Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.. Hiện nay với



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐIỀU KHIỂN LOGO QUA MẠNG

Cán bộ hướng dẫn: ThS BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện:: LÝ BÁ TƯỜNG

Khóa 51



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐIỀU KHIỂN LOGO QUA MẠNG

Cán bộ hướng dẫn: ThS BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện:: LÝ BÁ TƯỜNG

Khóa 51 (2009 - 2013)

Khánh Hòa, 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên người nhận xét:

Tên đồ án: Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

Họ và tên sinh viên: Lý Bá Tường MSSV: 51131915

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Hệ: Chính quy Khóa: 51

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Chất lượng hình thức

2 Chất lượng nội dung

Khánh Hòa, ngày tháng năm 2013

Khánh Hòa, ngày tháng 7 năm 2013

Thư ký Hội đồng Chủ tịch hội đồng

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, tự động hóa trong quá trình sản xuất đóng vai trò ngày càng quan trọng Việc tự động hóa đã góp phần tích cực vào nâng cao năng suất lao động, tăng chất lượng của hàng hóa

PLC và LOGO là hai trong số các thiết bị tự động và bán tự động PLC và LOGO đóng vai trò là trung tâm điều khiển, độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng, thích ứng với môi trường công nghiệp Việc liên lạc, truyền thông giữa các thiết

bị điều khiển tự động và bán tự động là hết sức quan trọng Nó góp phần tăng độ tin cậy cho hệ thống, mở rộng quy mô điều khiển

Từ những kiến thức có được trong quá trình học và nghiên cứu, với mong muốn nghiên cứu ứng dụng sản phẩm công nghệ cao phục vụ cho cuộc sống Tôi đã thực

hiện đồ án: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng” Với

mục tiêu là nghiên cứu, ứng dụng sản phẩm công nghệ cao S7 - 1200 và LOGO, ứng dụng PLC S7 -1200 điều khiển LOGO qua mạng

Qua gần 4 tháng thực hiện đề tài, cùng với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, tôi đã hoàn thành đồ án này Tuy nhiên với thời gian thực hiện đồ án gấp rút, kiến thức còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót vì vậy kính mong quý thầy cô

và các bạn đóng góp ý kiến để tác giả tiếp thu chỉnh sửa để đồ án này hoàn thiện hơn

và được ứng dụng vào thực tế

Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Điện – Điện Tử đã cho phép cũng như tạo điều kiện để em thực hiện đề tài này Chân thành biết ơn các thầy cô giáo trong và ngoài khoa Điện – Điện Tử đã tận tình dạy dỗ, cung cấp nhiều kiến thức quý báu trong quá trình học tập tại trường Xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS Bùi Thúc Minh đã hướng dẫn tận tình em thực hiện đề tài này Cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh và động viên tôi vượt qua khó khăn, thử thách để tôi có được ngày hôm nay

Nha trang, tháng 6 năm 2013

Sinh viên

Lý Bá Tường

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

Đồ án tập trung nghiên cứu giới thiệu về sản phẩm PLC S7-1200 và LOGO của hãng Siemens PLC và LOGO là 2 sản phẩm có khả năng lập trình đã thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, không những thế mà nó còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Các PLC và LOGO được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

Phần mềm lập trình cho PLC S7-1200 là TIA V11, TIA V11 hỗ trợ mạnh mẽ trong việc lập trình cho PLC các dòng S7-300/400/1200 và ET200 Ngoài ra, phần mềm TIA còn tích hợp thêm lập trình màn hình HMI và tạo giao diện điều khiển từ PC (PC systems)

Phần mềm lập trình cho LOGO!0BA7 là LOGO!Soft Comfort V7.0, phần mềm

hỗ trợ lập trình trên PC rồi sau đó download xuống thiết bị LOGO thông qua cổng Ethernet Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp thêm tính năng mô phỏng (Simulation), giúp lập trình viên dễ dàng hơn trong việc lập trình

Đồ án còn thể hiện tính ứng dụng điều khiển mạng PLC S7-1200 và LOGO thông qua mô việc điều khiển mô hình pha trộn và phân loại sơn Mô hình đã thể hiện

rõ sự truyền thông dữ liệu giữa PLC và LOGO để cùng phối hợp thực hiện một nhiệm

vụ

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

1 Giới thiệu chung 1

2 Tính cấp thiết của đề tài 1

3 Nhiệm vụ, phạm vi của đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ứng dụng, nhu cầu thực tế của đề tài 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS 3

1.1 Tổng quan về PLC 3

1.1.1 Giới thiệu chung về PLC 3

1.1.2 Cấu trúc – nguyên lý hoạt động của PLC 4

1.1.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC 8

1.1.3.1 Xử lý chương trình 8

1.1.3.2 Xử lý xuất nhập 9

1.2 Tìm hiểu sơ lược về plc s7-1200 của siemens 10

1.2.1 Giới thiệu phần cứng S7-1200 10

1.2.2 Cấu trúc bộ nhớ S7-1200 14

1.3 Cấu trúc chương trình 15

1.3.1 Các khối mã tạo nên cấu trúc chương trình 15

1.3.2 Các kiểu cấu trúc chương trình 16

1.3.3 Các khối OB đặc biệt 17

1.3.4 Các chế độ hoạt động của CPU 18

1.3.5 Bảo vệ bằng mật khẩu cho CPU S7-1200 20

1.3.5.1 Cách thiết lập mật khẩu 20

1.3.5.2 Cách phục hồi mật khẩu bị mất 21

1.4 Tìm hiểu tập lệnh plc s7-1200 của siemens 21

1.4.1 Các lệnh cơ bản 21

1.4.1.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) 21

1.4.1.2 Sử dụng bộ Timer 26

1.4.1.3 Sử dụng bộ Counter 27

1.4.2 Các lệnh nâng cao 28

1.4.2.1 So sánh 28

1.4.2.2 Toán học 30

1.4.2.3 Di chuyển MOVE 36

1.4.2.4 Chuyển đổi 37

1.4.2.5 Lệnh điều khiển chương trình 38

1.4.2.6 Toán tử word logic 39

1.4.2.7 Dịch chuyển và xoay vòng 40

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU THIẾT BỊ LOGO 42

2.1 Tổng quan về LOGO 42

2.1.1 Giới thiệu chung về LOGO 42

2.1.2 Cách nhận dạng LOGO 43

2.1.3 Các tính năng kỹ thuật của LOGO 43

2.2 Tìm hiểu tập lệnh của LOGO 44

2.2.1 Các lệnh cơ bản 44

2.2.2 Các lệnh nâng cao 45

2.3 Lập trình trực tiếp trên bộ LOGO 47

2.4 Lập trình trên chương trình ứng dụng LOGO! SOFT COMFORT của hãng Siemens 47

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL .48

3.1 Giới thiệu phần mềm TIA PORTAL 48

3.2 Các thao tác cơ bản trên phần mềm 49

3.3 Xây dựng một Project 53

3.3.1 Các cách xây dựng một Project 53

3.3.2 Tạo một Project mới 54

3.4 TAG của PLC / TAG LOCAL 56

3.5 Làm việc với một trạm PLC 58

3.5.1 Quy định địa chỉ IP cho module CPU 58

3.5.2 Đổ chương trình xuống CPU 58

3.5.3 Giám sát và thực hiện chương trình 59

3.6 Ngôn ngữ lập trình 60

3.6.1 Ngôn ngữ lập trình LAD 60

3.6.2 Ngôn ngữ lập trình FBD 60

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN LOGO QUA MẠNG .62

4.1 Tổng quan về mô hình 62

4.2 Các thiết bị trong mô hình 68

4.2.1 CPU 1214C AC/DC/RC của PLC Seimens S7-1200 68

4.2.2 Thiết bị LOGO! 12/24 RCE 68

4.2.3 Module CSM 1277 SIMATIC NET 69

4.2.4 Cầu dao điện 69

4.2.5 Relay trung gian 70

4.2.6 Van điện từ 71

4.2.7 Cảm biến áp suất (Pressure Transmitter) 71

4.2.8 Bơm nhiên liệu 71

4.2.9 Động cơ 72

4.3 Yêu cầu công nghệ 73

4.4 Sơ đồ mạch động lực và sơ đồ kết nối CPU 73

4.4.1 Sơ đồ mạch động lực 73

4.4.2 Sơ đồ kết nối CPU 75

4.4.2.1 Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200 75

4.4.2.2 Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7 75

4.5 Phân địa chỉ vào ra 75

4.5.1 Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC 76

4.5.2 Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO! 77

4.6 Phương pháp pha chế các màu sơn 78

4.7 Mô hình hệ thống pha màu tự động ứng dụng mạng điều khiển PLC S7-1200 và LOGO!0BA7 79

4.7.1 Các bồn chứa các màu cơ bản 80

4.7.2 Các van xả của các màu thành phần 80

4.7.3 Bồn định lượng 80

4.7.4 Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng 80

4.7.5 Bồn trộn 81

4.7.6 Tủ điều khiển của hệ thống 81

4.8 Lưu đồ thuật toán 82

4.8.1 Khởi động hệ thống trộn sơn 82

4.8.2 Thực hiện chương trình 83

4.9 Chương trình điều khiển 87

4.9.1 Chương trình điều khiển CPU PLC 1214C 87

4.9.2 Chương trình điều khiển CPU LOGO!0BA7 95

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96

Kết luận 96

Kiến nghị 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của PLC .5

Hình 1.2 Chu kỳ quét của PLC 6

Hình 1.3 Hình ảnh PLC S7-1200 11

Hình 1.4 Các module mở rộng .12

Hình 1.5 Sign board .13

Hình 1.6 Module mở rộng 13

Hình 1.7 Các kiểu cấu trúc chương trình 17

Hình 1.8 Chế độ hoạt động của CPU 19

Hình 1.9 Các chế độ thiết lập mật khẩu 20

Hình 3.1 Cửa sổ portal view 50

Hình 3.2 Cửa sổ overview 50

Hình 3.3 Cửa sổ devices & network 51

Hình 3.4 Cửa sổ online & diagnostics 52

Hình 3.5 Cửa sổ main OB1 53

Hình 3.6 Sơ đồ xây dựng project 54

Hình 3.7 Ví dụ lập trình LAD cơ bản 60

Hình 3.8 Ví dụ về lập trình FBD 61

Hình 4.1 Hình ảnh PLC S7-1200 .68

Hình 4.2 Hình ảnh LOGO! 0BA7 69

Hình 4.3 Module CSM 1277 SIMATIC NET .69

Hình 4.4 Hình ảnh CB .70

Hình 4.5 Relay trung gian và đế cắm .70

Hình 4.6 Hình ảnh van điện từ .71

Hình 4.7 Cảm biến áp suất .71

Hình 4.8 Bơm nhiên liệu .72

Hình 4.9 Động cơ trộn và động cơ cần gạc .72

Hình 4.10 Động cơ giảm tốc .1

Hình 4.11 Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn 220V AC) 74

Hình 4.12 Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn DC) 74

Hình 4.13 Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200 .75

Hình 4.14 Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7 75

Hình 4.15 Hình ảnh mô hình trộn sơn .79

Hình 4.16 Bồn chứa sơn nhiêu liệu .80

Hình 4.17 Van xả của bơm .80

Hình 4.18 Bồn định lượng .80

Hình 4.19 Cảm biến áp suất và van xả .80

Hình 4.20 Bồn trộn sơn .81

Hình 4.21 Tủ điện hệ thống .81

Hình 4.22 Lưu đồ thuật toán 82

Hình 4.23 Lưu đồ thực hiện chương trình .83

Hình 4.24 Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo) .84

Hình 4.25 Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo) .85

Hình 4.26 Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo) .86

Hình 4.27 Chương trình LOGO 95

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 1.1 Các cấp độ bảo mật 21

Bảng 3.1 So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD 61

Bảng 4.1 Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC 76

Bảng 4.2 Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO 77

Bảng 4.3 Một số thành phần các màu cơ bản: 78

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc và thiết bị Các

hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật

lý cần phải điều khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo ra một sản phẩm mong muốn Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng một mạch điều khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn Điều khiển nhiều đại lượng vật lý cùng một lúc ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự hay gián đoạn mà phải dùng hệ thống điều khiển logic Trước đây, các hệ thống điều khiển logic được sử dụng là hệ thống logic các rơ le Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), LOGO đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều khiển rơ le Càng ngày PLC và LOGO đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn Các PLC và LOGO ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương

tự Các PLC và LOGO được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, tự động hóa trong quá trình sản xuất đóng vai trò ngày càng quan trọng Việc tự động hóa đã góp phần tích cực vào nâng cao năng suất lao động, tăng chất lượng của hàng hóa

PLC và LOGO là hai trong số các thiết bị tự động và bán tự động PLC và LOGO đóng vai trò là trung tâm điều khiển, độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng, thích ứng với môi trường công nghiệp

Việc liên lạc, truyền thông giữa các thiết bị điều khiển tự động và bán tự động

là hết sức quan trọng Nó góp phần nâng cao độ tin cậy cho hệ thống, mở rộng quy mô điều khiển

Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như mong muốn được làm quen và tìm hiểu việc điều khiển hệ thống dùng PLC để điều khiển LOGO nên em chọn đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng

3 NHIỆM VỤ, PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI

Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu về thiết bị PLC S7-1200 và LOGO của Siemens Nghiên cứu phần mềm lập trình TIA PORTAL và ứng dụng điều khiển mạng PLC S7-1200 và LOGO

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tìm hiểu về thiết bị S7-1200 và LOGO của Siemens, phần mềm lập trình TIA PORTAL Tổng hợp các kiến thức để ứng dụng thiết kế mạng điều khiển PLC S7-

1200 và LOGO

5 ỨNG DỤNG, NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài này mang tính chất nghiên cứu và ứng dụng, khi đề tài được hoàn thành,

nó có thể trở thành tài liệu để tham khảo Ứng dụng của đề tài có thể áp dụng vào các

hệ thống điều khiển logic dùng cả PLC S7-1200 và LOGO để giám sát và điều khiển

hệ thống, nó cũng có thể làm mô hình học tập cho các sinh viên

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS 1.1 TỔNG QUAN VỀ PLC

1.1.1 Giới thiệu chung về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục

“lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình

Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các module mở rộng

- Giá cả có thể cạnh tranh được

Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng relay dây nối và các logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điều này

đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch… Sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn… Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào đối với các bộ dây nối hay relay

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá Có thể liệt kê các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm:

- Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây

- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống

- Bộ nhớ, cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm

- Hệ điều hành, bộ đếm vào – ra, bộ định thời, bộ đếm bit cơ bản, cổng vào ra Onboard, quản lý ghép nối Bus của PLC

- Bộ nhớ vào/ra

1.1.2 Cấu trúc – nguyên lý hoạt động của PLC

Một PLC bao gồm 6 thành phần cơ bản như sau:

Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn như trên hình 1.1 Ngoài các module chính này, các PLC còn có các module phụ trợ như module kết nối mạng, các module đặc biệt để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào…

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của PLC

 Module nguồn

Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều

 Module CPU (Centrol rocessor Unit module):

Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ

 Module nhập (Input Module)

Tín hiệu vào: các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu logic hoặc tín hiệu tương tự Các tín hiệu logic có thể từ các nút nhấn điều khiển, các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,… Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các can nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến…

 Module xuất (Output Module)

Trong PLC thì module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập

Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra Cũng giống như module nhập thì các ngõ ra của module xuất là các tiếp điểm của rơle,

Thiết bị lập trình

Module nhớ

CPU

Module nguồn

Module vào/ra Đầu vào

Đầu ra

khả năng chịu tải lớn 220V/1A Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT, Contactor, Triac…

- Bộ xử lý trung tâm (CPU):

Đây là bộ phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU của PLC Bộ xử lý tín hiệu có thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hỗ trợ cùng với các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính logic, điều khiển và ghi nhớ các chức năng của PLC Bộ xử lý thu thập các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính logic theo chương trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu ra số hay tương tự Phần lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét trạng thái của các đầu vào và các thiết bị phụ trợ, thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC Bộ vi xử lý nâng cao khả năng logic

và khả năng điều khiển của PLC Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ v.v…

Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình Chu kỳ này được gọi là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của chương trình điều khiển Chu kỳ quét được minh họa trên hình 1.2

Hình 1.2 Chu kỳ quét của PLC Quét chương trình

Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như các công tắc, cảm biến… Trạng thái của các tín hiệu vào được lưu tạm thời vào bảng ảnh đầu vào hoặc vào một mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu ra sẽ được nạp năng lượng hay không Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ Từ dữ liệu của mảng nhớ tín hiệu ra, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện năng cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 ms Thời gian quét đầu vào và đầu ra thường rất ngắn so với chu kỳ quét của PLC

 Module nhớ

Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó được sử dụng để chứa toàn

bộ chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ Thông thường các

bộ nhớ được bố trí trong cùng một khối với CPU Thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác định việc các đầu vào, đầu ra được xử lý như thế nào Bộ nhớ bao gồm các tế bào nhớ được gọi là bit, mỗi bit có hai trạng thái 0 hoặc 1 Đơn vị thông dụng của bộ nhớ là K, 1K = 1024 từ (word), 1 từ (word) có thể là 8 bit Các PLC thường có bộ nhớ từ 1K đến 64K, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của chương trình điều khiển Trong các PLC hiện đại có sử dụng một số kiểu bộ nhớ khác nhau Các kiểu bộ nhớ này có thể xếp vào hai nhóm: bộ nhớ có thể thay đổi và bộ nhớ cố định Bộ nhớ thay đổi là các bộ nhớ

có thể mất các thông tin ghi trên đó khi mất điện Nếu chương trình điều khiển chứa trong bộ nhớ có thể thay đổi mà bị mất điện đột xuất do tuột dây, mất điện nguồn thì chương trình phải được nạp lại và lưu vào bộ nhớ Bộ nhớ cố định ngược lại với bộ nhớ thay đổi là có khả năng lưu giữ thông tin ngay cả khi mất điện Các loại bộ nhớ hay sử dụng trong PLC gồm:

+ ROM (Read Only Memory)

+ RAM (Random Access Memory)

+ PROM (Programable Read Only Memory)

+ EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)

+ EAPROM (Electronically Alterable Programable Read Only Memory)

+ Bộ nhớ flash

Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh điều khiển cơ bản của PLC, không thay đổi nội dung nhớ ngay cả khi mất điện

Trong số này chỉ có bộ nhớ RAM là bộ nhớ thay đổi, các bộ nhớ khác lưu thông tin trong bộ nhớ khi mất điện Bộ nhớ RAM thường hoạt động nhanh và dễ dàng nạp chương trình điều khiển ứng dụng cũng như các dữ liệu Một số bộ nhớ RAM sử dụng pin để lưu nội dung nhớ khi mất điện Bộ nhớ RAM được sản xuất từ công nghệ CMOS nên tiêu thụ rất ít năng lượng Các PLC có thể được mở rộng thêm nên bộ nhớ cũng phải tăng thêm Chương trình điều khiển đơn giản chỉ cần dung lượng bộ nhớ bé, ngược lại các chương trình phức tạp cần bộ nhớ dung lượng lớn

Bộ nhớ động được sử dụng rộng rãi đó là bộ nhớ RAM (Random Acces Memory) Bộ nhớ RAM hoạt động nhanh, tạo ra và lưu các chương trình ứng dụng Để chống lại khả năng mất dữ liệu khi mất điện, các PLC thường sử dụng pin

Bộ nhớ tĩnh ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ không bị thay đổi dữ liệu nhớ khi tắt nguồn hoặc mất điện Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh cơ bản và các hàm toán học của PLC EEPROM (Ellectrically Erasable Programable Read Only Memory) là bộ nhớ tĩnh có khả năng xoá bằng lập trình lại EEPROM dùng để ghi chương trình ứng dụng

Người sử dụng có thể truy cập vào hai vùng nhớ của PLC là vùng nhớ chương trình và vùng nhớ dữ liệu Vùng nhớ chương trình là nơi chứa chương trình điều khiển ứng dụng, các chương trình con và các lỗi của chương trình Vùng nhớ dữ liệu lưu trữ các dữ liệu liên quan đến chương trình điều khiển như dữ liệu vào/ra; giá trị đầu, giá trị tức thời và giá trị cuối của bộ đếm lệnh hay bộ đếm thời gian; các hằng số và các biến của chương trình điều khiển Hai vùng nhớ này được gọi là bộ nhớ dành cho người sử dụng Bộ xử lý tín hiệu còn có bộ nhớ hệ thống dùng để ghi các dữ liệu trung gian trong quá trình thực hiện các phép tính, các lệnh của chương trình và phối hợp giữa chúng; quét các dữ liệu vào và gửi các dữ liệu ra mới đến module ra Bộ nhớ hệ thống

do nhà sản xuất lập trình từ khi xuất xưởng nên không thể thay đổi được và người sử dụng cũng không thể truy cập được

1.1.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC

1.1.3.1 Xử lý chương trình

Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được lưu trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ

PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình Một chu kỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau:

 Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành

 Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự từng lệnh một trong chương trình Trong khi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu

 Chụp ảnh quá trình xuất nhập

Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trăm I/O, vì thế CPU chỉ có thể

xử lý một lệnh ở một thời điểm Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ vào phải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào

Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I/O được cập nhật tới một vùng đặc biệt trong chương trình Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một

bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O Mỗi ngõ vào ra đều có một địa chỉ I/O RAM này Suốt quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I/O RAM Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình (từ Start đến End)

Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào/ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy tiêu biểu là vài ms Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 110 s

1.2 TÌM HIỂU SƠ LƯỢC VỀ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS

1.2.1 Giới thiệu phần cứng S7-1200

Sản phẩm 1200 dùng để thay thế dần cho 200 So với 200 thì

S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

- Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

- Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP

Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens

Hình 1.3 Hình ảnh PLC S7-1200 Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau…

PLC S7-1200 có các loại sau:

SIMATIC S7-1200 Mô tả sản phẩm

1211 CPU AC/DC/Rly

1211 CPU DC/DC/DC CPU 1211C

1211 CPU DC/DC/Rly

Kích thước: 90 x 100 x 75 (mm) CPU 1211C nhỏ gọn, bộ nhớ chương trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 25Kb, bộ nhớ tải 1Mb

Thời gian đáp ứng các phép toán logic là 0,1µs

Có 6 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 4 ngõ

ra số

Có thể mở rộng lên đến 3 module giao tiếp

và 1 board tín hiệu Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số 100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số 100kHz

1212 CPU AC/DC/Rly

1212 CPU DC/DC/DC

CPU

CPU 1212C

1211 CPU DC/DC/Rly

Kích thước: 90 x 100 x 75 (mm) CPU 1212C nhỏ gọn, bộ nhớ chương trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 25Kb, bộ nhớ tải 1Mb

Thời gian đáp ứng các phép toán logic là 0,1µs

Có 8 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 6

Đèn LED cho biết trạng thái

on -board I / O

Kết nối nguồn điện

Hệ thống kết nối dây (phía sau nắp PLC)

Kết nối PROFINET

ngõ ra số

Có thể mở rộng lên đến 3 module giao tiếp,

2 module tín hiệu và 1 board tín hiệu Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số 100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số 100kHz

1214 CPU AC/DC/Rly

1214 CPU DC/DC/DC CPU 1214C

1211 CPU DC/DC/Rly

Kích thước: 110 x 100 x 75 (mm) CPU 1214C nhỏ gọn, bộ nhớ chương trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 50Kb, bộ nhớ tải 2Mb

Thời gian đáp ứng các phép toán logic là 0,1µs

Có 14 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 10 ngõ ra số

Có thể mở rộng lên đến 3 module giao tiếp,

8 module tín hiệu và 1 board tín hiệu Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số 100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số 100kHz

Khả năng mở rộng của CPU

3 Board tín hiệu (SB) 4 Module tín hiệu (SM)

Hình 1.4 Các module mở rộng

Board tín hiệu của S7-1200

Board tín hiệu – một dạng module mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng tín hiệu

ít, giúp tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng số lượng tín hiệu ít Gồm các board: 1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+- 10VDC, 0-20mA), 2 cổng tín hiệu vào và 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5A

vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bên

phải của CPU Với dải rộng các loại

module tín hiệu vào/ra số và analog,

giúp linh hoạt trong sử dụng S7-1200

Tính đa dạng của các module tín hiệu

vào/ra sẽ được tiếp tục phát triển

Hình 2.6 Module mở rộng Module truyền thông

Bên cạnh tuyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 có thể mở rộng được 3 moulde truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt Tại thời điểm giới thiệu S7-200 ra thị trường đã có các module RS232 va RS485, hỗ trợ các protocol truyền thông như modbus, USS

