BTL Điều Khiển Lập Trình PLC Cho Cầu Trục - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (48 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Tự động hóa

BTL Điều khiển lập trình PLC cho cầu trục

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.95 MB, 48 trang )

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIBÀI TẬP LỚN:KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLCĐỀ TÀI: TÌM HIỂU PLC S7-1200 KẾT HỢP VỚI BIẾN TẦN ĐIỀUKHIỂN ĐỘNG CƠ, THIẾT KẾ HỆ THỐNG NÂNG HẠ CẦU TRỤC 3XƯỞNGNHÓM 4Giảng viên hướng dẫn:Sinh viên thực hiện:Phạm Thị Hồng HạnhTrần Đức An- 1141040363Nguyễn Tiến Anh- 1141040360Đặng Văn Điệp- 1141040369Hoàng Thị Hảo- 1141040336Lê Văn Hiếu- 1141040333Hồ Bá Vương- 1141040320CDCDMai Thế Duy- 1141040342Hà Nội - 2019Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCPHIẾU ĐÁNH GIÁ SỐ ........Tên đề tài:........Tìm hiểu PLC s7 1200 kết hợp biến tần điều khiển tốc độ động cơ............................................................................................. ................................................................................ .... .................................... .......Nhóm sinh viên thực hiện:Lớp-Khóa:..............số N4.......... ..................... ............................................................................................... ................... ..... Đ2k6............. .................. ...................................................................Nội dung đánh giá:SỐTTTHỰC HIỆNCÁC BƯỚC THỰC HIỆN(Ghi tóm tắt nội dung)Kếhoạch(15tuần)1ThựchiệnSảnphẩm đạtđược1Tìm hiểu cơ sở lý thuyết2Phân tích đối tượng điềukhiển2Báo cáo3Báo cáoPhân tích các chỉ tiêu, chấtlượng của hệ thống điềukhiểnLựa chọn phương pháp điềukhiển4Báo cáo5Báo cáo6Báo cáo7Báo cáoLựa chọn thiết bị điều khiển,thiết bị vào, cơ cấu chấp hànhSơ đồ nguyên lý8Báo cáo9Báo cáoXây dựng thuật toán điềukhiểnViết chương trình10Báo cáo11Báo cáo12Báo cáo13mô hình,mô phỏngmô hình,mô phỏngBáo cáo3456789Lắp đặt và thử nghiệm hoặcmô phỏng1410 Nhận xét kết quảGhi chú: -15Mức độhoànthànhGhichúBáo cáoThực hiện: Ghi thời gian hoàn thành thực tế của sinh viênMức độ hoàn thành: XS(xuất sắc), T(Tốt), K(khá), TB(trung bình), Y(yếu)Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCMỤC LỤCMục Lục........................................................................................................................ 1Danh mục hình ảnh.....................................................................................................3Danh mục bảng biểu....................................................................................................4Lời Nói Đầu.................................................................................................................. 5Chương 1: Tìm Hiểu Tổng Quan Về Thiết Bị Điều Khiển Khả Trình PLC............61.1Khái niệm cơ bản và chức năng về PLC..............................................................61.2Cấu trúc cơ bản của một PLC..............................................................................71.2.1Bộ xử lý trung tâm ( CPU: Control Proccessing Unit).....................................71.2.2Hệ điều hành:...................................................................................................91.2.3Các kênh truyền ( Các Bus)............................................................................101.2.4Bộ nguồn........................................................................................................101.2.5Các thành phần vào/ra:...................................................................................101.2.6Phương thức thực hiện chương trình của PLC................................................111.3 Ưu điểm của PLC so với các Rơ-le truyền thống và hệ điều khiển xung số trongđiều khiển Điện............................................................................................................131.4Ứng dụng của PLC trong thực tiễn Công Nghiệp..............................................14Chương 2: Tìm Hiểu Tổng Quan Về PLC S7-1200.................................................162.1 Cấu trúc phần cứng, bộ nhớ và ưu điểm của S7-1200 so với các thế hệ trước nhưS7-200......................................................................................................................... 162.1.1Cấu trúc phần cứng:........................................................................................162.1.2Các Module CPU thông dụng.........................................................................182.1.3Cấu trúc bộ nhớ..............................................................................................182.1.4Những Ưu Điểm Nổi Trội Của S7-1200 So Với Các Thế Hệ Trước...............212.2Các Loại Mudule Mở Rộng Cho S7-1200.........................................................232.3Một số ứng dụng s7-1200 trong công nghiệp.....................................................25Chương 3: Thiết kế, xây dựng và mô phỏng hệ thống nâng hạ cầu trục 3 xưởng 283.1Hệ Truyền động điện PLC – Biến tần – Động cơ KĐB 3 pha............................283.2Nguyên lý hoạt động cơ bản và Các luật điều chỉnh tần số của biến tần............283.3 Mục đích, ý tưởng thiết kế cơ cấu nâng hạ cầu trục 3 xưởng với 2 loại tải nặngvà nhẹ.......................................................................................................................... 323.4Lựa chọn thiết bị................................................................................................32Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLC3.4.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm LJ12A3-4-Z/BX NPN......................................323.4.2Cảm biến tiệm cận hồng ngoại.......................................................................333.4.3Động cơ giảm tốc DC 12V.............................................................................343.4.4Mạch khống chế điện áp, khống chế dòng điện..............................................353.4.5Nguồn tổ ong 5V-40A....................................................................................363.4.6Nguồn tổ ong 12V – 10A...............................................................................363.5Sơ đồ đấu nối phần cứng....................................................................................373.6Thuật toán..........................................................................................................373.7Chương trình điều khiển....................................................................................40Chương 4: Kết Luận..................................................................................................484.1Các kết quả thu được.........................................................................................484.2Các hạn chế khi thực hiện..................................................................................484.3Biện pháp khắc phục..........................................................................................484.4Phương hướng phát triển...................................................................................48Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCDANH MỤC HÌNH ẢNHHình 1.1: Hình ảnh thực tế của một PLC.......................................................................6Hình 1.2: Cấu trúc của một bộ PLC...............................................................................7Hình 1.3: Cấu trúc bộ nhớ của PLC...............................................................................8Hình 2.1: Các thành phần cơ bản của PLC S7-1200....................................................17Hình 2.2: Hình ảnh thiết kế dạng Module của S7-1200...............................................22Hình 2.3: Khả năng mở rộng của S7-1200 so với S7-200............................................23Hình 2.4: Module signal board (SB) SB 1232 AQ1 (12 bit)........................................23Hình 2.5: Signal Module (SM)....................................................................................24Hình 2.6: Module truyền thông S7-1200.....................................................................24Hình 2.7: Module Nguồn S7-1200...............................................................................25Hình 2.8: Hình ảnh hệ thống cầu trục ứng dụng S7-1200............................................25Hình 2.9: Hình ảnh hệ thống băng tải ứng dụng S7-1200............................................26Hình 2.10: Hình ảnh hệ thống chiếu sáng ứng dụng S7-1200......................................26Hình 2.11: Hình ảnh hệ thống đóng gói sản phẩm ứng dụng S7-1200.........................27Hình 2.12: Hình ảnh hệ thống máy trộn ứng dụng S7-1200........................................27Hình 3.1: Cấu trúc cơ bản của biến tần........................................................................29Hình 3.2: Sơ đồ điều khiển PLC - biến tần - động cơ KĐB.........................................30Hình 3.3: Hình ảnh thực tế cảm biến tiệm cận điện cảm..............................................33Hình 3.4: Hình ảnh thực tế cảm biến tiệm cận hồng ngoại..........................................33Hình 3.5: Hình ảnh thực tế động cơ giảm tốc 12VDC – 12RPM.................................34Hình 3.6: Hình ảnh thực tế mạch khống chế điện áp, dòng điện..................................35Hình 3.7: Hình ảnh thực tế nguồn 5V – 40A...............................................................36Hình 3.8: Hình ảnh thực tế nguồn 12V – 10A.............................................................36Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCDANH MỤC BẢNG BIỂUBảng 2.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của các CPU tiêu biểu thuộc dòng S7-1200........18Bảng 2.2: Bảng thông số vùng nhớ của PLC S7-1200.................................................20Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCLỜI NÓI ĐẦUNhư chúng ta đã biết, nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa. Vì thế, tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng, tự động hóa giúptăng năng suất, tăng độ chính xác và do đó tăng hiệu quả quá trình sản xuất. Để có thểthực hiện được tự động hóa sản xuất, bên các các thiết bị máy móc cơ khí hiện đại, cácdây chuyển sản xuất..v.v thì cũng cần có các bộ điều khiển để điều khiển chúng. Trongcác thiết bị hiện đại được đưa vào dây truyền sản xuất tự động đó không thể không kểđến biến tần và PLC.Bộ biến tần không chỉ điều khiển tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số,khởi động mềm động cơ mà còn góp phần đáng kể để giảm năng lượng điện tiêu thụtrong các cơ sở sản xuất của doanh nghiệp. Vì vậy bộ biến tần có vai trò rất quan trọngtrong đời sống và hoạt động của các doanh nghiệp.PLC là một thiết bị điều khiển đa năng được ứng dụng rộng rãi trong côngnghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi người sử dụng.Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC có thể được ứng dụng để điều khiển nhiềuthiết bị máy móc khác nhau. Nếu muốn thay đổi quy luật hoạt động của máy móc, thiếtbị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản ta chỉ cần thay đổi chương trình điềukhiển cho nó. Các thiết bị mà PLC có thể điều khiển rất đa dạng, từ máy bơm, máy cắt,máy khoan, lò nhiệt … cho đến các hệ thống phức tạp hơn như băng tải, cầu trục,thang máy, dây chuyền sản xuất..v.v Xuất phát từ đặc điểm trên mà hệ truyền độngđiện PLC-biến tần- động cơ KĐB 3 pha là một trong những hệ truyền động điện phổbiến và tối ưu nhất hiện nay.Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCCHƯƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀUKHIỂN KHẢ TRÌNH PLC1.1Khái niệm cơ bản và chức năng về PLC.Hình 1.1: Hình ảnh thực tế của một PLCPLC viết tắt của cụm từ Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiểnlập trình được (khả trình) hay là một loại máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phépthực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. PLC đượcnghiên cứu và chế tạo bởi nhà phát minh người Mỹ Richard Morley lần đầu tiên đưa raý tưởng vào năm 1968. Dựa trên yêu cầu kỹ thuật của General Motors là xây dựng mộtthiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho mạch điều khiển Logic cứng.Trước đây thiết bị này thường được gọi với cái tên Programmable Controller viết tắt làPC, sau này khi máy tính cá nhân PC ( Personal Computer ) trở nên phổ biến thì từviết tắt PLC hay được dùng hơn để tránh nhầm lẫn. PLC cho phép thực hiện một loạtcác thuật toán điều khiển đó có thể là bài toán điều khiển logic, bài toán điều khiểntuần tự hoặc bài toán điều khiển độc lập với rất nhiều các đối tượng điều khiển khácnhau, người sử dụng chỉ cần viết ra một chương trình ( một dạng của thuật toán màmình muốn điều khiển dưới dạng một ngôn ngữ lập trình nào đó mà máy tính có thểhiểu được ) sau đó PLC sẽ nhận các tín hiệu đầu vào có trong chương trình, đọc, xử lývà xuất các tín hiệu điện ở các cổng ra để điều khiển thiết bị điện như đèn, rơ-le,Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCcontactor, van điện từ ..v.v, để gián tiếp điều khiển cơ cấu chấp hành như động cơ,xilanh khí nén, xilanh thủy lực..v.vĐể khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dung dây nối, người ta đãchế tao bộ điều khiển plc nhẳm thoả mãn các yêu cẩu sau: Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phứctạp Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng,các module mở rộng1.2Cấu trúc cơ bản của một PLCHình 1.2: Cấu trúc của một bộ PLC1.2.1 Bộ xử lý trung tâm ( CPU: Control Proccessing Unit)Bao gồm 1 hay nhiều bộ vi xử lý điều hành hoạt động của toàn hệ thống.Các bộ phận chính gồm có: Bộ số học và logic (ALU): xử lý dữ liệu bằng các phép tính số học vàlogic;Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLC Bộ nhớ chương trình: 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 cácchức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.Hình 1.3: Cấu trúc bộ nhớ của PLCMỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trítrong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉcủa từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vixử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địachỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi làquá trình đọc.Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này cókhả năng chứa 2.000 - 16.000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớnhư RAM, EPROM đều được sử dụng. Bộ nhớ dữ liệu RAM ( Random Access Memory): có thể nạp chương trình,thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mấtnếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trangbị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vàitháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm trachương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOS-RAM nhờ khả năng tiêuthụ thấp và tuổi thọ lớn.Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLC Đồng hồ xung nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển chương trình theochu kỳ ( thông thường từ 0.01s đến 1000p). EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory): là bộ nhớ màngười sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vàođược. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵntrong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu ngườisử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bêntrong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): liênkết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dungcủa nó có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung làcó giới hạn. Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trongmáy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường đượcdùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài.1.2.2 Hệ điều hành:Sau khi bật nguồn cung cấp cho bộ điều khiển, hệ điều hành của nó sẽ đặt cáccounter, timer, dữ liệu và bit nhớ với thuộc tính non-retentive (không được nhớ bởi Pindự phòng) cũng như ACCU về 0.Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc từng dòng chương trình từ đầu đếncuối. Tương ứng hệ điều hành thực hiện chương trình theo các câu lệnh. Bit nhớ (Bit memoryt): Các bit memory là các phần tử nhớ, mà hệ điềuhành ghi nhớ trạng thái tín hiệu. Bộ đệm (Proccess Image): Bộ đệm là một vùng nhớ, mà hệ điều hànhghi nhớ các trạng thái tín hiệu ở các ngõ vào ra nhị phân. Accumulator: Accumulator là một bộ nhớ trung gian mà qua nó timerhay counter được nạp vào hay thực hiện các phép toán số học.1.2.3 Các kênh truyền ( Các Bus)Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCBộ nhớ chương trình, hệ điều hành và các modul ngoại vi (các ngõ vào và ngõra) được kết nối với PLC thông qua Bus nối. Một Bus bao gồm các dây dẫn mà các dữliệu được trao đổi.Hệ điều hành tổ chức việc truyền dữ liệu trên các dây dẫn này. Bus dữ liệu ( thường là 8bit ): đường dẫn các thông tin dữ liệu, mỗi dâytruyền 1 bit dạng số nhị phân Bus địa chỉ ( thường là 8 hoạc 16 bit): Tải địa chỉ vị trí nhớ trong bộ nhớ Bus điều khiển: Truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến các bộ phận. Bus hệ thống: Trao đổi trông tin giữa các cổng nhập xuất và thiết bị nhậpxuất.1.2.4 Bộ nguồnCung cấp nguồn 1 chiều 5v ổn định cho CPU và các thành phần chức năng kháctừ 1 nguồn xoay chiều (110V, 220V,…) hoặc nguồn 1 chiều ( 12V, 24V).1.2.5 Các thành phần vào/ra:Đây là giao diện giữa CPU và quá trình kỹ thuật. Nhiệm vụ của chúng làchuyển đổi thích ứng tín hiệu và cách ly giữa các thiết bị ngoại vi ( cảm biến, công tắchành trình, cơ cấu chấp hành..v.v) và CPU.Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào củaPLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra (các đầu ra của PLC). Hầu hếtcác PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của cáckênh I / O được cung cấp bởi các đèn LED trên LC, điều này làm cho việc kiểm trahoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản hơn.Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việcđóng hay ngắt mạch ở đầu ra. Đầu vào số (DI: Digital Input) : Các ngõ vào của khối này được kết nốivới các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân như nút ấn, công tắc, cảmbiến tạo tín hiệu nhị phân ,…Dải điện áp đầu vào có thể là 5VDC, 12-24VDC/VAC, 48VDC, 100-120VAC, 200-240VAC.Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLC Đầu vạo tương tự ( AI: Analog Input): Khối này có nhiệm vụ biến đổi tínhiệu tương tự thành tín hiệu số. Các ngõ vào của khối này thường đượckết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu Analog như cảm biến nhiệtđộ, cảm biến lưu lượng, hay ngõ ra Analog cảu biến tần. Các chuẩn tínhiệu tương tự thường gặp là 4-20mA, 0-5V, 0-10V. Đầu ra tương tự ( AO: Analog Output): Khối này có nhiệm vụ biến đổitín hiệu số được gửi từ CPU đến đối tượng điều khiển thành tín hiệutương tự. Các đầu ra của khối này được kết nối với các đối tượng điềukhiển nhận tín hiệu tương tự như ngõ vào Analog của biến tần, van điệntừ,… Đầu ra số ( DO: Digital Output): Các đầu ra của khối này được kết nốivới các đối tượng điều khiển nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo, cuộnhút relay… Có 3 loại đầu ra số là dạng Transistor ( 1 chiều), Triac ( xoaychiều) và Relay ( 1 chiều và xoay chiều ) với các dải điện áp 5VDC,24VDC, 12-48VDC/VAC, 120VAC, 230VDC.1.2.6 Phương thức thực hiện chương trình của PLCCPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới cácthiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vàochương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tínhiệu song song: Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khácnhau. Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu. Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểukhiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào rathông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm chophép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCNếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽchuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầura xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Databus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt độngcủa PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thờigian hạn chế.Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bêncạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyếtđịnh tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệthống.PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được goi là vòngquét ( Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổngvào số tới vùng bộ đệm ảo ngõ vào (I), tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.Trong từng dòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc.Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảongõ ra (Q) từ các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nộibộ và kiểm tra lỗi. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi làthười gian vòng quét ( Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là khôngphải vòng quét nào cũng thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quétthực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào sô lệnh trong chương trìnhđược thực hiện, vào khối dữ liệu truyền thông… trong vòng quét đó.Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý tính toán và việc gửi tínhiệu điều khiển tới đối tượng có một khoang thời gian trẽ đúng bằng thời gian vòngquét. Nói cách khac, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chươngtrình điều khiển trong PLC. Thời gian quét càng ngắn tính thời gian thực của chươngtrình càng cao. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việctrực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ thamsố. Việc truyền thông giữa bộ đểm ảo với ngoại vi do hệ điều hành CPU quản lý. Ở 1số MODULE CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi côngviệc khác, ngay cả chương trình xử lý, ngắt để thực hiện lệnh trực tiếp của cổng vào ra.Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLC1.3 Ưu điểm của PLC so với các Rơ-le truyền thống và hệ điều khiển xung sốtrong điều khiển ĐiệnSự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũngnhư 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 nhanhchóng và dễ dàng. Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi khôngcó các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phầncứng 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, điềunày làm tăng tốc độ và năng suất PLC . Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắngiúp 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 trìnhphức 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, chỉsố IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt côngnghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệuchỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng sốlượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thểxem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trungtâm cho một hệ thống hoạt động tự động.Khoa Điện1.4 Ứng dụng của PLC trong thực tiễn Công NghiệpĐiều khiển lập trình PLCTừ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnhvực khác nhau trong công nghiệp như:Hệ thống nâng vận chuyển.Dây chuyền đóng gói.Các robot lắp giáp sản phẩm .Điều khiển bơm.Dây chuyền xử lý hoá học.Công nghệ sản xuất giấy .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.Điều khiển thang máy.Dây chuyền sản xuất xe ôtô.Sản xuất vi mạch.Kiểm tra quá trình sản xuất .Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCCHƯƠNG 2: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ PLC S7-12002.1Cấu trúc phần cứng, bộ nhớ và ưu điểm của S7-1200 so với các thế hệtrước như S7-2002.1.1 Cấu trúc phần cứng:S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soátnhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làmcho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,các đầu vào/ra (DI/DO).Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chươngtrình điều khiển: Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vàoPLC Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mìnhS7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặcRS232.Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ bangôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIAPortal 11 của Siemens. S7-1200 là một dòng PLC mới của Siemens, cũng giống như model S7200, S7-1200 cũng thuộc dòng compact PLC, S7-1200 có cấu trúc phầncứng khá giống với S7-200 gồm 1 CPU tích hợp sẵn một số đầu vào/ra,và có khả năng mở rộng thêm đầu vào ra khi cắm thêm các module IO,tuy nhiên S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (RJ45)thay vì cổng PPI(DB9) như trên S7-200. Và download/upload chươngKhoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCtrình với PLC S7-1200 thông qua cáp mạng Ethernet thông thườngkhông cần cáp chuyên dụng như S7-200, S7-300. S7-1200 sử dụng phần mềm Step 7 Basic 10.5 (chạy trên Windows XP)hoặc Step 7 Professional V11 hoặc V12(chạy trên Windows 7) để cấuhình và lập trình. Phần mềm Step 7(TIA Portal) có cấu trúc khá giốngvới phần mềm Step 7 Version 5 dùng cho các dòng PLC S7-300, S7-400trước đây. S7-1200 có cấu hình phần cứng mạnh mẽ hơn so với S7-200 và cũngđược tích hợp sẵn 2 đầu vào Analog input sẵn trên module CPU, cùngkhả năng mở rộng tín hiệu vào/ra khi tích hợp thêm 1 signal board vàomodule CPU.Thành phần của PLC S7-1200 bao gồm: 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhaugiống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảmchi phí sản phẩm 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM vàSB) 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP Bổ sung 4 cổng Ethernet Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp24 VDCHình 2.4: Các thành phần cơ bản của PLC S7-1200Khoa Điện2.1.2 Các Module CPU thông dụngĐiều khiển lập trình PLCBảng 2.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của các CPU tiêu biểu thuộc dòng S7-12002.1.3 Cấu trúc bộ nhớBộ nhớ gồm 48KB RAM, 48KB ROM, không có khả năng mở rộng và tốc độxử lý gần 0.3ms trên 1000 lệnh nhị phân, bộ nhớ được chia trên các vùng:Vùng chứa chương trình ứng dụng: OBx (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức, trong đó: Khối OB1: Khối tổ chức chính, mặc định, thực thi lặp vòng. Nó được bắtđầu khi quá trình khởi động hoàn thành và bắt đầu trở lại khi nó kết thúc. Khối OB10 (Time of day interrupt): được thực hiện khi có tín hiệu ngắtthời gian. Khối OB20 (Time delay interrupt): được thực hiện sau 1 khoảng thờigian đặt trước. Khối OB35 (Cyclic Interrupt): khối ngắt theo chu kì định trước Khối OB40 (Hardware Interrupt): được thực hiện khi tín hiệu ngắt cứngxuất hiện ở ngõ vào I124.0 I124.3 FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm cóbiến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó, được phânKhoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCbiệt bởi các số nguyên. Ví dụ: FC1, FC7, FC30ngoài ra còn có các hàmSFC là các hàm đã được tích hợp sẵn trong hệ điều hành. FB (Function Block): tương tự như FC, FB còn phải xây dựng 1khối dữliệu riêng gọi là DB (Data Block) và cũng có các hàm SFB là các hàmtích hợp sẵn trong hệ điều hành.Vùng chứa các tham số hệ điều hành và chương trình ứng dụng: I (Process image input): Miền bộ đệm dữ liệu các ngõ vào số. Trước khibắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc tất cả giá trị logic của cáccổng vào rồi cất giữ chúng trong vùng I. khi thực hiện chương trình CPUsẽ sử dụng các giá trị trong vùng I mà không đọc trực tiếp từ ngõ vào số. Q (Process image output): tương tự vùng I, miền Q là bộ đệm dữ liệucổng ra số. Khi kết thúc chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộđệm Q tới các cổng ra số. M (Memory): Miền các biến cờ. Do vùng nhớ này không mất sau mỗichu kỳ quét nên chương trìng ứng dụng sẽ sử dụng vùng nhớ này để lưugiữ các tham số cần thiết. Có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB),theo từ (MW) hay từ kép (MD). T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian bao gồm việc lưu trữ các giátrị đặt trước (PV-Preset Value), các giá trị tức thời (CV-Current Value)cũng như các giá trị logic đầu ra của Timer. C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ các giá trịđặt trước (PV-Preset Value), các giá trị tức thời (CV-Current Value) cũngnhư các giá trị logic đầu ra của Counter. PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input).Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được moduleđọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng cóthể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW) hoặc theotừng từ kép (PID). PQ: Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự (I/O External output).Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được moduleđọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng cóthể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hoặctheo từng từ kép (PQD).Khoa ĐiệnVùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành 2 loại:Điều khiển lập trình PLC DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chúc thành khối. Kíchthước hay số lượng khối do người sử dụng qui định. Có thể truy nhậpmiền này theo từng bit (DBX), byte( DBB), từng từ (DBW), từ kép(DBD). L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chươngtrình OB, FC, FB tổ chức và sử dụngcho các biến nháp tức thời và traođổi dữ liệu của biến hình thức với những khối đã gọi nó. Toàn bộ vùngnhớ sẽ bị xoá sau khi khối thực hiện xong. Có thể truy nhập theo từng bit(L), byte (LB), từ LW), hoặc từ kép (LD).Bảng 2.2: Bảng thông số vùng nhớ của PLC S7-12002.1.4 Những Ưu Điểm Nổi Trội Của S7-1200 So Với Các Thế Hệ TrướcCổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn: Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLCPLC Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo Tốc độ truyền 10/100 Mbits/sKhoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCHỗ trợ 16 kết nối ethernetTCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocolCác tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm vàđo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộlái servo (servo drive) Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve,hay điều khiển nhiệt độ… 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển(auto-tune functionality)Thiết kế linh hoạt: Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắntrực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thayđổi kích thước hệ điều khiển Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra. Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU 3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyềnthông, vd module RS232 hay RS485 Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chươngtrình ứng dụng hay khi cập nhật firmware Chẩn đoán lỗi online / offline S7-1200 được thiết kế dưới dạng module nhỏ gọn, chi phí thấp, và mộttập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụngvới S7-1200 S7-1200Tích hợp cổng truyền thông Profinet (Ethernet) tạo sự dễ dàngtrong kết nối. Simatic S7 – 1200 với Simatic HMI Basic được lập trình chung trên mộtnền phần mềm là TIA Portal (Simatic Step 7 Basic, WinCC Basic) hoặcversion cao hơn. Các thao tác lập trình thực hiện theo cách kéo – thả, dođó tạo sự dễ dành cho người sử dụng, lập trình nhanh chóng, đơn giản,chính xác trong sự truyền thông kết nối theo tags. Tích hợp sẵn các đầu vào ra, cùng với các board tín hiệu, khi cần mởrộng ứng dụng với số lượng đầu vào ra ít sẽ tiết kiệm được chi phí,không gian và phần cứng.Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLC Dễ dàng cho người sử dụng sản phầm trong việc mua gói thiết bị.Hình 2.5: Hình ảnh thiết kế dạng Module của S7-1200Hình 2.6: Khả năng mở rộng của S7-1200 so với S7-2002.2Các Loại Mudule Mở Rộng Cho S7-1200PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài đểmở rộng chức năng của CPU. Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thôngđể hỗ trợ giao thức truyền thông khác. Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộcvào các đặc tính, thông số và quy định của nhà sản xuất.S7-1200 có các loại module mở rộng sau: Signal Board(SB) : một dạng module mở rộng tín hiệu vào/ra với sốlượng tín hiệuít, giúp tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mởKhoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLCrộng số lượng tín hiệu ít. Gồm các board: 1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit(0-10VDC, 0-20mA).Hình 2.7: Module signal board (SB) SB 1232 AQ1 (12 bit) Signal Module (SM): tín hiệu module cho các đầu vào và đầu ra Analog(cho CPU 1212C tối đa của 2 SM có thể sử dụng, cho 1214C tối đa là 8). Các module mở rộng tín hiệu vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bênphải củaCPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog,giúp linh hoạt trong sử dụng S7-1200. Tính đa dạng của các module tínhiệu vào/ra sẽ được tiếp tục phát triểnHình 2.8: Signal Module (SM)Khoa ĐiệnĐiều khiển lập trình PLC Communication module (CP): Module truyền thông giao tiếp với RS 232và RS 485Hình 2.9: Module truyền thông S7-1200 Module nguồn: Sử dụng module nguồn PM 1207 có các thông số: Input:120/230V AC 50/60Hz, 1.2A/0.7A Output: 24V DC / 2.5A. ModuleCSM1277 có 4 cổng cẳm RJ45, tốc độ 10/100Mb/sHình 2.10: Module Nguồn S7-12002.3Một số ứng dụng s7-1200 trong công nghiệpCùng với tính năng và ưu điểm của mình. PLC S7-1200 có những ứng dụngthực tế trong các mô hình sau: Hệ thống cầu trục

Tài liệu liên quan

Giáo trình Điều khiển lập trình PLC
- 285
- 1
- 1
Chương 2: Bộ điều khiển lập trình PLC
- 21
- 902
- 4
Tài liệu Tổng quan về bộ điều khiển lập trình PLC doc
- 11
- 799
- 14
GIỚI THIỆU bộ điều KHIỂN lập TRÌNH PLC
- 7
- 535
- 1
Tài liệu Thực hành điều khiển lập trình PLC - Mạng PLC ppt
- 47
- 885
- 13
Tài liệu Tự Động Đo Lường - Bộ điều khiển lập trình PLC ppt
- 21
- 676
- 3
Điều khiển lập trình PLC Lập trình điều khiển cho garage ôtô
- 80
- 1
- 3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC " Lập trình điều khiển cho garage ôtô " pot
- 79
- 1
- 13
Giáo trình điều khiển lập trình PLC và mạng PLC
- 15
- 599
- 1
Giáo trình: Điều khiển lập trình PLC ppt
- 285
- 388
- 3