Logo PLC s7 200 , PLC s7 1200

Một số kí hiệu dùng để biết đặc tính của sản phẩm: 12: Nguồn cung cấp là 12VDC 24: Nguồn cung cấp là 24VDC 230: Nguồn cung cấp khoảng 115…..240 VACDC R: Ngõ ra là Relay. Nếu dòng thông tin không chứa kí tự này nghĩa là ngõ ra của sản phẩm là Transistor. C: Sản phẩm có tích hợp cá hàm thời gian thực. O: Sản phẩm không có màn hình hiện thị. DM: Modul digital AM: Modul Analog CM: Modul truyền thông Đối với ngõ ra dạng relay: + Ta có thể kết nối nhiều dạng tải khác nhau ngõ ra: motor, contactor, relay... + Tải thuần trở: tối đa 10A + Tải cảm: tối đa 3A. Đối với ngõ ra dạng transistor: tối đa 3A.

Bài 1: Lắp đặt hệ thống điều khiển tự động dùng Logo

1 Khái niệm chung

Trước khi sử dụng LOGO, ta phải biết một số thồn tin cơ bản về sản phẩm cũngnhư cấp điện áp sử dụng, ngõ ra là Relay hay Transistor… các thông tin cơ bản đấy cóthể tìm thấy ngay ở góc dưới bên trái của sản phẩm

Một số kí hiệu dùng để biết đặc tính của sản phẩm:

- 12: Nguồn cung cấp là 12VDC

- 24: Nguồn cung cấp là 24VDC

- 230: Nguồn cung cấp khoảng 115… 240 VAC/DC

- R: Ngõ ra là Relay Nếu dòng thông tin không chứa kí tự này nghĩa là ngõ ra của sảnphẩm là Transistor

- C: Sản phẩm có tích hợp cá hàm thời gian thực

O: Sản phẩm không có màn hình hiện thị

- DM: Modul digital

- AM: Modul Analog

- CM: Modul truyền thông

- Đối với ngõ ra dạng relay:

+ Ta có thể kết nối nhiều dạng tải khác nhau ngõ ra: motor, contactor, relay

+ Tải thuần trở: tối đa 10A

+ Tải cảm: tối đa 3A

- Đối với ngõ ra dạng transistor: tối đa 3A

2 Sơ đồ kết nối Logo với thiết bị ngoại vi

- Sơ đồ kết nối ngõ ra dạng rơle

- Sơ đồ kết nối ngõ ra dạng Transistor

- Sơ đồ kết nối với modul analog output LOGO! AM 2 AQ

Các hàm lập trình trong LOGO được chia thành 4 danh sách sau đây:

C0: Danh các điểm liên kết(bit M, các ngoc input, output ) các hằng số

GF: Danh sách các hàm cơ bản AND, OR

- Ngõ vào analog: Đối với các version LOGO! 24, LOGO! 24o, LOGO!

12/24RC và LOGO! 12/24Rco, các ngõ vào I7, I8 có thể được lập trình để sử dụngnhư hai kênh vào analog AI1, AI2

- Ngõ ra số: Ngõ ra số được xác định bởi kí tự bắt đầu là Q (Q1, Q2, … Q16)

- Ngõ ra analog: Ngõ ra analog được bắt đầu bởi ký tự AQ, LOGO chỉ chophép tối đa 2 ngõ vào analog là AQ1 và AQ2

-Cờ Start up: Trong LOGO, bit M8 tự động được set lên 1 trong chu kỳ quétđầu tiên Vì vậy, ta có thể sử dụng bit này như 1 cờ Start up Sau chu kỳ quét đầu tiên,bit M8 sẽ được reset về 0 Ngoài ra, bit M8 cũng có thể được sử dụng như một bit nhớthông thường trong chương trình

- Thanh ghi dịch bit:

LOGO! cung cấp 8 thanh ghi dịch bit từ S1 đến S8 Đây là các thanh ghi chỉđọc Nội dung của thanh ghi dịch bit chỉ có thể được định nghĩa lại bằng hàm đặc biệt(SF) “shift register”

- Mức hằng số: Mức tín hiệu được thiết kế ở 2 mức: Hi = 1: mức cao Lo = 0:mức thấp

- Hở kết nối: Các kết nối không sử dụng có thể được định nghĩa bởi x

Các hàm cơ bản (BF)

LOGO! có các hàm cơ bản sau:

- Cổng AND: ngõ ra của hàm AND bằng 1 khi tất cả các ngõ vào bằng 1 Bảng logic cổng AND như sau:

- Cổng AND: ngõ ra của hàm AND bằng 1 khi tất cả các ngõ vào

bằng 1 Bảng logic cổng AND như sau:

- Cổng AND lấy cạnh xung lên: Ngõ ra bằng 1 trong 1 chu kỳ quét tại thời điểm đầu tiên mà cả 4 ngõ vào cùng bằng 1 Ngõ vào không sử dụng ta có thể sử dụng

ký hiệu x (x=1) Giản đồ thời gian:

- Cổng NAND:Ngõ ra cổng NAND chỉ bằng 0 khi tất cả ngõ vào cùng bằng

1 Bảng logic cổng NAND:

- Cổng NOR: Ngõ ra cổng NOR bằng 1 nếu tất cả ngõ vào cùng bằng 0 Ngõ vào không sử dụng ta có thể dùng ký hiệu x (x=0) Bảng logic cổng NOR:

- Cổng XOR: Ngõ ra cổng XOR bằng 1 khi mức logic của 2 ngõ vào khác nhau.Ngõ vào không sử dụng ta có thể dùng ký hiệu x (x=0).

- Bảng logic cổng XOR:

-Cổng NOT: Bảng logic cổng NOT:

Các hàm đặc biệt (SF: special functions)

Các hàm đặc biệt có trong LOGO được liệt kê trong bảng sau:

Rem: thông số này dùng để chọn đặc tính retentive (nhớ) on hay off On: retentiveOff: non retentive

- Nếu đặc tính retentive được chọn thì khi có nguồn lại, trạng thái tín hiệu trướckhi mất nguồn được đặt trở lại vào ngõ ra

- Giản đồ thời gian:

- Mô tả: Ngõ ra Q được set ngay lập tức khi Trg thay đổi từ 0 lên 1 Thời gianhiện hành Ta sẽ được khởi động lại khi Trg chuyển từ 1 xuống 0, ngõ ra Q vẫn còn đượcset Ngõ ra Q sẽ được reset về 0 khi Ta đạt tới thời gian T (Ta=T) Thời gian Ta bị resetkhi có một cạnh lên ở chân Trg Khi ngõ vào R chuyển từ lên 1 thì thời gian Ta và ngõ ra

sẽ bị reset

- Thời gian TH được khởi động khi ngõ vào Trg chuyển từ 0 lên 1 Nếu ngõ Trgđược giữ cho đến hết thời gian TH thì ngõ ra Q sẽ được set lên 1.

- Thời gian TH sẽ bị reset khi ngõ vào Trg chuyển xuống mức 0 khi chưa hếtthời gian TH

- Sự chuyển mức từ 1 xuống 0 sẽ khởi động TL Nếu ngõ Trg được giữ cho đếnhết thời gian TL thì ngõ ra Q sẽ được reset về 0

- Thời gian TL sẽ bị reset khi ngõ vào Trg chuyển lên mức 1 khi chưa hết thờigian TL

- Nếu tính năng retentive không đươc chọn thì khi mất nguồn, ngõ ra Q và thời gian TH, TL bị reset

*On-delay có nhớ

- Giản đồ thời gian:

- Mô tả: Thời gian Ta được khởi động khi ngõ vào Trg chuyển từ 0 lên 1 Ngõ

ra Q được set khi Ta=T Từ lúc này, sự thay đổi giá trị ở Trg không ảnh hưởng đến giá trịcủa ngõ ra.

Ngõ ra và thời gian Ta bị reset khi có tín hiệu 1 ở chân R

Nếu tính năng retentive không đươc chọn thì khi mất nguồn, ngõ ra Q và thời gian

Ta bị reset

- Ngõ vào Trg chuyển từ 0 lên 1 sẽ set ngõ ra Q và khởi động thời gian Ta

- Ngõ ra Q reset khi Ta=T hoặc ngõ vào Trg chuyển xuống 0 mà chưa hết thời gian T

- Nếu tính năng retentive không đươc chọn thì khi mất nguồn, ngõ ra Q và thời gian Ta bị reset

* Relay thời gian lấy cạnh xung lên

*

-Giản đồ thời gian:

Sự chuyển mức từ 0 lên 1 của ngõ vào Trg sẽ khởi động thời gian TL Hết thờigian TL, ngõ ra được set và khởi động thời gian TH Hết thời gian TH, ngõ ra bị reset vàchu kỳ TL/TH được khởi động lại nếu số xung đặt N>1.

Nếu chưa hết chu trình mà ngõ Trg được kích trở lại thì thời gian Ta bị reset vàchu trình được khởi động lại

Nếu tính năng retentive không đươc chọn thì khi mất nguồn, ngõ ra Q và thời gian

Ta bị reset

Phần mềm mô phỏng LOGO! Soft comfort

Để lập chương trình cho logo có thể lập trình trưc tiếp trên modun cơ sở hoặc

dùng phần mềm chuyên dụng LOGO! Soft comfort.để lập trình trên máy tính.

Các ứng dụng trong điều khiển động cơ và ứng dụng khác trong công nghiệp

Tưới cây trong nhà kính

Yêu cầu: - LOGO! có thể sử dụng cho việc điều khiển tưới cây trong nhà kính Có

3 loại cây khác nhau Loại 1 sống trong nước, cần phải duy trì mực nước trong 1 khoảng

cố định Loại 2 cần được tưới nước trong khoảng 3 phút vào mỗi buổi sáng và tối Loại 3tưới vào mỗi tối cách nhau 2 ngày

Giải pháp: Đối với loại 1: ta dùng 2 ngõ I1 và I2 để nhận biết mức cao và thấp củamực nước

Đối với loại 2: ta dùng hàm “định ngày giờ trong tuần” để cài đặt thời gian (cho tất

cả các ngày) như sau:

Buổi sáng: ON 6:00 OFF 6:03 Buổi tối : ON 20:00OFF 20:03

Đối với loại 3: ta cũng dùng I3 để cảm nhận buổi tối (dùng cảm biến ánh sáng).Các biến dùng trong LOGO như sau:

I1: cảm biến mức cao của mực nước ( công tắc thường đóng)

I2: cảm biến mức thấp của mực nước ( công tắc thường hở)

I3: cảm biến ánh sáng (công tắc thường hở)

I4: switch chọn chế độ tự động

Q1: điều khiển van selenoid cho mực nước cho loại 1

Q2: điều khiển van selenoid cho việc tưới nước loại 2

Q3: điều khiển van selenoid cho việc tưới nước loại 3

* Sơ đồ kết nối ngõ ra

Bài 2: Lắp đặt hệ thống điều khiển tự động dùng PLC S7-200

1 Khái niệm chung

* Ưu nhược điểm của PLC so với các bộ điều khiển khác.

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thốngđiều khiển cũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiểndùng PLC có nhiều ưu điểm như sau:

- Giảm 80% Số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửachữa được nhanh chóng và dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình(máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không cóyêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập

- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổđiển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạnchế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất

- Chi phí lắp đặt thấp

- Độ tin cậy cao

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

* Cấu tạo các khối chức năng của phần cứng CPU.

- Thông thường, để tăng tính mềm dẻo trong 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 các bộ điều khiểnPLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình Chúng được chianhỏ thành các modul Số các Modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theotừng yêu cầu công nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một Modulchính là các modul CPU, các modul còn lại là các modul truyền nhậntín hiệu đối với đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyêndụng như PID, điều khiển động cơ, Chúng được gọi chung là Modul

mở rộng Tất cả các modul được gá trên những thanh ray (RACK).

- Modul CPU:

Là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời

gian, bộ đếm, cổng truyền thông (chuẩn tryền RS485) và có thể còn có

một vài cổng vào ra số (Digital) Các cổng vào ra có trên modul CPUđược gọi là cổng vào ra onboard

Trong PLC S7-300 có nhiều loại modul CPU khác nhau Nói

chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như: CPU312,modul CPU 314, Modul CPU 315, Những modul cùng sử dụng mộtloại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như cáckhối làm việc đặc biết được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điềuhành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phânbiệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM(Intergated Function Module) ví dụ CPU 312IM, modul CPU 314 IFM.

Ngoài ra có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông,trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là việc phục vụnối mạng phân tán Tất nhiên được cài sẵn trong hệ điều hành các loạiModul CPU đựơc phân biệt với các CPU khác bằng thêm cụm từ DPtrong tên gọi Ví dụ Modul CPU 315-DP

* Các phép toán nhị phân và các phép toán số của PLC.

VD: uk= 259 được biểu diễn nhờ 3 con số: 2, 9,5 và cách biểudiễn đó được hiểu Uk= 2.102 + 5.101 +9.100

- Một cách tổng quát khi biểu diễn hệ cơ số 10, uk có dạng

Biểu diễn uk=205 thành 1 byte gồm 8 bít:

00 00 0 0 0 0 1 1 00 1 1 0 1

1 1 0 1

0 1 0 0

0 1 1 1 1 0

và tham số hi, i= 0, 1, 2,…, n sang hệ cơ số 2 Do mỗi tham số

có 16 giá trị nên người ta cũng chỉ cần 16 bit là đủ để biểu diễn chúng

VD Số nguyên dương uk = 7723 trong hệ cơ số 10, khi chuyển

sang hệ cơ số 16 sẽ là: 1E2B vì

7723 = 1.163 +14.162 + 2.16 + 11

Do đó dạng Hexa decimal của nó sẽ như sau: Dạng Hexa

decimal của số nguyên 7723

1 E 2

B

Mã BCD của số nguyên dương

Ta đã biết Hexa decimal là kiểu sử dụng biến 2 trị để thể hiện

các chữ số hi, i= 0,1,2,…,n Khi uk được biểu diễn trong hệ cơ số 16

Hoàn toàn tương tự mã BCD là dạng dùng biến 2 trị thể hiện những chữ

số 0≤ ai ≤ 9, i= 0,1,2,…,n Khi biểu diễn uk trong hệ cơ số 10 theo công

thức

uk= an10n + an-110n-1 + … + a1101 + a0100

VD uk= 259 được biểu diễn nhờ 3 con số: 2, 9,5 và do đó mã

BCD của nó có dạng như sau:

Mã BCD của số nguyên 259

Các phương pháp biểu diễn đại lượng trong PLC

Biểu diễn số thập phân bằng số nhị phân

Trong PLC thì mỗi số thập phân thường được biểu diễn bằng

một dẫy số nhị phân 16 bít Để biểu diễn như vậy, người ta thường làm

như sau: Lấy số thập phân chia liên tiếp cho 2 sau đó lấy phần dư theo

thứ tự ngược lại Nếu dãy này chưa đủ 16 bít thì ta lấy thêm số số

không vào

VD (17)10 = (0000.0000.0001.0001)2

Như trên ta theo việc biểu diễn một số thập phân bằng dẫy số nhị

phân là rất dài và mất thời gian Vì vậy người ta có cách biểu diễn số

thập phân đơn giản hơn Đĩ là dạng BCD và được dùng phổ biến trongcác dạng PLC Cách biểu diễn đĩ như trên đã trình bày.

* S7_200: Dòng sản phẩm trung cấp, được

sử dụng trong những ứng dụng trung bình với số lượng I/O vừa phải (khoảng 128 ),đối với dòng sản phẩm S7_200 này đã được tích hợp đầy đủ những hàm toán cho tất cả những ứng dụng cần thiết cho mọi hệ thống tự động,ngôn ngữ cũng như giao diện lập trình dễ hiểu ,thân

thiện,giúp cho mọi người đều có thể dễ dàng tiếp cận.Tuy nhiên,thông thường S7-200 vẫn được sử dụng cho những ứng dụng riêng lẻ,còn trường hợp muốn mở rộng mạng thì vẫn nên sửdụng S7_300

Ứng dụng : Trong các nghành đá,Bê tông ,Gốm sứ,Ximăng,sắt thép…… Có thể sử dụng cho hệ thống SCADA nhỏ ( kết nối S7_200 với máy tính thông qua PC Access,để có thể truy cập và quản lí dữ liệu : Trạm trộn Bê Tông….)

2 Sơ đồ kết nối PLC S7-200 với thiết bị ngoại vi

Việc kết nối dây giữa PLC với ngoại vi rất quan trọng Nĩ quyết định đến việc PLC cĩ thể giao tiếp được với thiết bị lập trình (máy tính)cũng như hệ thống điều khiển cĩ thể hoạt động đúng theo yêu cầu đượcthiết kế hay khơng Ngồi ra việc nối dây cũng liên quan đến an tồn cho PLC cũng như hệ thống điều khiển

2.1    Giới thiệu CPU 224 và cách kết nối với thiết bị ngoại vi

Sơ đồ bề mặt của bộ điều khiển lập trình S7-200 CPU 224 được cho như hình 5.1

Để cho bộ điều khiển lập trình này hoạt động được thì người sửdụng phải kết nối PLC với nguồn cung cấp và các ngõ vào ra của nóvới thiết bị ngoại vi Muốn nạp chương trình vào CPU, người sử dụngphải soạn thảo chương trình bằng các thiết bị lập trình hoặc máy tínhvới phần mềm tương ứng cho loại PLC đang sử dụng và có thể nạp trựctiếp vào CPU hoặc copy chương trình vào card nhớ để cắm vào rãnhcắm card nhớ trên CPU của  PLC Thông thường khi lập trình cũng nhưkhi kiểm tra hoạt động của PLC thì người lập trình thường kết nối trựctiếp thiết bị lập trình hoặc máy tính cá nhân

Với PLC Như vậy, để hệ thống điều khiển khiển bằng PLC hoạtđộng cũng như lập trình cho nó, cần phải kết nối PLC với máy tínhcũng như các ngõ vào ra với ngoại vi

2.2  Kết nối với máy tính

Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có các cổng giaotiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp Tuynhiên đối với máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổiPC/PPI Có 2 loại cáp chuyển đổi là cáp RS-232/PPI Multi-Master vàcáp USB/PPI Multi-Master

- Cáp RS-232/PPI multi-master:

Hình dáng của cáp và công tắc chọn chế độ truyền được cho ở hình 5.2

Tùy theo tốc độ truyền giữa máy tính và CPU mà các công tắc1,2,3 được để ở vị trí thích hợp Thông thường đối với CPU 22x thì tốc

độ truyền thường đặt là 9,6 KBaud (tức công tắc 123 được đặt theo thứ

tự là 010)

Tùy theo truyền thông là 10 Bit hay 11 Bit mà công tắc 7 đượcđặt ở vị trí thích hợp Khi kết nối bình thường với máy tính thì công tắc

7 chọn ở chế độ truyền thông 11 Bit (công tắc 7 đặt ở vị trí 0)

Công tắc 6 ở cáp RS-232/PPI Multi-Master được sử dụng để kếtnối port truyền thông RS-232 của một modem với S7-200 CPU Khi kếtnối bình thường với máy tính thì công tắc 6 được đặt ở vị trí dataComunications Equipment (DCE) (công tắc 6 ở vị trí 0) Khi kết nốicáp PC/PPI với một modem thì port RS-232 của cáp PC/PPI được đặt ở

vị trí Data Terminal Equipment (DTE) (công tắc 6 ở vị trí 1)

Công tắc 5 được sử dụng để đặt cáp RS-232/PPI Multi-Masterthay thế cáp PC/PPI hoặc hoạt động ở chế độ Freeport thì đặt ở chế độPPI/Freeport (công tắc 5 ở vị trí 0) Nếu kết nối bình thường là PPI(master) với phần mềm STEP 7 Micro/Win 3.2 SP4 hoặc cao hơn thìđặt ở chế độ PPI (công tắc 5 ở vị trí 1)

Sơ đồ nối cáp RS-232/PPI Multi-Master giữa máy tính và CPU

S7-200 với tốc độ truyền 9,6 Kbaud được cho như hình 5.3

Cách thức kết nối cáp USB/PPI Multi-Master cũng tương tự như cáp 232/PPI Multi-Master Để sử dụng cáp này, phần mềm cần phải là STEP 7-

RS-Micro/WIN 3.2 Service Pack 4 (hoặc cao hơn) Cáp chỉ có thể được sửdụng với loại CPU22x hoặc sau này Cáp USB không được hỗ trợ truyền thôngFreeport và download cấu hình màn TP070 từ phần mềm TP Designer

2.3    Nối nguồn cung cấp cho CPU

Tùy theo loại và họ PLC mà các CPU có thể là khối riêng hoặc có đặt sẵn các ngõ vào và ra cũng như một số chức năng đặc biệt khác Hầu hết các PLC họ S7-200 được nhà sản xuất lắp đặt các khâu vào, khâu ra và CPU trong cùng một vỏ hộp Nhưng nguồn cung cấp cho các khâu này hoàn toàn độc lập nhau Nguồn cung cấpcho CPU của họ S7-200 có thể là:

Xoay chiều:       20…29 VAC , f = 47…63 Hz;

85…264 VAC, f = 47…63 Hz

Một chiều: 20,4 … 28,8 VDC

Hình 5.5 a,b là sơ đồ nối dây nguồn cung cấp cho CPU

Để có thể nhận biết việc cấp nguồn cho CPU, khối vào, khối ra số ta

căn cứ vào các chữ số đi kèm theo CPU Các mã số kèm theo CPU 2xx

có thể có như sau:

- CPU 2xx DC/DC/DC: Nguồn cấp cho CPU là DC, nguồn cho ngõ

vào là DC, nguồn cấp cho ngõ ra là DC

- CPU 2xx AC/DC/Relay: Nguồn cấp cho CPU là AC, nguồn cho

ngõ vào là DC, ngõ ra là Relay có thể cấp nguồn là DC hoặc AC

2.4    Kết nối vào/ra số với ngoại vi

Các ngõ vào, ra của PLC cần thiết để điều khiển và giám sát quá

trình điều khiển Các ngõ vào và ra có thể được phân thành 2 loại cơ

bản: số (Digital) và tương tự (analog) Hầu hết các ứng dụng sử dụng các ngõ vào/ra số Trong bài này chỉ đề cập đến việc kết nối các ngõ

vào/ra số với ngoại vi, còn đối với ngõ vào/ra tương tự sẽ trình bày ở chương “xử lý tín hiệu analog”.

Đối với bộ điều khiển lập trình họ S7-200, hãng Siemens đó đưa ra rất nhiều loại CPU với điện áp cung cấp cho các ngõ vào ra khác nhau Tuy thuộc từng loại CPU mà ta có thể nối dây khác nhau Việc thực hiện nối dây cho CPU có thể tra cứu sổ tay kèm theo của hãng sản xuất

2.4.1    Kết nối các ngõ vào số với ngoại vi

Các ngõ vào số của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng, hoặckết hợp với các ngõ ra chung trong một khối hoặc được tích hợp trên khối CPU Trong trường hợp nào cũng vậy, các ngõ vào cũng phải được cung cấp nguồn riêng với cấp điện áp tùy thuộc vào loại ngõ vào Cần lưu ý trong một khối ngõ vào cũng như các ngõ vào được tích hợp sẵn trên CPU có thể có các nhóm được cung cấp nguồn độc lập nhau

Vì vậy cần lưu ý khi cấp nguồn cho các nhóm này Nguồn cung cấp chocác khối vào của họ S7-200 có thể là:

Xoay chiều: 15…35 VAC, f = 47…63 Hz; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA 79…135 VAC, f = 47…63 Hz; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mAMột chiều: 15 … 30 VDC; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA

Sơ đồ mạch điện bên trong của một số ngõ vào được cho như hình 5.6a,b

Tùy theo yêu cầu mà có thể quyết định sử dụng loại ngõ vào nào

+ Ngõ vào DC: – Điện áp DC thường thấp do đó an toàn hơn.





Ngõ vào AC: –  Ngõ vào AC yêu cầu cần phải có thời gian Ví dụ đối với  điện áp có tần số 50 Hz phải yêu cầu thời gian đến 1/50 giây mới nhận biết được

– Tín hiệu AC ít bị nhiễu hơn tín hiệu DC, vì vậy chúng thích hợp với khoảng cách lớn và môi trường nhiễu (từ)

– Nguồn AC kinh tế hơn

–  Tín hiệu AC thường được sử dụng trong các thiết bị tự  động hiện hữu

Đối với các ngõ vào số, khi kết nối với ngoại vi, ngoại trừ các trường hợp đặc biệt thì thông thường mỗi một ngõ vào được kết nối vớimột bộ tạo tín hiệu nhị phân như: nút nhấn, công tắc, cảm biến tiếp cận

… Hình 5.7a,b,c minh họa cách kết nối dây các ngõ vào PLC với các

bộ tạo tín hiệu nhị phân khác nhau

Cần lưu ý đến các loại cảm biến khi kết nối với các ngừ vào

PLC (xem lại chương 3: cảm biến và cơ cấu chấp hành trong điều khiển logic).

Trong ví dụ hình 5.7a có 3 ngõ vào, một là nút nhấn thường hở, hai là tiếp điểm của relay nhiệt, và ba là cảm biến tiếp cận với ngõ ra là relay Cả ba bộ tạo tín hiệu này được cung cấp bởi một nguồn 24VDC Khi tiếp điểm hở hoặc cảm biến phát tín hiệu “0” thì không có điện áp tại các ngõ vào Nếu các tiếp điểm được đóng lại hoặc cảm biến phát tínhiệu “1” thì ngõ vào được cấp điện

1 Nút nhấn và cảm biến có ngõ ra là relay nối với ngõ vào loại sinking.

2 Nút nhấn và cảm biến loại PNP nối với ngõ vào loại sinking.

3 Nút nhấn và cảm biến loại NPN nối với ngõ vào loại sourcing.

Đối với các ngõ vào ra của CPU 214 DC/DC/DC, CPU 224 AC/DC/Relay theo sổ tay được kết nối như hình 5.10 và hình 5.11

2.4.2     Kết nối các ngõ ra số với ngoại vi

Các ngõ ra của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng, hoặc kết hợp với cácngõ ra chung trong một khối hoặc được tích hợp trên khối CPU.  Trong trườnghợp nào cũng vậy, các ngõ ra cũng phải được cung cấp nguồn riêng với cấp điện

áp tùy thuộc vào loại ngõ ra Cần lưu ý trong một khối ra cũng như các ngõ rađược tích hợp sẵn trên CPU có thể có các nhóm được cung cấp nguồn độc lậpnhau Vì vậy cần lưu ý khi cấp nguồn cho các nhóm này Nguồn cung cấp cho cáckhối ra của họ S7-200 có thể là:

Xoay chiều:       20…264 VAC , f = 47…63 Hz;

Một chiều:       5…30 VDC đối với ngõ ra rơ le; 20.4 … 28.8 VDC đối với ngõ

rơ le chậm, giá thành cao và bị hư hỏng sau vài triệu lần đóng cắt Còn ngõ ratransistor thì chỉ sử dụng với nguồn cung cấp là DC và ngõ ra triac thì chỉ sử dụngđược với nguồn AC Tuy nhiên đáp ứng của các ngõ ra này nhanh hơn.

Sơ đồ mạch điện bên trong của các ngõ ra được cho như hình 5.8

Cần chú ý khi thiết kế hệ thống có cả hai loại ngõ ra AC và DC Nếu nguồn ACnối vào ngõ ra DC là transistor, thì chỉ có bán kỳ dương của chu kỳ điện áp được

sử dụng và do đó điện áp ra sẽ bị giảm Nếu nguồn DC được nối với ngõ ra AC làtriac thì khi có tín hiệu cho ngõ ra, nó sẽ luôn luôn có điện cho dù có điều khiển tắtbằng PLC

Đối với các ngõ ra số, khi kết nối với ngoại vi, ngoại trừ các trường hợp đặcbiệt thì thông thường mỗi một ngõ ra được kết nối với một đối tượng điều khiểnnhận tín hiệu nhị phân như: đèn báo, cuộn dây rơ le, chuông báo Hình 5.9minh họa cách kết nối dây các ngõ ra PLC với các cơ cấu chấp  hành Hình 5.9a làmột ví dụ cho các khối ra sử dụng 24Vdc với mass chung Tiêu biểu cho loại này

là ngõ ra transistor Trong ví dụ này các ngõ ra được kết nối với tải công suất nhỏ

là đèn báo và cuộn dây relay Quan sát mạch kết nối này, đèn báo sử dụng nguồncung cấp là 24Vdc Nếu ngõ ra 6 ở mức logic “1” (24Vdc) thì dòng sẽ chảy từngõ ra 6 qua đèn H1 và xuống Mass (M), đèn sáng Nếu ngừ ra ở mức logic “0”(0V), thì đèn H1 tắt Nếu ngõ ra 4 ở mức logic “1” thì cuộn dây rơ le có điện, làmtiếp điểm của nó đóng lại cung cấp điện 220 Vac cho động cơ

Hình 5.9b là một ví dụ ngõ ra relay sử dụng nguồn cấp là 24 Vdc, và hình5.9c là ví dụ ngõ ra triac sử dụng nguồn xoay chiều 24 Vac

Một chú ý quan trọng khi kết nối các ngõ ra cần tra cứu sổ tay khối ngõ rahiện có để có được thông tin chính xác tránh được những sự cố đáng tiếc xảy ra.Hình 5.10 là ví dụ của CPU 214 với nguồn cung cấp DC, ngõ vào DC và ngõ ra

DC được nối dây với ngoại vi ( trích từ sổ tay S7-200 Programmable Controller

System Manual) Ta nhận thấy mỗi một nhóm ngõừ vào cũng như một nhóm ngõ

ra và CPU được cung cấp nguồn riêng là 24 Vdc Ngoài ra trên khối CPU còn cónguồn phụ 24 Vdc (đến 280 mA) có thể được sử dụng để cung cấp cho các cảmbiến hoặc khối mở rộng

2.4.3 Ngôn ngữ lập trình

Để có thể soạn thảo chương trình cho các PLC S7-200, chúng ta dùng phần mềmStep7 MicroWin Và cũng giống như PLC của các hãng khác, chúng ta có 3 dạngsoạn thảo thông dụng là dạng LAD, FBD và STL Việc chọn dạng soạn thảo nào

để viết chương trình điều khiển là do người dùng tùy chọn

* Dạng hình thang : LAD (Ladder logic)

Ở dạng soạn thảo này chương trình được hiển thị gần giống như sơ đồ nối dây mộtmạch trang bị điện dùng các relay và contactor Chúng ta xem như có một dòngđiện từ một nguồn điện chạy qua một chuỗi các tiếp điểm logic ngõ vào từ trái quaphải để tới ngõ ra Chương trình điều khiển được chia ra làm nhiều Network, mỗimột Network thực hiện một nhiệm vụ nhỏ và cụ thể Các Network được xử lý lầnlượt từ trên xuống dưới và từ trái sang phải

