Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200

Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 107 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC S7-200 - Siemens Hệ thống điều khiển được giới thiệu trong tập sách này là hệ thống điều khiển sử dụng PLC, trong đó PLC là loại S7-200 của Siemens. CÁC HỌ PLC S7-200 VÀ CÁC MODULE MỞ RỘNG. PLC S7-200 có hai họ : S7-200 CPU21x và S7-200 CPU 22x. 1. Họ S7-200 CPU21x bao gồm có : 212, 214, 215 và 216. 2. Họ S7-200 CPU22x bao gồm có : 221, 222, 224, 224XP, 226. Mỗi họ loại CPU có hai dạng : DC/DC/DC v à AC/DC/Relay. 1. Dạng DC/DC/DC : Là dạng có nguồn vào là DC, điện áp cung cấp cho cảm biến là điện áp DC và điện áp cấp cho tải ngõ ra là DC (Các tiếp điểm ngõ ra là loại Transistor, điện ápDC tối đa điều khiển là 24VDC) 2. Dạng AC/DC/Relay : Là dạng có nguồn nuôi là điện áp AC (120-240VAC), điện áp cho cảm biến là DC (tối đa 24VDC), Ngõ ra dạng relay điều khiển cả tải có điện áp DC và điện áp AC. Các module mở rộng được chia làm các dạng : 1. Module mở rộng ngõ vào/ra số (Có các dạng :module ngõ vào (EM 221), module ngõ ra (EM222) và module ngõ vào/ra (EM223). Khả năng đối với các module mở rộng lớn hơn so với các module điều khiển khi các ng õ vào trên module mở rộng có thể có thể nhận tín hiệu cảm biến DC, AC (Điện áp DC từ 15VDC đến 24V DC, điện áp AC từ 120 VAC đến 240 VAC); Ngõ ra có thể là dạng relay,transistor hoặc triac (Do tải điều khiển bởi tiếp điểm cơ khí có tốc độ đóng mở thấp hơn rất nhiều so với tiếp điểm bán dẫn) 2. Module mở rộng ngõ vào/ra analog (module ngõ vào (EM231), module ngõ ra (EM232) và module ngõ vào/ra analog (EM 235)). 3. Module điều khiển nhiệt độ (EM231 Thermocoupe, EM231 RTD) . 4. Module truyền thông Profibus-DP (EM 277) 5. Module giao tiếp thiết bị ASI (Actuator Sensor Interface) (CP 243-2). Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 108 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Thiết bị PLC S7-200 Kết nối với module mở rộng khi cần thiết. Cáp lập trình PC/PPI Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 109 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Kết nối PLC với nguồn AC : [a] Đặt công tắc ngắt nguồn khỏi CPU, các mạch ng õ vào và tải ngõ ra. [b] Thiết bị bảo vệ quá dòng để bảo vệ nguồn các điểm ngõ vào và ngõ ra. Ta cũng có thể gắn thếm các cầu chì. [c] Không cần dúng bảo vệ quá dòng đối với các ngõ vào khi dùn nguồn 24VDC từ PLC. Nguồn cung cấp cho cảm biến này được bảo vệ ngắn mạch. [d] Kết nối tất cả đầu nối đất trong S7 -200 đến đất ngắn nhất để việc nối mass tốt nhất. Đề nghị tất cả các đầu nối đất được kết nối đến một đầu nguồn. d ùng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm2 wire cho việc kết nối này. [e] Nguồn cảm biến dùng từ CPUđược đề nghị dùng cho ngõ vào CPU. [f] đối với những ngõ vào DC mở rộng, và [g] cuộn dây relay mở rộng. Nguồn cảm biến n ày được bảo vệ ngắn mạch. [h] Trong hầu hết các cài đặt, thiết bị được bảo vệ chống nhiễu tuyệt đối nếu ta nối đầu nguồn Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 110 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. cảm biến M xuống đất. Kết nối PLC với nguồn DC : [a] Đặt công tắc để có thể tách nguồn ra khỏi CPU, tất cả các mạch ng õ vào, và tất cả cách mạch tải ngõ ra. [b] Đặt thiết bị bảo vệ quá dòng để bảo vệ nguồn CPU, [c] những ngõ ra, và [d] những ngõ vào. Ta đồng thời có thể gắn cầu ch ì cho mỗi ngõ ra riêng biệt để bảo vệ tốt hơn. Không cần thiết phải gắn bảo vệ quá dòng khi dùng nguồn cảm biến 24VDC từ CPU. Nguồn cảm biến này đã được giới hạn. [e] Chắc chắn