Thiết kế, tìm hiểu về PLC và bộ biến tần cho cân dóng bao

Thiết kế, tìm hiểu về PLC và bộ biến tần cho cân dóng bao

Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Chơng Thiết kế tìm hiểu PLc biến tần cho cân dóng bao 3.1 Tìm hiểu PLC 3.1.1: Cấu tạo chung PLC - Thiết bị điều khiển lôgic khả trình (Program mable Logic Control) viết tắt PLC Là loại thiết bị cho phép thực thiện linh hoạt thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể thuật toán mạch số - Để thực đợc chơng trình điều khiển PLC phải có tính nh máy tính, nghĩa phải có vi xử lý (CPU), hệ điều hành, nhớ để lu chơng trình điều khiển liệu cổng vào /ra để giao tiếp đợc với đối tợng điều khiển để trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh Bên cạnh nhằm phục vụ toán điều khiển số PLC phải có thêm khối chức đặc biệt nh đếm (Counter), thời gian (Time) khối hàm chuyên dơng Bé xư lý trung t©m CPU - Bé xử lý trung tâm hạt nhân plc, thực phép tính logic, số học điều khiển toàn hoạt động hệ thống - Bộ xử lý gọi lệnh từ nhớ để thực cách Theo chơng trình xử lý thông tin đầu vào chuyển kết xử lý đến đầu Trên thực tế PLC hệ dựa kỹ thuật vi xử lý chuyên dụng để điều khiển chức phức tạp nh phép tính toán học hay điều chỉnh PID 3.1.1.2 Bộ nhớ Mọi PLC dựa loại nhớ ROM RAM có dung lợng tùy thuộc vào thiết kế riêng loại PLC việc sử dụng phần nhớ phụ thuộc vào thiết kế hệ thống nhà sản xuất, nhiên phân chia nhớ PLC thành vùng sau :- Bộ nhớ điều hµnh (Executive Memory) - Bé nhí hƯ thèng (System Memory) - Bảng ảnh vào (I/O Image Table) - Bộ nhớ số liệu (Data Memory) - Bộ nhớ chơng trình (User Program Memory) * Bộ nhớ điều hành - Bộ nhớ điều hành (Hay hệ điều hành) Luôn nằm ROM, đợc phát triển nhà sản xuất nên cần thay đổi Hệ điều hành chơng trình ngôn ngữ máy đặc biệt để chạy PLC Nã chØ dÉn cho bé vi xư lý “®äc” hiểu lệnh Biểu tợng ngời sử dụng lập trình, theo dõi trạng thái trì, giám sát trạng thái hệ thèng * Bé nhí hƯ thèng 40 Ch¬ng 3: ThiÕt kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao - Khi hệ điều hành thực nhiệm vụ cần số vùng để lu giữ kết thông tin trung gian, phần nhớ RAM đợc dùng cho mục đích Thông thờng vùng nhớ hệ thống hệ điều hành sử dụng Một số PLC dùng nhớ hệ thống cho việc lu giữ thông tin liên lạc lập trình với hệ điều hành : ví dụ nh hệ điều hành tạo mà lỗi chứa vùng nhớ hệ thống Nh trình thực hiện, chơng trình sử dụng đọc mà lỗi để sử lý mặt khác ngời sử dụng gửi thông tin cho hệ điều hành trớc thực chơng trình sử dụng cách ghi thông tin vào vùng nhớ * Bảng ảnh vào : - Một phần nhớ Ram đợc dùng đeer lu giữ trạng thái tín hiệu vào hay gọi bảng ảnh vào Nh trạng thái tín hiệu vào đợc lu giữ vị trí tơng ứng bảng ảnh vào có địa xác định Mỗi modul vào đơn lẻ đợc gán vùng riêng bảng ảnh vào * Bộ nhớ số liệu - Bộ nhớ số liệu đợc dùng để lu giữ số liệu cần thiết chơng trình nh trạng thái đếm thời gian, tham số toán hạng hay trình cầu lu giữ số liệu tạm thời Một số nhà chế tạo chia vùng nhí sè liƯu thµnh vïng :1 cho sè liƯu cố định cho số liệu thay đợc Vùng số liệu cố định lập trình thông qua thiết bị lập trình CPU không cho phép ghi số liệu vào vùng mà đợc ghi số liệu vào vùng số liệu thay đổi đợc * Bộ nhớ chơng trình - Vùng cuối nhớ PLC đợc dùng để chứa chơng trình ngời sử dụng Đây vùng nhớ mà hệ điều hành cho CPU đọc thực lệnh chơng trình Vùng nhớ chơng trình đợc chia nhá tiÕp nÕu CPU dïng mét phÇn cđa bé nhí để lu giữ thông báo mà ASCII Các chơng trình hay hàm đặc biệt khác - Phần lớn PLC lu giữ số liệu chơng trình sử dụng RAM Một số hệ thống cho phép lu giữ chơng trình vùng số liệu cố định nhớ EPROM Khi ngời sử dụng lập triình chạy RAM cho hoạt động trớc nạp vào EPROM Lu ý nhớ RAM có đặc điểm nội dung nhớ thay đổi nhanh nhng nhớ bị xóa có lỗi nguồn cung cấp nguồn backup Để lu giữ an toàn chơng trình điều khiển phải ghi vào nhớ EPROM EEROM Tuy nhiên nhớ ROM có thời gian truy cập lớn nên khởi tạo PLC chơng trình điều khiển nhớ phụ (EPROM EEROM) thờng đợc chép vào RAM nhằm tăng tốc độ hệ thống 3.1.1.3 Khối vào ra: 41 Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao - Khối vào PLC thực công việc ghép nối thiết bị công nghiệp công suất lớn với mạch điện tử cống suất nhỏ chứa thực chơng trình điều khiển Phần lớn PLC thực công việc ghép nối thiết bị công nghiệp công suất lớn với điện áp từ 15 V ( Điện ¸p TTL vµ CMOS) Trong tÝn hiƯu tõ thiÕt bị vào lớn nhiều, thờng từ 245 240V Với dòng vào vài ampe Nh khối vào ghép nối mạch điện tử PLC với giới bên đảm bảo đợc trạng thái tín hiệu cần thiết với tính chất cách ly Điều cho phép PLC đợc nối trực tiếp với cáu chấp hành Các thiết bị vào mà không cần mạch điện rơle trung gian Một tiêu chuẩn đề tất kênh I/O phải đợc cách ly với hệ điều khiển vi xử lý đắt tiền việc sử dụng mạch Optoilatore modul vào - PLC cỡ nhỏ có đầu vào khối với CPU đầu vào nh đầu vào thờng chuẩn loại để kinh tế cho nhà sản xuất Các PLC kiểu modul giúp ngời sử dụng linh hoạt việc lựa chọn, kết hợp khối vào có mức tín hiệu thích hợp 3.2 tìM HIểU plc hä S7 - 200 3.2.1 Giíi thiƯu chung vỊ hä PLC S7 – 200 200 PLC S7 – 200 200 thiết bị điều khiển logic lập trình cỡ nhỏ hÃng SIEMENS 200 Cộng hoà liên bang Đức, có cấu trúc kiểu modul cpu modul mở rộng Các modul đợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác Thành phần S7 200 200 khối vi xử lý CPU 212, CPU 214 hay CPU 216 VỊ h×nh thức bên ngoài, khác loại CPU nhận biết đợc nhờ đầu vào nguồn cung cÊp - CPU 212 cã cỉng vµo vµ cổng có khả mở rộng thêm b»ng modul më réng - CPU 214 cã 14 cổng vào 10 cổng có khả më réng thªm b»ng modul më réng - CPU 216 cã 24 cỉng vµo vµ 16 cỉng vµ có khả mở rộng thêm 14 modul mở rộng 42 Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Hinh 3.1: Bé PLC S7 - 200 3.2.2 CÊu tróc chung cđa hä PLC S7 – 200 200 3.2.2.1 CÊu h×nh cøng Để thực đợc chơng trình điều khiển, PLC có khả nh máy tính , nghĩa nã cã mét bé vi xö lý ( CPU : Center Processing Unit), hệ điều hành, nhơ sđể lu giữ chơng trình, liệu cổng vào để giao tiếp với thiết bị điều khiển trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ toán điều khiển số, PLC có thêm chức đặc biệt nh đếm, thời gian khối hàm chuyên dụng Phần cứng có điều khiển khả trình PLC đợc cấu tạo thành modul Mét bé PLC thêng cã c¸c modul sau : - Modul nguồn (PS) - Modul nhớ chơng trình - Modu đơn vị xử lý trung tâm (CPU) - Modul đầu vào, - Modul ghép nối - Modul chức phụ CPU Bộ nhớ chơng trình Bộ định thời gian Khối xử lý trung tâm hệ điều hành Bộ đếm Bộ đệm vào Bít cờ 43 Cổng vào onboard Quản lý ghép nối Cổng ngắt đếm tốc độ cao Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Hình 3.2; sơ đồ cấu trúc bên PLC hÃng SIEMENS Mỗi modul đợc ghép thành đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để cắm vào rút đợc dễ dàng trên panel khí có dạng hộp bảng Trên panel có lắp ®êng : - §êng ray ngn ®Ĩ dÉn ngn mét chiều lấy từ đầu modul nguồn PSCN ( thờng 24 V ) đến cung cấp cho modul khác - Bus liên lạc để trao đổi thông tin modul với giới bên a Đơn vị xử lý trung tâm CPU Mỗi thiết bị PLC có modul CPU Có loại đơn vị xử lý trung tâm CPU : - Đơn vị xử lý đơn bit : thích hợp cho việc xử lý thao tác logic Do vấn đề thời gian xử lý nên không thực đợc chức phức tạp Tuy nhiên có giá thành thấp nên đợc dùng để thực toán đơn giản - Đơn vị xử lý đa bít : Loại tốc độ xử lý cao vËy thÝch hỵp nhiỊu víi viƯc xư lý nhanh chãng thông tin số thực toán phức tạp Sở dĩ đạt đợc tốc độ cao xử lý theo bít mà cßn xư lý tõ bao gåm nhiỊu bÝt cã thĨ tới 16 bít Nguyên lý hoạt động CPU đợc mô tả tóm tắt nh sau: Các thông tin lu trữ nhớ chơng trình đợc gọi lên tuần đà đợc điều khiển kiểm soát nhớ chơng trình Bộ vi xử lý liên kết tín hiệu riêng lẻ lại với theo qui định từ rút kết lệnh cho đầu Sự thao tác lần lợt chơng trình dẫn đến thời gian trƠ gäi lµ thêi gian qt b Bé nhí S7 – 200 200 Bé nhí cđa S7 – 200 200 đợc chia thành vùng nhớ với tụ có nhiệm vụ trì liệu khoản thời gian định nguồn Bộ nhớ S7 200 200 có tính động cao, đọc va ghi đợc toàn vùng loại trừ vùng bít nhớ đặc biệt ( Special Memory) truy cập để đọc EPROM Miền nhớ Chơng trình Chơng trình 44 Chơng trình Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Vùng đối tượng Hình 3.3; CÊu tróc bé nhí cđa S7 – 200 * Vùng nhớ chơng trình : Là vùng nhớ đợc dùng để lu giữ chơng trình, vùng thuộc kiểu đoc ghi đợc (non 200 volatile) Chơng trình điều khiển hành đợc lu trữ nhớ chơng trình phận lu trữ điện từ nh RAM, PROM hay EPROM Chơng trình đợc tạo với giúp đỡ thiết bị lập trình cắm panel PLC Một nguồn điện trì cần thiết cho RAM trờng hợp nguồn Ngời ta cho phép thiết kế thành modul phép rhực chức điều khiển có quy mô khác Đồng thời muốn mở rộng nhớ cần cắm thẻ nhớ vào panel PLC * Vùng nhớ tham số: Là vùng lu giữ tham số nh từ khoá, địa trạm Cũng giống nh Cũng giống nh vùng chơng trình, vùng tham số thuộc kiễu đọc ghi đợc (non - volatile) * Vùng nhớ liệu: Vùng nhớ liệu đợc sử dụng để cất liệu chơng trình bao gồm kết phép tính, số đợc định nghĩa chơng trình, đệm truyền thông Cũng giống nh Một phần vùng nhớ (200 byte với CPU 212 1k byte với CPU 214) thuộc kiểu ghi đợc(non - volatile) Vùng nhớ liệu miền nhớ động, đợc truy nhập theo bit, byte hay từ đơn (word) từ kép Ghi liệu kiểu bảng bị hạn chế nhiều liệu kiểu bảng thờng đợc sử dụng theo mục đích định Vùng nhớ liệu lại đợc chia thành miền nhớ nhỏ với công dụng khác Chúng đợc kí hiệu chữ tên tiếng Anh đặc trng cho công dụng chúng nh sau: + V – 200 Variable memory/miỊn ®äc ghi ®ỵc + I – 200 Input image register/ miỊn ®Ưm cổng vào + O - Output image register/ miền đệm cỉng + M – 200 Internal memory bits/ MiỊn nhớ nội 45 Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao + SM 200 Special memory bits/ miền nhớ đặc biệt Tất miền truy nhập đợc theo bít, byte hay theo từ đơn từ ghép * Vùng nhớ đối tợng: Vùng nhớ đối tợng đợc sử dụng để lu trữ liệu cho đối tợng lập trình nh giá trị tức thời, giá trị đặc biệt đếm, hay timer Dữ liệu kiểu đối tợng bao gồm ghi timer, đếm, đếm tốc độ cao, đệm vào tơng tự ghi AC ( accumulator) Kiểu liệu đối tợng bị hạn chế nhiều liệu kiểu đối tợng đợc ghi theo mục đích cần sử dụng đối tợng c Modul đầu vào Modul có chức lấy tín hiệu đa vào PLC, có chứa lọc thích ứng mức lợng, mạch phối ghép có lựa chọn đợc dùng để ngăn cách giải điện mạch mạch Phần lớn modul đầu vào đợc thiết kế để nhận đợc nhiều đầu vào thêm đầu vào cắm thêm thẻ đầu vào khác Viêc chuẩn đoán h hỏng sai sót đợc thực cách dễ dàng đầu vào đợc trang bị điốt phát quang báo mức tín hiệu đầu vào d Modul đầu Modul đầu có cấu tạo giống nh modul đầu vào Nó gửi thẳng thông tin đầu đến phần tử kích hoạt máy làm việc Vì nhiều modul vào thích hợp với mạch phối ghép đà đợc cung cấp Điốt phát quang đợc lắp để quan sát đầu giúp cho việc phát lỗi lắp ghép Số lợng đầu đồng thời hoạt động, phụ thuộc vào loại thiết bị hạn chế lý điện nhiệt e Chức phối ghép Modul phối ghép đợc dùng để nối thiết bị điều khiển khả trình với thiết bị bên nh hình, panel mở rộng hay thiết bị lập trình thông qua cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm chân gọi cổng MPI Thêm vào đó, chức phụ cần thiết hoạt động song song với chức tuý PLC Cũng có ngời ta ghép thêm thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo chức phụ Trong trờng hợp phải dùng đến mạch phối ghép Chân 6 Hình 3.4 Sơ đồ chân cỉng trun th«ng RS 485 46 Chức Đất Nguồn 24 VDC Truyền nhập liệu Không sử dụng đất Nguồn VDC Nguồn 24 VDC Truyền nhận liệu Không sử dụng Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Ghép nối S7 200 200 với máy tính PC thông qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PCI với chuyển ®ỉi RS 232/RS 485 S7 – 200 200 sư dơng cổng truyền thông nối tiếp RS với phích cắm chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình khác trạm PLC khác Tốc độ truyền máy lập trình kiểu PPI lag 9600 baud Tèc ®é trun cung cÊp cđa PLC theo kiểu tự 300 đến 38400 baud f Các chức phụ - Bộ nhớ trì : có chức nh rơle trì , trì tín hiệu nguồn điện Khi đợc cấp nguồn trở lại chuyển đổi nhớ nằm trạng thái nh trớc lúc nguồn - Bộ định thời gian timer : thời gian có chức tơng tự nh rơle thời gian, việc đặt thời gian đợc thực từ bên đợc lập trình sẵn - Bộ đếm (counter) : Dùng để đếm kiện, lập trình hặc thông qua thẻ từ phụ, việc đặt giá trị đếm thông qua lập trình nút bấm - Chức số học: Đợc thiết kế để thực bốn chức số học : Cộng trừ, nhân, chia chức so sánh Sự có mặt chức phụ làm nâng cao khả lập trình PLC - Chức điều khiển số (NC) : Chức làm PLC đợc ứng dụng để điều khiển trình công nghệ máy công cụ tay máy ngời máy công nghiệp g Nguồn cấp, pin nguồn nuôi nhớ Nguồn cấp xoay chiều chiều 47 Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Nguồn pin đợc sử dụng để mở rộng thời gian lu giữ cho số liệu có nhớ Nguồn pin đợc tự động chuyển sang trạng thái tích cực nh dung lợng tụ nhớ bị cạn kiệt phải thay vào vị trí để liệu nhớ không bị 3.2.2.2 Thực chơng trình PLC thực chơng trình theo vòng lặp Mỗi vòng lặp đợc gọi vòng quét (scan) Mỗi vòng quét đợc bắt đầu giai đoạn đọc liệu từ cổng vào đệm ảo, giai đoạn thực chơng trình Trong vòng quét, chơng trình đợc thực lệnh kết thúc lệnh kết thúc (MEND) Sau giai đoạn thực chơng trình giai đoạn truyền thông tin nội kiểm tra lỗi Vòng quét kết thúc giai đoạn chuyển nội dung đệm ảo tới đầu Nh thời điểm thực lệnh vào ra, thông thờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào mà thông qua đệm ảo cổng vùng nhớ tham số Việc truyền thông tin đệm ảo với ngoại vi giai đoạn giai đoạn CPU quản lý Khi gặp lệnh vào lËp tøc th× hƯ thèng sÏ dõng mäi việc khác, chơng trình xử lý ngắt , để thực lệnh cách trực tiếp với cổng vào Chuyển liệu từ đệm ảo ngoại vi Đọc liệu từ ngoại vi vào đệm ảo Truyền thông kiểm tra nội Thực chơng trình Hình 3.5 Vòng quét chơng trình PLC S7 - 200 3.2.3 Phơng pháp lập trình víi PLC Cã thĨ lËp tr×nh cho PLC S7 – 200 200 cách sử dụng phần mềm sau : - STEP7 200 Micro/Dos - STEP7 200 Micro/Win Những phần mềm cài đặt đợc máy tính lập trình họ PG7xx hay máy tính cá nhân PC 48 Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Các chơng trình cho PLC S7 – 200 200 ph¶i cã cÊu tróc bao gồm : Chơng trình (main program) sau chơng trình chơng trình xử lý ngắt đợc dới : - Chơng trình đợc kết thúc lệnh MEND - Chơng trình phận chơng trình Các chơng trình phải đợc viết sau lệnh kết thúc chơng trình MEND Các chơng trình xử lý ngắt phận chơng trình Nếu cần sử dụng chơng trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chơng trình MEND Các chơng trình đợc nhóm lại thành nhóm sau chơng trình Sau đến chơng trình xử lý ngắt Bằng cách viết nh vậy, cấu trúc chơng trình đợc rõ ràng thuận tiện việc đoc chơng trình sau Có thể trộn lẫn chơng trình chơng trình xử lý ngắt đằng sau chơng trình Cách lập trình cho S7 200 200 nói riêng cho PLC nói chung SIEMENS dựa phơng pháp : - Phơng pháp hình thang (Ladder logic) viết tắt LAD - Phơng pháp liệt kê ( Statement List) viết tắt STL Nếu chơng trình đợc viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình tự tạo chơng trình theo kiểu STL tơng ứng Ngợc lại chơng trình đợc viết theo kiểu STL cịng cã thĨ chun sang d¹ng LAD Main program … MEND Thực vòng quét SBR n/ chơng trình thứ n+1 RET Thực đợc chơng trình gọi INT o/ chơng trình ngắt thứ RETI Thùc hiƯn cã tÝn hiƯu ng¾t INT o/ chơng trình ngắt thứ n+1 RETI 49 Hình 3.7 Cấu trúc chơng trình PLC S7 200 ... trúc chơng trình PLC S7 200 Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao 3.2.4 Các Lệnh PLC SIMATIC S7- 200 Lệnh vào: LD LDN Lệnh LD nạp giá trị lôgic tiếp điểm vào bit ngăn xếp... Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Hinh 3.1: Bé PLC S7 - 200 3.2.2 CÊu tróc chung cđa hä PLC S7 – 200 200 3.2.2.1 Cấu hình cứng Để thực đợc chơng trình điều khiển, PLC có... họ PG7xx hay máy tính cá nhân PC 48 Chơng 3: Thiết kế tìm hiểu plc vầ biến tần cho cân dóng bao Các chơng trình cho PLC S7 200 200 phải có cấu trúc bao gồm : Chơng trình (main program) sau chơng