Tài liệu CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7-200 docx

Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:  V: ariable Memory lưu các kết quả trung gian khi thực thi chương trình... - Các

CHƯƠNG 2

NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7-200 2.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC S7-200

2.1.1 Giới thiệu chung về PLC S7-200

S7-200 là thiết bị điều khiển loại nhỏ của hãng SIMENS (Đức) có cấu trúc theo kiểu modul và

có các modul mở rộng

S7-200 gồm nhiều loại : CPU 212, 214, 215, 216, 221, 222, 224, 224XP, 226 Có nhiều nhất 7 modul mở rộng khi co yêu cầu tăng ngõ vào/ra Digital, ngõ vào ra Analog

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ Sử dụng tụ vạn năng và Pin Khi naeng lượng của tụ bị cạn kiệt,PLC sẽ

tự động chuyển sang dùng năng lượng từ Pin

Đặc điểm và các thông số của cac loai PLC S7-200 khác nhau được giới thiệu trong bảng sau Bảng 2.1 :Thông số kỹ thuật của các CPU của PLC S7-200

Đặc trưng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

Bộ nhớ chương trình 2048 words 2048 words 4096 words 4096 words

Analog I/O cực đại None 16 In/ 16 Out 32 In/ 32 Out 32 In/ 32 Out

Hình dạng và cấu trúc bên ngoài của PLC S7-200:

2.1.2 Các loại đèn báo:

Có 3 loại đèn báo hoat động :

- RUN : đèn màu xanh - Báo hiệu PLC đang hoạt động

- STOP : đèn màu vàng – Báo hiệu PLC dừng hoạt động

- SF (System Failure): đèn đỏ - Báo hiệu PLC có sự cố ở phần cứng hoạc hệ điều hành Ở đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, khi lỗi chương trình người dùng thì CPU , phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ khi dịch sang mã máy

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 vào số

2.1.3.Ngõ vào :

- Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoạc SIMATIC.

- Mức logic 1: 24 VDC/7mA

- Mức logic 0: đến 5 VDC/1Ma

- Đáp ứng thời gian: 0.2 ms

- Các ly về quang : 500 ACV

- Địa chỉ ngõ vào: Ix.x

2.1.4 Ngõ ra:

- Ngõ ra Role hoạc transistor Sourcing

- Điện áp tác động: 24 – 27VDC/2A

- Chịu quá dòng đến 7A

- Điện trở cách ly nhỏ nhất: 100MΩ

- Điện trở công tắc: 200 MΩ

- Thời gian chuyển mạch tối đa 10ms

- Địa chỉ ngõ ra:Qx.x

- Không có chế độ bảo vệ ngắn mạch

2.1.5.Nguồn cấp:

- Điện áp nguồn 20 – 24 DCV

- Dòng vào tối đa 900 mA

- Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms

- Cầu chì bên trong 2A/250V

- Không có các ly nguồn điện

2.1.6 Cổng truyền thông:

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 38.400 baud

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

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

Chân Giải thích

Để ghép nối S7-200 với máy tính PC qua

Cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với

Bộ chuyển đối sang RS485, như hình vẽ:

2.2 CẤU TRÚC BỘ NHỚ :

···

····

1 2 3 4

5

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Đất

24 VDC Truyền và nhận dữ liệu Không sử dụng

Đất

5 VDC (điện trở trong 100?)

24 VDC (120 mA tối đa) Truyền và nhận dữ liệu Không sử dụng

Bộ nhớ S7 -200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ S7 -200 có tính năng động cao, đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ có thể truy nhập để đo

EEPROM Miền nhớ ngoài

Vùng đối tượng

2.2.1 Vùng chương trình

Là nguồn nhờ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình Vùng này thuộc kiểu non

-volatile đọc / ghi được

2.2.2 Vùng tham số

Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm,cũng giống như vùng chương trình,

thuộc kiểu non - volatile đọc / ghi được

2.2.3 Vùng dữ liệu

Là miền nhớ động được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình Nó có thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word) hoặc theo từ kép (DW_ Double Word), vùng

dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:

 V: (ariable Memory) lưu các kết quả trung gian khi thực thi chương trình

Tụ

 I: ( Input image register): thanh ghi đệm, lưu các giá trị ngõ vào khi PLC hoạt động.

 Q: (Output image regiter): thanh ghi đệm, chứa các kết quả để điều khiển ngõ ra

 M: (Internal Memory bits): sử dụng các Role điều khiển để lưu trạng thái trung gian của 1 hoạt động hoạc các thông tin điều khiển khác (byte, Word, Dword)

 SM: (Special Memory bits): chứa các bít để lựa chọn và điểu khiển các chức năng đặc biệt của CPU(byte, Word,Dword)

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

2.2.4 Vùng đối tượng

Là time (định thì ), counter (bộ đếm ) tốc độ cao và

các cổng vào/ ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng vùng này không

thuộc kiểu non - volatile nhưng đọc ghi được

- Timer (bộ định thì ): Đọc /ghi T0 /T127

- Counter (bộ đếm ) : Đọc /ghi C0 /C 127

- Bộ đệm vào analog (đọc) : AIW0 /AIW30

- Bộ đệm ra analog (ghi) : AQW0 /AQW30

- Accumulator (thanh ghi) : AC0 /AC3

- Bộ đếm tốc độ cao : HSCO /HSC2

Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit , từng

byte , từng từ đơn (word - 2byte) , từ kép (Doudble word )

2.2.5 Mở rộng cổng vào ra

CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Modul Các modul mở rộng tương tự và có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích Địa chỉ của các vị trí của các modul được xác định cùng kiểu Ví dụ như một modul cổng ra không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như một modul số và ngược lại

Các modul mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương tự với số đầu vào /ra của modul

Sau đây là địa chỉ của một số modul mở rộng trên CPU214

CPU214

Modul 0 4vào/4a

Modul 1

8 vào

Modul 2 3vào/1a Analog

Modul3

8 ra

Modul 4 3vào/1a

I0.0 Q0.0

I0.1 Q0.1

I0.2 Q0.2

I0.3 Q0.3

I0.4 Q0.4

I0.5 Q0.5

I0.6 Q0.6

I0.7 Q0.7

I1.0 Q1.0

I1.1 Q1.1

I1.2

I1.3

I1.4

I1.5

I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3

I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7

AIW 0 AIW 2 AIW 4

AQW 0

Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7

AIW8 AIW12 AQW 4

2.2.6 Phương thức truy cập bộ nhớ [4]

Theo Bit: tên miền + địa chỉ byte + ‘.’+ chỉ số bit

M0.0, I2.5, Q1.0, …

Theo Byte: tên miền + B + địa chỉ byte

VB5, IB2, QB0, …(VB5=V5.0 V5.1 …V5.7)

Theo Word: tên miền + W + địa chỉ byte cao của Word

VW0, QW1, IW2, …(VW0=VB0 VB1)

Theo Double Word: tên miền + D + địa chỉ Word cao của Double Word VD0,

QD2, ID1, …

(VD0 = VW0 VW2 = VB0 VB1 VB2 VB3):

2.3 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH:

Chương trình cho S7 -200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính

(main program) sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý

ngắt

- Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình

(End)

- Chương trinh con là một bộ phận của chương trình Các chương trình

con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính đó là lệnh

(End)

- Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau

chương trình chính sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt bằng

cách viết như vậy cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn

trong việc đọc chương trình có thể trộn lẫn các chương trình con và

chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính

Main program

End {Stop}

Thực hiện trong một vòng quét

SBR (n) {no /255 }

chương trình con

Ret

Thực hiện khi được chương trình

chính gọi

INT (n) { no/255 }

chương

trình xử lý ngắt

Ret

Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt

2.4 PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH

S7 -200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh

chương trình bao gồm một dãy các lệnh

S7 -200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh nhập đầu tiên và kết

thúc ở lệnh lập trình cuối trong một vòng Một vòng quét như vậy là

dòng quét (scan)

Một vòng quét (Scan cycle ) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái

của đầu vào và sau đó thực hiện chương trình, vòng quét kết thúc bằng

việc thay đổi trạng thái đầu ra Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo

S7 -200 thực thi các nhiệm vụ truyền thông Chu trìng tiếp theo là chu

trình lập

Giai

Thực hiện chương trinh theo vòng quét trong PLC S7-200

Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn (1) và (4) do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào / ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào và ra

4 Chuyển dữ liệu từ bộ

đệm ảora ngoại vi

3 Truyền thông và

tự kiểm tra lỗi

2.Thực hiện chương trình

1 Nhập dữ liệu từ N ngoại vi vào

Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét

2.4.1 Toán hạng lập trình cơ bản:

Có 6 phần tử lập trình cơ bản, mỗi phần tử có công dụng riêng Để dễ dàng xác định thì mỗi phần tử được gán cho mộ ký tự:

- I : Dùng để chỉ ngõ vào vật lý nối trực tiếp vào PLC

- Q : Dùng để chỉ ngõ ra vật lý nối trực tiếp từ PLC

- T : Dùng để xác định phần tử định thời có trong PLC

- C : Dùng để xác định phần tử đếm có trong PLC

M và S: Dùng như các cờ hoạt động như bên trong PLC

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

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

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

2.5 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA PLC S7-200 CPU 217

2.5.1 Phương pháp lập trình :

S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình Chương trình bao gồm một dãy các tập lệnh S7 -200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lập trình cuối trong một vòng quét (scan)

Một vòng quét (scan cyele) được bắt đầu bằng một việc đọc trạng thái của đầu vào, và sau đó thực hiện chương trình Vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7 -200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp

Cách lập trình cho S7 -200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement list, viết tắt là STL)

Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự dộng tạo ra một chương trình theo dạng STL tương ứng Ngược lại không phải mọi chương trình viết dưới dạng STL đều

có thể chuyển sang được dạng LAD

Phương pháp hình thang (LAD): LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần

cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơ le Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau:

Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le

Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thương đóng

Cuộn dây (coil): Là biểu tượng   mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le

Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter)

và các hàm toán học Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện

Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây trung hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEPT MICRO / DOS hoặc STEPT – MICRO /WIN Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn

2.5.2 Phương pháp liệt kê lệnh (STL):

Là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

Để tạo một chương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ

phương pháp sử dụng của ngăn xếp logic của S7- 200 (S0 􀀬 S8)

Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật

toán liên quan đến ngăn xếp , đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với

bit đầu và bit thứ hai của ngăn xếp (S0 􀀬 S1) giá trị logic mới đều có thể

được gửi vào ngăn xếp