Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông tại ngã tư dùng plc s7 300 mô phỏng và điều khiển qua wincc

Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, vi xử lý, điện khí nén, điện tử…đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các dây chuyền sản xuất nước ngọ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

KHIỂN QUA WINCC

Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Hoàng Nam Cán bộ phản biện : ThS Phạm Mạnh Toàn Sinh viên thực hiện : Nguyễn Khắc Tiệp

MSSV : 135D5103010063

Lớp : 54K1 - CNKT Điện, Điện tử

Vinh, tháng 05 năm 2018

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Vinh, ngày … tháng năm 2018

Giảng viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Vinh, ngày… tháng …, năm 2018

Giảng viên phản biện

MỤC LỤC MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Giới thiệu về đèn giao thông 2

1.2.1 Các loại đèn giao thông và ý nghĩa 2

1.2.2 Quy định điều khiển đèn tín hiệu 3

1.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông 4

1.3.1 Cấu tạo 4

1.3.2.Nguyên tắc hoạt động 4

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300 5

2.1 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Controller) 5

2.1.1 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 6

2.1.2 Đánh giá ưu nhược điểm của PLC 7

2.1.3 Ứng dụng của hệ thống sử dụng PLC 8

2.2 Giới thiệu bộ điều khiển lập trình loại Simatic S7-300 9

2.2.1 Cấu trúc phần cứng 9

2.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ 11

2.3.1 Kiểu dữ liệu 11

2.3.2 Phân chia bộ nhớ 12

2.4 Vòng quét chương trình PLC S7-300 13

2.5 Cấu trúc chương trình của PLC S7- 300 13

2.5.1 Lập trình tuyến tính 13

2.5.2 Lập trình có cấu trúc 13

2.6 Các khối OB đặc biệt 15

2.7 Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-300 16

2.7.1 Phương pháp lập trình LAD 17

2.7.2 Các lệnh cơ bản dạng LAD của PLC S7-300 17

CHƯƠNG III: TÌM HIỂU VỀ PHẦN MỀM WINCC 23

3.1 Tổng quan về phần mềm WinCC Explorer 23

3.2 Các khái niệm thường dùng trong WinCC Explorer 24

3.3 Hàm trong WinCC Explorer 27

3.4 Truyền thông trong WinCC Explorer 29

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG 34

4.1 Yêu cầu 34

4.2 Chương trình cho S7-300 34

4.3 Mô phỏng bằng phần mềm WINCC 41

KẾT LUẬN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay sự tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với sự ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước phát triển Đặc biệt, trong những năm gần đây kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiều công nghệ điều khiển mới ra đời để thay thế cho những công nghệ lỗi thời

Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kỹ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng yêu cầu CNH- HĐH đất nước thì ngành công nghiệp Việt Nam đang thay đổi nhanh chóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần được thay thế các công nghệ lạc hậu và thiết bị

cũ Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, vi xử lý, điện khí nén, điện tử…đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các dây chuyền sản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia súc, các hệ thống đèn giao thông, các hệ thống báo động Trong các trường đại học, cao đẳng và các trường trung học đã và đang đưa các thiết bị hiện đại có khả năng lập trình được vào giảng dạy Một trong những loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao là hệ thống điều khiển tự

động PLC Với đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông tại ngã tư dùng PLC S7-300 mô phỏng và điều khiển qua Wincc ” Em đã vận dụng được những ưu

điểm của hệ thống điều khiển này có hiệu quả Điều đặc biệt là ý tưởng này được ứng dụng trong thực tế rất nhiều Bởi vì hiện trạng giao thông Việt Nam còn rất thô sơ, lạc hậu, người tham gia giao thông không đi đúng nguyên tắc nào mới dẫn đến tắc đường, tai nạn

Sau quá trình học tập rèn luyện và nghiên cứu tại nhà trường em đã tích lũy được vốn kiến thức để thực hiện đề tài của mình Cùng sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, cũng như các thầy cô giáo trong viện và các bạn sinh viên cùng khóa đến nay em đã hoàn thành đề tài này

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn thêm của thầy cô cũng như ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của em hoàn thiện hơn, đáp ứng đầy đủ những mục tiêu đã đặt

ra

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của kinh tế thì việc đô thị hóa diễn ra ngày càng nhanh làm cho lượng phương tiện lưu thông đặc biệt là trên đường phố cũng tăng theo

Do đó, vấn đề đảm bảo giao thông trong các đô thị đặc biệt là các ngã tư, ngã năm…diễn

ra thông suốt là rất quan trọng

Để việc lưu thông được thuận lợi thì chúng ta có thể nhờ đến sự giúp đỡ của lực lượng cảnh sát giao thông và các lực lượng khác Tuy vậy, với số lượng ngày càng tăng của các phương tiện tham gia giao thông thì kéo theo số lượng cảnh sát giao thông cũng tăng theo, điều này sẽ gây khó khăn và tốn kém

Tuy nhiên, với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các thành tựu trong nền khoa học kỹ thuật đã từng bước ứng dụng vào các lĩnh vực trong đời sống xã hội không những góp phần giảm nhẹ sức lao động của con người mà còn giảm cả chi phí đầu tư, một trong những ứng dụng đó là hệ thống điều khiển đèn giao thông tại các nút lưu thông trên đường phố

Hệ thống điều khiển đèn giao thông là hệ thống tín hiệu hướng dẫn các phương tiện và con người tham gia giao thông trên đường Việc điều khiển sự hoạt động của đèn giao thông cũng đã có rất nhiều cách thức như: dùng các tiếp điểm và rơ le thời gian, dùng các mạch vi điều khiển, dùng bộ PLC (Programmable Logic Controller)… Trong

đó, sử dụng bộ PLC trong việc điều khiển có nhiều ưu điểm:

- Làm việc chắc chắn, liên tục và có tuổi thọ cao

- Có thể làm việc trong những môi trường công nghiệp mà vẫn đảm bảo độ ổn

định

- Thao tác vận hành thiết bị rất đơn giản

1.2 Giới thiệu về đèn giao thông

Đèn giao thông (còn được gọi tên khác là đèn tín hiệu giao thông, đèn điều khiển giao thông, hay đèn xanh đèn đỏ) là một thiết bị được dùng để điều khiển giao thông ở những giao lộ có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư đông xe cộ qua lại) Đay là một thiết bị quan trọng không những an toàn cho các phương tiện mà còn giúp giảm ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm Nó được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè

1.2.1 Các loại đèn giao thông và ý nghĩa

Loại 3 màu (dành cho xe cộ)

- Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất cả các phương tiện đang lưu thông phải dừng lại ở phía

trước vạch dừng (trừ trường hợp những xe rẽ phải và những xe được quyền ưu tiên đi làm nhiệm vụ)

- Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất cả các phương tiện được phép đi

- Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu từ xanh sang đỏ

- Khi đèn vàng bật sau đèn xanh nghĩa là chuẩn bị dừng, khi đó các phương tiện phải dừng lại trước vạch sơn dừng vì tiếp đó đèn đỏ sẽ sáng, trường hợp đã vượt quá vạch dừng thì phải nhanh chóng cho xe rời khỏi giao lộ

- Nếu đèn vàng bật sau đèn đỏ có nghĩa là chuẩn bị đi, người lái xe có thể đi trước hoặc chuẩn bị để đi vì tiếp đó đèn xanh sẽ sáng

- Khi đèn vàng nhấp nháy ở tất cả các hướng nghĩa là được đi nhưng người lái xe vẫn phải chú ý

Loại 2 màu (dành cho người đi bộ)

Loại 2 màu có hai màu xanh, đỏ Tác dụng như sau:

- Đỏ: Đèn đỏ có nghĩa là "không được sang đường" Nó có hình ảnh người màu đỏ

đang đứng yên hoặc chữ "dừng lại" Khi gặp đèn đỏ, người đi bộ phải đứng yên trên vỉa

hè

- Xanh: Đèn xanh có nghĩa là "được phép sang đường" Nó có hình ảnh người màu

xanh đang bước đi hoặc chữ "sang đường" Khi gặp đèn xanh, người đi bộ được phép sang đường Khi đèn xanh nhấp nháy, người đi bộ phải khẩn trương sang nốt quãng đường còn lại

Đèn đếm lùi

Đèn đếm lùi là loại đèn lắp đặt bổ sung bên cạnh đèn tín hiệu chính Đèn đếm lùi được hiển thị bằng một con số đếm ngược với những màu sắc khác nhau Khi đèn đếm đến "0" là lập tức chuyển màu đèn chính Đèn đếm lùi có thể có số 0 ở hàng chục hoặc không có

Đèn dành cho người đi xe đạp (đèn phụ bổ sung)

Đèn giao thông cho người đi xe đạp là loại đèn dành cho xe đạp dắt ngang qua đường Loại đèn này có biểu tượng hình chiếc xe đạp, được gắn ở phía bên trái hoặc bên phải cột đèn để báo hiệu cho người đi xe đạp biết Loại đèn này thường chỉ lắp đặt ở đường dành cho xe đạp, cũng có 3 màu xanh, đỏ, vàng và ý nghĩa như trên Đôi khi, có loại chỉ có 2 màu xanh, đỏ mà không có màu vàng (những đoạn đường vắng xe cộ) hoặc chỉ có màu vàng độc lập để cảnh báo người đi xe đạp Loại này được lắp đặt ở

1.2.2 Quy định điều khiển đèn tín hiệu

Đèn tín hiệu phải bật từng màu riêng biệt, đèn này tắt mới được bật đèn kia lên, không được bật nhiều màu cùng một lúc Giữa 2 chiều đường, khi chiều A bật đèn đỏ thì lập tức chiều B phải bật ngay đèn xanh và ngược lại Khi chuyển từ xanh-đỏ và đỏ-xanh bắt buộc phải bật qua màu vàng, vì màu vàng đệm giữa 2 màu xanh đỏ Khi bật

Hình 1-1: Hệ thống đèn giao thông ở ngã tư

1.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông

1.3.1 Cấu tạo

Hệ thống đèn giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn chính được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư Mỗi một cột đèn gồm 6 đèn đó là 3 đèn chính gồm: đèn xanh, đèn đỏ, đèn vàng

Ngoài ra, mỗi một hệ thống đèn có một hộp điều khiển từ đó sẽ phát ra tín hiệu điều khiển đèn Tín hiệu điều khiển của đèn từ CPU thông qua các cổng ra rồi đến các rơle, rồi qua hệ thống dây nối đến các đèn

1.3.2 Nguyên tắc hoạt động

Cơ chế hoạt động của đèn giao thông thật ra rất đơn giản: Khi đèn xanh của làn đường 1(đx1) được bật sáng thì cùng lúc đó đèn đỏ của làn đường 2 (đđ2) cũng được bật sáng Sau một khoảng thời gian nhất định đx1 tắt, đèn vàng 1(đv1) được bật lên

Khi đv1 tắt thì đđ2 mới tắt cùng lúc đó đèn xanh 2(đx2), đèn đỏ 1(đđ1),được bật sáng

Sau 1 khoảng thời gian đèn xanh 2(đx2) tắt cũng là lúc đv2 sáng, đv2 tắt thì đèn đỏ 1 tắt và đèn vàng 2 sáng và chu kỳ lặp lại như trên

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ PLC S7-300

2.1 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Controller)

PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình Sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà

cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính

Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmabble Logic Control) được phát triển từ những năm 1968 - 1970 Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao Ngày nay các thiết bị PLC

đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiến số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện mạch toán đó trên mạch số Như vậy với chương trình điều khiển, PLC trở thành

bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hay với máy tính)

Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như một máy tính Nghĩa là phải có một bộ vi xử lí trung tâm (CPU), một hệ điều hành, một bộ nhớ chương trình để lưu chương trình cũng như dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng vào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC phải có các khối hàm chức năng như Timer, Counter, và các hàm chức năng đặc biệt khác

Các PLC tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các nhiệm vụ tính toán và hiển thị còn PLC được chuyên biệt cho các nhiệm vụ điều khiển và môi trường công nghiệp Vì vậy các PLC được thiết kế:

- Để chịu được các rung động, nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn và tiếng ồn

- Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra

- Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch

Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của

bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở rơle công tắc tơ hay trên cơ sở các khối điện tử đó là :

- Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến

- Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ

- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp

2.1.1 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC

Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: Bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình

Bộ xử lý

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) là linh kiện chứa bộ vi xử lý Bộ xử

lý nhận các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra

dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng

có thể cắm thêm

Giao diện vào/ra

Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt

độ, các tế bào quang điện Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, các động cơ nhỏ Tín hiệu vào/ra có thể là các tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic

Các kênh vào ra đã có chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác

Tín hiệu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V, 220V Các PLC cỡ nhỏ chỉ nhập tín hiệu 24V

Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, tín hiệu ra cũng được cách ly kiểu rơle hay cách ly kiểu quang như hình Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24V, 100mA; 110V,1A một chiều; thậm chí 240V, 1A xoay chiều tuỳ loại PLC Tuy nhiên, với PLC

cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đổi bằng cách lựu chọn các module ra thích hợp

2.1.2 Đánh giá ưu nhược điểm của PLC

Trước đây, Bộ PLC thường rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập trình phức tạp Vì những lý do đó mà PLC chỉ được dùng trong những nhà máy và các thiết bị đặc biệt Ngày nay, do giá thành hạ kèm theo tăng khả năng của PLC dẫn đến là PLC ngày càng được áp dụng rộng cho các thiết bị máy móc Các bộ PLC đơn khối với

24 kênh đầu vào và 16 kênh đầu ra thích hợp với các máy tiêu chuẩn đơn, các trang thiết

bị liên hợp Còn các bộ PLC với nhiều khả năng ứng dụng và lựu chọn được dùng cho những nhiệm vụ phức tạp hơn Có thể kể ra các ưu điểm của PLC như sau:

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

- Độ tin cậy cao: Các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ - điện Độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không cần thiết còn với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết

- Dễ dàng thay đổi chương trình: Việc thay đổi chương trình được tiến hành đơn giản Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang được sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như không cần mắc nối lại dây Nhờ đó

hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả

- Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và đầu ra thì có thể đánh giá được kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chương trình Do đó có thể dễ dàng và

- Khả năng tái tạo: Nếu dùng PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle Đó là do giảm phần lớn lao động lắp ráp

- Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển rơle tương đương

- Có tính chất nhiều chức năng: PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển Người ta thường dùng PLC cho các quá trình tự động linh hoạt vì dễ dàng thuận tiện trong tính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay đổi thông số

- Về giá trị kinh tế: khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập đến số lượng đầu vào và đầu ra

Có thể so sánh hệ điều khiển rơle và hệ điều khiển PLC như sau:

Hệ rơle:

- Nhiều bộ phận đã được chuẩn hoá

- Ít nhạy cảm với nhiễu

- Kinh tế với các hệ thống nhỏ

- Thời gian lắp đặt lâu

- Thay đổi khó khăn

- Kích thước lớn

- Cần bảo quản thường xuyên

- Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp

- Hệ thống nâng vận chuyển

- Dây chuyền đóng gói

- Các ROBOT lắp ráp sản phẩm

- Điều khiển bơm

- Dây chuyền xử lý hoá học

- Công nghệ sản xuất giấy

- Quản lý tự động bãi đỗ xe

- Hệ thống may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

2.2 Giới thiệu bộ điều khiển lập trình loại Simatic S7-300

Hình 2-1 : cách ghép nối các modul trên 1 rack

Hình 2-2: Địa chỉ mặc định của các modul trong hệ PLC S7-300

b) Các module của PLC S7-300

Modul CPU:

Có nhiều loại CPU khác nhau, đặt tên theo bộ vi xử lý: CPU 312, 313, 314, 315,

316, 317, 318, 319 CPU có thêm các hàm chức năng được gọi tên IFM (Integrated Funtion Module) CPU có thêm cổng để nối mạng trong hệ điều khiển gọi là DP, CPU,

có thêm chữ C hì tích hợp thêm các chức năng đặc biệt (thuật toán PID, điều chế độ rộng xung, đọc xung tốc độ cao từ Encoder…)

Module nguồn nuôi PS (Power Supply):

Cấp nguồn 24VDC cho CPU và các modul mở rộng Có loại 2A (PS 307 2A) hoặc loại 5A (PS 307 5A) hoặc 10A (PS 307 10A) Module nguồn nuôi có 3 loại với các thông số đó là 2A, 5A,10A

Module mở rộng:

Các module mở rộng này được chia thành 4 loại chính bao gồm:

bao gồm:

- DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số

- DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số

- AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự

- AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự

* Module ghép nối IM (Interface Module): Với những bài toán nhiều đầu vào/ra,

CPU cần mở rộng từ 2 rack trở lên (quá 8 modul tín hiệu) thì cần phải sử dụng modul ghép nối IM: IM360, IM361, IM365 Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU Các module mở rộng được gá trên một thanh rack Trên mỗi rack có thể gá được tối đa 8 module mở rộng (Không kể module CPU và module nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 racks và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM Các module này ở các rack mở rộng

có thể cần được cung cấp nguồn cho hệ thống rack đó ngoài ra tùy thuộc vào từ loại module IM mà có thể cho phép được mở rộng tối đa đến 4 rack ví dụ IM 360 chỉ cho

mở rộng tối đa là với 1 module

* Module chức năng FM (Function Module): Bao gồm các modul với khả năng

xử lý đặc biệt: FM355C (điều khiển PID), FM355-2C( điều khiển nhiệt độ), FM350(

đọc xung tốc độ cao), FM351( điều khiển vị trí)…

* Module truyền thông CP (Communication Module): Khi cần nối mạng PLC để

tạo thành một hệ thống mạng PLC, ta cần sử dụng thêm modul truyền thông: CP341 (giao thức Internet); CP342 (giao thức Profibus) Module truyền thông CP phục vụ

truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

2.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ

2.3.1 Kiểu dữ liệu

Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:

- BOOL: Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1

- BYTE: Gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255

- WORD: Gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535

- INT: Có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767

- DINT: Gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến 2147483647

- REAL: Gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động

- S5T: Khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/miligiây

- TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây

- DATE : Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày

- CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)

2.3.2 Phân chia bộ nhớ

Bộ nhớ trong PLC S7-300 có 3 vùng nhớ cơ bản sau:

a) Vùng chứa chương trình ứng dụng

OB (Organisation Block): Miền chứa chương trình tổ chức

FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó

FB (Function Block): 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 được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (DB - Data Block)

b) Vùng chứa tham số của hệ điều hành và các chương trình ứng dụng

Được chia thành 7 miền khác nhau bao gồm:

I (Process Input Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số

Q (Process Output Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số

M: Miền các biến cờ.Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu trữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB),từ (MW), từ kép (MD)

T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ định thời bao gồm việc lưu trữ các giá trị thời gian đặt trước (PV-PresetValue), giá trị đếm thời gian tức thời (CV-Current Value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian

C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và giá trị logic của bộ đếm

(PV-PI (I/O External Input): Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự

PQ (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự

c) Vùng chứa các khối dữ liệu

Được chia làm hai loại:

DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD)

L (Local Data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB,

FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biện pháp 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 này

sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB

Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện theo một khoảng thời gian như nhau Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó

2.5 Cấu trúc chương trình của PLC S7- 300

Các chương trình điều khiển PLC S7-300 được viết theo một trong hai dạng sau: chương trình tuyến tính và chương trình có cấu trúc

2.5.1 Lập trình tuyến tính

Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà CPU luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại từ lệnh đầu tiên

Hình 2-3: Miêu tả cách thức lập trình tuyến tính

2.5.2 Lập trình có cấu trúc

Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực thi những nhiệm

vụ chuyên biệt, từng phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau

Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối và chuyển khối

- Khối tổ chức OB (Oganization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển

- Khối hàm FC (Function): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm

- Khối hàm chức năng FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi dữ liệu với các khối chương trình khác Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block (DB)

- Khối dữ liệu DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình, các tham số khối do ta tự đặt Khối dữ liệu dùng để chứa các dữ liệu của chương trình Có hai loại DB: Shared DB (thang ghi DB) và instance DB (thanh ghi DI) + Khối Shared DB (DB): Là khối dữ liệu có thể được truy cập bởi tất cả các khối trong chương trình đó

+ Khối Instance DB (DI): Là khối dữ liệu được gán cho một khối hàm duy nhất, dùng để chứa dữ liệu của khối hàm này

- Khối SFC (System function): Là các hàm được tích hợp trong hệ điều hành của CPU, các hàm này có thể được gọi bởi chương trình khi cần Người lập trình không thể tạo ra các SFC Hàm được lập trình trước và tích hợp sẵn trong CPU S7 Ta có thể gọi SFC từ chương trình, vì những SFC là một phần của hệ điều hành, ta không cần phải nạp chúng vào như một phần của chương trình

- Khối SFB (System function block): Chức năng tương tư như SFC nhưng SFB cần DB tình huống như FB vậy Ta phải tải DB này xuống CPU như một phần của chương trình

- Khối SDB (System data block): Vùng nhớ của chương trình được tạo bởi các ứng dụng STEP7 khác nhau để chứa dữ liệu cần để điều hành PLC Thí dụ: ứng dụng

“S7 Configuration” cất dữ liệu cấu hình và các tham số làm việc khác trong các SDB,

và ứng dụng “Communication Configuration” tạo các SDB mà cất dữ liệu thông tin toàn cục được chia sẻ giữa các CPU khác nhau

Chương trình trong trong lập trình có cấu trúc là các khối được liên kết lại với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối Xem như những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con

Trong S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là chương trình con này gọi từ một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi đến chương trình con thứ 3 Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU khác nhau mà ta đang sử dụng Ví dụ như đối với module CPU 314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8 Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyển sang chế độ Stop và đặt cờ báo lỗi Số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất cho phép phụ thuộc vào từng loại CPU

Hình 2-4: Miêu tả cách thức lập trình có cấu trúc

2.6 Các khối OB đặc biệt

Trong khi khối OB1 được thực hiện đều đặn ở từng vòng quét thì các khối OB khác chỉ được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu ngắt tương ứng, nói cách khác chương trình viết trong các khối này là các chương trình xử lý ngắt Các khối này gồm có: OBIO (Time of Day Interrupt): Ngắt thời gian trong ngày, bắt đầu chạy ở thời điểm (được lập trình nhất định) đặc biệt

OB20 (Time Delay Interrupt): Ngắt trì hoãn, chương trình trong khối này được thực hiện sau một khoảng thời gian delay cố định

OB35 (Cyclic Interrupt): Ngắt tuần hoàn, lặp lại sau khoảng thời gian cách đều nhau được định trước (1ms đến 1 phút)

OB40 (Hardware Interrupt): Ngắt cứng, chạy khi phát hiện có lỗi trong module ngoại vi

OB8O (Cycle Time Fault): Lỗi thời gian chu trình, thực hiện khi thời gian vòng quét vượt quá thời gian cực đại đã định

OB81 (Power Supply Fault): Thực hiện khi CPU phát hiện thấy có lỗi nguồn nuôi OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối này được gọi khi CPU phát hiện có sự cố từ module I/O mở rộng

OB85 (Not Load Fault): Được gọi khi CPU thấy chương trình ứng dụng có sử dụng chế độ ngắt nhưng chương trình xử lý tín hiệu ngắt lại không có trong khối OB tương ứng

OB87 (Communication Fault): Thực hiện khi có lỗi truyền thông

OB100 (Start Up Information): Thực hiện một lần khi CPU chuyển trạng thái từ STOP sang RUN

OB101 (Cold Start Up Information_chỉ có ở CPU S7-400): Thực hiện một lần khi công tắc nguồn của CPU chuyển trạng thái từ OFF sang ON

OB121 (Synchronous Error): Được gọi khi có lỗi logic trong chương trình

OB122 (Synchronous Error): Được gọi khi có lỗi module trong chương trình

Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram): Ngôn ngữ “hình khối” là ngôn ngữ đồ hoạ cho những người quen thiết kế mạch điều khiển số

Ngôn ngữ LAD (Ladder diagram): Đây là ngôn ngữ lập trình “hình thang”, dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp cho nhữmg người quen thiết kế mạch điều khiển logic

- Tiếp điểm là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm kiểu role Các tiếp điểm

đó có thể là thường đóng hoặc thường mở

- Cuộn dây (Coil) là biểu tượng mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho role

- Hộp (Box) là biểu tượng mô tả 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, bộ đếm và các hàm toán học Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện

- Mạng LAD là đường nối các phần tử thành 1 mạch hoàn thiện đi từ đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về của nguồn cung cấp Dòng điện chạy từ trái qua phải các tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn

2.7.2 Các lệnh cơ bản dạng LAD của PLC S7-300

a) Nhóm lệnh logic

Lệnh gán: ( ) ;

Lệnh And : ; Lệnh And Not:

Lệnh Or : ; Lệnh Or Not:

Lệnh đảo giá trị RLO:

Q4.0 là 0 nếu 1 trong những điều kiện sau xảy ra: I0.0 = 1 hoặc I0.1 = 1 và I0.2 = 1

Lệnh gán 1 vào ô nhớ:

Q4.0 là 1 nếu 1 trong những điều kiện sau xảy ra I0.0 = 1 và I0.1 = 1 hoặc I0.2 = 0 Lệnh gán 0 vào ô nhớ :

b) Lệnh timer

Bộ thời gian timer là bộ tạo thời gian trễ T mong muốn giữa tín hiệu logic ngõ vào

và tín hiệu logic ngõ ra S7-300 CPU314 có 128 timer (từ T0-T127) bao gồm 5 loại timer khác nhau Tất cả 5 loại timer này đều bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm kích của tín hiệu đầu vào

* Timer đóng chậm SD ( S_ODT)

Tại thời điểm sườn lên của tín hiệu vào SET bộ thời gian được thiết lập và thời gian sẽ được tính Kết thúc thời gian đặt tín hiệu đầu ra sẽ có giá trị là 1 Khi S=0 thì

đầu ra cũng lập tức trở về 0, nghĩa là tín hiệu đầu ra sẽ không được duy trì Khi R=1 Timer được RESET

* Timer đóng chậm có nhớ SS (S_ODTS)

Tại thời điểm sườn lên của tín hiệu vào Set bộ thời gian được thiết lập và thời gian

sẽ được tính Kết thúc thời gian đặt tín hiệu đầu ra sẽ có giá trị là 1, giá trị này vẫn được duy trì ngay cả khi tín hiệu vào kích S từ 1 xuống 0 khi Timer đang chạy Khi có tín hiệu RESET thời gian lập tức trở về 0 đầu ra cũng bằng 0

* Timer giữ độ rộng xung: SE (S_PEXT)

Tại thời điểm sườn lên của tín hiệu vào SET cuối cùng bộ thời gian được thiết lập

và thời gian sẽ được tính đồng thời giá trị đầu ra là 1 Kết thúc thời gian đặt thì đầu ra

bằng 0 Khi S chuyển từ 1 xuống, timer vẫn chạy và đầu ra vẫn là 1 Timer sẽ tự khởi động lại khi tín hiệu vào S chuyển từ 0 lên 1 khi timer đang chạy khi có tín hiệu RESET (R) thời gian tính lập tức trở về 0 và tín hiệu đầu ra cũng có giá trị là 0

Cách khai báo thời gian:

Cách 1: S5T#aH_bM_cS_dMS; a giờ, b phút, c giây, d mili giây Và tối đa là

* Bộ đếm lên S_CU ( UP COUNTER)