Đồ án mô hình thí nghiệm plc giao tiếp wincc

PHẦN NỘI DUNG Chương 1: LÝ THUYẾT LIÊN QUAN Khái quát chung thiết bị điều khiển lập trình PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller , thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối ( điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau : + Lập trình dể dàng , ngơn ngữ lập trình dể học + Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa + Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp + Hồn tồn tin cậy mơi trường công nghiệp + Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác : máy tính , nối mạng , mô Module mở rộng + Giá cá thể cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian Tuy nhiên ,bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dể dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá … Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm , định thời , ghi dịch … sau chức làm tốn máy lớùn … Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức qui trình cơng nghệ , ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý so với dây nối hay Relay 1.1 Giới thiệu PLC S7- 200 1.1.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động PLC 1.1.1.1 Cấu trúc : PLC nhiều hãng chế tạo, hãng có nhiều họ khác nhau, có nhiều phiên họ, chúng khác tính giá thành, phù hợp với tốn đơn giản hay phức tạp Ngồi cịn có ghép mở rộng cho phép ghép nhiều PLC nhỏ để thực chức phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo thành mạng tích hợp, việc thực theo dõi, kiểm tra, điều khiển q trình cơng nghệ phức tạp hay tồn phân xưởng sản xuất Mặc dù vậy, hệ thống điều khiển dùng loại PLC có cấu trúc hình sau : + Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON OFF Khi trạng thái ON ngõ vào số coi mức logic hay mức logic cao Khi trang thái OFF ngõ vào coi mức logic hay mức logic thấp + Ngõ số: gồm hai trạng thái ON OFF Các ngõ thường nối để điều khiển cuộn dây contactor, đèn tín hiệu… + Thiết bị đầu vào: gồm thiết bị tạo tín hiệu điều khiển thương nút nhấn, cảm biến + Thiết bị chấp hành (Autuator): thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT tác động vật lý Autuator nối với ngõ PLC + Chương trình điều khiển: chương trình bao gồm hay nhiều lệnh nhằm thực nhiệm vụ cụ thể Việc lập trình cho PLC đơn giản xây dựng tập hợp lệnh Có nhiều cách để lập trình cho PLC như: dạng lập trình hình thang (LAD); dạng câu lệnh (STL); hay dạng sơ đồ khối chức (FBD) Chương trình điều khiển định quy luật thay đổi tín hiệu output phía đầu PLC theo thay đổi tín hiệu input phía đầu vào theo mong muốn Các chương trình điều khiển tạo cách sử dụng lập trình chuyên dụng cầm tay (hand- held programmer hay PG = programmer) chạy phần mềm điều khiển máy tính PC nạp vào PLC thơng qua cáp, nối PLC PC hay PG + Thiết bị lập trình (PG/PC): chương trình viết thiết bị lập trình truyền xuống PLC + Cáp kết nối (cáp PPI): thiết bị cần thiết để truyền liệu từ thiết bị lập trình xuống PLC PLC có thành phần : Một nhớ chương trình RAM bên ( mở rộng thêm số nhớ EPROM ) Một vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC Các Module vào /ra Bên cạnh đó, PLC hồn chỉnh cịn kèm thêm đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị lập trình đơn giản có đủ RAM để chứa đựng chương trình dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình đơn vị xách tay , RAM thường loại CMOS có pin dự phịng, chương trình kiểm tra sẵn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … 1.1.1.2 Nguyên lý hoạt động PLC : Đơn vị xử lý trung tâm: CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ, sau thực thứ tự _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT lệnh chương trình , đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát đến thiết bị liên kết để thực thi Và tồn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển giữ nhớ Hệ thống Bus: Hệ thống Bus tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: + Address Bus : Bus địa dùng để truyền địa đến Module khác + Data Bus : Bus dùng để truyền liệu + Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền tín hiệu định điểu khiển đồng hoạt động PLC Trong PLC số liệu trao đổi vi xử lý module vào thông qua Data Bus Address Bus Data Bus gồm đường, thời điểm cho phép truyền bit byte cách đồng thời hay song song Nếu module đầu vào nhận địa Address Bus , chuyển tất trạnh thái đầu vào vào Data Bus Nếu địa byte đầu xuất Address Bus, module đầu tương ứng nhận liệu từ Data bus Control Bus chuyển tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động PLC Các địa số liệu chuyển lên Bus tương ứng thời gian hạn chế Hệ thống Bus làm nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, nhớ I/O Bên cạnh đó, CPU cung cấp xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ Xung định tốc độ hoạt động PLC cung cấp yếu tố định thời, đồng hồ hệ thống Bộ nhớ: + PLC thường yêu cầu nhớ trường hợp : Làm định thời cho kênh trạng thái I/O Làm đệm trạng thái chức PLC định thời, đếm, ghi Relay _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT + Mỗi lệnh chương trình có vị trí riêng nhớ, tất vị trí nhớ đánh số, số địa nhớ Địa ô nhớ trỏ đến đếm địa bên vi xử lý Bộ vi xử lý giá trị đếm lên trước xử lý lệnh Với địa , nội dung ô nhớ tương ứng xuất đấu ra, trình gọi trình đọc Bộ nhớ bên PLC tạo bỡi vi mạch bán dẫn, vi mạch có khả chứa 2000 - 16000 dịng lệnh , tùy theo loại vi mạch Trong PLC nhớ RAM, EPROM sử dụng + RAM (Random Access Memory ) nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung lúc Nội dung RAM bị nguồn điện ni bị Để tránh tình trạng này, PLC trang bị pin khơ, có khả cung cấp lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm Trong thực tế RAM dùng để khởi tạo kiểm tra chương trình Khuynh hướng dùng CMOSRAM nhờ khả tiêu thụ thấp tuổi thọ lớn + EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) nhớ mà người sử dụng bình thường đọc khơng ghi nội dung vào Nội dung EPROM không bị mất nguồn, gắn sẵn máy, nhà sản xuất nạp chứa hệ điều hành sẵn Nếu người sử dụng không muốn mở rộng nhớ dùng thêm EPROM gắn bên PLC Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi xóa EPROM + EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với truy xuất linh động RAM có tính ổn định Nội dung xóa lập trình điện, nhiên số lần có giới hạn Mơi trường ghi liệu thứ tư đĩa cứng đĩa mềm, sử dụng máy lập trình Đĩa cứng đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường dùng để lưu chương trình lớn thời gian dài Kích thước nhớ : + Các PLC loại nhỏ chứa từ 300 -1000 dịng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT + Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả chứa từ 2000 - 16000 dịng lệnh Ngồi cịn cho phép gắn thêm nhớ mở rộng RAM , EPROM Các ngõ vào I/O: Các đường tín hiệu từ cảm biến nối vào module ( đầu vào PLC ), cấu chấp hành nối với module ( đầu PLC ) Hầu hết PLC có điện áp hoạt động bên 5V, tín hiệu xử lý 12/24VDC 100/240VAC Mỗi đơn vị I/O có địa chỉ, hiển thị trạng thái kênh I/O cung cấp đèn LED PLC, điều làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng đơn giản Bộ xử lý đọc xác định trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực việc đóng hay ngắt mạch đầu 1.1.2 Các hoạt động xử lý bên PLC 1.1.2.1 Xử lý chương trình: Khi chương trình nạp vào nhớ PLC , lệnh vùng địa riêng lẻ nhớ PLC có đếm địa bên vi xử lý, chương trình bên nhớ vi xử lý thực cách lệnh một, từ đầu cuối chương trình Mỗi lần thực chương trình từ đầu đến cuối gọi chu Thời gian thực chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý PLC độ lớn chương trình Một chu lỳ thực bao gồm ba giai đoạn nối tiếp : + Đầu tiên, xử lý đọc trạng thái tất đầu vào Phần chương trình phục vụ cơng việc có sẵn PLC gọi hệ điều hành + Tiếp theo, xử lý đọc xử lý lệnh chương trình Trong ghi đọc xử lý lệnh, vi xử lý đọc tín hiệu đầu vào, thực phép tốn logic kết sau xác định trạng thái đầu + Cuối cùng, vi xử lý gán trạng thái cho đầu module đầu 1.1.2.2 Xử lý xuất nhập: _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT Gồm hai phương pháp khác dùng cho việc xử lý I / O PLC : + Cập nhật liên tục : Điều đòi hỏi CPU quét lệnh ngỏ vào (mà chúng xuất chương trình ), khoảng thời gian Delay xây dựng bên để chắn có tín hiệu hợp lý đọc vào nhớ vi xử lý Các lệnh ngõ lấy trực tiếp tới thiết bị Theo hoạt động logic chương trình, lệnh OUT thực ngõ cài lại vào đơn vị I/O, nên chúng giữ trạng thái lần cập nhật + Chụp ảnh trình xuất nhập : Hầu hết PLC loại lớn có vài trăm I/O, CPU xử lý lệnh thời điểm Trong suốt trình thực thi, trạng thái ngõ nhập phải xét đến riêng lẻ nhằm dị tìm tác động chương trình Do u cầu delay 3ms cho ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên dài tăng theo số ngõ vào Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, ngõ I/O cập nhật tới vùng đặc biệt chương trình Ở đây, vùng RAM đặc biệt dùng đệm lưu trạng thái logic điều khiển đơn vị I/O Mỗi ngõ vào có địa I/O RAM Suốt trình copy tất trạng thái vào I/O RAM Quá trình xảy chu kỳ chương trình (từ Start đến End ) Thời gian cập nhật tất ngõ vào phụ thuộc vào tổng số I/O copy tiêu biểu vài ms Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình điều khiển tương ứng lệnh khoảng từ 1-10 us 1.1.3 PLC S7- 200 CPU 224 - Bộ nhớ: + Chương trình: từ 32 đến 64Kb tuỳ theo loại CPU + Dữ liệu: từ 16Kb đến 40Kb tuỳ theo loại CPU CPU 221 Số I/O số có sẵn CPU CPU 222 6IN/4OUT 8IN/6OUT Số module tối đa ghépKhơng có module CPU 224 CPU 226 14IN/10OUT 24IN/16OUT module module _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT nối Số lợng I/O số tối đa 128IN 128IN 128IN 128IN 128OUT 128OUT 128OUT 128OUT 16IN 32IN 32IN 16OUT 32OUT 32OUT 256/256 256/256 Số lợng I/O Analog tối đa Khơng có Các Counter/ Timer 256/256 256/256 CPU 221 CPU 222 - Một số tính khác: Tốc độ xử lý logic tốc độ 33MHZ Phép toán số nguyên CPU 224 CPU 226 0.37s/lệnh 0.37s/lệnh 0.37s/lệnh 0.37s/lệnh Có Có Có Có Phép tốn số thực (+,-,*,/) Có Có Có Có Các vịng lặp For/Next Có Có Có Có Bộ đếm tốc độ cao 20KHz 20KHz 20KHz 20KHz Các đầu dạng xung (20KHz) (20KHz) (20KHz) (20KHz) Các ngắt thời gian (1-255ms) (1-255ms) (1-255ms) (1-255ms) (+,-,*,/) Phần mềm STEP7- MicroWIN32: 2.1 Giao diện phần mềm: Để hệ thống PLC thực q trình điều khiển thân phải biết cần phải làm làm Việc truyền thơng tin hệ thống ví dụ quy trình hoạt động yêu cầu kèm theo cho PLC người ta gọi lập trình.Và để lập trình cho PLC cần phải có giao tiếp người PLC Việc giao tiếp phải thông qua phần mềm gọi phần mềm lập trình _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT Mỗi loại PLC họ PLC khác có phần mềm lập trình khác Đối với PLC S7-200, SIEMEN xây dựng phần mềm để lập trình cho họ PLC loại Phần mềm có tên STEP7- MicroWIN32.Đây phần mềm chạy Windows 32bit, trải qua nhiều phiên khác Ở tập trung nói STEP7-MicroWIN32 version 4.0 Ngồi việc phục vụ lập trình cho PLC S7-200, phần mềm có nhiều Nút thay đổi tính Down khác cơng gỡtháirối, trakiểm lỗi,trahỗ trợ nhiều cách lập trình với trạng trạng làm kiểm Nút Công cụ kết cụ Mở, tạo mới, lưu CT điều khiển load/Uploa d nối lệnh ngôn ngữ khác nhau… việc PLC thái chương trình Phần mềm có xây dựng phần trợ giúp (Help) nói đầy đủ, chi tiết tiện dụng Người dùng tra cứu vấn đề PLC S7-200 cách nhanh chóng, rõ ràng dễ hiểu Để thực phần mềm lập trình STEP7- MicroWIN32 ta có cách: Cách 1: Vào Start → Simatic → STEP7- MicroWIN32 V4.0 → STEP7- MicroWIN32 Các khối chức Cách 2: Chạy thông qua biểu tượng Desktop Vựng soạn thảo chương trình _ GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH Các khối hàm, lệnh SVTH: LỚP NCĐT1ALT 2.1.1 Một số thành phần quan trọng: - Program Block: Khi click chuột vào nút ta trở vùng soạn thảo chương trình Ở vùng ta thêm bớt đầu vào/ra, biến, lệnh, hàm để thực chương trình điều khiển - Communications cách kiểm tra kết nối với PLC S7-200: _ 10 GVHD: Th.S – TRẦN VĂN TRINH SVTH: LỚP NCĐT1ALT