thái của CPU về STOP: Từ màn hình chính của Step 7, ta chọn

lệnh:

Hình 1.4 xóa chương trình plc

b. Giám sát hoạt động của chương trình (hình 1.5)

- Sau khi đã nạp chương trình soạn thảo xuống CPU lúc này chương trình đã

được ghi vào bộ nhớ của CPU. Khi đó ta có thể tách rời PC và CPU của S7 mà

chương trình vẫn hoạt động bình thường. Để thực hiện việc quan sát quá trình

hoạt động của chương trình và CPU ta sử dụng chức năng giám sát chương

trình bằng cách nhấn vào biểu tượng này

trên thanh công cụ. Sau khi chọn

8

chức năng giám sát chương trình này thì trên màn hình sẽ xuất hiện một cửa sổ

sau:

- Tùy theo kiểu viết chương trình mà ta nhận được sự khác nhau về kiểu hiển

thị trên màn hình (Dưới đây sử dụng chương trình kiểu viết chương trình

FBD).

Hình 1.5 chương trình khối theo dạng FBD

† Cảm biến:

- Công dụng: Biến các đại lượng vật lý sang tín hiệu điện để PLC xác định

được trạng thái của quá trình đang điều khiển.

- Phân loại:

- Các cảm biến logic (rời rạc): Được dùng để xác định sự tồn tại của vật thể

- ( Công tắc cơ, công tắc lưỡi gà, công tắc nhiệt, cảm biến quang, cảm biến

điện dung, cảm biến điện cảm, cảm biến áp suất )

- Các cảm biến liên tục: Được dùng để đo các đại lượng vật lý như nhiệt độ,

áp suất, tốc độ.. ( Cảm biến khoảng dịch chuyển, cảm biến nhiệt độ, cảm biến

áp suất ).

a. Các cảm biến logic (rời rạc):

- Công tắc cơ: 2 trạng thái: Đóng và mở ( hình 1.6)

+ Công tắc có các tiếp điểm thường mở (NO), thường đóng (NC)

+ NO: Khi không có tín hiệu vào cơ học: Mở, khi có tín hiệu vào cơ học:

Đóng

+ NC: Khi không có tín hiệu vào cơ học: Đóng, khi có tín hiệu vào cơ học:

9

hình 1.6 kết nối công tắc cơ theo mức logic 0 và 1

- Công tắc giới hạn: Công dụng phát hiện sự có mặt của chi tiết chuyển động

( hình 1.7 )

Hình 1.7 công tắc hành trình cơ

† kết nối ngõ vào bằng nút nhấn và công tắc hành trình ( hình 1.8 )

Hình 1.8 kết nối tín hiệu ngõ vào plc

10

- Cảm biến quang, Cảm biến điện dung, Cảm biến điện cảm: dùng để xác định

có vật thể. Có hai dạng cảm biến: kiểu NPN ( hình 1.9 ) và kiểu PNP ( hình

1.10 )

Hình 1.9: kết nối ngõ vào cảm biến kiểu NPN

11

Hình 1.10: kết nối ngõ vào cảm biến kiểu PNP

b. Các cảm biến liên tục

- Bộ đo tốc độ góc: đo tốc độ quay của trục động cơ ( hình 1.11)

Hình 1.11

- Cảm biến nhiệt độ

+ Các loại cảm biến nhiệt độ

+ Cảm biến nhiệt độ điện trở RTD (Resistive temperature detector). ( hình

1.12 )

+ Nhiệt độ tăng => điện trở tăng

12

Hình 1.12

+ Cặp nhiệt điện ( hình 1.13 )

+ Dải đo: -100 đến 2000 độ C

Hình 1.13

- Công dụng: Biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành các hoạt động có công suất

cao hơn, sau đấy hoạt động này sẽ điều khiển các quá trình khác.

- Phân loại:

+ Thiết bị ra logic

Solenoid

Van

Xi lanh

+ Thiết bị ra liên tục

Động cơ DC, AC

Động cơ bước

….

- kết nối ngõ ra:

13

Hình 1.13: kết nối ngõ ra với chân com âm

Hình 1.14: kết nối ngõ ra với chân com dương

- Để viết chương trình điều khiển thì các loại PLC đều phải sử dụng các

chương trình đi kèm. Đa số các phần mềm viết chương trình lập trình PLC rất

đơn thuần là thảo chương trình điều khiển. Tuy nhiên, phần mềm Step7

Manager dành cho PLC S7-300 & 400 là một phần mềm toàn diện gồm nhiều

14

chức năng, không những soạn thảo chương trình mà còn giúp quản lí hoạt động

của PLC.

- Step7 Manager hỗ trợ các chức như sau:

+ Khai báo phần cứng cho trạm PLC thuộc họ S7-300/400.

+ Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng như thủ tục

truyền thông giữa chúng.

+ Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm.

Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển cho một trạm PLC và gỡ rối

chương trình.

