giáo trình PLC S7-300

- 1 - VÕ ANH HUY PHẦN I I- Giới Thiệu Bộ Điều Khiển Lập Trình PLC Siemens 1.1 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình PLC siemens 1.1.1 Qui Tắc Thực Hiện Chương Trình Của PLC S7-300 Trong tất cả các khối chương trình thì chỉ có duy nhất một khối OB1 thực hiện trực tiếp theo vòng quét. Nó được hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với khoảng thời gian không cách đều nhau (phụ thuộc vào độ dài chương trình). Các khối OB khác không tham gia trực tiếp vào vòng quét mà được gọi bằng những tín hiệu báo ngắt. Hình 1: Sơ đồ biểu diễn quá trình thực hiện chương trình của PLC S7-300 Hình 2: Quá trình thực hiện chương trình của PLC S7-300 1.1 2 CHU KỲ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC OB1 thực hiện theo vòng quét OB100 start up cycle OB82: Module chẩn đoán lỗi INPUT SCAN START PROGRAM SCAN OUTPUT SCAN COMMUNICATION HOUSEKEEPING - 2 - VÕ ANH HUY 1.1.3 CẤU TRÚC PLC Hình 3: Sơ đồ cấu trúc một PLC • Chương trình khởi động Hệ điều hành của CPU S7-300 cung cấp khối OB100 cho phép ta thực hiệc các công việc khởi động cho chương trình điều khiển. Khi chuyển CPU từ chế độ Stop sang chế độ Run, hệ điều hành bao giờ cũng gọi và thực hiện chương trình trong khối OB100 trước, sau đó mới thực sự bắt đầu vòng quét với việc gọi khối OB1 C Isolation Barrier Isolation Barrier Central Processor MEMOR Y program data Low Voltage AC Power Supply 85-264 VAC, 50/60Hz Output DC Power Supply or Communications Port Input - 3 - VÕ ANH HUY Hình 4: Lưu đồ khởi động của PLC S7 CPU chuyển từ chế độ Stop sang Run OB100 Đọc các ngõ vào số vào bộ đệm vào số OB1 Chuyển bộ đệm ra số tới các ngõ ra số Kiểm tra lỗi và truyền thông - 4 - VÕ ANH HUY 1.2 Module Input /Output của PLC (trên các thiết bò phần cứng) (sensor, contactor v.v…) 1.3 CPU CPU Module mở rộng - 5 - VÕ ANH HUY 1.4 TỔ CHỨC VÙNG NHỚ CỦA CPU Bộ nhớ CPU của PLC bao gồm các vùng nhớ sau: - Vùng nhớ chứa các thanh ghi. - Vùng System Memory. - Vùng Load Memory. - Vùng Work Memory. Kích thước các vùng nhớ này phụ thuộc vào từng loại module CPU. A. Vùng nhớ chứa các thanh ghi Vùng này chứa các thanh ghi sau: thanh ghi tích lũy (ACCU1, ACCU2), thanh ghi đòa chỉ (AR1, AR2), thanh ghi chỉ số khối dữ liệu (DB, DI), thanh ghi trạng thái (Status Word). B. Vùng Load Memory Là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng, bao gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng: OB, FC, FB, SFC, SFB và các khối dữ liệu DB. Vùng nhớ này được tạo bởi một phần bộ nhớ RAM của CPU và EEPROM (nếu có). C. Vùng Work Memory Là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các - 6 - VÕ ANH HUY khối chương trình này trao đổi tham trò với hệ điều hành và với các khối chương trình khác. Tại một thời điểm, vùng này chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xóa nó khỏi Work Memory và nạp vào đó khối chương trình kế tiếp được thực hiện. D. Vùng System Memory Là vùng chứa các bộ đệm vào ra số, các biến cờ, thanh ghi T-Word, T-bit của Timer, thanh ghi C-Word, PV, C-bit của counter. Việc truy cập vùng nhớ này được phân chia bởi hệ điều hành hay chương trình ứng dụng. Các module của PLC S7-300 Để tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế, các bộ PLC được thiết kế không cứng hóa về cấu hình, chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít là tuỳ thuộc vào từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng có một module chính là module CPU. Các module còn lại là những module truyền/nhận tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ, chúng được gọi chung là các module mở rộng. Module CPU: Là loại module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ đònh thời, bộ đếm, cổng truyền thông,… và có thể có một vài cổng vào/ra (các cổng vào ra onboard). Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý chứa trong nó như CPU312, CPU313, CPU314, CPU315, Các module chuyên dùng Module mở rộng: Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính: 1. Module nguồn nuôi (PS: Power Supply): được sử dụng để biến đổi điện áp 220V thành 24V để cung cấp cho các module khác. Hiện nay có 3 loại module PS: 2A, 5A và 10A. 2. Module ghép nối (IM: Interface Module): đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi - 7 - VÕ ANH HUY một CPU. 3. Module chức năng (FM: Function Module): là loại module chức năng điều khiển riêng như: module điều khiển động cơ, module PID, module điều khiển vòng kín,… 4. Module truyền thông (CP: Communication Module): phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. Một trạm PLC là một hoặc nhiều module CPU ghép nối cùng với các module mở rộng khác (như module DI, DO, AI, AO, FM, CP,…) trên những giá đỡ (thanh rack). Trong đó việc truy nhập của module CPU vào các module mở rộng được thực hiện thông qua đòa chỉ của chúng. Một module CPU có khả năng quản lý được 4 thanh rack với tối đa là 8 module mở rộng trên mỗi thanh. Module số a. Module tín hiệu (SM: Signal Module): bao gồm: b. Module mở rộng các cổng vào số (DI: Digital Input): Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy loại module. c. Module mở rộng các cổng ra số (DO: Digital Output): Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy loại module. d. Module mở rộng các cổng vào/ra số (DI/DO: Digital Input/Digital Output): Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy loại module. Module .A/D e. Module mở rộng các cổng vào tương tự (AI: Analog Input): chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bit (AD). Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy loại module. Module D/A f. Module mở rộng các cổng ra tương tự (AO: Analog Output): chúng chính là những bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4 tùy loại module. g. Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự (AI/AO: Analog Input/Analog Output): số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy từng loại module. - 8 - VÕ ANH HUY QUI TẮC XÁC ĐỊNH ĐỊA CHỈ CÁC MODULE MỞ RỘNG Qui tắc xác đònh đòa chỉ các module số Qui tắc xác đònh đòa chỉ các module tương tự TRAO ĐỔI DỮ LIỆU GIỮA CPU VÀ CÁC MODULE MỞ RỘNG - 9 - VÕ ANH HUY Trong một trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng thông qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào các module số (DI) được CPU chuyển đến bộ đệm vào số. Cuối mỗi vòng quét, nội dung của bộ đệm ra số lại được CPU chuyển tới các module ra số (DO). Sự thay đổi nội dung của hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng. Sự truy nhập cổng vào/ra tương tự được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Nguyên nhân là do đặc thù về tồ chức bộ nhớ và phân chia đòa chỉ của S7-300, tức là chỉ có các module số mới có bộ đệm còn các module tương tự thì không (chúng chỉ được cung cấp đòa chỉ để truy cập). Hình 5: Truyền thông giữa máy tính, PLC và cơ cấu chấp hành - 10 - VÕ ANH HUY II- Mạng Truyền Thông Bus 2.1 MPI Các loại mạng mà hãng Siemens hỗ trợ (dùng cho các PLC Siemens)  MPI (M ultipoint Interface): mạng MPI được dùng ở mức độ “field” và “cell” với số lượng ít. MPI là giao diện nhiều điểm trong hệ thống SIMATIC S7/M7 và C7. Mạng MPI dùng cho những mạng với số lượng nhỏ CPU và trao đổi dữ liệu ít. Hình 6: Sơ đồ kết nối mạng MPI 2.2 PROFILBUS–DP: CPU 315-2DP, CPU 313C–2DP, CPU 314C-2DP  PROFIBUS (PROcess Field BUS): là mạng dùng ở mức độ “cell” và “field” trong hệ thống truyền thông SIMATIC. Có hai loại PROFIBUS: o PROFIBUS DP: truyền thông tốc độ cao với khối lượng dữ liệu nhỏ. PROFIBUS (cell level): truyền được khối lượng dữ liệu lớn [...]... THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC SIEMENS 3.1 Phần Mềm Simatic S7 –300 Phần mềm SIMATIC Manager Phần mềm STEP 7 STEP 7 là phần mềm hỗ trợ: Khai báo cấu hình phần cứng cho một trạm PLC thuộc họ SIMATIC S7-300/ 400 Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/ 400 cũng như thủ tục truyền thông giữa chúng Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hay nhiều trạm Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển... phần mềm trợ giúp đến các phần mềm cài đặt cấu hình, chế độ làm việc của STEP 7 … - 28 - VÕ ANH HUY Ngôn ngữ lập trình PLC S7-300 có dạng ba ngôn ngữ lập trình cơ bản: Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu STL (Statement List) Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất đònh, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung... điều khiển, giám sát một hay nhiều trạm PLC Theo khái niệm như vậy, trong một Project sẽ có: a) Bảng cấu hình phần cứng về tất cả các module của từng trạm PLC b) Bảng tham số xác đònh chế độ làm việc cho từng module của mỗi trạm PLC c) Các khối logic (logic block) chứa chương trình ứng dụng của từng trạm PLC d) Cấu hình ghép nối và truyền thông giữa các trạm PLC e) Các màn hình giao tiếp phục vụ việc... dụng Để khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC với SIMATIC S7-300 ta làm như sau: chọn Insert→Station→Simatic 300 Station Khai báo một trạm PLC S7-300 Trường hợp không muốn khai báo cấu hình cứng mà đi ngay vào chương trình ứng dụng ta có thể chọn thẳng Insert→Program→S7 Program Động tác này sẽ hữu ích cho những trường hợp Project này được dùng cho nhiều trạm PLC có cầu hình khác nhau Chú ý: trong trường... có thể cài đặt bản quyền trong quá trình cài đặt hay sau khi cài đặt phần mềm xong thì chạy chương trình đăng ký AuthorsW.exe có trên đóa CD cài đặt (Chú ý sau khi cài đặt file bản quyền thì file đó đã chuyển từ đóa mềm sang đóa cứng và giữ đóa mềm này cẩn thận) Khai báo thiết bò ghi EPROM: chương trình STEP 7 có khả năng ghi chương trình ứng dụng lên thẻ EPROM cho PLC Nếu bạn có thiết bò ghi EPROM... chọn loại moodule nguồn (Powersupply) cho PLC vào “Rack 1” - 35 Step_4: Chọn loại CPU cho “Rack 2” Step_5: Chọn loại nối kết trong quá trình làm việc của PLC VÕ ANH HUY - 36 - VÕ ANH HUY Step_6: Chọn tốc độ truyền hay tốc độ sử dụng của cấu hình truyền thông → OK 4.6 Soạn thảo chương trình cho các khối logic Sau khi khai báo xong cấu hình cứng cho một trạm PLC và quay trở về cửa sổ chính cho STEP 7... files, Blocks và tất nhiên ta có thể đổi tên các thư mục đó Các thư mục con của trạm PLC Tất cả các khối logic(OB, FC, FB, DB) chứa chương trình ứng dụng sẽ nằm trong thư mục Block Mặc đònh trong thư mục này có sẵn khối OB1 Chú ý: Chương trình chính phải chứa trong khối OB1, vì PLC gần như chỉ thực thi các chương trình có trong khối OB1trừ một số trường hợp xử lý ngắt ... 3.2Phần mềm mô phỏng SIMATIC WINCC Giao diện wincc giám sát hoạt động trong quá trình sản xuất VÕ ANH HUY - 15 - VÕ ANH HUY Màn hình lập trình OP-4T(hệ HMI) 3.3 Máy tính PC/PG 3.4 PC Cable –RS232, RS485 Giao diện lập trình - 16 - IV-Giới thiệu Phần Mềm SIMATIC S7- 300 4.1 Cài đặt phần mềm SIMATIC –S7 Step-1: Chọn ngôn ngữ lập trình, → Next VÕ ANH HUY - 17 - Step-2: Chọn các thành phần cần cài đặt, → Step-3:... hiện chương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối chương trình Ngoài ra STEP 7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp “ONLINE” rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của người sử dụng về cách sử dụng STEP 7, về cú pháp lệnh trong lập trình, về xây dựng cấu hình phần cứng của một trạm cũng như một mạng gồm nhiều trạm PLC - 14 3.2Phần mềm mô phỏng SIMATIC WINCC... vào phần chương trình ứng dụng Nhưng kinh nghiệm cho thấy công việc này nên làm, vì khi bật nguồn cho PLC hoạt động, hệ điều hành của S7-300 sẽ kểm tra các module hiện có trong trạm và so sánh với cấu hình mà ta xây dựng trong Project, nếu phát hiện thấy sự - 32 - VÕ ANH HUY không đồng nhất sẽ phát ngay tín hiệu báo lỗi hoặc thiếu module chứ không cần phải đợi tới khi thực hiện chương trình ứng dụng . Bộ Điều Khiển Lập Trình PLC Siemens 1.1 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình PLC siemens 1.1.1 Qui Tắc Thực Hiện Chương Trình Của PLC S7-300 Trong tất cả các khối chương trình thì chỉ có duy. dài chương trình) . Các khối OB khác không tham gia trực tiếp vào vòng quét mà được gọi bằng những tín hiệu báo ngắt. Hình 1: Sơ đồ biểu diễn quá trình thực hiện chương trình của PLC S7-300 . trình thực hiện chương trình của PLC S7-300 Hình 2: Quá trình thực hiện chương trình của PLC S7-300 1.1 2 CHU KỲ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC OB1 thực hiện theo vòng quét