Tự động hóa quá trình chiết và đóng nắp bia

Vai trò của bộ điều khiển PLC Trong một hệ thống điều khiển, các thiết bị điều khiển có một vai tròrất quan trọng, là “phần cứng” và là nền tảng để hiện thực hoá các thuật toán,các chươ

MỞ ĐẦU

I Đặt vấn đề

Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển, mục tiêu mà Đảng và Nhànước đặt ra là vào năm 2020 Việt Nam sẽ cơ bản trở thành một nước côngnghiệp Trong điều kiện hiện nay, để thực hiện được điều đó còn vô vàn khókhăn và thách thức Đảng và Nhà nước đã chủ động ứng dụng những thànhtựu của khoa học công nghệ hiện đại vào trong quá trình sản xuất nhằm đẩynhanh CNH – HĐH đất nước

Chính vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu cơ bản đem ứng dụng và pháttriển công nghệ tự động hóa trong các quá trình sản xuất là rất quan trọng

Từ thực tế trên tôi đã thực hiện đề tài “Tự động hóa quá trình chiết và đóng nắp bia”.

II Mục đích yêu cầu

Do hạn chế về thời gian và nhiều điều kiện khách quan khác nhau nên đề tàichỉ nghiên cứu những nội dung sau:

- Nghiên cứu phần mềm simatic S7 – 200

- Ứng dụng phần mềm Simatic S7_200 để thành lập chương trình điềukhiển quá trình chiết và đóng nắp

III Phương pháp nghiên cứu

* Với yêu cầu đặt ra khi tiến hành làm đề tài, chúng tôi đã có phương phápnghiên cứu như sau:

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu về cơ sở lý thuyết của các phần mềmlập trình

- Tìm hiểu mô hình sản xuất có sẵn trong thực tiễn

- Nghiên cứu phần mềm lập trình tại phòng thí nghiệm của Bộ mônĐiện kỹ thuật khoa Cơ Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội để thànhlập chương trình điều khiển

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM SIMATIC S7_200

1.1 Giới thiệu chung về PLC

Tự động hoá (TĐH) ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống

và trong sản xuất Ngày nay ngành tự động phát triển đến trình độ cao nhờnhững tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, của những ngành khác nhưđiện tử và tin học,… Đã có nhiều hệ thống điều khiển ra đời, nhưng phát triểnmạnh mẽ và có khả năng phục vụ rộng rãi là bộ điều khiển PLC(Programmable Logic Controller)

Kể từ khi bắt đầu xuất hiện vào đầu thập niên 70 của thế kỷ trước nhưmột thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng,các PLC phát triển rất nhanh chóng cả về phần cứng và phần mềm Về phầncứng, các bộ vi xử lý mạnh và bộ nhớ lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý đơngiản và bộ nhớ khoảng 1KB Các cổng vào/ra không chỉ tăng về số lượng màcòn có thể được phân tán Các cổng tương tự cũng được thêm vào giúp choPLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều khiển logic mà còn có thể được sửdụng rất hiệu quả trong điều khiển quá trình liên tục Về mặt cấu trúc, cácPLC ngày nay có cấu trúc dạng module linh hoạt Bên cạnh đó, khả năng nốimạng góp phần tăng hiệu quả và sức mạnh của các PLC lên nhiều lần khichúng hoạt động phối hợp Về phần mềm, tập lệnh của các PLC ngày naykhông giới hạn ở các lệnh logic đơn giản mà đã trở lên khá phong phú với cáclệnh toán học, truyền thông, bộ đếm, bộ định thời,… Xét về phương diện lậptrình hầu hết các PLC hiện nay vđã xuất hiện từ thời kỳ đầu là LAD – ngônngữ dạng biểu đồ hình thang, FBD – ngôn ngữ dạng biểu đồ khối chức năng

và một ngôn ngữ dạng liệt kê lệnh Như vậy, bộ điều khiển logic khả trình(PLC) chứa đựng đầy đủ ba thành phần của khoa học máy tính: phần cứng,phần mềm và truyền thông

1.1.1 Vai trò của bộ điều khiển PLC

Trong một hệ thống điều khiển, các thiết bị điều khiển có một vai tròrất quan trọng, là “phần cứng” và là nền tảng để hiện thực hoá các thuật toán,các chương trình điều khiển Trong rất nhiều loại thiết bị điều khiển khácnhau, từ những chiếc rơle đơn giản đến các máy tính công nghiệp hiện đại,các bộ logic khả trình PLC được sử dụng rất phổ biến, đặc biệt là trong côngnghiệp Vai trò của bộ PLC là rất quan trọng, cụ thể:

- Trong một hệ thống thiết bị điều khiển tự động, bộ điều khiển PLCđược coi như bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển

- Với một chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ xác địnhtrạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu của các thiết bị đầu vào Sau đó sẽcăn cứ trên chương trình logic để xác định tiến trình hoạt động đồng thờitruyền tín hiệu tới thiết bị đầu ra

- PLC có thể được sử dụng để điều khiển các thao tác đơn giản, lặp đilặp lại hoặc một vài thiết bị trong số chúng có thể được nối mạng cùng với hệthống điều khiển trung tâm hoặc những máy tính trung tâm thông qua mộtphần của mạng truyền dẫn

- Trước kia bộ PLC giá rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quytrình lập trình rất phức tạp Ngày nay, với những tiến bộ nhanh chóng trongcông nghệ siêu nhỏ đem lại hiệu năng cao và tối thiểu hoá kích thước, chúng

đã mở ra thị trường mới cho PLC Các phần cứng điều khiển hoặc các điềukhiển trên máy tính PC (Personal Computer) được mở rộng với chức năngthực, nay đã có thể điều khiển các quá trình tự động hoá phức tạp

- Nhiều loại PLC khác nhau bao trùm nhiều chức năng, từ các máy tínhmạng nhỏ và các khối phân tán cho tới các PLC hiệu năng cao, ít lỗi, có tínhmodule Chúng khác nhau về tốc độ xử lý, khả năng nối mạng hoặc cácmodule vào ra Các PC hiện đại đã cho phép phát triển công cụ lập trình PLCnhanh chóng trong vòng 10 năm qua Các phương pháp lập trình PLC truyềnthống như danh sách lệnh, logic bước hoặc sơ đồ hàm hệ thống điều khiển,cho tới nay đang được áp dụng mạnh mẽ và đang trên con đường đạt đến đỉnhcao của nó

1.1.2 Ưu điểm của việc dùng PLC trong TĐH

Với khả năng lập trình đơn giản, cùng với sự phát triển của máy tính Đến nay

bộ điều khiển PLC đạt được những ưu thế cơ bản trong việc ứng dụng điềukhiển các dây chuyền công nghệ:

* Chuẩn bị vào hoạt động nhanh

* Độ tin cậy cao và tuổi thọ ngày càng tăng

* Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chương trình

* Sự đánh giá các nhu cầu là đơn giản

* Xử lý tư liệu tự động: Trong nhiều bộ PLC việc xử lý tư liệu đượctiến hành tự động làm cho việc thiết kế điện tử trở nên đơn giản

* Khả năng tái tạo

* Tiết kiệm không gian

* Sự cải biến thuận tiện

* So với bộ điều khiển bằng rơle thì việc lắp đặt bộ PLC đơn giản hơnnhiều so với việc lắp đặt bộ điều khiển băng rơle

* Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: Các PLC có thể làm việctrong môi trường có nhiệt độ cao, độ ẩm cho phép, sự dao động của điện áplớn

* Có thể tính toán được giá thành: Khi điều khiển một hệ thống nào đó

ta lập chương trình điều khiển và chọn thiết bị điều khiển Như vậy với yêucầu công nghệ ta có thể lựa chọn được thiết bị và tính toán được chi phí củamột hệ thống điều khiển

* So với hệ thống điều khiển logic thông thường (dạng kinh điển ) thì

hệ thống điều khiển dùng PLC có những chỉ tiêu ưu việt hơn

* Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng

1.1.3 Giá trị kinh tế của PLC

Khi sử dụng một phương án nào trong điều khiển tự động thì ngoài yếu

tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến tính kinh tế của phương án đó để xemphương án đó có khả thi hay không? Nếu phương án đó khả thi thì cả hai yếu

tố kỹ thuật và kinh tế đều đảm bảo

Do PLC ra đời thay thế cho hệ rơle nên việc so sánh giữa PLC và hệrơle đã được các nhà đầu tư tính toán và đưa ra kết quả dưới đây:

Từ hình sau có thể nhận thấy rằng: về mặt kinh tế, việc sử dụng hệ PLCkinh tế hơn hệ rơle do tổng chi phí của một hệ PLC thấp hơn tổng chi phí chomột hệ rơle

Hình 1.1: So sánh kinh tế giữa hệ Rơle và PLC

Về mặt kỹ thuật, thì việc sử dụng bộ PLC có một hạn chế là phải dùngđội ngũ nhân viên có kỹ thuật lành nghề có kinh nghiệm có hiểu biết tốt vềphần mềm để thiết kế lập trình và thao tác bộ PLC Tuy nhiên với những tínhnăng kỹ thuật hơn hẳn hệ rơle, người ta đã sử dụng PLC thay thế cho hệ rơle

Tổng giá trị hệ Rơle

Tổng giá trị của PLC

Logic mạch cứng

hệ rơlePhần cứng PLC

Phần cứng hệ rơle - cuộn từLập trình PLCGiá tiền

Số lượng đầu vào/ra

1.1.4 Khả năng phát triển của PLC

Với sự phát triển của khoa học công nghệ đặc biệt là công nghệ tíchhợp PLC hiện nay với bộ nhớ dung lượng lớn và CPU tốc độ cao đã làm choPLC trở thành phần tử tự động hoá thông dụng đáp ứng tất cả các ứng dụng

Hệ thống PLC đang dần thay thế thị trường rơle Sự phát triển của khoa hoccông nghệ và sự cạnh tranh gay gắt của các hãng sản xuất làm cho giá thànhcủa PLC ngày càng hạ, việc đầu tư ban đầu cho việc sử dụng PLC càng thấpđem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao Chính vì vậy, PLC có một khả năngrất lớn để trở thành công nghệ chính điều khiển các quá trình tự động hoátrong tương lai

1.2 Tìm hiểu về đại số BOOLE

1.2.1 Tóm tắt về đại số BOOLE

Đại số Boole hay còn gọi là đại số logic do George Boole nhà toán họcngười Anh sáng tạo vào giữa thế kỷ XIX- so với đại số thường, đại số logicđơn giản hơn nhiều Tuy đại số logic cũng dùng chữ biểu hiện biến số, nhưngbiến số logic chỉ lấy giá trị rất đơn giản là 1 và 0, không có giá trị thứ ba nàonữa, 0 và 1 ở đại số logic không chỉ biểu thị số lượng to nhỏ cụ thể, mà chủyếu để biểu thị hai trạng thái logic khác nhau ( ví dụ dùng 1 và 0 để biểu thịđúng và sai, thật và giả, cao và thấp, có và không có, mở và đóng )

Trong đại số logic có một số quy tắc giống với đại số thường, nhưng lại

có một số quy tắc hoàn toàn khác với đại số thường

Một sự kiện chỉ có thể phát sinh khi tất cả mọi điều kiện quyết định sựkiện đó đều hiện hữu Quan hệ nhân quả nói trên được gọi là logic AND.

Hình 1.2: Mạch điện logic AND

Trong đó : Nếu cả hai khoá A và B đều đóng mạch thì đèn mới sáng

Sự đóng nối mạch của A, B và sự sáng của đèn là quan hệ logic AND

3 Quan hệ logic NOT

Not là đảo, là không

Trong mạch điện hình 1.4 Khi khoá A nối mạch thì đèn Z tắt, khi khoá

A hở mạch thì đèn Z sáng Sự đóng nối mạch của A và sự sáng của Z là quan

hệ logic NOT

Ta viết : Z= A Dấu ngang trên chữ A biểu thị NOT

Ta đọc : Z bằng NOT A

Hình 1.4: Mạch điện logic NOT

1.2.3 Thiết kế hệ thống điều khiển logic

Việc lập trình điều khiển (cho PLC) ngày càng trở nên phổ biến doPLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất Người lậptrình có thể lập trình trên máy tính và viết ra chương trình theo yêu cầu cụ thểrồi nạp vào PLC để điều khiển một hệ thống nào đó Quy trình thực hiệnthường là:

- Nghiên cứu yêu cầu điều khiển

- Xác định số lượng đầu vào và đầu ra

- Viết chương trình điều khiển

- Nạp chương trình vào bộ nhớ PLC

- Cho PLC chạy thử để điều khiển đối tượng

1 Nghiên cứu yêu cầu cần điều khiển của hệ thống

R

Z

Nguồn điện

Đầu tiên phải xác định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng ta muốnđiều khiển Mục đích chủ yếu của bộ điều khiển được lập trình hoá để điềukhiển một hệ thông bên ngoài Hệ thống được điều khiển có thể là một thiết

bị, máy móc, hoặc quá trình xử lý và thường gọi là hệ thống điều khiển

2 Xác định số lượng đầu vào và đầu ra

Tất cả các thiết bị nhập xuất cung cấp giao diện giữa hệ thống và thếgiới bên ngoài Cho phép thực hiện các nối kết, thiết bị cảm ứng… Nhữngthiết bị xuất là những thiết bị từ tính, những van điện từ, động cơ và đèn chỉbáo… Thông qua các thiết bị nhập / xuất, chương trình được đưa vào hệthống từ bảng chương trình Mỗi điểm nhập / xuất có một địa chỉ duy nhất cóthể được CPU sử dụng

3 Viết chương trình điều khiển

Hầu hết các PLC hiện nay vẫn sử dụng ngôn ngữ lập trình quen thuộc

đã xuất hiện từ thời kỳ đầu là Ladder (LAD) – ngôn ngữ dạng biểu đồ thang,ngôn ngữ dạng liệt kê lệnh Statement List (STL), lưu đồ hệ thống điều khiểnControl System Flowchart (CSF) Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD,thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một chương trình kiểu STL tương ứng

4 Nạp chương trình vào bộ nhớ

Các chương trình được đưa vào bộ nhớ của PLC bằng thiết bị lập trình.Các thiết bị lập trình có thể là loại cầm tay, bộ giao tiếp để bàn, hoặc máytính Sau khi hoàn chỉnh phần lập trình, nạp chương trình xuống PLC (Down -Load), đọc chương trình từ PLC (upload) theo dõi chương trình để gỡ rỗi(Monitoring, Debug), theo dõi và thay đổi tham số trực tuyến

5 Chạy thử chương trình

Để đảm bảo cấu trúc chương trình và các tham số đã cài đặt là chính xáctrước khi đưa vào điều khiển Chúng ta cần thực hiện việc kiểm tra và phát hiện lỗi

thông qua bộ mô phỏng hoặc ghép nối trực tiếp với đối tượng cần điều khiển vàhoàn thiện chương trình theo hoạt động của nó.

Hình 1.5: Thiết kế mô hình điều khiển trên PLC

Chương trìnhđúng

Thay đổi

chương trình

Nối tất cả thiết bịvào / ra với PLC

Kiểm tra tất cảcác dây nối

Chạy thử chương trình

Sửa lạiphần mềm

Lưu chương trìnhvào EPROM

Sắp xếp có hệ thốngtất cả các bản vẽ

Kết thúc

Tìm hiểu các yêu cầucủa hệ thống điều khiển

Dựng một lưu đồ chung

của hệ thống điều khiển

Liên kết các đầu vào / ra

tương ứng với các đầuI/O của PLC

Phiên dịch lưu đồ sanggiản đồ thang

1.3 Những vấn đề chung về PLC

1.3.1 Thiết bị điều khiển logic lập trình

Thiết bị điều khiển logic lập trình (PLC) là dạng thiết bị điều khiển đặcbiệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh vàthực hiện các chức năng, chẳng hạn: phép tính logic, lập chuỗi, định giờ đếm,

thuật toán điều khiển máy và các quá trình (Hình1.6) PLC được thiết kế cho

phép các kỹ sư, không yêu cầu kiến thức cao về máy tính và ngôn ngữ máytính, có thể vận hành Chúng không được thiết kế để chỉ các nhà lập trình máytính mới có thể cài đặt hoặc thay đổi chương trình Vì vậy, các nhà thiết kếPLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển có thể nhập bằng cách

sử dụng dạng ngôn ngữ đơn giản Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lậptrình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic thực thi và chuyển mạch Cácthiết bị nhập, chẳng hạn các bộ cảm biến, các công tắc,… và các thiết bị xuấttrong hệ thống được điều khiển, ví dụ như: các động cơ, các van… được nốikết với PLC Người vận hành nhập chuỗi lệnh (chương trình) vào bộ nhớ củaPLC Thiết bị điều khiển sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theochương trình này và thực hiện các quy tắc đã được lập trình

Hình 1.6: Thiết bị điều khiển logic lập trình

Các PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết bị điềukhiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển Để sửa đổi hệ thống điều khiển

và các quy tắc đang được sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnhkhác, không cần mắc nối lại dây Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả

PLC

Chương trình

Tín hiệu ngõ vào

Tín hiệu ngõ ra

Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho cáctác vụ tính toán và hiển thị Còn PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điềukhiển trong môi trường công nghiệp Vì vậy, các PLC:

- Được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn

- Có sẵn giao diện cho các thiết bị nhập và xuất

- Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giảiquyết các phép toán logic và chuyển mạch

Bộ xử lý

xö lý

Công suất nguồn

Giao diện xuất

1.3.3 Cơ cấu chung của hệ thống PLC

Có hai kiểu cơ cấu thông dụng đối với các hệ thống PLC: kiểu hộp đơn,

và kiểu module nối ghép Kiểu hộp đơn thường được sử dụng cho các thiết bịđiều khiển lập trình cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn

chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị nhập xuất (hình 1.8 a).

Thông thường bộ PLC này có thể có 40 điểm nhập xuất và bộ nhớ có thể lưutrữ khoảng 300-1000 lệnh hướng dẫn Kiểu module gồm các module riêngcho bộ nguồn, bộ xử lý, , chúng thường được lắp trên các rãnh bên trong hộpkim loại Kiểu này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trìnhvới mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau được gộp vào các module

riêng biệt, có thể được cắm vào ổ cắm trên rãnh chính (hình 1.8 b) Sự phối

hợp các module cần thiết tuỳ theo công dụng cụ thể do người dùng xác định

Vì vậy, kiểu này khá linh hoạt, cho phép mở rộng số lượng đầu nối nhập xuấtbằng cách bổ xung các module nhập xuất hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cáchtăng thêm đơn vị nhớ

Các chương trình được đưa vào bộ nhớ của PLC bằng thiết bị lập trình,thiết bị này không nối kết cố định với PLC, và có thể chuyển từ thiết bị điềukhiển này đến thiết bị điều khiển khác mà không làm xáo trôn các hoạt động.PLC có thể vận hành mà không cần nối kết với thiết bị lập trình, sau khichương trình được tải vào bộ nhớ của PLC

Các thiết bị lập trình có thể là loại cầm tay, bộ giao diện để bàn, hoặcmáy tính Các hệ thống cầm tay có bàn phím nhỏ và màn hình tinh thể lỏng

Hình 1.8: (a) Kiểu hộp đơn (b) Kiểu module/nối ghép

Các thiết bị để bàn có thể có bộ hiển thị với bàn phím hoàn chỉnh vàmàn hình hiển thị Các máy tính cá nhân được lập cấu hình như các trạm làmviệc phát triển chương trình Một số PLC đòi hỏi máy tính phải có phần mềmtương ứng, số khác chỉ cần Card truyền thông chuyên dùng để giao tiếp vớiPLC Ưu điểm chính khi sử dụng máy tính là chương trình có thể được lưutrên đĩa cứng hoặc đĩa mềm và dễ dàng thực hiện các bản sao Nhược điểm làviệc lập trình thường khó thực hiện Các thiết bị giao tiếp lập trình cầm taythường có bộ nhớ đủ để lưu giữ chương trình trong khi vận chuyển từ vị trínày đến vị trí khác

Chương trình chỉ được chuyển vào bộ nhớ của PLC khi đã được viếthoàn chỉnh trên thiết bị lập trình

b

1.3.4 Cấu trúc bên trong

1 CPU

Cấu hình CPU tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý, nói chung CPU có:

* Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thựchiện các phép toán số học và các phép toán logic

* Bộ nhớ, còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng

để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi chương trình

* Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của cácphép toán

Hình 1.9: Cấu trúc của PLC

* Bus dữ liệu tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lí của CPU.

Bộ vi xử lí 8 bit có một bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8 bit, có thể thựchiện phép toán giữa các số 8 bit và phân phối kết quả theo số 8 bit

* Bus địa chỉ được sử dụng để tải địa chỉ các vị trí trong bộ nhớ Như

vậy, mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địachỉ duy nhất Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được lưu trữ

ở vị trí nhất định, để CPU có thể đọc và ghi ở đó Bus địa chỉ mang thông tincho biết địa chỉ sẽ được truy cập Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8bit, hoặc số lượng địa chỉ phân biệt là 28 = 256 Với bus địa chỉ 16 đường, sốlượng địa chỉ khả dụng là 65.536

* Bus điều khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng để điều khiển;

ví dụ, để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặcxuất dữ liệu, và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hoá cáchoạt động

* Bus hệ thống được dùng để truyền thông giữa các cổng

nhập/xuất và thiết bị nhập/xuất

3 Bộ nhớ

Còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng để lưugiữ thông tin, lưu giữ chương trình cho các hoạt động điều khiển Trong hệthống PLC có nhiều loại bộ nhớ:

* Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều

hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng

* Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho chương trình của người

dùng

* Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu Đây là nơi

lưu trữ thông tin theo trạng thái của thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồthời chuẩn, các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác Một phần của bộ nhớ này,khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào và ngõ ra, cùng với trạng thái cácngõ vào và ngõ ra đó Một phần dành cho dữ liệu được cài đặt trước, mộtphần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thờichuẩn, v.v…

* Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được (EPROM) là các ROM

có thể lập trình, sau đó trương trình này được thường trú trong ROM

Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM Tất cảcác PLC đều có một lượng RAM để lưu chương trình do người dùng cài đặt

và dữ liệu chương trình Tuy nhiên, để tránh mất mát chương trình khi nguồncông suất bị ngắt, PLC sử dụng ắc quy để duy trì nội dung RAM trong mộtthời gian Sau khi được cài đặt vào RAM, chương trình có thể được tải vào vimạch của bộ nhớ EPROM, thường là các module có khoá với PLC, do đóchương trình trở thành vĩnh cửu Ngoài ra còn có bộ đệm tạm thời, lưu trữ cáckênh nhập/xuất

4 Thiết bị nhập/xuất

Thiết bị nhập / xuất cung cấp giao diện giữa hệ thống và thế giới bênngoài, cho phép thực hiện các nối kết, thông qua các kênh nhập / xuất thôngqua thiết bị nhập và các thiết bị xuất

1.3.5 Ngôn ngữ lập trình trên PLC

Để biểu diễn chương trình điều khiển trên PLC, có ba phương phápbiểu diễn là:

- Sơ đồ hình thang LAD (Ladder Diagram): Phương pháp này có cáchbiểu diễn chương trình tương tự như sơ đồ tiếp điểm dùng rơle trong sơ đồđiện công nghiệp.

- Lưu đồ hệ thống điều khiển CSF (Control System Flowchart):Phương pháp này có cách biểu diễn chương trình như sơ đồ không tiếp điểmdùng các cổng logic Theo phương pháp này, các tiếp điểm ghép nối tiếpđược thay thế bằng cổng AND(&), các tiếp điểm ghép song song được thaythế bằng cổng OR(>=1), các tiếp điểm thường đóng thì có cổng NOT(-1).Phương pháp này thích hợp cho đối tượng sử dụng có kiến thức về điện tử -đặc biệt về mạch số

- Liệt kê danh sách lệnh STL (Statement List): Phương pháp STL dùngcác từ viết tắt gợi nhớ để lập công thức cho việc điều khiển, tương tự vớingôn ngữ assembler ở máy tính Phương pháp này thích hợp cho đối tượnglàm việc trong lĩnh vực tin học

Ba phương pháp biểu diễn chương trình điều khiển trên PLC để dànhcho người sử dụng thuộc 3 lĩnh vực:

- Ngành Điện công nghiệp thường dùng phương pháp LAD

- Ngành Điện tử thường dùng phương pháp CSF

- Ngành Tin học thường dùng phương pháp STL

Có loại PLC có thể sử dụng cả ba phương pháp biểu diễn trên( như SimaticS5), có loại chỉ sử dụng được hai phương pháp biểu diễn (simatic S7), hay có loạichỉ sử dụng được một phương pháp biểu diễn ( như Logo và Easy)

1.4 Khái niệm chung về Simatic S7_200

1.4.1 Giới thiệu chung

S7 – 200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãngSiemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu module và có các module mởrộng Các module này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác

nhau Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối vi xử lý trung tâm CPU Hiệntại, nhờ tiến bộ của khoa học công nghệ đã cho ra đời các thế hệ S7 – 200 ứngvới các CPU212, CPU214,… đến CPU221, CPU222, CPU224, CPU226

Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU này được nhận biếtnhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp

Ví dụ: - CPU212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng được mởrộng bằng 2 module mở rộng

- CPU214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng được mởrộng bằng 7 module mở rộng

S7 – 200 có nhiều loại module mở rộng khác nhau

Sau đây là hình ảnh một số S7 – 200 với các CPU tương ứng:

Thiết bị điều khiển chúng tôi sử dụng trong đề tài là Simatic S7 – 200CPU224, vì vậy chúng tôi chỉ trình bày cấu trúc của Simatic S7 – 200CPU224

2.4.2 Cấu trúc của Simatic S7 – 200 CPU224 (hình 1.11)

CPU 224 có đầy đủ tính năng của các CPU phiên bản trước cùng vớinhững cải tiến đáng kể về kỹ thuật

1 Đặc điểm kỹ thuật của CPU 224

- Với kích thước nhỏ gọn dài x rộng x cao = 120,5 x 80 x 62 mm với trọnglượng 360g tiết kiệm không gian tủ Dùng để kết nối trực tiếp với cảm biến và bộ

mã hoá với dòng điện 280mA có thể được sử dụng như một dòng điện tải

Hình 1.11: Simatic S7 - 200 với khối vi xử lý 224

- Tích hợp đầu vào/ra số: CPU 224 có 14 đầu vào và 10 đầu ra

- Bộ nhớ chương trình 8KB, bộ nhớ dữ liệu 5 KB

- Giao diện có khả năng lập trình sử dụng (Free Port) với khả năng xử lý ngắtđối với việc trao đổi chuỗi dữ liệu với các thiết bị không phải của Siemens Cáp PC/PPI có thể được sử dụng như một chuẩn nối tiếp RS232/RS485

- Kết nối với bus mở rộng của thiết bị mở rộng ( chỉ có EMS của chuẩn 22x

có thể được sử dụng ) Các đầu vào ngắt, cho phép PLC phản ứng với tốc độ caođối với các biến tăng hoặc giảm của các tín hiệu xử lý

- Hai xung đầu ra tần số cao (max, 20KHz) sử dụng trong việc xác định vị trí

và kiểm soát tốc độ môtơ điều chỉnh theo tần số và môtơ bước thông qua các mạchđiện

- Chức năng kiểm tra và chuẩn đoán: Chức năng này hỗ trợ cho việc kiểm tra

và chuẩn đoán để dễ sử dụng Chương trình đầy đủ được chạy theo số lượng chu kỳxác định trước và được phân tích Thiết bị bên trong như bit nhớ, bộ định thời, bộđếm, được ghi cùng một lúc tối đa là 124 chu kỳ Các đầu vào/ra có thể được cài đặtđộc lập theo chu kỳ và vì thế thường xuyên kiểm tra chương trình của người sửdụng

- Các chương trình có thể được biên tập, sửa đổi có thể tải vào CPU chỉ bằngmột cái kích chuột, mà chương trình đang sử dụng không bị ngắt

- CPU 224 không thể lập trình bằng việc sử dụng Step7- Micro/Dos Để lậptrình thông qua bộ giao diện nối tiếp của thiết bị lập trình/PC, đòi hỏi một cápPC/PPI Khi sử dụng phần mềm lập trình STEP7- Micro/Win32, việc lập trình cóthể thông qua SIMATIC CPS CP551 hoặc CP5611 (SEE SIMATIC NET) hoặcgiao diện MPI của thiết bị lập trình Điều này làm tăng tối đa tốc độ truyền chấpnhận được lên đến 187,5 Kbit/s

Để tăng khả năng của bộ điều khiển trong các ứng dụng thực tế mà ở đóphần lớn các đối tượng điều khiển có số lượng đầu vào/ra cũng như chủng loại tínhiệu vào/ra khác nhau mà các bộ PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình,

vì vậy chúng bị chia nhỏ thành các module PLC S7 – 200 có nhiều loại module mởrộng khác nhau Các module mở rộng vào/ra số hoặc các cổng vào ra tương tự, cáctín hiệu đầu ra có thể là điện áp 24VDC hoặc rơle

2 Mô tả các đèn báo trên CPU

- Đèn đỏ SF: báo hiệu hệ thống PLC có hư hỏng

- Đèn xanh RUN: báo hiệu PLC đang làm việc

tự do là từ 300 đến 38400 baud

S7 200 khi ghép nối với máy lập trình PG702 hoặc các máy lập trìnhthuộc họ PG7xx có thể sử dụng cáp nối thẳng qua MPI Cáp đó kèm theomáy lập trình

Ghép nối máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộchuyển đổi RS232 /RS 485

4 Công tắc chọn chế độ làm việc cho CPU 224

Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí cho phép lựa chọn các chế

độ làm việc khác nhau cho CPU 224

- RUN cho phép PLC thực hiện chương trình PLC S7 200 sẽ rời khỏichế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trongchương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN.Nên qua trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo

- STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đangchạy và chuyển sang chế độ STOP Ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnhlại chương trình hoặc nạp lại chương trình mới

- TERM cho phép máy lập trình quyết định một trong chế độ làm việchoặc ở RUN hoặc ở STOP

5 Cấu trúc bộ nhớ của CPU 224

Bộ nhớ của PLC S7 200 được chia làm 4 vùng với một tụ có nhiệm vụduy trì dữ liệu trong khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ củaS7 200 có tính năng động cao, đọc và ghi trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớđặc biệt chỉ có thể truy cập để đọc

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

chương trình Vùng này thuộc kiểu non- volatile đọc ghi được

- Vùng tham số: Là miền lưu giữ các tham số như : từ khóa, địa chỉ

trạm Cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số đọc /ghi được

- Vùng đối tượng: Bao gồm Timer, bộ đếm tốc độ cao và các đầu ra

tương tự Vùng này không thuộc kiểu non- volatile nhưng đọc /ghi được

- Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là vùng có ý nghĩa quan trọng trong việc

thực hiện chương trình Nó là miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit,từng byte, từ đơn hoặc từ kép

Vùng dữ liệu lại chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các công dụng khácnhau Các vùng đó gồm:

V - Variable memory (Miền nhớ)

I - Input image register (Bộ đệm cổng vào)

O - Output image register (Bộ đệm cổng ra)

M - Internal memory bits (Vùng nhớ nội)

SM - Special memory bits (Vùng nhớ đặc biệt)

6 Kết nối PLC

- Kết nối dây cung cấp cho CPU và các đầu vào ra của CPU

Việc kết nối dây nguồn cung cấp cho CPU và nối các đầu vào/ra của

CPU được mô tả như trên hình1.12.

Qua sơ đồ kết nối chúng ta thấy rằng nguồn cung cấp cho các đầu vào,đầu ra của CPU là 24VDC

Tất cả các đầu cuối của S7-200 được nối đất để đảm bảo an toàn và đểkhử nhiễu cho tín hiệu điều khiển.

Nguồn cung cấp cho cảm biến cũng là 24VCD cũng là một chiều có thể

sử dụng cho các đầu vào cơ sở, các module mở rộng và các cuộn dây rơ le mởrộng

Hình 1.12: Sơ đồ kết nối PLC

7 Các module mở rộng

CPU 224 không thể lập trình bằng việc sử dụng Step7- Micro/Dos Để lậptrình thông qua bộ giao diện nối tiếp của thiết bị lập trình/PC, đòi hỏi một cápPC/PPI Khi sử dụng phần mềm lập trình STEP7- Micro/Win32, việc lập trình cóthể thông qua SIMATIC CPS CP551 hoặc CP5611 (see SIMATIC NET) hoặcgiao

diện MPI của thiết bị lập trình Điều này làm tăng tối đa tốc độ truyền chấp nhậnđược lên đến 187,5Kbit/s

PLC S7 – 200 có nhiều loại module mở rộng khác nhau Các module mởrộng vào/ra số hoặc các cổng vào ra tương tự, các tín hiệu đầu ra có thể là điện áp24VDC hoặc rơle.

Dưới đây là một số loại module mở rộng của S7 – 200: Được thể hiệntrong bảng sau:

Tín hiệuđầu vào

Tín hiệuđầu ra

Kích thướcRộng x cao x sâu (mm)

EM223 4  16 4  16 24VDC 24VDC (46  173,3) x 80 x 62

* Sơ đồ nối thiết bị vào/ra của một số Module mở rộng như sau:

Hình 1.14: Sơ đồ nối thiết bị vào/ra Module EM235

Hình 1.13: Sơ đồ nối thiết bị vào/ra Module

EM231

Các ngõ ra

EM235

Các module EM231 & EM235 có chi phí thấp, tốc độ cao 12 bit Chúng cókhả năng chuyển đổi đầu vào analog thành tín hiệu digital tương ứng vơi 149s.Quá trình chuyển đổi tín hiệu đầu vào analog được thực hiện mỗi khi tín hiệuanalog được truy cập bởi chương trình của người sử dụng EM231 & EM235 cungcấp tín hiệu digital chưa được xử lý (không lọc hoặc tuyến tính hoá) đúng với điện

áp analog hay giá trị thực được thể hiện ở các cực đầu vào của thiết bị Vì là thiết bịtốc độ cao nên chúng có thể thay đổi nhanh chóng theo tín hiệu đầu vào analog

1.4.3 Ngôn ngữ lập trình của S7- 200

1 Vòng quét

PLC thực hiện chương trình theo một chu trình lặp mỗi vòng lặp là mộtvòng quét (Scan cycle) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữliệu từ các cổng vào vùng bộ đếm ảo, tiếp đến là giai đoạn thực hiện chươngtrình sau đó là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi, kết thúc vòngquét là giai đoạn chuyển nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng Trong từngvòng quét chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và lệnh kết thúc tạilệnh kết thúc(MEND)

Thời gian quét phụ thuộc độ dài của chương trình, không phải vòngquét nào thời gian quét cũng bằng nhau mà nó phụ thuộc các lệnh thoả mãntrong chương trình Trong thời gian thực hiện vòng quét nếu có tín hiệu báongắt chương trình sẽ dừng lại để thực hiện xử lý ngắt, tín hiệu báo ngắt có thểthực hiện ở bất kỳ giai đoạn nào

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra Thông thường các lệnh không làmviệc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua các bộ đệm ảo của cổng trongvùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong giaiđoạn đầu và cuối do CPU đảm đương

2 Phương pháp lập trình

S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình.Chương trình bao gồm một dãy các lệnh S7 – 200 thực hiện chương trình bắtđầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối cùng trong mộtvòng

Cách lập trình cho S7 - 200 nói riêng và cho các PLC của siemens nóichung dựa trên hai phương pháp cơ bản:

- Phương pháp hình thang: (Lader logic viết tắt là LAD) đây là phươngpháp đồ hoạ thích hợp đối với những người quen thiết kế mạch điều khiểnlogic, những kỹ sư ngành điện

- Phương pháp liệt kê: STL(Statement list) đây là dạng ngôn ngữ lậptrình thông thường của máy tính Bao gồm các câu lệnh được ghép lại theomột thuật toán nhất định để tạo một chương trình Phương pháp này phù hợpvới các kỹ sư lập trình

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình có thể tựtạo ra một chương trình theo kiểu STL tương ứng Ngược lại không phải mọichương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển sang được dạngLAD

Trong quá trình lập trình điều khiển chúng tôi viết theo phương phápLAD do vậy khi chuyển sang STL thì bộ lệnh của STL có chức năng tươngứng như các tiếp điểm, các cuộn dây và các hộp dây dùng trong LAD

Để làm quen và hiểu biết các thành phần cơ bản trong LAD và STL tacần nắm vững các định nghĩa cơ bản sau:

- Định nghĩa về LAD: LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ.Những thành phần dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảngđiều khiển bằng rơle Trong chương trình LAD các phần tử cơ bản dùng đểbiểu diễn lệnh logic sau:

+ Tiếp điểm: là biểu tượng (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơle Cáctiếp điểm đó có thể là thường mở hoặc thường đóng

+ Cuộn dây (Coil): Là biểu tượng mô tả rơle được mắc theo chiều dòngđiện cung cấp cho rơle

+ 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 biểu diễn bằng hộp làcác bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Cuộn dây vàcác hộp phải mắc theo 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 làdây nóng đường nguồn bên phải là đây trung hoà hay là đường trở về củanguồn cung cấp (Khi sử dụng chương trình tiện dùng Step 7 Micro / Dos hoặcStep 7 Micro / Win thì đường nguồn bên phải không được thực hiện ) Dòngđiện chạy từ trái qua các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở vềnguồn bên phải

- Định nghĩa về STL: Phương pháp liệt kê lệnh là phương pháp thể hiệnchương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chươngtrình kể cả các lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

- Nhóm các lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiên của ngăn xếp cógiá trị bằng 1.

a Lệnh vào/ra

* Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bitđầu tiên của ngăn xếp, các giá trị logic cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùixuống một bít

* Load Not (LDN): Là lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếpđiểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp

bị đẩy lùi xuống một bit

Khi biểu diễn LAD các lệnh được thể hiện như sau:

- Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng nếu n=1

- Tiếp điểm thường đóng sẽ mở nếu n=1

- Tiếp điểm thường mở sẽ đóng tức thời khi n=1

- Tiếp điểm thường đóng sẽ mở tức thời khi n=1

Các lệnh được biểu diễn trong STL như sau:

- LD n lệnh nạp giá trị logic của điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

- LDN n lệnh nạp giá logic nghịch đảo của điểm n vào bit đầu tiêntrong ngăn xếp

- LDI n lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n vào bit đầu tiên trongngăn xếp

- LDNI n lệnh nạp giá trị nghịch đảo của điểm n vào bit đầu tiên củangăn xếp

b Các lệnh ghi xoá giá trị cho tiếp điểm

- SET (S): lệnh dùng để đóng các điểm gián đoạn đã được thiết kế

- RESET (R): Lệnh dùng để ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế.Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộn dâyđầu ra Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mởcác tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm)

Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp các điểm thiết kế Nếubit này có giá trị bằng 1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãycác tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255) Nội dung của ngăn xếp không bị thayđổi bởi các lệnh này

c Các lệnh logic đại số Boolean

* Là các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộcgiá trị logic của ngăn xếp Các lệnh tiếp điểm của đại số Boolean cho phép tạolập được các mạch logic (không có nhớ ) Khi thực hiện các lệnh tiếp điểmđại số Boolean trong LAD thì các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúcmạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểmthường mở Còn trong STL các tiếp điểm được thay bằng các lệnh A (And) và

O ( Or ) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And not), ON (Or not) cho cáchàm kín Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh

* Ngoài những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7-200 còn có 5lệnh đặc biệt biểu diễn các phép tính của đại số Boolean cho các bit trongngăn xếp, được gọi là các lệnh Stack logic Đó là các lệnh ALD (And load),OLD (Or load), LPS (Logic push), LRD (Logic read) và LPP (Logic pop)

Lệnh Stack logic được dùng để tổ hợp, sao chụp hoặc xoá các mệnh đề logic.LAD không có bộ đếm dành cho lệnh Stack logic STL sử dụng các lệnhStack logic để thực hiện phương trình tổng thể có nhiều biểu thức con.

Bảng 1.2: Bảng lệnh logic đại số boolean

n:I,Q,M,SM, T,C,V

AN n

ON n

Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trịlogic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiêntrong ngăn xếp Kết quả được ghi lại vào bit đầu củangăn xếp

AI n

OI n

Lệnh thực hiện tức thời toán tử ^ (A) và V (O) giữagiá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiêntrong ngăn xếp Kết quả được ghi lại vào bit đầu củangăn xếp

n: I(bit)

ANI n

ONI n

Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V(O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiêntrong ngăn xếp Kết quả được ghi lai vào bít đầu tiêntrong ngăn xếp

N: I(bit)

* Các lệnh Stack logic như các lệnh:

- Lệnh ALD ( And Load): Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và bit thứhai của ngăn xếp bằng phép tính logic A Kết quả ghi lại vào bit đầu tiêntrong ngăn xếp giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bit

Ví dụ:

Sơ đồ hình thang Liệt kê lệnh I1.0 I1.1 Q1.1

I1.2

LD I 1.0

LD I 1.1

O I 1.2ADL

= Q 1.1

- Lệnh OLD ( Or Load): Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và bit thứhai trong ngăn xếp bằng phép tính logic O Kết quả được ghi lại vào bit đầutiên trong ngăn xếp, giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bit

= Q0.1

Tuy nhiên trong nhiều trường hợp ta có thể dựa vào tính giao hoán củacác phép tính A và O trong đại số Boolean có thể biến đổi mạch logic phứctạp thành mạch logic đơn giản sao cho khi lập trình Simatic S7-200 chúng takhông cần dùng các lệnh Stack logic nữa

d Các lệnh so sánh

Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trênkết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, từ hay từkép của S7 – 200.

LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh các giá trị của byte, từ và từ kép( giá trị thực hoặc nguyên) Những lệnh so sánh thường là: so sánh bằng (=),lớn hơn hoặc bằng (>=), nhỏ hơn hoặc bằng (<=) Kết quả của phép so sánh

có giá trị bằng 0 (nếu đúng) và bằng 1 (nếu sai) do đó chúng được kết hợp vớicác lệnh logic LD, A, O để tạo ra được các phép so sánh như: khác (<>), lớnhơn (>), nhỏ hơn (<)

Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD như sau:

- Lệnh so sánh bằng

n1 n2

= = x

Tiếp điểm đóng khi n1 = n2

Trong đó: x là B (byte); I (Integer); D (double Integer); R (Real)

N toán hạng theo byte: VB, IB, QB, MB, SMB

- Lệnh so sánh > =

n1 n2

> = x

Tiếp điểm đóng khi n1>=n2

Trong đó n là toán hạng: VW, QW, IW, MW, SMW

- Lệnh so sánh < =

n1 n2 < = x

Tiếp điểm đóng khi n1<=n2

Trong đó toán hạng n: VD, ID, QD, SMD, MD, hằng số

e Lệnh điều khiển Timer

Timer là tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điềukhiển vẫn thường được gọi là khâu trễ Là nhóm lệnh chỉ thực hiện được khibit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1.

S7-200 có 64 Timer (với CPU 212), 128 Timer (với CPU 214) đượcchia làm hai loại khác nhau hoặc 256 Timer (với CPU224) đó là:

Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On –Delay Timer) ký hiệu làTON

- Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On Delay Timer) ký hiệu làTONR

Hai loại TON và TONR sẽ làm việc để tạo thời gian trễ mong muốn khitín hiệu tại thời điểm có sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầuvào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1 được gọi là thời điểm Timer được kích.Đối với bộ timer kiểu TON nó sẽ tự động reset khi đầu vào có giá trị logicbằng 0, còn đối với bộ timer kiểu TONR thì nó không tự động reset mà việcreset lại chỉ được thực hiện bằng lệnh R Timer TON được dùng để tạo thờigian trễ trong một khoảng thời gian ( miền liên thông), còn đói với TimerTONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau Khi sử dụng Timer TON hoặc Timer TONR chúng ta phải chú ý đến độphân giải của chúng để đặt thời gian sao cho phù hợp Timer TON và TimerTONR bao gồm ba loại với ba độ phân giải khác nhau: độ phân giải 1ms,10ms và 100ms Thời gian trễ được tạo ra chính là tích của độ phân giải của

bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer

Ví dụ: Khi ta cho bộ timer có độ phân giải 10ms và giá trị đặt trước là

60 thì thời gian trễ là: t = 60*10ms = 600ms

Timer của S7-200 có những tính chất cơ bản sau

- Các bộ Timer được điều khiển bởi một cổng vào và giá trị đếm tứcthời Giá trị đếm tức thời của Timer được nhập trong thanh ghi 2 Byte (gọi làT-Word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer được kích

Giá trị đặt trước của các bộ Timer được ký hiệu trong LAD và STL là PT Giátrị đếm tức thời của thanh ghi T- Word thường xuyên được so sánh với giá trịđặt trước của Timer.

- Mỗi bộ Timer ngoài thanh ghi 2 byte T-Word lưu giá trị đếm tức thờicòn có một bit, ký hiệu là T- bit, chỉ trạng thái logic đầu ra Giá trị logic củabit này phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời với giá trị đặttrước

- Trong khoảng thời gian tín hiệu x(t) có giá trị logic 1, giá trị đếm tứcthời T-Word luôn được cập nhật và thay đổi tăng dần cho đến khi nó đạt giátrị cực đại Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hay bằng giá trị đặt trước thì T-bit có giá trị logic 1

Ứng với mỗi loại CPU và độ phân giải chúng ta có giá trị giới hạn của

bộ Timer và được ký hiệu riêng, tuỳ theo ta sử dụng lệnh TON hay TONR

Bảng 1.3: Bảng lệnh logic đại số Boolean:

T101 ÷ T127

T37 ÷ T63,T101 ÷ T255

T69 ÷ T95

T5 ÷ T31,T69 ÷ T95

f Lệnh điều khiển bộ đếm Counter

Counter là bộ đếm thể hiện chức năng đếm theo sườn xung trong S7-200

Bộ đếm Counter được chia làm hai loại: bộ đếm tiến, kí hiệu (CTU) và bộđếm tiến lùi, kí hiệu (CTUD)

Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào tức là đếm

số lần thay đổi thay đổi trạng thái logic 0 lên 1 của tín hiệu Số sườn xungđếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm gọi là C_ Word

C_ Word được gọi là giá trị đếm tức thời và nó luôn được so sánh với giátrị đặt trước của bộ đếm được kí hiệu là PV Khi giá trị đếm tức thời bằnghoặc lớn hơn giá trị đặt trước thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trịlogic 1 vào bit đặc biệt la C_bit

Bộ đếm tiến cũng như bộ đếm tiến lùi đều có phân lối với tín hiệu điềukhiển xoá để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộđếm được kí hiệu bằng chữ cái đầu R trong LAD hoặc qui định là trạng tháilogic bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL

Bộ đếm được Reset khi tín hiệu xoá có tín hiệu logic la 1 hoặc khi có lệnh

R được thực hiện với C_bit

Với tính năng đa dạng, linh hoạt và dễ sử dụng của Simatic S7-200, tôiứng dụng nó để thành lập chương trình điều khiển

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHIẾT BIA2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của công ty

2.1.1 Giới thiệu công ty

+ Tên doanh nghiệp: Công ty cổ phần Bia Sài Gòn – Nghệ Tĩnh

+ Giám đốc hiện tại: Ông Đặng Duy Đông

+ Địa chỉ: Số 54 Phan Đăng Lưu – Phường Trường Thi – Thành phố Vinh –Nghệ An

+ Diện tích: 17000 m2

+ Ngày thành lập: ngày 06 tháng 03 năm 2001

+ Vốn pháp định: 33.562.787.000 đồng

+ Loại hình doanh nghiệp: Công ty cổ phần

+ Nhiệm vụ: sản xuất Bia hơi và Bia chai các loại

2.1.2 Khái quát chung về công ty

- Năm 1987 Nhà máy đổi tên thành Nhà máy Bia nước ngọt Vinh

- Năm 1990 đổi tên thành Nhà máy Bia Nghệ Tĩnh

- Ngày 10 tháng 11 năm 1992 đổi tên thành Nhà máy Bia Nghệ An (theo nghịđịnh 388/HĐBT thành lập các doanh nghiệp)

- Ngày 05 tháng 07 năm 1996 đổi tên thành Công ty Bia Nghệ An theo quyếtđịnh số 2282 của thủ tướng chính phủ

Cổ phần hoá là bước đi tất yếu của mọi doanh nghiệp trong nền kinh tếthị trường Vì vậy ngày 06 tháng 03 năm 2001, Công ty tiến hành cổ phần hoávới số vốn của Nhà nước là 51% và của cổ đông là 49% Đại hội cổ đông