PHẦN 1 TRÌNH BÀY LÝ TH UY ẾT Phần I: Trình bày lý t h uy ết SVTH: Nguyễn Phước Hậ u 1 CHƯƠNG I TÌM HIỂU CHUNG VỀ PL C 1.1 Giới thiệu PLC PLC là viết tắt của P rogrammable Logic Controller, 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 dễ dàng , ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản , sửa chữa. - Dung lượng bộ nhớ lớn có thể chứa được những chương trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp . - Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các modul mở rộng. - Giá cả có thể cạnh tranh được. 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 việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy 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. 1. 2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PL C Chương I: Tìm hiểu chung về PL C 1.2.1 Cấu t r ú c 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. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … 1.2.2 Nguyên lý hoạt động của PL C 1.2.2.1 Đơn vị xử lý trung t âm 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. 1.2.2.2 Bộ nh ớ 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 và 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 . 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. 1.2.2.3 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 12/24 VDC hoặc 100/240 VAC. 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 dễ 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. 1.2.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được lưu 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 kỳ 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 được gọi là hệ điều hành.  Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự từng lệnh một trong chương trình. Trong ghi, đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào và 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. 1.2.4 So sánh PLC với hệ thống điều khiển khác . Điều khiển Với chức năng được lưu trữ bằng Tiếp xúc vật lý Bộ nhớ khả lập trình Quy trình cứng Quy trình mềm Không thay đổi được Thay đổi được Khả lập trình tự do Bộ nhớ thay đổi được Liên kết cứng Liên kết phích cắm RAM EPROM ROM EPROM Rơle, linh kiện điện tử, mạch điện tử PLC xử lý 1 bit PLC xử lý từ ngữ Hình 1.1: So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác CHƯƠNG II THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH S7 200 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thao tác điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán đặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với các PLC hoặc máy tính). Hình 2.1: SIMATIC S7 của Siemen Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214. Về hình thức bên ngoài sự khác nhau của 2 loại CPU nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp. - CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng - CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng. 2.1 Cấu trúc phần cứng của CPU 214 Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-214. Hình 2.2: Cấu trúc PLC CPU 214 2.1.1 Các thông số của CPU 214  CPU - 214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở rộng.  2.048 từ đơn (4 kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương trình (vùng nhớ có giao diện với EPROM).  2.048 từ đơn (4 kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512 từ đầu thuộc miền non-volatile.  Tổng số ngõ vào/ra cực đại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra.  128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 timer 1ms, 16 timer 10ms và 108 timer 100ms.  128 bộ đếm chia làm 2 loại: Chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi.  688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.  Các chế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.  3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2khz và 7 khz.  2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.  2 bộ điều chỉnh tương tự.  Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp. 2.1.2 Các đèn báo trên S7-200 CPU 214  SF (đèn đỏ): đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.  Run (đèn xanh): đèn xanh run chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.  Stop (đèn vàng): đèn vàng stop chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại.  Ix.x (đèn xanh): đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của công tắc.  Qx.x (đèn xanh): đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. 2.1.3 Chế độ làm việc PLC có 3 chế độ làm việc:  Run: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ run sang stop nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh stop.  Stop: cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ stop.  Term: cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc run hoặc stop. 2.1.4 Cổng truyền t h ôn g S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. chân giải thích · 5 · 4 · 3 · 2 · 1 1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 5 Đất · 9 · 8 · 7 · 6 6 5 VDC (điện trở trong 100Ω) 7 24 VDC (120 mA tối đa) 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 Không sử dụng Hình 2.3: Cổng truyền thông Hình 2.4: Sơ đồ kết nối truyền thông cho PLC S7-200 2.1.5 Cáp truyền thông cho PLC S7-200 Do PLC thông qua liên kết RS485 nhưng máy tính chỉ có RS232 nên phải dùng cáp chuyển đổi. Quá trình chuyển đổi được thực hiện qua các bước: - Đặt tốc độ truyền cho cáp PC/PCI, có hai tốc độ truyền là 9600 baud và 19200 baud - Nối đầu cáp phía PC (RS232) vào cổng COM1 hoặc COM2 của máy tính. - Nối đầu còn lại của cáp PC/PCI (RS485) vào cổng giao tiếp của CPU S7- 200. 