BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 - CHƯƠNG I: PLC S7-300 doc

Các Module gồm có: Module CPU, nguồn, ngõ vào/ra số, tương tự, mạng, …Số lượng Module nhiều hay ít tùy vào yêu cầu thực tế, song tối thiểu bao giờ cũng có một Module chính là CPU, các Mo

Trang 1

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

KHOA ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG:

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2

BIÊN SOẠN:

GV ThS Nguyễn Tấn Đời

GV ThS Tạ Văn Phương

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2008

Trang 2

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: PLC S7-300

Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP HCM

Trang 3

3.2.5 Tham số hoá và chuẩn đoán hệ thống 55

3.4.3 Tệp cơ sở dữ liệu của thiết bị ( các tệp GSD) 64 3.4.5 Ứng dụng mạng Profibus –DP điều khiển thiết bị 64

Trang 4

4.5.2 Hệ thống truyền dữ liệu AS-I 109

5.3.5 Biểu diễn giá trị của quá trình Logging Editor 136

5.4.4 Thiết lập giao diện trên WinCC và thiết lập giao tiếp với S&-300 146

Trang 5

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Doãn Phước, tự động hóa với Simatic S7-300, NXB KHKT, 2006 [2] Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp , NXB KHKT, 2001

[3] Trần Thu Hà, Tự động hoá trong công nghiệp với WinCC, NXB Hồng

Đức, 2007

[4] TT Việt Đức - ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, SIMATIC S7-300 Điều

khiển hệ thống

[5] TT Việt_Đức - Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, Tài liệu huấn

luyện PROFIBUS - DP&FMS

[6] Siemens, AS-Interface – Introdution and Basic information, 2000

[7] Siemens, S7-300 Programmable Controller Hardware and installation

[8] Internet

Trang 6

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 2 CHƯƠNG 1

TRANG - 1

1.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300:

PLC S7-300 là thiết bị điều khiển lo g i c k h ả t r ì n h c ỡ t r u n g b ì n h do hãng

S iemens sản xuất với kích thước nhỏ, gọn

Chúng có kết cấu theo kiểu các Module được sắp xếp trên các thanh rack Trên mỗi rack cho phép đặt được nhiều nhất 8 Module mở rộng (không kể CPU, Module nguồi nuôi) Một CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack

S7-300 được thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 (đã được trình bày trong môn học ĐKLT 1) và bổ sung những tính năng mới, đặc biệt trong điều khiển liên kết cả

hệ thống nhiều PLC, gọi là mạng PLC – sẽ được trình bày trong các chương sau

1.2 CÁC MODULE CỦA PLC S7-300:

Nhằm mục đích tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế, các đối tượng điều khiển của một trạm S7-300 được chế tạo theo Module

Các Module gồm có: Module CPU, nguồn, ngõ vào/ra số, tương tự, mạng, …Số lượng Module nhiều hay ít tùy vào yêu cầu thực tế, song tối thiểu bao giờ cũng có một Module chính là CPU, các Module còn lại nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các Module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ,… chúng được gọi chung là Module mở rộng

Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như sau:

Hình 1.1: Các khối trên một thanh rack của trạm PLC S7-300

CPU

Trang 7

TRANG - 2

- Module CPU: chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian,

bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…

Những Module cùng có chung bộ vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard, khác nhau về các khối hàm đặc biệt có sẵn trong thư viện của hệ điều hành được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm từ IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ Module CPU314 IFM

Ngoài ra còn có các loại Module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP (Distributted Port) trong tên gọi Ví dụ Module CPU 314C-2DP…

Hình vẽ sau minh họa một số CPU của PLC S7-300:

CPU 312 IFM CPU 314C-2PIP CPU 314 CPU 314C-2DP

Hình 1.2: Các Module tích hợp CPU của PLC S7-300

- Module mở rộng: chia làm 5 loại

o PS ( Power Supply): Module nguồn nuôi Có 3 loại 2A, 5A và 10A

o SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

o DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số

mở rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại Module

o DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số

mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại Module

o DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra

số Số các cổng vào/ra số có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy thuộc từng loại Module

o AI (Analog input): Module mở rộng cổng vào tương tự Chúng là bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD) Số các cổng vào tương tự có thể là

2, 4, 8 tùy từng loại Module

Trang 8

TRANG - 3

o AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự Chúng là những bộ chuyển đổi số tương tự (DA) Số các cổng ra tương tự có thể

là 2, 4 hoặc 8 tùy thuộc từng loại

o AI/AO (Analog input/Analog output): Module mở rộng vào/ra tương tự

Số cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy từng loại Module

o IM (Interface Module): Module ghép nối Đây là loại Module chuyên dụng có chức năng nối các nhóm Module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một CPU Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM

o FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như Module điều khiển động động cơ bước, Module điều khiển động cơ servo, Module PID, điều khiển đếm tốc độ cao…

o CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Hình sau minh họa một số Module mở rộng của PLC S7-300:

a) Module nguồn (PS) b) Module vào số (DI) c) Module ra analog (AO)

d) Module ra số (DO) e) Module chức năng (FM) f) Module truyền thông

Hình 1.3: Module mở rộng của PLC S7-300

Trang 9

TRANG - 4

1.3 CÁC MODE HOẠT ĐỘNG:

- PLC S7-300 có 4 mode hoạt động, gồm:

o RUN_P: Xử lý chương trình, có thể đọc và ghi được từ PG

o RUN: Xử lý chương trình, không thể đọc từ PG

o STOP: Dừng, chương trình không được xử lý

o MRES: Chức năng reset hệ thống (Module Reset Các mode này được chọn dựa vào công tắc chọn ở mặt trước CPU như hình 1.4 Trong đó:

1 Đèn báo trạng thái

2 Card nhớ

3 Nút chọn kiểu làm việc

4 Đầu nối 24V

5 Cổng giao tiếp MPI

6 Ngăn để pin

Hình 1.4: Mặt trước CPU S7-300

- Ngoài ra, CPU còn có các đèn chỉ báo giúp người sử dụng chẩn đoán được trạng thái hiện tại của PLC

o SF: báo lỗi trong nhóm, trong CPU hay trong các Module

o BATF: lỗi pin, hết pin hoặc không có pin

o DC5V: báo có nguồn 5V

o FRCE: báo ít nhất có một ngỏ vào/ra đang bị cưỡng bức hoạt động

o RUN: nhấp nháy khi CPU khởi động và sáng khi CPU làm việc

o STOP: sáng khi PLC dừng, chớp chậm khi có yêu cấu reset bộ nhớ, chớp nhanh khi đang reset bộ nhớ

- Các thành phần khác trên CPU:

o Card nhớ: dùng để lưu chương trình mà không cần pin trong trường hợp mất điện

o Ngăn để pin: nằm dưới nắp, chứa pin cung cấp năng lượng cho RAM khi mất điện

o Đầu nối MPI: đầu nồi dành cho thiết bị lập trình hay các thiết bị cần giao tiếp qua cổng MPI

o Đầu nối điện 24V: cung cấp nguồn cho CPU

Trang 10

TRANG - 5

1.4 CÁC KIỂU DỮ LIỆU:

Tương tự như PLC S7-200, các kiểu dữ liệu sử dụng trong chương trình của PLC S7-300 gồm có:

- BOOL: có dung lượng 1 bit, giá trị là 0 hoặc 1, sử dụng cho biến có 2 giá trị

- BYTE: dung lượng 8 bit, thường dùng biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến 255,

mã BCD của số thập phân 2 chữ số, mã ASCII của ký tự,…

- WORD: dung lượng 2 byte, biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến 65535

- INT: dung lượng 2 byte, biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767

- DINT: dung lượng 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147483648 đến 2147483647

- REAL: dung lượng 4 byte, biểu diễn số thực có dấu phẩy

Ngoài ra còn có các kiểu dữ liệu khác:

- S5T (S5TIME): biểu diễn khoảng thời gian, tính theo giờ/phút/giây/mgiây

- TOD: biểu diễn khoảng thời gian tính theo giờ/phút/giây

- DATE: biểu diễn thời gian theo năm/tháng/ngày

- CHAR: biểu diễn ký tự (tối đa 4 ký tự)

1.5 CẤU TRÚC BỘ NHỚ:

Bộ nhớ PLC được minh họa trong hình 1.5, gồm: vùng nhớ chứa thanh ghi, vùng nhớ System, vùng nhớ Work, và vùng nhớ Load

Hình 1.5: Phân chia vùng nhớ S7-300

Trang 11

TRANG - 6

- Load memory:

Là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng do người sử dụng viết và được chứa trong các OB, FC, FB hoặc trong các khối chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFB, SFC) và các khối dữ liệu DB Vùng nhớ này tạo ra từ một phần RAM của CPU và EEPROM Khi thực hiện lệnh xóa bộ nhớ (MRES) thì toàn bộ các khối chương trình trong RAM bị xóa hết Tương tự, khi chương trình được Download từ máy tính vào CPU, chúng sẽ được ghi lên phần RAM của vùng nhớ này Vùng nhớ chương trình được chia làm 3 miền:

o OB (Organization Block): miền chứa chương trình tổ chức

o FC (Function): miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm, có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi

o FB (Function Block): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm,

có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ khối chương trình nào Các dữ liệu được xây dựng trên một khối riêng gọi là DB

- Work memory:

