Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©

Bài 11.
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC
11.1 MỤC ĐÍCH
-

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ DC ( Motor DC)
Viết chương điều khiển động cơ DC
Viết chương trình điều khiển đảo chiều động cơ.
Ứng dụng điều khiển băng truyền cho hệ thống đóng gói trái cây tự động.

11.2. KIẾN THỨC CĂN BẢN
Trong buổi học này học viên cần nắm cho được:
- Phương pháp thiết kế mạch giao tiếp với PLC trong trường hợp ngõ ra không sử
dụng relay.
- Sử dụng các tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường hở để điều khiển động cơ.
11.3. NỘI DUNG
11.3.1. Động Cơ DC (Hình 11. 1)

Hình 11. 1. Hình dáng bên ngoài của động cơ DC
Động cơ DC được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế như: điều khiển tốc độ, điều
khiển vị trí, điều khiển chiều quay,…Cấu tạo của động cơ bao gồm stator, roto và cổ
góp được trình bày trong Hình 11.2. Để điều khiển động cơ phải có nguồn một
chiều cung cấp từ ngoài vào. Nhiều động cơ có nguồn cung cấp khác nhau như
6VDC, 12VDC, 24VDC,…
Stato

Rôto

Cổ góp và
chổi điện

Stato

Hình 11.2. Cấu tạo của động cơ DC
Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 106


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©

Trong bài thí nghiệm này, động cơ DC được cấp nguồn VPP=12VDC. Tuy nhiên
nguồn sẵn có ở ngõ ra PLC là 24VDC. Do đó nguồn này không thể cấp trực tiếp cho
động cơ mà cần phải hạ áp xuống 12VDC. Đối với PLC Siemen có hai loại ngõ ra là
relay và transistor. Giả sử trong trường hợp này PLC được sử dụng loại có ngõ ra là
transistor. Do đó cần phải có mạch giao tiếp như Hình 11.3 hoặc Hình 11.4.
VPP
VPP

RELAY SPDT
3
2

R19
100


K2
5
1
4

DR2
OUT_3

R24

C1815

5K6

QR2

OUT_3
JP8
1
2

MOTOR1

IN3
QR6
C2383

Hình 11.3. Mạch giao tiếp giữa ngõ ra của PLC với động cơ DC dùng relay
VCC


M

Hình 11.4. Mạch giao tiếp giữa ngõ ra của PLC với động cơ DC dùng transistor
11.3.2. Mạch điều khiển động cở DC
Để điều khiển ON/OFF động cơ DC, người ta thường sử dụng transistor hoặc relay.
Trong thí nghiệm này, động cơ DC được điều khiển thông qua Relay (Hình 11.3).
- Khi ngõ ra của PLC chưa được tác động, điện thế tại chân B của transistor QR2 là
0V. Do đó QR2 ngưng, làm cho transistor QR6 ngưng dẫn và động cơ M không
quay. Khi ngõ ra của PLC ở trạng thái ON, tác động vào chân B của transitor QR2,
làm QR2 dẫn làm QR6 dẫn và relay đóng kín mạch lại, khi đó động cơ M sẽ quay
theo một chiều định trước. Để tiến hành thí nghiệm điều khiển động cơ DC quay
theo một chiều nhất định, học viên kết nối ngõ ra Q0.1 của PLC với tín hiệu IN3
(Hình 11.3) và soạn thảo chương trình như Hình 11.5.

Hình 11.5. Chương trình điều khiển động cơ DC quay theo 1 chiều
- Bật I0.0=1, quan sát ngõ ra Q0.1 và độngc cơ. Lúc này động cơ quay hay ngưng?
Tại sao?
Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 107


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©

- Bật I0.0=0, quan sát ngõ ra Q0.1 và động cơ. Lúc này động cơ quay hay ngưng?
Tại sao?
- Bật I0.1=1, quan sát ngõ ra Q0.1 và động cơ. Lúc này động cơ quay hay ngưng?

Tại sao?
11.3.3. Mạch điều khiển đảo chiều Motor
VPP
K1
ML
VPP

R2
100

K2
3

3

2

2

5

5

1
4
DR5

DR6

5K6


Q1

Q2
C2383

VPP

100

RELAY SPDT

JP1

C1815

L
R

R4

1
4

RELAY SPDT
R1

MR

2

1

C1815

R3

Q3

5K6

ML
MR

MOTOR1

Q4
C2383

Hình 11.6. Mạch điều khiển động cơ quay theo hai chiều
Mạch điều khiển động cơ quay theo hai chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim
đồng hồ được mô tả trong Hình 11.6. Nguyên lý hoạt động của mạch tương tự như
mạch điều khiển động cơ 1 chiều trong Hình 11.3. Để tiến hành thí nghiệm, học
viên kết nối ngõ ra Q0.0 của PLC với tín hiệu R và ngõ ra Q0.1 của PLC với tín
hiệu L trong mạch Hình 11.6. Học viên soạn thảo chương trình điều khiển chiều
quay của động cơ như Hình 11.7.

Hình 11.7. Chương trình điều khiển chiều quay động cơ DC
- Bật I0.0=1, học viên quan sát ngõ ra Q0.0 và động cơ. Lúc này động cơ quay theo
chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ?
- Bật I0.0=0, học viên quan sát ngõ ra Q0.0 và động cơ. Lúc này động cơ quay hay

ngưng? Tại sao?
- Bật I0.2=1, học viên quan sát ngõ ra Q0.1 và động cơ. Lúc này động cơ quay theo
chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ?
- Bật I0.2=0, học viên quan sát ngõ ra Q0.1 và động cơ. Lúc này động cơ quay hay
ngưng? Tại sao?
- Bật I0.0=1, học viên qua sát ngõ ra Q0.0 và động cơ. Sau đó bật I0.1=1,lúc này
động cơ quay hay ngưng?
11.4. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
Để điều khiển tốc độ động cơ người ta thường thay đổi điện áp cấp cho nó (Hình
11. 8) hoặc sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width
Modulation, xem Hình 11. 9). Trong nhiều ứng dụng thực tế, phương pháp PWM
Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 108


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©

được sử dụng rất nhiều. Trong bài giảng này, phương pháp PWM được sử dụng
trong PLC để điều khiển tốc độ động cơ.

1

VPP

+

A


MOTOR

2

-

R1
1K

Hình 11. 8. Điều khiển tốc độ động cơ sử dụng chiết áp

1

VPP

+
D1

A

MOTOR

2

-

R2
Q1
NPN BCE

1K

Hình 11. 9. Điều khiển động cơ bằng phương pháp điều chế độ rộng xung
Trong S7-200, lệnh PLS (Pulse output, xem Hình 11. 11) được sử dụng để điều
khiển tốc độ động cơ. Lệnh này được dùng để kiểm soát một chuỗi xung ở ngõ ra
PTO (Pulse train output) và chức năng PWM được đặt ở ngõ ra tốc độ cao là Q0.0
hoặc Q0.1. Điều này có nghĩa là một dây cấp nguồn của động cơ phải được nối với
Q0.0 hoặc Q0.1 của S7-200. Dây cấp nguồn còn lại của động cơ có thể đưa lên
nguồn DC hoặc xuống mass.
Người sử dụng có thể điều khiển tốc độ động cơ thông qua việc thay đổi số xung và
độ rộng xung. Các giá trị này được lưu trong các biến nhớ đặc biệt SM (Special
memory): byte điều khiển (8 bit), đếm xung (32 bit không dấu) và độ rộng xung (16
bit không dấu).
Người sử dụng có thể chọn chu kỳ của tín hiệu ngõ ra từ 50µs-65565µs hoặc từ 2ms
đến 65565ms. Và độ rộng xung từ 0µs-65565µs hoặc từ 0ms-65565ms.
Độ rộng xung/chu kỳ tín hiệu ngõ ra
Độ rộng xung >= chu kỳ tín hiệu

Ảnh hưởng
Ngõ ra PWM luôn ở trạng thái ON, động
cơ chạy 100%

Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 109


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©


Độ rộng xung/chu kỳ tín hiệu ngõ ra

Ảnh hưởng

Độ rộng xung bằng 0

Không có xung PWM ở ngõ ra, tức ngõ
ra bị OFF

Chu kỳ nhỏ hơn 2 lần

Chu kỳ được gán mặc định là 2
Bảng 11. 1
Cycle time

Pul se wi dth

Hình 11. 10. Xung PWM
Có hai cách để tạo ra dạng xung PWM ở ngõ ra: cập nhật đồng bộ và cập nhật bất
đồng bộ.
- Cập nhật đồng bộ: Nếu không có sự thay đổi về chu kỳ, việc cập nhật đồng bộ
được thực hiện. Và dạng sóng ở ngõ ra xảy ra trên biên của chu kỳ. Chính vì thế sự
chuyển đổi giữa ON và OFF sẽ mịn hơn (động cơ quay ít giật hơn).
- Cập nhật bất đồng bộ: Độ rộng xung thay đổi trong khi chu kỳ không đổi. Tuy
nhiên nếu chu kỳ thay đổi, việc cập nhật bất đồng bộ được sử dụng và làm hãm
môment của động cơ. Do đó người dùng nên sử dụng phương pháp cập nhật đồng
bộ.
Thanh ghi điều khiển PWM:
Lệnh PLS sẽ đọc dữ liệu được lưu trong các biến nhớ đặc biệt và dựa vào đó để phát

xung tương ứng. Biến SMB67 điều khiển PWM0 và SMB77 điều khiển PWM1.
Bảng thanh ghi điều khiển mô tả các thanh ghi được dùng để điều khiển hoạt động
của PWM.

Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 110


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©

Thanh ghi điều khiển PWM được mô tả trong.
Q0.0

Q0.1

Trạng thái bit

SM67.0

SM77.0

Giá trị cập nhật chu kỳ (0:
không cập nhật, 1: cập
nhật)

SM67.1


SM77.1

Giá trị cập nhật độ rộng
xung (0: không cập nhật,
1: cập nhật)

SM67.2

SM77.2

Giá trị đếm xung (0:
không cập nhật, 1: cập
nhật)

SM67.3

SM77.3

Chọn lựa đơn vị thời gian
đếm (0: 1ms; 1: 1µs)

SM67.4

SM77.4

Phương pháp cập nhật (0:
cập nhật không đồng bộ,
1: cập nhật đồng bộ)

SM67.5


SM77.5

Chế độ hoạt động của
PTO (0: hoạt động đơn
đoạn, 1: hoạt động đa
đoạn)

SM67.6

SM77.6

Chọn chế độ hoạt động (0:
PTO, 1: PWM)

SM67.7

SM77.7

Cho phép hoạt động (0:
cấm PWM/PTO, 1: cho
phép PWM/PTO)

SMW68

SMW78

Chu kỳ PWM (2-65.535)

SMW70


SMW80

Độ rộng xung (0-65.535)

SMD72

SMD82

Giá trị đếm xung PTO (14.294.967.295)

SMB166

SMB176

Số đoạn trong chương
trình (chỉ dùng cho PTO)

SMW168

SMW178

Bắt đầu địa chỉ của bảng
với byte đầu tiên là V0
(chỉ dùng cho PTO)

Bảng 11. 2
Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 111



Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©

Bảng 11. 3 chỉ ra giá trị tham chiếu byte điều khiển cho PWM
Thanh ghi điều
khiển (dạng Hex)

Phương pháp
cập nhật

Đơn vị
chu kỳ

Đếm
xung

Độ rộng
xung

16#D1

Đồng bộ

1µs/chu
kỳ

16#D2


Đồng bộ

1µs/chu
kỳ

Được
load

16#D3

Đồng bộ

1µs/chu
kỳ

Được
load

16#D9

Đồng bộ

1ms/chu
kỳ

16#DA

Đồng bộ


1ms/chu
kỳ

Được
load

16#DB

Đồng bộ

1ms/chu
kỳ

Được
load

Chu kỳ
Được
load

Được
load
Được
load

Được
load

Bảng 11. 3
Các bước thiết lập giá trị ban đầu cho PWM:

Người ta khuyến khích người dùng nên sử dụng bit quét đầu tiên (SM0.1) để thiết
lập xung ngõ ra ban đầu. Sử dụng bit này để gọi một chương trình con ban đầu sẽ
rút ngắn được thời gian quét khi thực thi chương trình. Bit này chỉ ON ở chu kỳ
quét đầu tiên khi có sự chuyển từ chế độ STOP sang chế độ RUN. Sau đây là để cấu
hình ngõ ra xung PWM ở Q0.0 dùng chương trình con để thiết lập các giá trị ban
đầu.
Bước 1. Cấu hình byte điều khiển bằng cách nạp một trong những giá trị sau đây
cho SMB67: 16#D3 (để chọn chu kỳ quét là 1µs) hoặc 16#DB (để chọn chu kỳ quét
là 1ms).
Bước 2. Nạp giá trị chu kỳ vào SMW68
Bước 3. Nạp độ rộng xung cho SMW70
Bước 4. Thực thi lệnh PLS
Bước 5. Nạp một byte điều khiển mới để thay đổi độ rộng xung (chỉ là tùy chọn),
nạp một trong những giá trị sau đây cho SMB67: 16#D2 (µs) hoặc 16#DA (ms)
Chú ý: Trước khi cho phát xung PWM, người lập trình phải đặt ngõ ra cần xuất
xung mức 0 ở ngõ ra tương ứng.
Lệnh tạo một chuỗi
xung ở ngõ ra
Ngõ vào cho
phép

Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 112


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©


Xung PWM sẽ xuất hiện
(0: ở Q0.0, 1:Q0.1)

Hình 11. 11. Lệnh tạo một chuỗi xung ở ngõ ra
Học viên thực hiện các bước sau để điều khiển tốc độ động cơ sử dụng PWM:
- Khởi động Step7 MicroWin
- Mở một chương trình mới và lưu với tên D:\pwm1.mwp
- Soạn thảo chương trình như Hình 11. 12
- Biên dịch và download chương trình D:\pwm1.mwp xuống PLC
- Chuyển PLC sang chế độ RUN
- Nhận xét kết quả quan sát được.
Chương trình chính

Chương trình con SBR_0

Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 113


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

DAT ©

Chương trình con SBR_1

Hình 11. 12. Chương trình điều khiển tốc độ động cơ DC dùng PWM
11.5. Chương trình điều khiển hệ thống đóng gói trái cây
Học viên thực hiện các bước sau:
- Khởi động Step7 MicroWin

- Mở một chương trình mới và lưu với tên D:\demtraicay.mwp
- Soạn thảo chương trình như Hình 11.13.
- Biên dịch và download chương trình D:\demtraicay.mwp xuống PLC
- Chuyển PLC sang chế độ RUN
- Nhận xét kết quả quan sát được.

Hình 11.13. Chương trình điều khiển đóng gói trái cây
11.6. BÀI TẬP
11.6.1. Học viên sửa chương trình ở mục 6.4 để điều khiển xung PWM ở ngõ ra
Q0.0
11.6.2. Viết một chương trình mới để điều khiển tốc độ động cơ sao cho việc chọn
tốc độ từ các ngõ vào I0.1 (motor không chạy), I0.2 (motor chạy với tốc độ 50%) và
I0.3 (motor chạy với tốc độ 100%)
11.6.3. Hiện tại băng tải trái cây và băng tải hộp trong chương trình ở mục 11.5
chạy khá nhanh, học viên hãy sửa chương trình lại sao cho tốc độ băng tải chậm lại.
11.7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Manual document for Step7 MicroWin 3.2, Siemens energy & automation Inc.
[2]. Nguyễn Hoàng Dũng, Bài giảng PLC, Đại Học Cần Thơ, 2008.
[3]. Phạm Văn Tấn, Giáo trình PLC, Đại Học Cần Thơ, 2008
Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

Trang 114


Lập trình ứng dụng PLC S7 – 200

Bộ Môn Tự Động Hóa -Khoa Công Nghệ-Đại Học Cần Thơ

DAT ©


Trang 115