2.2 Cấu trúc bộ nhớ Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. Chương trình Chương trình Chương trình Tham số Tham số Tham số Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Vùng đối tượng EPROM Miền nhớ ngoài Hình 2.5: Cấu trúc bộ nhớ bên trong và ngoài của S7-200  Vùng chương tr ì nh Là nguồn nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được.  Vùng tham số Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm… . Cũng giống như vùng chương trình, thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được.  Vùng dữ li ệu Là miền nhớ động được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình. Nó có thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (w-w ord) hoặc theo từ kép (dw_ double word), vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các [...]... vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét 2.4.2 Các toán hạng lập trình cơ bản  I : dùng để chỉ ngõ vào vật lý nối trực tiếp vào PLC  Q : dùng để chỉ ngõ ra vật lý nối trực tiếp từ PLC  T : dùng để xác định phần tử định thời có trong PLC  C : dùng để xác định phần tử đếm có trong PLC  M và S : dùng như các cờ hoạt động như bên trong PLC Tất cả các... trình từ máy tính vào PLC Sau khi đã lập xong chương trình từ phần mềm STEP7 Micro/WIN 32, tiếp theo là tải chương trình này vào PLC thực hiện các bước sau  Save dữ liệu lập trình vào đĩa  Compile để chương trình biên dịch  Trước khi Download chúng ta đưa PLC về chế độ STOP  Nhấn Download trên thanh công cụ hoặc PLC STOP  Nhấn OK thực hiện quá trình Download Chú ý: Trước đó trên PLC đã có sẳn chương... Hiện nay một số PLC sử dụng cổng USB  Trong cửa sổ STEP 7/Micro/WIN 32, nhấn vào biểu tượng truyền thông hoặc chọn View Component Comunication từ menu Hộp thoại Comunication Links xuất hiện  Nhấn vào biểu tượng cho cáp nối PC/PPI trong hộp thoại này Chọn nút View Properties hộp thoại sẽ xuất hiện giao diện Kiểm tra thuộc tính tốc độ truyền chuẩn là 9.6 kbps Hình 3.1: Truyền thông với 1 PLC trong chế... ra không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như một modul số và ngược lại Các modul mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương tự với số đầu vào/ ra của modul PLC Modul kết nối Caple kết nối Hình 2.6: Kết nối modul với PLC Sau đây là địa chỉ của một số modul mở rộng trên CPU 214 Modul 0 4vào/ 4a CPU 214 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5... định dạng TP070 cho màn hình cảm ứng 3.2 Những vấn đề thường gặp khi kết nối giữa PLC và máy tính - Các lỗi thường hay xảy ra  Sai tốc độ truyền thông  Sai địa chỉ trạm  Ðặt cáp PC/PP sai: kiểm tra cáp chuyển mạch DIP đặt trên cáp  Sai cổng truyền thông trên PC: kiểm tra cổng COM  PLC đang ở chế điều khiển: đặt PLC trở về chế độ STOP  Xung đột với các phần khác: tháo dây ra CPU khỏi mạng 3.3 Chọn... I2.2 I2.3 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Modul 1 8 vào Modul 2 3vào/ 1a analog I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 AIW 0 AIW 2 AIW 4 AQW 0 Modul 3 8 ra Modul 4 3vào/ 1ra Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7 AIW8 AIW12 AQW 4 Bảng 2.1: Địa chỉ của một số modul mở rộng trên CPU 214 2.4 Cấu trúc chương trình của S7-200 Có thể được lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm : Step 7 – micro... từ bộ đệm ảo ra ngoại vi 1 Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào 2.Thực hiện chương trình 3 Truyền thông và tự kiểm tra lỗi Hình 2.7: Vòng quét trong S7-200 Khi gặp lệnh vào/ ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào và ra Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt... (double word)  Vùng đối tượng Bao gồm các thanh ghi timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nên đọc/ghi được 2.3 Mở rộng cổng vào ra CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 modul (bao gồm modul số và modul tương tự) Có thể mở rộng cổng vào, ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích Địa chỉ... Lệnh ghi nội của bộ đệm 8 byte được chỉ thị trong lệnh bằng toán hạng t vào đồng hồ thời gian thực LAD Toán hạng T(byte) : VB , IB , QB , MB , SMB , *VD , *AC Bảng 2.11: Cú pháp sử dụng lệnh đọc, ghi dữ liệu với đồng hồ thời gian Chương III: Giới thiều phần mềm lập trình cho PLC S7-200 CHƯƠNG III GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC S7 200 3.1 Phần mềm  Phần mềm hổ trợ lập trình STEP 7/Micro/WIN 32... biểu diễn một chức năng của PLC Ví dụ: LD A LDN A OLD = I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 Q0.0 Để tạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của CPU S7-200 Ngăn xếp là một khối 9 bit chồng lên nhau, tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit thứ 2 của ngăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi (hoặc . 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. Kết nối modul với PLC Sau đây là địa chỉ của một số modul mở rộng trên CPU 214 CPU 214 Modul 0 4vào/ 4a Modul 1 8 vào Modul 2 3vào/ 1a analog Modul 3 8 ra Modul 4 3vào/ 1ra I0.0 Q0.0 I0.1. được xác định bởi một chương trình, chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng