Đồ án môn học Kỹ thuật lập trình PLC Vũ Thanh Bình

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lậptrình được khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnlogic thông qua một ngôn ngữ lập trìn

Lời nói đầu Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật diễn ra nhanh chóng trên toàn

thế giới Những thành tựu khoa học kỹ thuật đã được vận dụng trong thực tế đểtạo ra hàng loạt sản phẩm mới Một trong những thành tựu khoa học đang đượcứng dụng rộng rãi đó là kỹ thuật điều khiển lập trình Tuy mới phát triển trongnhững năm gần đây nhưng nó đã nhanh chóng thay thế được các công nghệ điềukhiển lạc hậu, với nhiều đặc điểm ưu việt hơn Trong số đó phát triển mạnh và

có khả năng ứng dụng rộng rãi là bộ điều khiển lập trình PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lậptrình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnlogic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thựchiện một loạt trình tự các sự kiện PLC dùng để thay thế các mạch rơle trongthực tế, nó hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầuvào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình như:Siemens, Omron, ABB, Misubishi, Delta, GE fanus, với nhiều ứng dụng như:Điều khiển các thiết bị thuỷ lực và khí nén, điều khiển thang máy, hệ thống đèngiao thông, khởi động động cơ một chiều, Sau khi kết thúc môn học Lập trình

PLC em được giao nhiệm vụ: “Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển PLC S7-200

để điều khiển khởi động động cơ điện một chiều qua 3 cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian, không đảo chiều quay“

Trong quá trình làm đồ án tuy gặp nhiều khó khăn nhưng được sự hướng dẫn

của thầy giáo Nguyễn Đắc Nam em đã hoàn thành đồ án này Mặc dù đã cố

gắng nhưng do thời gian có hạn và kiến thức của bản thân còn hạn chế nên bản

đồ án không tránh khỏi những sai sót Em rất mong sự đóng góp ý kiến của cácthầỳ, cô cũng như bạn bè để bản đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Phú Thọ, ngày , tháng 04, năm 2016

Sinh viên thực hiện

Vũ Thanh Bình

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ PLC

1.1 Khái niệm, phân loại PLC

1.1.1 Khái niệm

PLC là viết tắt của Programmable Logic Controlle, là thiết bị điều khiểnlập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnlogic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thựchiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhânkích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thờigian định thì hay các sự kiện được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự

nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một

bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụnglập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lậptrình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điềukhiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầusau :

 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

 Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

 Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phứctạp

 Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp

 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng,các mô Modul mở rộng

 Giá cả có thể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối vàcác Logic thời gian.Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượngnhớ và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả …Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong côngnghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnhđếm, định thời, thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy

lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, sốlượng I/O nhiều hơn.

A, Cấu trúc của PLC

PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua

một ngôn nhữ lập trình Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộnhớ của PLC Điều này có thể nói PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ

vi xử lý, một bộ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiền, dữ liệu vàcác cổng ra vào để giao tiếp với các đối tượng điều khiển…Như vậy có thể thấycấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau :

Mô đun nguồn, Mô đun xử lý tín hiệu, Mô đun vào, Mô đun ra, Mô đun nhớ,Thiết bị lập trình

Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn ở hình bên dưới Ngoài các môđun chính này, các PLC còn có các mô đun phụ trợ như mô đun kết nối mạng,

mô đun truyền thông, mô đun ghép nối các mô đun chức năng để xử lý tín hiệunhư mô đun kết nối với các can nhiệt, mô đun điều khiển động cơ bước, mô đunkết nối với encoder, mô đun đếm xung vào…

Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm,(bộ nhớtrong PLC gồm các loại sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC ) thực hiện cáclệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái,ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộnhớ đệm được dùng để đóng/mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng.Như vậy, sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theochương trình trong bộ nhớ Chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bịlập trình chuyên dụng.

B, Nguyên lý hoạt động của PLC

 Đơn vị xử lý trung tâm

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểmtra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnhtrong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy đượcphát tới các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đóđều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

 Hệ thống bus

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiềuđường tín hiệu song song:

- Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau

- Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu

- Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu

khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào rathông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểmcho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ vàI/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 địnhthời, 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, ghicác Relay

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trítrong 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 lệnhtiếp theo Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu

ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này

có khả năng chứa 2000 đến 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch Trong PLCcác bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng

RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa

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 khảnăng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trongthực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình Khuynh hướnghiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ màngười 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 trongmáy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụngkhông muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC.Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi và xóa EPROM

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụngtrong máy lập trình.Đĩa cứng Hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thườngđược 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.

 Các ngõ vào ra I/O

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

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là12/24VDC hoặc 100/240VAC

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của cáckênh I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểmtra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiệnviệc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra

 Vòng quét chương trình.

PLC thực hiện các công việc theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi làmột vòng quét (Scancyle), mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc chuyển dữliệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiệnchương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầutiên đến lệnh kết thúc của khối OB1

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dungcủa bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử

lý các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm trạng thái của CPU Mỗi vòngquét có thể mô tả như sau:

Hình 1.1.2: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC

Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi làthời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức làkhông phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian nhưnhau Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanhtuỳthuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệutruyền thông Trong vòng quét đó Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đốitượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có mộtkhoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gianvòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trongPLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càngcao.

- PLC Misubishi có các họ như Alpha, Fx, Fx0, Fx0N,Fx1N,Fx2N

* Theo số lượng các đầu vào/ra

Ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:

Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra

PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra

PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra

PLC có đến trên 1024 kênh vào/ra

+Các micro-PLC:

Thường có ít hơn 32 đầu vào/ra Ở hình vẽ bên là ví dụ về PLC họ

T100MD-1616 do hãng Triangle Research International sản xuất Cấu tạo tương đối đơngiản và toàn bộ các bộ phận được tích hợp trên một bảng mạch có kích thướcnhỏ gọn Micro-PLC có cấu tạo gồm tất cả các bộ phận như bộ xử lý tín hiệu,

bộ nguồn, các kênh vào/ra trong một khối Các micro – PLC có ưu điểm hơncác PLC nhỏ là giá thành rẻ, dễ lắp đặt

Một loại micro PLC khác là DL05 của hãng Koyo, loại này có 32 kênh vào/ra

+PLC loại nhỏ:

Có thể có đến 256 đầu vào/ra Hình dưới là PLC của hãng OMRON loại 10C Loại PLC này có 34 kênh vào/ra gồm: 6 kênh vào và 4 kênh ra trên môđun CPU, còn lại 3 mô đun vào/ra, với 4 kênh vào và 4 kênh ra cho mỗi mô đunHãng Siemens có các loại PLC nhỏ như S5-90U,S5-100U,S7-200, có số lượngkênh vào/ra nhỏ hơn 256

1.2 Ứng dụng, ưu nhược điểm của PLC

1.2.1: Ứng dụng của PLC

Ứng dụng của PLC trong công nghiệp

 Dây chuyền đóng gói

 Các robot lắp giáp sản phẩm

 Điều khiển bơm

 Dây chuyền xử lý hoá học

 Công nghệ sản xuất giấy

 Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

 Sản xuất xi măng

 Công nghệ chế biến thực phẩm

 Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

 Dây chuyền lắp giáp Tivi

 Điều khiển hệ thống đèn giao thông

 Quản lý tự động bãi đậu xe

 Hệ thống báo động.

 Dây chuyền may công nghiệp

 Điều khiển thang máy

 Dây chuyền sản xuất xe ôtô

 Sản xuất vi mạch

1.2.2 Đánh giá ưu nhược điểm của PLC

Trước đây, bộ PLC thường rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trìnhlập trình phức tạp Vì những lý do đó mà PLC chỉ được dùng trong những nhàmáy và các thiết bị đặc biệt Ngày nay do giảm giá liên tục, kèm theo tăng khảnăng của PLC dẫn đến kết quả là ngày càng được áp dụng rộng rãi cho các thiết

bị máy móc Các bộ PLC đơn khối với 24 kênh đầu vào và 16 kênh đầu ra thíchhợp với các máy tiêu chuẩn đơn, các trang thiết bị liên hợp Còn các bộ PLC vớinhiều khả năng ứng dụng và lựa chọn được dùng cho những nhiệm vụ phức tạphơn

Có thể kể ra các ưu điểm của PLC như sau:

+ Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghinhanh với mọi chức năng điều khiển Khi đã được lắp ghép thì PLC sẵn sànglàm việc ngay Ngoài ra nó còn được sử dụng lại cho các ứng dụng khác dễdàng

+ Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị điện Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không cầnthiết còn với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết + Dễ dàng thay đổi chương trình: Những thay đổi chương trình được tiếnhành đơn giản Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đangđược sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như không cầnmắc nối lại dây (tuy nhiên, có thể vẫn phải nối lại nếu cần thiết) Nhờ đó hệthống rất linh hoạt và hiệu quả

+ Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và các đầu ra thì có thểđánh giá được kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chương trình Do đó, cóthể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công nghệđặt ra

+ Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống nhauthì chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle, đó là dogiảm phần lớn lao động lắp ráp.

+ Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiểnrơle tương đương

+ Có tính chất nhiều chức năng: PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụngcùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển Người tathường dung PLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiệntrong tính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay đổicác thông số

+ Về giá trị kinh tế: Khi xét về giá trị kinh tế của PLC phải đề cập đến sốlượng đầu ra và đầu vào Quan hệ về giá thành với số lượng đầu vào/ra: nếu sốlượng đầu vào/ra quá ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, những khi số lượng đầuvào/ra tăng lên thì hệ PLC kinh tế hơn hẳn

Khi tính đến giá cả của PLC thì không thể không kể đến giá của các bộ phậnphụ không thể thiếu như thiết bị lập trình, máy in, băng ghi cả việc đào tạonhân viên kỹ thuật Nói chung những phần mềm để thiết kế lập trình cho cácmục đích đặc biệt là khá đắt Ngày nay nhiều hãng chế tạo PLC đã cung cấpchọn bộ đóng gói phần mềm đã được thử nghiệm, nhưng việc thay thế, sửa đổicác phần mềm là nhu cầu không thể tránh khỏi, do đó, vẫn cần thiết phải có kỹnăng phần mềm

Phân bố giá cả cho việc lắp đặt một PLC thường như sau:

- 50% cho phần cứng của PLC

- 10% cho thiết kế khuân khổ chương trình

- 20% cho soạn thảo và lập trình

- 15% cho chạy thử nghiệm

- 5% cho tài liệu

Việc lắp đặt một PLC tiếp theo chỉ bằng khoảng 1/2 giá thành của bộ đầutiền, nghĩa là hầu như chỉ còn chi phí phần cứng

So sánh đặc tính kĩ thuật giữa những hệ thống điều khiển:

Mất nhiều thờigian lập trình

Lập trình vàlắp đặt đơngiản

Kém-nếu ICđược hàn

Kém -có nhiềumạch điện tửchuyên dùng

Tốt-các modul

chuẩn hóa

Theo bảng so sánh PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm tốthơn hẳn so với các hệ thống khác làm nó trở thành bộ điều khiển công nghiệpđược sử dụng rộng rãi

BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200

2.1: Cấu tạo của PLC S7-200

PLC S7-200 là một loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens Cấu trúc S7-200gồm 1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau.S7-200 gồmnhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226….có nhiều nhất 7 module mở rộng khi cónhu cầu: tổng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng ( AS-I, Profibus )

Có 3 loại đèn báo hoạt động:

- RUN: đèn xanh –báo hiệu PLC đang hoạt ðộng

- STOP:đèn vàng –báo hiệu PLC

- SF (system Failure):đèn đỏ báo hiệu PLC bị sự cố

- Ngõ ra Relay hoặc transitor Sourcing

- Chịu quá dòng đến 7A

- Dòng tối đa 900 mA

- Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms

- Cầu chì bên trong 2A/250V

- Công tắc chọn mode

- Không có cách ly nguồn điện

 Modul công tắc chọn

Có 3 vị trí lựa chọn công tắc:

- RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình

- STOP: PLC sẽ dừng chương trình khi có sự cố

- TERM: cho phép máy lập trình quyết định chế độ hoạt động PLC

Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

Nguồn pin có thể đuợc sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu

có trong bộ nhớ Nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếunhư dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệutrong bộ nhớ không bị mất đi

- Sử dụng cáp PC/PPI chuyển đổi giữa RS232 và RS485

- Chuyển đổi và kết nối như hình sau:

Hình 2.1.1: Kết nối PLC với máy tính.

bao gồm các modul có cùng kiểu Ví dụ như một modul cổng ra không thể gánđịa chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể cóđịa chỉ như một modul số và ngược lại Các modul mở rộng số hay rời rạc đềuchiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào/ra của modul.

2.2 Địa chỉ và gán địa chỉ

Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì

dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ S7-200 cótính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ các phần bit nhớđặc biệt được ký hiệu bởi SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc

-Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ 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 khoá, địa chỉ trạm, cũng

giống như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non volatile đọc/ghiđược

-Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm

các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệmtruyền thông Một phần của vùng nhớ này (200 byte đầu tiên đối vời CPU212,1Kbyte đầu tiên đối với CPU214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được

-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 Vùng này không thuộc kiểunonvolatile nhưng đọc/ghi được

􀀀Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trong trong việc thực hiện một

􀀀Vùng dữ liệu là một miền nhớ động Nó có thể truy nhập theo từng bit, từngbyte, từng từ đơn (word) hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưutrữ dư liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịchchuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ… Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạnchế rất nhiều vì dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mụcđích nhất định Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với cáccông dụng khác nhau Chúng được ký hiệu bằng các chưa cái đầu tiên của têntiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:

􀀀 V: Variable memory

􀀀 I: Input image register

􀀀 O: Output image register

􀀀 M: Internal memory bits

􀀀 SM: Specical memory bits

Tất cả miền này đều có thể truy nhập được theo từmg bit, từng byte, từng từ đơn(word – 2byte) hoặc từ kép (2 word)

 Truy xuất dữ liệu trong PLC

Truy cập theo bit: Tên miền(+) địa chỉ byte (+)  (+) chỉ số bit

Có ba phương pháp lập trình cơ bản:

- Lập trình hình thang (LAB – Ladder Logic).

- Phương pháp khối hàm (FBD – Funtion Block Diagram)

- Phương pháp liệt kê câu lệnh (STL – Statement List)

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD hoặc FBD thì có thể chuyển sangdạng STL nhưng không phải mọi chương trình viết bằng STL đều có thể chuyểnsang hai dạng kia

A LAD:

Là ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ mô phỏng theo mạch relay Các phần tử

cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic

- Tiếp điểm: Mô tả các tiếp điểm dùng trong mạch relay, toán hạng của tiếpđiểm dùng trong chương trình là bit Có hai loại tiếp điểm:

Tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường mở

- Cuộn dây: mô tả cuộn dây relay Toán hạng sử dụng là bit

- Hộp: Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau làm việc khi có tín hiệu đếnkích Những hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các hàm tạo thời gian(Timer), hàm đếm (Counter) và các hàm toán học

- Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh Thôngthường các tín hiệu điện phải đi từ dây nóng qua thiết bị rồi đến dây trung hoàsau đó về nguồn, tuy nhiên trong phần mềm lập trình chỉ thể hiện dây nóng vàbên trái và các đường nối đến thiết bị từ đó

B STL:

Phương pháp liệt kê lệnh là phương pháp lập trình bằng cách tập hợp các câulệnh, mỗi câu lệnh thể hiện một chức năng của chương trình Để tạo mộtchương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụngngăn xếp Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau từ S0 – S8 Tất

cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bít đầu tiên (S0)

và bit thứ hai (S1) của ngăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi hoặc nốithêm vào ngăn xếp Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp thì ngăn xếp sẽđược kéo lên một bit

Ngăn xếp và tên bit:

S0: Bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp

S1: Bit thứ hai của ngăn xếp

S2: Bit thứ ba của ngăn xếp

S3: Bit thứ tư của ngăn xếp

S4: Bit thứ năm của ngăn xếp

S5: Bit thứ sáu của ngăn xếp

S6: Bit thứ bảy của ngăn xếp

S7: Bit thứ tám của ngăn xếp

S8: Bit thứ chín của ngăn xếp

C FBD:

Là phương pháp lập trình khối hàm mô phỏng các lệnh và khối làm việc trongmạch số Các phần tử cơ bản trong phương pháp này là các khối lệnh được liênkết với nhau

Lệnh LDN nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của

ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit

Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1

STL LAD Mô tả Toán hạng

kế Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặcmột dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255) Nội dung của ngăn xếp không bịthay đổi bởi các lệnh này

Mô tả lệnh S (Set) và R (Reset):

S S-bit n S bit n

──( S )

Đóng một mảng gồm n cáctiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit

S-bit: I, Q, M,

SM, T, C,V(bit)

n (byte): IB,

QB, MB, SMB, VB, AC

R S-bit n

S bit n ──( R )

Ngắt một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S-bit Nếu S-bit lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xoá bit đầu ra của

Timer/Counter đó

SI S-bit

n

S bit n ──( SI )

Đóng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit

S-bit: Q (bit)n(byte): IB,

QB, MB, SMB, VB, AC

RI S-bit

n

S bit n ──( RI )

Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit

c Các lệnh logic đại số Boolean:

Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập các mạch logic (không cónhớ) Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắcnối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng hay các tiếp điểm thường mở.Trong STL có thể sử dụng lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc cáclệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín Giá trị của ngăn xếp thayđổi phụ thuộc vào từng lệnh

 AND (A)

Q0.0 I0.0 I0.1

LD I0.0

 AND NOT (AN)

Tín hiệu ra sẽ là nghịch đảo của tín hiệu vào

Dạng LAD Dạng STL

Q0.0 I0.0 I0.1

d,Các lệnh về tiếp điểm đặc biệt:

 Tiếp điểm nào tác động cạnh xuống, tác động cạnh lên:

Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạngthái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị đỉnhcủa ngăn xếp) LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dòngcung cấp Các tiếp điểm đặc biệt này không có toán hạng riêng của chúng vì thếphải đặt chúng phía trước cuộn dây hoặc hộp đầu ra Tiếp điểm chuyển tiếpdương/âm (các lệnh trước và sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ, bởi vậy đối vớiCPU 224 có thể sử dụng nhiều nhất là 256 lệnh

= Q0.0

LD I0.0ED

= Q0.1

LD I0.0NOT

Hình 2.1.2: Giản đồ thời gian các tiếp điểm đặc biệt

 Tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt:

- SM0.0: Vòng quét đầu tiên thì mở nhưng từ vòng quét thứ 2 trở đi thìđóng

- SM0.1: Ngược lại với SM0.0, vòng quét đầu tiên tiếp điểm này đóng,

kể từ vòng quét thứ 2 thì mở ra và giữ nguyên trong suốt quá trình hoạt động

- SM0.4: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 phút

- SM0.5: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 giây

d Các lệnh thời gian (Timer)

 Các lệnh điều khiển thời gian Timer :

Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trongđiều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ Nếu kí hiệu tín hiệu (logic) vào là x(t) vàthời gian trễ tạo ra bằng Timer là τ thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ là x (t – τ)S7-200 có 64 bộ Timer (với CPU 212) hoặc 128 Timer (với CPU 214) đượcchia làm 2 loại khác nhau:

- Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On-Delay Timer), kí hiệu làTON

- Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), kí hiệuTONR

- Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phảnứng của nó đối với trạng thái ngõ vào

