BÁO CÁO THỰC HÀNH

HỌC PHẦN : ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ PLC

                             HỌ TÊN     :         ĐỖ VĂN TRÌNH

                             LỚP            :         2TĐK8

                             GIÁO VIÊN GIẢNG DẠY : LÊ THỊ THANH TÂM

A.GIỚI THIỆU MÔN HỌC:

Khái niệm về điều khiển và điều khiển logic:

          Điều khiển có nhiệm vụ thực hiện những chức năng riêng của thiết bị theo một trình tự hoạt động định trước phụ thuộc trạng thái của máy hay bộ phát tín hiệu.

          Điều khiển logic là một dạng điều khiển dùng trong công nghiệp dựa trên logic hai trạng thái 0 và 1 ( đóng/mở , chạy / dừng ...)

          Điều khiển có vai trò quan trọng trong dây truyền công nghiệp, trong sản xuất.

Môn học điều khiển logic trình bày các kiến thức cơ bản hệ thống điều khiển logic. Các vấn đề có đề cập đến điều khiển logic, các phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống điều khiển logic. Đồng thời học phần này còn trình bày các kiến thức cơ bản về bộ lập trình PLC. Sử dụng bộ lập trình PLC có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số hay mạch rơ le.

          Trong báo cáo này gồm hai phần:

-         Chương 1: Tổng quan về điều khiển Logic và lập trình PLC

Cung cấp một cách tổng quan những nội dung kiến thức trong học phần như Thiết kế mạch trình tự, các phương pháp lập trình PLC.

-         Chương 2: Các bài thực hành

Gồm nội dung những bài tập, ví dụ đã thực hiện trong học phần PLC.

-         Phần cuối : Kết luận

Những gì thu hoạch được , và những ứng dụng trong thực tế.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LOGIC VÀ LẬP TRÌNH PLC

1.1 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MẠCH TRÌNH TỰ

1.1.1 TỔNG HỢP MẠCH TRÌNH TỰ THEO PHƯƠNG PHÁP BẢNG TRẠNG THÁI:

Trình tự chung gồm những bước sau:

Bước 1: Thành lập bảng chuyển trạng thái

Các cột là các tổ hợp biến của tín hiệu vào , cột cuối cùng là Y, những  hàng biểu thị những trạng thái trong của hệ.

Để thiết lập được bảng trạng thái, ta tuần tự xét từng tổ hợp biến với tín hiệu ra. Sau đó ta tìm ra các trạng thái không ổn định và điền đầy các trạng thái vào bảng.

Từ bảng trạng thái ta thấy hệ thống tồn tại các trạng thái ổn định khác nhau trong cùng một cột, có các kết quả đầu ra ngược nhau, khi cùng một tổ hợp biến vào. Để phân lập các trạng thái mâu thuẫn đó, hệ thống phải sử dụng thêm các biến nội bộ, đó cũng chính là ý nghĩa của mạch logic trình tự.Trước khi chọn các biến phụ, ta tìm cách rút gọn các hàng của bảng theo nguyên tắc các hàng tương đương nhau ( có số trạng thái và kết quả đầu ra như nhau hoặc có thể suy ra được nhau) thì có thể rút gọn thành 1 hàng.

Bước 2: Thành lập bảng kích thích và bảng tín hiệu ra.

Chọn biến nội bộ. Với bảng chuyển trạng thái chỉ có 2 hàng chỉ cần 1 biến nội bộ , với 4 hàng cần 2 biến nội bộ.

Hàng đầu tiên chứa các tổ hợp biến đầu vào. Cột đầu tiên chứa các tổ hợp biến nội bộ.

Bước 3: Tìm hàm logic tối giản và chọn mạch.

Tối giản phương trình hàm ra theo phương pháp bìa cacnô và từ phương trình đó vẽ sơ đồ mạch.

1.1.2 TỔNG HỢP MẠCH TRÌNH TỰ THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒ HÌNH MEALY HOẶC MOORE

Ta xét các bước thiết kế một bộ đếm đồng bộ cơ số 2

Bước 1: Vẽ đồ hình trạng thái

            Các hình hộp chữ nhật biểu thị các trạng thái trong, phía trên là tổ hợp  biến đầu vào

Với 2 trạng thái cần 1 mạch lật, 3 trạng thái cần 2 mạch lật, 5 trạng thái cần 3 mạch lật

Bước 2: Mã hóa các trạng thái trong

            Mã hóa theo phương pháp bìa cacnô với các hàm là các mạch lật ( Q1,Q2....)

Bước 3: Xác định hàm kích của các mạch lật và hàm ra

            Hàm kích của các mạch lật chính là hàm để xác định đầu nối vào mạch lật. Với mạch lật JK , đó là 2 chân tín hiệu J và K. Với mạch lật T thì đó là tín hiệu nối vào chân D.

Bước 4: Vẽ sơ đồ mạch

            Từ phương trình các tín hiệu vào JK(T) và các tín hiệu ra  Q1, Q2... ta dễ dàng vẽ được mạch cho bộ đếm

1.2 THIẾT KẾ MỘT MẠCH TRÌNH TỰ BẰNG KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PLC    

1.2.1 Phương pháp lập trình điều khiển trình tự:

1.2.1.1 Các bước thiết kế chương trình trình tự cho PLC:

- Quá trình điều khiển được diễn đạt bằng lời.

- Sự mô tả đó được chuyển sang dạng lưu đồ hay sơ đồ chức năng.

- Đến giai đoạn này, các điều kiện logic dễ dàng được xác định, sau đó được chuyển sang biểu thức boolean biểu diễn từng trạng thái của quá trình trình tự.

- Cuối cùng biểu thức boolean được chuyển đổi sang chương trình trong PLC.

1.2.1.2 Các thủ tục tổng quát để thiết kế bài toán trình tự

Bước 1: Xây dựng sơ đồ phối hợp thao tác công nghệ của máy hoặc hệ thống thiết bị cần điều khiển.

            Người thực hiện căn cứ vào yêu cầu hoạt động của máy để từ đó hình dung và phân tích ra một trình tự các thao tác thật chi tiết của các khâu chấp hành hoặc từng bộ phận chấp hành của máy cũng như sự hoạt động giữa chúng. Sơ đồ được thực hiện dưới dạng các dải hình chữ nhật đặt kế tiếp nhau. Mỗi dải tượng trưng cho diễn biến theo thời gian quá trình hoạt động của của một khâu chấp hành hoặc bộ phận chấp hành.

            Sơ đồ phối hợp các thao tác công nghệ cho phép người thiết kế hình dung toàn bộ quá trình hoạt động của máy.

Bước 2: Lập sơ đồ khối điều khiển trình tự.

            Căn cứ vào sơ đồ phối hợp các hoạt động hoặc thao tác của các bộ phận chấp hành trên máy thiết kế, ta sẽ thực hiện một công việc tương tự tiếp theo là lập sơ đồ khối điều khiển trình tự dạng lưu đồ hay sơ đồ chức năng.

Bước 3: Chuẩn bị phần cứng và mô tả các tham số vào/ra.

            Lựa chọn các cơ cấu chấp hành như lựa chọn các loại động cơ, xilanh khí nén hoặc xilanh ép dầu, lựa chọn các loại van điều khiển…

            Lựa chọn các cơ cấu tác động phù hợp nhất, mô tả đầy đủ các thông số kỹ thuật của cơ cấu tác động. Chẳng hạn như các giá trị điện áp, dòng điện tác động vào động cơ điện, van điện từ .

Bước 4: Lập trình.

            Soạn thảo chương trình điều khiển cho PLC để thực hiện việc điều khiển máy hoặc hệ thống hoạt động đúng cho chu trình đã thiết kế.

Bước 5: Chạy thử và hoàn chỉnh chương trình.

            Việc chạy thử chương trình được thực hiện trong 2 chế độ:

- Chế độ giả lập ( chế độ offline): Cho chạy chương trình và theo dõi đáp ứng cho các ngõ ra thông qua các đèn LED. Đèn LED ở ngõ ra cụ thể sẽ biểu thị cho tín hiệu xuất ở ngõ ra cho cơ cấu tác động và đáp ứng của chúng.