rằng nguồn DC đủ lớn để duy tr ì điện áp khi tải thay đổi. [f] Trong hầu hết các ứng dụng, thiết bị được bảo vệ khỏi nhiễu tuyệt đối bằng cách nối mass tất cả nguồn DC xuống đất thông qua một đi ện trở (1MW)và một tụ điện (4,700pF)mắc song Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 111 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. song [g]. [h] Kết nối tất cả đầu đất của S7 -200 xuống đất gần nhất có thể để khả năng chống nhiễu đạt tốt nhất. Đề nghị tất cả các điểm nối đất đ ược nối chung. Dùng dây 14 AWG hay 1.5 mm2 cho kết nối này. Kết nối điều khiển đối với cảm biến v à tải dùng tín hiệu logic Kết nối cảm biến với ngõ vào và tải với ngõ ra trong PLC S7-200 DC/DC/DC. Kết nối cảm biến với ngõ vào và tải với ngõ ra PLC S7-200 AC/DC/Relay. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 112 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Trong quá trình thiết kế, nếu số lượng ngõ vào ra thiếu, ta gắn thêm module mở rộng I/O. Tham khảo thêm manual để biết thêm chi tiết. Bảo vệ ngõ ra DC đối với tải cảm. Ta gắn thêm một diode thường hoặc Diode zenner song song với tải cảm để chống d òng ngược khi điều khiển đóng ngắt, có thể phá hủy Transistor bên trong. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 113 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Bảo vệ ngõ ra tiếp điểm đối với tải cảm dùng nguồn DC. Bảo vệ ngõ ra tiếp điểm đối với tải cảm dùng nguồn AC. Khi dùng relay có cuộn dây dùng nguồn AC điện áp (115 -230VAC), ta phải dùng mạch bao gồm một điện trở, mắc nối tiế p với tụ. Nhóm này được mắc song song với một biến trở metal-dioxit (MOV) để giới hạn điện áp đỉnh. Điện áp làm việc của MOV tối thiểu lớn hơn 20% so với điện áp trên dây. Tụ cho phép dòng rò chạy qua chuyển mạch thường hở. Chắc chắn rằng dòng rò, I (leakage) = 2 x 3.14 x f x C x Vrms, được chấp nhận trong ứng dụng. Ví dụ : Chọn giá trị tự và điện trở mắc trên mạch bảo vệ khi gắn một contactor NEMA có các thông số : dòng khởi động 183 VA và 17 VA ở trạng thái tĩnh. Ở 115 VAC, d òng trên mạch là 183 VA/115 V = 1.59 A, nằm trong khoảng chuyển mạch 2 -A của tiếp điểm relay. Điện trở = 0.5 x 115 = 57.5 Ω; chọn 68 Ω theo giá trị chuẩn. Tụ = (17 VA/10) x 0.005 = 0.0085 mF; chọn 0.01 mF theo giá trị chuẩn. Dòng rò = 2 x 3.14 x 60 x 0.01 x 10 -6 x 115 = 0.43 mA rms. Kết nối đối với ngõ vào ra Analog. Thực hiện kết nối module mở rộng với PLC. Thực hiện kết nối các ngõ vào ra của module. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 114 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Sơ đồ kết nối cảm biến analog với ngõ vào module analog EM231 Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 115 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Sơ đồ kết nối tải analog với ngõ ra module analog EM232. Sơ đồ kết nối cảm biến analog và tải analog với module analog EM235. Các bước thiết lập, tham khảo thêm phần xử lý tín hiệu analog ở trong tài liệu kỹ thuật của từng PLC. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 116 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Cấu trúc và giới hạn bộ nhớ : Phương pháp truy nhập Toán hạng Giới hạn V 0.05119.7 I 0.015.7 Q 0.015.7 M 0.031.7 SM 0.0549.7 T 0255 C 0255 S 031.7 Truy nhập bit (địa chỉ byte, chỉ số bit) L 059.7 VB 05119 IB 015 QB 015 MB 031 SMB 0549 AC 03 SB 031 LB 059 Truy cập Byte Const VW 05118 T 0255 C 0255 IW 014 QW 014 MW 030 SMW 0548 AC 03 AIW 062 AQW 062 SW 030 LW 058 Truy cập word Const VD 05116 ID 012 QD 012 MD 028 SMD 0546 AC 03 HC 05 LD 056 Truy cập DoubleWord Const Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 117 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. KẾT NỐI MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC Để bắt đầu học PLC, ta cùng nhau bắt tay vào thực hiện một dự án nhỏ về điều khiển hệ thống sử dụng PLC S7-200, CPU 221 : Thiết kế mô hình thực hành điều khiển đảo chiều động cơ DC nhỏ. Cấu trúc bên ngoài PLC S7-200 CPU 221 : Cấu trúc các ngõ vào, ra của PLC S7-200, CPU 221 : Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 118 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Trong đó :  Kí hiệu AC/DC/Relay thể hiện đây l à loại có nguồn cung cấp AC, ngõ vào PLC là tín hiệu DC và ngõ ra được điều khiển bằng relay (vừa điều khiển được tải AC và tải DC).  Khối Power Supply có điện áp xoay chiều biến thi ên trong khoảng 85 đến 264VAC/có tần số từ 47 đến 63Hz. Trong đó L1 l à dây nóng, N là dây trung tính và PE là dây nối đất.  L+ (nguồn dương), M (nguồn âm) Là nguồn được khối nguồn switch của PLC tạo ra, khối này nguồn nhỏ, chỉ dùng để cung cấp cho cảm biến.  1M là mass của một nhóm 4 ngõ ra. Nếu điều khiển tải DC th ì M này được nối với mass của nguồn cảm biến. Nếu điều khiển tải AC th ì mass của AC sẽ được nối vào 1M (Chú ý : Không được nối vào mass của nguồn cảm biến)  Các ngõ vào kí hiệu A0.0.. A0.7 (dưới dạng IEC 1131-3 ) hoặc I0.0 … I0.7 (dưới dạng Simatic)  Các ngõ ra kí hiệu E0.0.. E0.7 (dưới dạng IEC 1131-3 ) hoặc Q0.0 … Q0.7 (dưới dạng Simatic)  6ES7 211-0BA20-0XB0 : Là kí hiệu của nhà sản xuất về dòng sản phẩm CPU 221. Để tham khảo thêm các CPU khác trong dòng S7 -200, xin tham khảo tài liệu S7-200 Programmable Controller Systems Manual phần Appendices. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 119 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. CÁC BƯỚC THỰC HIỆN GẮN PHẦN CỨNG Bước 1 : Gắn thanh ray lên vị trí. PLC đồng thời có một số cách gắn khác l ên vị trí ngoài cách gắn lên thanh ray. Các phương pháp gắn, cách bố trí thanh ray và khoảng cách giữa PLC và các thiết bị để PLC hoạt động tối ưu được giới thiệu trong tài liệu S7-200 Programmable Controller Systems Manual. Bước 2 : Đặt thiết bị PLC vào thanh ray và ấn cố định vào cho đến khi có tiếng “rack!”. Sơ đồ mạch điện cần kết nối Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 120 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Sơ đồ mạch điện : Kết nối dây theo sơ đồ, chú ý tuân thủ màu của dây. Sau khi kết nối xong, ta cần dò lại cách bố trí xem coi sơ đồ kết nối dây giữa PLC và thiết bị đã đúng chưa. Thường khi kết nối nhiều thiết bị, người ta thường dùng bó dây được đánh số hai đầu để tránh lẫn lộn. Như vậy ta đã kết nối xong phần cài đặt và kết một hệ thống điều khiển đơn giản. Đối với các hệ thống điều khiển, tùy vào yêu cầu điều khiển mà ta sẽ có cách kết nối PLC và các thiết bị khác. Nhưng, một vấn đề đặt ra là : Nếu tôi đang học PLC mà không có cục PLC để lắp ráp thì làm như thế nào? À! Vấn đề này đau đầu đấy nhỉ, nhưng không sao! Nếu các bạn đọc tập tài liệu này thì hãy nhớ kiếm thêm tập tài liệu : S7-200 & PC-Simu nữa nhé. Ở đó tôi đã giới thiệu đầy đủ và toàn bộ 2 phần mềm mô phỏng dùng cho những bạn muốn học nhưng không có PLC. Auto books Thiết kế hệ thống điều khiển cơ bản với S7-200 No1 Copyright 2007 by AUTOMANVNpage 121 / 379 Tutorial Status: 18/08 Version 2.2 Tài liệu này được xây dựng để hỗ trợ sinh viên học tập, nghiên cứu. Ngoài đối tượng sinh viên, mọi sự sao chép, sử dụng thông tin tr ên tài liệu, đề nghị liên hệ : plcroomvn@yahoo.com hoặc số điện thoại 0974.858.101. Bây giờ, ta sẽ xem cách sử dụng chương trình STEP 7 Micro/WIN như thế nào!