Ứng dụng PLC s7 200 trong mô hình điều khiển công nghiệp

Nguyên tắc hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu đầu vào được đưa về từ qúa trình điều khiển sau đó thực hiện logic được lập trình trong bộ nhớ để đưa ra tín hiệu điều

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 2

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PLC 4

1.1 Giới thiệu về PLC 4

1.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC 5

1.2.1 Cấu trúc 5

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC 5

1.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC 8

1.3.1 Xử lý chương trình 8

1.3.2 Xử lý nhập xuất 9

Chương 2 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC CỦA SIEMENS 10

2.1 Cấu trúc phần cứng của CPU 224 DC/DC/DC 10

2.2 Cấu trúc 12

2.3 Mở rộng cổng vào ra 13

2.4 Cấu trúc chương trình của S7-200 14

2.5 Thực hiện chương trình của S7-200 15

2.6 Các toán hạng lập trình cơ bản 16

Chương 3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH “STEP 7-MICRO/WIN” 18

3.1 Làm quen với giao diện lập trình của Step 7- Micro/Win 18

3.2 Phương pháp lập trình 20

3.3 Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 224 21

3.4 Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình 22

3.4.1 Các lệnh vào ra 22

3.4.2 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm SET(S)/RESET(R) 23

3.4.3 Các lệnh logic đại số (BOOLEAN) 24

3.4.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 31

3.4.5 Các lệnh so sánh 32

3.4.6 Lệnh nhảy chương trình con 33

3.4.7 Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét 36

3.4.8 Các lệnh điều khiển Timer 37

3.4.9 Các lệnh điều khiển Counter 39

3.4.10 Các lệnh số học 39

3.4.11 Các lệnh dịch chuyển nội dung ô nhớ 41

3.4.12 Các lệnh dịch chuyển thanh ghi 42

3.4.13 Đồng hồ thời gian thực 45

3.5 Thực hành với STEP 7 MICRO/WIN 32 trên WINDOW 47

3.5.1 Khởi động chương trình STEP7 MICRO/WIN 32 47

3.5.2 Khởi tạo Project 49

3.5.3 Viết/sửa chương trình 50

3.5.4 Các chú thích của chương trình 50

3.5.5 Dịch lệnh (compile) và gỡ rối (debug) chương trình 51

3.5.6 Lưu giữ chương trình 51

3.5.7 Nạp chương trình vào CPU của PLC 51

3.5.8 Kiểm tra sự vận hành của chương trình 52

Chương 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 53

4.1 Mục đích 53

4.2 Bài toán trong thực tế 53

4.3 Phân tích bài toán trong thực tế và các cách giải quyết 53

4.4 Bài toán mô hình, mô phỏng quá trình phân loại sản phẩm 54

4.5 Mô hình mô phỏng quá trình phân loại sản phẩm 55

4.5.1 Cấu tạo 55

4.5.2 Tín hiệu vào/ra 55

4.5.3 Mô tả quá trình phân loại sản phẩm 56

4.5.4 Sơ đồ nối dây các mạch trong thực tế 59

LỜI KẾT 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa, trước sự phát triển rất nhanh của khoa học, kỹ thuật, nhằm đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất con người đã thay đổi phương thức sản xuất từ máy móc điều khiển thủ công sang các hệ thống điều khiển tự động- tự động hóa Trong các dây truyền sản xuất công nghiệp, những ứng dụng của tự động hóa giúp tiết kiệm tối đa sức lao động của con người làm tăng hiệu quả kinh tế so với phương thức sản xuất cũ

Một trong những hệ thống tự động hóa được sử dụng nhiều hiện nay là hệ thống sử dụng PLC trong điều khiển máy công nghiệp và các quá trình tự động

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển khả

lập trình dễ sử dụng và linh hoạt trong việc điều khiển máy móc hay các quá trình tự động trong công nghiệp PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị rời cồng kềnh dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản PLC có thể thực hiện những tác vụ như: định thì, đếm,… làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp

Nguyên tắc hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu đầu vào được đưa về từ qúa trình điều khiển sau đó thực hiện logic được lập trình trong bộ nhớ để đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng Hệ thống điều khiển sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh một cách linh hoạt

mà không cần có sự thay đổi nào về kết nối phần cứng, chúng ta chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển bên trong bộ nhớ của PLC để hiệu chỉnh hệ thống

Nhận thức được tầm quan trọng của tự động hóa trong công nghiệp và được sự hướng dẫn, chỉ bảo của thầy giáo Phạm Đức Long, em đã chọn đề tài:

“Ứng dụng PLC S7-200 trong mô hình điều khiển công nghiệp” với mục đich

tìm hiểu, nghiên cứu những ứng dụng của loại PLC này trong công nghiệp và tự động hóa Ứng dụng những gì đã tìm hiểu để xây dựng một mô hình phân loại sản phẩm tự động trong công nghiệp sử dụng PLC S7-200 của hãng điện tử SIEMENS

PLC SIMATIC S7-200 là họ PLC do hãng SIEMENS sản xuất, được sử dụng nhiều trong các dây truyền sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ Ngoài tính dễ

sử dụng, giá thành rẻ nó còn có một số điểm nổi bật sau:

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Bố cục đề tài bao gồm những phần chính sau:

Chương 1 Tổng quan về PLC

Chương 2 PLC Simatic S7- 200 CPU 224 DC/DC/DC của SIEMENS Chương 3 Ngôn ngư lập trình “STEP 7 MICRO/WIN 32”

Chương 4 Xây dựng mô hình băng tải phân loại sản phẩm

Trong thời gian làm đồ án, em đã cố gắng để hoàn thành tốt đề tài của mình nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài không thể tránh được những sai sót và khuyết điểm, em rất mong đươc các thầy, cô trong

bộ môn và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn nữa

Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Phạm Đức Long, cảm ơn

thầy đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong thời gian làm đồ án vừa qua!

Thái Nguyên, Ngày 5 tháng 5 năm 2008

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PLC 1.1 Giới thiệu về PLC

PLC là viết tắt của cụm từ Programmable Logic Controller, có nghĩa là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (cổng vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian 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 dụng lập ra” chờ tín hiệu ở cổng vào và xuất tín hiệu ở cổng ra tại các thời điểm đã lập trình

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

- 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 phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các Module 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 và các Logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ 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 công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, 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, số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện

sẽ được xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay

1.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC

đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn

vị lập trình là đơn vị xách tay, 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, RS422, RS458…

1.2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC

- Đơn vị xử lý trung tâm

lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái cổng 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 giữ trong bộ nhớ

- Hệ thống bus: Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:

- Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module 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 module vào

ra thông qua Data Bus Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song

Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó

sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module 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

Hê 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, tùy 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

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 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 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 thêm EPROM gắn bên trong PLC Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoăc 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

- Các cổng vào ra I/O

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

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử

lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC

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

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

1.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC

ba giai đoạn nối tiếp nhau:

- Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành

- Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự từng lệnh một trong chương trình Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra

- Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các module đầu ra

1.3.2 Xử lý nhập xuất

Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC:

- Cập nhật liên tục Điều này đòi hỏi CPU quét các lệnh ở cổng vào (mà chúng xuất hiện trong chương trình ), khoảng thời gian Delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi

xử lý Các lệnh cổng ra được đưa trực tiếp tới các thiết bị Theo hoạt động logic của chương trình, khi lệnh OUT được thực hiện thì các cổng ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới lần cập nhật kế tiếp

- Quá trình xuất nhập Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trăm I/O, mà CPU chỉ có thể xử lý một lệnh ở một thời điểm Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi cổng nhập phải được xét riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi cổng vào, nên tổng thời gian cho

hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất lớn và tăng theo số cổng vào

Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các cổng I/O được cập nhật tới một vùng đặc biệt trong chương trình Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O Mỗi cổng vào ra đều có một địa chỉ I/O RAM này Suốt quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I/O RAM Quá trình này xảy ra trong một chu kỳ chương trình (từ Start đến End)

Thời gian cập nhật tất cả các cổng vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy thường là vài ms Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào độ dài chương trình điều khiển tương ứng, mỗi lệnh mất khoảng từ 110 s

Chương 2 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC CỦA

SIEMENS 2.1 Cấu trúc phần cứng của CPU 224 DC/DC/DC

S7- 200 CPU 224 là thiết bị điều khiển logic khả lập trình loại nhỏ của Hãng SIEMENS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Module và có các module

mở rộng Các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 CPU 224 DC/DC/DC là khối vi xử lý CPU- 224