Cả hai Timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từthời điểm có sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyểntrạng thái logic từ 0 lên 1, được gọi là thời điểm Timer được kích, và không tínhkhoảng thời gian khi đầu vào có giá trị logic 0 vào thời gian trễ tín hiệu đặttrước

Khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, TON tự động Reset còn TONR thì không.Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miềnliên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thờigian khác nhau

Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phângiải 1ms, 10ms và 100ms Thời gian trễ τ được tạo ra chính là tích của độ phângiải của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer Ví dụ có độ phângiải 10ms và giá trị đặt trước 50 thì thời gian trễ là 500ms

 Cú pháp khai báo sử dụng Timer như sau:

Txx (Word)CPU 214: 32-63, 96-127

PT: VW, T, (Word)

C, IW, QW, MW,

trị logic bằng1 Có thể Reset Timerkiểu TON bằng lệnh R hoặc bằng giátrị logic 0 tại đầu vào IN.

Txx (Word)CPU 214: 0-31,64-95

PT: VW, TR,(Word) C, IW, QW,

MW, SMW, AC,AIW, hằng số

Khi sử dụng Timer TONR, giá trị đếm tức thời được lưu lại và không bịthay đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào có logic 0 Giá trị của T-bitkhông được nhớ mà hoàn toàn phụ thuộc vào số kết quả so sánh giữa giá trị đếmtức thời và giá trị đặt trước

Khi Reset một Timer, T-word và T-bit của nó đồng thời được xóa và cógiá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng

LD I0.0TON T33, 50 I0.0 IN

50 PT

TON 10ms T33

- Timer kiểu TONR

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

số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu Số xung đếm được ghivào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C- word

Khác với các bộ Timer, các bộ đếm CTU và CTUD đều có chân nối vớitín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu(Reset) cho bộ đếm, được kí hiệu bằng chữ cái R trong LAD, hay được qui định

là trạng thái logic của bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL Bộ đếm được Reset

khi tín hiệu xóa này có mức logic là 1 hoặc khi lệnh R (Reset) được thực hiệnvới C-bit Bộ đếm được Reset cả C-word, C-bit đều nhận giá trị 0.

Cxx: (Word)CPU 214 : 0-47,80-127

Pv(Word): VW, T,

C, IW, QW, MW,SMW, AC, AIW,hằng số, *VD,

và ngừng đếm lùi khi C-word Cxxđạt được giá trị cực đại -32.768

CTUD Reset khi đầu vào R có giátrị logic bằng 1

Cxx: (Word)CPU 214 : 48-79

PV

CTU R +5 I0.1

I0.0

LD I0.0

LD I0.1CTU C40, +5

Giản đồ thời gian:

cunrrent C40 (bit)

I0.0 I0.1

PV

CTUD

R +5

Giản đồ thời gian:

2 3 4 5 6

0 1

I0.0 (CU) I0.1 (CD) I0.2

5

C48 (word) current C48 (bit)

0

Hình 2.1.5: Giản đồ thời gian lệnh CTUD

2 Các lệnh nâng cao

a 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, Word hayDword của S7-200

Những lệnh so sánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng (<=); so sánhbằng (= =) và so sánh lớn hơn hoặc bằng (>=)

Khi so sánh giá trị của byte thì không cần thiết phải để ý đến dấu của toánhạng, ngược lại khi so sánh các từ hay từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu củatoán hạng là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép

Trong STL những lệnh so sánh thực hiện phép so sánh byte, Word hayDword Căn cứ vào kiểu so sánh (<=, = =, >=), kết quả của phép so sánh có giátrị bằng 0 (nếu đúng) hoặc bằng 1 (nếu sai) nên nó có thể được kết hợp cùng cáclệnh LD, A, O Để tạo ra được các phép so sánh mà S7-200 không có lệnh sosánh tương ứng (như so sánh không bằng nhau <>, so sánh nhỏ hơn <, hoặc so

sánh lớn hơn >) ta có thể kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (= =, >=, <=).

Nhóm lệnh so sánh :