Giáo trình Thực hành điều khiển lập trình - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Giáo trình thực hành điều khiển lập trình được biên soạn dựa trên chương trình môn học và tài liệu do nhóm tác giả biên dịch từ tài liệu của nhà sản xuất thiết bị cung cấp, nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy và học thực hành điều khiển lập trình thuộc các ngành công nghệ Kỹ thuật điện, điện tử; công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH

*******

CHỦ BIÊN

NGUYỄN ĐỨC HỖ NGUYỄN TIẾN HƯNG

GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

LỜI NÓI ĐẦU

Khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ là cơ hội cho việc đổi mới thiết bị và công nghệ trong sản xuất Phát triển sản xuất và hội nhập kinh tế quốc tế đi đôi với việc đầu tư thiết bị và công nghệ có mức độ tự động hóa cao cần phải có đội ngũ cán bộ kỹ thuật trình độ cao Để đào tạo cho xã hội những kỹ sư, cán bộ kỹ thuật làm chủ được thiết bị và công nghệ tự động hóa trong sản xuất, chương trình đào tạo các ngành kỹ thuật trong các trường Đại học và Cao đẳng đã bổ sung nhiều môn học mới có nội dung mang tính tự động hóa cao như: vi xử lý, vi điều khiển,

điều khiển lập trình…

Tuy nhiên, chương trình học ở các trường Đại học và C ao đẳng vì nhiều lý do

mà cho đến nay chưa được thống nhất, bên cạnh đó tài liệu về tự động hóa, đặc biệt

tài liệu hướng dẫn thực hành về lĩnh vực này chưa nhiều và chưa được hệ thống

hóa, điều này làm cho người dạy và người học gặp nhiều khó khăn khi cần học tập

và nghiên cứu về thiết bị và các quá trình sản xuất tự động hóa

Giáo trình thực hàn h điều khiển lập trình được biên soạn dựa trên chương trình môn học và tài liệu do nhóm tác giả biên dịch từ tài liệu của nhà sản xuất thiết bị cung cấp, nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy và học thực hành điều khiển lập trình thuộc các ngành công nghệ K ỹ thuật điện, điện tử; công nghệ kỹ thuật điều khiển

và tự động hóa tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định.

Quá trình nghiên cứu, khảo sát thực tiễn, giảng dạy lý thuyết và thực hành điều khiển lập trình, nhóm tác giả của giáo trình muốn hệ thống những kiến thức cơ bản, hình thành và phát triển những kỹ năng cần thiết cho sinh viên khi tiếp cận các thiết

bị điều khiển lập trình hiện đại đang được sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp.

Giáo trình được biên soạn và hoàn thành trong thời gian ngắn, vì vậy không thể tránh được những thiếu sót Nhóm tác giả chân thành cảm ơn những ý kiến

đóng góp của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện trong các lần xuất bản sau.

Nhóm tác giả

BÀI 1 PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM SIMATIC STEP 7

I Mở đầu

Tính linh hoạt và mềm dẻo mà thiết bị điều khiển lập trình (PLC) có được

là nhờ nó có cấu trúc phần cứng và chương trình phần mềm có thể thay đổi được

dễ dàng Phần cứng của thiết bị điều khiển lập trình có cấu trúc dưới dạngmodule cho nên tùy theo đối tượng điều khiển, ta có thể lựa chọn các modules

và khai báo để thiết lập phần cứng một bộ điều khiển lập trình một cách dễ dàng.Mặt khác tùy theo yêu cầu điều khiển của đối tượng điều khiển mà người lậptrình có thể thay đổi chương trình lập trình điều khiển một cách hiệu quả nhất

chiều ổn đinh điện

áp thấp cấp cho cácmodules của PLC

Điện áp đầu vào

Uv: 110v, 220v ,các cấp điện áp mộtchiều đầu ra Ur: 5v,12v, 24v , dòng

2A, 5A, 10A

6ES7 1KA00-0AA0

lý theo chương trìnhlập trình, cho ra kếtquả là tín hiệu số gủitới các modules kếtnối phần tử chấphành

Tốc độ xử lý, dung

lượng bộ nhớ, hãng

sản xuất

6ES7 1AD10-0AB0

6ES7 3AA00-

6ES7 3CA00-0AA0

Modules tín hiệu (Signal module SM)

Modules tín hiệu số (Signal Digital module DM)

Số lượng đầu vàosố: 8, 16, 32

6ES7 1BH82-0AA0

số tới phần tử chấphành

Số lượng đầu ra số:

8, 16, 32

Dòng điện đầu ra Ir:

6ES7 1BF00-0AA0

322-Modules tín hiệu tương tự (Signal Analog module AM)

đầu vào tương tự,

chuyển đổi dữ liệutương tự sang dữ

liệu số cấp cho CPU

Số lượng đầu vào

hành tượng tự

Số lượng đầu ra

tương tự: 2, 4, 8,

Dòng điện đầu ra

Chuẩn điện áp, haydòng điện đầu ra

6ES7 5HB00-0AB0

332-Modules chức năng (Funtion module FM)

5 Modules có chức năng điều khiển riêng ví dụ như module

điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ

servo

6ES7 0VH00-0AE0

355-Modules truyền thông (Communication CP)

6 Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC

với nhau hay giữa PLC với thiết bị lập trình khác

6GK7 1GX00-0XE0

343-* Cấu trúc chung phần cứng của thiết bị lập trình PLC

Hình 1.1 : Mặt trước của thiết bị điều khiển lập trình PLC

1 Module nguồn PS

2 Nguồn nuôi một chiều

3 Kết nối nguồn 24 vol

4 Chuyển mạch chọn chế độ hoạt động module CPU

5 Nhóm đèn tín hiệu báo trạng thái làm việc của module CPU

6 Rãnh dành cho Card nhớ

7 Đầu nối dành cho các thiết bị lập trình

8 Đầu ra nối tới các phần tử chấp hành

9 Sơ đồ kết nối với các phần tử vào ra

* Giá đỡ và kết nối các modules của thiết bị điều khiển lập trình PLC

Hình 1.2: Kết nối các modules chính và modules mở rộng

1.1.3 Khai báo địa chỉ các modules thiết bị PLC

- Một trạm PLC bao gòm các modules chính (PS, CPU, IM) và các module

mở rộng (module DI, DO, AI, AO, CP, FM), chúng được lắp đặt trên nhữngthanh cài (giá đỡ) Rack và được ghép nối với nhau thông qua hệ thống các

đường Bus (Bus địa chỉ, Bus dữ liêu, Bus điều khiển và bus nguồn) Một module

CPU có khả năng ghép nối với tối đa 32 modules mở rộng, tất cả các modules

mở rộng được lắp đặt trên 4 thanh cài, trên mỗi thanh cài có tối đa 8 module mởrộng Vị trí lắp đặt (Slot) của các module mở rộng trên mỗi thanh cài được khaibáo và quản lý bởi các địa chỉ trong miền nhớ của module CPU, module CPUlàm việc với các module mở rộng trên cơ sở truy xuất địa chỉ của từng module

- Module được khai báo ở các vị trí khác nhau có địa chỉ khác nhau Tuynhiên ngoại lệ với loại CPU 31xC có thêm các ngõ vào ra ngay trên moduleCPU thì địa chỉ thường được ngầm định trước bởi nhà chế tạo Các phần tử đầuvào và đầu ra của thiết bị điều khiển lập trình kết nối với các modules tín hiệu vàmodules chức năng, các dữ liệu mà chúng gửi vào modules CPU và lấy ra từ

module CPU được lựa chọn và xác định địa chỉ theo địa chỉ của module nó kết

nối Hình 1-3 và 1- 4 quy định địa chỉ cho các module mở rộng số và tương tựtuỳ thuộc vào vị trí lắp đặt của nó trên các thanh cài (Rack)

Hình 1-3: Qui định địa chỉ cho các Module số

IM Nhận

- Như vậy mỗi Slot chỉ chấp nhận tối đa 16 byte địa chỉ cho ngõ vào tương

tự, tương ứng với ta có tối đa 8 ngõ vào ra tương tự Thông thường khi lập trìnhngười ta hay sử dụng địa chỉ ngầm định (System selection), tuy nhiên có thể

thay đổi được trong “hardware configuration”

Hình 1-4: Qui định địa chỉ cho các Module tương tự

1.2 Khái quát phần mềm Simatics Step 7

Phần mềm Simatics Step 7 có một số chức năng sau:

- Khai báo cấu hình phần cứng của một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300

- Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7 - 300 cũng như thủ tụctruyền thông giữa chúng

- Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một trạm hay nhiều trạm

- Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển trong trạm PLC và gỡ rối

Như vậy thiết bị điều khiển lập trình PLC S7-300 được thiết lập từ các

Module chính và các module mở rộng thông qua việc sử dụng phần mềm Step 7

Rack 0

Rack 1

Rack 2

Rack 3

để khai báo và quản lý phần cứng; chương trình điều khiển cũng được lập trình

thông qua việc sử dụng các lệnh của Step 7 để thực hiện các giải thuật điềukhiển Chỉ khi nào sử dụng thành thạo phần mềm thì mới làm chủ được thiết bị

điều khiển lập trình PLC S7-300

II Nội dung

2.1 Mục tiêu thực hiện

Kiến thức

- Hiểu biết phần mềm Simatic manager của thiết bị lập trình PLC;

- Phân tích trình tự khai báo thiết lập phần cứng của thiết bị lập trình PLC;

- Biết phương pháp khai thác nguồn thư viện lệnh của thiết bị lập trình PLC;

- Biết trình tự các bước lập trình

Kỹ năng

- Cài đặt và sử dụng được phần mềm Step 7 của thiết bị lập trình PLC;

- Tạo được project và lựa ch ọn được các modules để thiết lập cấu hình phầncứng thiết bị PLC theo yêu cầu;

- Huy động được các nguồn lực để thực hiện các bài tập

Thái độ

Tích cực, chủ động, hợp tác và chia xẻ cùng các thành viên trong nhómthực hiện hoạt động lựa chọn, thiết lập và quản lý phần cứng phù hợp yêu cầuthực tiễn sản xuất

2.2 Trình tự khai thác phần mềm Simatic S7 -300

Khai thác phần mềm STEP 7 cần thực hiện nhiệm vụ cơ bản như hình 1.5

2.2.1 Cài đặt phần mềm

Windows 95/98/NT/2000/XP/Me phải được khởi động trước khi khởi động

cài đặt phần mềm, không đòi hỏi bộ nhớ ngoài nếu việc cài đặt phần mềm STEP

7 được lưu sẵn trên ổ cứng của thiết bị lập trình (PC/PG);

Hình 1.5 Sơ đồ trình tự khai thác phần mềm STEP 7

Để cài đặt STEP 7 từ Disk, hãy c hèn Disk 1 vào ổ Disk của PC/PG

Để cài đặt từ CDROM, hãy chèn CDROM vào ổ đĩa của PC và thực hiệncác bước sau:

- Kích đúp vào file “SETUP EXE”;

- Thực hiện từng bước cài đặt theo hướng dẫn của chương trình trên mànhình; (có thể thực hiện các bước tiếp t heo hoặc quay trở lại bước trước đó).Trong quá trình cài đặt, hộp hội thoại xuất hiện nhắc ta chọn từ các lựachọn được thể hiện và những ghi nhớ giúp nhanh chóng, dễ dàng tìm thấy câutrả lời đúng

Nếu Version của STEP 7 sẵn sàng cài đặt…

Việc cài đặt t ìm version khác của STEP 7 trên thiết bị lập trình thì đoạn hộithoại sẽ xuất hiện khi đó có thể lựa chọn:

Có thể không cài đặt STEP 7 version cũ và sau đó khởi động lại Setup hoặctiếp tục cài đặt và ghi đè lên version trước

+ Lựa chon cài đặt: Có 3 lựa chọn cài đặt

- Cài đặt chuẩn: Tất cả ngôn ngữ hội thoại dùng giao tiếp; tất cả những ứngdụng và tất cả những ví dụ Những thông tin sản phẩm hiện tại, những thông tin

về dung lượng bộ nhớ đòi hỏi cho phần cứng

- Cài đặt cơ bản: Chỉ dùng một loại ngôn ngữ , không ví dụ và những thôngtin về dung lượng bộ nhớ đòi hỏi cho phần cứng

- Người dùng định nghĩa cài đặt: Có thể xác định việc cài đặt, ví dụ chươngtrình, dữ liệu, những ví dụ và chức năng truyền thông

2.2.2 Khởi động phần mềm và tạo mới một dự án (project)

+) Khởi động phần mềm

Trước hết phải khởi động Windows, tìm được biểu tượng của Simatics

Manager, khởi động phần mềm STEP7 trên nền Windows ;

Phương pháp khởi động nhanh STEP 7, kích đúp con trỏ vào vị trí của

biểu tượng của Simatics Manager, cửa sổ Window chứa nội dung Simatics

Manager được mở ra, từ đây ta có thể truy xuất tất cả các chức năng đã cài đặt

cho các gói chuẩn và một vài gói lựa chọn khác

Ta cũng có thể khởi động Simatics Manager từ Menu Start trên thanhtaskbar của hệ thống và sẽ tì m thấy “Simatics Manager”.

Phần mềm Simatics Manager có thể thực hiện các chức năng sau:

Simatics Manager có thể làm việc theo 2 trạng thái :

- Offline, không cần kết nối đối tượng điều khiển lập trình ;

- Online, kết nối đối tượng điều khiển lập trình

+) Tạo một Project và download

Khi sử dụng Simatic Manager lần đầu, ta tìm đến và sử dụng help; tronghelp mô tả rất cơ bản cho việc lập trình trong SIMATIC S7

- Tạo project mới, thực hiện mở menu lệnh File > New Project , cửa sổ newproject xuất hiện như hình 1 -6, cho phép đặt tên cho Project mới >OK

Hình 1.6 : Cửa sổ New Project

2.2.3 Khai báo phần cứng thiết bị điều khiển lập trình PLC

Các thủ tục tạo định dạng và xác định các thông số vùng định dạng đòihỏi phải mở được Project hoặc tạo ra một Project mới trong Simatics Managerbao gồm các bước như hình vẽ 1.7 :

+) Tạo một trạm

Lựa chọn project trong nửa bên trái của project window;

Lựa chọn menu lệnh Insert > Station>SIMATIC 300- Station > kích chuột

trái; Kích đúp chuột trái lên folder SIMATIC 300 cửa sổ bên trái của project

window

Hình 1.7: Trình tự thiết lập phần cứng thiết bị điều khiển lập trình

+) Thiết lập cấu hình phần cứng

Do ưu thế nổi trội của thiết bị điều khiển lập trình có phần cứng được thiết

lập từ các modules, cho nên cấu hình của bộ PLC có thể thay đổi được Trên cơ

sở phân tích đối tượng điều khiển, yêu cầu điều khiển của đối tượng và quá trìnhsản xuất ta phải lựa chọn được các modules thành phần của thiết bị điều khiểnlập trình phù hợp, từ đó sử dụng trình quản lý Simatic manager để sắp xếp khaibáo thiết lập cấu hình phần cứng thiết bị điều khiển lập trình

+) Đặt thanh cài module (rack)

Tạo một trạm

Thiết lập cấu hình phần cứng

Đặt các racks

Sắp xếp các mô đunĐặt thuộc tính các mô đunLưu cấu hình phần cứng

Down load cấu hình phần cứng

Một module CPU của thiết bị điều khiển lập trình có thể kết nối tối đa với

32 modules mở rộng và được lắp đặt trên 4 thanh cài (rack 0, rack 1, rack 2 vàrack 3) Nếu số lượng modules thành phần của PLC nhỏ hơn 8 ta chỉ cần m ộtthanh cài (Rack 0); nếu số lượng modules thành phần của PLC lớn hơn 8 và nhỏ

hơn 16 ta cần hai thanh cài (Rack 0 và rack 1); nếu số lượng modules thành phần

của PLC lớn hơn 16 và nhỏ hơn 24 ta cần ba thanh cài (Rack 0, rack 1 và rack2); nếu số lượng mo dules thành phần của PLC lớn hơn 24 và nhỏ hơn hoặc bằng

32 ta cần bốn thanh cài (Rack 0, rack 1, rack 2 và rack 3);

Khi đó ta kích đúp chuột trái lên folder hardware cửa sổ bên phải của

project window; Chọn SIMATIC 300> Rack 300.> Rail, kết quả thể hiện trênhình 1-8:

Hình 1.8: Khai báo cấu trúc phần cứng của thiết bị lập trìnhLuật sắp xếp các modules trong cấu hình phần cứng của SIMTIC 300 : Lựachọn và khai báo các thông số của modules lần lượt từ modules chín h rồi đếnmodules mở rộng (chú ý mã, các thông số và vị trí khai báo của modules liênquan tới địa chỉ quản lý dữ liệu); Các modules phải được ghép liền nhau màkhông có khoảng trống

Rack 0 :

Modules chính bao gồm:

Slot 1: Chỉ có module nguồn cung cấp, ví dụ 6ES7 307-2ASlot 2: Chỉ có module CPU, ví dụ , 6ES7 314-

Slot 3: Module giao tiếp 6ES7 360- /361- hoặc để trống nếu số

lượng modules mở rộng nhỏ hơn 8;

Modules mở rộng:

Slot 4 đến 11: Modules tín hiệu hoặc modules chức năng, modules

xử lý truyền thông hoặc modules tự do khác

Rack 1 đến 3

Slot 1: Module nguồn cung cấp, ví dụ 6ES7 307- hoặc để trốngSlot 2: Bỏ trống

Slot 3: Module giao tiếp

Slot 4 đên 11: Modules tín hiệu hoặc modules chức năng, modules

xử lý truyền thông hoặc modules tự do khác

Hình 1.9: Vị trí khai báo và sắp xếp các modules của thiết bị lập trình

Trong đặc điểm đối tượng của chương trình S7, các thông tin địa chỉ MPI

của các modules đã được tạo ra Nếu muốn kiểm tra, lựa chọn S7 program trongonline view và chọn menu lệnh Edit > Object Properties

Sau khi khai báo cấu hình phần cứng, lưu cấu hình phần cứng của bộ PLC

đã khai báo vào gói phần mềm bằng nhắp vào “Save and compile ”

2.2.4 Thiết lập Symboles

Tạo một dự án gồm tên dự án và cấu hình phần cứng, phần mềm SimaticS7-300 xác định hoàn thiện c ấu hình hần cứng của bộ PLC sau khi nhắp vào

“Save and compile” Để viết chương trình điều khiển cần mở được các khối

(OB, FC,FB) cho phép chứa chương trình ứng dụng của bộ nhớ trong moduleCPU của thiết bị điều khiển lập trình PLC Muốn mở các khối thực hiện các

- Lựa chọn và kích chuột trái lên biểu tượng “Symbols” cho phép đặt các địachỉ hình thức thay thế cho địa chỉ chính thức nhằm mục đích dễ dàng lập trình,

dễ hiểu hơn khi kiểm soát chương trình, xuất hiện cửa sổ màn hình như hìn h vẽ:

Trong bảng symbols, nút Stop được gắn với địa chỉ I0.0 Như thế khi lậptrình ta có thể viết địa chỉ là “Stop” thay vì viết I0.0

2.2.5 Thiết kế chương trình điều khiển

- Các bước thiết kế chương trình điều khiển như hình 1 10

- Tùy theo mức độ phức tạp của bài toán điều khiển mà chương trình điềukhiển có thể tiến hành lập trình tuyến tính chỉ cần mở khối OB1, hay lập trình cócấu trúc (có chương trình chính và chương trình con ) mà phải mở thêm các khối

FC, FB, chọn chuột trái và kích đúp lên biểu tượng "Blocks." Sẽ xuất hiện cửa

sổ màn hình như hình vẽ:

Bài toán – Phân tích

Mô hình trên biểu đồ

Một biểu đồ mô tả quá trình điều khiển

- Giản đồ thời gian

Lập trình điều khiển PLC dựa vào biểu

đồ trạng thái và sơ đồ chức năng.

Danh mục các phần tử là rất cần thiết để

có thể đặt hàng từ nhà sản suất cũng như chuẩn bị lắp đặt, sắp xếp tất cả c ác thiết

bị , dụng cụ.

Phân tích bài toán chi tiết và rõ ràng, bao gồm tất cả trình tự chuyển động, tin hiệu vào, ra và các hàm logic chức năng.

Nạp chương trình vào thiết bị PLC.

Khởi động hệ thống và kiểm tra chức

năng giống như m ô tả trong bài toán.

Kiểm tra chương trình PLC sau khi nạp

- Chọn chuột cửa sổ phải của màn hình và kích chuột trái s ẽ xuất hiện mộtthẻ cho phép lựa chọn “Insert new object” bằng cách kích chuột trái để tạo thêmcác khối mới trong ứng dụng đã khởi động cho phép thực hiện bài lập trình cócấu trúc, cửa sổ màn hình như hình vẽ:

- Chọn chuột cửa sổ phải của màn hình và kích chuột trái s ẽ xuất hiện mộtthẻ cho phép lựa chọn “Object properties” bằng cách kích chuột trái để lựa chọn

đặc tính của khối tổ chức OB1, của sổ màn hình như hình vẽ:

- Để thực hiện lập trình tuyến tính hoặc lập trình có cấu trúc (chương trìnhchính), chọn và kích đúp chuột trái lên biểu tượng OB1, xuất hiện cửa sổ mànhình như hình vẽ:

Cửa sổ màn hình sẽ hỏi ngôn ngữ lập trình ta chọn STL, LAD, FBD tùy ý.

Ở đây ta chọn ngôn ngữ LAD (Hình thang) Sau khi chấp nhận ta có màn hình

lập trình:

Tập lệnh của S7-300 lấy trong INSERT >Program element

Các lệnh được chèn như hình vẽ Tại các dấu h ỏi chấm ta viết địa chỉ vào

đó theo chương trình điều khiển

Tập lệnhcủa S7

Chèn các lệnhvào đường nàyChènnetwork mới

Một Net Work của chương trình được viết xong như hình dưới

Sau khi viết xong chương trình có thể chạy mô phỏng trong PLCsim củaphần mềm Nội dung mô phỏng như sau: Từ màn hình Simatic manager chọnbiểu tượng mô phỏng khi đó xuất hiện màn hình mô phỏng :

- CPU đang ở chế độ Stop

- Tín hiệu đầu vào tại đụa chỉ IB0, tín hiệu đầu ra tại địa chỉ QB0

Do phần lập trình tín hiệu đầu ra là Q4.0 nên đổi “QB O” thành “QB4”

Lúc này thực hiện download để chạy thử chương trình ;

Chuyển công tắc CPU về chế độ RUN Muốn bit đầu vào bằng 1 ta nhắpchuột vào ô tương ứng ở đây ta nhắp và nhả Start “I0.1” đầu ra Q4.0 sẽ lên 1(dấu tích), nhắp nhả I0.0 đầu ra sẽ mất

Có thể quan sát trên màn hình lập trình bằng cách nhắp vào Debug >Monitor

2.3 Ví dụ

2.3.1 VD1: Tạo mới một dự án trong đó:

- Tên dự án “ Bai 1 tao mot du an”

- Dùng một mô đun nguồn 5A, CPU 312C, 32 ngõ vào số, 24 ngõ ra số, 2ngõ vào tương tự, 4 ngõ ra tương tự

- Sử dụng các lệnh logic tiếp điểm viết chương trình điều khiển động cơ

Nội dung và các bước công việc thực hiện như sau :

+) Tạo và đặt tên cho news project

thanh công cụ rồi kích thẻ New, của sổ màn hình New Project xuất hiện, tại ôName nhập tên “Bai 1 tao moi du an” và kích OK

+) Khai báo cấu hình phần cứng

Trên thanh công cụ cho menu Insert chon thẻ Station, tiếp theo kích chọn

SIMATIC 300 Station như hình vẽ :

Cửa sổ màn hình SIMATIC Manager - Bai 1 tao moi du an xuất hiện,

Chọn và k ích đúp chuột trái vào biểu tượng SIMATIC 3009(1), cửa sổ mànhình thiết lập phần cứng xuất hiện:

Chọn và kích đúp chuột trái vào biểu tượng Hardware, xuất hiện cửa sổmàn hình Hardware, trong cửa sổ màn hình Hardware chọn và kích đúp chuộttrái thẻ Simatic 300, tiếp tục chọn và kích đúp chuột trái thẻ Rack 300, cuốicùng chọn và kích đúp chuột trái thẻ Rail, cửa sổ màn hình khai báo phần cứngxuất hiện như hình vẽ:

Trong cửa sổ màn hình, đặt chuột từng vị trí (Slot) theo qui định để lựachọn các modules chính, modules mở rộng đáp ứng yêu cầu của bài toán thiếtlập phần cứng thiết bị điều khiển lập trình PLC Việc bổ sung các module mởrộng thực hiện đơn giản bằng cách kích chuôt trái lên Slot tiếp theo của module

mở rộng cuốisau đó chọn và kích đúp chuột trái lên module cần bổ sung, sẽ

được bảng cấu hình phần cứng như hình vẽ:

Có thể thực hiện xóa các modules trong cấu hình phần cứng bằng cách đặt

và kích chuột phải vào vị trí (slot) module cần xóa, trong thẻ xuất hiện chọn và

kích đúp chuột trái lệnh “delete”

Khi cần đặt thuộc tính cho mô đun nào ta nháy kép vào mô đun đó Ví dụ tamuốn thay đổi địa chỉ mô đun DI32xDC24V, nháy kép vào mô đun ta được

Vào addresses ta có thể thay đổi được đia chỉ hiện thời bằng cách bỏ

“System default” và gõ vào địa chỉ mới mong muốn Kết thúc ta “save” để lưu

giữ và chuyển về màn hình lập trình như thực hiện ở phần trên

2.3.2 VD2: Tạo mới một dự án trong đó

- Tên dự án “ Bai 2 tao mot du an”

- Dùng một module nguồn 10A: 6ES7 307-1KA01-0AA0, Load supplyvoltage 120 / 230 VAC:24 VDC / 10 A;

- CPU 313 : 6ES7 313-1AD00-0AB0, 12 KB work memory; 0.6 ms/1000instructions; MPI connection; single-tier configuration up to 8 modules;

- Module đầu vào số 32 ngõ vào DI: 6ES7 321-1BL80-0AA0, Digital inputmodule DI32 24 V, grouping 32, extended environmental conditions;

- Module đầu ra số 32 ngõ ra DI : 6ES7 322-1BL00-0AA0, Digital outputmodule DO32 24V/0.5A, grouping 8; also available as SIPLUS module withorder number 6AG1 322-1BL00-2AA0;

- Module đầu vào tương tự 8 đầu vào, chiều dài dữ liệu chuyển đổi 12 bit AI: 6ES7 331-7KF01-0AB0, Analog input module AI8/12 to 14 bits;

- Module đầu ra tương tự 8 đầu ra, chiều dài dữ liệu chuyển đ ổi 12 bít AO:6ES7 332-5HF00-0AB0, Analog Output Module AO8/12Bit;

- Sử dụng các lệnh logic tiếp điểm viết chương trình điều khiển động cơ

III Bài tập

3.1 Bài tập số 1

Một dây truyền sản xuất gạch men, công đoạn phân loại và đóng gói sảnphẩm được điều khiển tự động hóa, ở đó người ta sử dụng các cảm biến (kích

thước, độ phẳng và độ bóng ) cung cấp các tín hiệu đầu vào là tín hiệu số và các

phần tử chấp hành là các cuộn dây của công tắc tơ để cấp điện cho các động cơ

điện Hãy lựa chọn các modules, khai báo phần cứng để thiết lập bộ điều khiển

lập trình PLC; phân tích các miền nhớ trong module CPU của bộ điều khiển lậptrình S7-300 được sử dụng lưu trữ dữ liệu đầu vào và ra khi lập trình điều khiển

hệ thống trên

3.2 Bài tập số 2

Một máy bán nước giải khát tự động có 3 loại nước giải khát bán đồng loạtmột giá Phần tử đầu vào gồm có các nút ấn, các phần tử cảm biến số và tương

tự, phần tử chấp hành là các rơ le cấp điện cho van và biến tần điều khiển tốc độ

động cơ bơm nước giải khát Hãy lựa chọn và khai báo các các modules để thiết

lập phần cứng bộ điều khiển lập trình PLC; phân tích các miền nhớ trong mô

đun CPU được sử dụng lưu trữ dữ liệu và và ra khi lập trình điều khiển hệ thống

trên

3.3 Bài tập số 3

Hệ thống điều khiển tự động trong nhà máy sản xuất bia sử dụng thiết bị

điều khiển lập trình PLC S7-300 Các phần tử của hệ thống bao gồm: phần tửđầu vào là các nút ấn, các tiếp điểm của phần tử bảo vệ, các phần tử cảm biến số

và tương tự để xác định tải trọng của sản phẩm, các phần tử chấp đầu ra là các rơ

le cấp điện cho động cơ điện và biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ Hãy lựachọn các và khai báo các modules để thiết lập phần cứng bộ điều khiển lập trìnhPLC; phân tích các miền nhớ trong modules CPU được sử dụng lưu trữ dữ liệu

vào, ra để lập trình điều khiển hệ thống trên

3.4 Bài tập số 4

Hệ thống điều khiển tự động thang máy vận chuyển hành khách sử dụngthiết bị điều khiển lập trình PLC S7 -300 Các phần tử của hệ thống bao gồm:phần tử đầu vào là các nút ấn gọi tầng, đến tầng, các tiếp điểm của phần tử bảo

vệ, các phần tử cảm biến số xác định vị trí của buồng thang và hạn chế hànhtrình mở và đóng cửa buồng thang, cảm biến tương tự để xác định tải trọng củabuồng thang và sức căng của cáp, các phần tử chấp hành là các rơ le điện từ cấp

điện cho động cơ điện mở cửa buồng thang và biến tần điều chỉnh tốc độ củađộng cơ nâng hạ buồng thang Hãy lựa chọn và khai báo các modules để thiết

lập bộ điều khiển lập trình PLC; phân tích các miền nhớ trong modules CPU của

bộ điều khiển lập trình S7 -300 được sử dụng lưu trữ dữ liệu vào, ra khi lập trình

điều khiển hệ thống trên

BÀI 2 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THÔ NG ĐÈN GIAO THÔNG

I Mở đầu

Để tránh ùn tắc và xảy ra tai nạn giao thông tại các điểm nút giao thôngđường bộ, người ta thường dùng hệ thống đèn tín hiệu chỉ dẫn cho các phương

tiện và người tham gia giao thông Việc điều khiển hệ thống đèn giao thông đáp

ứng yêu cầu của luật giao thông tại từng nút giao thông và đảm bảo sự hoạt độngđồng bộ của các hướng tại các nút giao thông trong thành phố cần phải có sự

thống nhất về thời gian khống chế các luồng đường

Chương trình điều khiển các đèn tín hiệu tại nút giao thông và cả hệ thống

giao thông trong thành phố cần sử dụng một số lệnh trong các nhóm lệnh logictiếp điểm, nhóm lệnh thời gian, nhóm lệnh đếm và sử dụng những vùng nhớtrong module CPU

1.1 Nhóm lệnh bít Logic (logic tiếp điểm)

<address>

| -<address>

| -+ Lệnh đảo (Invert Power Flow)

-|NOT| -<address>

+ Lệnh đầu ra cuộn dây (Output Coil) -( )

1.2 Nhóm lệnh thời gian

+ Lệnh S_PULSE (Pulse S5 Timer)

+ Lệnh S_ODTS (Retentive On-Delay S5 Timer)

+ Lệnh S_PULSE (Pulse S5 Timer)

+) Lệnh S_PEXT (Extended Pulse S5 Timer)

+) Lệnh S_OFFDT (Off-Delay S5 Timer)

1.3 Nhóm lệnh đếm

+) Lệnh đếm xuống (S_CD Down Counter)

+) Lệnh đếm lên ( S_CU Up Counter)

1.4 Vùng nhớ của module CPU

Chương trình điều khiển cần sử dụng vùng nhớ để lưu chương trình ứng

dụng, các tham số hệ điều hành và chương trình ứng dụng, và các khối dữ liệutrong bộ nhớ của module CPU Bộ nhớ của module CPU được chia làm cácvùng nhớ và có chức năng sau:

1.4.1 Vùng nhớ chương trình ứng dụng , vùng này được chia ra làm 3 miền:

+) Miền tổ chức Organisation block (OB): miền nhớ chương trình tổ chức+) Miền chức năng Funtion (FC): Miền chứa chương trình con, được tổchức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với ch ương trình đã gọi nó.+) Miền chức năng Funtion block (FB): là mền FC đặc biệt, miền chứa

chương trình con, được tổ chức thành hàm có khả năng trao đổi dữ liệu với bất

cứ một khối chương trình nào khác Các dữ liệu này phải được xây dựng thànhmột khối dữ liệu riêng gọi là Dât block (DB)

1.4.2 Vùng nhớ tham số hệ điều hành và chương trình ứng dụng, vùng này

được chia làm 7 miền:

+) Miền đệm dữ liệu đầu vào số Process image input (I): Miền bộ đệm các

dữ liệu cổng vào số Trước khi bắt đầu thực hiện chươn g trình, PLC sẽ đọc giátrị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I Thông

thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào

số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I

+) Miền đệm dữ liệu đầu ra số Process image output (Q): Miền bộ đệm các

dữ liệu cổng ra số Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyểngiá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng đầu ra số Thông thường chương trìnhkhông trực tiếp gán giá trị tới cổng ra số mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.+) Miền các biến cờ M: Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để

lưu trữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo từng bit (M), byte

(MB), từ (MW), hay từ kép (MD)

+) Miền nhớ dành cho bộ thời gian Timer (T): bao gồm việc lưu giữ giá trịthời gian đặt trước (PV - Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV -Current value), cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian

+) Miền nhớ dành cho bộ đếm Counter (C): bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt

trước (PV- Preset value), giá trị đếm tức thời (CV- Current value), cũng như giá

trị logic đầu ra của bộ đếm

+) Miền nhớ địa chỉ cổng vào của các modules tương tự (External input )PI: các giá trị tương tự tại cổng vào của modules tương tự sẽ được module đọc

và chuyển tự động theo những địa chỉ Chương trình ứng dụng có thể truy nhậpmiền nhớ PI theo từng byte (PIB), từ (PIW), hay theo từng từ kép (PID)

+) Miền nhớ địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (External input ) PQ:Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tư ơng tự chuyển tới các cổng

ra tương tự Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng

byte (PQB), từ (PQW), hay theo từng từ kép (PQD)

1.4.3 Vùng chứa các khối dữ liệu, vùng này được chia làm 2 miền:

Miền chứa khối dữ liệu Data block (DB): Miền chứa các dữ liệu được tổchức thành khối, kích thước cững như số lượng khối do người sử dụng quy định,phù hợp với từng bài toán điều khiển Chương trình ứng dụng có thể truy nhậpmiền nhớ này theo từng bit (DBX), theo từng byte (DBB), từ (DBW), hay theotừng từ kép (DBD)

Miền chứa dữ liệu Local dât block (L) : Miền dữ liệu địa phương, được cáckhối chương trình OB, FC và FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời

và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó

Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chươngtrình tương ứng trong OB,FC,FB Miền nhớ này có thể được truy nhập từ

chương trình theo từng bit (L), theo từng byte (LB), từ (LW), hay theo từng từ

kép (LD)

Việc khai báo cấu trúc phần cứng của thiết bị lập trình PLC (vị trí của cácmodules trên Rack ) có liên quan trực tiếp địa chỉ quản lý dữ liệu của CPU Khi

kết nối các phần tử đầu vào và đầu ra với thiết bị lập trình phải quy định thốngnhất với địa chỉ miền nhớ lưu trữ dữ liệu của chúng gửi vào và lấy ra.

Trong bài thực hành lập trình điều khiển hệ thống đèn tín hiệu giao thông,

về cơ bản chúng ta có thể sử dụng các lệnh trên để lập trình điều khiển các

trường hợp:

- Điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại một ngã tư có 2 luồng đường;

- Điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại nơi có phần đường dành cho người

đi bộ;

- Điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại nơi có công trường đang thi công

- Và một số bài tập điều khiển đèn tín hiệu giao thông nơi có yêu cầu riêng

Tuy nhiên để sử dụng được các lệnh trên cần phải hiểu đượ c nguyên lý hoạtđộng của các lệnh đã đưa ra và địa chỉ các dữ liệu trong các vùng nhớ và miền

nhớ của module CPU, trên cơ sở đó lựa chọn các giải thuật phù hợp để giảiquyết các yêu cầu điều khiển

II Nội dung

- Lựa chọn được các modules cần thiết và thiết lập cấu hình phần cứng thiết

bị PLC đáp ứng yêu cầu hệ thống đèn tín hiệu giao thông ;

- Lựa chọn và kết nối được PLC với các phần tử đầu vào, ra;

năng đã tích lũy vào trong thực tiễn.

2.2 Lập trình điều khiển hệ thống đèn tín hiệu giao thông tại ngã tư

2.2.1 Mô tả yêu cầu điều khiển

Tại một ngã tư đường phố người ta dự kiến lắp hệ thống đèn tín hiệu chỉdẫn cho 2 hướng đi : Hướng 1 có 3 đèn: xanh 1(X1), Vàng 1 (V1) và đỏ 1 (Đ1);

Hướng 2 có 3 đèn : xanh 2 (X2), vàng 2 (V2) và đỏ 2 (Đ2) Hãy lập trình điều

khiển hệ thống đèn tín hiệu tại nút giao thông trên theo yêu cầu của luật giao

thông đường bộ

Từ hình ảnh hệ thống đèn tín hiệu điều khiển giao thông tại một nút giaothông ngã tư, chu trình làm việc của các đèn tín hiệu được mô tả theo lưu đồhình dưới: ( lưu ý tên các đèn, hướng giao thông và hoạt động)

2.2.2 Giản đồ thời gian

2.2.3 Lựa chọn thiết bị, khai báo phần cứng bộ điều khiển lập trình PLC và kết nối thiết bị phần cứng.

2.2.3.1 Lựa chọn thiết bị

4 Rơ le trung gian K1; K6 Một chiều 24v 06 bộ

Trên cơ sở xác định các phần tử vào ra của thiết bị điều khiển lập trình,

tiến hành chọn loại module cho đúng chủng loại, đủ số lượng và phù hợp với đối

tượng điều khiển ; (Bảng 2.1: Danh mục các phần tử kết nối phần cứng hệ thốngđiều khiển đèn tín hiệu giao thông)

