bài giảng thí nghiệm đo lường và điều khiển bằng máy tính

MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM • Nắm bắt được cách sử dụng các lệnh cơ bản của PLC S7-200 • Nắm được phương pháp cấu hình và lập trình giao diện máy tính giao tiếp RS232 • Lập trình truyền thông n

THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU

KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH

BTN #2: TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP PC VỚI PLC

THÁNG 4 NĂM 2018

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG, KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

BTN 2: TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP GIỮA PC VỚI PLC

I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

• Nắm bắt được cách sử dụng các lệnh cơ bản của PLC S7-200

• Nắm được phương pháp cấu hình và lập trình giao diện máy tính giao tiếp RS232

• Lập trình truyền thông nối tiếp cho PLC S7-200

• Giải quyết bài toán đơn giản bằng PLC S7-200

• Lập trình giao diện kết nối, điều khiển và thu thập dữ liệu qua máy tính

qua chuẩn truyền RS232

II CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

• Sinh viên tìm hiểu cấu trúc bộ nhớ cũng như tập lệnh của PLC S7-200

thông qua các slide giáo viên đã gửi trước trên hệ thống e-learning

• Sinh viên tìm hiểu và lập trình thử các bài thí nghiệm trước khi đến lớp

• Phầm mềm lập trình PLC Step7-Micro/WIN

• Phần mềm lập trình giao diện Window form

III GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

Kít thí nghiệm được bố trí như Hình 1

Hình 1: Kit thí nghiệm S7 -200

PLC – s7 200

BT1

BT2

BT3

SW1 SW2 SW3

IN

OUT

- Các đèn led giao thông Xanh, Vàng, Đỏ của 2 trụ A và B lần lượt được nối với

các chân Q0.0 đến Q0.5 của PLC

- Các nút nhấn BT1 – BT3 được nối với các ngõ vào I0.0 – I0.2 của PLC

- Các công tắc SW1 – SW3 được nối với các ngõ vào I0.3 – I0.5 của PLC

- Giữa PLC và máy tính được nối với nhau qua cáp lập trình PPI và kết nối truyền

thông nối tiếp Free Port

IV THÍ NGHIỆM

A Bài Thí nghiệm 1: Làm quen với PLC S7-200

1 Thí nghiệm 1.1: Thực hiện bài toán điều khiển đèn giao thông với các thông số đèn: XA = 30s, VA = 3s, DA = 43s; XB = 40s, VB = 3s, DB = 33s

- Mở chương phần mềm lập trình Step 7 Microwin viết đoạn chương trình sau: TITLE=PROGRAM COMMENTS

Network 1 // Network Title

// Network Comment

LDN T40

LPS

TON T37, VW130

A T37

TON T38, VW132

LRD

A T38

TON T39, VW134

LPP

A T39

TON T40, VW136

************************

Network 2

LDN T37

= Q0.0

************************

Network 3

LD T37

AN T38

= Q0.1

************************

Network 4

LD T38

= Q0.2

************************

Network 5

LD T38

AN T39

= Q0.3

************************

Network 6

LD T39

= Q0.4

************************

Network 7

LDN T38

= Q0.5

************************

Network 8

LD SM0.0

MOVW 300, VW130

MOVW 30, VW132

MOVW 400, VW134

MOVW 30, VW136

- Sinh viên có thể chuyển từ STL sang Ladder bằng cách chọn View à Ladder trên thanh công cụ

- Giải thích chức năng của chương trình trên Tìm hiểu chức năng của SM0.0 ở Network 8 là gì? Nếu bỏ SM0.0 thì chương trình có biên dịch được hay không?

- Thực hiện biên dịch và nạp chương trình cho PLC theo cổng COM kết nối giữa PLC và máy tính

- Quan sát hoạt động của PLC và tín hiệu đèn giao thông

2 Thí nghiệm 1.2: Cải tiến chương trình của Thí nghiệm 1.1 hoạt động theo

các chế độ khác nhau: Khi người dùng bấm các nút khác nhau thì chương trình sẽ thay đổi thời gian của các đèn:

- Khi có cạnh lên BT1, đèn hoạt động theo chu kỳ XA = 30s, VA = 3s, DA = 43s;

XB = 40s, VB = 3s, DB = 33s

- Khi có cạnh lên BT2, đèn hoạt động theo chu kỳ XA = 60s, VA = 5s, DA = 65s;

XB = 60s, VB = 5s, DB = 65s

- Khi có cạnh lên BT3, đèn VA và VB nhấp nháy với chu kì 1s (500 ms mở, 500

ms tắt), các đèn còn lại tắt hoàn toàn

- Quy ước 3 chế độ hoạt động ở trên lần lượt là Mode 1, Mode 2, Mode 3 (để thuận lợi khi diễn giải cho phần thí nghiệm sau)

** Sinh viên lập trình và báo cáo kết quả cho GVHD

3 Thí nghiệm 1.3: Lập trình tính toán thời gian đếm ngược của các trụ đèn

A và B:

- Trong trường hợp hệ thống đang chạy ở Mode 1 hoặc Mode 2, sinh viên lập trình tính toán thời gian đếm ngược của các trụ đèn tính theo đơn vị giây Kết quả tính

toán lần lượt được lưu vào các thanh ghi theo quy ước:

VB120 Chữ số hàng chục hiển thị ở trụ A

VB121 Chữ số hàng đơn vị hiển thị ở trụ A

VB122 Chữ số hàng chục hiển thị ở trụ B

VB123 Chữ số hàng đơn vị hiển thị ở trụ B

- Trong trường hợp hệ thống đang chạy ở Mode 3, các thanh ghi VB120 đến

VB123 đều có giá trị là 32

- Gợi ý: Sử dụng phép trừ với đầu vào là các ô nhớ VW130 đến VW136 và các

thanh ghi T37 đến T40 một cách hợp lý để tính ra giá trị đếm ngược

** Sinh viên lập trình và báo cáo kết quả cho GVHD

B Thí nghiệm 2: Giao tiếp giữa PC và PLC sử dụng ngắtnhận ký tự, truyền thông qua PORT 0, giao thức “9600, N,8,1”

1 Thí nghiệm 2.1: Thực hiện Liên kết đơn giản giữa PLC và PC

Bài toán:

- Yêu cầu: Thực hiện chương trình cho phép điều khiển tắt, mở động cơ từ Panel (bấm BT1 thì động cơ chạy, bấm BT2 thì động cơ dừng, dùng Q0.0 để mô phỏng tín hiệu động cơ) Trạng thái của động cơ được truyền lên máy tính thông qua giao tiếp nối tiếp giữa PORT 0 của PLC và cổng COM trên máy tính Ngoài ra, trên giao diện người dùng cũng cho phép tắt, mở động cơ thông qua các nút bấm (Khi người dùng bấm nút “MOTOR ON” thì động cơ chạy, bấm nút “MOTOR OFF” thì động cơ dừng)

Hình 2: Màn hình giao diện điều khiển trên máy tính

- Quy định truyền thông:

o Khi bấm nút “MOTOR ON”: Máy tính truyền xuống PLC ký tự ‘A’

o Khi bấm nút “MOTOR OFF”: Máy tính truyền xuống PLC ký tự ‘B’

o Khi động cơ chuyển từ trạng thái dừng sang chạy (người dùng bấm nút BT1 trên Panel hoặc có bản tin ‘A’ truyền về PLC): PLC truyền về máy tính ký tự ‘A’ và hình tròn giao diện hiển thị màu đỏ

o Khi động cơ chuyển từ trạng thái chạy sang dừng (người dùng bấm nút BT2 trên Panel hoặc có bản tin ‘B’ truyền về PLC): PLC truyền về máy tính ký tự ‘B’ và hình tròn giao diện hiển thị màu trắng

- Thực hiện thí nghiệm

Chương trình giao diện máy tính: SV có thể tham khảo chương trình dưới:

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Threading.Tasks;

using System.Windows.Forms;

namespace WindowsFormsApplication1

{

public partial class Form1 : Form

{

{

InitializeComponent();

}

{

}

{

}

{

}

{

data = serialPort1.ReadExisting();

}

{

textBox1.Text = data.Trim();

{

ovalShape1.BackStyle =

}

{

ovalShape1.BackStyle =

}

}

}

Chương trình PLC

Mở một chương trình mới trong phần mềm STEP7 MicroWIN, vào tab Main, viết đoạn chương trình sau:

TITLE=PROGRAM COMMENTS

Network 1 // Network Title

// Network Comment

LD SM0.1

MOVB 16#09, SMB30 (Note: thiết lập truyền thông “9600,N,8,1”)

ATCH INT0, 8 (Note: Khai báo ngắt nhận ký tự)

ENI

Network 2 (Note: đoan lệnh điều khiển motor ON/OFF bởi Panel và Giao diện)

LD I0.0

O Q0.0

O M0.0

AN I0.1

AN M0.1

= Q0.0

Network 3

LD M0.0

R M0.0, 1

Network 4

LD M0.1

R M0.1, 1

Network 5 (Note: đoạn lệnh thiết lập nội dung truyền về PC, ký tự A thuôc vùng nhớ VB100; ký

tự B thuộc vùng nhớ VB102)

LD SM0.1

MOVB 1, VB100

MOVB 'A', VB101

MOVB 1, VB102

MOVB 'B', VB103

Network 6 // (Note: khi motor ON thì truyền về ký tự A”, khi motor OFF thì truyền về ký tự B”)

LD Q0.0

LPS

EU

XMT VB100, 0

LPP

ED

XMT VB102, 0

LD Q0.0

XMT VB100, 0

LDN Q0.0

XMT VB102, 0

Vào tab INT0, viết đoạn chương trình kiểm tra thông tin nhận từ PC như sau:

TITLE=INTERRUPT ROUTINE COMMENTS

Network 1 // Network Title

// Network Comment

LDB= SMB2, 'A'

S M0.0, 1

Network 2

LDB= SMB2, 'B'

S M0.1, 1

- Nạp chương trình PLC, kiểm tra hoạt động của chương trình và kết

quả điều khiển từ máy tính và trả lời các câu hỏi bên dưới:

- Chú ý:

o PLC: Để đảm bảo kết nối nạp chương trình, PLC phải để ở mode

Stop; khi khi nạp chương trình xong thì chuyển lại qua chế độ Run

o Phần mềm giao diện: tắt Microwin trước khi chạy giao diện tránh

hiện tượng chiếm quyền của Microwin

- Câu hỏi:

a Tìm hiểu lệnh XMT trong tập lệnh lập trình PLC S7-200, giải thích ý

nghĩa các phép gán của Network 5

b Chương trình trong tab INT0 dùng để làm gì? Khi nào thì đoạn chương

trình này được thực thi?

c Giải thích toàn bộ chương trình được nạp vào PLC S7-200

d Vì sao trong chương trình giao diện máy tính cần phải sử dụng cấu trúc

ủy nhiệm (delegate)? Nói cách khác, nếu không sử dụng cấu trúc này

mà gọi thẳng chương trình con si_DataReceived khi xử lý sự kiện của Serial Port có thể xảy ra vấn đề gì?

e Trong một số trường hợp, khi người dùng bấm “MOTOR ON” trên giao diện máy tính thì dữ liệu PLC gửi về bị lỗi, vòng tròn trên giao diện không chuyển thành màu đò Sinh viên giải thích lý do và nêu phương án giải quyết

2 Thí nghiệm 2.2: thực hiện cải tiến bài toán điều khiển đèn giao thông

của thí nghiệm 1.3 (hoặc 1.2) và quan sát trên giao diện Sinh viên nên giải quyết từng yêu cầu dưới đây:

Yêu cầu 1: Từ chương trình đèn giao thông (thí nghiệm 1.3 hoặc 1.2), hiển thị

trạng thái hiện tại của các đèn giao thông lên giao diện máy tính:

Gợi ý:

- Các trụ đèn giao thông chỉ có tối đa 6 trạng thái (sinh viên tự liệt kê) Như vậy đơn giản nhất hãy kí hiệu 6 trạng thái đó lần lượt là A, B, C, D, E, F Hiện tại trụ đèn đang ở trạng thái nào thì gửi kí tự tương ứng lên máy tính

- Frame truyền chỉ cần 1 byte duy nhất

- Có thể sử dụng cấu trúc ovalShape ở thí nghiệm 2.1 để hiển thị trạng thái các đèn

Yêu cầu 2: Hiển thị thêm giá trị thời gian đếm ngược của các đèn lên giao diện

máy tính

Gợi ý:

- Mở rộng frame truyền từ 1 byte lên 5 byte, trong đó 4 byte cộng thêm chính

là 4 chữ số đếm ngược ở 2 trụ

- Chú ý để chuyển từ số sang mã ASCII, phải cộng thêm 48

- Chú ý trong Mode 3, không hiển thị số đếm, như vậy phải gửi kí tự “space” lên máy tính

Yêu cầu 3: Cho phép người dùng chọn Mode từ giao diện điều khiển

Gợi ý: Có thể gửi các kí tự “1”, “2”, “3” từ máy tính xuống để chọn Mode tương

ứng

Nội dung Báo cáo thí nghiệm:

- Giải thuật và Chương trình PLC các thí nghiệm 1.2, 1.3 và 2.2, giải thích hoạt động?

- Kết quả thực hiện, giao diện điều khiển trên PC của thí nghiệm 2.1 và 2.2

- Đề xuất các phương án khác cho thí yêu cầu bài toán ở thí nghiệm 2.2

Bảng nhận xét, đánh giá của GV Thông tin Sinh viên:

Nhóm:

Họ và Tên SV:

MSSV:

Các Nhiệm vụ và nội dung thực hiện trong buổi thí nghiệm:

Đánh giá của GV:

1 Chuẩn bị Bài TN

2 Mức đô hoàn thành BTN

3 Mức độ nắm bắt nội dung thí nghiệm

4 Mức độ giải quyết các bài toán trực tiếp của GVHD

5 Nội dung báo cáo thí nghiệm

6 Mức độ trả lời các câu hỏi trong BTN

7 Tính sáng tạo của giải thuật đề xuất

8 Liên kết giữa các thành viên trong nhóm

Các ý kiến khác: