THỰC HÀNH PLC s7 200 NÂNG CAO

Tài liệu lưu hành nội bộ Trung tâm Điện tử - Tự động hóa Nam Định 4 Hình 1.2: Ví dụ hoạt động bằng Reset và Start HSC sử dụng một Sharf encoder để xác định xác định số xung trên một vòn

Trang 1

Tài liệu lưu hành nội bộ Trung tâm Điện tử - Tự động hóa Nam Định 1

Số lượng HSC và tần số tối đa một số loại CPU:

4 counter total 4 counter total 6 counter total

Single phase 4 at 30 KHz 4 at 30 KHz 6 at 30 KHz

Two phase 2 at 20 KHz 2 at 20 KHz 4 at 20 KHz

Có khả năng làm việc với tần số lớn nên bộ đếm tốc độ cao được ứng dụng để điều khiển trong một số trường hợp như đếm số vòng quay của động cơ bằng encoder, kiểm tra tốc độ, vị trí động cơ,…

Hình 1.1: Encoder được gắn đồng trục với động cơ để đếm vòng quay

Các chân đếm tốc độ cao của PLC S7-200 tích hợp chung với các chân ngõ vào Các bộ đếm có nhiều chân chức năng, có nhiều chế độ hoạt động khác nhau Tuy nhiên,

sự hạn chế về thời gian vòng quét của PLC nên chương trình bộ đếm tốc độ cao sẽ không được thực hiện tại chương trình chính

Trang 2

Cần phải sử dụng lệnh HDEF trước khi thực hiện cho mỗi HSC

Trang 3

Tùy theo CPU mà có thông số N của các HSC khác nhau Có tối đa 6 HSC, được xác định từ HSC0 đến HSC5

Chú ý:

CPU 221 và CPU 222 không hỗ trợ HSC1 và HSC2

Chỉ có một lệnh HDEF có thể sử dụng trên một Counter

Có thể có tới 6 bộ HSC tùy theo CPU

1.3 Hoạt động HSC

Mỗi bộ HSC có các ngõ vào xác định hỗ trợ các chức năng: xung clock, hướng điều khiển, reset, start Trong chế độ đếm 2 pha, cả hai xung clock có thể hoạt động ở tốc độ lớn nhất Còn trong chế độ một phần tư (quadrature), thì tùy ý chọn hoạt động theo kiểu 1x hoặc 4x Tất cả các HSC hoạt động ở tốc độ lớn nhất khi không giao tiếp với các hoạt động khác

Hình 1.2: Ví dụ hoạt động có Reset mà không có Start

Trang 4

Hình 1.2: Ví dụ hoạt động bằng Reset và Start

HSC sử dụng một Sharf encoder để xác định xác định số xung trên một vòng quay

và reset số xung đó trên một vòng quay Số xung clock và xung reset từ sharf encoder cung cấp đến các ngõ vào của HSC Đặt giá trị đếm xung tương ứng PV, khi số xung hoạt động CV bằng với PV thì xảy ra ngắt, một giá trị đặt PV mới sẽ được setup

1.4 Các HSC và MODE hoạt động

1.4.1 Các HSC

S7-200 có 6 bộ đếm tốc độ cao từ HSC0 đến HSC5 Các ngõ vào trong PLC tương ứng với clock, hướng điều khiển, start và reset Các chức năng ngõ vào này và mode HSC được cho bảng sau:

Trang 5

Hoặc có thể trình bày ở bảng sau:

1.4.2 Các MODE

Tùy từng loại ứng dụng mà ta có thể chọn nhiều Mode đọc xung tốc độ cao khác nhau, có tất cả 12 mode đọc xung tốc độ cao

Mode 0,1,2: Dùng đếm một pha với hướng đếm được xác định bởi bit nội

Mode 0: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có bit Start cũng như bit Reset

Mode 1: Đếm tăng hoặc giảm, có bit reset nhưng không có bit start

Mode 2: Đếm tăng hoặc giảm, có bit start cũng như bit reset để cho phép chọn bắt

đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu reset Các bit start cũng như reset là các ngõ Input lựa chọn từ bên ngoài

Trang 6

Mode 3,4,5: Dùng đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi Bit ngoại, tức là có

thể chọn từ ngõ vào input

Mode 3: Chỉ đếm tăng hoặc giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset

Mode 4: Đếm tăng hoặc giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start

Mode 5: Đếm tăng hoặc giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt

đầu đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài

Trang 7

Mode 6,7,8: Dùng đếm 2 pha với 2 xung vào, 1 xung dùng để đếm tăng và một

xung đếm giảm

Mode 6: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset

Mode 7: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start

Mode 8: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu

đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài

Trang 8

Mode 9,10,11 : Dùng để đếm xung A/B của Encoder, có 2 dạng:

Dạng 1 (Quadrature 1x mode): Đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theo chiều thuận,

và giảm 1 khi có xung A/B quay theo chiều ngược

Dạng 2 (Quadrature 4x mode): Đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theo chiều thuận,

và giảm 4 khi có xung A/B quay theo chiều ngược

Mode 9: Chỉ đếm tăng giảm, không có Bit Start cũng như bit Reset

Mode 10: Đếm tăng giảm, có bit Reset nhưng không có bit Start

Mode 11: Đếm tăng giảm, có Bit Start cũng như bit Reset để cho phép chọn bắt đầu

đếm cũng như chọn thời điểm bắt đầu Reset Các Bit Start cũng như Reset là các ngõ Input chọn từ bên ngoài

Mode 12: Chỉ áp dụng với HSC0 và HSC3, HSC0 dùng để đếm số xung phát ra từ

Q0.0 và HSC3 đếm số xung từ Q0.1 ( Được phát ra ở chế độ phát xung nhanh) mà không cần đấu phần cứng, nghĩa là PLC tự kiểm tra từ bên trong

Cụ thể các Mode tương ứng với mỗi HSC như sau:

Mode HSC0 (CPU 221, 222, 224, 226)

Trang 9

Mode HSC1 (CPU 224, 226)

Mode HSC2 (CPU 224, 226)

Trang 10

Mode HSC3 (CPU 221, 222, 224, 226)

Mode HSC4 (CPU 221, 222, 224, 226)

Mode HSC5 (CPU 221, 222, 224, 226)

1.5 Quản lý dữ liệu của HSC

Để truy xuất giá trị đếm cho HSC, cần phải xác định địa chỉ của HSC bằng cách sử dụng các loại vùng nhớ HSC và số counter (ví dụ HSC0) Giá trị hiện hành của HSC là giá trị chỉ đọc và có địa chỉ ở dạng double word

Dạng: HC[Số HSC]

Trang 11

1.5.2 Chọn trạng thái tác động và mode 1x và 4x

Bốn counter có 3 bit điều khiển sử dụng trạng thái tác động reset và start các ngõ vào và để chọn mode đếm 1x hoặc 4x Các bit này chỉ được sử dụng khi lệnh HDEF được thực thi

SM37.0 SM47.0 SM57.0 SM147.0 Chọn mức logic tích cực cho tín hiệu reset:

0 = tích cực mức 1, 1 = tích cực mức 0 - SM47.1 SM57.1 - Chọn mức logic tích cực cho tín hiệu Start:

0 = tích cực mức 1, 1 = tích cực mức 0 SM37.2 SM47.2 SM57.2 SM147.2 Chọn mức đếm cho chế độ ¼ chu kỳ:

0 = mức đếm 4x, 1 = mức đếm 1x

1.5.2 Byte điều khiển

Mỗi HSC có một byte điều khiển cho phép counter hoạt động hay không Bảng địa chỉ mô tả các bit điều khiển

SM37.3 SM47.3 SM57.3 SM137.3 SM147.3 SM157.3 Bit nhớ điều khiển chiều đếm:

0 = đếm lùi, 1 = đếm lên SM37.4 SM47.4 SM57.4 SM137.4 SM147.4 SM157.4 Cập nhật chiều đếm vào HSC:

0 = không cập nhật, 1 = cập nhật SM37.5 SM47.5 SM57.5 SM137.5 SM147.5 SM157.5 Ghi giá trị đặt trước mới cho HSC:

0 = không cập nhật, 1 = cập nhật SM37.6 SM47.6 SM57.6 SM137.6 SM147.6 SM157.6 Ghi giá trị tức thời mới cho HSC:

0 = không cập nhật, 1 = cập nhật SM37.7 SM47.7 SM57.7 SM137.7 SM147.7 SM157.7 Cho phép HSC hoạt động:

0 = không cho phép, 1 = cho phép

Trang 12

1.5.3 Sắp đặt các giá trị hiện hành CV và giá trị đặt PV

Mỗi HSC có một giá trị hiện hành 32 bit và giá trị đặt 32 bit Cả hai giá trị này là các giá trị nguyên có dấu Để load giá trị hiện CV hoặc PV mới vào HSC, cần phải setup byte điều khiển và byte nhớ đặc biệt Khi đó cần phải thực hiện lại lệnh HSC Bảng sau

mô tả các byte nhớ đặc biệt sử dụng để nạp các giá trị CV và PV mới

1.5.4 Byte trạng thái

Được cung cấp cho mỗi HSC từ các bit nhớ trạng thái để chỉnh định hướng đếm hiện hành và giá trị đếm có lớn hơn hoặc giá trị đặt Bảng sau định nghĩa các bit trạng thái cho mỗi HSC

1.6 Cấu trúc chương trình sử dụng bộ đếm tốc độ cao

Do phải đọc các xung đếm xảy ra với tần số lớn nên bộ đếm tốc độ cao không thể thực hiện tại chương trình chính do sự hạn chế về tốc độ của vòng quét (Scan rate) của PLC Bộ đếm tốc độ cao sẽ được quy định và cho phép hoạt động trong một chương trình con (subroutline)

Lưu đồ mô tả chương trình sử dụng bộ đếm tốc độ cao:

Trang 13

Bước 1:

Khởi tạo chương trình con “HSC_Subroutline”

Trong chương trình con này ta quy định các đặc tính cho HSC như:

• Chế độ đếm (Mode)

• Chiều đếm (Direction)

• Giá trị đặt trước (Preset Value)

• Giá trị tức thời (Current Value)

• Điều kiện ngắt tốc độ cao,…

Bước 2:

Tại chương trình chính “Main” ta gọi chương trình con “HSC_Subroutline”

Bằng cách này ta cho phép HSC hoạt động theo các đặc tính định sẵn

Bước 3:

Tác vụ đếm của bộ đếm tốc độ cao sẽ diễn ra song song với tác vụ của chương trình chính

Bước 4:

Trong quá trình hoạt động của chương trình đếm tốc độ cao sẽ xảy ra ngắt

“Interrup” với các điều kiện ngắt như sau:

• Khi CV=PV

• Khi có tín hiệu thay đổi chiều đếm lên – xuống từ ngõ vào

• Khi có tín hiệu xóa (reset) từ ngõ vào

Trang 14

Trang 15

1.7 Sử dụng Wizards của Step7-MicroWin V4.0 để khai báo sử dụng HSC

Trong chương trình Step7 – Microwin 4.0 chứa một trình hỗ trợ thiết lập chương trình con HSC và chương trình ngắt tốc độ cao

Cách truy xuất như sau: Wizards → High Speed Counter

Sau khi đã gọi được trình hỗ trợ ta tiến hành thiết lập bộ đếm tốc độ cao theo từng giai đoạn:

Khai báo HSC:

Trang 16

- Chọn bộ đếm tốc độ cao (HSC)

- Chọn chế độ (Mode) hoạt động cho HSC

Nhấn Next để tiếp tục khai báo giá trị đếm, chiều đếm cho HSC:

- Đặt tên cho chương trình con HSC

- Đặt giá trị đếm đích PV

- Đặt giá trị đếm tức thời CV

- Đặt chiều đếm (lên – xuống)

- Đặt chế độ cho tín hiệu Start, Reset

- Chọn chế độ đếm lệch pha ¼ chu kỳ

Chọn bộ đếm tốc độ cao

Chọn chế độ hoạt động

Trang 17

Nhấn Next để khai báo chương trình ngắt tốc độ cao:

- Đặt tên chương trình ngắt tốc độ cao

- Khai báo số lượng các chương trình ngắt liên tục

Tên chương trình con

Giá trị đặt trước Giá trị tức thời Chiều đếm Đặt mức tích cực cho Start, reset Chế độ đếm lệch pha ¼ chu kỳ

Chương trình ngắt khi CV=PV

Số lượng chương trình ngắt

Trang 18

Nếu tích chọn chương trình ngắt CV = PV, và số lượng chương trình ngắt là 1 thì nhấn Next sẽ xuất hiện bảng khai báo cập nhật giá trị đếm mới cho HSC trong chương trình ngắt:

Khai báo các hành động xảy ra trong chương trình ngắt tốc độ cao:

- Khởi tạo chương trình ngắt kế tiếp

- Đặt lại giá trị đếm đích PV (Preset value)

- Cập nhật lại giá trị đếm tức thời (Current value)

- Thay đổi chiều đếm

Nhấn Next để tiếp tục

Cập nhật giá trị đặt trước

Cập nhật giá trị tức thời

Cập nhật chiều đếm

Trang 19

Nhấn Finish để hoàn thành quá trình khai báo chương trình HSC

II THỰC HÀNH

Bài 1: Sử dụng bộ đếm tốc độ cao để đọc số xung kênh A của encoder

Bước 1: Tìm hiểu phần cứng

Ta sử dụng encoder có gắn sẵn trên động cơ servo DC Thông số động cơ servo DC: Điện

áp 24V DC, công suất 25W, tốc độ 1400 vòng/phút, nguồn encoder 5V DC, số xung encoder: 200 xung/vòng

Trang 20

Với thông số trên ta tính được tần số xung encoder phát ra:

f = n*số xung/vòng = 1400.200 4367 4, 367

60 ≈ Hz= kHZNguồn encoder phát ra là 5V nhưng nguồn vào input PLC là 24V (sử dụng CPU 224 DC/DC/DC) vì vậy sử dụng mạch nâng áp 5V → 24V với tần số 4, 367 kHZ Sơ đồ nguyên lý mạch như sau:

Bước 2: Đấu nối phần cứng

+ Cấp nguồn 5V DC cho encoder

+ Nối kênh A của encoder với mạch nâng áp (mạch kích), cấp nguồn 5V/1A DC và 24V/1A DC cho mạch nâng áp

+ Nối đầu ra OUT 24V của mạch nâng áp với I0.6 (sử dụng HSC1, Mode 0) và chân âm đầu ra mạch nâng áp với chân M của input PLC

Bước 3: Lập trình trên PLC S7-200

Để thuận tiện ta khai báo bộ đếm tốc độ cao bằng Wizards/High speed counter:

Trang 21

Chọn HSC1 và Mode 0 như hình và nhấn Next

Trang 22

Nhấn Next để tiếp tục:

Nhấn Finish để hoàn thành việc khai báo, ta có được chương trình con: ‘HSC_INT’

Trang 23

Giao diện Step7 MicroWin V4.0 khi có thêm chương trình con ‘HSC_INT’

Chương trình chính (Main):

Bước 4: Dowload và giám sát

+ Dowload chương trình và giám sát trên giao diện Step7 MicroWin V4.0 để đọc giá trị của HC0

+ Dùng tay quay trục động cơ và quan sát giá trị của HC0

Trang 24

Bài 2: Khai báo bộ đếm xung tốc độ cao, bộ HSC1 Khi nhấn Start thì động cơ M hoạt động, đồng thời khai báo bộ đếm HSC1 Khi động cơ quay 50 vòng thì động cơ dừng

Bước 1: Đấu nối phần cứng

+ Cấp nguồn 5V DC cho encoder

+ Nối kênh A của encoder với mạch nâng áp (mạch kích), cấp nguồn 5V/1A DC và 24V/1A DC cho mạch nâng áp

+ Nối đầu ra OUT 24V của mạch nâng áp với I0.6 (sử dụng HSC1, Mode 0) và chân âm đầu ra mạch nâng áp với chân M của input PLC

+ Nối chân Q0.5 điều khiển động cơ như sau:

Rơle

Trang 25

Trang 26

Bài 3: Đo tốc độ quay của động cơ

Bước 1: Phân tích bài toán

Ta sử dụng HSC1 để đọc xung encoder và để biết được chiều quay của động cơ ta phải đọc 2 kênh A và B, vậy nên ta sẽ sử dụng Mode 9

+Cách đọc tốc độ động cơ như sau:

Số xung encoder là 200 xung/vòng

Sau khoảng thời gian lấy mẫu T = 100 ms = 0,1/60 phút, số xung đọc về ta lưu vào một vùng nhớ (giả sử thanh ghi AC0)

Như vậy trong T phút ta tính được động cơ quay (AC0/200) vòng Từ đây ta có thể tính được động cơ quay được bao nhiêu vòng/phút

Thời gian lấy mẫu ta có thể sử dụng Timed interrupt 0 (SMB34) hay Timed interrupt 1 (SMB35), nếu cần thời gian lấy mẫu lớn hơn ta sử dụng ngắt Timer T32, T96

Bước 2: Kết nối phần cứng (kết nối tương tự như các bài trước)

Kênh A: I0.6

Kênh B: I0.7

Động cơ: Q0.0

Trang 27

Bước 3: Chương trình

Chương trình chính MAIN:

Network 1:

Nhấn I0.0 khởi động động cơ và reset T32

và gọi chương trình con khai báo HSC

Trang 28

Chương trình ngắt:

- Chuyển số xung đọc được vào AC0

- SMB47=16#C0: Cho phép đếm, ghi giá trị hiện hành mới

- Chuyển AC0 từ số nguyên sang số thực

Trang 29

- Chia AC0 cho 2000, kết quả lưu vào AC0

- Nhân AC0 với 60, kết quả lưu vào VD0

- Làm tròn giá trị VD0

- Ghi giá trị hiện hành mới là 0

- Cho phép bộ đếm HSC1 hoạt động và reset T32 để thoát khỏi ngắt

Trang 30

BÀI 2: HÀM PHÁT XUNG TỐC ĐỘ CAO

Dùng PLC loại DC/DC/DC với ngõ ra transistor cho các bài tập dưới Nếu PLC loại AC/DC/Relay phải phát xung tốc độ chậm

Ngõ ra xung: Q0.0 và Q0.1

1.2 Giới thiệu tổng quát

Mỗi CPU có hai bộ phát PTO/PWM (Pulse Train/Pulse Width Modulation) xuất xung ngõ ra tốc độ cao và độ rộng xung được điều chế thành các dạng sóng Một bộ phát được gán cho ngõ ra số Q0.0 và bộ phát khác được gán ra cho ngõ ra số Q0.1

Hàm chuỗi xung PTO cung cấp xung vuông (chu kỳ 50%) ngõ ra điều khiển thời gian chu kỳ và số xung

Hàm điều chế độ rộng xung PWM cung cấp ngõ ra điều khiển thời gian chu kỳ và

độ rộng xung tùy ý

Mỗi bộ phát xung PTO/PWM có một byte điều khiển (8bit), giá trị thời gian chu kỳ quét và giá trị độ rộng xung (giá trị 16 bit không dấu) và giá trị đếm xung (32 bit không dấu) Những giá trị này được lưu trong vùng nhớ SM

1.3 Hoạt động PWM

Trang 31

Hàm PWM cung cấp chu kỳ xung ngõ ra thay đổi Thời gian chu kỳ và độ rộng xung có thể xác định ở dạng µs hoặc ms

Thời gian chu kỳ có khoảng từ 10 đến 65.535 µs hoặc từ 2 đến 65.535 ms

Độ rộng xung có khoảng từ 0 đến 65.535 µs hoặc từ 0 đến 65.535 ms

Khi độ rộng xung có giá trị lớn hơn hoặc bằng giá trị chu kỳ thời gian, thì chu kỳ của dạng sóng là 100% và ngõ ra xuất ON Ngược lại, khi độ rộng xung bằng 0, thì chu

Thời gian chu kỳ có khoảng từ 50 đến 65.535 µs hoặc từ 2 đến 65.535 ms

Số đếm xung có khoảng từ 1 đến 4.294.967.295 xung

Trang 32

Cấu trúc Byte điều khiển

PLS_Cycle_Update SM67.0 SM77.0 =1: Cập nhật thời gian của một chu kỳ phát

PLS0_Select SM67.7 SM77.7 =1: cho phép phát xung

Thanh ghi SMW68 và SMW78 đặt các chu kỳ xung cần phát

Thanh ghi SMW70 và SMW80 đặt độ rộng xung Nếu là xung PTO thì bỏ qua lệnh này vì mặc định =1/2 chu kỳ

Thanh ghi SMD72 và SMD82 đặt số xung cần phát Xung PWM không cần đặt vì đây là xung liên tục, không giới hạn số xung dừng

1.6 Lệnh PLS

Lệnh Pulse Output (PLS) được sử dụng để điều khiển hàm phát xung tốc độ cao có sẵn trên hai chân quy định trước

là Q0.0 và Q0.1

Định dạng
Số trang	65
Dung lượng	4,16 MB