(Bảng 2.1: Danh mục các phần tử kết nối phần cứng hệ thống điều khiển đèn tínhiệu giao thông)

2.2.3.2 Khai báo phần cứng bộ điều khiển lập trình PLC

Sử dụng phần mềm simatic manager khai báo phần cứng (hardware) theothứ tự các bước:

- Đặt tên New project → Insert → Station → Simatic 300 → Hardware →

Rack 300 → Rail ;

- Lựa chọn và khai báo các modules lần lượt module chính, rồi đến

modules mở rộng (chú ý mã của, các thông số và vị trí khai báo của module liênquan tới địa chỉ quản lý dữ liệu) ;

- Lưu cấu hình phần cứng của bộ PLC đã khai báo

2.2.3 3 Kết nối thiết bị phần cứng

+) Kết nối mạch động lực

Nguồn xoay chiều cấp cho các bóng đèn

220vol xoay chiều;

Cầu dao chuẩn bị cấp nguồn cho đèn;

Cầu chỉ bảo vệ sự cố khi ngắn mạch;

Các tiếp điểm động lực thường mở

của công tắc tơ

CC CD 220v

+) Kết nối PLC với các phần tử vào, ra mạch điều khiển

- Các phần tử đầu vào kết nối với module mở rộng đầu vào

- Các phần tử chấp hành kết nối với module mở rộng đầu ra

- Kết nối nguồn cho PLC và cuộn dây rơ le (nguồn một chiều 24v)

2.2.4 Quy định địa chỉ miềm nhớ cho các phần tử vào và ra, biến trung gian sử dụng trong chương trình.

2.2.4 1 Các phần tử đầu vào

D → I4.0 ; M→ I4.1;

2.2.4.2 Các phần tử chấp hành

K1 → Q8.0 ; K2 → Q8.1; K3 → Q8.2; K4 → Q8.3; K5 → Q8.4; K6 → Q8.5

2.2.4.3 Các phần tử trung gian và biến cờ M

Bộ thời gian Timer : S- ODT

Biến cờ M0.0 – M0.7

2.2.5 Xây dựng lưu đồ lập trình

2.2.6 Lập trình điều khiển

Sử dụng phần mềm “Trình quản lý Simatic S7 - 300” và tập lệnh của nó viết

chương trình điều khiển đèn tín hiệu tại nút giao thông ngã t ư

S S S S

M0.0 =0

M0.1 =0

Q8.1=0Q8.5 = 0

Q8.3=0Q8.2=0

M0.2=0

Q8.4 =0

M0.3=0Q8.2=0

2.2.7 Nạp chương trình và chạy thử

2.2.7.1 Cấp nguồn cho thiết bị lập trình điều khiển

+) Kiểm tra kết nối phần cứng đúng kỹ thuật, chắc chắn, an toàn;

+) Cấp nguồn + 24VDC cấp vào chân “L” ;

+) Cấp nguồn 0VDC cấp vào chân “M”;

(chú ý cấp nguồn đầy đủ cho các module mở rộng)

2.2.7.3 Chạy thử chương trình

+) Bật công tắc chọn chế độ Run để chạy thử chương trình

Chú ý các thao tác vận hành đúng yêu cầu công nghệ

+) Sửa lỗi: Khi thấy quá trình hoạt động của hệ thống đèn tín hiệu giaothông không đúng yêu cầu đã phân tích

+) Kiểm tra hoàn thiện chương trình phần mềm, phần cứng kết nối chắcchắn, đảm bảo kỹ thuật, mỹ thuật.

2.2.8 Một số lỗi thường gặp và phương pháp khắc phục

III Bài tập

3.1 Bài tập số 1

Hệ thống đèn tín hiệu tại một nút giao thông được bố trí theo sơ đồ sau:

Mô tả yêu cầu điều khiển

Tại một nút giao thông là điểm giao nhau giữa đường chính và đoạn đường

dành cho người đi bộ, người ta dự định lắp đặt một hệ thống các đèn tín hiệu cho

2 hướng: hướng 1 dành cho phương tiện giao thông có 3 đèn: xanh1 (X1), vàng

1 (V1) và đỏ 1 (Đ1); hướng 2 dành cho người đi bộ có 2 đèn: xanh 2 (X2), đỏ 2(Đ2) Hãy lập trình điều khiển hệ thống đèn t ín hiệu tại nút giao thông trên theo

yêu cầu của luật giao thông đường bộ

1 Phần cứng Kết nối không tiếp xúc,

đấu nối sai

Kiểm tra, nối lại cho tiếpxúc tốt

2 Phần mềm Lệnh, giải thuật chưa đúng Sửa lại lệnh

3 Thao tác, vận

hành

Không đúng trình tự, vàyêu cầu điều khiển

Thao tác đúng trình tự

Sơ đồ mô tả yêu cầu điều khiển

3.2 Bài tập số 2

Hệ thống đèn tín hiệu tại một nút giao thông được bố trí theo sơ đồ sau:

Ghi chú: GN1 – Green (Xanh 1) GN2 – Green (Xanh 2)

RD1 - Red (đỏ 1) RD2 - Red (đỏ 2)

Mô tả yêu cầu điều khiển

Trên một đoạn đường giao thông chính vì đường bị hư hỏng, người ta tiếnhành thi công sửa đường và các phương tiện giao thông tại một thời điểm chỉcho qua một chiều Để tránh tắc nghẽn giao thông trên đoạn đường này, tại hai

đầu đoạn đường này (đầu A, đầu B) người ta đặt 2 bộ đèn tín hiệu đầu A : đènxanh 1 (X1), đỏ 1 (Đ1); đầu B : đèn xanh 2 ( X2), đỏ 2 (Đ2) Hãy lập trình điều