1.2.2 Cấu trúc bộ nhớ S7-1200

Bộ điều khiển lập trình S7-1200 được chia thành 4 vùng nhớ Với 1 tụ có nhiệm

vụ duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7-1200 có tính năng động cao, đọc và ghi trong phạm vi toàn vùng loại trừ các bít nhớ đặc biệt SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc

 Vùng chương trình: là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình, vùng này thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được

 Vùng tham số: là vùng lưu giữ các tham số (từ khoá, địa chỉ trạm…), cũng

giống như vùng chương trình thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được

 Vùng dữ liệu: là vùng nhớ động được sử dụng cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính nó được truy cập theo từng bit, từng byte, vùng này được chia thành những vùng nhớ với các công dụng khác nhau

- Vùng I (Input image register): là vùng nhớ gồm 16 byte I (đọc/ghi): I.0 - I.15

- Vùng Q (Output image register): là vùng nhớ gồm 16 byte Q (đọc/ghi): Q.0- Q.15

- Vùng M (Internal memory bits): là vùng nhớ gồm có 32 byte M (đọc/ghi):

- SM200-SM549 đọc/ghi của các module mở rộng

 Vùng đối tượng: là timer (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 -T255

- Counter (bộ đếm): đọc/ghi C0 - C255

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

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

- Accumulator (thanh ghi): AC0 - AC3

- Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND)

- Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc MEND

- 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

1.3 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH

1.3.1 Các khối mã tạo nên cấu trúc chương trình

Khi tạo ra một chương trình người dùng ta chèn các lệnh của chương trình vào trong các khối mã

Khối tổ chức (OB): đáp ứng một sự kiện xác định trong CPU và có thể ngắt sự thực thi của chương trình Mặc định đối với thực thi theo chu trình của chương trình người dùng (OB1) cung cấp cấu trúc cơ bản dành cho chương trình và chỉ là khối mã được yêu cầu đối với chương trình Nếu ta bao hàm các OB khác trong chương trình, các OB này sẽ ngắt sự thực thi của OB1 Các OB khác thực hiện các hàm đặc trưng, ví

dụ như cho các tác vụ khởi động, cho việc xử lý các ngắt và lỗi, hay cho việc thực thi

mã chương trình đặc trưng tại các khoảng thời gian dừng riêng biệt

Khối chức năng (FB): là một đoạn chương trình con được thực thi khi nó được gọi từ khối mã khác (OB, FB hay FC) Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FB

và còn nhận dạng một khối dữ liệu đặc trưng mà khối dữ liệu đó lưu trữ dữ liệu cho lần gọi riêng hay cho giá trị mẫu của FB đó Việc thay đổi DB mẫu cho phép một FB chung điều khiển sự hoạt động của một tổ hợp các thiết bị Ví dụ, một FB có thể điều

khiển một vài máy bơm hay van, với các DB mẫu chứa các thông số vận hành riêng biệt của mỗi máy bơm hay van

Mã chức năng (FC): là một chương trình con mà được thực thi khi nó được gọi

từ một khối mã khác (OB, FB hay FC) FC không có một DB mẫu có liên quan Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FC Các giá trị ngõ ra từ FC phải được ghi đến một địa chỉ nhớ hay đến một DB toàn cục

Khối DB (Data Block): khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số của khối do người sử dụng đặt Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm

ký tự DB Chẳng hạn như DB1, DB2

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối và chuyển khối Các chương trình con được phép gọi lồng nhau, tức là một chương trình con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi một chương trình con thứ 3

1.3.2 Các kiểu cấu trúc chương trình

Dựa trên các yêu cầu của ứng dụng, ta có thể chọn cấu trúc thẳng còn gọi là lập trình tuyến tính hay cấu trúc kiểu khối kết cấu để tạo ra chương trình

Chương trình thẳng thực thi tất cả các lệnh của tác vụ về tự động theo tuần tự, lệnh này theo sau lệnh kia Thông thường, chương trình thẳng đặt tất cả các lệnh chương trình vào trong OB dành cho việc thực thi theo chu trình của chương trình (OB1) Loại cấu trúc thẳng chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ, ít phức tạp

Chương trình khối kết cấu sẽ gọi các khối mã đặc trưng mà khối mã đó thực hiện các tác vụ riêng biệt Để tạo ra một cấu trúc theo khối kết cấu, ta chia tác vụ thành nhiều tác vụ phụ nhỏ hơn phù hợp với các chức năng về mặt kỹ thuật của tiến trình Mỗi khối mã cung cấp đoạn chương trình cho mỗi tác vụ phụ Ta cấu trúc chương trình bằng cách gọi một trong số các khối mã từ một khối khác Loại lập trình cấu trúc

có thể giúp ta giải quyết những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp dễ dàng hơn

Cấu trúc thẳng Cấu trúc khối kết cấu

Hình 1.7 Các kiểu cấu trúc chương trình 1.3.3 Các khối OB đặc biệt

1) OB10 (Time of Day Interrupt): chương trình trong khối OB10 sẽ được thực hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian

đã được quy định Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phần mềm STEP 7

2) OB20 (Time Relay Interrupt): chương trình trong khối OB20 sẽ được thực hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32

để đặt thời gian trễ

3) OB35 (Cyclic Interrupt): chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách đều nhau một khoảng thời gian cố định Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms, nhưng ta có thể thay đổi nhờ phần mềm STEP 7

4) OB40 (Hardware Interrupt): chương trình trong khối OB40 sẽ được thực hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các cổng onboard đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM

5) OB80 (Cycle Time Fault): chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi thời gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định hoặc khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thúc ở lần gọi trước Thời gian quét mặc định là 150 ms

6) OB81 (Power Supply Fault): chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi

7) OB82 (Diagnostic Interrupt): chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện khi có sự cố từ các module mở rộng vào/ra Các module này phải là các module

có khả năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities)

8) OB87 (Communication Fault): chương trình trong khối OB87 sẽ được thực hiện khi có xuất hiện lỗi trong truyền thông

9) OB100 (Start Up Information): chương trình trong khối OB100 sẽ được thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN

10) OB101 (Cold Start Up Information-chỉ với S7-400): chương trình trong khối OB101 sẽ được thực hiện một lần khi công tắc nguồn chuyển từ trạng thái OFF sang ON

11) OB121 (Synchronous Error): chương trình trong khối OB121 sẽ được thực hiện khi CPU phát hiện thấy FC, FB không có trong bộ nhớ

12) OB122 (Synchronous Error): chương trình trong khối OB122 sẽ được thực hiện khi có lỗi truy nhập module trong chương trình

1.3.4 Các chế độ hoạt động của CPU

CPU có 3 chế độ hoạt động: chế độ STOP, chế độ STARTUP và chế độ RUN Các LED trạng thái trên mặt trước của CPU biểu thị chế độ hiện thời của sự vận hành

- Trong chế độ STOP, CPU không thực thi chương trình nào, và ta có thể tải xuống một đề án

- Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) được thực thi một lần Các sự kiện ngắt không được xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN

- Trong chế độ RUN, chu kỳ quét được thực thi một cách lặp lại Các sự kiện ngắt có thể xuất hiện và được thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong pha chu kỳ chương trình

- Ta không thể tải xuống một đề án trong khi đang ở chế độ RUN

CPU có hỗ trợ việc khởi động lại khi đang hoạt động (khởi động “nóng”) để đi vào chế độ RUN Khởi động lại nóng không bao gồm sự đặt lại bộ nhớ Tất cả các hệ thống không có khả năng giữ và dữ liệu người dùng đều được khởi chạy tại một sự khởi động lại nóng Dữ liệu người dùng có khả năng giữ vẫn được giữ nguyên

Một bộ nhớ đặt lại sẽ xóa tất cả các bộ nhớ làm việc, xóa các vùng nhớ có khả năng giữ và không có khả năng giữ, và sao chép bộ nhớ nạp đến bộ nhớ làm việc Một

sự đặt lại bộ nhớ không xóa đi bộ đệm chuẩn đoán hay các giá trị được lưu vĩnh viễn của địa chỉ IP

Ta có thể chỉ định chế độ bật nguồn của CPU hoàn thành với phương pháp khởi động lại bằng cách sử dụng phần mềm lập trình Biểu tượng cấu hình này xuất hiện

trong mục Device Configuration đối với CPU đang trong khởi động Khi nguồn được

bật, CPU thực hiện một tuần tự các kiểm tra chuẩn đoán bật nguồn và khởi chạy hệ thống CPU sau đó sẽ đi vào chế độ bật nguồn tương ứng Tất nhiên các lỗi được phát hiện sẽ ngăn không cho CPU đi vào chế độ RUN CPU hỗ trợ các chế độ bật nguồn sau đây:

 Chế độ STOP

 Chuyển sang chế độ RUN sau một sự khởi động lại nóng

 Chuyển sang chế độ trước đó sau một sự khởi động lại nóng

Trong chế độ RUN, CPU thực hiện các tác vụ được thể hiện như trong hình sau đây:

Hình 1.8 Chế độ hoạt động của CPU STARTUP

- A: Xóa vùng nhớ I

- B: Khởi chạy các ngõ ra cả với giá trị cuối cùng hay giá trị thay thế

- C: Thực thi các OB khởi động

- D: Sao chép trạng thái của các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I

- E: Lưu trữ bất kỳ các sự kiện ngắt nào vào trong thứ tự để xử lý trong chế độ RUN

- F: Kích hoạt việc ghi vùng nhớ Q đến các ngõ ra vật lý

RUN

- Ghi bộ nhớ Q đến các ngõ ra vật lý

- Sao chép trạng thái các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I

- Thực thi các OB chu kỳ chương trình

- Thực hiện các chuẩn đoán tự kiểm tra

- Xử lý các ngắt và truyền thông trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ quét