- Chế độ thực ( chế độ online): Sau khi chạy thử và điều chỉnh chương trình trong chế độ giả lập hoàn hảo. Chuyển chế độ hoạt động trên PLC và nối phần mạch giao tiếp với mạch công suất để điều khiển máy chạy trong chế độ thực. Trong chế độ này, với các đáp ứng thực của các cơ cấu tác động khi không tải và khi có tải sẽ giúp cho người lập trình hiệu chỉnh chương trình lần cuối trước khi đưa vào vận hành thực sự trong sản xuất. 

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PLC

Có 3 ngôn ngữ lập trình thông dụng cho PLC : Đó là Statement List (STL), Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD)

1.3.1 Dạng liệt kê lệnh  Statement List (STL)

            Đây là dạng soạn thảo chương trình dạng tập hợp các câu lệnh. Người dùng phải nhập các câu lệnh từ bàn phím, giữa lệnh và toán hạng ( toán hạng có thể là địa chỉ, dữ liệu) có khoảng trắng và mỗi lệnh chiếm một hàng. Ở dạng soạn thảo này sẽ có mà ở dạng soạn thảo LAD hay FBD không có.

            Dạng soạn thảo này có một số điểm chính:

+ Là dạng soạn thảo phù hợp cho những người có kinh nghiệm lập trình PLC.

+ STL cho phép giải quyết một số vấn đề mà đôi khi khó khăn khi dùng LAD hoặc FBD.

+ Luôn luôn có thể chuyển từ dạng LAD hay FBD về dạng STL nhưng khi chuyển ngược lại từ STL sang LAD hay FBD sẽ có một số phần tử chương trình không chuyển được.

1.3.2 Dạng hình thang Ladder logic (LAD)

            Ở dạng soạn thảo này chương trình được hiển thị gần giống như sơ đồ nối dây một mạch trang bị điện dùng các rơlay và contactor . Chúng ta xem như có dòng điện từ một nguồn điện chạy qua một chuỗi các tiếp điểm logic ngõ vào từ trái qua phải để tới ngõ ra. Chương trình điều khiển được chia ra làm nhiều Network, mỗi một Network thực hiện một nhiệm vụ nhỏ và cụ thể. Các Network được xử lý lần lượt từ trên xuống dưới và từ trái sang phải.

            Dạng soạn thảo này có một số ưu điểm:

+ Dễ dàng cho những người mới bắt đầu lập trình.

+ Biểu diễn dạng đồ hoạ dễ hiểu và thông dụng

+ Luôn luôn có thể chuyển từ dạng LAD sang STL

1.3.3 Dạng khối chức năng:  Function Block Diagram (FBD)  

Dạng soạn thảo FBD hiển thị chương trình ở dạng đồ hoạ tương tự như sơ đồ các cổng logic. FBD không sử dụng khái niệm đường nguồn cung cấp trái phải; do đó khái niệm “dòng điện” không được sử dụng. Thay vào đó là logic “1”. Không có tiếp điểm và cuộn dây như ở dạng LAD, nhưng có các cổng logic và các hộp chức năng. Các cổng logic như AND, OR, XOR … sẽ tương ứng với các tiếp điểm logic nối tiếp hay song song…

            Đầu ra của các cổng logic hay hộp chức năng có thể được sử dụng để nối tiếp với đầu vào của các cổng logic hay các hộp chức năng khác. Với dạng soạn thảo này có một số điểm chính sau:

+ Biểu diễn ở dạng đồ hoạ các cổng chức năng giúp chúng ta dễ đọc hiểu theo trình tự điều khiển.

+ Luôn có thể chuyển từ hiển thị dạng FBD sang STL.

CHƯƠNG 2:MỘT SỐ BÀI TẬP THỰC HÀNH

BÀI 1.

Đề bài:           Một động cơ điện 3 pha cần được điều khiển đảo chiều. Khi nhấn S2( NO) thì động cơ quay phải và đèn H1 sáng báo động cơ đang quay phải. Khi nhấn nút S3( NO) thì động cơ quay trái và đèn H2 sáng báo động cơ đang quay trái. Động cơ có thể dừng bất cứ lúc nào nếu ấn nút dừng S1(NC) hoặc động cơ xảy ra sự cố quá dòng làm cho tiếp điểm của thiết bị bảo vệ Q1 tác động ( tiếp điểm 13,14 của Motor CB). Khi động cơ dừng đèn báo H3 sáng.

a, Lập bảng ký hiệu vào ra

b, Vẽ sơ đồ đấu dây phần cứng ở PLC

c, Lập Grafcet

d, Lập trình PLC

A. Bảng kí hiệu đầu vào đầu ra:

BẢNG KÝ HIỆU

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú thích

CB

I0.0

Nút ấn cấp điện cho động cơ

S1

I0.1

Nút ấn ngắt điện động cơ

S2

I0.2

Nút ấn cho động cơ quay phải

S3

I0.3

Nút ấn cho động cơ quay trái

Q1

I0.4

Tiếp điểm bảo vệ quá dòng

K1

Q0.0

Contactor cho động cơ quay phải

K2

Q0.1

Contactor cho động cơ quay trái

H1

Q0.2

Đèn báo động cơ quay phải

H2

Q0.3

Đèn báo động cơ quay trái

H3

Q0.4

Đèn báo động cơ dừng

B. Sơ đồ nối dây với PLC

C. Grafcet

D. Lập trình trên PLC

BÀI 2

Đề bài : Một động cơ điện 3 pha có thể đảo chiều quay. Khi nhấn nút quay phải S1 (NO) thì động cơ quay phải , đèn H1 sáng báo động cơ quay phải. Khi ấn nút quay trái S2 (NO) thì động cơ quay trái, đèn H2 sáng báo động cơ quay trái. Động cơ có thể dừng bất cứ lúc nào nếu nhấn nút dừng S3 (NC) hoặc xảy ra sự cố quá dòng làm cho tiếp điểm (NC) của thiết bị bảo vệ Q1 tác động. Khi dừng thì đèn báo H0 sáng. Việc đảo chiều quay không thể thực hiện được sau khi nút dừng S3 được ấn mà chưa hết 5s chờ cho động cơ dừng hẳn. Đèn báo chờ đợi H3 sẽ chớp tắt với tần số 1Hz trong thời gian chờ động cơ dừng hẳn.

a, Lập bảng ký hiệu vào ra

b, Vẽ sơ đồ đấu dây phần cứng ở PLC

c, Lập Grafcet

d, Lập trình PLC

A. Bảng ký hiệu vào ra

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú thích

S1

I0.0

Nút ấn quay phải

S2

I0.1

Nút ấn quay trái

S3

I0.2

Nút ấn dừng động cơ

CB

I0.3

Khởi động động cơ

Q1

I0.4

Tiếp điểm bảo vệ

K1

Q0.0

Động cơ quay phải

K2

Q0.1

Động cơ quay trái

H1

Q0.2

Đèn báo động cơ quay phải

H2

Q0.3

Đèn báo động cơ quay trái

H0

Q0.4

Đèn báo dừng

H3

Q0.5

Đèn báo chờ động cơ dừng hẳn

B. Bảng nối dây với PLC

C. Đồ hình Grafcet

D. Lập trình trên PLC

BÀI 3

Đề bài : Viết chương trình điều khiển băng tải sản phẩm. Khi sản phẩm A được vận chuyển đến vị trí cần thao tác thì băng tải dừng lại ( Được phát hiện bởi cảm biến CB1). Ấn nút S1 thì băng tải tiếp tục hoạt động cho đến khi nào một sản phẩm đến đúng vị trí  thì dừng lại. Quá trình tiếp tục lặp lại như trên.

a, Lập bảng ký hiệu vào ra

b, Vẽ sơ đồ đấu dây phần cứng ở PLC

c, Lập Grafcet

d, Lập trình PLC

A. Bảng ký hiệu đầu vào ra

BẢNG KÝ HIỆU

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú thích

S1

I0.0

Nút nhấn chạy băng tải

CB1

I0.1

Cảm biến phát hiện sản phẩm

K1

Q0.0

Contactor cho động cơ kéo băng tải

B.  Sơ đồ nối dây với PLC

C. Grafcet

D. Lập trình trên PLC

BÀI 4

Đề bài: Một cơ cấu dập trong 1 máy dập nguyên liệu ví dụ để dập các vỏ hộp có thể chuyển động nâng lên hạ xuống nhờ một động cơ điện quay 2 chiều. Để đảm bảo an toàn cho tay người vận hành thì chỉ khi nào người vận hành dùng cả hai tay nhấn đồng thời S1,S2 (NO) thì bàn dập mới hạ xuống. Khi hạ xuống đụng phải công tắc hành trình giới hạn dưới (NC) thì tự chạy nâng lên cho tới khi đụng phải Công tắc hành trình giới hạn trên thì dừng lại. Chu kỳ cứ lặp đi lặp lại như vậy khi người vận hành lại nhấn 2 nút nhấn cùng lúc S1,S2

a, Lập bảng ký hiệu vào ra

b, Vẽ sơ đồ đấu dây phần cứng ở PLC

c, Lập Grafcet

d, Lập trình PLC

A. Bảng ký hiệu vào ra

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú thích

S1

I0.0

Hai nút ấn đồng thời để máy dập dập xuống

S2

I0.1

CTHT DƯỚI

I0.2

CTHT giới hạn dưới

CTHT TRÊN

I0.3

CTHT giới hạn trên

K1

Q0.0

Contactor cho bàn dập đi xuống

K2

Q0.1

Contactor cho bàn dập đi lên

B. Sơ đồ nối dây với PLC

C. Đồ hình Grafcet

D. Lập trình trên PLC

BÀI 5:

Đề bài : Cho một hệ thống cửa tụ động với chu trình công nghệ sau:

1. Chế độ bằng tay: Nhấn S1(NO) thì động cơ quay phải và cổng mở ra. Thả tay ra động cơ dừng lại. Trong khi mở đụng phải công tắc hành trình giới hạn mở S3 (NC) thì cổng dừng lại. Nếu nhấn S2(NO) thì động cơ quay trái và cổng đóng lại. Nếu thả tay ra thì động cơ dừng lại. Trong quá trình đóng đụng phải công tắc hành trình giới hạn đóng S4 (NO) thì cổng dừng lại.

2. Chế độ tự động: Nhấn S1’(NO) cửa mở. Công tắc hành trình giới hạn mở S3, nhấn đóng S2’ , công tắc hành trình giới hạn đóng S4

            Ở cả 2 chế độ, cổng có thể dừng nếu khi nhấn nút dừng S5 hoặc F ( tiếp điểm bảo vệ quá tải) . Trong khi đóng mở, đèn H1 sáng báo cổng đang hoạt động.

a, Lập bảng ký hiệu vào ra ở 2 chế độ

b, Vẽ sơ đồ đấu dây phần cứng ở PLC

c, Lập Grafcet ở 2 chế độ

d, Lập trình PLC ở cả 2 chế độ trên 2 chương trình con

* Với chế độ bằng tay:

a, Lập bảng ký hiệu :

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú thích

S1

I0.0

Nút ấn động cơ quay phải, mở cửa

S2

I0.1

Nút ấn động cơ quay trái, đóng cửa

S3

I0.2

Công tắc hành trình giới hạn mở

S4

I0.3

Công tắc hành trình giới hạn đóng

S5

I0.4

Nút ấn dừng

F

I0.5

Tiếp điểm bảo vệ

K1

Q0.0

Contactor cho động cơ quay phải

K2

Q0.1

Contactor cho động cơ quay trái

H1

Q0.2

Đèn báo động cơ hoạt động

b,  Sơ đồ nối dây với PLC

c, Đồ hình Grafcet:

d, Lập trình trên PLC

* Với chế độ tự động:

a, Lập bảng ký hiệu :

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú thích

S1’

I0.0

Nút ấn động cơ quay phải, mở cửa

S2’

I0.1

Nút ấn động cơ quay trái, đóng cửa

S3

I0.2

Công tắc hành trình giới hạn mở

S4

I0.3

Công tắc hành trình giới hạn đóng

S5

I0.4

Nút ấn dừng

F

I0.5

Tiếp điểm bảo vệ

K1

Q0.0

Contactor cho động cơ quay phải

K2

Q0.1

Contactor cho động cơ quay trái

H1

Q0.2

Đèn báo động cơ hoạt động

b,  Sơ đồ nối dây với PLC

c, Đồ hình Grafcet

D, Lập trình cho PLC

* Lập trình gộp cả 2 chế độ:

BÀI 6

Đề bài: Lập trình hệ thống rót chất lỏng vào thùng chứa

Bật S1, thùng chứa từ kho chứa thùng chứa rỗng được đưa lên băng tải và băng tải chuyển thùng hoạt động. Khi 1 thùng rỗng đến dưới bồn chứa nó được phát hiện bởi cảm biến S2 thì băng tải dừng, van Y1 ở bồn chứa sẽ mở ra để rót chất lỏng vào thùng . Sau 5s thì thùng chứa đầy, van Y1 đóng lại. Một thùng rỗng khác sẽ được đưa vào. Băng tải tiếp tục di chuyển cho đến khi nào thùng bên dưới bồn chứa dừng lại, quá trình cứ lặp lại nếu chất lỏng trong bồn chứa hết được phát hiện bởi cảm biến S3 báo bồn chứa rỗng thì còi H1 báo tần số 1 Hz. Nếu thùng chứa trong kho hết thì băng tải dừng sau thời gian 15s kể từ thùng cuối cùng được rót đầy.

Chú ý: Gọi Y2 là cuộn dây nam châm điện được sử dụng để chặn thùng trong kho để thùng đưa vào băng tải chỉ cần Y2 có điện trong 100ms.

A.  Bảng ký hiệu vào, ra:

Ký hiệu

Địa chỉ

Chú thích

S1

I0.0

Nút ấn đưa thùng rỗng lên băng tải

S2

I0.1

Cảm biến phát hiện thùng rỗng

S3

I0.2

Cảm biến báo bồn chứa cạn

K1

Q0.0

Contactor cho băng tải chạy

Y1

Q0.1

Van cho bồn chứa mở

Y2

Q0.2

Cuộn dây nam châm đư thùng rỗng lên băng tải

H1

Q0.3

Còi báo bồn chứa hết

B. Sơ đồ nối dây với PLC

C. Đồ hình Grafcet

D. Lập trình trên PLC

B. Kết luận:

            Qua học phần điều khiển logic và PLC, em được tìm hiểu những kiến thức cơ bản và chuyên sâu về hệ thống điều khiển logic. Đồng thời nắm vững các phương pháp phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển logic.

            Sau những buổi thực hành PLC, em đã tiếp thu được những kiến thức sau:

-         Tìm hiểu cấu trúc của PLC

-         Hiểu cách thức hoạt động của PLC

-         Lập trình trên phần mềm Step7 Microwin ( soạn tháo các các câu lệnh, cách load chương trình và tải chương trình xuống PLC )

-         Tìm hiểu, phân tích, lập trình một số bài tập ứng dụng thực tế ( như điều khiển đảo chiều động cơ, điều khiển cửa tự động, điều khiển máy dập,điều khiển băng chuyền sản phẩm...)

Trong thực tế hiện nay những ứng dụng của PLC ngày càng được phổ biến và đem lại hiệu quả rất to lớn trong đời sống và trong công nghiệp, có thể kể tới như:

-         Giám sát và điều khiển các nhà máy công nghiệp

-         Điều khiển các dây chuyền sản xuất

-         Giám sát, điều khiển giao thông

-         Giám sát điều khiển tòa nhà cao ốc thông minh

-         Ứng dụng trong truyền tải điện năng.