Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 61 3.2.2 Thiết bị điều khiển PLC S7 200 CPU 224 1. Cấu trúc phần cứng S7 - 200 là thế hệ PLC cỡ nhỏ do hãng Siemens (CHLB Đức) sản xuất ra, nó có cấu trúc kiểu module và các module mở rộng. Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau, phù hợp với các ứng dụng tự động hoá mà đòi hỏi chi phí thấp. Thế hệ Simatic S7 - 200 ngày nay rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao. CPU S7 - 200 sử dụng nguồn nuôi 24V DC hay 100 - 230V AC (dòng điện tiêu thụ lớn nhất là từ 110 - 700mA) tuỳ thuộc cấu tạo từng loại CPU riêng biệt, tơng ứng với các nguồn nuôi đó thì đầu ra của nó có thể là 24V DC hay đầu ra rơle Đầu vào của PLC là điện áp 24VDC với dòng từ 80mA tới 900mA. Số đầu vào ra tuỳ thuộc từng loại CPU nó xê dịch từ 6/4 tới 24/16 đầu vào/ra. Khả năng ghép nối module mở rộng phụ thuộc từng loại CPU, nhiều nhất là 7 module. Cho phép lu chơng trình trong một thời gian nhất định từ 50 giờ tới 190 giờ, còn khi có pin có thể lu chơng trình tới 200 ngày. CPU của Simatic S7 - 200 có hai thế hệ, thế hệ ban đầu khi mới xuất hiện SIEMENS có dòng CPU 21x gồm có bốn loại CPU với tính năng riêng biệt. Sau này SIEMENS đa ra thế hệ CPU mới 22x cũng có bốn loại gần tơng tự với thế hệ đầu nhng có bổ sung một số tính năng mới. Vì vậy để đáp ứng mục đích của việc điều khiển, ở đây chúng tôi chọn loại CPU 224. Hình3.12: Mô hình phần cứng CPU224 Đèn báo Cổng truyền thông Đầu ra Đầu vào Nối Module mở rộng Nguồn vào Hộp công tắc Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 62 * Đặc điểm kỹ thuật của CPU 224: - Kích thớc của CPU (WxHxD) là: 120,5mm x 80mm x 62mm. - Khối lợng của CPU là: 410gam - Công suất tiêu thụ của CPU là: 10W - 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. - 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 (digital input), 10 đầu ra số (digital output) - Có tối đa 94 đầu vào số, 74 đầu ra số, 28 đầu vào tơng tự, 7 đầu ra tơng tự với 7 module mở rộng tơng tự và số. - 2 bộ điều chỉnh tơng tự Hình3.13: Sơ đồ nối I/O đối với CPU 224 AC/DC/Relay Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 63 - 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 às -Tốc độ xử lý bộ Timer/Counter là 50 64 às - 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): trạng thái tín hiệu đầu ra theo giá trị logic của cổng. B¸o c¸o tèt nghiÖp t« kim hïng – tù ®éng 46 Tr−êng ®hnni – hµ néi khoa c¬ ®iÖn 64 B¸o c¸o tèt nghiƯp t« kim hïng – tù ®éng 46 Tr−êng ®hnni – hµ néi khoa c¬ ®iƯn 65 * Cỉng trun th«ng: S7 200 sư dơng cỉng RS485 víi phÝch nèi 9 ch©n ®Ĩ phơc vơ cho viƯc ghÐp nèi víi thiÕt bÞ lËp tr×nh hc víi tr¹m PLC kh¸c. Tèc ®é trun cho m¸y lËp tr×nh (kiĨu PPI) lµ 9600 baud. Tèc ®é cung cÊp cđa PLC theo kiĨu tù do lµ tõ 300 ®Õn 38400 baud. S7 200 khi ghÐp nèi víi m¸y lËp tr×nh PG702 hc c¸c m¸y lËp tr×nh thc hä PG7xx cã thĨ sư dơng c¸p nèi th¼ng qua MPI. C¸p ®ã kÌm theo m¸y lËp tr×nh. GhÐp nèi m¸y tÝnh PC qua cỉng RS 232 cÇn cã c¸p nèi PC/PPI víi bé chun ®ỉi RS232 /RS 485. H×nh 3.14: S¬ ®å ch©n cđa cỉng trun th«ng * C«ng t¾c chän chÕ ®é lµm viƯc cho CPU 224 C«ng t¾c chän chÕ ®é lµm viƯc cã ba vÞ trÝ cho phÐp lùa chän c¸c chÕ ®é lµm viƯc kh¸c nhau cho CPU 224 - RUN cho phÐp PLC thùc hiƯn ch−¬ng tr×nh. PLC S7-200 sÏ rêi khái chÕ ®é RUN vµ chun sang chÕ ®é STOP nÕu trong m¸y cã sù cè hc trong ch−¬ng tr×nh gỈp lƯnh STOP, thËm chÝ ngay c¶ khi c«ng t¾c ë chÕ ®é RUN. Nªn quan s¸t tr¹ng th¸i thùc t¹i cđa PLC theo ®Ìn b¸o. - STOP c−ìng bøc PLC dõng c«ng viƯc thùc hiƯn ch−¬ng tr×nh ®ang ch¹y vµ chun sang chÕ ®é STOP. ë chÕ ®é STOP PLC cho phÐp hiƯu chØnh l¹i ch−¬ng tr×nh hc n¹p l¹i ch−¬ng tr×nh míi. - TERM cho phÐp m¸y lËp tr×nh qut ®Þnh mét trong chÕ ®é lµm viƯc hc ë RUN hc ë STOP. ····· ···· 1 2 3 4 5 9 8 7 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Đ ất 24 VDC Truyền và nhận dữ liệu Không sử dụng Đất 5 VDC (điện trở trong 100Ω) 24 VDC (120 mA tối đa) Truyền và nhận dữ liệu Không sử dụng Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 66 2. Cấu trúc bộ nhớ của CPU 224 2.1. Phân chia bộ nhớ 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. Tụ Chửụng trỡnh Tham soỏ Dửừ lieọu Vuứng dửừ lieọu Chửụng trỡnh Tham soỏ Dửừ lieọu Chửụng trỡnh Tham soỏ Dửừ lieọu EEPROM Miền nhớ ngoài Hình 3.15: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 - 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. - 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. 2.2. Vùng dữ liệu Vùng dữ liệu là miền nhớ động. Nó có thể truy cập theo từng bit, từng byte, từ đơn (word) hoặc từ kép và đợc sử dụng làm miền lu dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thống, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 67 Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các kiểu dữ liệu bảng thờng chỉ đợc sử dụng theo những mục đích nhất định. Vùng dữ liệu lại đợc 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). 3. Thực hiện chơng trình P P L L C C t t h h ự ự c c h h i i ệ ệ n n c c h h ơ ơ n n g g t t r r ì ì n n h h t t h h e e o o c c h h u u t t r r ì ì n n h h l l ặ ặ p p . . M M ỗ ỗ i i v v ò ò n n g g t t ạ ạ o o đ đ ợ ợ c c g g ọ ọ i i l l à à v v ò ò n n g g q q u u é é t t ( ( s s c c a a n n ) ) . . M M ỗ ỗ i i v v ò ò n n g g q q u u é é t t đ đ ợ ợ c c b b ắ ắ t t đ đ ầ ầ u u b b ằ ằ n n g g g g i i a a i i đ đ o o ạ ạ n n đ đ ọ ọ c c d d ữ ữ l l i i ệ ệ u u t t ừ ừ c c á á c c c c ổ ổ n n g g v v à à o o b b ộ ộ n n h h ớ ớ đ đ ệ ệ m m ả ả o o , , t t i i ế ế p p t t ụ ụ c c l l à à g g i i a a i i đ đ o o ạ ạ n n t t h h ự ự c c h h i i ệ ệ n n c c h h ơ ơ n n g g t t r r ì ì n n h h . . T T r r o o n n g g t t ừ ừ n n g g v v ò ò n n g g q q u u é é t t , , c c h h ơ ơ n n g g t t r r ì ì n n h h đ đ ợ ợ c c t t h h ự ự c c h h i i ệ ệ n n b b ằ ằ n n g g l l ệ ệ n n h h đ đ ầ ầ u u t t i i ê ê n n v v à à k k ế ế t t t t h h ú ú c c t t ạ ạ i i l l ệ ệ n n h h k k ế ế t t t t h h ú ú c c ( ( M M E E N N D D ) ) . . S S a a u u g g i i a a i i đ đ o o ạ ạ n n t t h h ự ự c c h h i i ệ ệ n n c c h h ơ ơ n n g g t t r r ì ì n n h h l l à à g g i i a a i i đ đ o o ạ ạ n n t t r r u u y y ề ề n n t t h h ô ô n n g g n n ộ ộ i i b b ộ ộ v v à à k k i i ể ể m m l l ỗ ỗ i i . . V V ò ò n n g g q q u u é é t t đ đ ợ ợ c c k k ế ế t t t t h h ú ú c c b b ằ ằ n n g g c c h h u u y y ể ể n n c c á á c c n n ộ ộ i i d d u u n n g g c c ủ ủ a a b b ộ ộ đ đ ê ê m m ả ả o o t t ớ ớ i i c c á á c c c c ổ ổ n n g g r r a a . . Hình 3.16: Vòng quét (scan) trong S7-200 Nh vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong 2. Thực hiện chơng trình 1. Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đệm ảo 3. Truyền thông và tự kiểm tra lỗi 4. Truyền dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 68 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 thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chơng trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chơng trình con tơng ứng với từng tín hiệu ngắt đợc soạn thảo và cài đặt nh một bộ phận của chơng trình. Chơng trình xử lý ngắt chỉ đợc thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bắt cứ điểm nào trong vòng quét. 3.2.3. Một số Modul mở rộng EM 231, EM 232. EM 235 Để tăng khả năng của bộ điều khiển trong các ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tợng điều khiển có số lợng đầu vào/ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình, vì vậy chúng bị chia nhỏ thành các module. PLC S7 - 200 có nhiều loại module mở rộng khác nhau. Các module mở rộng vào/ra số hoặc các cổng vào ra tơng tự, các tín hiệu đầu ra có thể là điện áp 24VDC hoặc rơle Hình 3.17: Modul mở rộng EM 231(AI4 x 12bit) Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 69 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý các đầu vào của EM 231 Bảng 3.3: Định cấu hình cho Module EM 231 * Định cấu hình cho EM231: Để định cấu hình cho module EM231 RTD sử dụng công tắc DIP, các công tắc (SW1 SW3) dùng để xác định độ lớn tín hiệu đầu vào Analog. Nên nạp điện theo chu kỳ cho PLC hoặc sử dụng nguồn nuôi 24V. Nguồn đơn cực SW1 SW2 SW3 Độ lớn tín hiệu vào Độ phân giải OFF ON 0 ữ10V 2,5mV 0 ữ 5V 1,25mV ON ON OFF 0ữ 20mA 5àA Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 70 Hình 3.19: Modul mở rộng EM 235(AI4/AQ1 x 12bit) Hình 3.20: Sơ đồ nguyên lý đầu vào của EM 235 . soỏ Dửừ lieọu EEPROM Miền nhớ ngoài Hình 3.15: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 - Vùng chơng trình: Là miền bộ nhớ đợc sử dụng để lu trữ các lệnh chơng trình. Vùng này thuộc kiểu non- volatile. vùng chơng trình, vùng tham số đọc/ghi đợc. - 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. đặt nh một bộ phận của chơng trình. Chơng trình xử lý ngắt chỉ đợc thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bắt cứ điểm nào trong vòng quét. 3.2.3. Một