Giáo trình PLC cơ bản

uyên liệu vào bồn chứa khác bằng các đèn LED với nhiều màu sắc khác nhau. Cũng như các cảm biến và công tắc hành trình đều tạo ra tự động.
Ứng dụng trong PLC cơ bản: điều khiển tổ hợp logic
Ứng dụng trong PLC nâng cao: điều khiển trình tự
Cách thức nối dây tương tự như trên.
	b. Cách vận hành mô hình:
	Sau khi đã nối dây mô hình với PLC xong, thực hiện viết chương trình theo bài tập đã đưa ra (có thể tự kiểm tra các ngõ vào/ra bằng phần mềm sau đó thực hiện mô phỏng chương trình.
Nguyên liệu trong bồn chứa khi đang được xả hoặc được rót vào biểu thị bởi những dòng LED chạy, các dòng LED chạy đuổi tượng trưng cho xe chạy ở chế độ tự động, chế độ tay, hoặc hoạt động ở cả hai chế độ.
Bảng ký hiệu:
Ký hiệu
Địa chỉ
Chú thích
Start
End 1
Fill 1
End 2
Fill 2
Stop
Step
Auto
Dir_A
Dir_B
Y1
Y2
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Khởi động hệ thống, thường hở
Công tắc hành trình ở trạm xả, thường đóng
Cảm biến báo xe rỗng, thường đóng
Công tắc hành trình trạm nạp, thường đóng
Cảm biến báo đầy, thường hở
Dừng, thường đóng
Chế độ bước, thường hở
Chế độ tự động, thường hở
Xe chạy về hướng A
Xe chạy về hướng B
Van xả nguyên liệu
Van thủy lực
d. Bài tập mẫu:
Xe vận chuyển nguyên liệu hoạt động như sau:
Xe có thể thực hiện thông qua công tắc chuyển chế độ:
Chế độ tự động I0.6
Chế độ bước I0.7
Vị trí cơ bản: xe ở vị trí công tắc hành trình End 2 (I0.3 và xe chưa được làm đầy).
Chế độ tự động:
Khi xe ở vị trí cơ bản và công tắc chọn chế độ đặt ở chế độ tự động, nhấn nút khởi động (I0.0) thì van xả Y1 mở, vật liệu được đổ vào xe, cảm biến Fill 2 dùng để nhận biết xe đã được đổ đầy. Khi xe đầy thì van xả Y1 mất điện và xe chạy về hướng B sau thời gian ổn định 5s, xe dừng lại tại B (trạm nhận nguyên liệu) khi chạm công tắc hành trình S2. Xy lanh thủy lực của thiết bị xả được điều khiển và tấm chắn trên xe được mở vật liệu được rót vào bồn chứa. Khi xe xả hết vật liệu cảm biến S4 phát ra tín hiệu 1, pít tông thủy lực của thiết bị xả mất điện, tấm chắn trở về vị trí cũ, xe dừng 5s sau đó chạy về hướng A. chu kỳ hoạt động được lặp lại.
Nếu trong chu kỳ hoạt động mà nút “dừng” được ấn thì quá trình vẫn tiếp tục cho đến khi xe trở về vị trí cơ bản (xe rỗng và ở trạm nhận nguyên liệu) và dừng hẳn.
Chế độ bước:
Ở mỗi bước thực hiện phải thông qua nút ấn “Start”
Ví dụ: Khi ấn “start” xe đúng vị trí van xả được mở, khi xe đầy thì S3 tác động, van xả đóng lại. Nếu tiếp tục ấn “Start” thì xe chạy về hướng B.
Viết chương trình, kết nối và kiểm tra hoạt động theo hai cách:
Điều khiển dùng tổ hợp logic
Điều khiển trình tự
Giải bài tập mẫu: Chương trình được viết theo kiểu trình tự
Chương trình được viết ở LAD:
Chương trình được viết ở STL:
6.4. Đo chiều dài và sắp xếp vật liệu:
Hình6.9: Mô hình đo chiều dài và sắp xếp vật liệu
a. Mô tả:
Mô hình mô phỏng một hệ thống băng tải chuyển gỗ và sắp xếp các loại gỗ có chiều dài ngắn khác nhau vào các thùng chứa bằng các cần gạt khí nén. Hàng LED lớn ở trên tượng trưng cho các đoạn gỗ di chuyển trên băng tải, hàng nhỏ ở dưới là băng tải. Gỗ trong thùng chứa được sắp xếp thành hàng.
Ứng dụng trong PLC cơ bản: điều khiển tổ hợp logic
Ứng dụng trong PLC nâng cao: điều khiển trình tự
b. Vận hành mô hình:
Sau khi đã nối dây mô hình với PLC xong, thực hiện viết chương trình theo bài tập đưa ra (có thể tự kiểm tra các ngõ vào/ra bằng phần mềm và thực hiện mô phỏng chương trình
Chỉ có thể đặt gỗ trên băng tải được nếu băng tải hoạt động. Việc đặt những thanh gỗ dài ngắn khác nhau được tạo ra bằng cách ấn nút “ khởi động” lâu hay nhanh. Khi các thanh gỗ này đi qua cảm biến quang thì các cảm biến này sẽ thay đổi trạng thái. Các cần gạt nếu được kích hoạt thì thanh gỗ ngay vị trí của nó sẽ biến mất và sau đó một thanh LED trong hộp sáng lên cho biết gỗ đã vào trong hộp. Tùy theo bài tập đặt ra mà có thể phát hiện được người thực hành viết chương trình đúng hay sai
c. Bảng ký hiệu:
Ký hiệu
Địa chỉ
Chú thích
Khởi động
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
SI
SII
Tự động
Tay
Băng tải
Cần gạt I
Cần gạt II
Đèn báo
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Khởi động hệ thống, thường hở
Cảm biến quang, thường đóng
Cảm biến quang, thường đóng
Cảm biến quang, thường đóng
Cảm biến quang, thường đóng
Cảm biến quang, thường đóng
Cảm biến quang, thường đóng
Công tắc hành trình, thường đóng
Công tắc hành trình, thường đóng
Nút ấn đưa gỗ vào thùng I
Nút ấn đưa gỗ vào thùng II
Công tắc chọn chế độ tự động
Công tắc chọn chế độ tay
Băng tải vận chuyển gỗ
Cần gạt đưa gỗ vào thùng I
Cần gạt đưa gỗ vào thùng II
Đèn báo băng tải sẵn sàng nhận gỗ
d. Bài tập mấu:
Mô hình đo chiều dài và sắp xếp vật liệu được dùng để mô phỏng việc sắp xếp các thanh gỗ có chiều dài ngắn khác nhau trên băng tải vào các thùng khác nhau.
Hệ thống có thể hoạt động ở hai chế độ: tự động và tay
Chế độ tự động:
Khi đèn báo sáng báo hệ thống sẵn sàng làm việc. Nhấn nút “khởi động”, đèn báo tắt, tín hiệu khởi động được đưa ra. Các thanh gỗ đơn được đặt lên băng tải và băng tải chuyển động.
Chiều dài thanh gỗ được xác nhận bởi các cảm biến:
Cảm biển B1 tác động tương ứng gỗ ngắn
Cảm biển B1 và B2 tác động tương ứng gỗ trung bình
Cảm biển B2, B2 và B3 tác động tương ứng gỗ dài
Khi gỗ ngắn đến cảm biến B7 thì “Tay gạt 1” sẽ đẩy thanh gỗ này vào thùng 1. Khi gỗ trung bình đến cảm biến B8 thì “Tay gạt 2” sẽ đẩy thanh gỗ này vào thùng 2. Gỗ dài thì được di chuyển tiếp tục đến khâu xử lý kế tiếp. Tay gạt 1 và 2 được sử dụng bằng khí nén, điều khiển khoảng 1s và sau đó trở về vị trí cơ bản của nó.
Sau khi sắp xếp thành công thì thiết bị tự động phát tín hiệu khởi động tiếp theo và băng tải tiếp tục vận chuyển gỗ.
Chế độ tay:
Ở chế độ này, mỗi thanh gỗ được xử lý xong thì yêu cầu khởi động lại hệ thống bằng tay. Tín hiệu khởi động chỉ được phép xử lý nếu việc điều khiển trước đây được báo bằng đèn. Ngay sau khi sắp xếp thành công thì đèn báo lại sáng. 
Tay gạt I và II được điều khiển bằng tay từ nút nhấn điều khiển.
Ghi chú: Đây chỉ là một khâu sắp xếp gỗ, và gỗ được đặt vào băng tải nhờ vào nút ấn khởi động. Điều này có nghĩa là nút ấn khởi động vừa đóng vai trò khởi động, vừa là nơi cung cấp gỗ cho băng tải.
Viết chương trình, kết nối và kiểm tra hoạt động theo hai cách:
Điều khiển dùng tổ hợp logic
Điều khiển trình tự
Bài giải mẫu (dùng tổ hợp logic)
Chương trình viết ở LAD:
Chương trình viết ở STL:
6.5. Thiết bị nâng hàng:
Hình 6.10: Mô hình thiết bị nâng hàng
	a. Mô tả:
	Mô phỏng một hệ thống nâng hàng bằng các đèn LED với nhiều màu sắc khác nhau. Hàng hóa từ bàn lăn thấp được đưa lên cao sang bàn lăn 2 nhờ vào bàn nâng. Hệ thống này thường thấy trong việc sắp xếp hàng hóa trong kho hoặc đưa hàng hóa vào các khoang chứa hàng của máy bay.
Ứng dụng:
Ứng dụng trong PLC cơ bản: điều khiển tổ hợp logic
Ứng dụng trong PLC nâng cao: điều khiển trình tự
b. Vận hành mô hình:
Sau khi đã nối dây mô hình với PLC xong, thực hiện viết chương trình theo bài tập đưa ra (có thể tự kiểm tra các ngõ vào/ra bằng phần mềm và thực hiện mô phỏng chương trình.
Vật thể trên bàn lăn 1 xem như do một nơi khác chuyển đến. Cứ sau khi vật thể được đưa sang bàn nâng thì một vật thể khác trên bàn lăn 1 lại xuất hiện. vật thể trên bàn nâng được đưa sang đầu bên kia của bàn nâng nhờ vào băng tải trên bàn nâng (tượng trưng bởi LED chạy đuổi. Khi vật thể được đưa sang bàn lăn 2 thì nó sẽ lăn đến cối bàn và dừng lại 1s sau đó tự biến mất.
c. Bảng ký hiệu
Ký hiệu
Địa chỉ
Chú thích
ON
OFF
S2
S3
S4
S5
Thanh chắn
Băng tải
K1
K2
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Khởi động hệ thống, thường hở
Dừng hệ thống, thường đóng
Báo hàng ở vị trí cuối bàn nâng, thường đóng
Giới hạn dưới bàn nâng, thường đóng
Cảm trên bàn nâng, thường đóng
Báo hàng ở cuối bàn lăn 2
Chặn hàng hóa ở bàn nâng 1
Băng tải chuyển hàng
Nâng hàng hóa lên
Hạ bàn nâng xuống
d. Bài tập mẫu:
Thiết bị nâng hàng hoạt động như sau:
Hàng hóa được đặt trên bàn lăn 1. Bàn nâng ở vị trí giới hạn dưới thì khi ấn nút khởi động “ON”, băng tải trên bàn nâng hoạt động, đồng thời thanh chắn hạ xuống (sử dụng khí nén) khoảng 2s để hàng hóa được đưa sang bàn nâng. Sau đó thanh chắn trở về vị trí cũ.
Khi hàng hóa đến vị trí cuối bàn nâng (S2), thì băng tải dừng. Khởi động từ K1 của động cơ M1 có điện kéo bàn nâng lên. Khi đến giới hạn trên thì bàn nâng dừng lại. Băng tải bắt đầu chuyển động đưa hàng sang bàn lăn 2. Khi hàng đến công tắc hành trình S5 thì băng tải dừng. Khởi động từ K2 của động cơ M1 có điện hạ bàn nâng xuống, đến giới hạn dưới thì dừng.
Quá trình mới lại bắt đầu cho đến khi nào ấn nút dừng “OFF”.