Các phần tử chủ yếu dùng trong dạng soạn thảo này là:

- Tiếp điểm không đảo:

- Tiếp điểm đảo:

- Ngõ ra (hoặc trạng thái nội của biến):

- Các hộp chức năng (Box): các chức năng được biểu diễn ở dạng hộp

như các phép toán số học, định thời, bộ đếm

Dạng soạn thảo này có một số ưu điểm:

· Dễ dàng cho những người mới bắt đầu lập trình

· Biểu diễn dạng đồ họa dễ hiểu và thông dụng

· Luôn luôn có thể chuyển từ dạng STL sang LAD

* Dạng khối chức năng : FBD (Function Block Diagram)

Dạng soạn thảo FBD hiển thị chương trình ở dạng đồ họa tương tự như sơ đồ các cổng logic FBD không sử dụng khái niệm đường nguồn cung cấp trái và phải; do

đó khái niệm “dòng điện” không được sử dụng Thay vào đó là logic ”1” Không

có tiếp điểm và cuộn dây như ở dạng LAD, nhưng có các cổng logic và các hộp chức năng Các cổng logic như AND, OR, XOR sẽ tương ứng với các tiếp điểm logic nối tiếp hay song song

Đầu ra của các cổng logic hay hộp chức năng có thể được sử dụng để nối tiếp với đầu vào của các cổng logic hay các hộp chức năng khác Với dạng soạn thảo này

có một số điểm chính sau:

· Biểu diễn ở dạng đồ họa các cổng chức năng giúp chúng ta dễ đọc hiểu theo trình

tự điều khiển

· Luôn có thể chuyển từ hiển thị dạng FBD sang STL

* Dạng liệt kê lệnh : STL (StaTement List)

Đây là dạng soạn thảo chương trình dạng tập hợp các câu lệnh Người dùng phải nhập các câu lệnh từ bàn phím, giữa lệnh và toán hạng (toán hạng có thể là địa chỉ,

dữ liệu) có khoảng trắng và mỗi lệnh chiếm một hàng Ở dạng soạn thảo này sẽ có một số chức năng mà ở dạng soạn thảo LAD hay FBD không có

Ví dụ:

Dạng sọan thảo này có một số điểm chính:

- Là dạng sọan thảo phù hợp cho những người có kinh nghiệm lập trình PLC

- STL cho phép giải quyết một số vấn đề mà đôi khi khó khăn khi dùng LAD hoặcFBD

- Luôn luôn có thể chuyển từ dạng LAD hay FBD về dạng STL nhưng khi chuyểnngược lại từ STL sang LAD hay FBD sẽ có một số phần tử chương trình không chuyển được

3 Các lệnh trong PLC S7-200.

3.1 Lệnh về bit

* Công tắc thường mở (Normally Open, viết tắt là NO) Đối với PLC, mỗi công tắc

đại diện cho trạng thái một bit trong bộ nhớ dữ liệu hay vùng ảnh của các đầu vào,

ra Công tắc thường mở sẽ đóng (ON - nghĩa là cho dòng điện đi qua) khi bit bằng1

* Công tắc thường đóng (Normally Closed, viết tắt là NC) Đối với PLC, mỗi

công tắc đại diện cho trạng thái một bit trong bộ nhớ dữ liệu hay vùng ảnh của cácđầu vào, ra Công tắc thường đóng sẽ đóng (ON) khi bit bằng 0

Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn bằng chính các công tắc thường mở vàthường đóng Trong FBD, các công tắc thường mở được biểu diễn như các đầu

vào hoặc ra của các khối chức năng AND hoặc OR Công tắc thường đóng đượcthêm dấu đảo (vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng.

Trong STL, các công tắc thường mở được sử dụng trong các lệnh LOAD, ANDhoặc OR

* Lệnh đảo bit

Lệnh đảo thay đổi dòng năng lượng (Power Flow) Nếu dòng năng lượng gặp lệnh này, nó sẽ bị chặn lại Ngược lại nếu phía trước lệnh này không có dòng năng lượng, nó sẽ trở thành nguồn cung cấp dòng năng lượng Trong LAD, lệnh này được biểu diễn như một công tắc Trong FBD, lệnh đảo không có biểu tượng riêng Nó được tích hợp như là đầu vào đảo của những khối chức năng khác (với vòng tròn nhỏ ở đầu vào của các khối chức năng đó) Trong STL, lệnh đảo đảo giátrị của đỉnh ngăn xếp: 0 thành 1 và 1 thành 0 Lệnh này không có toán hạng

* Lệnh Coil(Ngõ ra)

Giá trị bit được định địa chỉ bởi toán hạng của lệnh ra phản ảnh trạng thái của dòng năng lượng (Power Flow) ở đầu vào lệnh này Trong LAD và FBD, lệnh ra đặt giá trị bit được chở đến bởi toán hạng của nó bằng giá trị dòng năng lượng ở đầu vào của lệnh Trong STL, lệnh ra sao chép giá trị đỉnh ngăn xếp ra giá trị bit được trỏ đến bởi toán hạng của lệnh

* Lệnh Set, Reset

Các lệnh SET và RESET đặt một số các bit liên tiếp trong bộ nhớ dữ liệu thành 1 (Set) hay 0 (Reset) Số lượng các bit có thể Set hoặc Reset nằm trong khoảng từ 1 đến 255 Trong trường hợp sử dụng lệnh Reset với các bit nằm trong những vùng

T hay C, các bộ định thời gian hay

bộ đếm tương ứng sẽ bị reset Nghĩa là bit trạng thái của chúng được đưa về 0 và

số đang đếm cũng bị xóa (sẽ có giá trị 0)

Những lỗi có thể được gây nên bởi các lệnh này (ENO = 0):

+ Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time.

+ Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp.

+ Lỗi 0091: toán hạng vượt quá giới hạn cho phép.

Lệnh Set Lệnh Reset

* Lệnh RS

* Lệnh SR

Vi phân cạnh lên: M0.0 lưu giá trị kết quả ở vòng quét trước

Như vậy trong cả 2 lệnh vi phân cạnh xuống và vi phân cạnh lên thì Q0.0 chỉ ON trong 1 chu kỳ tại thời điểm thỏa điều kiện

* Lệnh Save: Lưu giá trị RLO và bít cờ BR (Binary Result Bit)

* Lệnh NEG:

* Lệnh POS:

3.2 Lệnh Timer:

Bộ định thời được sử dụng trong các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn về thờigian Đây là phần tử chức năng cơ bản của các bộ PLC và rất thường được sử dụng trong các chương trình điều khiển Chẳng hạn như một băng tải khi có tín hiệu hoạt động sẽ chạy trong 10s rồi dừng lại, một van khí nén cần có điện trong 5s, nguyên liệu cần trộn trong thời gian 10 phút…Các PLC S7-200 có 256 Timer

có địa chỉ từ T0 đến T255, chia làm 3 loại 

Khi sử dụng một timer chúng ta cần phải xác định các thông số sau:

Loại timer (TON, TONR hay TOF)

- Độ phân giải của Timer Có 3 độ phân giải là: 1ms, 10ms và 100ms

- Số của timer sẽ sử dụng, ví dụ T0, T37 cần tra bảng để biết loại timer sử dụng tương ứng với các số nào

- Khai báo hằng số thời gian tương ứng với thời gian cần trì hoãn dựa vào

độ phân giải của timer

- Tín hiệu cho phép bắt đầu tính thời gian

Ký hiệu chung của Timer S7-200 biểu diễn ở LAD như sau:

Ví dụ ta có

Đây là loại On-delay timer, có tên gọi là T37, có độ phân giải là 100ms Thời gian trì hoãn là : 10 x 100ms = 1s

* Timer đóng mạch chậm TON (On-delay Timer).Các Timer này được sử dụng khi

có các yêu cầu trì hoãn một khoảng thời gian Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic “0”

On-Delay Timer (TON) thực hiện đếm thời gian khi ngõ vào IN ở mức logic “1” Khi giá trị hiện hành (Txxx) lớn hơn hoặc bằng thời gian đặt trước PT (preset time), thì Timer Bit ở logic “1” Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic “0” Timer tiếp tục đếm dù đã đạt đến giá trị đặt PT, và dừng lại khiđếm đến giá trị max 32767

Để xóa timer, có thể sử dụng lệnh Reset (R) Lệnh Reset sẽ làm cho Timer Bit ở mức logic “0” và giá trị hiện hành của timer (Timer Current) =0

Có 192 timer TON/TOF trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ở bảng sau:

Chú ý: Vì TON và TOF sử dụng cùng số timer, nên không thể đặt cho cả hai có

cùng số Timer Ví dụ đã đặt TON là T37 thì không được đặt TOF là T37

Ví dụ: Bật công tắc I0.0 (NO) thì sau 5s ngõ ra Q0.0 lên mức 1.

Giản đồ thời gian:

Qua giản đồ trên ta nhận thấy để timer TON trì hoãn được hết thời gian đặt trước (ví dụ 5s) thì trạng thái tín hiệu tại ngõ vào IN cần được duy trì ở mức 1 trong suốt khoảng thời gian này Nếu sau 5s mà ngõ vào IN vẫn duy trì ở mức 1 thì giá trị hằng số thời gian trong timer sẽ tiếp tục tăng cho tới khi đạt giá trị tối đa

là 32767

* Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR (Retentive On-delay Timer).

Các Timer này được sử dụng khi cần tích lũy một số khoảng thời gian rời rạc Giá trị hiện hành TONR chỉ có thể bị xóa bằng lệnh Reset (R).

Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR (Retentive On-Delay Timer) thực hiện đếm thời gian khi ngõ vào IN ở mức logic “1” Khi giá trị hiện hành (Txxx) lớn hơn hoặc bằng thời gian đặt trước PT (preset time), thì Timer Bit ở logic “1” Giá trị hiện hành của TONR được giữ lại khi ngõ vào IN ở logic “0” TONR được

sử dụng để tích lũy thời gian cho nhiều chu kỳ ngõ vào IN ở mức “1” Timer này vẫn tiếp tục đếm sau khi đã đạt đến giá trị đặt trước và dừng lại ở giá trị max

32767 Để xóa giá trị hiện hành của TONR và Timer Bit, ta sử dụng lệnh Reset (R)

Có 64 timer TONR trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như  ở bảng sau:

Ví dụ: Xét đoạn chương trình