Là vùng nhớ chứa các khối dữ liệu DB đang mở, khối chương trình (OB, FB, FC, SFC, SFB) đang được CPU thực hiện Tại một thời điểm nhất định vùng nhớ này chỉ chứa một khối chương trình Sau khi thực hiện khối chương trình này xong thì nó sẽ bị CPU xóa khỏi work memory và nạp vào khối chương trình kế tiếp đến lượt thực hiện

Vùng nhớ này chia thành 2 miền:

o DB (Data Block): Miền chứa các dữ liệu tổ chức thành khối, kích thước và

số lượng do người sử dụng quy định Chương trình có thể truy cập miền này theo bit (DBX), byte (DBB), Word (DBW), Double word (DBD)

o L (Local data block): Miền dữ liệu cục bộ được các khối chương trình OB,

FC, FB sử dụng cho các biến tạm thời và trao đổi các biến hình thức với các khối đã gọi nó Nội dung dữ liệu trong khối này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB Miền này có thể truy cập theo bit (L), byte (LB), word (LW) hoặc duoble word (LD) Tùy theo các khối chương trình khác nhau mà bảng khai báo chứa các biến khác nhau nhằm phục vụ cho yêu cầu của khối đó

- System memory:

Chứa các tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, chia làm 7 miền

o Miền I: (Process image input): miền bộ đệm các cổng vào số Trước khi thực hiện chương trình, PLC đọc tất cả dữ liệu đầu vào và cất vào miền nhớ này PLC không đọc trực tiếp cổng vào mà đọc từ bộ đệm I

o Miền Q: (Process image output): miền bộ đệm các cổng ra số Khi kết thúc chương trình, PLC chuyển giá trị logic từ bộ đệm Q đến các cổng ra số Thông thường chương trình không gán trực tiếp giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q

Trang 12

TRANG - 7

o Miền M: miền nhớ các bit cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bit, byte, word, double word

o Miền T: miền nhớ phục vụ bộ thời gian Bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian thời gian định trước, thời gian tức thời và giá trị logic đầu ra của timer

o Miền C: miền phục vụ bộ đếm Bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị tức thời và giá trị logic đầu ra

o Miền PI: miền địa chỉ cổng vào các Module tương tự Các giá trị tương tự tại các cổng vào sẽ được chuyển tự động theo những địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền PI theo bit (PI), theo byte (PIB), theo từ (PIW), hoặc theo từ kép (PID)

o Miền PQ: miền địa chỉ cổng ra các Module tương tự Giá trị theo những địa chỉ này sẽ được Module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo bit (PQ), theo byte (PQB), theo từ (PQW) hoặc theo từ kép Trong các vùng nhớ trình bày trên không có vùng nhớ làm bộ đệm cho cổng vào/ra tương tự, như vậy mỗi lệnh truy nhập Module tương tự (đọc hoặc gửi giá trị) đều có tác dụng trực tiếp tới cổng vật lý

1.6 CHU KỲ QUÉT CỦA PLC S7-300:

Tương tự PLC S7-200, PLC S7-300 thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét

- Vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

- Bước tiếp theo là giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới bộ đệm ảo I

- Sau đó là giai đoạn thực hiện chương trình Chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 Kết quả được lưu trong bộ đệm Q

- Sau cùng là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số

Hình 1.6: Vòng quét chương trình

Trang 13

TRANG - 8

Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý mà không thông qua bộ đệm

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, tùy thuộc vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét

Việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và gửi tín hiệu tới đối tượng cần một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển

Nếu sử dụng các khối OB đặc biệt có chế độ ngắt như OB40, OB80, OB35 thì chương trình của khối đó được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng loại Thời gian vòng quét càng lớn khi có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét

1.7 TRAO ĐỔI DỮ LIỆU GIỮA CPU VÀ MODULE MỞ RỘNG:

Sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các Module mở rộng trong một trạm PLC thông qua bus nội bộ

- Ngay đầu vòng quét các dữ liệu tại cổng vào của Module số (DI) được CPU chuyển đến bộ đệm vào I Đến cuối vòng quét, nội dung bộ đệm số ngõ ra được CPU chuyển tới cổng ra của các Module số (DO)

Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng Trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc ngõ vào số thì cho dù giá trị thực có của cổng này đã bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I và đó là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét Nếu chương trình có nhiều lần thay đổi giá trị cổng ra số thì do nó chỉ thay đổi nội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay đổi cuối cùng được đưa tới cổng ra vật lý của Module DO

- Khác với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được CPU thực hiện trực tiếp trên Module tương tự (AI/AO) Như vậy lệnh đọc giá trị từ địa chỉ thuộc vùng PI sẽ thu được giá trị đúng bằng giá trị thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh, khi thực hiện lệnh gửi một giá trị tới địa chỉ vùng PQ, giá trị

đó được gửi trực tiếp đến cổng ra tương tự của Module

Định dạng
Số trang	16
Dung lượng	635,94 KB