Đang tải... (xem toàn văn)
bài làm tổng quan về máy PLC s7 300 do sinh viên trường Điện Lực làm
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình hội nhập và phát triển về mọi mặt:kinh tế,chính trị,xã hôi,khoa học kỹ thuật để tiến kịp với sự phát triển của thế giới.Đặc biệt là trong qúa trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì tự động hóa đóng một vai trò quan trọng đáp ứng các nhu cầu đề ra của nền sản xuất công nghiệp hiện đại:tốc độ sản xuất,chất lượng,giá thành,khấu hao máy móc.Với sự phát triển như ngày nay các ngành công nghiệp ngày càng ứng dụng mạnh mẽ các thành tựu của khoa học kỹ thuật đặc biệt là TỰ ĐỘNG HÓA. Trong những năm gần đây PLC ngày càng được sử dung rộng rãi và được coi như một giải pháp điều khiển lí tưởng cho việc tự động hóa trong công nghiệp. Nhận thức được tầm quan trọng đó và được sự giúp đỡ nhiều của thầy cô, chúng em tìm hiểu về PLC S7-300 để nâng cao hiểu biết về hệ thống tự động hóa. Bản đồ án của chúng em được trình bày theo bố cục: Chương 1: Giới thiệu PLC S7-300 Chương 2: Tổ chức bộ nhớ CPU Chương 3:Vòng quét chương trình PLC Chương 4: Cấu trúc chương trình Chương 5:Ngôn ngữ lập trình Quá trình thực hiện đồ án chúng em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo……Tuy vậy, trong quá trình tìm kiếm và tổng hợp chúng em còn nhiều hạn chế và thiếu xót, chúng em mong có được những ý kiến góp ý và giúp đỡ của thầy cô để bản đồ án được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện Hoàng Quang Cường Phạm Văn Cường CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PLC S7-300 1.1Tổng quan về PLC S7-300 1. Lịch sử phát triển PLC Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo ra từ ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968 nhằm thay thế những mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều khiển rời rạc cồng kềnh. Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC nổi bật nhất là điều khiển tuần tự theo chu kỳ và theo bít trên nền tảng của CPU. Thiết bị AMD 2901 và AMD 2903 trở nên ngày càng phổ biến. Lúc này phần cứng cũng phát triển: bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng hơn. Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông, khoảng 200 mét. Đến thập niên 80, bằng sự nỗ lực chuẩn hoá hệ giao tiếp với giao diện tự động hoá, hãng General Motors cho ra đời loại PLC có kích thước giảm, có thể lập trình bằng biểu tượng trên máy tính cá nhân thay vì thiết bị lập trình đầu cuối chuyên dụng hay lập trình bằng tay. Đến thập niên 90, những giao diện phần mềm mới có cấu trúc lệnh giảm và cấu trúc của những giao diện được cung cấp từ thập niên 80 đã được đổi mới. Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh (STL), sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD). Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Allen-Bradley, General Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon… PLC của Siemens gồm có các họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic S500/505. Mỗi họ PLC có nhiều phiên bản khác nhau, chẳng hạn như: Simatic S7 có S7-200, S7-300, S7-400… Trong đó mỗi loại S7 có nhiều loại CPU khác nhau như S7-300 có CPU 312, CPU 314, CPU 316, CPU 315-2DP, CPU 614… 2. Vai trò của PLC Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC được xem như một trái tim, với chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC. Nó điều khiển trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các thiết bị đầu ra. PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính chủ thông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp. 3. Ưu thế của việc dùng PLC trong tự động hoá Thời gian lắp đặt ngắn. Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không gây tổn thất. Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng. Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.Thích ứng trong các môi trường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện áp thay đổi,… Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle thì hệ thống điều khiển dùng PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo, và hiệu quả giải quyết bài toán cao. 1.2.Thiết bị điều khiển logic khả trình Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller) là loại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số.Như vậy, PLC là một bộ điều khiển gọn, nhẹ và dễ trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (với các PLC khác hoặc máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét (scan). M COIL VALE PS CPU SM: DI SM: DO FM SM: AI SM: AO IM CP Hình 1.1: Cấu trúc của PLC S7-300 Hình 1.2. Cấu trúc bên trong của PLC Để thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lí (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thong tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn phải có thêm một số khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời (Timer) … và những khối hàm chuyên dung. Ưu điểm của bộ điều khiển lập trình được so với điều khiển nối dây: Tính năng mở rộng: khả năng mở rộng xử lí bằng cách thay đổi chương trình lập trình một cách dễ dàng. Độ tin cậy cao. Cách kết nối các thiết bị điều khiển đơn giản. Hình dáng PLC gọn nhẹ. Giá thành và chi phí lắp đặt thấp. Phù hợp với môi trường công nghiệp. Các ứng dụng của PLC trong sản xuất và trong dân dụng: Điều khiển các Robot trong công nghiệp. Hệ thống xử lí nước sạch. Công nghệ thực phẩm. Công nghệ chế biến dầu mỏ. Công nghệ sản xuất vi mạch. Điều khiển các máy công cụ. Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất. Điều khiển thệ thống đèn giao thông. … 1.3.Các module của PLC S7-300 Để tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà cac bộ phận PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít phụ thuộc vào từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng có module chính (module CPU, module nguồn). Các module còn lại là những module truyền nhận tín hiệu với các đối tượng điều khiển, chúng được gọi là các module mở rộng.Tất cả các module đều được gá trên một thanh Rack. Module nguồn PS307 của S7-300 Module PS307 có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn xoay chiều 120/230V thành nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của PLC. Ngoài ra còn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các cảm biến và các cơ cấu tác động có công suất nhỏ. Module nguồn thường được lắp đặt bên trái hoặc phía dưới của CPU tuỳ theo cách lắp đặt theo bề ngang hoặc theo chiều dọc. Module nguồn PS307 có 3 loại: 2 A, 5A và 10 A. Mặt trước của module nguồn gồm có: Một đèn Led báo hiệu trạng thái điện áp ra 24 V. Một công tắc dùng để bật / tắt điện áp ra. Một nút dùng để chọn điện áp đầu vào là 120 VAC hoặc 230VAC. -Mặt sau của module gồm có các lỗ dùng để nhận điện áp vào và ra. Khối xử lý trung tâm (CPU) -Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông (RS485)… và có thể có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào ra số này được gọi là cổng vào ra onboard. -Trong họ PLC S7-300 các module CPU được đặt tên theo bộ vi xử lí có trong nó, như : module CPU312, module CPU314, module CPU315,… -Ngoài ra còn có các module được tích hợp sẵn cũng như các khối hàm đặt trong thư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào /ra onboard, được phân biệt bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ module CPU312 IFM, module CPU314 IFM… Bên cạnh đó còn có loại CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ nối mạng phân tán và kèm theo phần mềm tiện dụng tích hợp sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed port) trong tên gọi. Ví dụ: module CPU315-2DP, module CPU316-2DP. Module mở rộng cổng tín hiệu: Digital Input Module: Module mở rộng các cổng vào số, có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ các thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý, gồm có các module sau: SM 321 DI16xAC120 V SM 321 DI16xDC24 V SM 321 DI16x24VDC, interrupt SM 321 DI8xAC120/230V SM 321 DI32xDC24V,… Digital Output Module: Module mở rộng các cổng ra số, có nhiệm vụ xuất các tín hiệu từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi, một số loại module ra số: SM 322 DO16xAC120V/0.5A SM 322 DO16xDC24V/0.5A SM 322 DO 8xAC120/230V/1A, … Digital Input/ Output Module: module mở rộng các cổng vào/ra số. Tích hợp nhiệm vụ của hai loại module trên. Gồm có các loại sau: SM 323 DI16/DO16x24V/0.5A SM 323 DI8/DO8x24V/0.5A SM 323 DI8/DO8xDC24V/0.5A… Analog Input Module: Module mở rộng các cổng vào tương tự, có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tương tự từ bên ngoài thành các tín hiệu số để xử lý bên trong S7-300. Gồm các loại module sau: SM 331 AI2x12bit SM 331 AI8x12bit SM 331 AI8x16bit… Analog Output Module: Module mở rộng các cổng ra tương tự, có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu số bên trong S7-300 thành các tín hiệu tương tự để phục vụ cho quá trình hoạt động của các thiết bị bên ngoài. Gồm các loại module sau: SM 332 AO2x12bit SM 332 AO4x12bit SM 332 AO4x16bit… Analog Input/Output Module: là module tích hợp nhiệm vụ của hai loại trên. Gồm có: SM 334 AI4/AO2 SM 334 AI4/AO2x12bit SM 334 AI4/AO4x14/12bit… 4.4. Module ghép nối (Interface module-IM): Là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ ghép nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải được nối với nhau bằng module IM. Module IM gồm có các loại: IM 360 IM 361 IM 365 Các module mở rộng được chia thành 5 loại: PS (Power Supply): module nguồn là module tạo ra nguồn có điện áp 24Vdc cấp nguồn cho các module khác. Có 3 loại: 2A, 5A và 10A. Hình 1.2. Sơ đồ khối và sơ đồ đấu dây của module nguồn PS307;2A (6ES7307-1BA00-0AB) Đèn chỉ thị nguồn 24Vdc Đômino nối dây ngõ ra điện áp 24Vdc Cầu chì bảo vệ quá dòng Đôminô nói dây với điện áp 220Vac ON/OFF Switch 24 Vdc SM (Signal Module): Module mở rộng vào/ra, bao gồm: DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module. Hình 1.3.Sơ đồ đấu dây của Module Hình 1.4.Sơ đồ đấu day của module SM221; DI32 x DC 24V SM221; DI 32 x AC 120V (6ES7321-1BL00-0AA0) (6ES7321-1EL00-0AA0) Số thứ tự các ngõ vào số trong module Đèn chỉ thị mức logic Bus bên trong của module DO (Digital Output): module mở rộng cổng ra số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module. Hình 1.5.Sơ đồ đấu dây của module Hình 1.6.Sơ đồ đấu dây của module SM322; DO 32 x 24 VDC/0.5A; SM322; DO 16 x AC 120/230 V/1 A; (6ES7322-1BL00-0AA0) (6ES7322-1EL00-0AA0) Hình 1.7.Sơ đồ đấu dây của module Hình 1.8.Sơ đồ đấu dây của module SM 332; DO 16 x Rel. AC 120/230V; SM 332; DO 8 x Rel. AC 230V/5A; (6ES7322-1HH01-0A00) (6ES7322-5HF00-0AB0) Số thứ tự các ngõ vào số trong module Đèn chỉ thị mức logic Bus bên trong của Module DI/DO (Digital Input/Digital Output): module mở rộng cổng vào/ra số. Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy thuộc vào từng loại module. Hình 1.9.Sơ đồ đấu dây của module SM 323; DI 16/DO 16 x DC 24V/0.5A; (6ES7323-1BL00-0AA0) Số thứ tự các ngõ vào số trong module Đèn chỉ thị mức logic Bus bên trong của Module AI (Analog Input): module mở rộng cổng vào tương tự. Bản chất chúng là những bộ chuyển tương tự sang số (ADC). Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy từng loại module, số bit có thể là 8, 10, 12, 14, 16 tùy theo từng loại module. Ví dụ: Module SM 331; AI 2 x 12 bit; (6ES7331-7KB02-0AB0) Các dạng tín hiệu đọc được: Điện áp Dòng điện Điện trở Nhiệt độ Độ phân giải 12 bit: Hình 1.10.Sơ đồ đấu dây của module Hình 1.11.Sơ đồ đấu dây của module khi tín hiệu vào là điện áp khi tín hiệu là dòng điện Hình 1.12.Sơ đồ đấu dây của module Hình 1.13.Sơ đồ đấu dây của module khi tín hiệu vào là điện trở khi tín hiệu vào là Thermocouple AO (Analog Output): module mở rộng cổng ra tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi từ số sang tương tự (ADC). Số cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4 tùy thuộc từng loại module. [...]... năng điều khiển như : module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID… CP (Communication Processor): Module truyền thơng giữa PLC với PLC hay giữa PLC với PC 1.4.Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng Trong trạm PLC ln có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thơng qua bus nội bộ Ngay tại đầu vòng qt, các dữ liệu tại cổng vào của các module số (DI)... TRÚC CHƯƠNG TRÌNH Chương trình cho S7- 300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chương trình Ta có thể được lập trình với hai dạng cấu trúc khác nhau 4.1 Lập trình tuyến tính Tồn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ.Loại lập trình cấu trúc chỉ thích hợp cho những bài tốn tự động nhỏ, khơng phức tạp Khối được chọn là khối OB1 là khối mà PLC ln ln qt và thực hiện các lệnh... trong PLC. Thời gian vòng qt càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khối OB40, Ob80,… Chương trình của các khối đó sẽ thực hiện trong vòng qt chứ khơng bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạn khi một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thơng và kiểm tra nội bộ, PLC. .. (non volatine) dùng để lưu giữ tham số cấu hình trạm PLC như địa chỉ trạm (MPI address), tên các module mở rộng tất cả các phần bộ nhớ còn lại ở chế độ mặc định khơng có khả năng tự nhớ (nonretentive) Khi mất nguồn ni hoặc khi thực hiện cơng việc xóa bộ nhớ (MEES), tồn bộ nội dung của phần bộ nhớ retentive sẽ bị mất CHƯƠNG 3: VỊNG QT CHƯƠNG TRÌNH PLC PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng... sẽ được thực hiện khi có lỗi truyền thơng 9)OB100(Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽ được thực hiện khi có lỗi truy nhập module trong chương trình CHƯƠNG 5: NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH PLC S7- 300 có 3 ngơn ngữ lập trình cơ bản sau: Ngơn ngữ lập trình liệt kê lệnh STL (Statemen List) Đây là dạng ngơn ngữ lập trình thơng thường của máy tính Một chương trình được hồn chỉnh bởi sự ghép nối... OB1 Hình 4.1.Lập trình có cấu trúc Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối Xem những phần chương trình trong các khối như là những chương trình con thì S7- 300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau Số các lệnh gọi lồng nhau tuỳ thuộc vào từng chủng loại module CPU 4.3 Các khối OB đặc biệt 1) OB10 (Time of Day Interupt): chương trình trong khối OB10 sẽ...Hình 1.14.Sơ đồ đấu dây của module SM 332; AO 4 x 12 bit; (6ES7332-5HD01-0AB0) AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng vào/ra tương tự Số các cổng vào ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy thuộc loại module IM (Interface Module): Module kết nối Hình 1.15.Sơ đồ đấu dây của Module IM 365; (6ES7365-0BA01-0AA0) Đây là loại module dung để kết nối từng nhóm các module... tín hiệu ngắt gọi khối Ob nào đó mà khối OB này chưa kết thúc ở lần trước.Thời gian qt mặc định là 150ms 6)OB81 (Power Suply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện khi thấy xuất hiện lỗi về bộ nguồn ni 7)OB82 (Diagnostic Interupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện khi có sự cố từ các module mở rộng vào/ra Các module này phải là các module có khả năng tự kiểm tra mình (diagnostic... Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo Q tới các cổng ra số Vòng qt được kết thúc bằng giai đoạn truyền thơng nội bộ và kiểm tra lỗi Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng qt gọi là thời gian vòng qt (scan time) Thời gian vòng qt khơng cố định,tức là khơng phải vòng qt nào cũng thực hiên lâu, có vòng qt được thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh... ngữ lập trình Graph Đây cũng là dạng ngơn ngữ đồ họa, thích hợp cho những hệ thống tuần tự Ngơn ngữ lập trình SCL Đây là dạng ngơn ngữ cấp cao, thích hợp cho những người biết viết ngơn ngữ cấp cao Trong PLC có nhiều ngơn ngữ lập trình nhằm phục vụ cho các đối tượng sử dụng khác nhau Tuy nhiên một số chương trình viết trên ngơn ngữ LAD hay FBD có thể chuyển sang STL, nhưng ngược lại thì khơng Và trong . của thầy cô, chúng em tìm hiểu về PLC S7-300 để nâng cao hiểu biết về hệ thống tự động hóa. Bản đồ án của chúng em được trình bày theo bố cục: Chương 1: Giới thiệu PLC S7-300 Chương 2: Tổ chức. Hoàng Quang Cường Phạm Văn Cường CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PLC S7-300 1.1Tổng quan về PLC S7-300 1. Lịch sử phát triển PLC Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo ra. CPU SM: DI SM: DO FM SM: AI SM: AO IM CP Hình 1.1: Cấu trúc của PLC S7-300 Hình 1.2. Cấu trúc bên trong của PLC Để thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa