Bài giảng PLC và mạng công nghiệp PLC and industrial system môn Điều khiển logic và PLC | Đại học Bách Khoa Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Bài giảng
PLC và Mạng Công Nghiệp
PLC and Industrial system (ME 4501)
Giảng viên: TS. Nguyễn Anh Tuấn
Khoa Cơ điện tử – ĐHBK Hà nội
Email: tuan.nguyenanh@hust.edu.vn bktuan2000@gmail.com
Web: www.aps.edu.vn (Hệ thống sản xuất tự động) Mục lục
1. Cơ sở cho điều khiển logic
2. Tổng hợp mạch logic và Grafcet
3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC
4. Các mô đun vào ra
5. Kỹ thuật lập trình
6. Mạng truyền thông công nghiệp
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC
3.2. Các phần tử cơ bản trong PLC
3.3. Cấu trúc và hoạt động của các ACCU và bộ nhớ
3.4. Cách ghi địa chỉ trong PLC
3.5. Cấu trúc chương trình điều khiển
3.6. Các ngôn ngữ lập trình PLC
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC
 Lịch sử ra đời
 Trong các hệ thống SX công nghiệp, điều khiển lô gíc đóng vai trò điều
phối toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị.
 Các hệ thống điều khiển lô gíc cổ điển trước đây thường được sử dụng là
các hệ thống lô gíc cứng hay gọi là hệ thống điều khiển Rơ le.
 Sự phát triển của kỹ thuật điện tử, các hệ thống điều khiển lô gíc dùng Rơ le
dần được thay thế bằng các hệ thống điều khiển lô gíc khả lập trình PLC.
 PLC – Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển lô gíc khả lập trình.
 Năm 1968 GM Hydramatic (bộ phận truyền động tự động của General
Motors) đã đưa ra yêu cầu đề xuất thay thế điện tử cho các hệ thống rơ le có
dây cứng, các thiết bị rời rạc, cồng kềnh.
 PLC được sản xuất thương mại đầu tiên bởi hãng Modicon, tên gọi là Modicon 084
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC
 Lịch sử ra đời
 Đến năm 1976 thì PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa
bằng kỹ thuật truyền thông (khoảng 200 mét).
 Thập niên 1970s: Công nghệ PLC nổi bật nhất là ĐK tuần tự theo chu kỳ
và theo bit trên nền tảng CPU: thiết bị AMD 2901 và AMD 2903.
 Thập niên 1980s: Tiêu chuẩn hóa hệ giao tiếp và giao diện tự động hóa của
hãng General Motor (MAP – Manufactoring Automation Protocal). Kích
thước nhỏ gọn, có thể lập trình bằng biểu tượng trên máy tính cá nhân.
 Thập niên 1990s: những giao diện phần mềm có cấu trúc lệnh giảm. PLC
có thể lập trình theo sơ đồ khối (FBD), dòng lệnh trạng thái (STL), biểu đồ hình thang (LAD).
 Hiện nay các thiết bị PLC được phát triển mạnh mẽ và có tính phổ cập cao,
có nhiều hãng SX PLC: Siemens, Allen Bradley, Omron, Mitsubishi, Sneijder…
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC
 Lịch sử ra đời
 PLC là một thiết bị điều khiển đặc biệt hoạt động dựa trên bộ vi xử lý, sử
dụng bộ nhớ lập trình để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng điều
khiển như: thực hiện các phép toán lô gíc, định giờ, đếm, thực hiện các thuật
toán điều khiển và quy trình công nghệ.
 PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ lập trình.
 PLC tương tự máy tính, tuy nhiên máy tính được tối ưu hóa cho các tác vụ
tính toán và hiển thị còn PLC được tối ưu hóa cho các công việc điều khiển
trong môi trường công nghiệp.
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC
 Ưu nhược điểm của PLC
 Ưu điểm:
- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn
- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao.
- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa.
- Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu
vào/ra, mở rộng chức năng khác
- 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.
- 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.
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC
 Ưu nhược điểm của PLC
 Ưu điểm:
- 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.
- Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng
truyền thông với các thiết bị khác.
 Nhược điểm:
- Giá thành của PLC vẫn cao, cần phải mua thêm phần mềm chuyên dụng để lập trình.
- Đòi hỏi người sử dụng cần phải có kiến thức chuyên môn
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC  Phân loại PLC
❖ Phân loại theo hãng sản xuất:
Trên thế giới hiện tại có rất nhiều các hãng sản xuất PLC nổi tiếng và phổ biến:
Mitsubishi, Siemens, Omron, Panasonic, Alen Bradly, Delta,…
❖ Phân loại theo phiên bản (Version):
- PLC Siemens có các dòng: S7-200, S7-300, S7-400, S7 1200, 1500,…
- PLC Mitsubishi có các dòng: Alpha, FX, FX0N, FX1N, FX2N, FX3U, FX3G, FX3S, FX3UC,…..
- PLC Alen Bradley có các dòng: Micro850, Micro870, MicroLogix 1100,
MicroLogix 1200, SLC 500, SmartGuard 600, CompactLogix 5480,
ControlLogix 5570, ControlLogix 5580,… S7-1500 (Siemens) CP1E (Omron) FX3U (Mitsubishi) ArduPLC-Nano
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC  Phân loại PLC
❖ Phân loại theo cấu trúc: Có hai kiểu cấu trúc thông dụng với các hệ thống
PLC là kiểu hộp đơn và kiểu modul nối ghép.
- Kiểu hộp đơn (Compact) thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập
trình cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh. S7-1200 (Siemens)
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC  Phân loại PLC
❖ Phân loại theo cấu trúc
- Kiểu modul ghép nối: gồm nhiều mô đun riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng
vào/ra.... được lắp trên thanh ray. Kiểu này có thể sử dụng cho các thiết bị lập trình ở mọi kích cỡ.
Trong PLC loại rack, tất cả các thành phần của các khu vực PLC tách rời mô-
đun và được lắp ráp để tạo thành một khối bằng cách gắn các thành phần riêng lẻ
trên một giá. PLC này có thể hỗ trợ lên đến hàng nghìn I/O.
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC  Phân loại PLC
❖ Phân loại theo cấu trúc
- Kiểu modul ghép nối:
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC  Phân loại PLC
❖ Phân loại theo cấu trúc
- Kiểu modul ghép nối: 1. Bộ nguồn của CPU S7 1500 2. CPU S7 1500 với màn hình hiển thị 3. Module Input/Output digital và analog
4. DIN ray để gắn Nguồn, CPU và module...
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.1. Giới thiệu chung về PLC  Phân loại PLC
❖ Theo phạm vi số lượng I/O: Micro-PLC xê ri PLC S5-100U của PLC loại CQM1 của PLC S7-400 của 90 của Fanuc (16 Siemens (<256 Omron Siemens kênh I/O) kênh I/O) (512 kênh I/O) (>1024 kênh I/O)
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Các phần tử cơ bản của PLC  Cấu trúc chung: Mô-đun truyền thông CPU Mô-đun Mô-đun đầu vào BỘ NHỚ đầu ra Chương trình/Dữ liệu Mô-đun nguồn
Cấu trúc cơ bản của PLC
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Các phần tử cơ bản của PLC  Cấu trúc chung: Mô CPU, Mô Mô Mô đun Bộ đun đun đun nguồn nhớ vào/ra vào/ra truyền số tương thông tự
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Các phần tử cơ bản của PLC  Cấu trúc chung:
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Các phần tử cơ bản của PLC  Cấu trúc chung: Mô đun CPU, Bộ nhớ, Mô đun vào/ra truyền thông Mô đun nguồn số/tương tự
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Các phần tử cơ bản của PLC  Cấu trúc chung:
Hình ảnh mặt trước PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
3. Cấu trúc và NLHĐ của PLC
3.2. Các phần tử cơ bản của PLC  Cấu trúc chung: Cấu trúc chung của PLC