1.3.5 Bảo vệ bằng mật khẩu cho CPU S7-1200

1.3.5.1 Cách thiết lập mật khẩu

CPU cung cấp 3 cấp độ bảo mật để hạn chế sự truy cập đến một số chức năng riêng biệt Khi cấu hình cấp độ bảo mật và mật khẩu cho một CPU, ta giới hạn các chức năng và các vùng nhớ mà có thể truy cập không cần nhập vào mật khẩu

Hình 1.9 Các chế độ thiết lập mật khẩu

Để cấu hình mật khẩu ta làm theo các bước sau đây:

1 Trong mục “Device configuration”, lựa chọn CPU

2 Trong cửa sổ kiểm tra, lựa chọn thẻ “Properties”

3 Lựa chọn thuộc tính “Protection” để chọn cấp độ bảo vệ và để nhập vào mật khẩu

Điều kiện mặc định cho CPU là phải không có sự hạn chế nào và không có một

sự bảo vệ bằng mật khẩu nào thì ta mới có thể thiết lập mật khẩu

Sự bảo vệ bằng mật khẩu không áp dụng đến sự thực thi của tập lệnh chương trình người dùng bao gồm các hàm truyền thông

Việc thiết lập mật khẩu chỉ để hạn chế việc truy xuất đến một CPU và một số các chức năng của chương trình Truyền thông PLC đến PLC (sử dụng tập lệnh truyền thông trong các khối mã) sẽ không bị hạn chế bởi cấp độ bảo mật trong CPU Chức năng HMI cũng không bị hạn chế

Bảng 1.1 Các cấp độ bảo mật Cấp độ bảo mật Những sự hạn chế truy cập

No protection Cho phép truy hoàn toàn các chức năng vì không có mật khẩu bảo

vệ

Write protection Cho phép đọc, truy cập vào CPU, truy cập HMI và PLC-to-PLC mà

không cần nhập mật khẩu bảo vệ

Mật khẩu sẽ ngăn chặc việc sửa đổi (chương trình) CPU và việc thay đổi chế độ CPU (RUN / STOP)

Ta phải lấy thẻ chuyển trống ra trước khi thiết lập CPU sang chế độ RUN

1.4 TÌM HIỂU TẬP LỆNH PLC S7-1200 CỦA SIEMENS

1.4.1 Các lệnh cơ bản

1.4.1.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)

- Tiếp điểm thường hở

- Tiếp điểm thường đóng

Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ

Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ

- Lệnh set nhiều bit

L

A

D

Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên

là OUT sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái Trong đó số bit là giá trị của n

Toán hạng OUT: Q, M, L, D n: là hằng số

- Lệnh reset nhiều bit

L

A

D

Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên

là OUT sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái Trong đó số bit là giá trị của n

Toán hạng OUT: Q, M, L, D n: là hằng số

- Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 1

L

A

D

Tiếp điểm phát hiện cạnh lên sẽ phát

ra một xung khi đầu vào tiếp điểm P

có sự chuyển đổi từ mức thấp lên mức cao

Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào “M_BIT”

Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét

- Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 2

- Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 1

Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào “M_BIT”

Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét

- Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 2

1.4.1.2 Sử dụng bộ Timer

Sử dụng lệnh Timer để tạo một chương trình trễ định thời Số lượng của Timer phụ thuộc vào người sử dụng và số lượng vùng nhớ của CPU Mỗi timer sử dụng 16 byte IEC_Timer dữ liệu kiểu cấu trúc DB Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy khối Timer

Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu Dint: T#-14d_20h_31m_23s_648 ms - T#24d_20h_31m_23s_647 ms hay là 2.147.483.648

Khi đầu vào IN được tác động vào timer

sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằng thời gian đặt PT

- Timer trễ sườn lên có nhớ - Timer TONR

Khi ngõ vào IN chuyển sang

“FALSE” khi vận hành thì timer sẽ dừng nhưng không đặt lại bộ định thì Khi chân IN “TRUE” trở lại thì Timer bắt đầu tính thời gian từ giá trị thời gian đã tích lũy

- Timer trễ không nhớ - TON

L

A

D

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer

Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì

- Timer trễ sườn xuống – TOF

L

A

D

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer

Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì

1.4.1.3 Sử dụng bộ Counter

Lệnh Counter được dùng để đếm các sự kiện ở ngoài hay các sự kiện quá trình

ở trong PLC Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu trữ của khối dữ liệu DB để làm dữ liệu của Counter Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy lệnh

Tầm giá trị đếm phụ thuộc vào kiểu dữ liệu mà bạn chọn lựa Nếu giá trị đếm là một số Interger không dấu, có thể đếm xuống tới 0 hoặc đếm lên tới tầm giới hạn Nếu giá trị đếm là một số interger có dấu, có thể đếm tới giá trị âm giới hạn hoặc đếm lên tới một số dương giới hạn

- Counter đếm lên - CTU