- Ngoài ra Step7 còn có cả một thư viện gồm đầy đủ các hàm chuẩn hữu ích,

phần trợ giúp online rất mạnh có khả năng trả lời các câu hỏi của người dùng

về cách sử dụng Step7, về cú pháp lệnh lập trình, về xây dựng cấu hình cứng

của một trạm cũng như một mạng gồm nhiều trạm PLC. ( hình 1.15)

- Hình 1.15: Giao diện chương trình Step7

Chọn giao diện kết nối PC/PLC:

- Chương trình Step7 được cái đặt trên PC hoặc PG để hỗ trợ việc soạn thảo

cấu hình phần cứng cũng như chương trình cho PLC, tức là sau đó toàn bộ

những gì soạn thảo sẽ được biên dịch và chuyển sang PLC. Không những thế,

Step7 còn tạo khả năng quan sát việc thực hiện chương trình của PLC. Muốn

như vậy ta cần phải cần có các thiết bị với giao diện kết nối giữa PC với PLC

để truyền dẫn thông tin, dữ liệu. ( hình 1.16)

- Step7 có thể được ghép nối với PLC qua nhiều bộ giao diện khác nhau như

card MPI (Multi Point Interface), qua cáp chuyển đổi PC/PPI (Point to Point

Interface), qua card PROFIBUS (CP) … nhưng chúng phải được khai báo sử

dụng.

15

- Ngay sau khi Step7 vừa được cài đặt xong, trên màn hình xuất hiện cửa sổ

thông báo cho ta chọn các bộ giao diện sẽ được sử dụng.

Hình 1.16 cài đặt card truyền thông

- Các loại giao diện có thể lựa chọn gồm có:

+ CP5511 (Plug & Play): Card truyền thông CP 5511 chuẩn PCI.

+ CP5511 (Plug & Play): Card truyền thông CP 5512 chuẩn PCI.

+ CP5611 (Plug & Play): Card truyền thông CP 5611 chuẩn PCI.

+ PC Adapter: Bộ giao diện tích hợp trong Step7 dành cho PC.

+ PC/PPI cable: Cáp truyền PPI giao tiếp RS-485 giữa PC/PG với PLC ( hình

1.17.)

- Khi cần sử dụng bộ giao diện nào, ta cần đánh dấu chọn loại giao diện đó

rồi nhấn Install để cài đặt. Bộ giao diện được sử dụng thường xuyên là PC

Adapter vì đây là bộ giao diện ảo tích hợp sẵn trong phần mềm Step7.

- Tuy nhiên, chọn bộ giao diện thôi vẫn chưa đủ ta còn phải thiết lập các

thông số của giao diện bao gồm giao thức, tốc độ truyền, cổng ghép nối máy

tính…

16

Hình 1.17: Cửa sổ cài đặt giao diện kết nối PC/PLC

- Để thiết lập các thông số này ta vào mục Options Set PC/PG Interface.

- Các loại chuẩn kết nối của bộ giao diện PC Adapter:

+ Auto: Tự động dò tìm chuẩn kết nối phù hợp với phần cứng. ( hình 1.18)

+ MPI: Chuẩn kết nhiều điểm (giữa các PLC S7-300/400). ( hình 1.19a,b)

+ PROFIBUS: Chuẩn truyền thông công nghiệp.( hình 1.20a,b)

+ PC/PPI:

Kết nối với cáp truyền đi kèm của S7-300.

- Cổng kết nối giữa PC với PLC và tốc độ truyền là các thông số chung của

tất cả các chuẩn kết nối. Tuy nhiên, tùy theo chuẩn kết nối mà các thông số kết

nối có số khác biệt.

PC Adapter (Auto):

17

Hình 1.18 khai báo cổng và địa chỉ giao tiếp

PC Adapter (MPI)

Hình 1.19a

18

Hình 1.19b

PC Adapter (PROFIBUS):

Hình 1.20a

19

Hình 1.20b

Soạn thảo một dự án (Project):

- Khái niệm Project trong Step7 không đơn thuần chỉ là chương trình ứng

dụng mà rộng hơn là bao gồm tất cả những gì liên quan đến việc thiết kế phần

mềm ứng dụng để điều khiển, giám sát một hay nhiều trạm PLC. Theo khái

niệm như vậy, một project Step7 sẽ có các thành phần sau:

+ Cấu hình phần cứng các module PLC S7-300/400.

+ Bảng tham số xác định chế độ làm việc cho từng module của mỗi trạm PLC.

+ Các logic block chứa chương trình ứng dụng của PLC.

+ Cấu hình ghép nối và truyền thông giữa các trạm PLC.

+ Màn hình giao diện phục vụ quản lí giám sát các trạm PLC trong mạng (kết

hợp các phần mềm khác của Simatic).

† Ngôn ngữ lập trình:

- Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ

các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản:

Giáo trình nghề Điện tử công nghiệp - Môđun: PLC nâng cao