Giáo trình lắp đặt hệ thống thiết bị điều khiển tự động (nghề kỹ thuật lắp đặt điện và điều khiển trong công nghiệp cđ)

Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ đây là một ưu việt của hệ thống điều khiển sử dụng PL

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công nghiệp yêu cầu tự động hoá ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu đó Để giải quyết được nhiệm vụ điều khiển

có thể thực hiện bằng phương pháp điều khiển Rơle, khởi động từ hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ Hệ điều khiển bằng Rơle và hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ khác nhau ở phần xử lý: thay vì dùng Rơle, tiếp điểm và dây nối trong phương pháp lập trình có nhớ chúng được thay bằng các mạch điện tử Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu xử lý số liệu

Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng Rơle điện Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ đây là một ưu việt của hệ thống điều khiển sử dụng PLC

Giáo trình Lắp đặt hệ thống thiết bị điều khiển tự động được viết cho học

sinh học nghề, hệ Cao đẳng nghề ngành Kỹ thuật lắp đặt điện và điều khiển trong công nghiệp, đây là tài liệu quan trọng giúp học sinh trong quá trình học nghề Giáo trình được viết tích hợp từng bài theo chương trình khung hệ Cao đẳng nghề ủa BLĐTB&XH

Trong quá trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu cũng như khoa học và công nghệ phát triển có thể điều chỉnh thời gian và bổ sung những kiến thức mới cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tôi có đề ra nội dung thực tập của từng bài để người học cũng cố và áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ năng Tuy nhiên, tuy theo điều kiện

cơ sở vật chất và trang thiết bị, các trường có thề sử dụng cho phù hợp

Trong quá trình biên soạn tài liệu được lựa chọn từ nhiều nguồn khác nhau, nhiều bạn đọc do đó không thể tránh khỏi thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được sự tham gia đóng góp từ người học, chuyên gia, các thầy cô giáo để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn đáp ứng nhu cầu người học và bạn đọc

Xin chân thành cảm ơn!

Bài 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

1 Tổng quan về điều khiển

Trong ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp yêu cầu tự động hóa ngày càng cao, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu

đó, với mục tiêu tăng năng suất lao động bằng con đường tăng mức độ tự động hóa các quá trình và thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm

Những hệ thống có khả năng khởi động, kiểm soát, và dừng một quá trình sản xuất theo yêu cầu giám sát hoặc đo đếm giá trị các biến đã được xác định của quá trình nhằm đạt được kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy hoặc thiết bị thì được gọi là hệ thống điều khiển

Quá trình tự động hoá sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy móc, hoặc thiết bị thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển đã được tự động hoá có thể điều khiển

quá trình sản xuất với độ tin câỵ cao, ổn định mà không cần hoặc cần rất ít sự can thiệp của con người

Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:

+ Điều khiển nối cứng

+ Điều khiển logic khả trình ( PLC)

Một hệ thống điều khiển bất kỳ được mô tả theo sơ đồ khối sau:

+ Khối vào

+ Khối xử lý – điều khiển

+ Khối ra

* Sơ đồ tổng quát của điều khiển lập trình như sau (hình 1.1):

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát của điều khiển lập trình

có thể là dạng số (tiếp điểm) hoặc dạng liên tục (Analog)

Công tắc (Switch)

Sự dịch chuyển/

vị trí

Điện áp nhị phân (ON/OFF) Công tắc hành trình

(Limitswitch)

Sự dịch chuyển/

vị trí

Điện áp nhị phân (ON/OFF)

Bộ điều chỉnh nhiệt

(Thermostat) Nhiệt độ Điện áp nhị phân

(ON/OFF) Cặp nhiệt điện

Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi

Tế bào quang điện

(Photocell) Ánh sáng Điện áp thay đổi (analog)

Tế bào tiệm cận

(Proximity cell)

Sự hiện diện của đối tượng Trở kháng thay đổi Điện trở đo sức căng

(Strain gage)

Áp suất/ sự dịch chuyển Trở kháng thay đổi

Thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động có

sự điều khiển, nó nhận thông tin các tín hiệu từ khối vào xử lý tín hiệu vào này theo một luật nào đó được đặt ra theo yêu càu công nghệ và xuất ra các tín hiệu đến khối ra

để thực hiện các tác động đến thiết bị

Khối ra:

Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển Các tín hiệu này được sử dụng để tạo ra những hoạt động đáp ứng cụ thể cho các máy hoặc thiết bị ở

ngõ ra như động cơ, các van, xy lanh khí nén hay dầu ép, bơm, rơ le… Chẳng hạn động

cơ biến đổi các tín hiệu điện thành chuyển động quay (các thiết bị ngõ ra cũng có dạng

bộ chuyển đổi vào nhưng theo chiều ngược lại) Các thiết bị ngõ ra có thể làm việc với tín hiệu dạng on/off hoặc các tín hiệu liên tục

Từ thông tin của tín hiệu đầu vào hệ thống điều khiển tự động phải tạo ra được những tín hiệu ra cần thiết đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định trong bộ phận xử

lý Yêu cầu điều khiển có thể thực hiện theo hai cách: dùng mạch điện kết nối cứng, hoặc dùng chương trình điều khiển Mạch điện kết nối cứng được dùng trong trường hợp yêu cầu điều khiển không thay đổi, trong đó các phần tử trong hệ thống được kết nối với nhau theo mạch cố định Trong đó, hệ thống dùng chương trình điều khiển hoạt động theo chương trình lập sẵn lưu trong bộ nhớ, và chương trình có thể được điều chỉnh hoặc khi cần thiết thay bằng chương trình khác

Thiết bị ở ngõ ra Đại lượng ra Đại lượng tác động

Xy lanh- Piston Chuyển động thẳng/áp

Van Tiết diện cửa van thay

Rơle Tiếp điểm điện/ chuyển

động vật lý có giới hạn Điện

2 Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình

Trong kỹ thuật điều khiển cũng như tự động hóa người ta chia ra làm 2 loại điều khiển: điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình (điều khiển khả trình)

2.1 Phương pháp điều khiển nối cứng (Hard-Wired Control)

Điều khiển nối cứng là dạng điều khiển sử dụng các tiếp điểm Trong hệ thống điều khiển nối cứng chúng ta sử dụng các khí cụ điện như công tắc, nút nhấn, rơ le, khởi động từ, cảm biến,… kết hợp với các thiết bị như đèn, chuông, động cơ 1 pha, 3 pha),… Các thiết bị, khí cụ điện này được nối lại với nhau theo một mạch điện cụ thể

để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định (điều khiển hay vận hành một quá trình hoặc một hoạt động chế tạo cụ thể)

Các b-ớc thiết lập sơ đồ điều khiển nối cứng ( Điều khiển rơ le):

Hình 1-2: L-u đồ điều khiển dùng Rơle

Vớ dụ: Lắp đặt mạch điện điều khiển khởi động động cơ khụng đồng bộ ba pha dạng đơn giản Yờu cầu mạch điều khiển sử dụng nguồn điện 24VAC Hỡnh dưới là sơ

đồ mạch điện dạng điều khiển nối cứng sử dụng tiếp điểm, trong đú:

- M là cụng tắc tơ sử dụng nguồn 380VAC

- CR là rơ le trung gian nguồn 24VAC

Xác định nhiệm vụ điều khiển

Sơ đồ mạch điện

Chọn phần tử mạch điện

Dây nối liên kết các phần tử

Kiểm tra chức năng

- Nỳt nhấn thường mở, thường đúng

Hình 1-3: Sơ đồ điều khiển

* Nhận xột: Điều khiển nối cứng:

- Chức năng được đặt cố định (nối dõy, mạch điện tử)

- Nếu muốn thay đổi chức năng cú nghĩa là phải thay đổi lại kết nối dõy hay thay đổi mạch điện tử

- Điều khiển nối cứng cú thể thực hiện với cỏc tiếp điểm (rơle, cụng tắc tơ, ) hay mạch điện tử

2.2 Phương phỏp điều khiển lập trỡnh

Điều khiển lập trỡnh được (Progammable Logic, Control (PLC)) là thiết bị điều khiển Logic cú thể lập trỡnh được hay khả trỡnh, cho phộp thực hiện linh hoạt cỏc thuật toỏn điều khiển logic thụng qua ngụn ngữ lập trỡnh Nú bao gồm một khối vi xử lý trung tõm chứa chương trỡnh ứng dụng (liờn kết cỏc hoạt động của hệ thống PLC: thi hành chương trỡnh, xử lý tớn hiện nhập, xuất và chuyển giao với cỏc thiết bị ngoài) Bộ nhớ memory nắm giữ hệ điều hành và vựng nhớ chương trỡnh người dựng và cũng là

nơ lưu trữ chương trỡnh điều khiển và cỏc chương trỡnh nhớ trung gian

380VAC

Cỏc loại bộ nhớ ROM: Read only Memory, Ram, EFROM và cỏc loại module giao diện nhõp – xuất PLC chỉ cú thể hoạt động được sau khi đó được lập trỡnh Cú nghĩ là chương trỡnh ứng dụng được người sử dụng viết bằng bộ bàn phớm lập trỡnh cầm tay hoặc bằng mỏy vi tớnh dựa trờn phần mềm ứng dụng được cài đặt trong mỏy sau đú nạp vào bộ nhớ chương trỡnh của PLC

Hình 1-4: Sơ đồ điều khiển bằng PLC

*Nhận xột: Điều khiển lập trỡnh được

- Chức năng được đặt cố định thụng qua một chương trỡnh cũn được gọi là bộ nhớ chương trỡnh

- Cỏc phần tử nhập tớn hiệu được nối ở ngừ vào của bộ điều khiển

- Cỏc cuộn dõy ngừ ra được khởi động bằng cỏc phần tử ở ngừ vào và chương trỡnh trong bộ nhớ

- Quỏ trỡnh điều khiển ở đõy được thực hiện bằng một chương trỡnh soạn thảo và đưa vào bộ nhớ chương trỡnh

- Nếu muốn thay đổi chức năng thỡ cần thay đổi chương trỡnh trong bộ điều khiển

3 So sỏnh PLC với cỏc hệ thống điều khiển khỏc

3.1 PLC với hệ thống điều khiển bằng rơle:

Việc phỏt triển hệ thống điều khiển lập trỡnh đó dần thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng rơle trong cỏc quỏ trỡnh sản xuất khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cõn nhắc, lựa chọn giữa cỏc hệ thống điều khiển lập trỡnh thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng rơ le do cỏc nguyờn nhõn sau:

