đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 64 *Bộ sử lý trung tâm (CPU) : Đợc xây dựng từ các vi sử lý (8 bit, 12 bit hoặc 32 bit) có các bộ nhớ chơng trình RAM, ROM. Thông thờng nó có 2 cổng giao diện với thiết bị ngoại vi là máy tính (PC) và bộ lập trình. Bộ xử lý trung tâm ghép nối vào - ra qua 3 BUS : BUS dữ liệu, BUS điều khiển và BUS địa chỉ. Chức năng của bộ vi sử lý trung tâm trong PLC là : điều khiển và kiểm soát các chơng trình đợc lu dữ trong bộ nhớ một cách tuần tự. Nó liên kết các tín hiệu lại với nhau theo quy định và từ đó đa ra các lệnh cho đầu ra. Sự thao tác tuần tự của chơng trình dẫn đến 1 thời gian trễ, khi đó bộ đếm của chơng trình quét qua 1 chơng trình đầy đủ rồi sau đó lại lặp lại. Thời gian của chu kì này đợc gọi là "thời gian quét" và phụ thuộc vào dung lợng của bộ nhớ. *Bộ nhớ chơng trình : thờng là các bộ phận lu trữ điện tử nh : RAM, PROM, hoặc EPROM. Chơng trình điều khiển khi tải xuống từ thiết bị lập trình, chúng sẽ đợc giữ lại trong các bộ nhớ này. Để duy trì chơng trình trong trờng hợp mất điện nguồn đột ngột, ta phải cung cáp 1 nguồn dự phòng cho các bộ nhớ này. Trong thiết kế ngời ta thờng chia bộ nhớ thành từng modul để cho phép điều khiển các chơng trình có kích thờng khác nhau. Khi cần mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thêm các thẻ nhớ điện tử vào các panel của PLC. *modul đầu vào : chứa các bộ lọc và bộ thích ứng năng lợng. Nó có chức năng chuẩn bị các tín hiệu của phần tử đầu vào dới dạng tín hiệu tơng tự hoặc số, sau đó chuyển và CPU để xử lý. Để thuận tiện trong việc điều khiển, các modul đầu vào đợc thiết kế để có thể nhận nhiều đầu vào và mỗi đầu vào thờng đ ợc trang bị 1 điốt phát quang để kiểm tra h hỏng. *modul đầu ra : đợc cấu tạo nh modul đầu vào. Nó có chức năng truyền các thông tin đến các phần tử kích hoạt cho các thiết bị làm việc. Vì đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 65 vậy modul đầu ra đợc thiết kế để thích hợp với nhiều mạch phối ghép khác nhau. Việc kiểm tra, quan sát trực quan đợc thể hiện qua các điot phát quang ở mỗi đầu ra. *Bộ nguồn cung cấp : thông thờng nguồn cung cấp cho PLC đợc cấp từ nguồn 220V ~ hoặc 110V~ (tần số 50 ữ 60 Hz) hoặc 24V 1 chiều. Bộ nguồn sẽ cho ra các ngồn ổn định cao, cấp cho CPU, hoặc cho modul đầu vào và modul đầu ra. 3.1.2.9. Cấu trúc cơ bản của PLC S7 - 200 với khối xử lý CPU224. * Kết nối với máy tính: Để có thể lập trình điều khiển hệ thống và nạp S7-200 cần phải kết nối nó với máy tính theo sơ đồ nh sau Modul mở rộn g RS-232 RS-485 I0.0 ữ I0.7 Q0.0 ữ Q2.7 Module m ở rộng H ình13: Sơ đồ kết nối tổng thể đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 66 * Cấu hình cứng CPU 224: S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả lập trình của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này sử dụng cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau. Hiện nay đã xuất hiện trên thị trờng với rất nhiều loại S7-200 với tính năng ngày càng đợc cải tiến: từ CPU 212, CPU 214 đến CPU 224, CPU 226 Thiết bị điều khiển chúng tôi sử dụng trong đề tài là CPU 224, vì vậy chúng tôi chỉ trình bày cấu trúc của CPU 224. CPU 224 có đầy đủ tính năng của các CPU phiên bản trớc cùng với những cải tiến đáng kể về kỹ thuật. * Đặc điểm kỹ thuật của CPU 224: - Bộ nhớ chơng trình : 8KB - Bộ nhớ dữ liệu: 5 KB - Ngôn ngữ chơng trình : LAD, FBD, STL - Bảo vệ chơng trình : 3 mức password bảo vệ - 256 bộ đếm: 6 bộ đếm tốc độ cao(30 kHz), bộ đếm A/B(tối đa 20 kHz), có thể sử dụng đếm tiến, đếm lùi hoặc cả đếm tiến và lùi. H ình14: Mô hình phần cứng CPU224 Đèn báo Cổng truyền thông Đầu ra Đầu vào Nối Modul mở rộng Nguồn vào Hộp công tắc đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 67 - 128 bộ Timer chia làm 3 loại có độ phân giải khác nhau: 4 bộ Timer 1ms, 16 bộ Timer 10 ms, 236 Timer 100 ms. - Số đầu vào ra: có 14 đầu vào số, 10 đầu ra số - Có tối đa 94 đầu vào số, 74 đầu ra số, 28 đầu vào tơng tự, 7 đầu ra tơng tự với 7 modul mở rộng tơng tự và số. - 2 bộ điều chỉnh tơng tự - 2 đầu phát xung tốc độ cao, tần số 20 kHz cho dãy xung kiểu PTO hoặc PWM. Việc kết hợp đầu ra số tốc độ cao và bộ đếm tốc độ cao có thể sử dụng cho các ứng dụng cần điều khiển có phản hồi tốc độ. - Tốc độ xử lý logic 0.37 s - Các chế độ ngắt và xử lý ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sờn lên hoặc sờn xuống của xung, ngắt của bộ đếm tốc độ cao, và ngắt truyền xung. * Mô tả các đèn báo trên CPU : - SP(đèn đỏ ): Đèn đỏ báo hiệu hệ thống bị hỏng. - RUN(đèn xanh): Đèn xanh chỉ định PLC làm việc và chơng trình đợc nạp vào máy. - STOP:(đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng, dừng chơng trình đang thực hiện lại. - Ix.x(đèn xanh): đèn xanh ở cổng vào chỉ trạng thái tức thời của cổng vào Ix.x. Đèn này báo tín hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. - Qx.x(đèn xanh):Đèn này báo hiệu trạng thái tức thời của cổng ra Qx.x,trạng thái tín hiệu đầu ra theo giá trị logic của cổng. * Cổng truyền thông: S7 200 sử dụng cổng RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình (kiểu PPI) là 9600 baud. Tốc độ cung cấp của PLC theo kiểu tự do là đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 68 từ 300 đến 38400 baud. S7 200 khi ghép nối với máy lập trình PG702 hoặc các máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng cáp nối thẳng qua MPI .Cáp đó kèm theo máy lập trình. Ghép nối máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232 /RS 485. * Công tắc chọn chế độ làm việc cho CPU 224 Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí cho phép lựa chọn các chế độ làm việc khác nhau cho CPU 224 - RUN cho phép PLC thực hiện chơng trình.PLC S7 200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chơng trình gặp lệnh STOP ,thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN . Nên quan trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. - STOP cỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chơng trình hoặc nạp lại chơng trình mới. - TERM cho phép máy lập trình quyết định một trong chế độ làm việc hoặc ở RUN hoặc ở STOP. * Cấu trúc bộ nhớ của CPU 224 Bộ nhớ của PLC S7 200 đợc chia làm 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn.Bộ nhớ của S7 200 có tính năng động cao ,đọc và ghi trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt chỉ có thể truy cập để đọc. - Vùng chơng trình: Là miền bộ nhớ đợc sử dụng để lu trữ các lệnh chơng trình. Vùng này thuộc kiểu non- volatile đọc ghi đợc. - Vùng tham số: Là miền lu giữ các tham số nh : từ khóa, địa chỉ trạm Cũng giống nh vùng chơng trình ,vùng tham số đọc /ghi đợc. đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 69 - Vùng dữ liệu: Đợc sử dụng để cất các dữ liệu của chơng trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số đợc định nghĩa trong chơng trình,bộ đệm truyền thông. - Vùng đối tợng: Bao gồm Timer, bộ đếm tốc độ cao và các đầu ra tơng tự. Vùng này không thuộc kiểu non- volatile nhng đọc /ghi đợc. - Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là vùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện chơng trình . Nó là miền nhớ động, có thể truy cập theo từng bit, từng byte, từ đơn hoặc từ kép. Vùng dữ liệu lại chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Các vùng đó gồm: V - Variable memory (Miền nhớ). I - Input image register (Bộ đệm cổng vào). O - Output image register (Bộ đệm cổng ra). M - Internal memory bits (Vùng nhớ nội). SM - Special memory bits (Vùng nhớ đặc biệt). * Kết nối PLC - Kết nối dây cung cấp cho CPU và các đầu vào ra của CPU. Việc kết nối dây nguồn cung cấp cho CPU và nối các đầu vào/ra của CPU đợc mô tả nh trên hình vẽ: Hình15: Sơ đồ nối I/O đối với CPU 224 AC/DC/Relay đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 70 Qua sơ đồ kết nối chúng ta thấy rằng nguồn cung cấp cho các đầu vào, đầu ra của CPU là 24VDC Tất cả các đầu cuối của S7-200 đợc nối đất để đảm bảo an toàn và để khử nhiễu cho tín hiệu điều khiển. Nguồn cung cấp cho cảm biến cũng là 24VCD cũng là một chiều có thể sử dụng cho các đầu vào cơ sở, các modul mở rộng và các cuộn dây rơ le mở rộng. 3.1.3. Trình tự thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Việc lập trình cho PLC đã ngày càng trở nên phổ biến ở Việt Nam hiện nay nhờ sự phổ cập PLC cho rất nhiều ứng dụng. Ngời lập trình có thể lập trình trên máy tính và viết ra các chơng trình theo yêu cầu cụ thể rồi nạp vào PLC để điều khiển 1 hệ thống nào đó. Quy trình thực hiện là : - Nghiên cứu yêu cầu điều khiển. - Phân định đầu vào và đầu ra. - Viết chơng trình điều khiển. - Nạp chơng trình vào bộ nhớ PLC. - Cho PLC chạy thử để điều khiển đối tợng. * Nghiên cứu yêu cầu điều khiển của thiết bị. điều đầu tiên chúng ta phải quyết định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng tao muốn điều khiển. Mục đích chủ yếu của bộ điều khiển đợc lập trình hoá là để điều khiển 1 hệ thống bên ngoài. Hệ thống đợc điều khiển này có thể là đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 71 1 thiết bị, máy móc, hoặc quá trình sử lý và thờng đợc gọi là hệ thống điều khiển. * Phân định những đầu vào và những đầu ra. Tất cả các thiết bị đầu vào và đầu ra bên ngoài đợc nối với những bộ điều khiển PLC phải đợc xác định. Những thiết bị đầu vào là những chủng loại chuyển mạch, thiết bị cảm ứng những thiết bị đầu ra là những thiết bị từ tính, những van điện từ, động cơ và đèn chỉ báo Sau việc nhận dạng những chủng loại thiết bị đầu vào và đầu ra đó, phân công những số lợng phù hợp với số đầu vào (input) và đầu ra (output) nối dây thực tế sẽ kế tiếp theo số lợng của bộ điều khiên PLC. Sự phân định số lợng những đầu vào và những đầu ra phải đợc đa ra ngoài trớc việc nối đầu dây theo sơ đồ ladder bởi vì số lệnh là giá trị chính xác của những tiếp điểm trong sơ đồ ladder. * Viết chơng trình điều khiển. Tiếp theo, viết chơng trình dới dạng sơ đồ ladder thông qua thứ tự thao tác hệ thống điều khiển nh đã xác định, theo từng bớc 1. Từ sơ đồ ladder có thể dịch sang các dạng khác để tiên theo dõi chơng trình. * Nạp chơng trình vào bộ nhớ. Từ chơng trình đã viết và các đầu vào/ra xác định. Ta truy nhập chơng trình trong bộ nhớ hoặc bàn phím lập trình hoặc bằng máy vi tính với sự trợ giúp của công cụ phần mềm lập trình. Sau khi hoàn chỉnh phần lập trình, ta kiểm tra bất kì lỗi mã hoá nào bằng công cụ là chức năng chuẩn đoán mà nếu có thể đợc thì mô phỏng toàn bộ thao tác để thấy rằng nó đợc nh mong muốn. *Chạy thử các chơng trình điều khiển. Để đảm bảo cấu trúc chơng trình và các tham số đã cài đặt là chính xác trớc khi đa vào hệ điều khiển, ta cần chạy thử chơng trình điều khiển. đồ án tốt nghiệp sv. Lơng văn kiên Trờng dhnni hà nội điện 45a khoa cơ điện 72 Nếu có lỗi hoặc cha hợp lý thì sửa khi chạy chơng trình điều khiển, tốt nhất ta nên ghép nối với đối tợng và hoàn chỉnh chơng trình điều khiển. . 3.1.3. Trình tự thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC. Việc lập trình cho PLC đã ngày càng trở nên phổ biến ở Việt Nam hiện nay nhờ sự phổ cập PLC cho rất nhiều ứng dụng. Ngời lập trình có. thể lập trình trên máy tính và viết ra các chơng trình theo yêu cầu cụ thể rồi nạp vào PLC để điều khiển 1 hệ thống nào đó. Quy trình thực hiện là : - Nghiên cứu yêu cầu điều khiển. - Phân định. quy t định thiết bị hoặc hệ thống nào mà chúng tao muốn điều khiển. Mục đích chủ yếu của bộ điều khiển đợc lập trình hoá là để điều khiển 1 hệ thống bên ngoài. Hệ thống đợc điều khiển này có