- CPU 224 bao gồm 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng thêm 7 module mở rộng

- 4096 từ đơn thuộc miền nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM)

- 2560 từ đơn thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu

- Tổng số cổng vào/ra cực đại là 128 cổng vào và 128 cổng ra

- 256 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: Timer 1ms, Timer 10ms và Timer 100ms

- 256 bộ đếm chia làm 3 loại: chỉ đếm tiến, chi đếm lùi và vừa đếm tiến vừa đếm lùi

- 688 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc

- Các chế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung

- 6 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 20Khz

- 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM

- 2 bộ điều chỉnh tương tự

- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian

190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp

Các đèn báo trên S7-200 CPU 224:

- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF 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

Cổng vào ra:

- Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời

của cổng Ix.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc

- Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời

của cổng Qx.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

Chế độ làm việc: PLC có 3 chế độ làm việc

- RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từ 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

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 là 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 30038 400 baud

Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể dùng một cáp nối thẳng MPI Cáp đó đi kèm với máy lập trình

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485

2.2 Cấu trúc

Bộ nhớ 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

V: Variable Memory

I: Input image register

O: Output image regiter

M: Internal Memory bits

SM: Special Memory bits

Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ (word) hoặc từ kép (double word)

Các module mở rộng số hay tương tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương

tự với số đầu vào/ra của module

Sau đây là địa chỉ của một số module mở rộng trên CPU 224:

2.4 Cấu trúc chương trình của S7-200

Có thể được lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm:

Chương trình con là một bộ phận của chương trình, các chương trình phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình đó là lệnh MEND

Các chương trình xử lý ngắt cũng là một bộ phận của chương trình Nếu cần sử dụng phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND)

Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính, sau đó đến các chương trình xử lý ngắt Cũng có thể trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt ở sau chương trình chính

2.5 Thực hiện chương trình của S7-200

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng 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 kết thúc MEND Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra

Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn (1)

và (4) do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức 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 và cổng ra

Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương trình

xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và

có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét

Tất cả các phần tử (toán hạng) trên có hai trạng thái ON hoặc OFF (1 hoặc 0)

Cuộn dây có thể được dùng để điều khiển trực tiếp cổng ra từ PLC (như phần tử Q) hoặc có thể điều khiển bộ định thì, bộ đếm hoặc cờ (như phần tử M, S) Mỗi cuộn dây được gắn với các công tắc Các công tắc này có thể là thường

mở hoặc thường đóng

Các cổng vào vật lý nối đến bộ điều khiển lập trình (phần tử I) không có cuộn dây để lập trình Các phần tử này chỉ có thể dùng ở dạng các công tắc (loại thường đóng và thường mở)

Chương 3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH “STEP

7-MICRO/WIN”

3.1 Làm quen với giao diện lập trình của Step 7- Micro/Win

Hình 3.1 cửa sổ Program Block

Hình 3.2 cửa sổ Symbol Table

Hình 3.3 Data Block

Hình 3.4 cửa sổ Status Chart

3.2 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 tập lệnh 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 một 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 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 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 Ngược lại không phải mọi chương trình viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD

- Phương pháp hình thang (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 rơ le 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 rơ le được mắc theo chiều dòng điện 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 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 hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEP- MICRO/DOS hoặc STEP– MICRO/WIN Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn

- 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, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

3.3 Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 224

3.4.1.3 OUTPUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi

Mô tả lệnh bằng LAD như sau:

3.4.2 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm SET(S)/RESET(R)

Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộn dây đầu ra Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm)

Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết

kế Nếu bit này có giá trị =1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một

Mô tả bằng lệnh LAD:

3.4.3 Các lệnh logic đại số (BOOLEAN)

Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic (không có nhớ) Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểm thường mở STL có thể sử dụng các lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín

Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh

O n

A n

Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và

v (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm

n và giá trị bit đầu tiên trong ngằn xếp Kết quả được ghi lại bit đầu trong ngăn xếp

AN n

ON n

Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và

v (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngằn xếp Kết quả được ghi lại bit đầu trong ngăn xếp

n: I, Q, M, SM, T, C, V (bit)

AI n

OI n

Lệnh thực hiện tức thời toán tử ^ (A) và v (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngằn xếp Kết quả được ghi lại bit đầu trong ngăn xếp

ANI n

ONI n

Lệnh thực hiện tức thời toán tử ^ (A) và v (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và giá trị bit đầu tiên trong ngằn xếp Kết quả được ghi lại bit đầu trong ngăn xếp

n: 1 (bit)

Ngoài những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7-200 còn có 5 lệnh đặc biệt biểu diễn các phép tính của đại số Boolean cho các bit trong ngăn 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 xóa các mệnh đề logic LAD không có bộ đếm dành cho lệnh stack logic STL sử dụng các lệnh stack logic để thực hiện phương

- AND (A)

- OR (O)

Lệnh A và O phối hợp giá trị logic của một tiếp điểm n với giá trị bit đầu tiên của ngăn xếp Kết quả phép tính được đặt lại vào bit đầu tiên trong ngăn xếp Giá trị của các bit còn lại trong ngăn xếp không bị thay đổi

Luật tính toán của các phép tính logic And và Or như sau:

Tác động của lệnh AND và OR vào ngăn xếp như sau

- AND LOAD (ALD)

- OR LOAD (OLD)

Lệnh ALD và lệnh OLD thực hiện phép tính logic And và Or giữa hai bit đầu tiên của ngăn xếp Kết quả của phép logic này sẽ được ghi lại vào bit đầu trong ngăn xếp Nội dung còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bit

Tác động của lệnh ALD và OLD vào ngăn xếp như sau:

Sơ đồ minh họa thay đổi ngăn xếp của các lệnh LPS, LRD và LPP:

Cách biểu diễn các lệnh logic này trong LAD được tóm tắt trong bảng sau Chúng sử dụng bit nhớ đặc biệt SM 1 0 để thông báo về trạng thái kết quả phép tính được thực hiện (kết quả bằng 0)

Biểu diễn trong LAD

Lệnh thực hiện phép tính logic AND theo từng bit của hai từ IN1 và IN2 Kết quả được ghi vào từ OUT

Lệnh thực hiện phép tính logic OR giữa các bit tương ứng của hai từ IN1 và IN2 Kết quả được ghi vào từ OUT

Lệnh thực hiện phép tính logic XOR giữa các bit tương ứng của hai từ IN1 và IN2

Kết quả được ghi vào từ OUT

IN1: VW, T, C, IW,

QW (word) SMW, AC, AIW, VD

*AC, Hằng số

IN2: VW, T, C,

IW, QW, (word) SMW, AC, AIW, *VD, *AC, Hằng số

OUT: VW, T, C,

IW, QW, MW, (word) SMW, AC,

*VD, *AC

Lệnh thực hiện phép tính logic AND giữa các bit của hai từ kép IN1 và IN2 Kết quả được ghi vào từ OUT

Lệnh thực hiện phép tính logic OR giữa các bit của hai từ kép IN1 và IN2 Kết quả được ghi vào từ OUT

IN1: VD, ID, QD,

MD, SMW (Dword) AC, AIW, Hằng số, VD, AC

IN2: VD, ID, QD,

MD, SMW (Dword) AC, AIW, Hằng số, *VD, *AC

Lệnh thực hiện phép tính logic XOR giữa các bit của hai từ kép IN1 và IN2 Kết quả được ghi vào từ OUT

OUT: VD, ID, QD,

MD, SMD, (Dword) AC, *VD,

*AC

3.4.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt

Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị của đỉnh ngăn xếp) LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt để tác động vào dòng cung cấp Các tiếp điểm đặc biệt không có toán hạng riêng của chính chúng và vì thế phải đặt chúng vào vị trí phía trước của cuộn dây hoặc hộp đầu ra Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh sườn trước và sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ, nên đối với CPU 224 là 256 lệnh

Các lệnh tiếp điểm đặc biệt được biểu diễn như sau trong LAD

Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng cung cấp Nếu dòng cung cấp có tiếp điểm đảo thì nó bị ngắt mạch, nếu không có tiếp điểm đảo thì nó thông mạch

Không có

Tiếp điểm chuyển đổi dương cho phép dòng cung cấp thông mạch trong một vòng quét khi sườn xung điều khiển chuyển từ 0 lên 1

Không có

Tiếp điểm chuyển đổi âm cho phép dòng cung cấp thông mạch trong một vòng quét khi sườn xung điều khiển chuyển từ 1 xuống 0