- Thay đổi chương trình điều khiển một cách linh động

- Có độ tin cậy cao

- Không gian lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm nhiều diện tích

- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp: dòng, áp

- Dễ dàng thay đổi đối với cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi

có nhu cầu mở rộng sản xuất

Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vượt trội hơn hệ thống điều khiển cũ (rơle, contactor …) Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không phải thay đổi, loại bỏ hệ thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi chương trình sao cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới

3.2 PLC với máy tính cá nhân:

Đối với một máy tính cá nhân, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau:

Máy tính không có các cổng giao tiếp tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp

Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải dạng hình thang, máy tính ngoài việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các phần mềm khác làm “chậm” đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển

Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dể dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC

4 Phạm vi ứng dụng của PLC

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:

- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đông trong ngành hóa …

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, cán, gia nhiệt

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây …), cân đong, đóng gói, hòa trộn …

- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất lượng sản phẩm

- Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin …), các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ)

Ví dụ:

H×nh 1-5: VÝ dô øng dông PLC trong m¸y khai th¸c má

H×nh 1-6: VÝ dô øng dông PLC trong ®iÒu khiÓn d©y chuyÒn l¾p r¸p m¸y tÝnh

H×nh 1-7: VÝ dô øng dông PLC trong m¸y d¸n nh·n thuèc l¸

4 Cấu trúc và phương thức hoạt động của plc

4.1 Cấu trúc và hoạt động của một PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy, với chương trình điều khiển này, PLC trở thành một bộ điều khiển số số nhỏ, gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC

4.2 Cấu trúc phần cứng PLC

Hình 2-1 Cấu trúc phần cứng PLC + Bộ xử lý trung tâm : (CPU – Central Processing Unit )

Khối xử lý trung tâm (CPU) gồm ba phần : Bộ xử lý, Hệ thống bộ nhớ

và Hệ thống nguồn cung cấp

Hình 2-2 : Sơ đồ khối tổng quát của CPU

Bộ nhớ chương

trình

Bộ nhớ

dữ liệu

Khối ngõ vào Khối ngõ ra

Bộ xử

lý trung tâm

Nguồn cấp điều khiển

Mạch giao tiếp và cảm biến

Mạch công suất và cơ cấu tác động

CPU điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong PLC Việc trao đổi thông tin giữa PLC, bộ nhớ và khối vào /ra được thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới sự điều khiển của CPU Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường là 1 hay 8 Mhz tuỳ thuộc vào bộ xử lý sử dụng Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả phần tử trong hệ thống

+ Bộ nhớ :

Tất cả PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau :

- ROM (Read Only Memory )

- RAM ( Random Acess Memory )

- EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read Only Memory)

Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ, nên hầu như các PLC đều dùng

bộ nhớ EEPROM Trường hợp ứng dụng cần bộ nhớ lớn có thể chọn lựa giữa bộ nhớ RAM có nguồn Pin nuôi và bộ nhớ EEPROM Ngoài ra, PLC cần bộ nhớ RAM cho các chức năng khác như :

Bộ đệm để lưu trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra

Bộ nhớ tạm cho tác vụ định thì, tác vụ đế, truy xuất cờ

Dung lượng bộ nhớ :

Đối với PLC loại nhỏ thường bộ nhớ có dụng lượng cố định, thường là 2k Dung lượng này là đủ đáp ứng cho khoảng 80% điều khiển hoạt động trong công nghiệp Do giá thành bộ nhớ giảm liên tục, các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn hơn cho các sản phẩm của họ

+ Khối vào / ra : Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện

áp 5 vol DC và 15 vol DC (điện áp cho TTL và CMOS), trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều, thường 24 vol DC đến 240 vol DC với dòng lớn

Khối vào / ra có vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động, nó thực hiện chuyển đổi các mức điện tín hiệu và cách ly, tuy nhiên, khối vào / ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có công suất nhỏ, cỡ 2A trở xuống không cần các mạch công suất trung gian hay rơle trung gian

Có thể lựa chọn cho các thông số cho các ngõ vào / ra thích hợp với các yêu cầu điều khiển cụ thể :

Ngõ vào : 24 vol DC , 110 vol AC, hay 220 vol AC

Ngõ ra : Dạng rơle, transistor hay triac

Các modul vào/ra được thiết kế nhằm đơn giản việc kết nối các cơ cấu chấp hành

và cảm biến vào PLC Tất cả các cổng vào/ra được thiết kế sao cho nhanh chóng lắp ráp và thay thế khi bị hỏng Tại các cổng vào/ra đều được đánh số địa chỉ để dễ khi lập trình hay thực hiện chức năng giám sát (monitor) trạng thái của chúng Trạng thái của các cổng vào/rađược báo hiệu bằng đèn LED chỉ báo ngay trên PLC có tác dụng kiểm tra tính hoạt động của các cảm biến và cơ cấu tác động kết nối với PLC tiện hơn

Có thể lựa chọn thông số cho các ngõ vào/ra thích hợp các yêu cầu điều khiển

- Đóng cắt cho nguồn một chiều; - Chịu được tần số đóng cắt cao

- Tuổi thọ cao; I max = 50 Ma

Hình 2-4: Kiểu đầu ra dùng Tranzitor

Các kiểu đầu vào

a) Kiểu đầu vào một chiều

b) Kiểu đầu vào xoay chiều

Hình 2-6: Kiểu đầu vào xoay chiều

Diot phát quang

+ Pa-len lập trình:

Trên các PLC loại lớn thường lập trình bằng cách dùng VDU (Visual Display Unit) với đầy đủ các bàn phím và màn hình, được nối với PLC thông qua cổng nối tiếp, thường là RS – 442 Các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập trình dạng ngôn ngữ Ladder kể cả các chú thích trong môi trường soạn thảo chương trình làm cho chương trình dễ đọc hơn

Hiện nay máy vi tính được xử dụng rất phổ biến để lập trình cho PLC, với CPU

xử lý nhanh, màn hình đồ hoạ chất lượng cao, bộ nhớ lớn và giá thành ngày càng hạ, máy vi tính rất lý tưởng cho việc lập trình bằng ngôn ngữ Ladder, ngoài ra bộ lập trình cầm tay (Console) thường được sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa và bảo trì

4.3 Hoạt động của PLC :

Ñ o ïc d ö õ lie äu tö ø n g o a øi v a øo

R e a d in p u t1

Hình 2-7 :Một vòng quét của PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét Mỗi vòng quét bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các ngõ vào (contact, sensor, relay ) vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh MEND Sau giai đọan thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm

ảo tới các ngõ ra

Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, lệnh này không trực tiếp làm việc với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với thiết bị ngoại vi trong giai đọan 1 và 4 là do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì 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/ra

Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với một thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện từ 1ms tới 100ms Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ

giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…).Vi xử lý có thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý coi như không có tín hiệu này Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên

có thể đáp ứng được các chức năng của dây chuyền sản xuất Để khắc phục thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn

4.4 Phân loại PLC

Đầ̀̀̀u tiên là khả năng và giá trị cũng như nhu cầu về hệ thống sẽ giúp người sử dụng chọn những loại PLC nào mà họ cần Nhu cầu về hệ thống được xem như là một nhu cầu ưu tiên, nó giúp người sử dụng biết cần loại PLC nào và đặc trưng của từng loại để dễ dàng lựa chọn

Hình 2-8: Phân loại PLC

Hình vẽ cho ta các “bậc thang” phân loại các loại PLC và việc sử dụng PLC cho phù hợp với các hệ thống thực tế sản xuất Trong hình này ta có thể nhận thấy những vùng chồng lên nhau, ở những vùng này người sử dụng thường phải sử dụng các loại PLC đặc biệt như: số lượng cổng vào/ra (I/O) có thể sử dụng ở vùng có số I/O thấp nhưng lại có các tính năng đặc biệt của các PLC ở vùng có số lượng I/O cao Thường sử dụng các loại PLC thuộc vùng chồng lấn nhằm tăng tính năng của PLC đồng thời lại giảm thiểu số lượng I/O không cần thiết

Các nhà thiết kế phân PLC ra thành các loại sau:

- Loại 1: Micro PLC (PLC siêu nhỏ)

Micro PLC thường được ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất nhỏ, các ứng dụng trực tiếp trong từng thiết bị đơn lẻ (ví dụ: điều khiển băng tải nhỏ Các PLC này thường được lập trình bằng các bộ lập trình cầm tay, một vài micro PLC còn có khả năng hoạt động với tín hiệu I/O tương tự (analog) Các tiêu chuẩu của một Micro PLC như sau:

Có 128 ngõ vào/ra (I/O)

Dùng vi xử lý 8 bit

Thường dùng để thay thế các rơle

Dùng bộ nhớ 2K

Lập trình bằng ngôn ngữ dạng hình thang (ladder) hoặc liệt kê

Có timers/counters/thanh ghi dịch (shift registers)

Đồng hồ thời gian thực

Thường được lập trình bằng bộ lập trình cầm tay

Chú ý vùng A trong sơ đồ hình 1.6 Ở đây dùng PLC nhỏ với các chức năng tăng cường của PLC cỡ lớn hơn như: thực hiện được các thuật toán cơ bản, có thể nối mạng, cổng vào ra có thể sử dụng tín hiệu tương tự

- Loại 3: PLC cỡ trung bình (Medium PLC)

PLC trung bình điều khiển được các tín hiệu tương tự, xuất nhập dữ liệu, ứng dụng được những thuật toán, thay đổi được các đặc tính của PLC nhờ vào hoạt động của phần cứng và phần mềm (nhất là phần mềm) các thông số của PLC trung bình như sau:

Có khoảng 1024 ngõ vào/ra (I/O)

Dùng vi xử lý 8 bit

Thay thế rơle và điều khiển được tín hiệu tương tự

Bộ nhớ 4K, có thể nâng lên 8K

Tín hiệu ngõ vào ra là tương tự hoặc số

Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao

Có timers/Counters/Shift Register

Có khả năng xử lý chương trình con (qua lệnh JUMP…)

Có các lệnh dạng khối và ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ cấp cao

Có timers/counters/Shift Register

Có khả năng xử lý chương trình con ( qua lệnh JUMP…)

Thực hiện các thuật toán (cộng, trừ, nhân, chia…)