Viết chương trình, kết nối và kiểm tra hoạt động theo hai cách:
Điều khiển dùng tổ hợp logic
Điều khiển trình tự
6.6. Thiết bị vô nước chai:
Hình 6.11: Mô hình thiết bị vô nước chai
a. Mô tả: 
Mô phỏng một thiết bị vô nước chai có các cảm biến, công tắc hành trình và sự chuyển động bằng các LED.
Ứng dụng trong PLC cơ bản: điều khiển tổ hợp logic
Ứng dụng trong PLC nâng cao: điều khiển trình tự
b. Vận hành mô hình:
Sau khi đã nối dây mô hình với PLC xong, thực hiện viết chương trình theo bài tập đưa ra (có thể tự kiểm tra các ngõ vào/ra bằng phần mềm và thực hiện mô phỏng chương trình.
	Hai chai bia trên phải được xem là chai rỗng. Chai ở vị trí thứ 3 được xem như chai đã được đưa đến đúng vị trí. Nước trong chai dâng lên được mô phỏng bằng đèn LED sáng dần. Tùy theo sự sáng dần này mà có thể định thời gian làm đầy chai. Khi chai đã được đổ đầy nước và nếu băng tải vận chuyển chai hoạt động thì chai đầy tự động được chuyển sang băng tải đưa chai vào két. Một tín hiệu sẽ phát ra nếu chai đã đúng vị trí trong két. Khi két đạt đến 12 thì nó không thể tự reset được. Để có thể xóa các LED trong két này phải ấn nút “khởi động”. Để hoạt động thực tế thì khi cần vô nước đến miệng chai phải dừng lại 1s để ổn định.
c. Bảng ký hiệu
Ký hiệu
Địa chỉ
Chú thích
S1
S2
S3
S4
S5
K1
K2
K3
K4
K5
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Giới hạn trên của cần vô nước, thường đóng
Giới hạn dưới của cần vô nước, thường đóng
Cảm biến vị trí chai, thường hở
Khởi động hệ thống, thường hở
Chai đúng vị trí trong két, thường hở
Van xả nước
Hạ cần vô nước xuống
Nâng cần vô nước lên
Băng tải vận chuyển chai rỗng
Đèn báo két đầy
d. Bài tập mẫu:
Thiết bị vô nước chai hoạt động như sau:
Trước khi vận hành thiết bị vô nước chai thì các chai rỗng phải được đặt lên băng tải. Nếu sau đó nút nhấn khởi động (I0.3) được tác động, thì băng tải sẽ vận chuyển chai rỗng với thời gian trì hoãn ban đầu là 1s. Băng tải dừng lại khi có một chai đến cảm biến vị trí (I0.2).
	Bây giờ cần vô nước sẽ hạ từ trên xuống, khi đến giới hạn dưới (I0.1) thì dừng lại, sau đó 1s thì van xả sẽ được mở đổ nước vào chai, van xả sẽ được đóng lại khi chai đầy. Thời gian làm đầy kéo dài khoảng 3s.
Sau khi van xả đóng lại 1s thì cần vô nước được nâng lên, đến giới hạn trên (I0.0) thì dừng lại, sau đó 1s thì băng tải vận chuyển chai rỗng lại tiếp tục và quá trình cứ thế lặp lại.
Chai đã đổ đầy nước được đưa sang băng tải đưa chai vào két khi băng tải chai rỗng hoạt động, khi chai đúng vị trí trong két thì có một tín hiệu phát ra (I0.4). 
Quá trình được lặp đi lặp lại cho đến khi nào số lượng chai trong két đủ 12 thì đèn báo sáng lên và hệ thống dừng lại. Quá trình mới lại bắt đầu khi nhấn nút khởi động.
Viết chương trình, kết nối và kiểm tra hoạt động theo hai cách:
Điều khiển dùng tổ hợp logic
Điều khiển trình tự
6.7. Thiết bị trộn hóa chất.
Hình 6.12: Mô hình thiết bị trộn hóa chất
a. Mô tả: 
Mô phỏng một thiết trộn định lượng, sử dụng các cảm biến analog để đo lượng chất lỏng chứa trong bình và đo nhiệt độ trong bình. Nhiệt độ và lượng chất lỏng trong bình có thể được điều chỉnh trước bằng các phím chỉnh định bên ngoài.
Ứng dụng trong PLC nâng cao: điều khiển trình tự, xử lý tín hiệu analog, các phép toán, bộ điều chỉnh 2 điểm
b. Vận hành mô hình:
Vài nét về mô hình
Đây là mô hình thiết bị trộn dùng các cảm biến quang analog. Mô hình này được thiết kế cho PLC gắn các modul ngõ vào analog có điện áp (0.10V). ùy theo loại PLC và cũng tùy theo các modul ngõ vào analog hiện có mà chúng ta có thể đưa ra một số bài tập phù hợp.
Ghi chú:
Cảm biến đo nhiệt độ ở mô hình này được thiết kế phụ thuộc vào V3. Có nghĩa là nếu V3 được cung cấp điện thì nhiệt độ tăng dần từ khoảng 50C lên và đến cực đại là 1000C. Nếu V3 mất điện thì nhiệt độ tự động giảm xuống từ từ.
Đối với cảm biến đo lượng chất lognr, thì nó chỉ đo được tại mỗi thời điểm chỉ với một bơm chất lỏng. Tức là nếu như bơm A hoạt động thì bơm B phải ngưng hoạt động và ngược lại.
c. Bảng ký hiệu
Ký hiệu
Địa chỉ
Chú thích
Al1
Al2
Al3
Al4
ON
OFF
V1
V2
V3
V4
M1
AIW0
AIW2
AIW4
AIW6
I0.0
I0.1
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Cảm biến nhận biết lượng chất lỏng trong bình
Cảm biến nhận biết nhiệt độ trong bình
Đặt chỉnh trước lượng chất lỏng cần thiết
Đặt chỉnh trước nhiệt độ cần thiết
Khởi động hệ thống, thường hở
Dừng hệ thống, thường đóng
Bơm chất lỏng A
Bơm chất lỏng B
Cung cấp nhiệt độ cho bình trộn
Van xả chất lỏng
Quạt trộn hóa chất
d. Bài tập mẫu:
Thiết bị trộn hóa chất hoạt động như sau:
Có hai loại chất lỏng A và B cần được trộn với nhau theo tỷ lệ 1/3. Nhiệt độ cần thiết để trộn hai chất này được đặt chinrhh ở Al1. Lượng chất lỏng muốn trộn đặt chỉnh ở Al3.
Khi ấn nút khởi động “ON” thì bơm B hoạt động trước. Sau khi chất lỏng A đạt đến mức cần thiết thì dừng lại (được nhận biết bởi cảm biến Al1). Nhiệt độ trong bồn trộn được tăng dần lên đến giá trị đặt (sai số cho phép là ±10%, được nhận biết bởi cảm biến Al2) thì bơm chất lỏng A hoạt động, đồng thời trong bồn trộn cũng quay. Khi chất lỏng A đã đổ đúng lượng cho phép thì bơm A dừng. Quạt trộn tiếp tục quay trong khoảng thời gian 10s nữa thì dừng lại. Sau đó van xả tự động mở ra để xả chất lỏng đã trộn vào bồn chứa.
Quá trình mới lại bắt đầu, nếu ấn nút “ON”. Hệ thống dừng khi nhấn nút “OFF”
Viết chương trình điều khiển cho bồn trộn này.
Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập:
Áp dụng hình thức kiểm tra tích hợp giữa lý thuyết với thực hành. Các nội dung trọng tâm cần kiểm tra là:
Giải thuật phù hợp đơn giản, ngắn gọn.
Nạp trình thành thạo, kiểm tra sửa chữa lỗi khi nạp trình.
Sử dụng đúng các khối chức năng, các lệnh cơ bản (các phép toán nhị phân các phép toán số của PLC, xử lý tín hiệu analog).
Sử dụng, khai thác thành thạo phầm mềm mô phỏng. Thực hiện kết nối tốt với PC.
Lắp ráp thành thạo mạch động lực đảm bảo kỹ thuật và an toàn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với Simatic s7_300, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật
Trung tâm Việt - Đức: Kỹ thuật điều khiển lập trình, Trung tâm Việt - Đức.
Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow: Automaticsieren mit SPS Theorie und Phraxsis, Viweg.
Siemens: LAD and FBD, fourth edition, siemens.
Siemens: Workshop to Promote the S7-300 automation platform, Siemens.