Đồ án Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PLC-S5 để điều khiển khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây quấn qua 3 cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian, không đảo chiều quay
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
MỤC LỤC
Lời nói đầu...........................................................................................................4
Chương 1. Tổng quan về PLC.................................................................................5
1.1 Giới thiệu chung về PLC....................................................................................5
1.1.1 PLC là gì?...................................................................................................5
1.1.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình ..............................................................5
1.1.3 Khái niệm cơ bản .......................................................................................6
1.2 Cấu trúc và hoạt động của một PLC ...................................................................7
1.2.1 Cấu trúc ........................................................................................................7
1.2.2 Hoạt động của một PLC..............................................................................10
1.3 Phân loại...............................................................................................................11
1.3.1 Phân loại theo hãng sản xuất........................................................................11
1.3.2 Phân loại theo số cổng vào ra.......................................................................12
1.4 Ưu , nhược điểm và ứng dụng của PLC.............................................................14
1.4.1 Ưu điểm........................................................................................................14
1.4.2 Nhược điểm..................................................................................................15
1.4.3 Ứng dụng......................................................................................................15
Chương 2. Bộ điều khiển PLC S5 ...........................................................................17
2.1 Cấu tạo của họ PLC Step 5...................................................................................17
2.1.1 Đơn vị cơ bản...............................................................................................17
2.1.2 Các mudule vào/ra mở rộng.........................................................................18
2.2 Địa chỉ và gán địa chỉ...........................................................................................18
2.2.1 Địa chỉ vào/ra trên Mudule số......................................................................19
2.2.2 Địa chỉ vào ra trên module tương tự ............................................................19
2.3 Cấu trúc của chương trình ....................................................................................20
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 1
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
2.3.1 Cấu trúc của chương trình............................................................................20
2.3.2 Khối và đoạn ................................................................................................20
2.4 Bảng lệnh của S5-95U..........................................................................................21
2.4.1 Nhóm lệnh cơ bản .......................................................................................21
2.4.2 Nhóm lệnh bổ trợ .........................................................................................21
2.4.3 Nhóm lệnh hệ thống.....................................................................................22
2.5 Cú pháp một số lệnh cơ bản của S5 .....................................................................22
2.5.1 Nhóm lệnh logic cơ bản ...............................................................................22
2.5.2 Nhóm lệnh Set và Reset ...............................................................................23
2.5.3 Nhóm lệnh thời gian.....................................................................................23
2.5.4 Nhóm lệnh đếm............................................................................................26
Chương 3. Động cơ không đồng bộ bap ha............................................................29
3.1 Giới thiệu tổng quan.............................................................................................29
3.1.1 Khái niệm.....................................................................................................29
3.1.2 Cấu tạo .........................................................................................................29
3.2 Nguyên lý làm việc ..............................................................................................32
3.2.1 Roto quay cùng chiều nhưng tốc độ n<n1 ...................................................33
3.2.2 Roto quay cùng chiều nhưng tốc độ n>n1 ...................................................33
3.2.3 Roto quay ngược chiều n<0 .........................................................................33
3.3 Các phương pháp khởi động ................................................................................33
3.3.1 Phương pháp đổi đầu dây quấn....................................................................34
3.3.2 Dùng điện trở mở máy ở mạch roto .............................................................34
3.3.3 Giảm dòng khởi động dùng điện cảm giảm áp ...........................................35
3.3.4 Giảm áp bằng cách dùng biến áp tự ngẫu ....................................................35
3.4 Ứng dụng ..........................................................................................................35
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 2
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Chương 4. Ứng dụng bộ điều khiển PLC S5 khởi động động cơ KĐB ba pha
roto dây quấn .........................................................................................................36
4.1 Giới thiệu về phần mềm Step 5.......................................................................36
4.2 Chọn phương án..............................................................................................38
4.2.1 Điều khiển tự động theo nguyên tắc thời gian ..........................................39
4.2.2 Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ...............................................40
4.2.3 Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện.........................................41
4.3 Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động động cơ KDB 3 pha......................................43
4.4 Phương án thay thế...............................................................................................44
4.4.1 Phân công đầu vào/ra ...................................................................................45
4.4.2 Sơ đồ nối dây phần cứng..............................................................................45
4.4.3 Chương trình điều khiển PLC ......................................................................46
Kết luận và hướng phát triển..................................................................................47
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 3
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp đất nước đặc biệt là sự phát
triển của Công nghệ điện tử - tin học. Có thể coi là một cuộc cách mạng công
nghệ trên toàn thế giới. Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học đã được ứng
dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kĩ thuật vi xử lí. Hiện nay,
người ta đã sản xuất ra những thiết bị có thể lập trình được. Đó chính là thiết bị
điều khiển có lập trình Programable Logic Controlle viết tắt là PLC.
Ra đời năm 90, PLC có thể coi là một ứng dụng điển hình của mạch vi xử lí,
chiếm đến 80% và trở thành xu thế mới trong điều kiện công nghiệp đang phát
triển ở Việt Nam. So với quá trình điều khiển bằng mạch điện tử thông thường
thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn, ví dụ như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút
ngắn được thời gian lắp đặt công trình, độ tin cậy cao...
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình (Omron,
Siemens, ABB, Misubishi, GE fanus...) với nhiều ứng dụng: Điều khiển các thiết
bị thuỷ lực và khí nén, điều khiển thang máy, hệ thống đèn giao thông... Ngày nay
có rất nhiều phương pháp để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha như dùng
các bộ vi điều khiển, PLC hay dùng biến tần,… trong đồ án môn học PLC, em
được giao đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PLC-S5 để điều khiển khởi
động động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây quấn qua 3 cấp điện trở theo nguyên
tắc thời gian, không đảo chiều quay”
Thiết bị khả trình PLC mà em sử dụng để viết chương trình điều khiển trong
đồ án này là PLC Step 5 thuộc họ Simatic của hãng Siemens. Trong quá trình làm
đồ án cũng gặp nhiều khó khăn, nhưng được sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn
Đắc Nam và các bạn trong nhóm em đã hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng nhưng chắn không tránh khỏi sai sót. Rất mong sự đóng
góp ý kiến của các thầy cô giáo, cũng như các bạn sinh viên để đồ án được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Nguyễn Hồng Thanh
Phú Thọ, ngày 18 tháng 3 năm 2016
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 4
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC.
1.1.1 PLC là gì?
PLC (programmable Logic Controller) là thiết bị có thể lập trình được, được
thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn
giản đến phức tạp, tùy thuộc vào người điều khiển mà có thể thực hiện một loạt
các chương trình hoặc 1 sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích
thích ( hay còn gọi là ngõ vào) tác động vafoPLC hoặc qua các bộ định thì
(Timer) hay các sự kiện đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện được kích thích nó sẽ
bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào
ngõ ra của PLC. Như vậy nếu ta thay đổi chương trình được cài đặt bên trong PLC
là ta có thể thực hiện được các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều
khiển khác nhau. Hiện nay PLC được nhiều hãng khác nhau sản xuất như:
Siemens, Omron, Mitshubishi,… Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ xung thêm các
thiết bị mở rộng khác như các Module mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital
Input), Module ghép nối truyền thông các thiết bị hiển thị các bộ nhớ Cartridge
thêm vào.
1.1.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình
Nhu cầu về bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc
đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (Programmable-Control
System)- hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình
hoạt động. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm
thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng Role và thiết bị rời cồng
kềnh, và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên
các lệnh logic cơ bản. Ngoài ra PlC còn có thể thực hiện tác vụ khác như định thì,
đếm các lệnh tính toán số học, các lệnh xử lý dữ liệu trên mạng,… làm tăng khả
năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp, ngay cả với PLC nhỏ nhất.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào, được
đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trình và kích ra tín hiệu
điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 5
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
đầu vào và đầu ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác
động (Actuators) có công suất nhỏ ở đầu ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu
(Transducer) ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay role trung gian.
Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển
những thiết bị có công suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có
sự thay đổi nào về mặt kết nối dây. Sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều
khiển bên trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng
còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những
hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức
tạp giữa các thiết bị rời.
Vể phần cứng, PLC tương tự như máy tính “Truyền thống”, và chúng có
các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.
• Khả năng kháng nhiễu tốt;
• Cấu trúc dạng Module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng kết nối và
thêm chức năng.
• Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn
hóa.
• Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder và STL- dễ hiểu và dễ sử dụng.
• Thay đổi chương trình dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển các
máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình (Process-Control).
1.1.3 Khái niệm cơ bản.
Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kĩ sư hãng Ganeral Motors
vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kĩ thuật đáp ứng những yêu cầu điều
khiển trong công nghiệp.
• Dễ lập trình và dễ thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp
trong nhà máy.
• Cấu trúc dạng module dễ dàng bảo trì và sửa chữa.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 6
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
• Tin cậy hơn trong môi trường sản suất của nhà máy công nghiệp.
• Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch role chức năng
tương đương.
• Giá thành cạnh tranh.
Những chỉ tiêu này tạo ra sự quan tâm của các kĩ sư thuộc ngành nghiên cứu về
khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp. Các kết quả nghiên cứu đưa ra
thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: tập lệnh từ các lệnh
logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thì, tác vụ đếm, sau đó là
các lệnh xử lý toán học, xử lý bằng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số
liệu thực 32 bit, xử lí thời gian thực,…Song song đó, sự phát triển mạnh mẽ về
phần cứng cũng đạt được kết quả: Bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn,
nhiều module chuyên dùng hơn. Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển ngõ
vào/ra ở xa bằng kĩ thuật truyền thông.
Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công ngiệp đã thúc đẩy các nhà sản
xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý
và hiệu xuất. Các họ PLC phát triển trừ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ
vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc
Module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng bao
gồm:
• Xử lý tín hiệu liên tục (Analog).
• Điều khiển động cơ servo, động cơ bước.
• Truyền thông.
• Tăng số lượng ngõ vào/ ra.
• Tăng bộ nhớ mở rộng.
Với cấu trúc dạng modul cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống
điều khiển dùng PLC với chi phí và công suất ít nhất.
1.2 CẤU TRÚC VÀ HOẠT ĐỘNG CẢU MỘT PLC
1.2.1 Cấu trúc.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 7
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm
(CPU: Contral Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra.
Trong đó:
• Thiết bị đầu vào là các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như: nút ấn,
cảm biến, công tắc hành trình,…
• Input, Output các cổng nối phía đầu vào ra của PLC hay của các Module
mở rộng.
• Cơ cấu chấp hành: gồm các thiết bị được điều khiển như: chuông, đèn,
động cơ, van khí nén,…
I
O
U
T
P
N
P
U
CENTRAL
PROCESSING UNIT
M
M
PLC
Lập trình
Máy tính
PG / PC
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc của PLC
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 8
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
B u s ñ òa c h æ
B o ä
ñ e äm
B u s ñ ie àu k h ie ån
B o ä n h ô ù
c h ö ô n g
K h o ái
v a øo
ra
B o ä n h ô ù
h e ä th o án g
R O M
B o ä n h ô ù
d ö õ lie äu
R A M
B o ä n h ô ù
c h ö ô n g trìn h
E E P R O M
trìn h
N g u o àn
p in
C P U
B o ä x ö û ly ù
C lo c k
E E P R O M
tu øy c h o ïn
B o ä
B u s d ö õ lie äu
ñ e äm
K h o ái m ô û
ro än g
B o ä
B u s h e ä th o án g (v a øo /ra )
ñ e äm
M a ïc h
n g o õ v a øo
M a ïc h
n g o õ v a øo
B o ä ñ e äm
B o ä lo ïc
M a ïc h c h o át
P a n e l la äp trìn h
(g a én th e âm )
M a ïc h g ia o tie áp
M a ïc h c a ùc h ly
K e ân h n g o õ ra
1 6 rô le , tria c h a y tra n sisto r
K e ân h n g o õ ra
2 4 n g o õ v a øo
Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong của PLC
Chương trình điều khiển: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output đầu ra theo tín
hiệu Input đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều khiển được tạo ra
bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dùng cầm tay hoặc chạy bằng phần mềm
điều khiển trên máy tính sau đó được nạp vào PLC thông qua cáp nối giữa PLC
với máy tính (hay PG).
Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và
hệ thống nguồn cung cấp.
Processor
Memory
Power Supply
Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát của CPU
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 9
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Có nhiều loại bộ nhớ để cho người sử dụng lựa chọn theo mục đích hay yêu cầu
sử dụng:
ROM ( Read Only Memory): bộ nhớ chỉ đọc, không xóa dùng lưu trữ dữ
liệu chương trình cố định, không thay đổi thường dùng cho nhà sản xuất
PLC.
RAM (Random Acess Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu
trữ dữ liệu và chương trình cho người sử dụng.
EPROM: ROM lập trình có thể xóa được.
EEPROM: Electrically EPROM
1.2.2 Hoạt động của một PLC
Về cơ bản hoạt động của 1 PLC khá đơn giản, đầu tiên, hệ thống các cổng
vào/ra dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU ( Như các Sensor,
contact, tín hiệu động cơ,…). Sauk hi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử
lý và đưa tín hiệu điều khiển qua ngõ ra xuất ra các thiết bị được điều khiển.
Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét dữ liệu hoặc trạng thái của
các thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chương trình đưa ra
thanh ghi lệnh để thi hành. Chương trình ở dạng STL (Stament List- dạng lệnh liệt
kê) hay ở dạng LADDER (dạng hình thang) dữ được dịch ra ngôn ngữ máy cất
trong chương trình. Khi thực hiện xong chương trình, tiếp đó là quá trình truyền
thông nội bộ, kiểm lỗi và cuối cùng CPU sẽ gửi hoặc cập nhật (Update) tín hiệu
tới các thiết bị được điều khiển thông qua ngõ ra. Một chu kì gồm: đọc tín hiệu ở
ngõ vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập
nhật tín hiệu ngõ ra được gọi là chu kì quét (Scanning).
Như vậy. tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thì lệnh không xử lý trực tiếp
với cổng vào ra mà sẽ xử lý thông qua bộ nhớ đệm. Nếu có sử dụng ngắt thì
chương trình con tương ứng từng tín hiệu ngắt sẽ được soạn thảo và cài đặt như 1
bộ phận chương trình. Chương trình ngắt chỉ thực hiện trong vòng quét khi xuất
hiện tín hiệu ngắt và có thể xảy ra ở bất kì thời điểm nào trong vòng quét.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 10
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Chuyển dữ
liệu từ bộ đếm
ảo ra ngoại vi
Truyền
thông và
kiểm tra
Thực hiện
chương trình
Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của 1 PLC là 1 vòng quét
Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program Execution), PLC khi cập
nhật tín hiệu ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu này không dduojwcj truy xuất tức
thời để đưa ra (Update) ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra phải theo
hai bước: khi xử lý thực hiện chương trình, xử lý sẽ chuyển đổi các mức logic
tương ứng ở ngõ ra trong “ chương trình nội”, các mức logic này sẽ chuyển đổi
ON/OFF, tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra “thật” vẫn chưa được đưa ra.
Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý, việc chuyển đổi các mức logic ( của các
tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thật sự tác
động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở ngõ ra.
Thường việc thực thi một vòng quét chỉ xảy ra với một thời gian rất ngắn,
một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới
100ms, việc thực hiện 1 chu kì quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của
chương trình và cả mức độ giao tiếp của thiết bị ngoại vi với PLC, vi xử lý chỉ có
thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi tín hiệu này tác động với khoảng thời gian
lớn hơn 1 chu kỳ quét. Nếu thời gian tác động ở ngõ vào nhỏ hơn một chu kì quét
thì vi xử lý xem như không có tín hiệu này. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất,
thường các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có
thể đáp ứng được các chức năng của dây truyền sàn xuất. Để khắc phục khoảng
thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết kế
hệ thống PLC cập nhật tức thời, dùng bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter)
các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn với số lượng I/O nhiều,
truy cập và xử lý lượng thông tin lớn.
1.3 PHÂN LOẠI
1.3.1 Phân loại theo hãng sản xuất.
Trên thế giới có rất nhiều các hãng sản xuất PLC nổi tiếng như :
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 11
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Mitsubishi.
Siemen.
Omron.
Idec.
Fuji.
1.3.2 Phân loại theo số lượng cổng vào ra và dung lượng bộ nhớ.
❖ Loại 1: micro PLC.
Micro PLC thường được ứng dụng trong các dây truyền sản xuất nhỏ, các ứng
dụng trực tiếp trong từng thiết bị đơn lẻ ( điều khiển băng tải nhỏ ). Tiêu chuẩn
của 1 micro PLC như sau:
32 ngõ vào/ra.
Sử dụng vi sử lí 8 bit.
Thường dùng thay thể rowle.
Bộ nhớ có dung lượng 1k.
Ngõ vào ra là tín hiệu số.
Có timer và counters.
Thường được lập trình bằng các bộ lập trình bằng tay.
❖ Loại 2: PLC cỡ nhỏ.
PLC cỡ nhỏ thường được sử dụng trong các hệ thống nhỏ ( điều khiển động cơ,
dây chuyền sản xuất nhỏ) chức năng của các PLC này thường được giới hạn trong
việc thực hiện chuỗi các mức logic, điều khiển thay thế rơ le.
Ví dụ PLC của hãng simen loại nhỏ như S5-95U, S5-90U, S5-100U, S7-200 là
các loại PLC nhỏ có số lượng ngõ vào /ra nhỏ hơn 256.
Hình 1.5 PLC S5-100U của simen.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 12
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Các tiêu chuẩn của 1 PLC cỡ nhỏ như sau:
Có 256 ngõ vào ra .
Dùng vi sử lí 8 bit.
Thường dùng thay htees các rơ le.
Dùng bộ nhớ 2K.
Lập trình bằng ngôn ngữ dạng LAD hoặc liệt kê.
Có timer, counters, thanh ghi dịch.
Đồng hồ thời gian thực.
Thường được lập trình bằng bộ lập trình bằng tay.
❖ Loại 3: PLC cỡ trung bình.
PLC cỡ trung bình điều khiển được các tín hiệu tương tự, xuất nhập dữ liệu,
ứng dụng được các thuật toán, thay đổi được các đặc tính của PLC nhờ vào
hoạt động của phần cứng và phần mềm.
PLC loại lớn của simen là các loại S7-300, S7-400 các loại này có số lượng
ngõ vào /ra rất lớn.
Hình 1.6 PLC S7-300 và S7-400 của hãng Siemens
Các tiêu chuẩn của PLC cỡ trung bình như sau:
Có khoảng 1024 ngõ vào ra.
Dùng vi sử lí 8 bit
Thay thế rơ le và điều khiển đươch tín hiệu tương tự.
Bộ nhớ 4K và có thể nầng 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.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 13
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
Có timer, counters, thanh ghi dịch .
Có khả năng xử lí chương trình con ( qua lệnh JUMP…).
Thực hiện các thuật toán cộng, trừ, nhân, chia.
Giao tiếp với các thiết bị khác qua cổng RS232.
Có đường tín hiệu đặc biệt ở modul vào ra.
Có khả năng hoạt động với mạng.
Lập trình qua màn hình máy tính để dễ quan sát.
1.4 ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỀM VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA PLC.
1.4.1 Ưu điểm.
như các khái niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có những ưu điểm
sau:
– Giảm đến 80% số lượng dây nối.
– Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
– Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và
dễ dàng.
– Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không có
các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng
– Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển.
– Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình.
– Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này làm
tăng tốc độ và năng suất PLC .
– Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp
thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
– Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học.
– Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
– Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức
tạp.
– Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
– Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối
mạng Internet, các Modul mở rộng.
– Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
– Giá bán cạnh tranh.
Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ
số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công
nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và
hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở
rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 14
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế
phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.
1.4.2 Nhược điểm.
• Giá thành cao ( phần cứng và phần mềm).
• Đòi hỏi người sử dụng phải có chuyên môn.
So sánh đặc tính kĩ thuật giữa những hệ thống điều khiển
Chỉ tiêu so sánh
Giá thành từng
Chức năng
Kích thước
vật ly
Tốc độ điều
khiển
Khả năng chống Xuất sắc
nhiễu
Rơ - le
Khá
thấp
Mạch số
Thấp
Máy tính
Cao
PLC
Thấp
Lớn
Rất gọn
Rất nhanh
Tốt
Khá gọn
Khá nhanh
Khá tốt
Rất gọn
Nhanh
Tốt
Chậm
Lắp đặt
Mất thời
gia thiết
kế lắp
đặt
Mất thời
gian thiết
kế
Mất nhiều
thời gian lập
trình
Lập trình và
lắp đặt đơn
giản
Khả năng điều
khiển tác vụ
phức tạp
Không
Có
Có
Có
Để thay đổi điều Rất khó
Khó
Khá đơn giản Rất đơn giản
khiển
Công tác bảo trì
Kém -có
rất nhiều
công tắc
Kém-nếu
IC được
hàn
Kém -có
nhiều mạch
điện tử
Tốt-các
modul được
tiêu chuẩn
hóa
chuyên dùng
1.4.3. Ứng dụng
– Hệ thống nâng vận chuyển.
– Dây chuyền đóng gói.
– Các robot lắp giáp sản phẩm .
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 15
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
– Điều khiển bơm.
– Dây chuyền xử lý hoá học.
– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
– Sản xuất xi măng.
– Công nghệ chế biến thực phẩm.
– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
– Dây chuyền lắp giáp Tivi.
– Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
– Quản lý tự động bãi đậu xe.
– Hệ thống báo động.
– Dây chuyền may công nghiệp.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 16
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
CHƯƠNG 2. BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S5
2.1CẤU TẠO CỦA HỌ PLC STEP 5
PlC Step 5 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC hỗn
hợp vừa đơn khối, vừa đa khối. Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ
bản sau đó có thể ghép thêm các module mở rộng về phía bên phải, có các module
mở rộng tiêu chuẩn S5-100U. Những module ngoài này bao gồm những đơn vị
chức năng mà có thể hợp lại cho phù hợp với những nhiệm vụ kĩ thuật cụ thể.
2.1.1 Đơn vị cơ bản
Đơn vị cơ bản của PLC S5-95U như sau:
.
Hình 2.1. Hình khối mặt trước PLC S5-95U
Trong đó:
1. Ngăn để ắc quy.
2. Công tắc để mở điện ắc quy.
3. Công tắc nguồn.
4. Bảng ổ cắm và đèn báo cho đầu vào , ra logic. Có: 16 đầu vào tử I32.0
đến I33.7, 16 đầu ra từ Q32.0 đến Q 33.7.
5. Đầu nối nguồn 24v cho khối cơ bản.
6. Giao diện đầu vào bộ ngắt IW59.0 đến IW59.3 và đầu vào bộ đếm IW36
đến IW 38.
7. Giao diện nối tiếp với máy lập trình hay máy tính.
8. Giao diện tiếp nhận modul nhớ ngoài.
9. Giao diện cho đầu vào ra Analog.
10.Công tắc chọn chế độ Run, Stop.
11. Đèn báo chế độ STOP.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 17
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
12.Đèn báo chế độ RUN.
13.Đèn báo lỗi.
2.1.2 Các modul vào/ra mở rộng.
Khi quá trình tự động hoá đòi hỏi số lượng đầu và đầu ra nhiều hơn số lượng
sẵn có trên đơn vị cơ bản hoặc khi cần những chức năng đặc biệt thì có thể mở
rộng đơn vị cơ bản bằng cách gá thêm các module ngoài. Tối đa có thể gá thêm 8
module vào ra qua 8 vị trí có sẵn trên panen về phía phải. Thường Step 5 sử dụng
các module mở rộng:
+ Module vào, ra số duy trì,
+ Module vào, ra số không duy trì lấy từ S5-100U,
+ Module vào, ra tương tự không duy trì lấy từ S5-100U,
+ Module thông tin không duy trì CCP.
* Quy ước các chân của module mở rộng như hình 5.2.
+ Chân l: Dương nguồn (L+),
+ Chân 2: Âm nguồn (M),
+ Chân 4: Kênh số 0,
+ Chân 3: Kênh số 1,
+ Chân 6: Kênh số 2,
+ Chân 5 : Kênh số 3,
+ Chân 8: Kênh số 4,
+ Chân 7: Kênh số 5,
+ Chân 1 0 : Kênh số 6 +
+Chân 9: Kênh số 7.
Hình 2.2 Sơ đồ modul mở rộng
2.2 ĐỊA CHỈ VÀ GÁN ĐỊA CHỈ
Trong PLC các địa chỉ cần gửi thông tin đến hoặc lấy thông tin đi đều phải có địa
chỉ để liên lạc. Địa chỉ là con số hoặc tổ hợp các con số đi theo sau chữ cái. Chữ
cá chỉ loại địa chỉ, con số hoặc tổ hợp con số chỉ số hiệu địa chỉ.
Trong PLC có những bộ phận được gán địa chỉ đơn như bộ thời gian (T), bộ đếm
(C) và cờ (F), chỉ cần một trong 3 chữ cái đó kèm theo một số là đủ, ví dụ: T1, C
32, F6...
Các địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có địa chỉ phức,
cách gán địa chỉ giống nhau. Xét cách gán địa chỉ cho các đầu vào, ra.
Có hai loại đầu vào ra:
+ Đầu vào ra trên khối cơ bản (gắn liền với CPU), các đầu vào ra này có địa
chỉ không đổi với S5-95U là I32.2 đến I33.7, Q32.0 đến Q33.3.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 18
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
2.2.1. Địa chỉ vào/ra trên Module số.
Khi lắp module số vào ra lên một khe nào lập tức nó được mang số hiệu của khe
đó. Trên mỗi module thì mỗi đầu vào ra là một kênh, các kênh đều được đánh số.
Địa chỉ của mỗi đầu vào ra là số ghép số hiệu khe và kênh, số khe đứng trước, số
hiệu đứng sau, giữa hai số có dấu chấm. Số hiệu khe và kênh như hình 2.3
Khe số: 0
1
2
3,…
Đơn vị
cơ bản
0
1
:
0
1
:
0
1
:
0
1
:
7
7
7
7
Hình 2.3 Số hiệu khe và kênh trên module số
Mỗi đầu vào ra trên module số chỉ thể hiện được tại một thời điểm một trong hai
trạng thái "1" hoặc "0". Như vậy, mỗi kênh của module số chỉ được biểu diễn
bằng một bít số liệu, vì vậy địa chỉ của kênh trên module số còn được gọi là địa
chỉ bít, mỗi modul mang nhiều kênh tức là nhiều bit, thường là 8bit hay 1 byte, vì
vậy địa chỉ khe còn gọi là địa chỉ byte.
Module số có thể được lắp trên bất kì khe nào trên panel của PLC
2.2.2 địa chỉ vào ra trên module tương tự.
Để diễn tả một giá trị tương tự phải cần nhiều bít. Trong PLC S5 người ta
dùng 16 bít (một word). Các lệnh tương tự có thể được gán địa chỉ byte hoặc địa
chỉ word khi dùng lệnh nạp hoặc truyền.
Chỉ có thể lắp module tương tự vào khe 0 đến 7. Mỗi khe có 4 kênh, mỗi kênh
mang 2 địa chỉ đánh số lừ 64 + 65 (đầu khe 0) đến 126 + 127 (cuối khe 7) như
trên hình 2.4.
Như vậy, mỗi kênh mang địa chỉ riêng không kèm theo địa chỉ khe, đọc địa
chỉ kênh là đã biết nó nằm ở khe nào.
Ví dụ: Một module tương tự lắp vào khe số 2 trên đó kênh số 0 mang địa chỉ byte
80 và 81.
Hình 2.4 Địa chỉ module tương tự
64+65
66+67
68+69
72+73
74+75
76+77
80+81
82+83
84+85
88+89
90+91
92+93
96+97
l04+l05 112+113 120+121
Đơn vị
cơ bản
98+99 106+107 114+115 122+123
100+l01 l08+l09 116+117 124+125
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 19
ĐAMH: Kĩ thuật lập trình PLC
GVHD: Th.s Nguyễn Đắc Nam
2.3 CẤU TRÚC CỦA CHƯƠNG TRÌNH
2.3.1 Cấu trúc chương trình
Các chương trình điều khiển với PLC S5 có thể được viết ở dạng đơn khối hoặc
đa khối.
Chương trình đơn khối
Chương trình đơn khối chỉ viết cho các công việc tự động đơn giản, các lệnh
được viết tuần tự trong một khối. Khi viết chương trình đơn khối người ta dùng
khối OBI. Bộ PLC quét khối theo chương trình, sau khi quét đến lệnh cuối cùng
nó quay trở lại lệnh đầu tiên.
Chương trình đa khối (có cấu trúc).
Khi nhiệm vụ tự động hoá phức tạp người ta chia chương trình điều khiển ra
thành từng phần riêng gọi là khối. Chương trình có thể xếp lồng khối này vào khối
kia. Chương trình đang thực hiện ở khối này có thể dùng lệnh gọi khối để sang
làm việc với khối khác, sau khi đã kết thúc công việc ở khối mới nó quay về thực
hiện tiếp chương trình đã tạm dừng ở khối cũ.
Người lập trình có thể xếp lồng khối này vào khối kia thành lớp, tối đa là 16
lớp Nếu số lớp vượt quá giới hạn thì PLC tự động về trạng thái ban đầu.
2.3.2 Khối và đoạn (Block and Segment)
Cấu trúc mỗi khối gồm có:
Đầu khối gồm tên khối, số hiệu khối và xác định chiều dài khối.
Thân khối: Thể hiện nội dung khối và được chia thành đoạn (Segment) thực
hiện từng công đoạn của quá trình tự động hóa sản xuất. Mỗi đoạn lại bao
gồm một số dòng lệnh phục vụ việc giải bài toán logic. Kết quả của phép
logic được gửi vào RLO (Result of Logic Operation). Việc phân chia
chương trình thành các đoạn cũng ảnh hưởng đến RLO. Khi bắt đầu một
đoạn mới thì tạo ra một giá trị RLO mới, khác với giá trị RLO của đoạn
trước.
Kết thúc khối: Phần kết thúc khối là lệnh kết thúc khối BE.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hồng Thanh.
Lớp: TĐ1Đ12
Trang 20
Tải về để xem bản đầy đủ
49 trang
28/03/2022
8400
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PLC-S5 để điều khiển khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha roto dây quấn qua 3 cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian, không đảo chiều quay", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- do_an_nghien_cuu_ung_dung_bo_dieu_khien_plc_s5_de_dieu_khien.docx