Giới hạn dữ liệu với bộ lập trình cầm tay

Có đường tín hiệu đặc biệt ở module vào/ra

Giao tiếp với các thiết bị khác qua cổng RS232

Có khả năng hoạt động với mạng

Lập trình qua màn hình máy tính để dễ quan sát

- Loại 4: PLC cỡ lớn (large PLC)

Large PLC được sử dụng rộng rãi hơn do có khả năng hoạt động hữu hiệu, có thể nhận dữ liệu, báo những dữ liệu đã nhận… Phần mềm cho thiết bị điều khiển cầm tay được phát triển mạnh hơn tạo thuận lợi cho người sử dụng Tiêu chuẩn PLC cỡ lớn: Ngoài các tiêu chuẩn như PLC cỡ trung, PLC cỡ lớn còn có thêm các tiêu chuẩn sau:

Có 2048 cổng vào/ra (I/O)

Dùng vi xử lý 8 bit hoặc 16 bit

Bộ nhớ cơ bản có dung lượng 12K, mở rộng lên được 32K

Local và remote I/O

Điều khiển hệ thống rơle (MCR: Master Control Relay)

Chuỗi lệnh, cho phép ngắt (Interrupts)

PID hoặc làm việc với hệ thống phần mềm PID

Hai hoặc nhiều hơn cổng giao tiếp RS 232

Nối mạng

Dữ liệu điều khiển mở rộng, so sánh, chuyển đổi dữ liệu, chức năng giải thuật toán mã điều khiển mở rộng (mã nhị phân, hexa …)

Có khả năng giao tiếp giữa máy tính và các module

- Loại 5: PLC rất lớn (very large PLC)

Very large PLC được dùng trong các ứng dụng đòi hỏi sự phức tạp và chính xác cao, đồng thời dung lượng chương trình lớn Ngoài ra PLC loại này còn có thể giao tiếp I/O với các chức năng đặc biệt, tiêu chuẩn PLC loại này ngoài các chức năng như PLC loại lớn còn có thêm các chức năng:

Có 8192 cổng vào/ra (I/O)

Dùng vi xử lý 16 bit hoặc 32 bít

Bộ nhớ 64K, mở rộng lên được 1M

Thuật toán :+, -, *, /, bình phương

Dữ liệu điều khiển mở rộng: Bảng mã ASCII, LIFO, FIFO

BÀI 2 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH S7-200

1 Giới thiệu chung

Ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều hãng cung cấp thiết bị PLC: Siemens, Omron, Panasonic, Mishumitshi, … Tuy nhiên do đặc thù của Khoa Điện tử nên tài liệu này chỉ tập trung vào PLC của hãng Siemens 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 Module vào /ra

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa chương trình Nếu đơn vị lập trình là loại xách tay thì RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC 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, RS485

S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens (Đức), có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module này đươc

sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau

Hình dạng bên ngoài của PLC S7-200 được mô tả như hình vẽ

Hình 2-9: Bộ điều khiển lập trình S7-200 – CPU 224

Các đặc điểm và thông số của các loại PLC S7-200 khác nhau được giới thiệu trong bảng bên dưới:

Đặc trưng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

Kích thước(mm) 90x80x62 90x80x62 120.5x80x62 190x80X62

Bộ nhớ chương trình 2048 words 2048words 4096words 4096words

Bộ nhớ dữ liệu 1024 words 1024words 2560words 2560words

mất điện

* Các đèn báo:

- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF (System Falu 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): Chỉ trạng thái tức thời của cổng Ix.x (I0.0, I0.1,…)

- Qx.x (đèn xanh): Chỉ trạng thái tức thời của cổng Qx.x (Q0.0, Q0.1,…)

Hình 2-10: Giới thiệu đèn báo

* Đầu vào:

- Kiểu đầu vào IEC 1131-2

- Tầm điện áp mức logic 1: 15-30 VDC, dòng nhỏ nhất 4 mA; 35VDC ở thời gian tức thời 500ms

- Trạng thái mức logic 1 chuẩn: 24 VDC, 7mA

- Trạng thái mức logic 0: Tối đa 5 VDC, 1mA

- Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đến I1.5: có thể chỉnh từ 0,2 đến 8,7 ms mặc định 0,2 ms

- Các chân từ I0.6 đến I1.5 được sử dụng bởi bộ đếm tốc độ cao HSC1 và HSC2 ở 30us đến 70us

- Sự cách ly về quang 500VAC.1 min

* Đầu ra:

- Kiểu đầu ra: Relay hoặc Transistor

- Tầm điện áp: 24.4 đến 28.8 VDC

- Dòng tải tối đa: 2A/ điểm; 8A/common

- Quá dòng: 7A với contact đóng

- Điện trở cách ly: nhỏ nhất 100 M

- Thời gian chuyển mạch: tối đa 10 ms

- Thời gian sử dụng: 10.000.000 với công tắc cơ khí; 100.000 với tốc độ tải

- Điện trở công tắc: tối đa 200 m

- Chế độ bảo vệ ngắn mạch: không có

* Nguồn cung cấp:

- Điện áp cấp nguồn: 20.4 đến 24.8 VDC

- Dòng vào max load: 900mA tại 24 VDC

- Cách ly điện ngõ vào: Không có

- Thời gian duy trì khi mất nguồn: 10ms ở 24 VDC

- Cầu chì bên trong: 2A, 250V

* Nguồn cấp cho sensor:

- Tầm điện áp ra: 15.4 đến 28.8 VDC

- Dòng ra tối đa: 280mA

- Độ gợn sóng: Giống như nguồn cấp vào

- Cách ly: không có

* 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

Hình 2-11: Chọn chế độ trong CPU S7-200

* Cổng truyền thông:

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 Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI (Point to Point Interface) là 9600 bauds Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 38.400 bauds

Hình 2-12: Sơ đồ chân của cổng truyền thông

Để ghép nối S7-200 với các máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình kiểu họ PG7xx có thể nối thẳng qua MPI Cáp đó đi kèm theo máy lập trình

Để ghép S7-200 với các máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển dổi RS232/RS485, theo hình vẽ 2.3

Hình 2-13: Ghép nối S7-200 với máy tính qua cổng RS232

* Đơn Vị Xử Lý Trung Tâm:

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 lưu giữ trong bộ nhớ

Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu

ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data

bus Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 18 MHZ Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống

* Bộ Nhớ:

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 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

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý

Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh, tuỳ theo loại vi mạch Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng

- RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xoá bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ năng lượng thấp và tuổi thọ lớn

- EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng EPROM gắn bên trong PLC Trên PG (Programmer) có sẵn chỗ ghi và xoá EPROM

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM

Hình 2-14 Hoạt động của PLC khi ghép nối với thiết bị ngoại vi

* Các ngõ vào ra I/O:

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module vào (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC)

Hầu hết cỏc PLC cú điện ỏp hoạt động bờn trong là 5V, tớn hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC

Mụ̃i đơn vị I/O cú duy nhất một địa chỉ, cỏc hiển thị trạng thỏi của cỏc kờnh I/O được cung cấp bởi cỏc đốn LED trờn PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nờn dờ̃ dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xỏc định cỏc trạng thỏi đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đúng hay ngắt mạch ở đầu ra

2 Địa chỉ cỏc ngừ vào/ra

Thông th-ờng, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các

đối t-ợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng nh- chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đ-ợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình Chúng đ-ợc chia nhỏ thành các modul Số các Modul đ-ợc sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng yêu cầu công nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một Modul chính là các modul CPU, các modul còn lại là các modul truyền nhận tín hiệu đối với đối t-ợng

điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng nh- PID, điều khiển động cơ, Chúng

đ-ợc gọi chung là Modul mở rộng Tất cả các modul đ-ợc 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 CPU đ-ợc gọi là cổng vào ra onboard

Trong PLC S7-200 có nhiều loại modul CPU khác nhau Nói chung chúng đ-ợc đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó nh-: CPU212, modul CPU 214, Modul CPU 215, Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nh-ng khác nhau về cổng vào/ra

onboard cũng nh- các khối làm việc đặc biết đ-ợc tích hợp sẵn trong th- viện của hệ

điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ đ-ợc phân biệt với

nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái 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 vụ nối mạng phân tán Tất nhiên đ-ợc cài sẵn trong hệ điều hành các loại Modul CPU đựơc phân biệt với các CPU khác bằng thêm cụm từ DP trong tên gọi

Modul mở rộng:

Các modul mở rộng đ-ợc chia làm 5 loại chính:

1/ PS(Power supply): modul nguồn nuôi Có 3 loại 2A ,5A và 10A

2/ SM: Modul mở rộng cổng rín hiệu vào ra , bao gồm:

a) DI(Digital input): Modul mở rộng cổng vào số Số các cổng vào của modul

này có thể là 8, 16, 32 tuỳ thuộc vào từng loại modul

b) DO(Digital output) Modul mở rộng cổng ra số Số các cổng ra của modul này

có thể là 8, 16, 32 tuỳ thuộc vào từng loại modul

c) DI/DO: (Digital input/ Digital output): modul mở rổng các cổng vào/ra số số

các cổng vào/ra có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ thuộc vào từng loại modul

d) AI(Analog Input): Modul mở rổng các cổng vào t-ơng tự Về bản chất chúng

chính là những bộ chuyển đổi t-ơng tự-số (AD), tức là mỗi tín hiệu t-ơng tự đ-ợc chuyển thành một tín hiệu số (nguyên ) có độ dài 12 bít, số các cổng vào có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ thuộc vào từng loại Modul

e) AO(Analog ouput): Modul mở rộng các cổng ra tín hiệu t-ơng tự Chúng chính

là các bộ chuyển đổi số - t-ơng tự (DA) Số các cổng ra t-ơng tự có thể là 2 hoặc 4 tuỳ thuộc từng loại modul

f) AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào ra t-ơng

tự Số các cổng có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tuỳ thuộc vào tùng loại modul

3/ IM (Interface module): Modul ghép nối Đây là loại modul chuyên dụng có

nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và đ-ợc quản

lý chung bới một modul CPU Thông th-ờng các modul mở rộng đ-ợc gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là Rack Trên mỗi một Rack chỉ có thể gá đ-ợc nhiều nhất 8 modul mở rộng (không kể modul CPU, Modul nguồn nuôi) Một modul PU S7-200 có thể làm việc trực tiếp đ-ợc với nhiều nhất 4 RACKS và các Racks này phải đ-ợc nối với nhau bằng modul IM

4/ FM (Function modul): modul có chức năng điều khiển riêng , ví dụ Modul

chức năng điều khiển động cơ b-ớc , modul điều khiển động cơ Servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín

5/ CP (communication modul): Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa

các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Cú thể mở rộng ngừ vào/ra của PLC bằng cỏch ghộp nối thờm vào PLC cỏc modul mở rộng về phớa bờn phải của CPU (CPU 214 cú thể ghộp nhiều nhất 7 modul), làm thành một múc xớch, bao gồm cỏc modul cú cựng kiểu

Cỏc modul mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào/ ra của cỏc module

Sau đây là một ví dụ về cách đọc địa chỉ cho các module CPU và module mở rộng :

3 Cấu trúc bộ nhớ S7 - 200

3.1 Phân chia bộ nhớ:

Bộ nhớ của 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 Hình vẽ 2.5 mô tả bộ nhớ trong và ngoài của PLC, bao gồm:

- Vùng chương trình: miền bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình

- Vùng tham số: miền lưu trữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm,… cũng giống như vùng chương trình

- Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, bộ đệm truyền thông…

- Vùng đối tượng: Timer, Bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương

tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng

+ Hai vùng nhớ: dữ liệu và vùng nhớ đối tượng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình

Hình 2.15 Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 3.2 Vùng dữ liệu:

Vùng dữ liệu là một miền nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word), hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ,…

Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định

Vùng dữ liệu lại được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:

- V: Variable memory

- I: Input image register

- Q: Output image register

- M: Internal memory bits

- SM: Special memory bits

3.3 Vùng đối tượng:

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator(AC)

Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó

Vùng nhớ CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

SM0.0SM179.7

HC0,HC3,HC4,HC5

- Truy cập theo byte: tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền

- Truy cập theo từ: tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền

- Truy cập theo từ kép: tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền

Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy cập được bằng con trỏ Con

trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2 và AC3 Mỗi con trỏ chỉ địa chỉ gồm 4 byte (từ kép) Quy ước sử dụng con trỏ để truy cập như sau:

& địa chỉ byte (cao) là toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép

*con trỏ là toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép con trỏ đang chỉ vào

S0.0S31.7 T0T255 C0C255 L0.0L63.7

V0.0V2047.7 I0.0I15.7 Q0.0Q15.7 M0.0M31.7 SM0.0SM179.7 S0.0S31.7 T0T255 C0C255 L0.0L63.7

V0.0V5119.7 I0.0I15.7 Q0.0Q15.7 M0.0M31.7 SM0.0SM179.7

S0.0S31.7 T0T255 C0C255 L0.0L63.7

V0.0V5119.7 I0.0I15.7 Q0.0Q15.7 M0.0M31.7 SM0.0SM179.7

S0.0S31.7 T0T255 C0C255 L0.0L63.7 Byte

access

VB0VB2047 IB0IB15 QB0QB15 MB0MB31 SMB0SMB17

9 AC0AC3 SB0SB31 LB0LB63 Constant

VB0VB2047 IB0IB15 QB0QB15 MB0MB31 SMB0SMB179 AC0AC3 SB0SB31 LB0LB63 Constant

VB0VB5119 IB0IB15 QB0QB15 MB0MB31 SMB0SMB17

9 AC0AC3 SB0SB31 LB0LB63 Constant

VB0VB5119 IB0IB15 QB0QB15 MB0MB31 SMB0SMB17

9 AC0AC3 SB0SB31 LB0LB63 Constant Double

word

access

VD0VD2044 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28 SMD0SMD1

76 AC0AC3 HC0,3,4,5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

VD0VD2044 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28 SMD0SMD176 AC0AC3 HC0,3,4,5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

VD0VD5116 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28 SMD0SMD1

76 AC0AC3 HC0HC5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

VD0VD5116 ID0ID12 QD0QD12 MD0MD28 SMD0SMD1

76 AC0AC3 HC0HC5 SD0SD28 LD0LD60 Constant

Bảng 4.4: Toán hạng cho phép của PLC S7-200

4 Phương pháp lập trình PLC S7-200:

PLC S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình Chương trình bao gồm một dãy các tập lệnh PLC S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lập trình cuối trong một vòng quét (scan) Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào, và sau đó thực hiện chương trình Vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo, PLC S7-200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp Cách lập trình cho PLC S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List, viết tắt là STL)

Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự động tạo ra một chương trình theo dạng STL tương ứng Tuy nhiên không phải mọi chương trình viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD

78 AC0AC3

LW0LW62 SW0SW30 Constant

VW0VW2046 T0T255

C0C255 IW0IW14 QW0QW14 MW0MW30 SMW0SMW17

8 AC0AC3 AIW0AIW30 AQW0AQW30 LW0LW62 SW0SW30 Constant

VW0VW511

8 T0T255 C0C255 IW0IW14 QW0QW14 MW0MW30 SMW0SMW1

78 AC0AC3 AIW0AIW62 AQW0AQW6

2 LW0LW62 SW0SW30 Constant

VW0VW511

8 T0T255 C0C255 IW0IW14 QW0QW14 MW0MW30 SMW0SMW1

78 AC0AC3 AIW0AIW62 AQW0AQW6

2 LW0LW62 SW0SW30 Constant

Đối với thiết bị điều khiển lập trình PLC S7 - 200, ta không thể lập trình trực tiếp ngay trên nó được mà phải lập trình gián tiếp bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau đây :

