Giáo trình PLC nâng cao

11 thơng qua một kiểu hệ thống mạng truyền thơng để thực hiện các q trình xử lý phức tạp. Tín hiệu vào: Mức độ thơng minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của PLC để đọc được các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng như bằng các thiết bị nhập bằnh tay . Tiêu biểu cho các thiết bị nhập bằng tay như: Nút ấn, bàn phím và chuyển mạch. Mặt khác, để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất, lưu lượng chất lỏng ... PLC phải nhận các tín hiệu từ các cảm biến. Ví dụ : Tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện ... tín hiệu đưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự (Analog), các tín hiệu này được giao tiếp với PLC thơng qua các Modul nhận tín hiệu vào khác nhau khác nhau DI (vào số) hoặc AI (vào tương tự).... Đối tượng điều khiển : Một hệ thống điều khiển sẽ khơng có ý nghĩa thực tế nếu khơng giao tiếp được với thiết bị xuất, các thiết bị xuất thơng dụng như: Motor, van, Rơle, đèn báo, chng điện,... giống như thiết bị nhập, các thiết bi xuất được nối đến các ngõ ra của Modul ra (Output). Các Modul ra này có thể là DO (Ra số) hoặc AO (ra tương tự). 1.3. Cấu tạo PLC: Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) trong đó có chứa chương trình điều khiển và các Modul giao tiếp vào/ra có nhiệm vụ liên kết trực tiếp đến các thiết bị vào/ra, sơ đồ khối cấu tạo PLC được vẽ như hình 1-6. Khối xử lý trung tâm : là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: Thực hiện chương trình, xử lý vào/ra và truyền thơng với các thiết bị bên ngồi. Bộnhớ: có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter được chia trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo u cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau: • Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ khơng thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác . • Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin. • Bộ nhớ EPROM: Giống như ROM, nguồn ni cho EPROM khơng cần dùng Pin, tuy nhiên nội dung chứa trong nó có thể xố bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp. • Bộ nhớ EEPROM: kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này 11 12 có thể xóa và nạp bằng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn. 1.4. Ưu - nhược điểm của hệ thống : Trong giai đoạn đầu của thời kỳ phát triển cơng nghiệp vào khoảng năm 1960 và 1970, u cầu tự động của hệ điều khiển được thực hiện bằng các Rơle điện từ nối nối với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều trường hợp bảng điều khiển có kích thước q lớn đến nỗi khơng thể gắn tồn bộ lên trên trường và các dây nối cũng khơng hồn tồn tốt vì thế rất thường xảy ra trục trặc trong hệ thống. Một điểm quan trong nữa là do thời gian làm việc của các Rơle có giới hạn nên khi cần thay thế cần phải ngừng tồn bộ hệ thống và dây nối cũng phải thay mới cho phù hợp, bảng điều khiển chỉ dùng cho một u cầu riêng biệt khơng thể thay đổi tức thời chức năng khác mà phải lắp ráp lại tồn bộ, và trong trường hợp bảo trì cũng như sữa chữa cần đòi hỏi thợ chun mơn có tay nghề cao. Tóm lại hệ điều khiển Rơle hồn tồn khơng linh động. * Tóm tắt nhược điểm của hệ thống điều khiển dùng Rơle: - Tốn kém rất nhiều dây dẫn . - Thay thế rất phức tạp. - Cần cơng nhân sữa chữa tay nghề cao. - Cơng suất tiêu thụ lớn . - Thời gian sữa chữa lâu. - Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho cơng tác bảo trì cũng như thay thế. * Ưu điểm của hệ điều khiển PLC: Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đó làm thay đổi lớn hệ thống điều khiển cũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm sau: - Giảm 80% Số lượng dây nối. - Cơng suất tiêu thụ của PLC rất thấp . - Có chức năng tự chuẩn đốn do đó giúp cho cơng tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng. - Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà khơng cần thay đổi phần cứng nếu khơng có u cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập. - Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển. – Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng khơng hạn chế. - Thời gian hồn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất . - Chi phí lắp đặt thấp . 12 13 - Độ tin cậy cao. - Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống. 1. 5. Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC: Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đó được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong cơng nghiệp : - Hệ thống nâng vận chuyển. - Dây chuyền đóng gói. - Các ROBOT lắp ráp sản phẩm . - Điều khiển bơm. - Dây chuyền xử lý hố học. - Cơng nghệ sản xuất giấy . - Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh. - Sản xuất xi măng. - Cơng nghệ chế biến thực phẩm. - Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn. - Dây chuyền lắp ráp Tivi. - Điều khiển hệ thống đèn giao thơng. - Quản lý tự động bãi đậu xe. - Hệ thống báo động. - Dây truyền may cơng nghiệp. - Dây chuyền sản xuất tole cuộn. - Dây chuyền sản xuất thép. - Điều khiển thang máy. - Dây chuyền sản xuất xe Ơtơ. - Sản xuất vi mạch. - Kiểm tra q trình sản xuất . … 13 14 BÀI 2: CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC S7-300 Mục tiêu: - Phát biểu cấu trúc của một PLC theo nội dung đã học. - Trình bày các thiết bị điều khiển lập trình S7- 300 theo nội dung đã học. - Trình bày cấu trúc bộ nhớ S7- 300 theo nội dung đã học. - Thực hiện xử lý chương trình đúng theo nội dung đã học. 2.1. Cấu trúc phần cứng của hệ thống PLC S 7-300. Thơng thường, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế khơng bị cứng hóa về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các modul. Số các Modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng u cầu cơng nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một Modul chính là các modul CPU, các modul còn lại là các modul truyền nhận tín hiệu đối với đối tượng điều khiển, các modul chức năng chun dụng như PID, điều khiển động cơ, Chúng được gọi chung là Modul mở rộng. Tất cả các modul được gắn trên những thanh ray (RACK). 2.1.1. Modul CPU: 1. Đặc Điểm. - Hệ thống điều khiển có kích thước nhỏ nhất. - Có nhiều loại CPU : CPU 314, CPU 315-2 DP… 14 15 - Có nhiều khối mở rộng, có thể mở rộng đến 32 khối - Có nhiều nhất 1024 ngõ vào ra (DI/DO) : 256 AI/AO. - Các Bus nối tích hợp phía sau các Module. - Có thể nối mạng với: - Multi-point-interface (MPI). - PROFIBUS. - Erthernet cơng nghiệp (Industrical Erthernet). - Thiết bị lập trình (PG) trung tâm có thể truy cập đến các khối . - Khơng hạn chế rãnh cắm. - Đặc cấu hình và cài đặt thơng số với cơng cụ trợ giúp "HW Config". - Khi cập nhật những thay đổi chương trình khơng cần phải chuyển CPU sang trạng thái STOP. - Có pin ni bộ nhớ . - Có thể lưu trữ chương trình trong các Card nhớ EFROM (Flash EFROM) . Ngun lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC) 15 16 CPU 314 của PLC S7_300 2. Thiết kế CPU S7-300. a. Các đèn báo trạng thái. - SF (System Fault) : báo lỗi hệ thống (lỗi ở module có chức năng chuẩn đốn hoặc lỗi do lập trình). - BATF (Battery Fault): báo lỗi về pin (pin yếu hoặc khơng có pin). - DC5V: báo trạng thái nguồn cho CPU, đèn sẽ chớp sáng khi có sự cố. 16