Xem mẫu
- Đồ án học phần 1A
Đề tài PLC
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Mục Lục
CHƯƠNG MỘT: TỔNG QUAN VỀ PLC 3
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC................................................................... 3
2. CẤU TRÚC - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC ............................ 5
3. CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ BÊN TRONG PLC........................................ 9
CHƯƠNG HAI: TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ PCL S7-200 CỦA SIEMEN ...... 11
1. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG S7-200 ......................................................... 11
2. CẤU TRÚC BỘ NHỚ S7-200. .................................................................. 14
CHƯƠNG BA: TÌM HIỂU TẬP LỆNH PLC S7-200 CỦA SIEMEN............ 16
1. CÁC LỆNH CƠ BẢN................................................................................ 16
2. CÁC LỆNH NÂNG CAO .......................................................................... 27
CHƯƠNG BỐN: PHẦN MỀN LẬP TRÌNH PLC S7-200 ............................. 42
1. PHẦN MỀN CÀI ĐẶT Step 7 Micro Win V4.0........................................ 42
2. CÁCH SỪ DỤNG PHẦN MỀN Step 7 Micro Win...................... 46
CHƯƠNG NĂM: PHẦN MỀN MÔ PHỎNG PLC S7-200............................ 55
1. GIỚI THIỆU.............................................................................................. 55
2. TRÌNH TỰ THỰC HIỆN KHI MÔ PHỎNG ............................................. 55
CHƯƠNG SÁU: ỨNG DỤNG PLC S7-200 TRONG MÔ HÌNH THANG
MÁY ............................................................................................................. 61
1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH............................................................................ 61
2. MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH. ......................................... 62
3. QUY ƯỚC CÁC NGỎ RA – VÀO KHI KẾT NỐI PLC............................ 63
4. SƠ ĐỒ MẠCH LẬP TRÌNH TRONG STEP 7. ......................................... 63
5. CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH. ............................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 71
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 2 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
CHƯƠNG MỘT: TỔNG QUAN VỀ PLC
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controlle, là thiết bị điều khiển lập trình
được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông
qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình
tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác
động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện
được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều
khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục
“lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín
hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển
bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :
- Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học .
- Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
- Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các
mô Modul mở rộng.
- Giá cả có thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các
Logic thời gian .Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều
này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp . Các tập
lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh
ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các
máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều
khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác
định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay
đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình
bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện
một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối
hay Relay .
Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các
hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả
nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm
của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến
trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng
PLC gồm:
- Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều
khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây.
- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống.
- Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm.
- Hệ điều hành Bộ đếm vào – ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra
Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 3 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
- Bộ nhớ vào ra:
Bộ định
+ Khối vi thời
Bộ đếm xử lý
vào-ra trung tâm Bộ đếm
+ Hệ điều
hành Bit cơ
Cổng Bus của PLC
vào ra
Onboard
Quản lý ghép
Cổng nối
ngắt và
đếm tốc
độ cao
Hình 1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 4 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
2. CẤU TRÚC - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC
a. Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ
ngoài EPROM ).
Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC .
Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trình bằng
tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa
đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị
xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã
được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các
PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra
chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, …
Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có
một số hãng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn cấu
hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng.
Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng
trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau:
Mô đun Mô đun xuất
Nguồn cung cấp nhập dữ liệu dữ liệu
Nhớ chương trình
+ -
Hình 2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC
Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối vi
xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thường các tín hiệu xuất nhập đầu ở
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 5 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở
dạng liên tục (Analog).
Mô đun nguồn: (Moudule)
Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động.
Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có
bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều.
Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module):
Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ
Mô đun nhập: (Input Module)
Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín
hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển
các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công
nghệ,…Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn
nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm
biến.
Mô đun xuất (Output Module):
Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập. Nó có
thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết
nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng
nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra.
Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của
rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì
thông qua các thiết bị trung gian như: CTT. Aptomat. Triac…
b. Nguyên lý hoạt động của PLC
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 6 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Chuyển dữ liệu từ đầu
Chuyển dữ liệu từ
cổng vào tới đầu vào I
đầu ra Q tới cổng ra
Thực hiện
Truyền thông và chương trình
kiểm tra bộ nhớ
Hình 3: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC
Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra. Tiếp theo
của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét được
kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những trường hợp
cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chương trình. Các
PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Tập lệnh của PLC chứa các
lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường của
chương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chương trình. Thời
gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan
time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được
thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có
vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực
hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng quét
chiếm thời gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiện càng nhanh.
Nguyên lý hoạt động dựa trên các bộ phận sau :
Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các
thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào
chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 7 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Hệ thống bus
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín
hiệu song song :
Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển
đồng bộ các hoạt động trong PLC .
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông
qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép
truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ
chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu
ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data
bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động
của PLC .
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian
hạn chế.
Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O . Bên
cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 118 MHZ. Xung này quyết
định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ
thống.
Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :
Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.
Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các
Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong
bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ .
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi
xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo .
Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình
này được gọi là quá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả
năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ
như RAM, EPROM đều được sử dụng .
RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội
dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất . Để
tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp
năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng
để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ
khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn .
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử
dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được . Nội dung của
EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã được nhà sản
xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ
thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi
và xóa EPROM.
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 8 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng trong máy
lập trình. Đĩa cứng hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu
những chương trình lớn trong một thời gian dài .
Kích thước bộ nhớ :
Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo .
Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 ÷16000
dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM.
Các ngỏ vào ra I / O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của
PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) .
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là
12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O
được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động
nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản .
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng
hay ngắt mạch ở đầu ra .
3. CÁC HOẠT ĐỘNG XỬ LÝ BÊN TRONG PLC
a. Xử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được trong
một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ .
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ
nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối
chương trình . Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu
kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và
độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau :
• Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ
công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành .
• Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình. Trong
ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép
toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra.
• Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các modul đầu
ra.
b. Xử lý xuất nhập
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I / O trong PLC :
Cập nhật liên tục
Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngỏ vào (mà chúng xuất hiện trong chương
trình ), khoảng thời gian Delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có
những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngỏ ra được
lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của chương trình , khi lệnh OUT
được thực hiện thì các ngỏ ra cài lại vào đơn vị I / O, vì thế nên chúng vẫn giữ được
trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp.
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 9 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Chụp ảnh quá trình xuất nhập
Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I / O, vì thế CPU chỉ có thể xử lý
một lệnh ở một thời điểm . Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhập phải
được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình. Do chúng
ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên
tục trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào.
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I / O được cập nhật tới một
vùng đặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một
bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I / O. Mỗi ngõ vào ra đều có
một địa chỉ I / O RAM này. Suốt quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I / O
RAM. Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình (từ Start đến End ).
Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy tiêu
biểu là vài ms. Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình
điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 110 s.
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 10 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
CHƯƠNG HAI: TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ PCL S7-200 CỦA
SIEMEN
1. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG S7-200
PLC S7-200 là một loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens. Cấu trúc S7-200 gồm
1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau.S7-200 gồm nhiều loại:
CPU 221, 222, 224, 226….có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu cầu: tổng số
ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng ( AS-I, Profibus ).
Hinh 4 . Hình dáng S7-200
PLC S7-200 có các đặc trưng về thông số kĩ thuật như sau :
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 11 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Các đèn báo:
Có 3 loại đèn báo hoạt động:
- RUN: ðèn xanh –báo hiệu PLC ðang hoạt ðộng
- STOP :ðèn vàng –báo hiệu PLC
- SF (sýtem Failure):ðèn ðỏ báo hiệu PLC bị sự cố.
Có 2 loại đèn chỉ thị :
- Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào.
- Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra
Ðặc điểm ngỏ vào
- Mức logic 1 : 24VDC/7mA
- Mức logic 0 : đến 5VDC/1MA
- Ðáp ứng thời gian : 0.2ms
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 12 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
- Cách ly quang : 500ACV
- Ðịa chỉ ngõ vào : Ix.x
Ðặc điểm ngõ ra:
- Ðiện áp tác động: 24 -28VDC/2A
- Ngõ ra Relay hoặc transitor Sourcing
- Chịu quá dòng đến 7.