- STEP 7 – Micro/DOS

- STEP 7 – Micro/WIN

Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx hoặc các máy tính cá nhân (PC) Công việc lập trình là ta sử dụng máy tính để tiến hành lắp ghép các lệnh cơ bản lại với nhau nhằm thỏa mãn những yêu cầu đề ra của quy trình công nghệ rồi sau đó mới chuyển vào PLC để điều khiển Các lệnh cơ bản

này thông thường ở 2 dạng LAD (Ladder Logic) và STL (Statement List)

4.1 Phương pháp LAD:

LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau:

- Tiếp điểm: là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le

Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thương đóng

- Cuộn dây (coil):   là biểu tượng mô tả rơle, được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le

- Hộp (Box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện

- Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ

đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây trung tính và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường không được thể hiện khi dùng chương trình STEP 7 MICRO / DOS hoặc STEP 7 – MICRO/WIN Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn

4.2 Phương pháp Liệt kê lệnh (STL):

Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình biểu diễn một chức năng của PLC

Phương pháp lập trình LAD phù hợp cho những người lập trình quen suy luận về

kỹ thuật, còn STL phù hợp cho người lập trình quen suy luận về tin học

5 Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi

- Thiết bị lập trình loại PGxx được trang bị sẵn phần mềm lập trình, chỉ lập trình được với ngôn ngữ STL

- Máy tính PC: Hệ điều hành Win 95/98/ME/2000/NT4.x

Trên đó có cài đặt phần mềm Step7 Mcro/Win và Step7 Mcro/Dos Hiện nay hầu hết

sử dụng Step7 Mcro/Win cho phép người lập trình có thể xem được giá trị, trạng thái cũng như đồ thị của các biến

Hình 3-1 Giao tiếp giữa PC/PG với PLC thông qua PC/PPI cable

Sau khi đã tiến hành lắp đặt phần cứng xong, ta tiến hành thiết lập truyền thông giữa PC/PG với PLC Đó là thiết lập tốc độ, số bit dữ liệu truyền/nhận, bit chẵn lẻ, cổng COM, địa chỉ PLC, thời gian Time out được tiến hành như sau:

Hình 3-2 Thiết lập kết nối giữa PC/PG tới PLC

- Kích chuột vào biểu tượng Communications trên Group bar

- Kiểm tra việc thiết lập truyền thông

- Kích double vào biểu tượng Refresh để dò tìm địa chỉ và các thông số của PLC

- Nếu không nhận được phản hồi từ PLC hoặc Window vẫn không thiết lập được truyền thông thì kích vào Set PG/PC interface sau đó kích double vào PC/PPI cable

- Đánh dấu vào PC/PPI cable và chọn properties

- Vào PPI/Addres đặt địa chỉ 2 và tốc độ truyền là 9.6 kbps Vào Local connection/ connnection to chọn port kết nối (COM1/COM2/USB), chấp nhận việc lựa chon này bằng nút OK

- Vào kích double biểu tượng Refresf lần nữa để xem sự kết nối giữa PC và PLC

- Giao tiếp với mạng công nghiệp:

• Nếu là mạng PPI thì chỉ cần đầu nối và nối trực tiếp vào Port truyền thông của CPU

• Nếu là mạng Profibus - DP phải có thêm modul EM 277

• Nếu là mạng Ethernet hoặc internet phải có thêm modul CP 243-1/ CP 243-1IT

• Nếu là mạng Asi phải có thêm modul CP 243-2

• Ngoài ra còn có thêm TD200(Text Display) dùng để hiển thị và thông báo bằng text, có thể điều chỉnh trực tiếp giá trị của biến trong chương trình người dùng, đóng vai trò như một panel vận hành

TP 070 loại này là Touch panel, được thiết kế đặc biệt cho S7-200, có chức năng như HMI (Human Mechanical Interface)

Tip!: Gói phần mềm STEP 7 Micro/Win32 V3.x cũng được chia ra nhiều

modul Modul chính dùng để thực hiện nhữnh chức năng cơ bản, một số modul chuyên dụng như: USS hay Modbus, S7-200 Toolbox: TP_Desinger cho OP 070 (để cấu hình cho TO 070), Microcomputing limited, ActiveX components để hỗ trợ việc truyền thông giữa PC với PLC qua các ngôn lập trình khác S7-200 OPC server for random OPC clients cũng sủ dụng chom việc truy xuất dữ liệu với S7-200

* Giao tiếp giữa sensor và cơ cấu chấp hành:

S7-200 có hai loại cơ bản:

+ AC/DC/RLY_loại này điện áp nguồn cung cấp từ 85÷264VAC, tần số 47÷63 Hz;

Điện áp vào: có nguồn cung cấp điện áp chuẩn cho sensor là 24VDC

Điện áp ra: loại này sử dụng nguồn điện ngoài, có thể là DC hoặc AC nhưng không vượt quá 220V Nếu sử dụng đối với những thiết bị tiêu thụ có công suất bé khoảng chừng vài Woat thì có thể lấy trực tiếp nguồn của cảm biến

a Nối nguồn cho PLC S7-200

Hình 4.4 Nối nguồn cho PLC

b Nối các thiết bị vào/ ra