Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 42 - Khoa Cơ - Điện lập trình đợc đơn giản hoá một cách đáng kể nhờ chức năng kéo và thả (drag and drop), cắt, dán nhờ sử dụng bàn phím hoặc con chuột. Một số chức năng mới cho phép việc tìm và thay thế tự động, xem trớc bản in (print preview), bảng thông tin về các biểu tợng có các địa chỉ, biểu tợng cũng nh các địa chỉ đợc hiển thị cho mỗi phần tử trong quá trình làm việc và giám sát tình trạng làm việc. 1. Định cấu hình lập trình Đây là bớc quan trọng đầu tiên cần thực hiện gồm có các bớc sau: ắ Lựa chọn trên thanh thực đơn Tools Options nh trên hình ? ắ Hộp thoại Options xuất hiện cho phép ta lựa chọn phơng thức lập trình thích hợp nh: Lựa chọn cửa sổ soạn thảo chơng trình, ngôn ngữ viết chơng trình ắ Để kết thúc ta nhấn nút ENTER hoặc kích vào nút OK để xác nhận những sự lựa chọn đó. Hình 3.4: Lựa chọn cấu hình lập trình . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 43 - Khoa Cơ - Điện 2. Tạo và lu trữ một Project ắ Các thành phần của một Project Một Project bao gồm những thành phần sau: - Program Block : Bao gồm các mã hóa có thể thực hiện đợc và các lời chú thích. Mã hóa có thể thực hiện đợc bao gồm chơng trình chính hay các ngắt và chơng trình con. Mã hóa đợc tải đến PLC còn các chú thích chơng trình thì không. - Data Block: Khối dữ liệu bao gồm các dữ liệu (những giá trị bộ nhớ ban đầu, những hằng số) và các lời chú thích. Dữ liệu đợc tải đến PLC , các lời chú thích thì không. - System Block: Chứa các thông tin về cấu hình nh là các thông số truyền thông, các dải dữ liệu lu giữ, các bộ lọc đầu vào số và tơng tự và thông tin mật khẩu. Các thông tin này đợc tải đến PLC. - Symbol Table: Cho phép chơng trình sử dụng những địa chỉ tợng trng. Những địa chỉ này đôi khi tiện ích hơn cho ngời lập trình và làm cho chơng trình dễ theo dõi hơn . Chơng trình biên dịch tải tới PLC sẽ chuyển các địa chỉ tợng trng thành địa chỉ thực. Thông tin trong Symbol Table sẽ không đợc tải tới PLC. - Status Chart : Cho phép theo dõi cách thức xử lý dữ liệu ảnh hởng tới việc thực hiện chơng trình . Status Chart không đợc tải đến PLC ,chúng đơn giản là cách thức quản lý hoạt động của PLC. - Cross Reference: Cửa sổ Cross Reference cho phép kiểm tra những bảng chứa xác toán hạng sử dụng trong chơng trình và cũng là vùng nhớ đã đợc gán (Bit Usage and Bye Usage). Trong khi chơng trình soạn thảo ở chế độ RUN, ta có thể kiểm tra những số (EU, ED) đang đợc sử dụng trong chơng trình. Thông tin trong Cross Reference và Usage không đ ợc tải đến PLC. ắ Cách tạo ra một Project Để tạo một Project mới ta chỉ cần kích hoạt vào biểu tợng Step7 - Micro/ Win32 thì một Project mới sẽ đợc tạo ra. . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 44 - Khoa Cơ - Điện Ta có thể tạo một Project mới sử dụng thanh thực đơn bằng cách lựa chọn File New hoặc ấn tổ hợp phím Ctr+N. Để mở một Project có sẵn bằng cách lựa chọn File Open hoặc ấn tổ hợp phím Ctr+O và lựa chọn tên Project muốn mở. ắ Lu trữ một Project Để lu trữ một Project mới tạo ra, ta lựa chọn lệnh trên thanh thực đơn Project Save All hoặc kích vào biểu trợng trên thanh công cụ hoặc nhấn tổ hợp phím Ctrl+S. 3. Soạn thảo chơng trình Step7 - Micro/Win32 cho phép tạo một chơng trình mà có thể sử dụng một trong 2 cửa sổ là: LAD hoặc STL. ắ Soạn thảo chơng trình trong LAD. Cửa sổ để soạn thảo chơng trình LAD có dạng nh sau: Để soạn thảo chơng trình, ta tiến hành theo những bớc sau: Hình 3.5: Cửa sổ soạn thảo chơng trình trong LAD logic . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 45 - Khoa Cơ - Điện - Nhập tiêu đề cho vùng soạn thảo bằng cách kích đúp vào dòng chữ xanh các Network. - Để soạn thảo các phần tử thang, ta kích vào biểu tợng tơng ứng trên thanh chỉ dẫn hoặc lựa chọn trên dang sách chỉ dẫn. - Nhập vào địa chỉ hoặc tham số trong mỗi vùng chữ và ấn ENTER. - Nhập tên, địa chỉ và giải thích cho từng địa chỉ bằng cách vào Viewsymbol Table. ắ Soạn thảo chơng trình trong STL. Thông thờng quá trình soạn thảo đợc viết bằng chơng trình LAD, sau đó chuyển sang dạng STL, cửa sổ giao diện của STL đợc minh họa nh sau: Các bớc để soạn thảo một chơng trình trong STL - Trớc hết chia các đoạn chơng trình này thành từng mảng, và mỗi mảng phải có từ khóa NETWORK. - Trớc mỗi lời chú thích phải có một đờng song đôi (//). Khi thêm mỗi dòng chú thích cũng phải bắt đầu bởi đờng song đôi. - Các lệnh, toán hạng địa chỉ của lệnh và lời chú thích phải đợc ngăn cách bởi một khoảng trống hoặc một Tab. Hình 3.6: Cửa sổ soạn thảo chơng trình trong STL . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 46 - Khoa Cơ - Điện - Giữa các toán hạng và địa chỉ không đợc có khoảng cách. - Mỗi toán hạng riêng biệt đợc tách rời bởi một dấu phẩy, một khoảng trống hoặc một Tab. - Sử dụng các lời trích dẫn để thay cho việc soạn thảo tên ký hiệu. 4. Chạy chơng trình Sau khi viết chơng trình và lu trữ vào bộ nhớ ta tiến hành kết nối và chạy chơng trình theo các bớc nh sau: ắ Cài đặt truyền thông. Quá trình cài đặt truyền thông để chọn cáp, cấu hình CPU, các địa chỉ truyền thông. Ta tiến hành nh sau: - Từ thanh thực đơn ViewCommunications nh hình vẽ. - Sau khi hộp thoại Communications Setup xuất hiện nháy đúp vào biểu tợng trên cùng bên phải. Hộp thoại Setting the PG/PC xuất hiện. Trong hộp thoại có nhiều ứng dụng khác nhau nh là STEP 7 và Win CC, vì thế ta cần phải lựa chọn ứng dụng cần đặt tham số. Khi đã lựa chọn Micro/WIN và đã cài đặt trong phần cứng, ta cần đặt thuộc tính thực sự của việc kết nối phần cứng. Đầu tiên Hình 3.7: Cài đặt truyền thông giữa máy tính và CPU Cài đặt truyền thông Chọn cáp truyền thông . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 47 - Khoa Cơ - Điện cần phải xác định giao thức định sử dụng trong mạng. Nên sử dụng loại PPI. Sau khi đã lựa chọn giao thức sử dụng phải lựa chọn tham số giao diện chính xác trong hộp thoại. Trong đó chứa sẵn các giao diện đă cài đặt cùng với loại giao thức trong ngoặc đơn. Chẳng hạn chọn PC/PPI cable(PPI). Sau đó ta phải lựa chọn các tham số liên quan với cấu hình hiện có. Kích vào nút Properties trong hộp thoại để lựa chọn. ắ Nạp chơng trình vào CPU. Sau khi cài đặt truyền thông ta nạp chơng trình vào CPU bằng việc Download chơng trình. 5. Cách Download một chơng trình Nếu đã thiết lập thành công liên kết giữa PC và PLC ta có thể Download chơng trình tới PLC đó. * Chú ý: Khi Download chơng trình tới PLC nội dung của nó sẽ đợc ghi đè lên nội dung hiện thời của PLC .Vì vậy phải chắc chắn là muốn ghi đè lên trớc khi bắt đầu Download . Các bớc tiến hành: Hình3.8: Hộp thoại Set PG/PC Interface . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 48 - Khoa Cơ - Điện - Trớc khi Download ta phải chắc chắn PLC ở chế độ STOP . Kiểm tra đèn báo hiệu của PLC, nếu cha ở trạng thái đó phải kích nut STOP trên thanh công cụ hoặc chọn PLCSTOP . - Kích nút trên thanh công cụ hay chọn PLC Download - Theo mặc định, hộp kiểm Program Code Block, Data Block, CPU conguartion đã đợc đánh dấu . Nếu không muốn Download khối nào có thể xoá bỏ đánh dấu. - Kích vào OK để bắt đầu. - Nếu Download thành công hộp thoại Download Successful xuất hiện. - Chuyển trạng thái của PLC từ STOP sang RUN trớc khi chạy chơng trình trên PLC. - Nếu Download không thành công ta phải thiết lập lại truyền thông giữa PLC và PC và thực hiện lại các bớc nh trên. 3.2. Chọn thiết bị điều khiển [7] 3.2.1. Yêu cầu thiết bị cho việc điều khiển Từ việc nghiên cứu, tìm hiểu và khảo sát dây chuyền công nghệ, nhận thấy ngoài việc lựa chọn phần mềm ứng dụng chính là Simatic S7 - 200 chúng ta cần có những thiết bị trợ giúp cho nó để có đợc giải pháp kinh tế tối u. Đó là sử dụng PLC S7 - 200 CPU224 và các module nhập/xuất trong khu vực có các thiết bị nhập và thiết bị xuất, sử dụng cáp nối kết các module này đến PLC và kết nối máy tính với PLC qua cổng COM với dao diện truyền thông RS232 và RS485. 3.2.2. Thiết bị điều khiển PLC S7 - 200 CPU224 [4] 1. Cấu trúc phần cứng S7 - 200 là thế hệ PLC cỡ nhỏ do hãng Siemens (CHLB Đức) sáng chế 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 dòi 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 . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 49 - Khoa Cơ - Điện 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 24V DC 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 SIMENS có dòng CPU 21x gồm có bốn loại CPU với tính năng riêng biệt. Sau này SIMENS 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. ắ Mô tả các đèn báo trên CPU: Hình3.9: Mô hình phần cứng CPU224 Đèn báo Cổng truyền thông Đầu ra Đầu vào Nối Modul mở rộng Nguồn vào Hộp công tắc Hình3.10: Sơ đồ nối I/O đối với CPU 224 AC/DC/Relay . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 50 - Khoa Cơ - Điện - I 0.0 ữ I 1.5: Đèn xanh ở cổng vào chỉ trạng thái tức thời của cổng - Q 0.0 ữ Q1.1: Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Các đèn SF, RUN, STOP là các đèn báo chế độ làm việc của PLC: - Đèn đỏ SF: báo hiệu hệ thống PLC có h hỏng - Đèn xanh RUN: báo hiệu PLC đang làm việc - Đèn vàng STOP: chỉ định PLC đang ở chế độ dừng ắ Đặc điểm của CPU 224 hiệu năng cao: - Bộ nhớ chơng trình: 8Kb - Bộ nhớ dữ liệu: 5Kb - Tốc độ xử lý logic 0,37s - 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 (30khz), bộ đếm A/B, có thể sử dụng đếm tiến, đếm lùi hoặc cả đếm tiến và đếm lùi. - 128 bộ Timer chia làm 3 loại có độ phân giải khác nhau: 4 bộ timer 1ms, 16 bộ timer 10ms, 236 bộ timer 100ms. - Với kích thớc nhỏ gọn dài x rộng x cao = 120,5 x 80 x 62mm với trọng lợng 360g tiết kiệm không gian tủ. Dùng để kết nối trực tiếp với cảm biến và bộ mã hoá với dòng điện 280mA có thể đợc sử dụng nh một dòng điện tải. - Tích hợp đầu vào/ra số: 14 đầu vào và 10 đầu ra - 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. - Chế độ ngắt và xử lý ngắt: Ngắt truyền thông và ngắt theo sờn lên hoặc sờn xuống của xung, ngắt của bộ đếm tốc độ cao. - Giao diện có khả năng lập trình sử dụng (Free Port) với khả năng xử lý ngắt đối với việc trao đổi chuỗi dữ liệu với các thiết bị không phải của Siemens. Cáp PC/PPI có thể đợc sử dụng nh một chuẩn nối tiếp RS232/RS485 - Kết nối với bus mở rộng của thiết bị mở rộng ( chỉ có EMs của chuẩn 22x . Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Trọng Hùng - Điện 45A Trờng ĐHNNI - Hà Nội - 51 - Khoa Cơ - Điện có thể đợc sử dụng). Các đầu vào ngắt, cho phép PLC phản ứng với tốc độ cao đối với các biến tăng hoặc giảm của các tín hiệu xử lý - Hai xung đầu ra tần số cao (max, 20KHz) sử dụng trong việc xác định vị trí và kiểm soát tốc độ mô tơ điều chỉnh theo tần số và mô tơ bớc thông qua các mạch điện - Chức năng kiểm tra và chuẩn đoán: Chức năng này hỗ trợ cho việc kiểm tra và chuẩn đoán để dễ sử dụng. Chơng trình đầy đủ đợc chạy theo số lợng chu kỳ xác định trớc và đợc phân tích. Thiết bị bên trong nh bit nhớ, bộ định thời, bộ đếm, đợc ghi cùng một lúc tối đa là 124 chu kỳ. Các đầu vào/ra có thể đợc cài đặt độc lập theo chu kỳ và vì thế thờng xuyên kiểm tra chơng trình của ngời sử dụng. - Các chơng trình có thể đợc biên tập, sửa đổi có thể tải vào CPU chỉ bằng một cái kích chuột, mà chơng trình đang sử dụng không bị ngắt - CPU 224 không thể lập trình bằng việc sử dụng Step7- Micro/Dos. Để lập trình thông qua bộ giao diện nối tiếp của thiết bị lập trình/PC, đòi hỏi một cáp PC/PPI Khi sử dụng phần mềm lập trình STEP7- Micro/Win32, việc lập trình có thể thông qua SIMATIC CPs CP551 hoặc CP5611 (see SIMATIC NET) hoặc giao diện MPI của thiết bị lập trình. Điều này làm tăng tối đa tốc độ truyền chấp nhận đợc lên đến 187,5Kbit/s. 2. Cấu trúc bộ nhớ Toàn bộ chơng trình điều khiển đợc lu vào bộ nhớ của S7 - 200. Bộ nhớ S7 -200 đợc chia làm bốn vùng và đợc ghép nối với một tụ điện 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 và ghi đợc trong toàn vùng trừ vùng nhớ đặc biệt đợc ký hiệu là SM (Special Memory) có thể truy nhập để đọc. ắ Vùng chơng trình: Là miền bộ nhớ đợc sử dụng để lu giữ các lệnh trong chơng trình chính. Vùng này thuộc kiểu non-volanle (là vùng nhớ để lu chơng trình thuộc miền nhớ đọc/ghi đợc mà không bị mất dữ liệu nhờ có giao . . xác định giao thức định sử dụng trong mạng. Nên sử dụng loại PPI. Sau khi đã lựa chọn giao thức sử dụng phải lựa chọn tham số giao diện chính xác trong hộp thoại. Trong đó chứa sẵn các giao diện. 3.2. Chọn thiết bị điều khiển [7] 3.2.1. Yêu cầu thiết bị cho việc điều khiển Từ việc nghiên cứu, tìm hiểu và khảo sát dây chuyền công nghệ, nhận thấy ngoài việc lựa chọn phần mềm ứng dụng chính. hoặc CP5611 (see SIMATIC NET) hoặc giao diện MPI của thiết bị lập trình. Điều này làm tăng tối đa tốc độ truyền chấp nhận đợc lên đến 187,5Kbit/s. 2. Cấu trúc bộ nhớ Toàn bộ chơng trình điều