- Ðiện trở cách ly nhỏ nhất 100 m Ω
- Ðiện trở công tắc 200 Ω
- Ðiện trở công tắc: 200 m Ω
- Thời gian chuyển mạch tối đa 10 ms
- Không có chế độ bảo vệ ngắn mạch
- Ðịa chỉ ngõ ra: Qx.x
- Nguồn cung cấp
- Ðiện áp nguồn 20-24 VDC
- Dòng tối ða 900 mA
- Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms
- Cầu chì bên trong 2A/250V
- Công tắc chọn mode
- Không có cách ly nguồn điện .
Mode công tắc chọn
Có 3 vị trí lựa chọn công tắc
- RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình
- PLC sẽ dừng chương trình khi có sự cố
- TERM :cho phép máy lập trình quyết ðịnh chế ðộ hoạt ðộng PLC
Cổng truyền thông
- Sử dụng cổng RS485 để ghép nối với máy tính hoặc thiết bị khác.
- Tốc độ truyền là 9600 bauds.
- Cấu trúc cổng truyền thông được mô phỏng như sau :
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 13 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
- Ghép nối PLC và máy tính
- Sử dụng cáp PC/PPI chuyển đổi giữa RS232 và RS485
- Chuyển đổi và kết nối như hình sau :
Hình 5. Kết nối PLC với máy tính
2. CẤU TRÚC BỘ NHỚ S7-200.
Bộ điều khiển lập trình S7-200 được chia thành 4 vùng nhớ. Với 1 tụ có nhiệm vụ
duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7-200 có tính năng
động cao, đọc và ghi trong phạm vi toàn vùng loại trừ các bít nhớ đặc biệt SM
( Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc.
Vùng chương trình: Là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương
trình vùng này thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được.
Vùng tham số: Là vùng lưu giữ các tham số như: Từ khoá, địa chỉ trạm….cũng
giống như vùng chương trình thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được.
Vùng dữ liệu: Là vùng nhớ động được sử dụng cất các dữ liệu của chương
trình bao gồm các kết quả các phép tính nó được truy cập theo từng bit từng byte
vùng này được chia thành những vùng nhớ với các công dụng khác nhau.
- Vùng I (Input image register): Là vùng nhớ gồm 16 byte I (đọc/ghi): I.O -
I.15
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 14 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
- Vùng Q (Output image register): Là vùng nhớ gồm 16 byte Q (đọc/ghi):
Q.O- Q.15
- Vùng M (Internal memory bits): là vùng nhớ gồm có 32 byte M (đọc/ghi):
M.O -M.31
- Vùng V (Variable memory): Là vùng nhớ gồm có 10240 byte V (đọc/ghi):
V.O - V.10239
- Vùng SM: (Special memory): Là vùng nhớ gồm: 194 byte của CPU chia làm
2 phần: SM0 – SM29 chỉ đọc và SM30 – SM194 đọc/ghi.
- SM200-SM549 đọc/ghi của các module mở rộng
Vùng đối tượng: Là timer (định thì), counter (bộ đếm) tốc độ cao và các cổng
vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng vùng này không thuộc kiểu non –
volatile nhưng đọc ghi được.
- Timer (bộ định thì): đọc/ghi T0 -T255
- Counter (bộ đếm): đọc/ghi C0 - C255
- Bộ đệm vào analog (đọc): AIW0 - AIW30
- Bộ đệm ra analog (ghi): AQW0 - AQW30
- Accumulator (thanh ghi): AC0 - AC3
- Bộ đếm tốc độ cao: HSC0 - HSC5
Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn
(word – 2byte), từ kép (Double word).
Cấu trúc chương trình:
- Chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main
program) sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.
- Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).
- Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, nếu cần sử dụng
chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc MEND.
- Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình
chính, sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt bằng cách viết như vậy cấu
trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình có
thể trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương
trình chính.
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 15 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
CHƯƠNG BA: TÌM HIỂU TẬP LỆNH PLC S7-200 CỦA SIEMEN
1. CÁC LỆNH CƠ BẢN.
a. Lệnh vào / ra.
Lệnh Load (LD):
Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn
xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Toán hạng gồm: I, O, M, SM, V, C, T.
Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1.
Dạng LAD Dạng STL
LD I0.0
= Q0.0
Lệnh Load Not (LDN):
Lệnh LDN nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn
xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1
Dạng LAD Dạng STL
LDN I0.0
= Q0.0
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 16 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Hình 6. Mô tả lệnh LD và LDN
Các dạng khác nhau của lệnh LD,LDN:
STL LAD Mô tả Toán hạng
n n: I, Q, M,
LD n Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi n = 1
┤├ SM, (bit) T,
n C
LDN n Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi n = 1
┤/├
n Tiếp điểm thường mở sẽ đóng tức thời
LDI n
┤I├ khi n = 1
n:1
n Tiếp điểm thường đóng sẽ mở tức thời
LDNI n
┤/I├ khi n = 1
OUTPUT (=):
Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định
trong lệnh. Nội dung ngăn xếp không bị thay đổi.
LAD Mô tả Toán hạng
n Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi n: I, Q, M, SM,
─( ) T, C
có dòng điều khiển đi qua
(bit)
n Cuộn dây đầu ra được kích thích tức thời n: Q (bit)
─( I )
khi có dòng điều khiển đi qua
b. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm:
Lệnh SET ( S ) và RESET ( R )
Hai lệnh này dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 17 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hay ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều
khiển đến các cuộn dây thì các cuôn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm. Trong STL,
lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bit này có
giá trị bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm
(giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này.
VD: Khi tiếp điểm I0.0 đóng lệnh Set hoặc Reset sẽ đóng (ngắt) một mảng
gồm n (5) tiếp điểm kể từ Q0.0.
Mô tả lệnh S (Set) và R (Reset) :
STL LAD Mô tả Toán hạng
S S-bit n S bit n Đóng một mảng gồm n các tiếp S-bit: I, Q, M,
SM, T, C,V(bit)
──( S ) điểm kể từ địa chỉ S-bit
R S-bit n Ngắt một mảng gồm n các tiếp
S bit n n (byte): IB, QB,
điểm kể từ S-bit. Nếu S-bit lại
MB, SMB, VB,
──( R )
chỉ vào Timer hoặc Counter thì AC
lệnh sẽ xoá bit đầu ra của
Timer/Counter đó.
SI S-bit n S bit n Đóng tức thời một mảng gồm n S-bit: Q (bit)
──( SI ) các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit n(byte): IB, QB,
RI S-bit n S bit n Ngắt tức thời một mảng gồm n MB, SMB, VB,
──( RI ) các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit AC
c. Các lệnh logic đại số Boolean:
Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập các mạch logic (không có
nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp
hay song song các tiếp điểm thường đóng hay các tiếp điểm thường mở. Trong STL
có thể sử dụng lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not),
ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh.
AND (A)
Dạng LAD Dạng STL
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 18 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
LD I0.0
A I0.1
= Q0.0
AND NOT (AN)
Tín hiệu ra sẽ là nghịch đảo của tín hiệu vào.
Dạng LAD Dạng STL
LD I0.0
AN I0.1
= Q0.0
OR (O).
Tín hiệu ra sẽ bằng 1 khi ít nhất có một tín hiệu vào bằng 1.
Dạng LAD Dạng STL
LD I0.0
O I0.1
= Q0.0
OR NOT (ON)
Dạng LAD Dạng STL
LD I0.0
O I0.1
= Q0.0
d. Các lệnh về tiếp điểm đặc biệt:
Tiếp điểm nào tác động cạnh xuống, tác động cạnh lên:
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 19 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
- ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 1A PLC S7-200
Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái
của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị đỉnh của ngăn
xếp). LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dòng cung cấp. Các
tiếp điểm đặc biệt này không có toán hạng riêng của chúng vì thế phải đặt chúng phía
trước cuộn dây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh trước và
sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ, bởi vậy đối với CPU 224 có thể sử dụng nhiều nhất
là 256 lệnh.
Dạng LAD Dạng STL
LD I0.0
I0.0 Q0.0
EU
P
= Q0.0
LD I0.0
I0.0 Q0.1
N
ED
= Q0.1
LD I0.0
NOT
Q0.2
I0.0
NOT
= Q0.2
Biểu đồ thời gian
GVHD: Nguyễn Đức Toàn 20 NHÓM THỰC HIỆN
Phạm Song Toàn
Nguyễn Văn Thuần
Dương Đình Thế
nguon tai.lieu . vn
