Giáo trình điều khiển lập trình PLC Kỹ thuật Điện - Điện tử

PHẦN NỘI DUNG Giáo trình học phần

Tên học phần: ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của học phần:

- Vị trí: Học ở học kỳ: 4

Học phần này trang bị cho sinh viên kiến thức về lập trình điều khiển (PLC), bao gồm các thiết bị PLC, cách kết nối PLC với thiết bị ngoại vi, tập lệnh và cấu trúc chương trình PLC Sinh viên cũng sẽ học cách thiết kế và đấu nối các mạch ứng dụng trong điều khiển động cơ cũng như trong các hệ thống điều khiển công nghiệp.

Học phần này có ý nghĩa quan trọng trong việc trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết để giải quyết các vấn đề liên quan đến điều khiển PLC trong các máy móc của dây chuyền sản xuất Việc nắm vững các nguyên lý và ứng dụng của PLC sẽ giúp người học nâng cao hiệu quả công việc và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Mục tiêu của học phần:

Bài viết này trình bày các khái niệm cơ bản về điều khiển lập trình, bao gồm các thiết bị điều khiển lập trình, cấu trúc bộ nhớ và các liên kết logic Ngoài ra, nó cũng đề cập đến các lệnh ghi/xóa trong S7-200, các lệnh Timer-Counter, lệnh so sánh, cũng như lệnh nhảy và gọi chương trình con Những thông tin này rất quan trọng cho việc hiểu và áp dụng điều khiển lập trình hiệu quả.

- Thiết kế được các mạch điều khiển bằng PLC

- Lập được bảng thiết bị ra/vào đúng yêu cầu

- Kết nối dây được giữa các phần cứng PLC và thiết bị ngoại vi

- Kiểm tra, sửa lỗi được các chương trình điều khiển theo yêu cầu

- Thực thi được chương trình đúng qui trình

 Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

- Có tinh thần học tập, rèn luyện và nâng cao kiến thức, kỹ năng một cách tích cực

- Bố trí nơi làm việc khoa học, tổ chức làm việc nhóm hợp lí

Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC

Đại cương về điều khiển lập trình

Tổng quan về PLC

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên được ra mắt vào năm 1968 bởi Công ty General Motor tại Mỹ, nhưng hệ thống này còn đơn giản và cồng kềnh, gây khó khăn cho người sử dụng Để khắc phục, các nhà thiết kế đã cải tiến hệ thống trở nên gọn nhẹ và dễ vận hành hơn Tuy nhiên, việc lập trình vẫn gặp khó khăn do thiếu thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ Để đơn giản hóa quá trình này, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay đã được phát triển.

Controller Handle được ra đời vào năm 1969, đánh dấu bước tiến quan trọng trong kỹ thuật điều khiển lập trình Ban đầu, các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn thuần thay thế hệ thống Relay và dây nối trong điều khiển cổ điển Qua thời gian, các nhà thiết kế đã phát triển tiêu chuẩn lập trình mới, sử dụng giản đồ hình thang (LAD) Đến đầu thập niên 1970, PLC còn được cải tiến với khả năng hỗ trợ các thuật toán và dữ liệu cập nhật Sự phát triển của màn hình máy tính cũng đã giúp cải thiện giao tiếp giữa người điều khiển và hệ thống lập trình.

Sự phát triển của phần cứng và phần mềm từ năm 1975 đã thúc đẩy sự tiến bộ mạnh mẽ của hệ thống PLC, với khả năng mở rộng ngõ vào/ra lên đến 8.000 cổng và dung lượng bộ nhớ chương trình vượt quá 128.000 từ Các nhà thiết kế cũng đã phát triển kỹ thuật kết nối nhiều hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống chung, nâng cao hiệu suất của từng hệ thống Hơn nữa, tốc độ xử lý và chu kỳ quét của hệ thống được cải thiện, giúp PLC xử lý hiệu quả các chức năng phức tạp với số lượng cổng vào/ra lớn.

Trong tương lai, hệ thống PLC sẽ không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các thiết bị như Robot và Cad/Cam, mà còn được phát triển với các chức năng điều khiển thông minh, được gọi là siêu PLC (super PLC).

PLC (Bộ điều khiển lập trình) là thiết bị điều khiển có khả năng lập trình, giúp thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình.

PLC được sử dụng trong nhiều lập trình ứng dụng khác nhau và có những lợi ích như:

PLC cho phép thay đổi chương trình điều khiển một cách dễ dàng để đáp ứng các yêu cầu mới mà không cần thay đổi thiết kế phần cứng hay kết nối dây.

PLC có khả năng điều khiển đa dạng các chức năng, từ những thao tác đơn giản và lặp đi lặp lại đến những quy trình phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao.

PLC cho phép điều chỉnh chính xác và nhanh chóng trong việc thực hiện các lệnh điều khiển, từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm (Counter), định thời (Timer) và chương trình con (SBS).

- Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các modulee và các thiết bị phụ trợ như màn hình hiển thị

- Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp

- Ngôn ngữ lập trình cho PLC đơn giản, dễ hiểu

Với những ưu điểm trên thiết bị PLC đã trở thành thiết bị chính trong việc điều khiển các thiết bị công nghiệp.

Phân loại PLC

Khả năng, giá trị và nhu cầu của hệ thống là yếu tố quan trọng giúp người dùng xác định loại PLC phù hợp Nhu cầu hệ thống được coi là ưu tiên hàng đầu, giúp người sử dụng nhận biết loại PLC cần thiết và đặc điểm của từng loại, từ đó dễ dàng đưa ra quyết định lựa chọn.

Hình 1.1 minh họa các "bậc thang" phân loại PLC và cách sử dụng chúng cho các hệ thống sản xuất thực tế Trong hình, có thể thấy các vùng chồng lấn, nơi người dùng thường lựa chọn các loại PLC đặc biệt với số lượng cổng vào/ra (I/O) thấp nhưng vẫn sở hữu các tính năng nổi bật của các PLC có số lượng I/O cao Việc sử dụng các loại PLC trong vùng chồng lấn giúp tăng cường tính năng đồng thời giảm thiểu số lượng I/O không cần thiết.

Các nhà thiết kế phân PLC ra thành các loại sau:

Micro PLC, hay PLC siêu nhỏ, thường được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất nhỏ và các ứng dụng điều khiển thiết bị đơn lẻ như băng tải nhỏ Những PLC này thường được lập trình bằng các bộ lập trình cầm tay, và một số micro PLC còn hỗ trợ tín hiệu I/O tương tự (analog) Các tiêu chuẩn kỹ thuật của Micro PLC rất đa dạng, phù hợp với nhu cầu của từng ứng dụng cụ thể.

 Sử dụng vi xử lý 8 bit

 Thường dùng thay thế rơle

 Bộ nhớ có dung lượng 1K

 Ngõ vào/ra là tín hiệu số

 Thường được lập trình bằng các bộ lập trình cầm tay

PLC cỡ nhỏ (Small PLC) thường được sử dụng để điều khiển các hệ thống nhỏ như động cơ và dây chuyền sản xuất nhỏ Chức năng của loại PLC này chủ yếu giới hạn trong việc thực hiện các chuỗi mức logic và điều khiển thay thế rơle Các tiêu chuẩn của small PLC bao gồm khả năng hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng đơn giản và tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp.

 Dùng vi xử lý 8 bit

 Thường dùng để thay thế các role

 Lập trình bằng ngôn ngữ dạng hình thang (ladder) hoặc liệt kê

 Có timers/counters/thanh ghi dịch (shift registers)

 Đồng hồ thời gian thực

 Thường được lập trình bằng bộ lập trình cầm tay

Vùng A trong sơ đồ hình 1.1 sử dụng PLC nhỏ, nhưng vẫn tích hợp các chức năng nâng cao tương tự như PLC lớn, bao gồm khả năng thực hiện các thuật toán cơ bản, kết nối mạng và hỗ trợ tín hiệu tương tự qua các cổng vào ra.

PLC cỡ trung bình (Medium PLC) có khả năng điều khiển các tín hiệu tương tự và xuất nhập dữ liệu, cho phép ứng dụng các thuật toán và điều chỉnh các đặc tính của PLC thông qua phần cứng và phần mềm, đặc biệt là phần mềm.

 Có khoảng 1024 ngõ vào/ra (I/O)

 Dùng vi xử lý 8 bit

 Thay thế rơle và điều khiển được tín hiệu tương tự

 Bộ nhớ 4K, có thể nâng lên 8K

 Tín hiệu ngõ vào ra là tương tự hoặc số

 Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao

 Có timers/Counters/Shift Register

 Có khả năng xử lý chương trình con (qua lệnh JUMP…)

 Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao

 Có timers/counters/Shift Register

 Có khả năng xử lý chương trình con ( qua lệnh JUMP…)

 Thực hiện các thuật toán (cộng, trừ, nhân, chia…)

 Giới hạn dữ liệu với bộ lập trình cầm tay

 Có đường tín hiệu đặc biệt ở modulee vào/ra

 Giao tiếp với các thiết bị khác qua cổng RS232

 Có khả năng hoạt động với mạng

 Lập trình qua màn hình máy tính để dễ quan sát

PLC cỡ lớn (large PLC) được sử dụng phổ biến nhờ khả năng hoạt động hiệu quả, cho phép nhận và báo cáo dữ liệu một cách chính xác Phần mềm điều khiển cầm tay đã được phát triển mạnh mẽ, mang lại sự thuận tiện cho người dùng Ngoài các tiêu chuẩn của PLC cỡ trung, PLC cỡ lớn còn có thêm những tiêu chuẩn riêng biệt, nâng cao hiệu suất và tính năng hoạt động.

 Dùng vi xử lý 8 bit hoặc 16 bit

 Bộ nhớ cơ bản có dung lượng 12K, mở rộng lên được 32K

 Điều khiển hệ thống rơle (MCR: Master Control Relay)

 Chuỗi lệnh, cho phép ngắt (Interrupts)

 PID hoặc làm việc với hệ thống phần mềm PID

 Hai hoặc nhiều hơn cổng giao tiếp RS 232

 Dữ liệu điều khiển mở rộng, so sánh, chuyển đổi dữ liệu, chức năng giải thuật toán mã điều khiển mở rộng (mã nhị phân, hexa …)

 Có khả năng giao tiếp giữa máy tính và các modulee

PLC loại 5, hay còn gọi là PLC rất lớn, được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ phức tạp và chính xác cao, cùng với dung lượng chương trình lớn PLC loại này không chỉ có khả năng giao tiếp I/O mà còn tích hợp các chức năng đặc biệt, mở rộng thêm các tính năng so với PLC loại lớn.

 Dùng vi xử lý 16 bit hoặc 32 bít

 Bộ nhớ 64K, mở rộng lên được 1M

 Dữ liệu điều khiển mở rộng: Bảng mã ASCII, LIFO, FIFO

1.3 SO SÁNH PLC VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC:

1.3.1 PLC với hệ thống điều khiển bằng rơle:

Việc phát triển hệ thống điều khiển lập trình đang dần thay thế hệ thống điều khiển bằng rơ le trong sản xuất Khi thiết kế hệ thống điều khiển hiện đại, kỹ sư cần cân nhắc lựa chọn giữa các hệ thống điều khiển lập trình và rơ le, do nhiều lý do quan trọng.

- Thay đổi chương trình điều khiển một cách linh động

- Có độ tin cậy cao

- Không gian lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm nhiều diện tích

- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp: dòng, áp

Hệ thống điều khiển lập trình mang lại sự linh hoạt trong việc thay đổi cấu hình máy móc sản xuất, dễ dàng thích ứng với nhu cầu mở rộng trong tương lai So với hệ thống điều khiển cũ như rơ le và contactor, hệ thống này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn hiệu quả về mặt kinh tế Đặc biệt, việc mở rộng hệ thống trở nên đơn giản hơn, vì chỉ cần điều chỉnh chương trình mà không cần thay đổi hay loại bỏ hệ thống dây nối giữa thiết bị và bộ điều khiển.

1.3.2 PLC với máy tính cá nhân: Đối với một máy tính cá nhân, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau:

Máy tính không có các cổng giao tiếp tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp

Ngôn ngữ lập trình máy tính không chỉ đơn thuần là hình thang; ngoài việc sử dụng phần mềm chuyên biệt cho PLC, máy tính còn cần các phần mềm khác để làm chậm quá trình giao tiếp với các thiết bị điều khiển.

PLC có khả năng kết nối dễ dàng với các hệ thống khác thông qua máy tính, đồng thời có thể tận dụng bộ nhớ lớn của máy tính làm bộ nhớ cho PLC.

1.4 PHẠM VI ỨNG DỤNG PLC:

Hiện nay, PLC đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất, từ công nghiệp đến dân dụng Công nghệ này không chỉ sử dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản với chức năng ON/OFF, mà còn được ứng dụng trong các lĩnh vực phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao và các thuật toán trong quy trình sản xuất Một số lĩnh vực tiêu biểu hiện nay bao gồm

- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đông trong ngành hóa …

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, cán, gia nhiệt …

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây …), cân đong, đóng gói, hòa trộn …

- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất lượng sản phẩm

Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển nguyên liệu cho các quá trình đốt và xử lý trong các tuabin Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, các trạm cần hoạt động tuần tự và tự động trong việc khai thác các vật liệu như than, gỗ và dầu mỏ.

1.5 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC: Để thiết kế 1 chuơng trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau:

B1: Xác định qui trình công nghệ

Phạm vi ứng dụng PLC

Hiện nay, PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất, cả công nghiệp và dân dụng Từ việc điều khiển các hệ thống đơn giản với chức năng ON/OFF đến các ứng dụng phức tạp yêu cầu độ chính xác cao và sử dụng các thuật toán trong quy trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu cho ứng dụng PLC bao gồm:

- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đông trong ngành hóa …

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, cán, gia nhiệt …

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây …), cân đong, đóng gói, hòa trộn …

- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất lượng sản phẩm

Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển nguyên liệu cho các quá trình như đốt và xử lý trong các tuabin Các trạm năng lượng cần hoạt động một cách tuần tự và tự động để khai thác các vật liệu như than, gỗ và dầu mỏ hiệu quả.

Thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC

Để thiết kế 1 chuơng trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau:

B1: Xác định qui trình công nghệ

Để điều khiển một hệ thống, trước tiên cần xác định thiết bị cần điều khiển Bộ điều khiển có nhiệm vụ quản lý hoạt động của hệ thống thông qua việc kiểm tra các thiết bị đầu vào Các tín hiệu được nhận và gửi đến CPU, nơi xử lý thông tin và chuyển tiếp tín hiệu đến thiết bị xuất, từ đó điều khiển hoạt động của hệ thống theo chương trình đã được lập trình sẵn.

B2: Xác định ngõ vào, ngõ ra

Tất cả các thiết bị nhập và xuất bên ngoài được kết nối với bộ điều khiển lập trình (PLC) Thiết bị nhập bao gồm các cảm biến và contact, trong khi thiết bị xuất bao gồm cuộn dây, van điện từ, motor và bộ hiển thị Sau khi xác định đầy đủ các thiết bị cần thiết, việc định vị các thiết bị vào ra tương ứng cho từng ngõ vào và ra trên PLC là bước quan trọng trước khi tiến hành viết chương trình.

B3: Viết chương trình, và sửa lỗi

Khi lập trình theo sơ đồ hình bậc thang (ladder), cần tuân thủ quy trình hoạt động tuần tự của hệ thống hoặc sử dụng dạng STL Sau khi hoàn thành, hãy kiểm tra và sửa lỗi nếu có.

B4: Nạp chương trình vào bộ nhớ

Chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển lập trình thông qua cổng I/O và nạp chương trình vào bộ nhớ bằng máy tính với phần mềm lập trình hình thang Sau khi nạp xong, cần kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán và mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để đảm bảo chương trình hoạt động hiệu quả.

B5: Vẽ sơ đồ kết nối và kết nối thiết bị ngoại vi

Trước khi kết nối thiết bị ngoại vi, cần xác định vị trí các thiết bị xuất nhập tương ứng với từng ngõ vào và ra trên sơ đồ kết nối PLC, dựa vào tất cả các thiết bị cần thiết.

Trước khi khởi động PLC, cần kiểm tra kỹ lưỡng các dây dẫn kết nối giữa các thiết bị nhập và xuất để đảm bảo đúng chỉ định Chỉ khi các kết nối này chính xác, PLC mới có thể hoạt động hiệu quả Trong quá trình chạy chương trình, nếu phát sinh lỗi, máy tính sẽ thông báo, và người dùng phải khắc phục lỗi để đảm bảo hoạt động an toàn của hệ thống.

Sau đây là lưu đồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển:

Xác định yêu cầu của hệ thống điều khiển

Vẽ lưu đồ chung của hệ thống điều khiển

Liệt kê tất cả các ngõ ra, ngõ vào nối tương đối đến các cổng I/O của PLC

Chuyển lưu đồ sang sơ đồ hình thang

Nạp lập trình sơ đồ hình thang thiết kế cho PLC

Mô phỏng chương trình và sửa lỗi phần mềm

Hiệu chỉnh chương trình cho phù hợp

Kết nối toàn bộ thiết bị vào, ra với PLC

Kiểm tra tất cả các tiếp điểm vào, ra

Hình 1.2: Lưu đồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển

Câu hỏi và bài tập

Câu 1: Trình bày cấu trúc cơ bản của một PLC ?

Câu 2: Giải thích chu kỳ một vòng quét của PLC ?

Câu 3: Giải thích lưu đồ thuật toán cho một hệ thống điều khiển dùng PLC?

Câu 4: Trình bày các loại PLC và phạm vi ứng dụng của nó ?

Câu 5: Để thiết kế một chương trình điều khiển dùng PLC cần có mấy bước? Giải thích rõ từng bước?

Câu 6: Nêu rõ ưu điểm của hệ thống điều khiển dùng PLC với các hệ thống điều khiển khác

Câu 7: Trình bày các ứng dụng của PLC trong thực tế?

Hiệu đính lại phần mềm

Nạp chương trình vào EPROM

Lập hồ sơ hệ thống cho tất cả các bản vẽ

GIỚI THIỆU PLC S7-200

Cấu trúc phần cứng

S7-200 là bộ điều khiển logic lập trình nhỏ gọn của Siemens (Đức), thiết kế theo cấu trúc mô-đun với khả năng mở rộng Các mô-đun này phục vụ cho nhiều ứng dụng lập trình đa dạng.

Hình dạng bên ngoài của PLC S7-200 được mô tả như hình 2.1

Hình 2.1: Bộ điều khiển lập trình S7-200 – CPU 214

Các đặc điểm và thông số của các loại PLC S7-200 khác nhau được giới thiệu trong bảng bên dưới:

Bảng 2.1: Đặc điểm và thông số của các loại PLC Đặc trưng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

Bộ nhớ chương trình 2048 words 2048 words 4096 words 4096 words

Bộ nhớ dữ liệu 1024 words 1024 words 2560 words 2560 words

Analog I/O cực đại none 16In/16Out 32In/32Out 32In/32Out

Tốc độ thực thi lệnh 0.37s 0.37s 0.37s 0.37s

Khả năng lưu trữ khi mất điện

 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng

 RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy

 STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại

 Dải điện áp mức logic 1: 15-30 VDC, dòng nhỏ nhất 4 mA; 35VDC ở thời gian tức thời 500ms

 Trạng thái mức logic 1 chuẩn: 24 VDC, 7mA

 Trạng thái mức logic 0: Tối đa 5 VDC, 1mA

 Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đến I1.5: có thể chỉnh từ 0,2 đến 8,7 ms mặc định 0,2 ms

 Các chân từ I0.6 đến I1.5 được sử dụng bởi bộ đếm tốc độ cao HSC1 và HSC2 ở 30us đến 70us

 Sự cách ly về quang 500VAC.1 min

 Kiểu đầu ra: Relay hoặc Transistor

 Tầm điện áp: 24.4 đến 28.8 VDC

 Dòng tải tối đa: 2A/ điểm; 8A/common

 Quá dòng: 7A với contact đóng

 Điện trở cách ly: nhỏ nhất 100 M

 Thời gian chuyển mạch: tối đa 10 ms

 Thời gian sử dụng: 10.000.000 với công tắc cơ khí; 100.000 với tốc độ tải

 Điện trở công tắc: tối đa 200 m

 Chế độ bảo vệ ngắn mạch: không có

 Điện áp cấp nguồn: 20.4 đến 24.8 VDC

 Dòng vào max load: 900mA tại 24 VDC

 Cách ly điện ngõ vào: Không có

 Thời gian duy trì khi mất nguồn: 10ms ở 24 VDC

 Tầm điện áp ra: 15.4 đến 28.8 VDC

 Dòng ra tối đa: 280mA

 Độ gợn sóng: Giống như nguồn cấp vào

2.1.6 Chế độ làm việc: PLC có 3 chế độ làm việc

RUN cho phép PLC thực hiện chương trình theo từng bộ nhớ, và khi có sự cố xảy ra trong máy hoặc gặp lệnh STOP trong chương trình, PLC sẽ chuyển trạng thái từ RUN sang STOP.

 STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP

 TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc RUN hoặc STOP

S7-200 sử dụng cổng RS485 với phích 9 chân để kết nối với thiết bị lập trình hoặc các trạm PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình PPI đạt 9600 bauds, trong khi tốc độ truyền tự do của PLC dao động từ 300 đến 38.400 bauds.

3 Tín hiệu A của RS485 ( RxD/TxD+)

Để kết nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc các máy lập trình thuộc dòng PG7xx, người dùng có thể sử dụng kết nối trực tiếp qua MPI với cáp đi kèm Đối với việc kết nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232, cần sử dụng cáp nối PC/PPI kết hợp với bộ chuyển đổi RS232/RS485, như minh họa trong hình 2.3.

Hình 2.3: Ghép nối S7-200 với máy tính qua cổng RS232

2.1.8 Mở rộng cổng vào ra:

Bạn có thể mở rộng ngõ vào/ra của PLC bằng cách kết nối thêm các module mở rộng bên phải của CPU Đối với CPU 214, tối đa có thể ghép nối 7 module cùng loại, tạo thành một chuỗi liên kết.

Các module mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào/ ra của các modulee

Sau đây là một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modulee mở rộng :

Bảng 2.2: Địa chỉ các modulee mở rộng

Hoạt động của PLC

2.2.1 Bộ xử lý trung tâm:

CPU đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý đọc và kiểm tra chương trình lưu trữ trong bộ nhớ, sau đó thực hiện từng lệnh theo thứ tự Các lệnh này sẽ kích hoạt hoặc ngắt các đầu ra, và trạng thái ngõ ra được gửi đến các thiết bị liên kết để thực thi Tất cả các hoạt động này phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu giữ trong bộ nhớ.

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song

 Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau

 Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu

 Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong hệ thống PLC, dữ liệu được truyền giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus Cả Address Bus và Data Bus đều có 8 đường, cho phép truyền đồng thời 8 bit của 1 byte tại cùng một thời điểm.

Khi một module đầu vào nhận địa chỉ của nó qua Address Bus, nó sẽ truyền tất cả trạng thái đầu vào đến Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra được xuất hiện, quá trình này sẽ tiếp tục.

Bus địa chỉ, module đầu ra sẽ nhận dữ liệu từ bus dữ liệu Bus điều khiển sẽ truyền các tín hiệu điều khiển để theo dõi chu trình hoạt động của PLC.

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải thông tin giữa CPU, bộ nhớ và thiết bị I/O Đồng thời, CPU nhận được xung Clock với tần số từ 1 đến 8 MHz, điều này ảnh hưởng đến tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố cần thiết cho định thời và đồng hồ của hệ thống.

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:

 Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

 Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay

Mỗi lệnh trong chương trình được lưu trữ tại các vị trí riêng biệt trong bộ nhớ, với mỗi vị trí được đánh số, tạo thành các địa chỉ bộ nhớ Địa chỉ của từng ô nhớ được quản lý bởi một bộ đếm địa chỉ bên trong bộ vi xử lý.

Bộ vi xử lý sẽ tăng giá trị trong bộ đếm lên một trước khi thực hiện lệnh tiếp theo Khi có một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ được hiển thị ở đầu ra, và quá trình này được gọi là quá trình đọc.

Bộ nhớ bên trong PLC được cấu thành từ các vi mạch bán dẫn, với khả năng lưu trữ từ 2000 đến 16000 dòng lệnh, tùy thuộc vào loại vi mạch Các loại bộ nhớ trong PLC bao gồm RAM, giúp quản lý và xử lý dữ liệu hiệu quả.

EPROM đều được sử dụng

RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) cho phép nạp, thay đổi và xóa nội dung bất kỳ lúc nào, nhưng sẽ mất dữ liệu khi mất nguồn điện Để khắc phục tình trạng này, các PLC được trang bị pin khô, cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế, RAM thường được sử dụng để khởi tạo và kiểm tra chương trình, với xu hướng hiện nay là sử dụng CMOS RAM nhờ vào khả năng tiêu thụ năng lượng thấp và tuổi thọ cao.

EPROM (Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình điện) là loại bộ nhớ mà người dùng chỉ có thể đọc mà không thể ghi dữ liệu Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn và được cài sẵn trong máy bởi nhà sản xuất, bao gồm hệ điều hành Nếu không cần mở rộng bộ nhớ, người dùng chỉ cần sử dụng EPROM gắn bên trong PLC Trên PG (Bộ lập trình) có chức năng ghi và xóa EPROM.

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba, bao gồm đĩa cứng và đĩa mềm, đóng vai trò quan trọng trong máy lập trình Với dung lượng lớn, các loại đĩa này thường được sử dụng để lưu trữ những chương trình lớn trong thời gian dài.

 Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tuỳ vào công nghệ chế tạo

 Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 ÷16000 dòng lệnh

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM

Các tín hiệu từ bộ cảm biến được kết nối với các module đầu vào của PLC, trong khi các cơ cấu chấp hành được liên kết với các module đầu ra của PLC.

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC

Mỗi đơn vị I/O có một địa chỉ duy nhất, và trạng thái của các kênh I/O được hiển thị qua các đèn LED trên PLC, giúp việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

PLC hoạt động theo chu trình lặp, được gọi là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào vào vùng bộ đệm ảo, sau đó thực hiện chương trình từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc (MEND) Sau giai đoạn thực hiện, PLC tiến hành truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi, trước khi kết thúc vòng quét bằng việc chuyển nội dung bộ đệm ảo tới các cổng ra.

Thực hiện chương trình Program excution

3 Truyền thông và 2. tự kiểm tra lỗi

4 Chuyển dữ liệu từ bộ nhớ ảo điều khiển thiết bị ngoại vi

Khi thực hiện lệnh vào/ra, lệnh không tương tác trực tiếp với cổng mà thông qua bộ đệm ảo trong vùng nhớ tham số CPU quản lý việc truyền thông giữa bộ đệm ảo và ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 Nếu gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ tạm dừng mọi công việc khác, bao gồm cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào/ra.

Cấu trúc bộ nhớ

Bộ nhớ S7-200 được phân chia thành 4 vùng, trong đó có 1 tụ giúp duy trì dữ liệu tạm thời khi mất nguồn Với tính năng động cao, bộ nhớ này cho phép đọc và ghi dữ liệu trên toàn bộ vùng, ngoại trừ các bit nhớ đặc biệt SM chỉ có thể truy cập để đọc Hình vẽ 2.5 minh họa cấu trúc bộ nhớ trong và ngoài của PLC.

 Vùng chương trình: miền bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình

 Vùng tham số: miền lưu trữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm,… cũng giống như vùng chương trình

 Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, bộ đệm truyền thông…

 Vùng đối tượng: Timer, Bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng

 Hai vùng nhớ: dữ liệu và vùng nhớ đối tượng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình

Dữ liệu Vùng đối tượng

Dữ liệu EEPROM Miền nhớ ngoài

Hình 2.5: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200

Vùng dữ liệu là một miền nhớ động có khả năng truy cập linh hoạt theo từng bit, byte, từ đơn hoặc từ kép Nó được sử dụng làm kho lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, hàm truyền thông, lập bảng, cũng như các hàm dịch chuyển và xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ.

Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định

Vùng dữ liệu được chia thành các miền nhớ nhỏ với chức năng khác nhau, được ký hiệu bằng chữ cái đầu của tên tiếng Anh, phản ánh công dụng riêng biệt của từng miền.

Vùng đối tượng là nơi lưu trữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình, bao gồm giá trị tức thời và giá trị đặt trước của bộ đếm hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng này bao gồm các thanh ghi của Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi khác.

Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó

Bảng 2.3: Vùng nhớ các loại PLC

Vùng nhớ CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

SM0.0SM179.7 SM0.0SM179.7 SM0.0SM179.7

Analog inputs none AIW0AIW30 AIW0AIW62 AIW0AIW62

Analog outputs none AQW0AQW30 AQW0AQW62 AQW0AQW62

AC0AC3 AC0AC3 AC0AC3 AC0AC3

Bộ đếm tốc độ cao

HC0,HC3,HC4,HC5 HC0HC5 HC0HC5

2.3.4 Phương thức truy cập bộ nhớ:

 Truy cập theo bit: tên miền(+) địa chỉ byte (+)  (+) chỉ số bit

 Truy cập theo byte: tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền

 Truy cập theo từ: tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền

 Truy cập theo từ kép: tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền

Tất cả các byte trong vùng dữ liệu có thể được truy cập thông qua con trỏ, được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2 và AC3 Mỗi con trỏ chỉ địa chỉ 4 byte (từ kép) và có quy ước sử dụng riêng để truy cập.

& địa chỉ byte (cao) là toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép

*con trỏ là toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép con trỏ đang chỉ vào

Bảng 2.4: Phương pháp truy cập vùng nhớ PLC S7-200

Byte VB0VB2047 VB0VB2047 VB0VB5119 VB0VB5119 access IB0IB15

IB0IB15 QB0QB15 MB0MB31 SMB0SMB179 AC0AC3 SB0SB31 LB0LB63 Constant

VW0VW2046 T0T255 C0C255 IW0IW14 QW0QW14 MW0MW30

8 AC0AC3 AIW0AIW30 AQW0AQW30 LW0LW62

PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PLC S7-200:

PLC S7-200 thể hiện một mạch logic cứng thông qua một chuỗi lệnh lập trình Chương trình bao gồm nhiều tập lệnh và PLC S7-200 thực hiện các lệnh này bắt đầu từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh cuối cùng trong một vòng quét (scan).

Một vòng quét trong PLC S7-200 bắt đầu bằng việc đọc trạng thái đầu vào, tiếp theo là thực hiện chương trình và kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra Trước khi bắt đầu vòng quét tiếp theo, PLC thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông, tạo thành một chu trình lặp liên tục trong quá trình hoạt động.

Lập trình cho PLC S7-200 và các PLC khác chủ yếu dựa trên hai phương pháp cơ bản: phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List, viết tắt là STL).

4 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28

176 AC0AC3 HC0,3,4,5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

VD0VD2044 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28

6 AC0AC3 HC0,3,4,5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

VD0VD5116 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28 SMD0SMD176 AC0AC3 HC0HC5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

VD0VD5116 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28

6 AC0AC3 HC0HC5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

Chương trình viết dưới dạng LAD có thể được chuyển đổi tự động sang dạng STL bởi thiết bị lập trình, nhưng không phải tất cả các chương trình STL đều có thể chuyển đổi thành LAD Đối với PLC S7-200, việc lập trình không thể thực hiện trực tiếp trên thiết bị mà cần sử dụng các phần mềm hỗ trợ để lập trình gián tiếp.

Các phần mềm này có thể được cài đặt trên máy lập trình PG7xx hoặc máy tính cá nhân (PC) Công việc lập trình bao gồm việc sử dụng máy tính để lắp ghép các lệnh cơ bản nhằm đáp ứng yêu cầu của quy trình công nghệ, sau đó chuyển vào PLC để thực hiện điều khiển Các lệnh cơ bản thường ở hai dạng LAD (Ladder Logic) và STL (Statement List).

LAD là một ngôn ngữ lập trình đồ họa, với các thành phần cơ bản tương ứng với bảng điều khiển rơle Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản được sử dụng để biểu diễn các lệnh logic.

- Tiếp điểm: là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le

- Cuộn dây (coil):   là biểu tượng mô tả rơle, được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le

Hộp (Box) là biểu tượng thể hiện các hàm khác nhau, hoạt động khi có dòng điện chạy qua Các hàm thường được mô tả bằng hộp bao gồm bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Để đảm bảo hoạt động hiệu quả, cuộn dây và các hộp cần được kết nối đúng chiều dòng điện.

Mạng LAD là một kết nối giữa các phần tử trong mạch, bắt đầu từ đường nguồn bên trái (dây pha) và kết thúc ở đường nguồn bên phải (dây trung tính) Dòng điện di chuyển từ trái qua các tiếp điểm để kích hoạt các cuộn dây hoặc hộp trở về bên phải nguồn cung cấp Trong các chương trình như STEP 7 MICRO / DOS hoặc STEP 7 – MICRO/WIN, đường trở về nguồn thường không được hiển thị.

2.4.2 Phương pháp Liệt kê lệnh (STL):

Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là cách thể hiện chương trình thông qua một tập hợp các câu lệnh, trong đó mỗi câu lệnh đại diện cho một chức năng cụ thể của PLC.

Phương pháp lập trình LAD thích hợp cho những lập trình viên có kinh nghiệm trong kỹ thuật, trong khi STL lại phù hợp hơn với những người có nền tảng vững về tin học.

2.4.3 Phương pháp sơ đồ khối (FBD):

Câu 1: Trình bày cấu trúc phần cứng của một PLC?

Câu 2: Trình bày các chế độ làm việc của PLC?

Để kết nối PLC S7-200 với PC và các thiết bị lập trình khác, người dùng cần sử dụng cáp kết nối phù hợp và phần mềm lập trình như STEP 7-Micro/WIN CPU-214 có khả năng kết nối tối đa với 8 module mở rộng, cho phép mở rộng chức năng của hệ thống Đối với module Analog, việc định địa chỉ được thực hiện thông qua cấu hình trong phần mềm lập trình, đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành.

Câu 5: Bộ nhớ trong PLC làm chức năng gì?

Câu 6: Trình bày công dụng của các miền nhớ nhỏ trong vùng dữ liệu?

Câu 7: Trình bày các phương thức truy cập bộ nhớ ?

Câu 8: Trình bày các phương pháp lập trình cho PLC S7-200?

Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi

Phần mềm STEP 7-Micro/WIN3.2

3.1.1 Cài đặt và sử dụng phần mềm Step7 – Micro/WIN 3.2 Đĩa CD chứa phần mềm Step7-Micro/Win 3.2 V4.0

Yêu cầu máy vi tính có:

+ Vi xử lý loại Pentium

+ Đĩa cứng trống tối thiểu 300MB

+ Hệ điều hành Win XP

Quá trình cài đặt sẽ tự động

Sau khi cài đặt thành công, khởi động phần mềm Step 7 Trong phần Tools, có các mục sau:

+ Program block: Cửa sổ soạn thảo chương trình

+ Symbol table: để đánh địa chỉ cho các biến

+ Status chart: Kiểm tra việc nối dây

+ Data block: Gán địa chỉ và giá trị đầu

+ System block: Giao tiếp hệ thống

+ Communication: Kết nối cable và máy tính + Set PG/PC interface: Thiết lập kiểu giao tiếp cho cáp truyền thông

3.1.2 Tìm hiểu phần mềm lập trình PLC :

Step7 MicroWin 3.2 hoặc 4.0 là phần mềm dùng để lập trình cho PLC S7- 200

Cách 1: Start _ Simatic _ Step7 – Microwin

Cách 2: Doubleclick vào biểu tượng Step7 – Microwin trên màn hình nền Desktop của

Hình 3.35: Giao diện của chương trình Step7 – Microwin

Mở một file mới: Vào file – Doubleclick New hoặc click vào biểu tượng New

Hình 3.36: Shortcut tạo file mới

Vào file – Doubleclick Open chọn tên file cần mở hoặc click vào biểu tượng Open

Lưu một file mới: Vào file – Doubleclick Save hoặc click vào biểu tượng Save đặt tên file cần lưu

 Lưu file tên khác: Vào file – Doubleclick Save As đặt tên file cần lưu

Step7 Microwin hỗ trợ tối đa 100 network, mỗi network tương ứng với một câu lệnh Nếu có từ hai câu lệnh trở lên trong cùng một network, chương trình sẽ báo lỗi khi biên dịch.

Ta có thể dùng chuột để chọn các biểu tượng và đặt chúng vào các vị trí trong network mong muốn

Mỗi lệnh cần được gắn trực tiếp vào đường bên trái; khi con trỏ hình ô vuông ở vị trí nào, các toán hạng sẽ được truy xuất tại vị trí đó.

 Nạp chương trình vào PLC:

Cách 1: Vào File_ Doubleclick download

Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Download trên thanh công cụ

Hình 3.38: Shortcut nạp chương trình cho PLC Click Download  OK  Yes

Màn hình báo Download successful thì chương trình đã nạp thành công

Cách 1: Vào PLC _ click chuột vào Run Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Run trên thanh công cụ

Hình 3.39: Shortcut cho phép thực hiện chương trình

Cách 1: Vào PLC _ click chuột vào Stop Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Stop trên thanh công cụ

Hình 3.40: Shortcut cho phép dừng chương trình

 Hiển thị các chương trình ladder (để quan sát quá trình hoạt động của chương trình):

Cách 1: Vào debug _ click chuột vào Program Status

Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Program Status

Hình 3.41: Shortcut cho phép giám sát chương trình khi hoạt động

 Đọc chương trình của PLC:

Cách 1: Vào File_ Doubleclick upload Cách 2: Click chuột vào biểu tượng upload trên thanh công cụ

Hình 3.42: Shortcut đọc chương trình từ PLC Click Upload  OK  Yes

Màn hình báo Upload successful thì chương trình đã nạp thành công

Cách 1: Chọn Edit _ delete _ chọn Row hoặc Column hoặc Network Cách 2: Nhấn Shift + Delete

Cách 1: Chọn Edit _ insert _ chọn Row hoặc Column hoặc Network Cách 2: nhấn Shift + Insert

 Xác lập CPU đang giao tiếp:

Chọn read CPU type nếu đã nối giữa máy tính và PLC để phần mềm tự xác lập loại CPU đang giao tiếp

Nếu chưa kết nối PLC muốn cài đặt loại CPU cho PLC vào PLC_ Type chọn loại PLC phù hợp.

Phần mềm mô phỏng S7-200

Chương trình điều khiển được phát triển trên phần mềm Micro WIN Để lưu trữ, người dùng có thể sử dụng chức năng "Save" hoặc "Save as", hoặc thực hiện việc tải xuống chương trình vào PLC S7.

200 để thực hiện chạy chương trình

Chúng ta đang quan tâm đến việc chạy mô phỏng chương trình, tương tự như quá trình lưu dữ liệu Để thực hiện điều này, bạn cần vào File và chọn Export Việc Export sẽ giúp lưu trữ dữ liệu dưới dạng đặc biệt, được chứa trong mã nguồn của phần mềm mô phỏng.

Sau khi hoàn thành công việc, nhiệm vụ của phần mềm lập trình coi như đã kết thúc Chúng ta sẽ đóng chương trình lại và tiến hành mô phỏng thông qua phần mềm mô phỏng.

3.2.2 Sử dụng phần mềm mô phỏng

Hình 3.43: Biểu tượng chương trình mô phỏng

- Các bước tiến hành mô phỏng thực hiện như sau:

Hình 3.44: Giao diện phần mềm mô phỏng

Hình 3.45: Giao diện nhập mật mã

Hệ thống yêu cầu nhập mật mã: 6596

Sau khi mật mã được chấp nhận, phần mềm cho phép mô phỏng ta vào menu File chọn Load program như hình dưới:

Hình 3.46: Nạp chương trình mô phỏng

Cho phép mở chương trình muốn mô phỏng chọn tiếp Hệ sẽ cho ta tiếp 1 bảng hỏi Đánh dấu cho các mục như hình vẽ và Chọn Accept

Hình 3.47: Chọn phiên bản phần mềm mô phỏng và nội dung hiển thị mô phỏng

Màn hình kế tiếp cho ta chọn bài muốn mô phỏng nằm trong Source Path ( C  Program File  Siemens  Step 7 Micro WIN V4.0  Source  tên bài cần mô phỏng)

Giả sử chọn mô phỏng đèn giao thông 6 đèn khi đó màn hình xuất hiện:

Hình 3.48: Giao diện phần mềm sau khi nạp file

Bài giao thông 6 đèn đã được mở: Trong đó xuất hiện hai bảng mô phỏng kế tiếp đó là Program (OB1) và KOP

Chương trình chính dạng STL được mô phỏng:

Hình 3.49: Cửa sổ mô phỏng chương trình dạng STL

Để tiếp tục, hãy chuyển PLC về chế độ Run bằng cách nhấp chuột vào phím màu xanh trên màn hình mô phỏng chương trình dạng STL như hình 3.50.

Hình 3.51: Chọn chế độ Run để mô phỏng

Hình 3.52: Hộp thoại chọn thực hiện chế độ Run (Chọn Yes)

Khi đó đèn hiệu ở chế độ Stop màu vàng cam sẽ chuyển sang đèn xanh và chương trình đã sẵn xàng chạy mô phỏng theo yêu cầu công nghệ

- Bộ giả định tín hiệu vào màu xanh cho phép ta vận hành

 Các công tắc đầu vào có thể tắt bật

 Chương trình hoạt động đúng các đèn ngõ vào ra sáng tắt theo yêu cầu công nghệ

Hình 3.53: Giao diện các công tắc điều khiển On/Off tạo tín hiệu vào cho PLC

Hình 3.54: Giao diện hiển thị trạng thái ngõ vào/ra của PLC

Quan sát dưới dạng ladder:

Hình 3.55: Chọn shorcut State Program để quan sát trạng thái hiện hành của PLC Để quan sát mô phỏng trên KOP vào State program như trên được:

Hình 3.56 hiển thị giao diện cửa sổ KOP, cho phép người dùng kiểm tra trạng thái ngõ vào và ra của PLC Để dừng quá trình mô phỏng, người dùng chỉ cần nhấp vào nút Stop màu đỏ; phần mềm sẽ yêu cầu xác nhận việc đặt CPU vào chế độ dừng, và người dùng chọn Yes để xác nhận.

Hình 3.57: Chuyển PLC sang chế độ dừng (Stop)

3.3 KẾT NỐI DÂY GIỮA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

3.3.1 Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi:

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được kết nối với các module đầu vào của PLC, trong khi các cơ cấu chấp hành được nối với các module đầu ra Hầu hết các PLC hoạt động với điện áp 5V, và tín hiệu xử lý có thể là 12/24VDC hoặc 100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có một địa chỉ duy nhất, và trạng thái của các kênh I/O được hiển thị qua đèn LED trên PLC, giúp việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

Hình 3.58: Kết nối dây giữa ngõ vào của PLC với các thiết bị ngoại vi

Hình 3.59: Kết nối dây giữa ngõ ra của PLC với các thiết bị ngoại vi

 MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA KẾT NỐI GIỮA PLC VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI:

Hình 3.60: Sơ đồ khối hệ thống dùng PLC điều khiển động cơ

Nút nhấn On/Off (hoặc cảm biến) Ngõ vào Động cơ

Khởi động Đèn hiển thị dừng Đèn hiển thị hoạt động Động cơ

Hình 3.61: Chương trình điều khiển động cơ

 THIẾT BỊ NGÕ VÀO/RA:

Hình 3.62: Sơ đồ khối của hệ thống dùng PLC

 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI DÂY PLC:

Hình 3.63: Sơ đồ kết nối PLC

 KẾT NỐI VỚI MÔ ĐUN MỞ RỘNG:

Hình 3.64: Kết nối module mở rộng dùng cáp dẹp nhiều sợi (ribbon)

Hình 3.65: Kết nối PLC dùng cáp truyền thông

3.4 KIỂM TRA VIỆC NỐI DÂY BẰNG PHẦN MỀM :

 Kết nối PLC với máy vi tính Yêu cầu PLC đã nối dây cho một mạch điện cụ thể

 Sử dụng Status Chart trong phần mềm Step 7

 Đọc và thay đổi biến với Status Chart

 Cưỡng bức biến với Status chart

Hình 3.66: Chọn lựa loại cáp truyền thông

Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhấp chuột lên biểu tượng Communications hoặc chọn View  Component  Communications

In the Communications Setup dialog box, double-click on the PC/PPI Cable icon This will open the Setting the PG/PC Interface dialog, where you should select the Properties button to review the parameters.

Hình 3.67: Thiết lập thông số cho cáp truyền thông

Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhấp chuột lên biểu tượng Communications hoặc chọn View  Component  Communications

Trong hộp thoại thiết lập giao tiếp (Communications Setup), hãy nhấp đúp vào biểu tượng Refresh Khi CPU được kết nối và cấp nguồn, biểu tượng của nó sẽ xuất hiện Bạn có thể nhấp đúp vào biểu tượng này để kiểm tra các thông số tương ứng của PLC.

Hình 3.68: Hộp thoại kết nối cáp truyền thông

 ĐẶT CẤU HÌNH TRUYỀN THÔNG CHO CPU S7-200:

Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhấp chuột lên biểu tượng System Block

Hoặc chọn Menu View > Component System Block Trên hộp đối thoại xuất hiện (System Block), chọn trang Port(s) để xem và thay đổi các tham số truyền thông

Hình 3.69: Thay đổi tham số cho cáp truyền thông

3.5 Câu hỏi và bài tập:

Ngõ vào của PLC có khả năng cấp điện cho cuộn dây rơ le, từ đó điều khiển động cơ Các khối vào và khối ra đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập giao tiếp giữa PLC và các thiết bị ngoại vi, giúp truyền tải tín hiệu và điều khiển hoạt động của hệ thống.

Câu 2: Các khối mở rộng ngõ vào/ra có lợi ích gì?

Câu 3: Điều gì xảy ra nếu một ngõ ra AC được cấp nguồn DC?

Câu 4: Một khối vào/ra mở rộng của PLC họ S7-200 loại EM223 gồm có 8 ngõ vào

Hệ thống DC/8 bao gồm các ngõ ra rơle, với 4 ngõ vào kết nối với 4 nút nhấn Hai ngõ ra được kết nối với một rơle trung gian sử dụng nguồn 24VDC để điều khiển một contactor 220VAC, nhằm điều khiển động cơ 3 pha 220V/380V Ngoài ra, hai ngõ ra khác được nối với 2 đèn báo 220VAC để hiển thị chiều quay của động cơ Cuối cùng, hai ngõ ra còn lại được sử dụng cho các van khí nén 24VDC Cần thiết phải vẽ sơ đồ nối dây cho các ngõ vào và ra này với hệ thống ngoại vi theo yêu cầu.

Để thiết kế một dự án điều khiển bằng PLC, trước tiên cần phác thảo sơ đồ nối dây cơ bản và lựa chọn PLC hoặc khối vào/ra phù hợp với các ngõ vào/ra cần thiết Các thiết bị kết nối với ngõ vào bao gồm 2 công tắc hành trình, 1 nút nhấn thường hở, 1 nút nhấn thường đóng và 1 tiếp điểm nhiệt Ngõ ra sẽ điều khiển một van solenoid 24VDC, một đèn báo 110VAC và một động cơ 220VAC/50HP Việc lựa chọn PLC hoặc khối vào/ra cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo kết nối dây đúng theo yêu cầu.

Câu 6: Hãy phác thảo sơ đồ nối dây cho các ngõ ra PLC theo yêu cầu được liệt kê dưới đây:

- Một van khí nén có 2 cuộn dây solenoid

- Một động cơ công suất thấp 12 VDC.

Ngõ vào của PLC có khả năng cấp điện cho cuộn dây rơ le nhằm điều khiển động cơ Các khối vào và khối ra đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi, giúp điều khiển và giám sát quá trình tự động hóa hiệu quả.

Câu 2: Các khối mở rộng ngõ vào/ra có lợi ích gì?

Câu 3: Điều gì xảy ra nếu một ngõ ra AC được cấp nguồn DC?

Câu 4: Một khối vào/ra mở rộng của PLC họ S7-200 loại EM223 gồm có 8 ngõ vào

Bài viết mô tả hệ thống điều khiển động cơ 3 pha 220V/380V thông qua rơle DC/8 Các ngõ vào kết nối với 4 nút nhấn, trong khi 2 ngõ ra được kết nối với một rơle trung gian sử dụng nguồn 24VDC để đóng mạch cho contactor 220VAC Hệ thống còn bao gồm 2 đèn báo 220VAC để hiển thị chiều quay của động cơ và 2 ngõ ra dành cho các van khí nén 24VDC Để hoàn thiện, cần vẽ sơ đồ nối dây cho các ngõ vào và ra theo yêu cầu.

Câu 5: Hãy thiết kế một dự án được điều khiển bằng PLC Trước khi đặt hàng, cần phải phác thảo việc nối dây cơ bản và chọn lựa các loại PLC hoặc khối vào/ra có các ngõ vào/ra tương ứng Các thiết bị được sử dụng để nối với các ngõ vào gồm có: 2 công tắc hành trình, 1 nút nhấn thường hở, 1 nút nhấn thường đóng và một tiếp điểm nhiệt Ngõ ra sẽ điều khiển một van solenoid 24VDC, một đèn báo 110VAC và một động cơ 220VAC/50HP Hãy lựa chọn loại PLC hoặc một khối vào/ra phù hợp và kết nối dây theo yêu cầu đặt ra

Câu 6: Hãy phác thảo sơ đồ nối dây cho các ngõ ra PLC theo yêu cầu được liệt kê dưới đây:

- Một van khí nén có 2 cuộn dây solenoid

- Một động cơ công suất thấp 12 VDC.

Tập lệnh PLC S7-200

Thiết kế và đấu nối các mạch ứng dụng điều khiển động cơ và đèn sử dụng lệnh Counter và Timer

Yêu cầu: Xác định ngõ vào ra, viết chương trình và đấu nối các mạch có sử dụng đèn báo chế độ làm việc sau:

4.4.1 Thiết kế được mạch điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy Y/ tự động

Xác định ngõ vào/ ngõ ra:

Viết chương trình và mô phỏng:

Vẽ sơ đồ kết nối PLC và sơ đồ kết nối mạch động lực:

Kết nối thiết bị ngoại vi

Kiểm tra kết nối dây bằng phần mềm

Nạp chương trình vào PLC

4.4.2 Viết chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy Y/ (tự động) hai chiều quay (đảo chiều quay trực tiếp)

4.4.3 Viết chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy Y/ (tự động) hai chiều quay (tự động đảo chiều sau 1 khoảng thời gian)

4.4.4 Viết chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy Y/ (tự động) quay thuận 3s sau đó chạy nghịch 3s quá trình lặp lại 3 lần rồi dừng

Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo Byte, Word hay DWord của S7-200

LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh các giá trị của byte, word hay DWord (giá trị thực hoặc nguyên)

Những lệnh so sánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng (=)

Khi so sánh giá trị của byte thì không cần phải để ý đến dấu của toán hạng, ngược lại khi so sánh các từ hay từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán hạng là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép

Ví dụ: 7FFF > 8000 và 7FFFFFFF > 80000000

LAD Mô tả Toán hạng

QB, MB, SMB, AC, Const, *VD, *AC

Trong STL những lệnh so sánh thực hiện phép so sánh byte, Word hay DWord Căn cứ vào kiểu so sánh (=), kết quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng) hoặc bằng 1 (nếu sai) nên nó có thể được kết hợp cùng các lệnh LD, A, O Để tạo ra được các phép so sánh mà S7-200 không có lệnh so sánh tương ứng (như so sánh không bằng nhau , so sánh nhỏ hơn ) ta có thể kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (= =, >=, 79 VAC Khi trạng thái khóa thay đổi từ 0 lên 1, trạng thái 1 phải được duy trì ít nhất 50 ms để LOGO! nhận biết trạng thái đó, cũng như vậy khi chuyển về trạng thái 0

Hình 5.3: Sơ đồ đấu nối ngõ vào cho LOGO!

5.1.5.3 Nối các đầu ra của LOGO!: Đầu ra của các LOGO! là các rơle Khi đầu ra của LOGO! chuyển lên mức 1 thì nó đóng tiếp điểm cung cấp điện cho tải Công tắc của rơle được cách ly với nguồn cung cấp và đầu vào

Ta có thể nối các tải khác nhau ở đầu ra, ví dụ như đèn, motor, contactor, Các tải nối với LOGO! phải có đặc tính sau đây :

 Dòng chuyển mạch lớn nhất phụ thuộc vào tải và số lần tác động

 Khi rơle đóng (Q= 1), dòng điện cực đại là 8 Ampere cho tải thuần trở và cho tải có tính cảm kháng

Hình 5.4 Sơ đồ đấu nối ngõ vào cho LOGO!.

Lập trình cho LOGO!

Việc lập trình cho LOGO! Là thực hiện kết nối và đặt các thông số cho các hàm cho sẵn theo qui ước của LOGO! Vì vậy, trước hết cần nắm vững các hàm và chức năng logic:

5.2.1 Các đầu nối CO (Conectors)

Các đầu vào tín hiệu của LOGO! ký hiệu từ I1 đến In

Các đầu ra tín hiệu của LOGO! ký hiệu từ Q1 đến Qn

Các đầu nối có thể sử dụng trong Menu CO là:

 Đầu vào tín hiệu (Inputs): I1 - I2 - I3 - I4 - I5

 Đầu ra tín hiệu (Outputs): Q1 - Q2 - Q3 - Q4 - Q5

 Mức thấp: Lo ("0" hay OFF)

 Mức cao: Hi ("1" hay ON)

 Đầu ra tín hiệu không nối: "X"

Khi đầu vào tín hiệu của một khối luôn ở mức thấp thì chọn "lo", nếu luôn ở mức cao thì chọn "Hi", nếu đầu vào tín hiệu đó không cần sử dụng thì chọn "X"

5.2.2 Các chức năng cơ bản GF (General Function):

Khi nhập vào một mạch, chúng ta có thể chọn các khối chức năng cơ bản trong bảng sau:

Bảng 5.1: Các khối chức năng cơ bản của GF

Biểu diễn bằng biểu đồ mạch Biểu diễn LOGO! Chức năng cơ bản

Nối tiếp nhiều công tắc thường mở được thể hiện trong LOGO! theo sơ đồ mạch dưới đây :

Hình 5.5: Sơ đồ mạch cổng AND 3 ngõ vào

Bảng logic của cổng AND 3 ngõ vào:

Bảng 5.2: Bảng logic cổng AND 3 ngõ vào

Nối song song của một số công tắc thường mở được biểu diễn trong LOGO! theo sơ đồ mạch dưới đây :

Bảng logic của cổng OR 3 ngõ vào:

Bảng 5.3: Bảng logic cổng OR 3 ngõ vào

Khối NOT có đầu ra ở trạng thái 1 khi đầu vào ở trạng thái 0 và ngược lại Nói cách khác, NOT đảo trạng thái đầu vào

Sự tiện lợi của NOT là ta không cần có công tắc thường đóng của LOGO! Ta có thể sử dụng công tắc thường mở và đảo chúng thành công tắc thường đóng bằng khối NOT

Bảng logic của cổng NOT:

Bảng 5.4: Bảng logic của cổng NOT

Một số công tắc thường đóng nối song song được trình bày trong LOGO! ở sơ đồ dưới đây :

Hình 5.8: Sơ đồ mạch cổng NAND 3 ngõ vào

Bảng logic của cổng NAND:

Bảng 5.5: Bảng logic của cổng NAND

Việc nối liên tiếp các công tắc loại thường đóng được trình bày trong LOGO! ở sơ đồ mạch sau :

Hình 5.9: Sơ đồ mạch cổng NOR 3 ngõ vào

Bảng logic cho cổng NOR:

Bảng 5.6: Bảng logic của cổng NOR

Trong LOGO! mạch XOR được biểu diễn dưới dạng sơ đồ mạch sau :

Hình 5.10; Sơ đồ mạch cổng NOR 3 ngõ vào

Bảng logic cho cổng XOR:

Bảng 5.7: Bảng logic của cổng XOR

5.2.3 Các chức năng đặc biệt (SF – Special Functions)

Tuỳ thuộc vào loại LOGO! mà có các chức năng chính (21 chức năng đặc biệt) Dưới đây chỉ nêu ra một số chức năng đặc biệt sau :

Bảng 5.8: Bảng biểu diễn các chức năng của khối SF

Biểu diễn trong biểu đồ mạch

Chức năng đặc biệt Đóng trễ (On – Delay)

Rơ le xung (Pulse Relay)

Chuyển mạch định thời gian trong tuần (Seven-day time switch)

Rơ le chốt (Latching Relay)

Phát xung đồng hồ (Clock Pulse Generator) Đóng trễ có nhớ (Retentive On Delay)

Bộ điếm lên/xuống (Up/Down Counter)

5.2.3.1 On - Delay (Bộ đóng có trễ): Đầu vào Trg Khởi đầu thời gian On delay bằng đầu vào Trg

Thông số T T là thời gian sau đó đầu ra đóng mạch (tín hiệu đầu ra đổi từ

0 lên 1) Khi trạng thái đầu vào Trg thay đổi từ 0 lên 1 Nếu trạng thái đầu vào Trg được duy trì đủ dài, đầu ra sẽ chuyển lên 1 sau thời gian T đã đủ ( đây là thời gian trễ giữa thời điểm đầu vào chuyển lên 1 cho đến khi đầu ra lên 1)

Nếu trạng thái đầu vào Trg trở về 0 trước khi thời gian trôi qua đã đủ, thời gian này bị xoá Đầu ra trở về 0 khi đầu vào Trg lại có trạng thái 0

5.2.3.2 Off - Delay (Bộ ngắt có trễ): Đầu vào Trg Khởi đầu thời gian Off delay bằng đầu vào Trg

Trg Input Thời gian cho Off delay và đặt đầu ra về 0 thông qua đầu vào R

(R được ưu tiên trước Trg)

Thông số T T là thời gian sau đó đầu ra được cắt (tín hiệu đầu ra chuyển từ 0 về 1)

Khi đầu vào Trg chuyển sang 1, đầu ra chuyển ngay sang 1 Nên trạng thái Trg chuyển từ

1 sang 0, thời gian đặt của LOGO! Ta được bắt đầu và giữ nguyên đầu ra Khi ta đặt được giá trị đặt T (Ta = T) Đầu ra (Q) được chuyển về 0

Nếu đầu ra vàoTg lại chuyển từ ON sang OFF, thời gian ta lại được bắt đầu lại

Ta reset lại thời gian Ta và đầu ra thông qua đầu vào P,(reset) trước khi thời gian Ta đã trôi qua

5.2.3.3 Rơle xung (Pulse Relay): Đầu vào Trg Ta sử dụng đầu vào Trg để đóng và cắt đầu ra

Chức năng T Ta sử dung đầu vào R( reset) để reset lại pulse rơle và chuyển đầu ra về 0, (R ưu tiên trước Trg) Mỗi khi trạng thái của đầu vào Trg chuyển từ 0 sang 1, trạng thái của đầu ra thay đổi Ta reset pulse relay về trạng thái ban đầu bằng đầu vào R Sau khi có nguồn hay reset Pulse relay được reset và đầu ra (Q) chuyển về 0

5.2.3.4 Đồng hồ (khoá định thời gian):

Mạch khoá thời gian chỉ có trong loại LOGO! có chữ C (tức là Clock-đồng hồ) ví dụ LOGO!230RC

Mỗi đồng hồ có 3 No (cam) định giờ No1, No2, No3 Trong mỗi cam giờ này ta thiết lập các thông số như sau :

- Mo Su( Thứ 2 – Chủ nhật)

- Sa Su (Thứ 7 – Chủ Nhật)

- Bất kỳ thời gian nào giữa 00:00 giờ và 23:59 giờ

- : có nghĩa là không định thời gian đóng

- Bất kỳ thời gian nào giữa 00:00 giờ và 23:59 giờ

- : có nghĩa là không định thời gian cắt

 Bộ nhớ đệm cho đồng hồ

Trong LOGO!230RC đồng hồ trong vẫn chạy khi mất nguồn Nói cách khác, đồng hồ có nguồn dự phòng Thời gian dự phòng của nguồn LOGO!230RC phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Tại nhiệt độ 40 o C nguồn lưu trữ cho 8 giờ

* Qui trình đặt đồng hồ (khoá định thời): tiến hành theo các bước sau:

B.1: Định vị con trỏ tới vị trí của đồng hồ (ví dụ No1)

B.2: Bấm phím OK LOGO! mở cửa sổ thông số vòng cam, con trỏ ở vị trí ngày cuối tuần

B.3: Sử dụng phím  và  để lựa chọn một hay nhiều ngày của tuần

B.4: Sử dụng phím  để di chuyển con trỏ tới vị trí của thời gian đóng

B.5: Đặt thời gian đóng.Ta sử dụng phím  và  để thay đổi giá trị Để di chuyển con trỏ tới vị trí khác ta sử dụng phím  và  Ta có thể chỉ lựa chọn giá trị : tại vị trí đầu tiên ( : có nghĩa là công tắc không hoạt động)

B.6: Đặt thời gian tắt (quá trình tương tự như B5)

B.7: Kết thúc việc nhập bằng việc ấn phím OK

Ví dụ : Đóng cắt các thiết bị điện trong toà nhà yêu cầu như sau: a Bật tất cả các đèn chiếu sáng trong phòng từ 8h sáng và tắt lúc 19h trong các ngày từ thứ hai đến thứ sáu b Bật tất cả các hệ thống giám sát, bảo vệ tự động vào các ngày thứ bảy và chủ nhật Để giải quyết vấn đề trên, ta sử dụng 2 cam thời gian No1 và No2 thiết lập như sau :

No1 (sử dụng cho bật tắt các đèn chiếu sáng) :

- Day : Mon Fr (có hiệu lực từ thứ hai tới thứ sáu)

- On : 08:00 (bật đèn lúc 8 giờ)

- Off : 19:00 (tắt đèn lúc 19giờ)

No2 (sử dụng cho bật tắt các hệ thống báo động toà nhà) :

- Day : Sa Su (có hiệu lực từ thứ bảy tới chủ nhật)

- On : 00:00 (bật hệ thống lúc 00 giờ)

- Off : 23:59 (tắt hệ thống lúc 23giờ 59 phút)

5.2.3.5 Relay tự giữ: Đầu vào S Ta đặt đầu ra (Q) ở mức 1 nhờ đầu vào S (Set) Đầu vào R Ta Reset đầu ra (Q) về mức nhờ đầu vào R Nếu S và R đều ở trạng thái 1 cùng một lúc thì đầu ra được cắt (ưu tiên đầu vào Reset)

Relay tự giữ là một mạch Flip-Flop (trigger) giản đơn Giá trị của đầu ra phụ thuộc vào các trạng thái của đầu vào và trạng thái của đầu ra trước đó Bảng sau biểu diễn quan hệ logic giữa chúng

Bảng 8.1: Bảng trạng thái của

5.2.3.6 Đồng hồ phát xung (clock pulse generator): Đầu vào En Đóng và cắt phát xung đồng hồ thông qua đầu vào En (Enable) Đầu vào T T là thời gian đóng, cắt của đầu ra

Ta sử dụng thông số T để định thời gian giữa đóng và cắt Ta dùng cổng vào En để phát xung chạy Phát xung đồng hồ đưa đầu ra về 1 trong thời gian T, sau đó lại về 0 trong thời gian

T, và cứ tiếp tục cho tới khi đầu vào En chuyển về 0

Chú ý : Thông số thời gian T phải luôn  0.1 giây, nếu T nhỏ hơn giá trị này thì đầu ra của bộ phát xung sẽ không có xung ra

Trg Khởi động thời gian On delay nhớ đầu vào Trg

R input Reset thời gian cho On delay nhớ và đặt đầu ra về 0 nhờ đầu vào

R (R được ưu tiên) Thông số T T là thời gian sau đó đầu ra được đóng (đầu ra được chuyển từ 0 lên 1) Nếu trạng thái đầu vào Trg thay đổi từ 0 đến 1, thời gian thay đổi từ 0 đến 1 Thời gian

Ta được khởi động Khi Ta đạt đến thời gian T, đầu ra Q chuyển sang 1 Nếu chuyển trạng thái khác vào Trg sẽ không có hiệu lực đối với Ta Đầu ra và thời gian Ta không được tái khởi động về không cho đến khi trạng thái của đầu vào R lại chuyển sang 1

Lập trình trực tiếp trên LOGO!

5.3.1 Chuyển sang chế độ lập trình (Programming Mode):

Ta đã nối LOGO! và đóng công tắc nguồn Dòng thông báo dưới đây hiển thị trên màn hình (trong trường hợp LOGO! chưa có chương trình) : “No Program”

Chuyển LOGO! sang chế độ lập trình Để thực hiện ta nhấn đồng thời 3 phím ấn ,  và

OK Sau khi các phím đó, menu chính của LOGO! xuất hiện :

Start Phía trái ở trên dòng đầu tiên ta sẽ thấy một ký hiệu “>” Ta bấm nút , để di chuyển dấu “>” lên và xuống Di chuyển “>” tới ‘Program ” và bấm OK LOGO! sẽ chuyển tới chế độ lập trình

> Edit Prg Clear Prg Set Clock Tương tự, ta có thể di chuyển dấu “>” bằng cách sử dụng nút , Đặt dấu “>” tại vị trí

“Edit Prg” và bấm nút OK

Khi đó LOGO! sẽ hiển thị cho ta đầu ra Q1

Hình 5.14: Hiển thị đầu ra

Tải tiêu thụ do S1 hoặc S2 cung cấp đóng qua một Relay, tiếp điểm thường hở của Relay sẽ đóng cho tải tiêu thụ Đ và cắt sau thời gian trễ 20 phút Dưới đây là sơ đồ mạch điện:

Hình 5.15: Sơ đồ điều khiển tải (đèn)

Ta nhập chương trình (từ đầu ra về đầu vào) Trước tiên LOGO! hiển thị đầu ra:

Hình 5.16: Hiển thị đầu ra

Ký tự Q của Q1 được gạch chân Dấu gạch chân này là con trỏ Con trỏ định rõ vị trí hiện tại của ta trong chương trình Ta có thể di chuyển con trỏ bằng cách ấn các mũi tên ,, và  Bây giờ ta bấm nút , con trỏ sẽ di chuyển sang trái:

Hình 5.17: Di chuyển con trỏ

Tại vị trí này, ta nhấn nút OK Con trỏ sẽ không xuất hiện dấu gạch chân nữa; thay vào đó, nó xuất hiện theo dạng một khối đặc nhấp nháy Cùng lúc LOGO! cho ta một danh sách đầu tiên để lựa chọn Chọn danh sách các hàm đặc biệt (SF) bằng cách ấn phím  cho tới khi hiển thị khối đầu tiên trong danh sách các chức năng đặc biệt xuất hiện sau đó ấn OK Khi ta chọn một khối trong các chức năng cơ bản hoặc chức năng đặc biệt, con trỏ được đặt tại vị trí trong khối và nó hiển thị dạng một khối đặc Sử dụng nút  hoặc  để chọn khối ta muốn (Trong mạch này ta chọn khối Off-Delay)

Hình 5.18: Chọn khối OFF-Delay

Khối Off-Delay có 3 đầu vào Đầu vào trên cùng là đầu vào Trigger Sử dụng khối đầu vào này để khởi động nó Trong ví dụ , bộ Off-Delay được khởi động bởi khối OR Đặt lại thời gian và đầu ra nhờ đầu R (reset) và đặt thời gian cho Off-Delay bằng thông số T

Sử dụng nút  để di chuyển con trỏ về đầu vào trên cùng của khối Off-Delay, ấn OK Chọn chức năng Co rồi ấn OK, trong chức năng Co, dùng nút  hoặc  để chọn khối OR rồi ấn OK Trong khối OR (B02) có sử dụng 3 đầu vào, trong mạch của ta chỉ cần 2 đầu vào I1 (S1) và I2 (S2), còn đầu vào thứ 3 ta không dùng thì chọn “X”

Sau khi đã thiết lập đủ số đầu vào cho khối OR, chương trình sẽ tự động chuyển về đầu vào thứ 2 (R) của bộ Off-Delay (B01), ta chọn Co là “x” (không cần chức năng Reset) Đặt thời gian T cho Off - Delay :

 Nếu con trỏ không có bên dưới T, di chuyển về đó nhờ  hoặc 

 Chuyển về chế độ vào ấn OK

LOGO! hiển thị cửa sổ thông báo sau :

Hình 5.19: Cửa sổ nhập thông số cho Off - Delay

Con trỏ xuất hiện ở vị trí đầu của giá trị thời gian.Để thay đổi giá trị thời gian, ta dùng các phím  hoặc  để di chuyển con trỏ tới các vị trí khác nhau; dùng các phím  hoặc để thay đổi giá trị Sau khi nhập xong ta ấn phím OK

Trong ví dụ trên, thời gian để tắt tải là 20 phút :

 Di chuyển con trỏ tới vị trí thứ nhất :  hoặc 

 Di chuyển con trỏ tới vị trí thứ hai :  hoặc 

 Di chuyển con trỏ tới hàng đơn vị :  hoặc 

 Chọn giá trị đơn vị tính là phút (m) :  hoặc 

Sau khi đã viết xong chương trình, ta nhấn nút ESC để quay trở lại menu lập trình Nếu nó không quay trở lại menu lập trình, ta đã không nối hết dây cho LOGO! LOGO! hiển thị và đánh dấu “?” các điểm trong chương trình mà ở đó ta quên không nối hoặc các tham số chưa được đặt Ấn tiếp nút ESC để quay trở lại menu chính

Di chuyển “>” tới menu “Start” bằng cách ấn nút  hoặc 

Chấp nhận cho LOGO! chạy chương trình bấm OK LOGO! chuyển sang chế độ RUN Trong RUN LOGO! hiển thị các trạng thái tín hiệu đầu vào, đầu ra và thời gian hệ thống

Hình 5.20: Kết quả LOGO! hoạt động ở chế độ RUN

5.3.3 Xoá một số khối có liên kết nhau:

Giả sử muốn xoá các khối B01 và B02 khỏi chương trình sau:

Hình 5.21: Một chương trình điều khiển của LOGO!

Thực hiện theo các bước sau :

 Đặt con trỏ tại đầu vào Q1, tức dưới B02

 Đặt dấu X (trong chức năng Co) thay cho khối B02 tại đầu ra Q1

Kết quả là khối B02 bị xoá và tất cả các khối nối tới nó bị xoá theo (tức là cả khối B01)

5.3.4 Hiệu chỉnh lỗi đánh sai:

Trong quá trình lập trình không thể tránh khỏi những sai sót Vì vậy, khi có lỗi do đánh sai xảy ra, ta có thể sửa lại nó rất dễ

 Khi chưa kết thúc việc nhập, có thể sử dụng nút ESC để trở lại bước trước

 Nếu đã kết thúc việc nhập, thì chỉ cần bắt đầu lại :

- Chuyển con trỏ tới vị trí có lỗi

- Chuyển tới chế độ vào: OK

- Nhập cách nối đúng cho đầu vào

Chỉ cần thay đổi một khối bằng một khối khác nếu khối mới có số đầu vào bằng số đầu vào cũ Tuy nhiên, có thể xoá khối cũ để xen vào một khối mới mà ta muốn

5.3.5 Xoá một chương trình Để xoá một chương trình ta có thể tiến hành theo các bước sau :

B.1: Chuyển LOGO! tới chế độ lập trình bằng cách : ấn tổ hợp phím ,  và OK B.2: Di chuyển dấu “>” tới “Program ” bằng các phím  , và sau đó bấm OK B.3: Di chuyển dấu “>” tới “Clear Prg” bằng các phím  , và sau đó bấm OK B.4: Nếu đồng ý xoá toàn bộ chương trình thì di chuyển dấu “>” tới “YES” và bấm

Lập trình bằng phần mềm LOGO! Soft-Comfort!

5.4.1 Phần mềm LOGO! Soft-Comfort:

LOGO!Soft là phần mềm do hãng SIEMENS viết Phần mềm này còn cho phép ta chạy mô phỏng chương trình để kiểm tra độ chính xác của chương trình trước khi nạp vào LOGO! Việc viết trên phần mềm này rất đơn giản, chúng sử dụng các biểu tượng trực quan trên thanh công cụ để viết, ta chỉ cần kéo thả chúng và kết nối chúng lại với nhau

5.4.1.1 Chương trình LOGO!Soft-Comfort:

Sau khi bật chương trình, màn hình máy tính sẽ hiện ra như hình vẽ dưới đây:

Hình 5.22: Màn hình soạn thảo của phần mềm LOGO!

5.4.1.2 Giới thiệu các chức năng chính trong chương trình LOGO!Soft: a Chức năng tạo kết nối (Co):

Ta nhấp chuột vào biểu tượng hoặc nhấn phím F6, màn hình sẽ hiện ra các kiểu đầu vào/ra cho phép ta kết nối logic với nhau.Nhấp chuột vào biểu tượng mà ta cần đưa ra màn hình

Hình 5.23: Thanh công cụ chức năng tạo kết nối b Các hàm cơ bản (GF):

Ta nhấp chuột vào biểu tượng hoặc nhấn phím F7, màn hình sẽ liệt kê ra các hàm logic cơ bản cho phép ta kết nối logic với nhau Nhấp chuột vào biểu tượng mà ta cần đưa ra màn hình

Hình 5.24: Thanh công cụ chức năng các hàm cơ bản c Các hàm đặc biệt (SF):

Ta nhấp chuột vào biểu tượng hoặc nhấn phím F8, màn hình sẽ liệt kê ra các hàm đặc biệt cho phép ta kết nối logic với nhau.Nhấp chuột vào biểu tượng mà ta cần đưa ra màn hình

Hình 5.25: Thanh công cụ chức năng các hàm đặc biệt d Nối dây:

Sau khi đã đưa được các đầu vào/ra, các hàm logic cơ bản, các hàm đặcbiệt Ta tiến hành nối dây cho chúng bằng cách nhấn vào biểu tượng hoặc ấn phím F5 e Chạy mô phỏng:

Khi ta đã viết xong chương trình, ta có thể thử chạy trực tiếp trên máy tính mà không cần phải có LOGO! bằng cách nhấn vào biểu tượng hoặc nhấn phím F3 Trên màn hình hiện ra các biểu tượng đầu vào I và các đầu ra M, Q chỉ thị trạng thái logic của chúng Nếu đầu ra M hoặc Q ở mức logic 1 thì đèn sẽ sáng Khi ta muốn tác động logic vào đầu vào nào thì ta nhấn chuột vào đầu vào tương ứng đó

Hình 5.26: Thanh công cụ hiển thị tín hiệu vào và ra

Sau khi chương trình đã được viết xong và quá trình thử nghiệm mô phỏng đã thành công ta tiến hành nạp chương trình vào trong LOGO! nhờ cáp truyền thông chuyên dụng

Qui trình nạp vào LOGO! như sau:

- Cắm cáp truyền thông vào máy tính và LOGO!

- Cung cấp nguồn cho LOGO!

- Chuyển LOGO! về chế độ Stop

- Chọn menu chính và chọn chức năng PC < > LOGO!

- Từ menu Tools chọn menu Options màn hình sẽ hiện ra một cửa sổ như hình sau :

Hình 5.27: Cửa sổ khi chọn menu Option

- Nhấp chuột trái vào thư mục interface để chọn cổng truyền thông, chương trình sẽ liệt kê ra các cổng truyền thông trên máy tính hiện đang có sẵn, ta chọn cổng truyền thông mà ta đã cắm vào máy tính Nếu ta chưa biết cổng truyền thông mà ta vừa cắm vào là cổng số mấy thì ta nhấn vào nút Automatic Detection để chương trình tự tìm cổng

- Sau khi đã chọn cổng truyền thông xong ta ấn nút OK để đóng cửa sổ trên lại

- Nếu ta muốn nạp chương trình từ máy tính vào LOGO! thì ta nhấn vào biểu tượng chương trình sẽ tự động download chương trình vào LOGO!

- Sau khi đã nạp xong chương trình, từ LOGO! ta nhấn nút ESC để kiểm tra chương trình đã được ghi vào bộ nhớ chưa

- Trở về menu chính chọn menu Start để chạy chương trình

5.5 ĐẤU NỐI CÁC MẠCH ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN VÀ ĐỘNG CƠ

Yêu cầu: Xác định ngõ vào ra, viết chương trình và đấu nối các mạch sau:

5.5.1 Thiết kế được mạch điều khiển động cơ KĐB 3 pha

Nhấn On: Động cơ hoạt động

Nhấn OFF: Động cơ ngưng hoạt động

Viết chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy Y/ (tự động) hai chiều quay (đảo chiều quay trực tiếp) Xác định ngõ vào/ ngõ ra:

5.5.2 Viết chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy Y/ (tự động) hai chiều quay (tự động đảo chiều sau 1 khoảng thời gian)

5.5.3 Viết chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha chạy Y/ (tự động) quay thuận 3s sau đó chạy nghịch 3s quá trình lặp lại 3 lần rồi dừng

5.6 Câu hỏi và bài tập

Xác định ngõ vào ra, vẽ sơ đồ kết nối và viết chương trình PLC theo yêu cầu sau:

 Nhấn S1 động cơ M1 hoạt động trước, sau đó mới có thể nhấn S2 động cơ M2 hoạt động

 Nhấn S0 các động cơ dừng khẩn cấp

 Nhấn S1 động cơ M1 hoạt động trước, sau đó mới có thể nhấn S2 để động cơ M2 hoạt động

 Nhấn S3 để dừng M2 trước, sau đó mới có thể nhấn S4 để dừng M1

 Nhấn S1 động cơ M1 hoạt động trước, sau đó mới có thể nhấn S2 để động cơ M2 hoạt động

 Nhấn S3 để dừng M1 trước, sau đó mới có thể nhấn S4 để dừng M2

 Nhấn S1 động cơ M hoạt động, muốn đảo chiều quay thì nhấn trực tiếp S2 động cơ sẽ đảo chiều hoặc có thể nhấn S2 trước động cơ M hoạt động và muốn đảo chiều thì nhấn trực tiếp S1

 Nhấn S0 động cơ M dừng khẩn cấp

 Nhấn S1 động cơ M hoạt động, muốn đảo chiều quay thì phải nhấn S0 ngắt điện động cơ, sau đó nhấn S2 động cơ sẽ đảo chiều hoặc có thể nhấn S2 trước động cơ

M hoạt động và muốn đảo chiều thì cũng nhấn S0 ngắt điện động cơ sau đó nhấn S1 động cơ sẽ đảo chiều

 Nhấn S0, động cơ M dừng khẩn cấp

 Nhấn S1 động cơ M mở máy ở chế độ sao, nhấn S2 động cơ sẽ làm việc ở chế độ tam giác

 Nhấn S0 động cơ M dừng khẩn cấp

 Nhấn S1 sau khoảng thời gian 5s động cơ hoạt động, khi động cơ bị sự cố quá tải thì đèn H chớp tắt với tần số f = 1Hz

 Nhấn S0 động cơ dừng khẩn cấp

 Nhấn S1 động cơ hoạt động, khi động cơ bị sự cố quá tải thì đèn H chớp tắt với tần số f = 1Hz

 Nhấn S0 sau khoảng thời gian 5s động cơ dừng

 Nhấn S1 động cơ M mở máy ở chế độ sao, sau 10s động cơ sẽ làm việc ở chế độ tam giác

 Nhấn S1 động cơ M quay thuận trong khoảng thời gian 10s, sau đó tự động tắt trong 5s và sau đó tự động đảo chiều quay cho tới khi nhấn nút dừng

 Nhấn S1 động cơ M1 hoạt động, 3s sau động cơ M2 hoạt động, 3s tiếp theo động cơ M3 hoạt động

 Khi nhấn S0, động cơ M1 dừng trước, 5s sau động cơ M2 dừng, 5s tiếp theo động cơ M3 dừng

Xác định ngõ vào ra, vẽ sơ đồ kết nối và viết chương trình điều khiển động cơ vận hành theo yêu cầu công nghệ như sau:

- Nhấn nút ON (động cơ chuẩn bị làm việc), sau đó chọn chế độ làm việc

- Nếu nhấn nút PB1 thì động cơ chạy thuận 50s, dừng 10s rồi chạy ngược 50s và dừng 10s Chu kỳ lặp lại 3 lần như ban đầu

- Nếu nhấn nút PB2 thì động cơ chạy thuận 50s, dừng 10s rồi chạy ngược 50s và dừng 10s Chu kỳ lặp lại 5 lần như ban đầu

- Nhấn nút OFF dừng hệ thống

Câu 13: Xác định ngõ vào ra, vẽ sơ đồ kết nối và viết chương trình điều khiển hệ thống chuông báo tiết học như sau:

 Nhấn nút ON: chương trình hoạt động, Đèn Báo sáng, báo hiệu chương trình đang hoạt động như sau:

Thời gian Chuông (kí hiệu CH) Chú thích

7h00’00’’ Kêu 3 hồi chuông, mỗi hồi chuông là 3 giây, thời gian ngưng mỗi hồi chuông là 1 giây

7h45’00’’ Kêu 1 hồi chuông 3 giây Tiết 2

Hết tiết 2, bắt đầu ra chơi

Hết giờ ra chơi, bắt đầu tiết 3

Hết tiết 6, ra về Đặc biệt

Chủ nhật và các ngày lễ 30/4; 1/5; 2/9 Cả ngày Chuông không kêu

 Nhấn nút OFF: chương trình ngưng hoạt động, Đèn Báo tắt

Câu 14: Xác định ngõ vào ra, vẽ sơ đồ kết nối và viết chương trình điều khiển 2 động cơ quạt thông gió phân xưởng

 Nhấn nút ON: 2 động cơ hoạt động như sau:

- Tất cả các ngày thời gian từ 7h đến trước 19 thì 2 ĐC hoạt động luân phiên, mỗi ĐC hoạt động 1 giờ (ĐC 1 hoạt động trước)

- Thứ 2, 4, 6 và chủ nhật, thời gian còn lại (khác với thời gian từ 7h đến trước 19) thì ĐC 1 hoạt động

- Thứ 3, 5, 7, thời gian còn lại (khác với thời gian từ 7h đến trước 19) thì ĐC 2 hoạt động

 Nhấn nút OFF: 2 động cơ dừng hoạt động

Câu 15: Xác định ngõ vào ra, vẽ sơ đồ kết nối và viết chương trình điều khiển hệ thống chuông báo nhà máy dệt như sau:

 Nhấn nút ON: chương trình hoạt động, Đèn Báo sáng, báo hiệu chương trình đang hoạt động như sau:

+ bắt đầu từ 7h30’00’’ chuông báo 2 hồi, mỗi hồi kêu trong 5s và thời gian nghỉ của mỗi hồi là 1s

+ kết thúc vào 11h30’00’’ chuông báo 1 hồi trong 10s

- Các ngày lễ 30/4; 1/5; 2/9 chuông không kêu

 Nhấn nút OFF: chương trình ngưng hoạt động, Đèn Báo tắt.

Bài tập

[1] Nguyễn Doãn Phước, Tự động hóa với Simatic S7-200 – NXB Nông Nghiệp

[2] Châu Chí Đức, Kỹ Thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200

[3] Trần Thế San, Hướng dẫn thiết kế mạch và lập trình PLC – NXB Đà Nẵng, 2008

Tiêu đề	Giáo Trình Điều Khiển Lập Trình PLC
Tác giả	Đào Thị Mỹ Chi
Trường học	Trường Cao Đẳng Công Nghệ Thủ Đức
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử
Thể loại	Giáo Trình
Năm xuất bản	2018
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	154
Dung lượng	2,63 MB