GIÁO TRÌNH ĐIỀU KIỂN LẬP TRÌNH CNC

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.. Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trìn

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

PHẦN 2: PLC CỦA SIEMENS Bài 1: Thiết bị điều khiển lập trình S7 200, S7 300

1.1 Cấu trúc PLC

1.1.1 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Procesing Unit):

Thường trong mỗi PLC có một đơn vị xử lý trung tâm, ngoài ra còn có một số loại lớn có tới hai đơn vị xử lý trung tâm dùng để thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp và quan trọng gọi là hot standby hay redundant

* Đơn vị xử lý "một -bit": Thích hợp cho những ứng dụng nhỏ, chỉ đơn thuần là logic ON/OFF, thời gian xử lý dài, nhưng kết cấu đơn giản nên giá

thành hạ vẫn được thị trường chấp nhận

* Đơn vị xử lý "từ - ngữ":

• Xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép tính, đo lường, đánh giá, kiểm tra

• Cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều

• Giá thành cao

- Nguyên lý hoạt động:

+ Thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình gọi tuần tự (do đã được điều khiển và kiểm soát bởi bộ đếm chương trình do đơn vị xử lý trung tâm khống chế)

+ Bộ xử lý liên kết các tín hiệu (dữ liệu) đơn lẻ (theo một quy định nào

đó - do thuật toán điều khiển) rút ra kết quả là các lệnh cho đầu ra

+ Sự thao tác tuần tự của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ rồi sau đó lại bắt đầu lại từ đầu thời gian đó gọi là "thời gian quét"

+ Đo thời gian mà bộ xử lý xử lý 1 Kbyte chương trình để làm chỉ tiêu đánh giá giữa các PLC! Như vậy bộ vi xử lý quyết định khả năng và chức năng của PLC

Khả năng hạn chế trong việc xử lý dữ

liệu số (không có chức năng toán học

và logic)

Thu thập và xử lý dữ liệu số

Chương trình thực hiện liên tiếp,

không bị gián đoạn, thời gian của chu

trình tương đối dài

Các quá trình thời gian tới hạn được địa chỉ hoá qua các lệnh gián đoạn hoặc chuyển đổi điều khiển khẩn cấp Chỉ phối được với máy tính đơn giản Phối ghép với máy tính hoặc hệ thống

1.1.2 Bộ nhớ: Bao gồm cả RAM, ROM, EEPROM

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

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

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

Khối giao tiếp vào ra có vai trò giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với mạch công suất bên ngoài Thực hiện chuyển mức điện áp tín hiệu và cách

ly bằng mạch cách ly quang (Opto-isolator) trên các khối vào ra Cho phép tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu có mức cao xuống mức tín hiệu chuẩn Tác dụng chống nhiễu tốt khi chuyển công tắc bảo vệ quá áp từ nguồn cung cấp điện lên đến điện áp 1500V

• Ngõ vào: nhận trực tiếp tín hiệu từ cảm biến

• Ngõ ra: là các transistor, rơle hay triac vật lý

1.1.4.Thiết bị lập trình:

Có 2 loại thiết bị có thể lập trình được đó là

- Các thiết bị chuyên dụng đối với từng nhóm PLC của hãng tương ứng

- Máy tính có cài đặt phần mềm là công cụ lý tưởng nhất

1.2 Địa chỉ các đầu vào đầu ra:

Địa chỉ đầu vào

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

Để truy cập một bit trong một vùng bộ nhớ, ta phải định rõ địa chỉ, cái

mà bao gồm việc nhận biết vùng bộ nhớ, địa chỉ byte và số bit Hình vẽ biểu diễn một ví dụ về việc truy cập một bit (điều này có thể được gọi là địa chỉ

“byte.bit”) Trong ví dụ này, vùng bộ nhớ và địa chỉ byte (I = đầu vào, và 3 = byte 3) là tiếp theo bởi một dấu chấm (“.”) để phân biệt địa chỉ bit (bit 4)

Truy cập một bit của dữ liệu trong bộ nhớ CPU (Địa chỉ byte.bit)

Ta có thể truy cập trong các vùng bộ nhớ CPU bất kỳ (V, I, Q, M, S, L

và SM) như các byte, từ, từ kép bằng việc sử dụng định dạng địa chỉ byte Để truy cập một byte, từ hoặc từ kép của dữ liệu trong bộ nhớ CPU, bạn phải xác định địa chỉ trong một cách tương tự để xác đinh địa chỉ cho một bit Vấn đề này bao gồm một vùng nhân biết, xác định cỡ dữ liệu và địa chỉ byte bắt đầu của giá trị byte, từ hoặc từ kép, như minh họa trong Dữ liệu trong các vùng

bộ nhớ CPU khác (như là T, C, HC và các thanh tổng) là được truy cập bởi việc sử dụng một định dạng địa chỉ bao gồm một vùng nhận biết và một số thiết bị

So sánh byte, từ và từ kép truy cập tới địa chỉ tương tự

Phần số chỉ địa chỉ của byte hoặc bít:

Bảng minh họa phạm vi của giá trị số nguyên có thể được miêu tả bởi các cỡ khác nhau của dữ liệu Các giá trị số thực là được truy cập trong các độ dài từ kép

Bảng: Xác định cỡ dữ liệu và các phạm vi số nguyên được kết hợp

Cỡ dữ liệu Phạm vi số nguyên không dấu Phạm vi số nguyên có dấu

Cơ số 10 Cơ số 16 Cơ số 10 Cơ số 16

8000 0000 đến 7FFF FFFF

Cấu trúc bộ nhớ S7-200:

Phân chia bộ nhớ

Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng có một tụ điện làm nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

S7-200 có tính năng động cao, có thể đọc ghi được trong toàn vùng, ngoại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc

Hình vẽ 6.4 mô tả bộ nhớ trong và ngoài của PLC, bao gồm:

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

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

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

- Vùng đối tượng: Timer, counter, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng

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

Vùng dữ liệu

Vùng dữ liệu là một miền nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn, hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, hàm truyền thông, lập bảng, hàm dịch

chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ,

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

Vùng dữ liệu lại được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau

Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:

- V: Variable memory

- I: Input image register

- O: Output image register

- M: Internal memory bits

- SM: Special memory bits

c Vùng đối tượng

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu trữ dữ liệu cho các đối tượng lập

trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm Counter, bộ định

thời Timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các Timer, Counter, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator(AC)

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

Bảng 2.7: Đặc điểm và giới hạn vùng nhớ của CPU S7 22x

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

1.3 Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi

1.3.1 Giới thiệu CPU 222:

• Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số

• Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra số

•

Port truyền thông

S7-200 sử dụng Port truyền thông nối tiếp: RS 485 protocol, 9 chân sử dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp

Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu PPI ở tốc độ chuẩn là 9600 baud

Tốc độ truyền - nhận dữ liệu theo kiểu Freeport là 300 - 38400 baud

Công tắc chọn chế độ:

• Công tắc chọn chế độ RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình gặp lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC sẽ tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở chế độ RUN (nên quan sát đèn trạng thái)

• Công tắc chọn chế độ STOP: Khi chuyển sang chế độ STOP, dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các tín hiệu ra lúc này đều về off

• Công tắc chọn chế độ TERM: cho phép người vận hành chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra ở chế độ này được dùng để download chương trình người dùng

Vít chỉnh định tương tự:

Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có thể xoay được một góc 2700, dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ:

Sử dụng tụ vạn năng và pin Khi năng lượng của tụ bị cạn kiệt PLC sẽ tự động chuyển sang sử dụng năng lượng từ pin

Giao tiếp với thiết bị ngoại vi:

- Thiết bị lập trình loại PGxx (bàn lập trình cầm tay) được trang bị sẵn

phần mềm lập trình, chỉ lập trình được với ngôn ngữ STL

- Máy tính PC: Hệ điều hành Win 98/2000/NT4.x/XP/ Trên đó có cài

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

đặt phần mềm Step7 Micro/Win 32 hoặc Step7 Micro/Dos Hiện nay hầu hết

sử dụng Step7 Mcro/Win 32 version 3.0, 3.2, 4.0, 5.0 cho phép người lập trình có thể xem được giá trị, trạng thái cũng như đồ thị của các biến Nhưng chỉ sử dụng được trên máy tính có cài đặt hệ điều hành Window 2000/ WinNT và PLC loại version mới nhất hiện nay Sau đây là cách cài đặt và giao tiếp giữa PC-PLC:

1.3.2 Kết nối thiết bị ngoại vi

Đầu vào PLC :

- Đầu vào là đầu đưa tín hiệu vào PLC

- Phân loại đầu vào : Đầu vào Logic, Đầu vào Analog

- Số lượng đầu vào phụ thuộc loại PLC

- Cấu trúc đầu vào số như hình vẽ :

Diot phát quang

Hình Kiểu đầu v o một chiều

- Đặc điểm đầu vào :

+ Đầu vào được đánh số

+ Đầu vào được tín hiệu hoá

+ Đầu vào được ghép quang, Cách ly vi sử lý trong PLC với thế giới bên ngoài về điện

+ Đầu vào được chế tạo chuẩn hoá (Dòng đầu vào 5mA - Logic)

Ghép nối cảm biến :

Đầu ra PLC

Là đầu đưa tín hiệu ra của PLC

- Đầu ra được đánh số

- Đầu ra được tín hiệu hoá

- Đầu ra được ghép Rơle hoặc ghép quang có tác dụng cách ly CPU trong PLC với thế giới bên ngoài về điện

- Đầu ra được chuẩn hoá tương thích với các thiết bị điều khiển khác

- Phân loại đầu ra:

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

+ Đóng cắt cho nguồn một chiều

+ Chịu được tần số đóng cắt cao

COM

Bộ thu phát quang (opto – coupler)

Kiểu đầu ra dùng Tranzitor

+

-

- Đặc điểm:

+ Đóng cắt cho nguồn một chiều và xoay chiều

+ Chịu được tần số đóng cắt cao

+ Tuổi thọ cao

+ Imax= 50 - 100 mA

* Bảo vệ đầu ra:

- Bảo vệ bằng Diode khi tải dầu ra là cuộn dây dùng nguồn một chiều

- Bảo vệ đầu ra bằng mạch R C khi cuộn dây tải dùng nguồn 1 chiều :

R= Vdc/ IL ( R tối thiểu bằng 10 Om)

COM

Bộ thu phát quang (opto – coupler)

Kiểu đầu ra dùng Triac

+

-

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

- Bảo vệ bằng mạch RC khi đầu ra dùng với nguồn xoay chiều :

Giá trị điện trở R và tụ C được tính theo công thức :

R> 0.5 x Vrmc ( tối thiểu = 10 khi đầu ra dùng nguồn xoay chiều

C = 0.002 đến 0.005uF cho mỗi 10VA của tải cuộn cảm

Tác dụng của mạch RC dùng để khép mạch dòng điện khi mở tiếp điểm Dòng (khép mạch) = 2 x 3.14 x f x C x V~ phải nằm trong giới hạn cho phép Bạn cũng có thể sử dụng áp biến trở MOV - Metal Oxide Varistor dùng

để hạn chế xung điện áp Phải chon loại MOV có điện áp làm việc lớn hơn 20% điên áp nguồn VAC~

Ví dụ : Cuộn cảm đầu ra sử dụng là 17VA, điện áp là 115VAC,

 Dòng cho phép chạy qua tiếp điểm và cuộn cảm là I = 183VA/115V = 1.59A chon dòng tính toán Itt = 2A

BÀI 2: CÁC LỆNH LẬP TRÌNH S7 200

2.1 PHẦM MỀM STEP 7 - MICRO/WIN 32

2.1.1 Những yêu cầu đối với máy tính PC

- Phần cứng PC: sử dụng các máy tính có cấu hình từ Pentum 3 trở lên

- Phần mềm: Trên đó có cài đặt phần mềm Step7 Micro/Win 32 hoặc Step7 Micro/Dos Hiện nay hầu hết sử dụng Step7 Mcro/Win 32 version 3.0, 3.2, 4.0, 5.0, 6.0 cho phép người lập trình có thể xem được giá trị, trạng thái cũng như đồ thị của các biến Nhưng chỉ sử dụng được trên máy tính có cài đặt hệ điều hành Window 98/ME/2000/NT/XP/Vistra và PLC loại version mới nhất hiện nay

2.1.2 Cài đặt phần mềm:

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

Sau khi thực hiện xong, trên màn hình sẽ xuất hiện:

- Nháy đúp chuột vào biểu tượng Setup

- Chọn OK / Next / YES / Next / Next / Next

- Chọn cách truyền thông chọn Properties

- Chọn như hình vẽ:

- Cuối cùng được kết quả như cách 1 hoặc xuất hiện biểu tượng trên màn hình

2

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

Destop:

2.1.3 Sử dụng phần mềm:

Giao diện phần mềm:

Để một hệ thống PLC có thể thực hiện được một quá trình điều khiển

nào đó thì bản thân nó phải biết được nó cần phải làm gì và làm như thế nào

Việc truyền thông tin về hệ thống ví dụ như quy trình hoạt động cũng

như các yêu cầu kèm theo cho PLC người ta gọi là lập trình

Và để có thể lập trình được cho PLC thì cần phải có sự giao tiếp giữa

người và PLC Việc giao tiếp này phải thông qua một phần mềm gọi là phần mềm lập trình

Mỗi một loại PLC hoặc một họ PLC khác nhau cũng có những phần

cách lập trình với các ngôn ngữ khác nhau…

Phần mềm này cũng đã được xây dựng một phần trợ giúp (Help) có thể nói là rất đầy đủ, chi tiết và tiện dụng Người dùng có thể tra cứu các vấn đề

về PLC S7-200 một cách rất nhanh chóng, rõ ràng và dễ hiểu

Cụng cụ kết nối

Nút thay đổi trạng thái làm

Down load/Up

Nỳt kiểm tra trạng thỏi của

Để có thể thực hiện phần mềm lập trình STEP7- MicroWIN32 ta có 2 cách:

- Communications :là cách kiểm tra sự kết nối với PLC S7-200

Ở đây ta có thể thay đổi cách mà máy tính truyền thông với PLC S7-200 (PPI, MPI, tốc độ truyền .) hoặc kiểm tra có hay không sự truyền thông giữa máy tính và PLC S7-200 (kiểm tra sự

có mặt của PLC hay không)

Tập lệnh so sánh Tập lệnh biến đổi Tập các bộ đếm Tập lệnh toán học

Gi¸o tr×nh : Điều khiển lập trình PLC

Tập lệnh toán học Tập lệnh điều khiển ngắt Tập lệnh các phép tính logic biến đổi Tập lệnh di chuyển dữ liệu

Tập lệnh điều khiển chương trình Tập lệnh thao tác với thanh ghi (dịch/quay vòng thanh ghi) Tập lệnh làm việc với chuỗi

Tập lệnh làm việc với bảng dữ liệu Tập các bộ định thời

Tập lệnh gọi chương trình con và chương trình ngắt

Đây là một trong những thành phần quan trọng nhất của STEP7- MicroWIN32 Nó bao gồm toàn bộ các lệnh và khối hàm của STEP7- Micro WIN32 để có thể tạo được một chương trình điều khiển cho PLC S7-200

Người dùng có thể tìm thấy các lệnh hoặc hàm mình cần dựa trên các nhóm có cùng chức năng mà STEP7- MicroWIN32 đã phân loại sẵn

Trong đó thường dùng nhất là các nhóm:

+ Bit Logic: bao gồm các lệnh làm việc với bit và thực hiện các phép

toán logic như AND, OR, NOT

+ Compare: bao gồm các khối lệnh dùng để so sánh dữ liệu như >, <,

=,

+ Interger Math, Floating-Point Math: nhóm lệnh làm việc với số

nguyên 16bit, 32bit và số thực Nhóm lệnh này thực hiện các phép toán số học như +, -,

+ Move: các khối lệnh dùng để di chuyển dữ liệu từ vùng nhớ này sang

vùng nhớ khác của PLC

+ Timer: đây là khối lệnh làm việc với các loại timer của S7-200

+ Counter: đây là khối lệnh làm việc với các loại bộ đếm của S7-200

Ngoài ra còn các khối khác cũng quan trọng chúng ta có thể tham khảo thêm ở phần Help của STEP7- MicroWIN32

Để có thể biết một khối hàm hoặc lệnh làm việc như thế nào và điều kiện kèm theo chúng ta chọn khối hàm, lệnh đó và nhấn F1

+ Vùng soạn thảo:

Đây là vùng mà STEP7- MicroWIN32 dành cho người dùng soạn thảo các chương trình điểu khiển của riêng mình.ở đây người dùng có thể thêm các lệnh các khối hàm, các cấu trúc điều khiển chương trình tạo các kết nối giữa các câu lệnh để thực thi các nhiêm vụ điều khiển