Thiết kế, mô hình thang máy chở người 5 tầng sử dụng plc s7 300

Hình 1.1 Hình ảnh thang máy Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

NGHỆ AN, 2018

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH iii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THANG MÁY 3

1.1 Giới thiệu chung 3

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy 3

1.1.2 Phân loại thang máy 5

1.2 Cấu trúc hệ thống thang máy 6

1.3 Yêu cầu truyền động của hệ thống thang máy 10

1.3.1 Tín hiệu hoá cho hệ thống điều khiển thang máy 11

1.3.2 Chọn phương án truyền động cho thang máy 11

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 12

2.1 Lịch sử phát triển PLC 12

2.2 Vai trò của PLC 13

2.3 Ưu thế của việc dùng PLC trong tự động hoá 13

2.4 Phần cứng của PLC S7-300 13

2.4.1 Sơ đồ cấu trúc 14

2.4.2 Mở rộng vào ra cho PLC 21

2.4.3 Cú pháp hệ lệnh của S7-300 24

2.5 Vòng quét chương trình 26

2.6 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng 26

Chương 3 THIẾT KẾ,CHẾ TẠO MÔ HÌNH THANG MÁY CHỞ NGƯỜI 5 TẦNG SỬ DỤNG PLS S7-300 29

3.1 Yêu cầu thiết kế 29

3.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển 30

3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lí 30

3.3.1 Bộ điều khiển 30

3.3.2 Biến tần 30

3.3.3 Động cơ 30

3.3.4 Công tắc hành trình 30

3.3.5 Phím bấm 31

3.4 Lập trình phần mềm điều khiển 31

3.4.1 Thuật toán điều khiển 31

3.4.2 Bảng phân công vào ra 31

3.4.3 Chương trình điều khiển 32

3.4.4 Thử nghiệm trên phần phần mềm step 7 39

3.5 Chế tạo, thử nghiệm 40

KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh thang máy 4

Hình 1.2 Biến tần 7

Hình 1.3 Điều khiển trực tiếp mômen 8

Hình 1.4 Động cơ 10

Hình 2.1 Cấu trúc của PLC 14

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC 15

Hình 2.3 CPU 224 họ S7-300 của SIEMENS 16

Hình 2.4 Sơ đồ các mạch giao tiếp giữa CPU 224 AC/DC/RLY với sensor và cơ cấu chấp hành 18

Hình 2.5 Sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU 224/DC/DC/DC với CTHT và cơ cấu chấp hành 18

Hình 2.6 Kết nối giữa PC với S7-300 bằng cáp PC/PPI 19

Hình 2.7 Sơ đồ chân cổng truyền thông RS 485 21

Hình 2.8 Modul mở rộng của PLC 21

Hình 2.9 Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng 27 Hình 3.1 Sơ điều khiển của thang máy 30

Hình 3.2 Sơ đồ thuật toán điều khiển 31

MỞ ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ đời

sống của người dân càng nâng cao Nhu cầu sử dụng thang máy cho các tòa nhà cao tầng để vận chuyển người và hàng hóa ngày càng tăng Đây là cơ hội nhưng cũng là thách thức cho các kỹ sư tự động hóa

Được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong Viện Kỹ thuật và Công nghệ của trường Đại học Vinh và đặc biệt là Th.S Lê Văn

Chương, em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Thiết kế, chế tạo mô hình chở

người cho toàn nhà 5 tầng sử dụng PLC S7-300” đúng thời hạn

án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An,ngày 20 tháng 5 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Lê Huy Đoàn

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Đồ án nghiên cứu thiết kế mô hình thang máy cho tòa nhà 5 tầng sử dụng PLC đáp ứng nhu cầu cần thiết cho việc vận chuyển người và hàng hóa ở các khu nhà cao tầng Hệ thống ổn định và tương đối chính xác và có nhiều ứng dụng trong thực tế

ABSTRACT

The research design project of elevator model for 5-storey building using PLC

to meet the need for transportation of people and goods in high buildings The system is stable and relatively accurate and has many practical applications

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THANG MÁY

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hoá, vật liệu v.v theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các nhà cao 6 tầng trở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động Giá thành của thang máy trang

bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với những công trình đặc biệt như bệnh viện, nhà máy, khách sạn v.v tuy nhiên số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy

Với các nhà nhiều tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong nhà Nếu vấn đề vận chuyển người trong những toà nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các toà nhà cao tầng không thành hiện thực

Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Vì vậy, yêu cầu chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa

chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm

Hình 1.1 Hình ảnh thang máy

Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa

đủ điều kiện để đưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: Điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng), công tắc an toàn của cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn

Việc lựa chọn thang máy không chỉ đơn thuần xem xét các vấn đề về

kỹ thuật mà còn phải xem xét về vấn đề kinh tế Tất nhiên là thang máy có tải định mức lớn, tốc độ định mức cao, hệ điều khiển càng hiện đại thì càng tạo điều kiện thuận lợi cho con người khi sử dụng, có thể rút ngắn thời gian chờ

đợi, tuy vậy nó lại đòi hỏi vốn đầu tư lớn hơn, diện tích chiếm chổ lớn hơn, đồng thời tăng chi phí xây dựng… Như vậy điều kiện thuận lợi cho khách hàng tỷ lệ nghịch với vốn đầu tư Quá trình lựa chọn thang máy là quá trình xác định số thang, tính năng kỹ thuật của thang (tải, tốc độ định mức, phương pháp điều khiển ), các kích thước cơ bản của thang và vị trí đặt thang phù hợp với đặc điểm và mục đích sử dụng của tòa nhà với vốn đầu tư chấp nhận được

1.1.2 Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu và nhiều loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng loại

công trình Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:

1.1.2.1 Phân loại theo chức năng

• Thang máy chở người: (Gia tốc được cho phép tùy theo cảm giác

của hành khách a<2m/ s2)

- Thang máy chở người trong các nhà cao tầng: Có tốc độ chậm hoặc trung bình, đòi hỏi vận hành êm, yêu cầu an toàn cao và có tính mỹ thuật

- Thang máy dùng trong các bệnh viện: Đảm bảo tuyệt đối an toàn, tối

ưu về tốc độ di chuyển và có tính ưu tiên đáp ứng đúng các yêu cầu của bệnh viện

- Thang máy dùng trong các hầm mỏ, xí nghiệp: Đáp ứng được các điều kiện làm việc nặng nề trong công nghiệp như tác động môi trường về độ

ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc, ăn mòn

• Thang máy chở hàng:

- Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, ngoài ra nó còn được dùng trong nhà ăn, thư viện Loại này có đòi hỏi cao về việc dừng chính xác cabin

để đảm bảo hàng hoá lên xuống dễ dàng, tăng năng suất lao động

1.1.2.2 Phân loại theo tốc độ di chuyển

• Thang máy tốc độ thấp v = 0,5 m/s:

- Hệ truyền động cabin thường sử dụng động cơ không đồng bộ roto lồng sóc hoặc dây quấn, yêu cầu về dừng chính xác không cao

• Thang máy tốc độ trung bình v = (0,75  1,5) m/s:

- Thường sử dụng trong các nhà cao tầng, hệ truyền động cabin là truyền động một chiều

• Thang máy tốc độ cao v = (2,5 5) m/s:

- Sử dụng hệ truyền động một chiều hoặc truyền động bộ biến tần - động cơ xoay chiều ba pha, hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử cảm biến phi tiếp điểm, các phần tử điều khiển lôgic, các vi mạch loại lớn lập trình

được hoặc các bộ vi xử lý

1.1.2.3 Phân loại theo trọng tải

• Thang máy loại nhỏ Q < 500kG

• Thang máy trung bình Q = 500  2000kG

• Thang máy loại lớn Q > 2000 kG

1.1.2.4 Phân loại theo vị trí đặt bộ kéo tời

• Thang máy có bộ kéo tời đặt ở trên giếng thang

• Thang máy có bộ kéo tời đặt ở dưới giếng thang

1.2 Cấu trúc hệ thống thang máy

Thang máy có nhiều kiểu,nhiều dạng nhưng nhìn chung chúng đều có các bộ phận sau:

- Cabin: là thiết bị đê vận chuyển người hay hàng hóa

- Đối trọng: Là bộ phận giữ vai trò thăng bằng với cabin, di chuyển

truyền lực để cabin và đối trọng hoạt động

- Cáp nâng: Là hệ thống truyền lực từ cabin và đối trọng

- Mạch động lực, mạch điều khiển: Có vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển thang máy Chúng là trung tâm cảu hệ thống

1.2.2.1 Các tín hiệu hiển thị

Dùng led 7 đoạn hiển thị vị trí của cabin, Khi cabin ở tầng nào thì led 7 đoạn sẽ hiển thị vị trí tương ứng

1.2.2.2 Các tín hiệu điều khiển

Thang máy được điều khiển ở 2 cấp độ tự động và bằng tay

- Ở chế độ tự động:

+ Ở mỗi tầng có một nút nhấn: Yêu cầu gọi tầng

+ Ở bảng điều khiển có nút nhấn RUN (nút nhấn cưỡng bức)

Biến tần điều chỉnh theo phương pháp U/f

Biến tần điều chỉnh từ thông (FCC - Flux Current Control)

Biến tần điều chỉnh từ thông (FCC - Flux Current Control) lại sử dụng nhiều phương pháp, trong đó phương pháp được coi là tiên tiến hiện nay là thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

1 Biến tần thực hiện điều chỉnh trực tiếp mômen

Hình 1.2 Biến tần

Nội dung phương pháp:

Điều chỉnh trực tiếp mômen động cơ không đồng bộ là phương pháp rất mới, trong đó việc phối hợp điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ

là rất chặt chẽ Lôgic chuyển mạch của biến tần dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần nghìn giây

Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên hình 1.14, gồm các khối như sau: bộ điều chỉnh có trễ với lôgic chuyển mạch tối ưu, mô hình động cơ cho phép tính toán nhanh và chính xác các giá trị thực của mômen, tốc độ quay của rotor và từ thông stator với tín hiệu vào là dòng điện các pha động

cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều Các giá trị thực này được so sánh với các giá trị đặt để tạo ra tác động điều khiển bởi các bộ điều chỉnh mômen và các mạch vòng bên ngoài

ưu

Mô hình động

cơ Tính các đại

Mđ

Bit đk

U lưới  công nghiệp

Logic chuyển mạch tối ưu cho nghịch lưu sẽ được xác định trong từng chu kỳ điều khiển (25s) và được thực hiện bởi các mạch điện tử chuyên dụng (ASIC) Thông tin về trạng thái của các khoá bán dẫn lực (S1, S2, S3) được dùng để tính vector điện áp stator

Điều khiển trực tiếp mômen dựa trên lý thuyết điều khiển trường định hướng máy điện không đồng bộ, trong đó các đại lượng điện từ được mô tả bởi các vector từ thông, vector dòng điện và vector điện áp được biểu diễn trong hệ toạ độ stator

Mômen điện từ là tích vector từ thông stator và vector từ thông rôtor hoặc giữa vector dòng điện stator và vector từ thông:

M p

L m r r

= −

⎯ → ⎯ ⎯ → ⎯ ,

Kỹ thuật điều khiển trực tiếp mômen như sau:

Logic chuyển mạch của các khoá bán dẫn lực thực hiện việc tăng hay giảm mômen còn giá trị tức thời của từ thông stator được điều chỉnh sao cho mômen động cơ đạt được giá trị mong muốn Vector từ thông stator này lại được điều chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu xác định cho ta vector điện áp tối ưu tuỳ thuộc vào sai lệch mômen Biên độ của vector từ thông stator cũng được tính đến khi chọn logic chuyển mạch

2 Mô hình động cơ

Hình 1.4 Động cơ

Mô hình động cơ thành lập theo các mô hình cơ bản mô tả toán học động cơ không đồng bộ và sử dụng các phần tử tính toán có tốc độ cao Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của mômen và từ thông dùng cho việc điều chế, nó cũng tính ra được tốc độ quay của rôtor và tần số dòng stator

để dùng cho các mạch vòng điều chỉnh bên ngoài Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông số của động cơ dùng cho việc tính toán, hiệu chỉnh Độ chính xác của mô hình là rất quan trọng, bởi vì trong hệ thống không dùng thiết bị đo tốc độ trục động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện 2 pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp mạch một chiều

1.3 Yêu cầu truyền động của hệ thống thang máy

Qua các phân tích ở trên và dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra, đồng thời căn cứ vào số tầng phục vụ mà lựa chọn hệ thống truyền động tối ưu sao cho thoả mãn được một cách hài hoà nhất giữa các chỉ tiêu về kinh tế

và kỹ thuật

Do tính chất của phụ tải trong truyền động thang máy yêu cầu có khả năng đảo chiều với tải thế năng Hơn nữa đối với toà nhà cao 4 tầng thì không yêu cầu thang máy phải có tốc độ cao lắm Vì vậy trong bản đồ án này ta sử dụng hệ thống Bộ biến tần - Động cơ không đồng bộ rôtor lồng sóc, làm phương án truyền động cho thang máy

1.3.1 Tín hiệu hoá cho hệ thống điều khiển thang máy

Để việc điều khiển vận hành thang máy diễn ra chính xác thì các tín hiệu đưa về phải đảm bảo phản ánh được chính xác tình trạng hệ thống Căn

cứ vào các tín hiệu này, hệ điều khiển sẽ xử lý và đưa ra các tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành trong hệ thống Các tín hiệu này được mô tả như sau:

- Để ghi nhận mọi tín hiệu gọi thang cũng như các tín hiệu yêu cầu đến tầng, người ta bố trí các các nút ấn gọi thang ở các tầng và các nút ấn đến tầng được bố trí trong Cabin Trừ tầng thượng chỉ có nút gọi xuống và tầng 1 chỉ

có nút gọi lên Trong Cabin nút ấn đến tầng, đóng mở cửa nhanh, báo động được bố trí vào một bảng điều khiển Tuỳ theo hệ điều khiển, các công tắc này có thể là thường đóng hoặc thường mở Khi bị tác động chúng sẽ đóng cắt mạch điện, từ đó tác động về hệ điều khiển

- Để thông tin cho người sử dụng biết trạng thái hoạt động của thang người ta sử dụng các mạch hiển thị Đó có thể đơn giản là các đèn LED hay các mạch hiển thị được bố trí ở các tầng cũng như trong Cabin nhằm hiển thị vị trí hiện tại của thang, chiều chuyển động lên hay xuống, trạng thái của các nút ấn, thứ tự ưu tiên

- Để xác định vị trí hiện tại của thang, chúng em sử dụng các CTHT báo vị trí tiếp điểm CTHT được gắn dọc theo chiều chuyển động của thang,

và được gắn với cabin đóng cửa

1.3.2 Chọn phương án truyền động cho thang máy

Dựa vào yêu cầu công nghệ đặt ra và căn cứ vào những phân tích các phương án ở trên ta chọn phương án truyền động cho thang máy trong đồ án này là: Sử dụng động cơ điện xoay chiều 3 pha điều khiển bằng PLC ghép nối qua biến tần Vì hệ thống này có nhiều ưu điểm, đáp ứng các yêu cầu về vận tốc, gia tốc, độ giật, hãm dừng chính xác

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300

2.1 Lịch sử phát triển PLC

- Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo ra từ ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968 nhằm thay thế những mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều khiển rời rạc cồng kềnh

- Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC nổi bật nhất là điều khiển tuần

tự theo chu kỳ và theo bít trên nền tảng của CPU Thiết bị AMD 2901 và AMD 2903 trở nên ngày càng phổ biến Lúc này phần cứng cũng phát triển:

bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng hơn Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông, khoảng 200 mét

- Đến thập niên 80, bằng sự nỗ lực chuẩn hoá hệ giao tiếp với giao diện

tự động hoá, hãng General Motors cho ra đời loại PLC có kích thước giảm, có thể lập trình bằng biểu tượng trên máy tính cá nhân thay vì thiết bị lập trình đầu cuối chuyên dụng hay lập trình bằng tay

- Đến thập niên 90, những giao diện phần mềm mới có cấu trúc lệnh giảm và cấu trúc của những giao diện được cung cấp từ thập niên 80 đã được đổi mới

- Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh (STL), sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD)

- Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Bradley, General Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon…

Allen PLC của Siemens gồm có các họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic S500/505 Mỗi họ PLC có nhiều phiên bản khác nhau, chẳng hạn như: Simatic S7 có S7-200, S7-300, S7-400… Trong đó mỗi loại S7 có nhiều loại

CPU khác nhau như S7-300 có CPU 312, CPU 314, CPU 316, CPU 315-2DP, CPU 614…

2.2 Vai trò của PLC

Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC được xem như một trái tim, với chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC Nó điều khiển trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các thiết bị đầu ra

PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính chủ thông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp

2.3 Ưu thế của việc dùng PLC trong tự động hoá

Thời gian lắp đặt ngắn

Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không gây tổn thất

Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng

Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển Thích ứng trong các môi trường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện áp thay đổi,…

2.4 Phần cứng của PLC S7-300

- PLC S7-300 được thiết kế theo kiểu module Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng

hệ thống Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng, song tối thiểu bao giờ cũng có một module chính là module CPU Các module còn lại là những module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài, các module chức năng chuyên dụng… Chúng được gọi chung là các module mở rộng

Các module mở rộng gồm có:

Module nguồn (PS)

Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO,

AI, AO, AI/AO

Module ghép nối (IM)

Module chức năng điều khiển riêng (FM)

Module phục vụ truyền thông (CP)

- Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle thì hệ thống điều khiển dùng PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo, và hiệu quả giải quyết bài toán cao

PLC, viết tắt của Programmaable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình

S7-300 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng siemens có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau

Bộ đệm vào/ ra

- Bộ vào và ra (Input Area và Output Area)

Hi ̀nh 2.2 Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC

❖ Bộ xử lý trung tâm (CPU)

Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214 v.v

• CPU 224

CPU 224 bao gồm:

- 4096 từ đơn thuộc vùng nhớ chương trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM) và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM, 2560 từ đơn thuộc vùng nhớ dữ liệu (vùng nhớ có giao diện với EEPROM)

Nguồn pin

CPU

Bộ vi

xử lý Clock

Bộ nhớ hệ thống ROM

Bộ nhớ

dữ liệu RAM

Hình 2.3 CPU 224 họ S7-300 của SIEMENS

- 14 cổng vào (I0.0 đến I0.7 và I1.0 đến I1.5) và 10 cổng ra (Q0.0 đến Q0.7 và Q1.0 đến Q1.1) số

- 32 cổng vào và 32 cổng ra tương tự

- Cho phép mở rộng 7 modul

- 6 bộ đếm tốc độ cao: 6 đối với 30kHZ, 4 đối với 20kHZ

- Ngõ ra xung: 2 tại 20kHZ (chỉ ngõ ra một chiều)

- 256 bộ timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: T0 đến

255, trong đó có: 2 timer có độ phân giải 1mms, 8 timer có độ phân giải 10mms, 53 timer có độ phân giải 10mms, 180 timer có độ phân giải 100mms loại TON/TOF

- 256 bộ counter

- Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi

- Cổng truyền thông nối tiếp RS-485

Hệ thống các đèn báo trên CPU 224:

- I/O LED: đèn ở cổng/vào ra chỉ trạng thái tức thời của cổng I/O Đèn

này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

- Đèn RUN: đèn RUN sáng chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc

và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy

- Đèn STOP: đèn STOP sáng chỉ định PLC đang ở chế độ dừng Dừng

chương trình đang thực hiện lại

- RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC

S7-300 sẽ rời khỏi chế độ Run và chuyển sang chế độ Stop nếu trong máy có sự

cố hoặc trong chương trình có lệnh Stop, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế

độ Run

- TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm

việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP

- STEP 7 - Micro/Win cho phép ta thay đổi nóng chế độ hoạt động của

S7-300 Thay đổi bằng phần mềm cũng có thể thay đổi chế độ hoạt động của S7-300, ta phải điều chỉnh bằng tay công tắc trên S7-300 hoặc ở chế độ TERM hoặc RUN Vào menu PLC > STOP hoặc PCL > RUN hoặc kết hợp những nút trên thanh công cụ để thay đổi chế độ hoạt động

Sơ đồ giao mạch giao tiếp giữa CPU 224 AC/DC/RLY (CPU 224 DC/DC/DC) với sensor và cơ cấu chấp hành:

Hình 2.4 Sơ đồ các mạch giao tiếp giữa CPU 224 AC/DC/RLY

với sensor và cơ cấu chấp hành

Hình 2.5 Sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU 224/DC/DC/DC

với CTHT và cơ cấu chấp hành

Cổng truyền thông nối tiếp RS-485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc 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 đến 38400

CPU 224 DC/DC/Relay (6ES7 214-1AD23-0XB0

24 VDC Power

24 VDC Sensor Power output

Hình 2.6 Kết nối giữa PC với S7-300 bằng cáp PC/PPI

Pin và các nguồn nuôi:

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

- Nguồn pin có thể được 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 nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đo để

dữ liệu cho bộ nhớ không bị mất đi

❖ Bộ nhớ

Bộ nhớ của S7-300 được chia làm 4 vùng có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn nuôi Bộ nhớ S7-300 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng loại trừ phần bit nhớ đặc biệt ký hiệu bởi SM (Specical memory) có thể truy nhập để đọc

- Vùng dữ liệu được chia làm nhiều vùng nhỏ:

➢ Vùng nhớ biến (variable memory): V

Programming Device

PC/PPI cable

S7-200

➢ Vùng nhớ đầu vào (input image register): I

➢ Vùng nhớ đầu ra (input image register): Q

➢ Vùng nhớ lưu giữ (Intermal memory bits): M

➢ Vùng nhớ đặc biệt (Spencia memory): SM

Để truy cập vùng nhớ ta phải tuân thủ theo đúng quy ước:

- Dữ liệu kiểu bit quy ước như sau:

➢ Kí hiệu vùng nhớ + chỉ số byte + (.) + chỉ số bit

Ví dụ: V150.4: Chỉ bits 4của byte 150 thuộc miền V

- Dữ liệu kiểu byte quy ước như sau:

➢ Tên miền + B +địa chỉ byte trong miền

Ví dụ: QB6, MB14

- Dữ liệu kiểu Word quy ước như sau:

➢ Tên miền + W + địa chỉ byte cao của từ trong miền

Ví dụ: VW12 (lấy địa chỉ ở byte 12, 13)

- Muốn truy nhập 32 bit ta kí hiệu như sau:

➢ Tên miền + D + chỉ số byte cao

Ví dụ: MD1 (lấy địa chỉ ở byte 1, 2, 3, 4)

- Vùng tham số có tác dụng chứa các kí hiệu của câu lệnh các kí hiệu địa chỉ và các từ khoá

- Vùng đối tượng có tác dụng tạo ra các rơle thời gian, các bộ đếm, mỗi rơle thời gian và bộ đếm có một vùng nhớ 16 bit để ghi số đếm thời gian, và 1 bit để ghi giá trị logic vì vậy số đếm trong thanh ghi tối đa là 32767

- Ngoài ra vùng này còn chứa vùng nhớ đệm cửa vào ra tương tự, và các thanh ghi cũng như các bộ đếm tốc độ cao và được kí hiệu các vùng theo các chữ:

➢ Rơle thời gian: T

➢ Đệm cửa vào tương tự: AIW

➢ Vùng đệm cửa ra tương tự: AQW