Đồ án chuông điện trong trường học sử dụng S7 200

LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển, ngành tự động hóa đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Tự động hóa không những làm giảm nhẹ sức lao động cho con ngƣời mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm. Chính vì thế tự động hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Không chỉ dừng lại ở đó, sự phát triển của tự động hóa còn đem lại nhiều tiện ích phục vụ đời sống hàng ngày cho con người. Một minh chứng rõ nét chính là sự ra đời của chuông báo tự động với nhiều tiện ích hơn, đa năng hơn. Để phục vụ tốt hơn nữa đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay, vẫn luôn đòi hỏi cải tiến hơn nữa công nghệ cùng những tính năng tiện ích cho chuông tự động báo. Việc ứng dụng thành công các thành tựu của lý thuyết điều khiển tối ưu, công nghệ thông tin, công nghệ máy tính, công nghệ điện điện tử và các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác trong những năm gần đây đã dẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều khiển logic có khả năng lập trình ( PLC ). Cũng từ đây đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển. Ngày nay ai cũng biết rõ rằng công nghệ PLC đóng vai trò quan trọng trong năng lượng cơ và làm bộ não cho các bộ phận cần tự động hoá và cơ giới hoá. Do đó điều khiển logic khả lập trình ( PLC ) rất cần thiết đối với các kỹ sư cơ khí cũng như các kỹ sư điện , điện tử, từ đó giúp họ nắm được phạm vi ứng dụng rộng rãi và kiến thức về PLC cũng như cách sử dụng thông thường. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em được giao nhiệm vụ và nghiên cứu với đề tài: "Lập trình thiết kế hệ thống chuông báo tại trường học" . Đây là một đề tài không hoàn toàn là mới nhưng nó rất phù hợp với 1 thực tế ở các trường trung cấp, cao đẳng và đại học hiện nay, càng đi sâu nghiên cứu càng thấy nó hấp dẫn và thấy được vai trò của nó trong việc điều khiển tự động. Xác định rõ nhiệm vụ của mình em đã cố gắng hết sức, tập trung tìm hiểu. Kết quả thu được chƣa nhiều do còn bị hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh nghiệm nhưng nó giúp em có thêm kiến thức mới để sau khi ra trường có nền tảng tiếp cận được với công nghệ mới. Trong quá trình làm đồ án do trình độ hiểu biết của em có hạn, nên nội dung đồ án không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo góp ý của các thầy cô cũng như mọi người quan tâm đến vấn đề này. Qua bài đồ án này cho em xin đuợc bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới cô giáo Bùi Thị Khánh Hòa, người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chỉ bảo cho em, cùng toàn thể các thầy cô giáo trong khoa và nhà trường đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em để hôm nay em hoàn thành đồ án một cách đầy đủ. 2 CHƯƠNG 1 : Tổng quan về PLC 1.1. Cấu trúc phần cứng PLC-S7-200 là loại thiết bị điều khiển lập trình, loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc dạng môđun mở rộng. Các môđun này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214. Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp. - CPU 212: Có 8 cổng vào và 6 cổng ra, có khả năng mở rộng thêm 2 môđun mở rộng. - CPU 214: Có 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng mở rộng thêm 7 môđun mở rộng. - S7-200 có nhiều loại môđun mở rộng khác nhau. CPU-212 bao gồm: - 512 từ đơn (Word) =1 Kbyte, để lưu chương trình thuộc miền nhớ đọc/ghi được, không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM-Vùng nhớ Non- Valatile. - 512 từ đơn (Word) =1 Kbyte dùng để lưu dữ liệu, có 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc vùng nhớ Non-Valatile. - 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic. - Có thể ghép thêm 2 modul để mở rộng tổng số cổng vào/ra, bao gồm cả modul tương tự. - Tổng số cổng Logic vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. - Có 64 bộ timer, trong đó có: + 2 bộ timer có độ phân giải 1ms. + 8 bộ timer có độ phân giải 10 ms. + 54 bộ timer có độ phân giải 100 ms. - Có 64 bộ counter, trong đó có hai loại counter: + Loại chỉ đếm tiến. + Loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi. 3 - Có 368 bit nhớ đăc biệt sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt các chế độ làm việc. - Có các chế độ ngắt vá xử lý tín hiệu ngắt khác nhau: Ngắt truyền thông; ngắt theo sườn lên hay sườn xuống; ngắt theo thời gian và ngắt theo bộ đếm tốc độ cao(2khz). - Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong 50 giờ khi CPU mất nguồn nuôi. CPU-214 bao gồm: - 2048 từ đơn (Word) =4 Kbyte, để lưu chương trình thuộc miền nhớ đọc/ghi được, không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM - Vùng nhớ Non- Valatile. - 2048 từ đơn (Word) =4 Kbyte, Có 15 từ nhớ đọc/ghi thuộc vùng nhớ Non- Valatile. - 14 cổng vào logic và 10 cổng ra logic. - Có thể ghép thêm 7 modul để mở rộng tổng số cổng vào/ra, bao gồm cả modul tương tự. - Tổng số cổng Logic vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. - Có 128 bộ timer, trong đó có: + 4 bộ timer có độ phân giải 1ms. + 16 bộ timer có độ phân giải 10 ms. + 108 bộ timer có độ phân giải 100 ms. - Có 128 bộ counter, trong đó có hai loại counter: + Loại chỉ đếm tiến . + Loại vừa đếm tiến vừa đếm lùi. - Có 688 bit nhớ đặc biệt sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt các chế độ làm việc. - Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau: Ngắt truyền thông; ngắt theo sườn lên hay sườn xuống; ngắt theo thời gian và ngắt theo bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. - 3 Bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2 KHz và 7 KHz. - 2 Bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM. 4 - 2 B iu chnh tng t. - B nh khụng b mt d liu trong 190 gi khi CPU mt ngun nuụi. 1.1.1.Cu trỳc b nh B nh ca S7-200 c chia lm 4 vựng vi 1 t cú nhim v duy trỡ d liu trong mt tri gian nht nh khi mt ngun. B nh S7-200 cú tớnh nng ng cao, c v ghi c trong ton vựng, loi tr phn cỏc bit nh c bit c ký hiu bi SM (Special Memory bits) ch cú th truy cp c. -Vựng chng trỡnh: l min b nh dựng lu gi cỏc lnh trong chng trỡnh. Vựng ny thuc vựng nh c/ghi c (Vựng Non-Valatile). -Vựng tham s: l min lu gi cỏc thụng s nh: t khúa, a ch,Vựng ny thuc vựng Non-Valatile. - Vựng d liu: c s dng ct cỏc d liu ca chng trỡnh bao gm cỏc phộp tớnh, hng s c nh ngha trong chng trỡnh, b m truyn thụng. Tu Chổồng trỗnh Chổồng trỗnh Chổồng trỗnh Tham sọỳ Dổợ lióỷu Tham sọỳ Dổợ lióỷu Tham sọỳ Dổợ lióỷu Vuỡng õọỳi tổồỹng EEPROM Mióửn nhồù ngoaỡi Bọỹ nhồù trong vaỡ ngoaỡi cuớa S7-200 - Vựng i tng: Timer, b m, b m tc cao v cỏc cng vo/ra tng t c t trong vựng nh cui cựng. Vựng ny khụng thuc kiu non volatile nhng c/ghi c. 1.1.2.Cỏc tp lnh a. Cỏc lnh iu khin Timer Timer l b to thi gian tr gia tớn hiu vo v tớn hiu ra nờn trong iu khin vn thng gi l khõu tr. Nu ký hiu tớn hiu (logic) vo l x (t) v 5 thời gian trễ được tạo ra bằng Timer là r thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ là x (t-r). S7-200 có 128 Timer (CPU-214) được chia làm 2 loại khác nhau, đó là: * Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (Timer on delay), ký hiệu là TON. * Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Timer on delay retentive), ký hiệu là TONR. Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản ứng của nó đối với trạng thái tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1, được gọi là thời điểm Timer được kích, và không tính khoảng thời gian khi đầu vào có giá trị logic 0 vào thời gian trễ tín hiệu được đặt trước. Khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, TON tự động reset còn TONR thì không tự reset. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phân giải 1ms, 10 ms, 100 ms. Thời gian trễ r được tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer. Ví dụ một bộ Timer có độ phân giải bằng 10 ms và giá trị đặt trước 10 ms thì thời gian trễ sẽ là r = 500 ms Timer của S7-200 có những tính chất cơ bản sau: Các bộ Timer được điều khiển bởi một cổng vào và giá trị đếm tức thời. Giá trị đếm tức thời của Timer được nhớ trong thanh ghi 2 byte (gọi là T-word) của Timer, xác định khoảng thời gian trễ kể từ khi Timer được kích. Giá trị đặt trước của các bộ Timer được ký hiệu trong LAD và STL là PT. Giá trị đếm tức thời của thanh ghi T-word thường xuyên được so sánh với giá trị đặt trước của Timer. Mỗi bộ Timer, ngoài thanh ghi 02 byte T-word lưu giá trị đếm tức thời, còn có 1 bít, ký hiệu bằng T-bít, chỉ trạnh thái logic đầu ra. Giá trị logic của bít này phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời với giá trị đặt trước. 6 Trong khoảng thời gian tín hiệu x (t) có giá trị logic 1, giá trị đếm tức thời trong T-word luôn được cập nhật và thay đổi tăng dần cho đến khi nó đạt giá trị cực đại. Khi giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước, T-bít có giá trị logic 1. Các loại Timer của S7-200 (đối với CPU 214) chia theo TON, TONR và độ phân giải bao gồm: Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong LAD như sau: Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU 214 TON 1 ms 32,767s T32, T96 10 ms 327,67s T33÷T36; T97÷ T100 100 ms 3276,7s T37÷T63; T101÷ T127 TONR 1 ms 32,767s T0 , T64 10 ms 327,67s T1÷T4; T65÷T68 100 ms 3276,7s T5÷T31; T69÷T95 7 Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong STL như sau: TON, TONR : Khai báo sử dụng Timer của S7-200, lệnh khai báo sử dụng Timer là lệnh có điều kiện. Tại thời điểm khai báo tín hiệu đầu vào có giá trị logic bằng giá trị logic của bít đầu tiên trong ngăn xếp. STL Mô tả Toán hạng TON Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TON để tạo thời gian trễ tính từ khi bit đầu tiên Txx: 32 ÷63 LAD Mô tả Toán hạng Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TON để tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T-bít có giá trị logic bằng 1. Có thể reset Timer kiểu TON bằng lệnh R hoặc bằng giá trị logic 0 tại đầu vào IN 1 ms T32 ; T96 10 ms T33÷T36; T97÷ 100 100 ms T37÷T63; T101÷ T127 Txx : 32÷63 96÷127 PT : VW, T, C, IW,QW, MW, SMW,AC, AIW, VD,*AC, Hằng số. Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TONR để tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T-bít có giá trị logic bằng 1. Chỉ có thể reset kiểu TONR bằng lệnh R cho T-bít 1 ms T0 ; T64 10 ms T1 ÷ T4 ; T65 ÷ T68 100 ms T5 ÷ T31; T69 ÷ T95 Txx : 0 ÷31 64÷95 PT: VW, T, C, IW,QW, AIW, SMW, AC, AIW, VD, *AC, Hằng số. 8 TON Txx IN PT TONR _Txx IN PT Txx n trong ngăn xếp có giá trị logic 1. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước n thì T-bít có giá trị logic bằng 1. Có thể reset Timer kiểu TON bằng lệnh R hoặc bằng giá trị logic 0 tại đầu vào. 1 ms T96 10 ms T97÷T100 T97 ÷T100 100 ms T101÷T127 T101 ÷T127 96÷127 n (word) : VW, T, C, IW,QW, MW, SMW,AC, AIW, VD,*AC, Hằng số TONR Txx n Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TONR để tạo thời gian trễ tính từ khi bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị logic 1. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước n thì T-bit có giá trị logic bằng 1. Chỉ có thể reset Timer kiểu TONR bằng lệnh R cho T-bit 1 ms T64 10 ms T65÷T68 T65 ÷T68 100 ms T69÷T95 T69 ÷T95 Txx : 0 ÷31 64 ÷95 n (word) : VW, T, C, IW,QW, AIW, SMW,AC, AIW, VD,*AC, Hằng số Khi sử dụng Timer kiểu TONR, giá trị đếm tức thời được lưu lại và không bị thay đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào có logic 0. Giá trị của T-bít không được nhớ mà hoàn toàn phụ thuộc vào kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời và giá trị đặt trước. Các Timer được đánh số từ 0 đến 127 (đối với CPU 214). Một Timer được đặt tên là Txx, trong đó xx là số hiệu của Timer. Txx đồng thời cũng là địa chỉ hình thức của T-word và T-bít vẫn được phân biệt với nhau nhờ kiểu 9 lệnh sử dụng với Txx. Khi dùng lệnh làm việc với từ, Txx được hiểu là địa chỉ của T-word, ngược lại khi sử dụng lệnh làm việc với tiếp điểm, Txx được hiểu là địa chỉ của T-bít. Một Timer đang làm việc có thể được đưa lại về trạng thái khởi động ban đầu. Công việc đưa một Timer về trạng thái ban đầu được gọi là reset Timer đó. Khi reset một bộ Timer, T-word và T-bít của nó đồng thời được xóa và có giá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng có trạng thái logic bằng 0. Có thể reset bất cứ bộ Timer của S7-200 bằng lệnh R (reset). Điều đó nói rằng khi dùng lệnh R cho T-bít của một Timer, Timer đó sẽ được đưa về trạng thái ban đầu và lệnh R cho một Txx vừa xóa T-word vừa xóa T-bít của Timer đó. Có hai phương pháp để reset một Timer kiểu TON: - Xóa tín hiệu đầu vào. - Dùng lệnh R (reset). Dùng lệnh R là phương pháp duy nhất để reset các bộ Timer kiểu TONR. Đặt giá trị 0 cho giá trị đếm tức thời của một Timer cũng không thể xóa T-bít của Timer đó. Cũng như vậy, khi đặt một giá trị logic 0 cho T-bít của một Timer không thể xóa giá trị đếm tức thời của Timer đó. Cú pháp reset một timer Txx bằng lệnh R là : R Txx K1 Chú ý rằng lệnh R thuộc nhóm lệnh có điều kiện. Hình 1 : Timer của S7-200 b. Các lệnh điều khiển Counter 10 x(t) T-Bit Giá trị đặt trước T-word Giá trị đếm tức thời [...]... 5’,bắt đầu tiết 5 29 Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán của hệ thống chuông điện báo giờ học 3.3 Mô Phỏng chuông tự động trong trường học 3.3.1 Lưu đồ thuật toán Hẳn trong chúng ta ai cũng đã trải qua những năm tháng học trò từ cấp 1 rồi đến cấp 2, cấp 3 những năm tháng học đầu đời đó gắn liền với nó là tiếng trống tựu trường, những tiếng trống báo tiết học hay làm nhịp tập thể dục giữa giờ tiếng trống đó đã đi... trình cho trƣớcTrong hệ thống này yêu cầu 20 đầu ra nên ta dùng thêm 1 module mở rộng,cách ghép nối thể hiện như hình vẽ, CPU 226 XP 25 Kết nối Module mở rộng Hình ảnh Mô Phỏng CPU 226 3.2.2 Chuông điện Hình 3.1: Chuông điện Chuông điện sử dụng nguồn điện xoay chiều 220VAC Chế tạo dựa trên nguyên lý điện từ trƣờng Dùng lại búa gõ Chuông điện kêu Reng-Reng phù 26 hợp lắp đặt tại các trƣờng học 3.2.3 Đèn... người, tất cả những lĩnh vực trong cuộc sống Và các trường học trong hệ thống giáo dục nói chung và trường đại học nói riêng cũng không nằm ngoài quy luật đó Trong trường học có rất nhiều vấn đề có thể áp dụng thành tựu trong cuộc cách mạng KH-KT về tự động hóa Ở đây chúng ta sẽ xét những vấn đề cơ bản sau : 2.1.1 Hệ thống chuông báo giờ tự động Ta đã biết, tất cả các trường học, hệ thống báo giờ là vô... TODW (STL ) Lệnh ghi nội của bộ đệm 8 byte được chỉ thị trong lệnh bằng toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực Cú pháp sử dụng lệnh đọc, ghi dữ liệu với đồng hồ thời gian thực trong LAD , STL: LAD T TODW READ RTC EN STL TODR Toán hạng T T SET EN RTC T Tuyệt đối không sử dụng lệnh TODR và lệnh TODW đồng thời vừa trong chương trình chính, vừa trong chương trình xử lý ngắt Khi một lệnh TODR hay TODW... hình chuông báo tại trường học này sinh viên cũng phải tham khảo thực tế nhiều lĩnh vực và tham khảo bằng nhiều tài liệu khác nhau Điều đó mang lại sự hiểu biết sâu sắc hơn cho sinh viên không chỉ trong một lĩnh vực tự động hóa mà còn nhiều lĩnh vực, nghành nghề khác nhƣ điện , điện tử, cơ khí,… 3.2 Lựa chọn thiết bị cho mô hình Các thiết bị sử dụng trong hệ thống gồm có: - PLC S7- 200 - Chuông điện. .. lượng điện xoay chiều có điện 27 áp 220V/50Hz thành năng lượng điện xoay chiều có điện áp 18V/50Hz - Cầu chỉnh Lƣu 5A Chức năng chỉnh lưu dòng xoay chiều 18V/AC thành dòng một chiều 24V/DC - Tụ 2200 µF, 50V Có tác dụng lọc phảng điện áp một chiều sau chỉnh lưu Hình 3.5: Sơ đồ tổng quát về mạch cấp nguồn 3.2.6 Yêu cầu chương trình + Chuông thiết kế phải báo chuông vào/ra tiết học chuẩn xác, đúng giờ + Chuông. .. YÊU CẦU DỒ ÁN 2.2.1 Mục đích: + Hệ thống báo chuông tại các thời điểm vào, ra của tiết học của trường + Hệ thống có khả năng chỉnh lại giờ + Thời gian kéo dài chuông vào tiết và nghỉ giải lao là khác nhau + Hệ thống chuông được dùng đi dây điện đồng bộ 220V 2.2.2 Yêu cầu: + Hệ thống làm việc ổn định + Có khả năng đưa mô hình vào ứng dụng trong thực tế 2.2.3 Phương thức thực hiện chương trình trong PLC... thông, thông thường quy mô các trường thường nhỏ cả về diện tích trường cũng như số lượng học sinh Thông thường chỉ 3000m2 chở lại và cách bố trí phòng học thường xây các phòng xát nhau tập trung vào một khu Vì vậy việt sử dụng trống để báo tiết họ là khá thích hợp Nhưng đối với cấp học cao hơn đó là đại học, cao đẳng thì việc sử dụng tiếng trống tiếng kẻng để báo tiết học lại không hợp lý sự không... thiết kế + Hệ thống chuông tự động đáp ứng mọi yêu cầu đặt ra 3.1.2 Mục đích của việc chế tạo mô hình 23 Tạo ra một mô hình chuông báo tiết học tự động ở trƣờng đại học có thể hoạt động tốt, từ đó có thể thiết kế được hệ thống chuông báo tiết học tự động hoàn chỉnh cho các trường học Việc chế tạo ra mô hình hoạt động tốt sẽ tạo điều kiện cho sinh viên có cơ hội học tập và nghiên cứu môn học một cách thực... tết (dương lịch), các đợt nghỉ hè Không báo chuông vào các đợt thi học kì + việc chuyển đổi giờ học đơn giản, để có thể ứng dụng cho nhiều trƣờng học khác nhău + báo giờ học theo hai mùa là mùa hè và mùa đông + Chuông báo tiết học phải có hai chế độ auto và manual + Ở chế độ manual phải giới hạn được thời gian tối đa chuông reo 28 START S Không phải chủ nhật Chuông không kêu END Đ 7h00’ : kêu 2 hồi, . chuyển nội dung của byte thấp sang byte cao và ngược lại nội dung của byte cao sang byte thấp của từ đó. + Lệnh MOV_B Là lệnh sao chép nội dung của byte IN sang byte OUT. Cú pháp dùng lệnh. nội dung của một byte, một từ đơn, một từ kép hoặc một giá trị thực từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. Lệnh trao đổi nội dung của 2 byte trong một từ đơn thực hiện việc chuyển nội dung. reset. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Timer TON và TONR bao