Bài 1: Tổng quan cấu trúc phần cứng của PLC S7 200. 1. PLC S7-200: PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ vi xử lý chuyên dụng nhằm mục tiêu điều khiển tự động tổ hợp các thiết bị điện hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp. Lập trình mềm dẻo Phối ghép đơn giản thuận tiện giữa hệ thống điều khiển và hệ thống động lực Với dòng PLC S7 - 200, SIEMEN có các họ CPU cơ bản sau: 212, 214, 216, 218. Với họ CPU này do có nhiều nhợc điểm không còn phù hợp với các hệ thống điều khiển hiện đại nên đã ít đợc sử dụng 222, 224, 226, 228. Đây là dòng CPU đợc sử dụng rất nhiều hiện nay vì tốc độ xử lý cao, kết cấu linh hoạt, hỗ trợ truyền thông mạnh, có cấp bảo vệ chịu đợc môi trờng công nghiệp nh rung, bụi, các nhiễu từ trờng b. Chu kì vòng quét của PLC: CPU S7.200 đợc thiết kế để thực hiện một chuỗi các công việc, lặp đi lặp lại. Việc thực hiện một cách có chu kì đợc gọi là chu kì vòng quét. Mỗi một vòng quét cơ bản của PLC mất từ 3ms - 10ms, tuỳ thuộc vào số lợng cũng nh kiểu lệnh viết trong chơng trình Trong 1 chu kì vòng quét, CPU thực hiện các nhiệm vụ sau: - Đọc các dữ liệu đầu vào. - Thực thi chơng trình. 1 - Xử lí các yêu cầu truyền thông - Tự chuẩn đoán lỗi. - Xuất kết quả đầu ra. a) Đọc dữ liệu đầu vào: Mỗi chu kì quét bắt đầu bằng việc đọc trạng thái vật lý (Input) của các đầu vào số và sau đó ghi trạng thái đó tới vùng nhớ đệm đầu vào IR (IR - Input Register). b) Thực thi chơng trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, (thực hiện chơng trình phần mềm), CPU thực hiện chơng trình, bắt đầu với câu lệnh đầu tiên cho tới câu lệnh sau cùng trong mỗi chu kì vòng quét, kết quả đợc lu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu ra (OR - Output Register) c) Xử lý các yêu cầu truyền thông (option): Nếu có yêu cầu truyền thông thì CPU xử lí tất cả các thông báo đợc nhận từ cổng truyền thông. Bên cạnh đó CPU kiểm tra chơng trình cơ sở và bộ nhớ chơng trình (chỉ trong chế độ RUN). c) và d) a) b) e) 2 d) Tự chẩn đoán lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong ROM, các vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng !"#$%&'() *+, -./ từ 32 đến 64Kb tuỳ theo loại CPU. 01(2" từ 16Kb đến 40Kb tuỳ theo loại CPU * Các thông số khác Mô tả CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 CPU 226XM Bộ nhớ chơng trình 2 Kwords 2 Kwords 4 Kwords 4 Kwords 8 Kwords Bộ nhớ dữ liệu 1 Kwords 1 Kwords 2.5 Kwords 2.5 Kwords 5 Kwords Đầu vào dữ liệu số I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7 Đầu ra số Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7 Đầu vào tơng tự (read only) AIW0 to AIW30 AIW0 to AIW62 AIW0 to AIW62 AIW0 to AIW62 Đầu ra tơng tự (write only) AQW0 to AQW30 AQW0 to AQW62 AQW0 to AQW62 AQW0 to AQW62 Vùng nhớ (V) VB0 to VB2047 VB0 to VB2047 VB0 to VB5119 VB0 to VB5119 VB0 to VB10239 Vùng nhớ (L) LB0 to LB63 LB0 to LB63 LB0 to LB63 LB0 to LB63 LB0 to LB63 Bit nhớ (M) M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7 Vùng nhớ (SM) Read only SM0.0 to SM179.7 SM0.0 to SM29.7 SM0.0 to SM299.7 SM0.0 to SM29.7 SM0.0 to SM549.7 SM0.0 to SM29.7 SM0.0 to SM549.7 SM0.0 to SM29.7 SM0.0 to SM549.7 SM0.0 to SM29.7 Rơ le thời gian Rơ le thời gian có nhớ 1 ms 10 ms 100 ms Rơ le Tgian On/Off 1 ms 10 ms 256 (T0 to T255) T0, T64 T1 to T4, and T65 to T68 T5 to T31, and T69 to T95 T32, T96 T33 to T36, and T97 to T100 256 (T0 to T255) T0, T64 T1 to T4, and T65 to T68 T5 to T31, and T69 to T95 T32, T96 T33 to T36, and T97 to T100 256 (T0 to T255) T0, T64 T1 to T4, and T65 to T68 T5 to T31, and T69 to T95 T32, T96 T33 to T36, and T97 to T100 256 (T0 to T255) T0, T64 T1 to T4, and T65 to T68 T5 to T31, and T69 to T95 T32, T96 T33 to T36, and T97 to T100 256 (T0 to T255) T0, T64 T1 to T4, and T65 to T68 T5 to T31, and T69 to T95 T32, T96 T33 to T36, and T97 to T100 CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 Số I/O số có sẵn trên CPU 6IN/4OUT 8IN/6OUT 14IN/10OUT 24IN/16OUT Số module tối đa có thể ghép nối Không có 2 module 7 module 7 module Số lợng I/O số tối đa 128IN 128OUT 128IN 128OUT 128IN 128OUT 128IN 128OUT Số lợng I/O Analog tối đa Không có 16IN 16OUT 32IN 32OUT 32IN 32OUT Các Counter/ Timer 256/256 256/256 256/256 256/256 3 100 ms T37 to T63, and T101 to T255 T37 to T63, and T101 to T255 T37 to T63, and T101 to T255 T37 to T63, and T101 to T255 T37 to T63, and T101 to T255 Bé ®Õm C0 to C255 C0 to C255 C0 to C255 C0 to C255 C0 to C255 Bé ®Õm tèc ®é cao HC0, HC3, HC4, and HC5 HC0, HC3, HC4, and HC5 HC0 to HC5 HC0 to HC5 HC0 to HC5 4 Bµi 2: Giíi thiÖu phÇn mÒm lËp tr×nh cho PLC S7-200 STEP 7-MicroWIN 32 V3.2. 1. PhÇn mÒm STEP7- MicroWIN32: 3(4(256787 Để một hệ thống PLC có thể thực hiện được một quá trình điều khiển nào đó thì bản thân nó phải biết được nó cần phải làm gì và làm như thế nào. Việc truyền thông tin về hệ thống ví dụ như quy trình hoạt động cũng như các yêu cầu kèm theo cho PLC người ta gọi là lập trình. Và để có thể lập trình được cho PLC thì cần phải có sự giao tiếp giữa người và PLC. Việc giao tiếp này phải thông qua một phần mềm gọi là phần mềm lập trình. Mỗi một loại PLC hoặc một họ PLC khác nhau cũng có những phần mềm lập trình khác nhau. Đối với PLC S7-200, SIEMEN đã xây dựng một phần mềm để có thể lập trình cho họ PLC loại này. Phần mềm này có tên là STEP7- MicroWIN32. Đây là một phần mềm chạy trên nền Windows 32bit, trải qua nhiều phiên bản khác nhau. Tài liệu này tập trung nói về STEP7- MicroWIN32 version 3.2. Ngoài việc phục vụ lập trình cho PLC S7-200, phần mềm này còn có rất nhiều các tính năng khác như các công cụ gỡ rối, kiểm tra lỗi, hỗ trợ nhiều cách lập trình với các ngôn ngữ khác nhau… Phần mềm này cũng đã được xây dựng một phần trợ giúp (Help) có thể nói là rất đầy đủ, chi tiết và tiện dụng. Người dùng có thể tra cứu các vấn đề về PLC S7-200 một cách rất nhanh chóng, rõ ràng và dễ hiểu. Để có thể thực hiện phần mềm lập trình STEP7- MicroWIN32 ta có 2 cách: Cách 1: Vào Start → Simatic → STEP7- MicroWIN32 V3.2.0 → STEP7- MicroWIN32. Cách 2: Chạy thông qua biểu tượng trên Desktop. 5 b. Mét sè thµnh phÇn quan träng: ..7*  Khi click chuột vào nút này ta sẽ trở về được vùng soạn thảo chương trình. Ở vùng này ta có thể thêm bớt các đầu vào/ra, các biến, các lệnh, hàm để thực hiện chương trình điều khiển. 77"((9 (:7.; (9,(: Ở đây ta có thể thay đổi cách mà máy tính truyền thông với PLC S7-200 (PPI, MPI, tốc độ truyền…) hoặc kiểm tra có hay không sự truyền thông giữa máy tính và PLC S7-200 (kiểm tra sự có mặt của PLC hay không). <7==>: Click chuột vào đây, ta sẽ được một bảng mà ở đó ta có thể định nghĩa các tên biến và đặt địa chỉ tương ứng cho các biến đó để có thể dễ nhớ và dễ kiểm tra.Các biến này có thể là các đầu vào/ra, các biến trung gian… Vùng soạn thảo chương trình Các khối hàm, lệnh Các khối chức năng Công cụ kết nối các lệnh Nút thay đổi trạng thái làm việc của PLC Down load/Upload Nút kiểm tra trạng thái của chương trình. Mở, tạo mới, lưu một CT điều khiển 6 - Khối hàm, lệnh: Đây là một trong những thành phần quan trọng nhất của STEP7- MicroWIN32. Nó bao gồm toàn bộ các lệnh và khối hàm của STEP7- Micro WIN32 để có thể tạo được một chương trình điều khiển cho PLC S7-200. Người dùng có thể tìm thấy các lệnh hoặc hàm mình cần dựa trên các nhóm có cùng chức năng mà STEP7- MicroWIN32 đã phân loại sẵn. Trong đó thường dùng nhất là các khối: + Bit Logic: bao gồm các lệnh làm việc với bit và thực hiện các phép toán logic như AND, OR, NOT… + Timer: đây là khối lệnh làm việc với các loại timer của S7-200. + Counter: đây là khối lệnh làm việc với các loại timer của S7-200 + Move: các khối lệnh dùng để di chuyển dữ liệu từ vùng nhớ này sang vùng nhớ khác của PLC. + Interger Math, Floating-Point Math: nhóm lệnh làm việc với số nguyên 16bit, 32bit và số thực. Nhóm lệnh này thực hiện các phép toán số học như +, -, ×, ÷… + Compare: bao gồm các khối lệnh dùng để so sánh dữ liệu như >, <, =, ≥, ≤ Ngoài ra còn các khối khác cũng rất quan trọng chúng ta có thể tham khảo thêm ở phần Help của STEP7- MicroWIN32. Để có thể biết một khối hàm hoặc lệnh làm việc như thế nào và điều kiện kèm theo chúng ta chọn khối hàm, lệnh đó và nhấn F1. c. Một số thao tác quan trọng: - Có 2 cách để tạo một chương trình mới: + Vào menu File à New. + Dùng biểu tượng trên thanh công cụ. - Lưu lại chương trình đã viết bằng cách: + Vào menu File à Save. 7 + Dùng biểu tượng trên thanh công cụ. - Để chèn một network mới: + Click chuột phải vào số thứ tự của network, chọn Insert à Network(s). + Dùng biểu tượng trên thanh công cụ. - Để xoá một network: chọn network + Click chuột phải vào network cần xoá, chọn Delete à Network(s). + Dùng biểu tượng trên thanh công cụ. - Để thêm một lệnh trong chương trình: Chọn vị trí của lệnh trong chương trình: + Tiếp theo chọn Instructions, chọn nhóm lệnh sẽ làm việc, double click vào lệnh cần dùng. + Dùng biểu tượng trên thanh công cụ. - Để PLC S7-200 có thể thực hiện được các chương trình điều khiển, người dùng phải Download chương trình xuống PLC. + Chọn File à Download. Và việc download có phím tắt là Ctrl+D. + Dùng ngay biểu tượng ở trên thanh công cụ - Khi trong PLC có sẵn một chương trình, người dùng cần đưa lên để kiểm tra, chỉnh sửa STEP7- MicroWIN32 cũng hỗ trợ việc Upload. + Chọn menu File à Upload. Phím tắt là Ctrl+U. + Dùng biểu tượng ở trên thanh công cụ. Cần phải lưu ý là để Upload hoặc Download chương trình cho PLC thì phải chắc chắn rằng PLC S7-200 đã được kết nối đến máy tính và việc truyền thông với máy tính đã được thiết lập. Hay nói cách khác máy tính phải nhận ra được sự tồn tại của PLC. Nếu không STEP7- MicroWIN32 sẽ báo lỗi. Khi kết nối thành công STEP7- MicroWIN32 sẽ đưa ra bảng thông báo các thành phần sẽ được download xuống PLC. Muốn download được thì phải chuyển PLC về trạng thái dừng (STOP) bằng cách nhấn nút STOP trên thanh công cụ. =,?:#5./7+-./?(8" (: *, Ph©n tÝch yªu cÇu c«ng nghÖ. 8 + Phân tích các yêu cầu chung của hệ thống (tức là xác định thành phần nào cần điều khiển, yêu cầu về thời gian, độ chính xác ). + Phân tích thứ tự tác động của các thành phần trong hệ thống. Hay nói cách khác là sự phân biệt thứ tự hoạt động của các thành phần trong hệ thống, cái nào trớc, cái nào sau và sự liên quan giữa chúng. + Phân tích bản chất của từng thành phần để xác định đợc các điều kiện liên quan mà chỉ phụ thuộc vào bản chất riêng của nó và kết hợp với toàn bộ với những phân tích trớc đó để có phơng pháp điểu khiển thích hợp. =*, Lập bảng địa chỉ cho các I/O. Từ các bớc phân tích về công nghệ cho ta biết sẽ có bao nhiêu I/O trong hệ thống, bản chất của các I/O (số, tơng tự, xung ) và ta sẽ xây dựng đ ợc một bảng các I/O cho toàn bộ hệ thống. Việc xây dựng bảng I/O phụ thuộc vào hệ thống và cấu hình PLC hoặc hệ PLC mà chúng ta định viết chơng trình điều khiển. Và việc gán địa chỉ cho các I/O của hệ thống phải tuân thủ những quy định của nhà cung cấp PLC. *,@ Lập giản đồ thời gian hoặc lu đồ thuật toán điều khiển. Đối với những hệ điều khiển tơng đối lớn và phức tạp thì bớc này rất quan trọng cho việc lập trình về sau này. Nó sẽ giúp cho ngời lập trình phân tích hệ thống điều khiển thành từng phần, sự liên quan và thứ tự tác động của chúng và từ đó sẽ cụ thể hoá đợc phơng án điều khiển trên chơng trình cho PLC. Còn đối với những hệ thống nhỏ không có quá nhiều các I/O thì ngời ta có thể xây dựng giản đồ thời gian tơng ứng cho từng I/O nằm trong tổng thể thứ tự và thời gian tác động của toàn bộ I/O của hệ thống. 4*,A Viết chơng trình điều khiển. Từ những gì đã có từ việc phân tích hệ thống và xây dựng lu đồ thuật toán hoặc giản đồ thời gian thì việc cụ thể hoá bằng ngôn ngữ lập trình và đa xuống PLC cũng rất quan trọng. ở đây ngời lập trình cũng phải tuân thủ những quy định của nhà sản xuất về việc lập trình cho loại PLC S7-200 của họ dẫn đến một số hạn chế nhất định trong việc thể hiện thuật toán. Và đôi khi cũng phải điều chỉnh lại thuật toán cho phù hợp với loại PLC mà mình đang có. 9 >*,B Chạy thử chơng trình và kiểm tra lỗi. Sau khi đã hoàn thiện chơng trình điều khiển và kiểm tra những lỗi có thể thấy đ- ợc nh các lỗi về cú pháp, về sự sai khác kiểu dữ liệu, về thời gian thì có thể download chơng trình xuống PLC để chạy thử. Việc chạy thử này nếu có thể thực hiện trên hệ thống thực tế là tốt nhất còn nếu không có thể chạy thử trên các phần mềm mô phỏng hoặc một hệ thống đợc xây dựng để mô phỏng lại hệ thống cần điều khiển. Từ việc kiểm tra các đáp ứng của hệ thống sau khi chạy thử thì ngời lập trình có thể kiểm tra lại toàn bộ thuật toán mà mình đã xây dựng từ đó chỉnh sửa lai chơng trình để đáp ứng đợc hoàn toàn các yêu cầu của hệ thống. 10 . cũng như các yêu cầu kèm theo cho PLC người ta gọi là lập trình. Và để có thể lập trình được cho PLC thì cần phải có sự giao tiếp giữa người và PLC. Việc giao tiếp này phải thông qua một phần. trình. Mỗi một loại PLC hoặc một họ PLC khác nhau cũng có những phần mềm lập trình khác nhau. Đối với PLC S7-200, SIEMEN đã xây dựng một phần mềm để có thể lập trình cho họ PLC loại này. Phần. Bài 1: Tổng quan cấu trúc phần cứng của PLC S7 200. 1. PLC S7-200: PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ vi xử lý chuyên dụng nhằm mục tiêu