Giáo trình PLC nâng cao - CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

Chia sẻ: Agatha25 Agatha25 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình PLC nâng cao với mục tiêu giúp cho các đối tượng học sinh, sinh viên học nghề có thể tiếp cận dễ dàng hơn những kiến thức nâng cao bộ điều khiển khả trình này qua đó có thể ứng dụng giải quyết những bài toán phức tạp hơn trong tương lai.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình PLC nâng cao - CĐ Công Nghệ Hà Tĩnh

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH PLC NÂNG CAO Hà Tĩnh, năm 2020
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Tự động hóa công nghiệp và dân dụng ngày càng phát triển. Bộ não trong các hệ thống tự động hóa đó là các bộ điều khiển lập trình.Việc học tập nghiên cứu các bộ điều khiển lập trình cũng như vận hành nó đang là nhu cầu cấp thiết đối với học sinh, sinh viên các ngành kỹ thuật. Và quyển giáo trình PLC cơ bản trước đó của tác giả đã ra đời nhằm mục đích tạo ra một tài liệu học tập về loại PLC thế hệ mới của Siemens đáp ứng nhu cầu của học sinh và sinh viên. Tuy nhiên những kiến thức ở quyển giáo trình PLC cơ bản chưa giải quyết được hết những bài toán phức tạp đặt ra trong thực tiễn. Vì vậy quyển giáo trình này ra đời với mục tiêu giúp cho các đối tượng học sinh, sinh viên học nghề có thể tiếp cận dễ dàng hơn những kiến thức nâng cao bộ điều khiển khả trình này qua đó có thể ứng dụng giải quyết những bài toán phức tạp hơn trong tương lai. Tài liệu này được chia làm 4 bài, giới thiệu các kiến thức nâng cao về PLC và HMI của Siemens. Mỗi bài ngoài phần lý thuyết cơ bản còn bổ sung thêm các ví dụ minh họa và các bài toán điều khiển ngoài thực tế giúp cho học sinh sinh viên nắm rõ hơn về loại PLC và HMI này. Dù đã rất cố gắng tuy nhiên tài liệu không thể tránh khỏi những sai sót. Rất mong sự góp ý chân thành của quý đọc giả để giúp tài liệu ngày càng hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến góp ý xin được gửi về địa chỉ email dosinguyenbkdn@gmail.com. Xin chân thành cảm ơn. Hà Tĩnh, ngày 20 tháng 05 năm 2020 Tham gia biên soạn Đỗ Sĩ Nguyên - Chủ biên
CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: PLC nâng cao Mã mô đun: MĐ18 Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 43 giờ; Kiểm tra: 2 giờ) I. Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí: Mô đun PLC nâng cao được thực hiện sau khi sinh viên đã học xong tất cả các môn học mô đun cơ sở và chuyên môn nghề liên quan như: Trang bị điện, PLC cơ bản, Kỹ thuật cảm biến, Lắp và cài đặt biến tần. - Tính chất: Là mô đun trong phần chuyên môn nghề II. Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức:  Trình bày được nguyên lý điều khiển động cơ KĐB 3 pha thông qua PLC và biến tần bằng tín hiệu số hoặc tín hiệu Analog; - Về kỹ năng:  Thiết kế được giao diện điều khiển bằng HMI;  Lắp đặt và lập trình được các mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha thông qua PLC và biến tần bằng tín hiệu số hoặc tín hiệu Analog;  Cài đặt được các tham số của biến tần;  Sửa chữa được những lỗi phát sinh trong quá trình hoàn thiện sản phẩm; - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá trình thực hành. III. Nội dung mô đun: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian(giờ) Số Tên các bài trong mô đun Thực hành, thí Tổng Lý Kiểm TT nghiệm, thảo số thuyết tra luận, bài tập Bài 1: Màn hình điều khiển HMI 12 3 9 1. Tổng quan về màn hình điều khiển HMI 1 2. Thiết kế giao diện HMI 2.1. Button 2.2. Switch
2.3. I/O field 2.4. Symbolic I/O field Bài 2: Lập trình sử dụng chương 8 2 6 trình con FB/FC 2 1. Lập trình với chương trình con FC 2. Khối dữ liệu Data Block 3. Lập trình với chương trình con FB Bài 3: Xử lý tín hiệu Analog 16 4 11 1 1.Giới thiệu về tín hiệu Analog 3 2. Đấu nối tín hiệu Analog 3. Lập trình xử lý tín hiệu Analog 3.1. Lập trình đọc tín hiệu Analog 3.2. Lập trình xuất tín hiệu Analog Bài 4 : Lập trình điều khiển động 24 6 17 1 cơ KĐB 3 pha thông qua biến tần 1. Giới thiệu về biến tần 4 2. Các phương pháp điều khiển biến tần sử dụng PLC 3. Lập trình điều khiển biến tần bằng tín hiệu số 4. Lập trình điều khiển biến tần bằng tín hiệu analog Cộng 60 15 43 2
BÀI 1: MÀN HÌNH ĐIỀU KHIỂN HMI I. Mục tiêu bài học - Trình bày được các bước thiết lập một dự án lập trình sử dụng HMI trên phần mềm Tia Portal; - Thiết lập được một dự án lập trình sử dụng HMI trên phần mềm Tia Portal; - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá trình II. Nội dung 1. Tổng quan về màn hình điều khiển HMI 1.1. Định nghĩa - HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó là một HMI 1.2. Vị trí và ứng dụng - Trong hệ thống tự động hóa toàn diện thì HMI đứng ở vị trí cấp điều khiển và giám sát: - Một số ứng dụng của HMI đó là:  Hỗ trợ người vận hành điều khiển một cách trực quan các quá trình hoạt động của một máy nói riêng và cả hệ thống nhà máy nói chung;  Giám sát, thu thập, báo cáo và lưu trữ các dữ liệu sản xuất của nhà máy nhằm hỗ trợ việc quản lý và khai thác một cách hiệu quả các máy sản xuất đóng góp vào việc tăng hiệu suất cũng như chất lượng của sản phẩm;  Hỗ trợ cảnh báo các sự cố có thể xảy ra cho người vận hành, giúp cho quá trình bảo trì và bảo dưỡng diễn ra thuận lợi.  Đảm bảo tính an toàn trong vận hành sản xuất… 1.3. Phân loại HMI thường có hai loại chính đó là:  HMI trên nền tảng PC, đó là các màn hình máy tính hiển thị giao diện điều khiển giám sát trong hệ thống SCADA hoặc DCS;  HMI trên nền tảng nhúng, đó là các màn hình điều khiển giám sát riêng lẻ đặt trên tủ điện
ist: Hoàn thiện thiết kế: Kết quả sản phẩm: BÀI 2: LẬP TRÌNH SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH CON FB/FC I. Mục tiêu bi học - Trình bày được những ưu điểm của việc lập trình sử dụng chương trình con FB/FC; - Lập trình được một chương trình PLC sử dụng chương trình con FB/FC; - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá trình II. Nội dung 1. Hệ điều hành và chương trình ứng dụng Mỗi CPU có chứa một hệ điều hành để tổ chức và quản lý việc thực thi chương trình, trình tự hoạt động của CPU sẽ độc lập với các tác vụ điều khiển. Nhiệm vụ của hệ điều hành thực hiện các công việc sau:  Thực hiện warm restart  Cập nhật bộ nhớ process image của ngõ vào và ngõ ra  Thực hiện chương trình chính  Thực thi chương trình ngắt khi gặp sự kiện ngắt  Phát hiện và xử lý các lỗi xảy ra  Quản lý các vùng nhớ Chương trình chính được tạo ra để thực hiện tác vụ cần điều khiển. Nhiệm vụ của chương trình chính như sau:  Kiểm tra các điều kiện để thực hiện warm restart bằng khối khởi động  Thực thi các nhiệm vụ trong chương trình  Thực thi các chương trình ngắt khi gặp sự kiện ngắt
 Xử lý các lỗi xảy ra khi thực hiện chương trình 2. Khối tổ chức (Organization Block) Khối tổ chức tạo ra giao tiếp giữa hệ điều hành và chương trình ứng dụng.Nó được gọi từ hệ điều hành và thực hiện các nhiệm vụ sau:  Xử lý chương trình theo chu kỳ(Ví dụ như OB1)  Startup characteristics of the controller  Xử lý chương trình ngắt  Xử lý các lỗi phát sinh Mỗi project cần có tối thiểu một khối tổ chức (OB1) Khi một sự kiện xảy ra, trình tự hoạy động của các khối OB cs thể xảy ra như sau:  Nếu một OB đã được gán cho sự kiện, sự kiện này sẽ kích hoạt việc thực thi OB được gán. Nếu mức độ ưu tiên của OB được gán lớn hơn mức ưu tiên của OB hiện đang được thực thi, thì nó được thực thi ngay lập tức (ngắt). Nếu không, OB được gán sẽ đợi cho đến khi OB ưu tiên cao hơn được thực thi hoàn toàn  Nếu bạn chưa gán OB cho sự kiện, phản ứng hệ thống mặc định được thực hiện. 3. Bộ nhớ Process image và chương trình vòng quét Khi thực hiện chương trình CPU sẽ không trực tiếp truy cập vào các mô đun vào/ra mà nó sẽ truy cập thông qua mộ vùng nhớ gọi là process image.Tiến trình đó được thực hiện như sau:  Bắt đầu vòng quét, chương trình sẽ gửi một thông điệp để kiểm tra trạng thái tín hiệu nào của ngõ vào vật lý. Trạng thái của ngõ vào đã được cập nhật tại bộ nhớ process image of the inputs (PII). Bằng việc đọc nội dung của bộ nhớ này CPU sẽ xác định được trạng thái hiện tại của các ngõ vào này  Sau khi đọc trang thái tín hiệu ngõ vào xong CPU sẽ thực thi các lệnh trong chương trình và kết quả trạng thái của các ngõ ra sẽ được cập nhật vào bộ nhớ process image of the outputs (PIQ)  Kết thúc vòng quét vùng nhớ process image of the outputs (PIQ) sẽ chuyển trạng thái của các ngõ ra vào mô đun ngõ ra vật lý để thực thi đóng cắt các cổng
này. Và trình tự như vậy cứ diễn ra liên tục cho đến khi dừng chương trình vòng quét Chú ý: Thời gian để CPU cần để thực thi một chu trình như vậy gọi là một chu kỳ quét.Thời gian này nó phụ thuộc vào độ dài của chương trình và hiệu năng của CPU 4. Hàm (Functions) Định nghĩa: Hàm (FC) là một đoạn chương trình để thực thi một nhiệm vụ cụ thể. Chức năng: Khi được gọi hàm nó sẽ thực thi đoạn chương trình có sẵn trong nó và có thể được sử dụng khi cần thực hiện một tác vụ lặp đi lặp lại. Ví dụ:  Hàm xử lý toán học  Hàm xử lý kỹ thuật  Hàm xử lý quy trình… Một hàm có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong chương trình Ví dụ: Xậy dựng hàm điều khiển bằng tay cho trạm phân loại sử dụng băng tải được mô tả như sau: Trạm phân loại sử dụng băng tải được cấp điện bằng công tắc nguồn chính Q0, khi bật Q0 thì rơ le K0 tác động đưa tín hiệu báo có nguồn về PLC. Trạm phân loại có hai chế độ hoạt động là bằng tay “Manual” và tự động “Auto” được lựa chọn bởi công tắc S0 (Manual =0, Auto = 1). Trong chế độ bằng tay “Manual” thì băng tải sẽ chạy khi thỏa mãn các điều kiện sau:  Tín hiệu cho phép băng tải chạy ở mức logic “1”  Công tắc chọn chế độ đang ở vị trí Manual  Một trong hai nút nhấn S3 (quay thuận) hoặc S4 (quay ngược) được nhấn, nếu nhả ra thì băng tải dừng  Công tắc dừng khẩn cấp chưa tác động Tín hiệu cho phép băng tải chạy ở mức logic “1” khi thoãn mãn các điều kiện sau:  Công tắc nguồn chính được bật  Xy lanh M4 ở trạng thái thu về  Hai nút nhấn S3 và S4 không được nhấn cùng một lúc Địa Kiểu Ký Chức năng Ghi chú chỉ dữ liệu hiệu I 0.0 BOOL A1 Công tắc dừng khẩn NC
I 0.1 BOOL K0 Công tắc nguồn chính NO Công tắc chọn chế độ Manual/Auto I 0.2 BOOL S0 (Manual =0, Auto = 1) I 0.5 BOOL B1 Cảm biến xy lanh M4 khi thu về NO Nút nhấn cho băng tải quay thuận I 1.4 BOOL S3 NO trong chế độ manual Nút nhấn cho băng tải quay ngược I 1.5 BOOL S4 NO trong chế độ manual Q 0.0 BOOL -Q1 Băng tải quay thuận Căn cứ vào yêu cầu bài toán ta sẽ xây dựng một hàm điều khiển băng tải trong chế độ bằng tay đặt tên là “Manual_mode” Bước 1: Xác định được các tham số đầu vào và đầu ra của hàm Các tham số đầu vào của hàm “Manual_mode” là các điều kiện để băng tải chạy trong chế độ bằng tay.Cụ thể đó là:  Tín hiệu từ công tắc lựa chọn chế độ  Tín hiệu cho phép băng tải chạy  Tín hiệu chạy băng tải  Tín hiệu dừng khẩn Tham số đầu ra của hàm “Manual_mode” là tín hiệu để kích hoạt các công tắc tơ điều khiển băng tải.Như vậy để điều khiển băng tải chạy hai chiều ta có thể sử dụng cùng một hàm FC1 nhưng tham số gán vào sẽ khác nhau tương ứng với mỗi chiều quay Input Kiểu dữ liệu Ghi chú Đưa vào tín hiệu chọn chế độ hoạt động Bật chế độ manual BOOL cho băng tải Tín hiệu chạy băng tải BOOL Đưa vào tín hiệu để băng tải chạy Tín hiệu cho phép băng BOOL Điều kiện để băng tải chạy tải chạy Tín hiệu dừng khẩn BOOL Tín hiệu dừng khẩn băng tải Output Băng tải chạy BOOL Ngõ ra công tắc tơ điều khiển băng tải Bước 2: Xây dựng hàm Mở rộng Program blocks => Add new block để tạo mới một hàm Cửa sổ Add new
Trong chế độ tự động “Auto” thì băng tải sẽ hoạt động khi thỏa mãn các điều kiện sau:  Công tắc chọn chế độ ở vị trí Atuo  Tín hiệu cho phép băng tải chạy ở mức logic “1”  Chưa tác động công tắc dừng khẩn Tín hiệu cho phép băng tải chạy ở mức logic “1” khi thoãn mãn các điều kiện sau:  Công tắc nguồn chính được bật  Xy lanh M4 ở trạng thái thu về Hoạt động của băng tải như sau: Ấn nhả Start thì băng tải tự động chạy thuận, Ấn nhả Stop thì băng tải tự động dừng Địa chỉ các tín hiệu vào/ra được cho ở bảng dưới Kiểu Địa chỉ Ký hiệu Chức năng Ghi chú dữ liệu I 0.0 BOOL -A1 Dừng toàn bộ băng tải NC I 0.1 BOOL -K0 Bật công tắc chính NO Chọn chế độ Manual/Auto I 0.2 BOOL -S0 (Manual =0, Auto = 1) I 0.3 BOOL -S1 Start_Auto NO I 0.4 BOOL -S2 Stop_Auto NC I 0.5 BOOL -B1 Cảm biến xy lanh M4 khi thu về NO Băng tải quay thuận (Tốc độ cố Q 0.0 BOOL -Q1 định) Căn cứ vào yêu cầu bài toán ta sẽ xây dựng một Function block điều khiển băng tải ở chế độ tự động đặt tên là “Auto_mode” Bước 1: Xác định được các tham số đầu vào và đầu ra Các tham số đầu vào của Function block “Auto_mode” bao gồm các điều kiện để băng tải chạy ở chế độ tự động và tín hiệu từ hai nút nhấn Start, Stop.Cụ thể đó là:
 Tín hiệu từ công tắc lựa chọn chế độ  Tín hiệu cho phép băng tải chạy  Tín hiệu chạy băng tải Start  Tín hiệu dừng băng tải Stop  Tín hiệu dừng khẩn Tham số đầu ra củaFunction “Auto_mode” là tín hiệu để kích hoạt các công tắc tơ điều khiển băng tải chạy Bước 2: Xác định các biến trung gian Static Biến trung gian Static là bit nhớ cho quá trình khởi động băng tải, khi băng tải khởi động bit nhớ được set lên mức logic “1” và khi dừng băng tải bit nhớ được set về mức logic “0” Input Kiểu dữ liệu Ghi chú Bật chế độ auto BOOL Kích hoạt chế độ auto Nhấn start_auto để băng tải bắt đầu Start_Auto BOOL chạy trong chế độ tự động Nhấn stop_auto để băng tải dừng Stop_Auto BOOL trong chế độ tự động Tín hiệu cho phép băng tải Tất cả các điều kiện sẵn sàng cho BOOL chạy _Auto băng tải hoạt động Tín hiệu dừng băng tải hoạt động Tín hiệu dừng khẩn BOOL trong cả hai chế độ Output Tín hiệu điều khiển băng tải chạy Băng tải chạy chế độ auto BOOL trong chế độ auto Static Bit nhớ dùng cho start/stop trong Bit Start/Stop BOOL chế độ auto Bước 3: Xây dựng Function block Mở rộng Program blocks => Add new block để tạo mới một Function block Cửa sổ Add new block xuất hiện ta chọn Function block (FB), đặt tên và lựa chọn dạng ngôn ngữ để viết => OK FB Auto_Mode sẽ xuất hiện ở dưới main OB1
Như vậy ta đã tạo mới xong Function block FB1, tiếp theo sẽ khai báo các tham số vào/ra và biến Static Viết chương trình cho Function block FB1 dựa theo yêu cầu của bài toán Bước 3: Gọi Function block và thực thi chương trình Kéo và thả Function block FB1 vào chương trình chính Xuất hiện cửa sổ mới => Nhấn ok để xác nhận data block đi kèm với function block FB1 Gán các tag phù hợp vào function block FB1 theo yêu cầu của bài toán Tín hiệu băng tải sẵn sàng chạy_auto ở đây được lập trình theo điều kiện của bài toán 6. Data Blocks Khác với Functions và Function Blocks thì Data Blocks không phải là chương trình mà là nơi lưu trữ dữ liệu. Có hai dang Data Block đó là:  Global data block: Dữ liệu lưu trữ ở đây có thể dùng được cho tất cả các hàm có trong chương trình  Instance data block: Dữ liệu lưu trữ ở đây chỉ được dùng cho một Function Block tương ứng của nó
Hình trên cho ta thấy là các hàm: Function_10, Function_11, Function_12 có thể truy cập dữ liệu trong Global data block, còn đối với dữ liệu ở Function data block 12 chỉ có hàm Function_12 là có thể truy cập được Ví dụ: Cho hàm "Motor_Speed_Control" [FC3] và hàm "Motor_Speed_monitoring" [FC2] được kết nối với các tag từ global data block "SPEED_MOTOR" [DB2]. Tốc độ đặt là 800 vòng/phút, tốc độ định mức là 1300 vòng/phút, tốc độ quá giới hạn là 1500 vòng phút Hướng dẫn lập trình: Tạo mới Data block đặt tên là SPEED_MOTOR Vào Data block: Khai báo các giá trị: BÀI 3: XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG I. Mục tiêu của bài: - Trình bày được khái niệm tín hiệu Analog; - Lập trình được một chương trình đọc và xuất tín hiệu analog - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, tuân thủ đúng quy trình trong quá trình II. Nội dung 1.Giới thiệu về tín hiệu analog 1.1.Khái niệm về tín hiệu analog Tín hiệu Analog (hoặc tín hiệu tương tự) là kiểu tín hiệu có giá trị liên tục theo thời gian. Khác với tín hiệu số chỉ có 2 giá trị logic là 0 và 1 thì tín hiệu Analog có vô số giá trị nằm trong một khoảng xác định.
Tín hiệu analog là tín hiệu điện được chuyển đổi từ những đại lượng vật lý như : nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, khối lượng…thông qua các cảm biến Ví dụ về đại lượng analog:  Nhiệt độ -50 đến +150 °C  Lưu lượng 0 đến 200 l/min  Áp suất khí nén từ 0-10 bar  Khối lượng từ 0 – 200 Kg … Có 2 loại dạng tín hiệu Analog được sử dụng trong công nghiệp là:  Tín hiệu dạng dòng : 0 - 20 mA hoặc 4 - 20mA  Tín hiệu dạng áp : 0 - 10V hoặc ±10V Ví dụ: Một cảm biến siêu âm được dùng để đo mức nước trong một bồn chứa, giá trị mức nước đo được là từ 0 đến 5m ứng với giá trị analog trả về là 4-20mA: Thông thường trong công nghiệp người ta hay sử dụng tín hiệu Analog dạng dòng (4-20 mA) vì những lý do sau:  Tín hiệu analog dạng áp (0-10V) sẽ dễ bị sụt áp khi tín hiệu truyền đi trong một khoảng cách xa, còn tín hiệu analog dạng dòng (4-20 mA) thì ít bị suy giảm bởi khoảng cách;  Trong trường hợp này nếu chúng ta dùng cảm biến có tín hiệu 0-10V thì khi cảm biến bị hư hỏng hoặc bị đứt dây thì tín hiệu đưa về đều là 0V nên chúng ta rất dể nhầm lẫn giữa cảm biến bị hư hỏng và cảm biến đang hoạt động nhưng có giá trị là không 0V. Điều này rất nguy hiểm trong việc điều khiển tự động hóa;  Tín hiệu analog dạng áp (0-10V) dễ bị nhiễu bởi các yếu tố gây nhiễu như sóng hài, từ trường… hơn so với tín hiệu analog dạng dòng (4-20 mA) 1.2. Mô đun Analog Các đại lượng vật lý cần đo sẽ được chuyển đổi sang dạng áp hoặc dòng nhờ các bộ chuyển đổi (Transducer) tích hợp trong cảm biến. Cảm biến sẽ chuyển đổi các đại lượng đó thành tín hiệu analog Những tín hiệu analog sẽ được kết nối đến mô đun ananlog nhằm mục đích số hóa tín hiệu. Mô đun Analog chính là bộ chuyển đổi analog-to-digital (A/D) sẽ chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số dưới dạng một chuỗi bit(16 bit) hoặc là bộ chuyển đổi digital-to-analog (D/A) sẽ chuyển đổi tín hiệu số ngược lại thành tín hiệu analog. Như vậy sẽ có hai loại mô đun analog đó là mô đun đọc tín hiệu và mô đun xuất tín hiệu Tham số quan trọng nhất trong việc chuyển đổi ADC (Mô đun đọc analog) là độ phân giải, độ phân giải càng cao thì số lượng bit càng nhiều và giá trị đọc về càng chính xác. Ví dụ: nếu như mô đun analog chỉ có độ phân giải là 1 bit thì nó sẽ chỉ đọc được 2 dải giá trị là 0 – 5V và 5 - 10V, tương tự như vậy với độ phân giải là 2 bit thì mô đun chỉ đọc được 4 dải giá trị là 0 - 2.5 / 2.5 - 5 / 5 - 7.5 / 7.5 - 10 V. Mô đun chuyển đổi analog sang digital (A/D) thường có độ phân giải 8 bit, 11 bit hoặc cao hơn. Với độ
phân giải 8 bit nó sẽ đọc được 256 khoảng giá trị và tương ứng 11 bit là 2048 khoảng giá trị Với dòng PLC S7-1200 thì Siemens hỗ trợ tích hợp mô đun đọc tín hiệu analog trên CPU, tuy nhiên mô đun này chỉ đọc được tín hiệu analog dạng áp là 0-10VDC vì vậy để đọc được tín hiệu analog dạng dòng (0/4-20mA) thì cần mô đun chuyên biệt hoặc signal boar gắn vào. Đó là các mô đun/signal board:  Mô đun SM1231 analog input  Mô đun SM1234 analog input/output  Signal board SB1231 analog input Còn đối với những ứng dụng cần điều khiển xuất tín hiệu analog thì bắt buộc phải mua thêm mô đun hoặc signal board mở rộng. Cụ thể:  Mô đun SM1232 analog output  Mô đun SM1234 analog input/output  Signal board SB1232 analog output Sau đây là một vài tham số kỹ thuật của các mô đun/signal board đọc/xuất tín hiệu analog: Mô đun SM1231 analog input : Mô đun SM1234 analog input/output: Signal board SB1231 analog input: Mô đun SM1232 analog output : Signal board SB1232 analog output: 2. Đấu nối tín hiệu analog 2.1. Đấu nối tín hiệu ngõ vào analog
Dựa theo tài liệu của nhà sản xuất thì tín hiệu analog được đấu nối từ cảm biến đến PLC như sau:  Đối với cảm biến analog ngõ ra dạng áp (0 – 10V): nó có 2 dây dương (+) và âm (-) sẽ đấu về hai chân dương (+) và âm (-) tương ứng trên PLC hoặc mô đun Analog  Đối với cảm biến analog ngõ ra dạng dòng (0/4-20mA): nó có các loại 2 dây, 4 dây sẽ có cách đấu như sau: Ví dụ: Đấu nối tín hiệu analog của cảm biến siêu âm ngõ ra analog với CPU 1214C Nếu sử dụng ngõ ra ananlog dạng áp (0 – 10V) thì có thể đấu trực tiếp với ngõ vào Analog của CPU:  Nối chung nguồn cấp cho PLC và cảm biến  Nối chân số 2 của cảm biến vào chân AI0 của PLC  Nối chân số 3 của cảm biến vào chân 2M của PLC Nếu sử dụng ngõ ra ananlog dạng dòng (4 – 20mA) thì ta không thể đấu trực tiếp với ngõ vào Analog của CPU mà phải gắn thêm signal board SB 1231AI hoặc mô đun mở rộng analog input SM 1231 AI:  Nối chung nguồn cấp cho PLC và cảm biến  Nối chân R với chân 0+  Nối chân số 4 của cảm biến vào chân 0+ còn lại của signal board  Nối chân số 3 của cảm biến vào chân 0- của signal board 2.1. Đấu nối tín hiệu ngõ ra analog Dựa theo tài liệu của nhà sản xuất thì tín hiệu ngõ ra analog được đấu nối từ PLC đến thiết bị chấp hành: Chân 0M (Analog output) sẽ đấu nối với chân analog input AI- của thiết bị cần điều khiển Chân 0/1 (Analog output) sẽ đấu nối với chân analog input AI+ của thiết bị cần điều khiển
Ví dụ: Đấu nối tín hiệu ngõ ra analog của PLC S7-1200 CPU 1215C với biến tần Danfoss FC51 Ngõ ra analog của CPU 1215C Hướng dẫn đấu nối  Nối chân 2M của PLC với chân 55 của biến tần  Nối chân AQ0 của PLC với chân 60 của biến tần (Lưu ý: Ngõ ra analog của PLC S7-1200 CPU 1215C là ngõ ra dạng dòng (0/4 – 20mA) 3. Lập trình xử lý tín hiệu Analog 3.1. Các hàm xử lý tín hiệu analog 3.1.1. Hàm Normal_X Ký hiệu: Ví dụ: Lệnh NORM_X dùng để chuyển đổi giá trị đầu vào nằm trong giới hạn [Min, Max] với ngõ ra thay đổi tuyến tính trong giới hạn [0.0, 1.0] Công thức toán học của lệnh NORM_X là: OUT = (VALUE – MIN) / (MAX-MIN) Các tham số của lệnh NORM_X: Tham Khai Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Mô tả số báo I, Q, M, D, Ngõ vào cho phép EN Input BOOL L or constant hoạt động I, Q, M, D, Ngõ ra cho phép ENO Output BOOL L hoạt động Integers, floating- I, Q, M, D, Giới hạn dưới của giá MIN Input point numbers L or constant trị Integers, floating- I, Q, M, D, VALUE Input Giá trị đưa vào point numbers L or constant
Integers, floating- I, Q, M, D, Giới hạn trên của MAX Input point numbers L or constant giá trị OUT I, Q, M, D, Kết quả đầu ra nằm Floating-point Output L trong giới hạn [0.0, numbers 1.0] Đồ thị biểu diễn hoạt động của lệnh NORM_X 3.1.2. Hàm Scale_X Ký hiệu: Ví dụ: Lệnh SCALE_X dùng để chuyển đổi giá trị ngõ vào VALUE sang tầm giá trị mới phù hợp với yêu cầu sử dụng. Khi hàm SCALE được thực hiện thì giá trị VALUE được chuyển đổi nằm trong giới hạn [Min, Max] và được lưu trữ vào vùng nhớ OUT Công thức toán học của lệnh SCALE_X là: OUT = [VALUE * (MAX – MIN)] + MIN Các tham số của lệnh SCALE_X: Tham Khai Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Mô tả số báo I, Q, M, D, Ngõ vào cho phép EN Input BOOL L or constant hoạt động I, Q, M, D, Ngõ ra cho phép ENO Output BOOL L hoạt động Integers, floating- I, Q, M, D, Giới hạn dưới của giá MIN Input point numbers L or constant trị value Integers, floating- I, Q, M, D, VALUE Input Giá trị ngõ vào point numbers L or constant Integers, floating- I, Q, M, D, Giới hạn trên của MAX Input point numbers L or constant giá trị value OUT I, Q, M, D, Kết quả đầu ra trả Floating-point Output L về trong giới hạn numbers [Min, Max]
Đồ thị biểu diễn hoạt động của lệnh SCALE_X 3.2. Lập trình đọc tín hiệu Analog 3.2.1. Cơ sở lý thuyết Trong thực tế có rất nhiều cảm biến đọc tín hiệu tương tự như: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến siêu âm, cảm biến màu, cảm biến lưu lượng…. các cảm biến này trả về các tín hiệu tương tự chuẩn như:  Tín hiệu dòng điện: 0/4 – 20mA  Tín hiệu điện áp: ±10V, 0-10V, ±5V, 0-5V Tín hiệu tương tự trả về từ cảm biến qua mô đun đọc analog sẽ được bộ ADC chuyển đổi sang dạng số Interger. Và dưới đây là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa giá tri cần đo trong thực tế và giá trị chuyển đổi tại mô đun analog Với:  Hi_Lim là giá trị đo lớn nhất cảm biến thu được  Lo_Lim là giá trị nhỏ nhất cảm biến thu được  K1 là giá trị chuyển đổi tương ứng với giá trị Lo_Lim  K2 là giá trị chuyển đổi ứng với giá trị Hi_Lim Từ đồ thị này ta thấy tín hiệu Analog trả về là một tín hiệu tuyến tính, từ đó chúng ta sẽ viết được phương trình tính toán giá trị analog đo được từ tín hiệu của cảm biến như sau: OUT = [((Float(IN) - K1)/(K2-K1)) * (Hi_Lim – Lo_Lim)] + Lo_Lim Trong đó:  OUT : Là giá trị thực tế cần đo (Lo_Lim ≤ OUT ≤ Hi_Lim)  IN: là giá trị sau khi được chuyển đổi ở mô đun đọc analog Dựa vào công thức của lệnh NORM_X và SCALE_X thì chúng ta có thể kết hợp hai lệnh trên để tạo ra thuật toán chuyển đổi tín hiệu analog như sau: 3.2.2.Yêu cầu công nghệ: Một cảm biến siêu âm được dùng để đo mức nước trong một bồn chứa, giá trị mức nước được giám sát là từ 0.2 m đến 5m ứng với giá trị analog từ cảm biến trả về là 0 – 10V. Xây dựng chương trình giám sát mức nước của bồn chứa hiển thị trên HMI Muốn đo được mức nước tại bồn chứa ta phải đọc được giá trị của tín hiệu analog trả về từ cảm biến. Mặt khác giá trị analog trả về từ cảm biến khi qua bộ chuyển đổi sẽ chuyển thành các giá trị số theo quy định của Siemens. CPU sau đó sẽ đọc các giá trị chuyển đổi này từ địa chỉ ngõ vào analog. Giá trị analog đọc về PLC sẽ được chuyển đổi thành giá trị số kiểu Int. Giá trị đó nằm trong khoảng từ 0 – 27648 tương ứng với 0 – 10V theo quy định của Siemens: