ứng dụng PLC trong điều khiển máy giặt công nghiệp

Khi thiết kế một hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng Relay

L ỜI N ÓI Đ ẦU

Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, Điện tử đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hoá, cung cấp thông tin… phát triển ngày càng cao, trong đó vấn đề tự động điều khiển được đặt lên hàng đầu trong quá trình nghiên cứu cũng như ứng dụng công nghệ mới vào trong sản xuất Nó đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ hoàn hảo, sự chính xác của hệ thống sản xuất ngày một cao hơn,để có thể đáp ứng được nhu cầu về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội.Do đó chúng ta phải nắm bắt

và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Sự xuất hiện máy tính vào những năm đầu thập niên 60, đã hỗ trợ con người làm việc tốt hơn trong nhiều lĩnh vực từ kinh tế, y tế, giáo dục, quốc phòng đến nhiều lĩnh vực khác như hàng không, vũ trụ Với sự đòi hỏi của con người, những nhà nghiên cứu không dừng lại ở đó, nhiều thiết bị, phần mềm ra đời chuyên phục

vụ cho ngành công nghiệp, tính năng ưu biệt luôn được nâng cao Một trong những thiết bị phải kể đến đó là bộ PLC Với khả năng ứng dụng và nhiều ưu điểm nổi bậc, PLC ngày càng thâm nhập sâu rộng trong nền sản xuất Nhận thức được tầm quan trọng đó, nên chúng ta cần nghiên cứu, tìm hiểu về PLC, nhằm góp phần vào công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

chương I GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

1.1.1 Mục đích của đề tài

Đề tài : “Ứng dụng PLC điều khiển máy giặt công nghiệp” nhằm:

Giúp sinh viên tìm hiểu rõ về các tập lệnh của PLC S7-200, nghiên cứu, khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Tìm tòi, tiếp cận đến một số lĩnh vực có liên để hoàn thành đồ án một cách tốt nhất và có hiệu quả nhất

Hệ thống lại những kiến thức cũ, học hỏi kinh nghiệm và nhiều kiến thức mới và quan trọng là có khả năng tự lập trình môt hệ thống và trải nghiệm thực tế nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiến bộ mang tính thực tiển hơn trong đời sống

1.1.2 Ý nghĩa của đề tài

Do nhu cầu cuộc sống ngày càng được năng cao, khoa học cần đáp ứng nhu cầu của thực tế cho nên sau đề tài này có thể đưa vào ứng dụng thực tế với quy mô lớn và được sử dụng rộng rãi trong thực tế Sau đề tài này có thể giúp sinh viên có nhiều phạm vi nghiên cứu hơn, phát huy tính sáng tạo, khả năng tự giải quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra và đây cũng là dịp để chúng em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội Mặt khác tập luận văn này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khóa sau giúp

họ hiểu rõ hơn về lập trình PLC

1.2 HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI

Với đề tài mang tính thực tiễn, vấn đề thực hiện việc thiết kế, thi công và xây dựng mô hình cũng như bài thực hành hoàn chỉnh thật sự có những ứng dụng rộng rãi trong các trường Kỹ Thuật Đó là điều mà mọi sinh viên thực hiện mong muốn đạt được

Do thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài chỉ giới hạn trong vòng 12 tuần, với vốn kiến thức chưa thật sự vững chắt và chưa có nhiều kinh ngiệm trong thực tế nên việc thiết kế và thi công mô hình của đề tài cũng gặp nhiều khó khăn Ngoài ra

do không đủ kinh phí nên có một số tượng trưng chứ không có thực tế đựơc Nhưng được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô bạn bè nên đề tài cũng đã hoàn thành

1.3 HƯỚNG GIẢI QUYẾT

1.3.1 Phần cứng

Sử dụng các motor , các cảm biến, các công tắt, máy biến áp , IC ,tụ điện, điện trở, các led, bo mạch, role…dùng để lắp ráp thành một khối đồng nhất để hoạt động nhằm đáp ứng yêu cầu của đề tài

Chương II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

LẬP TRÌNH PLC SIMATIC S7-200 2.1 SƠ LƯỢC VỀ PLC S7-200

có thể thực hiện được các chức năng khác nhau, điều khiển trong những môi trường khác nhau Là một hệ mang tính vượt trội so với các thiết bị hiện tại nó mang tính

chính xác cao và đạt hiệu quả công việc cao

2.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển của PLC

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable Controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (công ty General Motor Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống làm cho

hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho công việc lập trình

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo ra được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu

chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The Diagram Format) Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation) Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho

hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay

đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh hơn với các chức năng mở rộng: Hệ thống ngõ vào / ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào / ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128000 từ bộ nhớ (word of memory) Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẽ Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra / vào lớn

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác

thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống:

Robot, Cad/Cam, … Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence) còn gọi là các siêu PLC

(super PLC) cho tương lai

2.1.3 So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác

2.1.3.1 PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay

Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đã dần dần thay thế từng bước hệ thống điều khiển bằng Relay trong các quá trình sản xuất Khi thiết kế một

hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng Relay do các nguyên nhân sau:

Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động

- Có độ tin cậy cao

- Khoảng không lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích

- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra cao

- Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi, dễ dàng

- Dễ dàng thay đổi cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất

Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vượt trội hơn hệ thống điều khiển cổ điển (Relay, Contactor,…) Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không phải đổi, bỏ hệ thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi chương trình cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới

2.1.3.2 PLC với máy tính

Cấu trúc giữa máy tính với PLC đều dựa trên bộ vi xử lý (CPU) để xử lý

dữ liệu Tuy nhiên có một vài cấu trúc quan trọng cần phân biệt để thấy rõ sự khác biệt giữa một PLC và một máy tính

Không như máy tính, PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công nghiệp Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng có từ truờng mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ môi trường cao …

Điều quan trọng thứ hai đó là: một PLC được thiết kế với phần cứng và phần mềm sao cho dễ lắp đặt (đối với phần cứng) đồng thời về mặt chương trình cũng phải dễ dàng để người sử dụng (kỹ sư, kỹ thuật viên) thao tác lập trình một cách nhanh chóng, thuận lợi (ví dụ: lập trình bằng ngôn ngữ hình thang… )

2.1.3.3 PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer)

Đối với một PC, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau:

- Máy tính không có các cổng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp

- Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải là dạng hình thang, máy tính ngoài việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các phần mềm khác, làm "chậm" đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển

Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC

2.1.4 Lợi ích của việc sử dụng PLC

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống

Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống diều khiển chỉ cần lắp dặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào / ra …), mà không phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn

Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác

Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc sửa chữa thuận lợi hơn

2.1.5 Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng / mở (ON / OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm :

- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống

ống dẫn, cân đong trong ngành hóa …

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá

trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại,…,Bột giấy, giấy, xử lý giấy, điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cán, gia nhiệt, …

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong,

các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy, …

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm

soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây, …), cân đong, đóng gói, hòa trộn,

…

- Kim loại: điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm

tra chất lượng

- Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các

turbin, …), các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ, …)

Ứng dụng PLC vào thực tế

Hình 2.1 Điều khiển băng tải

Hình 2.2 Bảng hướng dẫn bãi đậu xe

2.1.6 Ứng dụng PLC vào các chương trình điều khiển tự động

Tự động hóa là một trong những yêu cầu căn bản của một nền công nghiệp phát triển, với tự động hóa các qui trình diều khiển sẽ chính xác hơn, qui trình sản xuất sẽ an toàn hơn, các sản phẩm làm ra sẽ có chất lượng đồng nhất hơn và quan trọng nhất là do tiết kiệm được chi phí nhân công và tiêu hao vật tư nên các sản phẩm này sẽ có giá thành rẻ hơn các sản phẩm cùng loại sản xuất bằng tay

Tự động hóa giải phóng người lao động khỏi những công việc nặng nhọc và nguy hiểm, tạo điều kiện cho họ có nhiều thời gian hơn để nghiên cứu và cải tiến các qui trình tự động hóa ngày càng tốt hơn

Ngày nay với sự phát triển của xã hội, nhu cầu về cuộc sống ngày càng tăng,

tự động hóa không những chỉ ứng dụng trong công nghiệp mà xuất hiện ở khắp mọi nơi, phục vụ cho mọi nhu cầu dân dụng của cuộc sống

Trong giai đoạn ban đầu (khoảng giữa những năm 50 của thế kỷ XX) trong các qui trình sản xuất của các ngành công nghiệp, một hệ thống điều khiển là tổ hợp phức tạp của hệ thống các role điện cơ Tuy nhiên các hệ thống này có một số nhược điểm sau:

- Kích thước quá lớn và quá phức tạp đối với các hệ thống lớn, khó kiểm soát, thời gian lắp đặt lâu

- Khi hoạt động xuất hiện hiện tượng hao mòn các tiếp điểm đóng ngắt nên yêu cầu bảo dưỡng duy tu thường xuyên, tuổi thọ thiết bị thấp

- Hệ thống điều khiển rơle là một hệ thống điều khiển theo qui trình cứng có chức năng cố định, khi có yêu cầu thay đổi bất kì về qui trình hoạt động thì chỉ thực hiện được bằng cách nối lại hệ thống dây dẫn hoặc thay đổi thành phần hệ thống Các khuyết điểm của hệ thống sử dụng rơle được khắc phục khi công nghệ mạch tích hợp ra đời vào những năm cuối thập niên 60 đầu 70, với một mạch tích hợp người ta có thể kết hợp với một lượng lớn transistor trên một vi mạch, các bộ PLC ra đời dựa trên công nghệ này PLC được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống

tự động hóa do thỏa mãn được các tính năng yêu cầu mà các rơle điện không có

- Độ tin cậy cao, khả năng kháng nhiễu tốt, không cần kiểm tra bảo dưỡng định kì

- Nhiều chức năng, có thể dùng để tính toán, so sánh các biến trạng thái với đáp ứng thời gian nhanh do xử lí bằng tín hiệu điện từ

- Có khả năng cập nhật chương trình diều khiển do bộ nhớ của chương trình lưu trữ bằng EEPROM

- Lắp đặt đơn giản, kích thước hệ thống nhỏ, tiết kiệm không gian, dễ dàng cải tiến qui trình sản xuất, thay đổi thông số chương trình khi có yêu cầu bằng việc thêm vào các môđun mở rộng và cấu trúc lại chương trình điều khiển

- Có khả năng nối mạng với hệ thống các PLC khác theo mạng chủ tớ (Master- Slave) hay mạng ngang cấp

- Dùng PLC ta có thể không dùng các bộ Rơle trung gian, thời gian, các bộ đếm do chúng được tích hợp trong PLC

Với các ưu điểm trên, dần dần các hệ thống điều khiển bằng PLC đã thay thế cho điều khiển bằng rơle, trải qua nhiều giai đoạn phát triển, PLC hiện nay rất đa dạng về tính năng với nhiều chủng loại do nhiều tập đoàn thiết bị điện sản xuất Hiện nay trên thị trường Việt Nam có thể tìm thấy PLC loại OMRON hay MISUBISHI của Nhật, SIEMENS và FESTO của Đức, SCHNEIDER và TELEMECANIQUE của Pháp, AB (Allen- Bradley) của Mỹ và một số thương hiệu

của Trung Quốc, Đài Loan,… Các PLC của từng hãng khác nhau có các tính năng khác nhau, một số PLC còn được nhà sản xuất cung cấp phần mềm mô phỏng ( Run Time Screen) trên máy vi tính (PC) kèm theo phần mềm lập trình nhằm giúp người

sử dụng dễ dàng kiểm tra chương trình điều khiển mà không cần thi công mạch điều khiển thực tế như họ PLC của hãng SCHNEIDER

Đối với mỗi thương hiệu PLC, tùy theo nhu cầu của người sử dụng mà có nhiều chủng loại khác nhau của cùng một hãng, lấy ví dụ với hãng SIEMENS có họ PLC S7- 200 dùng cho các qui trình điều khiển vừa và nhỏ, họ PLC S7- 300 dùng cho các qui trình lớn Trong cùng một họ PLC, căn cứ vào số đầu vào ra (Input/ Output) và khả năng lưu trữ bộ nhớ cũng phân ra làm nhiều dòng PLC khác nhau, đáp ứng đủ mọi nhu cầu của người sủ dụng, cụ thể như họ PLC S7- 200 có dòng 21x bao gồm CPU 212, 214, 215, 216, dòng 22x bao gồm CPU 221, 222, 224, 226,vv…

Theo yêu cầu, nhiệm vụ của luận văn, họ PLC S7-200 của Tập đoàn SIEMENS được chọn cho việc phân loại sản phẩm đã trình bày ở phần trước

2.2 GiỚI THIỆU VỀ HỌ PLC S7- 200 CỦA HÃNG SIEMENS

Như đã trình bày, họ S7- 200 của Tập đoàn SIEMENS dùng cho việc điều khiển các qui trình sản xuất nhỏ (Micro Programmable Logic Controller) Các PLC trong họ này có cấu trúc nhỏ, gọn, dễ mở rộng, ít tốn kém

2.2.1 Phân loại PLC S7-200

Họ PLC S7- 200 bao gồm hai dòng khác nhau, dòng cũ là 21x bao gồm CPU

212, 214, 215, 216, các PLC này chạy trên chương trình ứng dụng Micro/Win16 Vào giữa năm 2000, SIEMENS cho ra đời dòng 22x chạy trên chương trình ứng dụng STEP7-Micro / Win32 bao gồm CPU 221, 222, 224, 226 Những CPU trong cùng một dòng sử dụng chung một tập lệnh, chúng chỉ khác nhau

STEP7-về số lượng đầu vào ra (I / O) và dung lượng bộ nhớ chương trình cũng như bộ nhớ

dữ liệu Tùy theo yêu cầu của qui trình điều khiển mà ta có sự lựa chọn chủng loại PLC phù hợp sao cho đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất

Hình 2.3 Hình dạng một PLC của họ S7- 200

2.2.2 Các đặc điểm của CPU S7- 200

Theo nguyên tắc tiếp thu công nghệ mới, dòng 22x của họ S7- 200 được chọn

để giới thiệu trong đề tài luận văn này

62mm

90mm x 80mm x

62mm

120,5mm x 80mm x

62mm

190mm x 80mm x

Khoảng 50 giờ

Khoảng 190 giờ

Khoảng 190 giờ

Các đầu và ra cục bộ (I/ O) trên CPU

(In/ Out) 6 In/ 4 Out 8 In/ 6 Out 14 In/10 Out 24 In/ 16 Out

Số module

mở rộng cho Không có 2 module 7 module 7 module

phép

Tổng số ngõ vào ra (I/ O) cực đại cho phép (bao gồm cả module mở rộng)

(I/ O) Digital 256 (128 In/

Các đặc tính nâng cao

Bộ đếm cao

tốc

4 H/ W (20 Khz)

4 H/ W (20 Khz)

6 H/ W (20 Khz

6 H/ W (20 Khz

Điều chỉnh

Xung nhập xuất 2 (20 Khz,

dùng cho DC)

2 (20 Khz, dùng cho DC)

2 (20 Khz, dùng cho DC)

2 (20 Khz, dùng cho DC)

Ngắt truuyền

thông

1 chuyển/ 2 nhận

1 chuyển/ 2 nhận

1 chuyển/ 2 nhận

2 chuyển/ 4 nhận Định thời gian

đầu vào

4, có bộ lọc đầu vào

4, có bộ lọc đầu vào

4, có bộ lọc đầu vào

4, có bộ lọc đầu vào Đồng hồ thời

gian thực

Có (dạng ngăn đựng)

Có (dạng ngăn đựng)

Có (bên trong)

Có (bên trong) Mật mã bảo

N/ A

1 (RS 485)

PPI, DP/ T, Freeport

N/ A

1 (RS 485)

PPI, DP/ T, Freeport

N/ A

2 (RS 485)

PPI, DP/ T, Freeport

PPI, DP/ T, Freeport

2.2.3 Giao thức kết nối truyền thông cho PLC

Giao thức thường gặp là kết nối PLC với máy vi tính (PC: Personal Computer), một hệ thống cơ bản bao gồm một CPU S7- 200, một máy vi tính sử dụng phần mềm STEP7- Micro/WIN 32, và một cáp truyền thông (9 chân cắm)

Hình 2.4 Sơ đồ chân của cổng truyền thông

* Giải thích sơ đồ chân của cổng truyền thông

Chân 6: 5 VDC (điện trở trong 100)

Chân 7: 24 VDC (120mA tối đa)

Chân 8: Truyền và nhận dữ liệu

Chân 9: Không sử dụng

Máy vi tính cần một trong các thành phần sau để giao tiếp với PLC

2.2.3.1 Cáp PC/ PPI (do PLC thông qua liên kết RS - 485 nhưng máy tính chỉ có RS - 232 nên phải dùng cáp chuyển đổi) và các bước thực hiện

- Đặt tốc độ truyền (Baud Rate) cho cáp PC/ PPI, có hai tốc độ truyền là 9600 baud và 19200 baud

- Nối đầu cáp phía PC (RS-232) vào cổng COM1 hoặc COM2 của máy tính

- Nối đầu còn lại của cáp PC/ PPI (RS- 485) vào port giao tiếp của CPU S7- 200

Hình 2.5 Các thành phần của hệ thống PLC S7- 200

2.2.3.2 Giao tiếp qua card MPI/ CP, cần các thành phần sau

Một bộ xử lí đa truyền thông (CP) và cáp giao tiếp nhiều điểm (MPI) hay một card MPI và một cáp sử dụng cho card MPI

Đối với các hệ thống phức tạp ta có thể kết nối nhiều họ PLC khác nhau nhằm tận dụng được những ưu điểm riêng của từng loại, có hai cách kết nối mạng các PLC:

- Mạng PLC ngang cấp: Các PLC trong mạng hoạt động ngang nhau, chúng truyền thông tin cho nhau bằng phương pháp truy xuất và cất dữ liệu vào ô nhớ chung, tức là các PLC thành phần chia sẻ (share) một phần bộ nhớ của mình làm vùng nhớ chung Trong quá trình hoạt động của mình các PLC có giai đoạn truyền thông với nhau nhằm có sự phối hợp hoạt động giữa chúng

- Mạng PLC không ngang cấp: Các PLC trong mạng hoạt động theo quan hệ chủ tớ (Master/ Slave), mỗi PLC cũng chia sẻ một phần bộ nhớ để trao đổi thông tin

và xử lí thông tin phản hồi Chức năng của PLC Master là kiểm tra, xử lí và truyền lệnh cho các PLC Slave theo những qui trình lập sẵn Các PLC Slave có chương trình điều khiển khác nhau, chúng chỉ giao tiếp với nhau khi có yêu cầu phối hợp hoạt động và PLC Slave luôn phản hồi thông tin về PLC Master

Ngoài ra, CPU S7- 200 còn có các hình thức giao tiếp như sau:

- Một thiết bị chủ nối với một hay nhiều thiết bị tớ và nối với một thiết bị chủ khác

- Một thiết bị chủ nối với một hay nhiều thiết bị tớ, thiết bị chủ này nối với một CPU S7- 200 hoặc hệ thống các CPU S7- 200 đóng vai trò là một thiết bị tớ

thông qua môdun 10 hoặc 11 bit

Hình 2.6 Một thiết bị chủ (S7- 200 bất kì) nối với nhiều thiết bị tớ

(S7- 200 còn lại) và nối với một thiết bị chủ khác (TD 200)

Ngoài ra để truyền tốc độ cao, dùng giao thức PROFIBUS (PROCESS FIELD BUS) theo tiêu chuẩn Châu Âu (European Standard) để kết nối các thiết bị ở

xa Giao thức này được kết nối bằng Netword Repeater (giới hạn 9600m)

Hình 2.8 Mạng kết nối bằng Repeater

2.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của CPU S7- 200

Một PLC bất kì đều có các thành phần cấu tạo như sau:

Các thành phần cấu tạo PLC có chức năng sau:

CPU (Central Processing Unit): là đơn vị xử lý trung tâm Nó điều khiển mọi hoạt động của PLC theo chương trình dề ra, thực hiện tính toán, so sánh, định thời gian, đếm các tín hiệu đầu vào, đóng ngắt các đầu ra v.v… Tốc độ xử lí của CPU phụ thuộc vào tốc độ xung Clock cấp từ mạch thạch anh CPU thi hành chương trình xử lý các tín hiệu I / O, và nối kết chuyển giao với các thiết bị I / O CPU được nối trực tiếp đến các thiết bị I / O thông qua các tuyến đường dây thích hợp bên trong PLC

Memory : bộ nhớ nằm bên trong CPU bao gồm bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, mỗi vùng có chức năng và nhiệm vụ khác nhau

- Bộ nhớ chương trình dùng chứa chương trình điều khiển và xử lý dữ liệu chương trình này được CPU sử dụng mỗi khi PLC hoạt động Để đảm bảo tính an toàn mỗi khi có sự cố mất điện, bộ nhớ chương trình được sử dụng bằng EEFROM

Input

Interface

CPU ( Central Processing Unit ) Output Interface

Memory

(Electrical Ereasable Programmable Read Only Memory) Khi nạp chương trình vào PLC, chương trình được trữ trong bộ nhớ này

- Bộ nhớ dữ liệu dùng chứa các thông số của chương trình trong quá trình hoạt động như trạng thái các biến, giá trị đếm tức thời của Timer và Counter v.v… Khi diện cấp cho PLC bị mất nội dung của bộ nhớ dữ liệu vẫn được duy trì vài ngày nhờ một tụ diện Bộ nhớ dữ liệu được sử dụng bằng RAM (random Access Memory)

Interface Input: giao diện vào Tín hiệu được nhập từ các thiết bị vào Interface Output: giao diện ra Tín hiệu được gởi ra đến các thiết bị thi

hành

Bộ nhớ S7- 200 chia làm 4 vùng với một bộ pin có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn Bộ nhớ S7- 200 có tính năng động cao, đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special Memory)

Hình 2.9 Bộ nhớ trong và ngoài của PLC S7- 200

Vùng chương trình: Là vùng nhớ được sử dụng để lưu giữ các chương

trình Vùng này thuộc kiểu non – volatile đọc / ghi

Vùng tham số : Là miền lưu trữ các tham số như : từ khoá, địa chỉ

trạm, … cũng giống như vùng chương trình, thuộc kiểu non – volatile đọc / ghi

Vùng dữ liệu : Là miền nhớ động được sử dụng để cất dữ liệu của

chương trình Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (W – Word), hoặc theo từ kép (DW – Double Word) , vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau Chúng được ký hiệu bằng những chữ cái đầu theo tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:

V : Variable Memory

I : Input Image Register

O : Output Image Register

M : Internal Memory bits

SM : Special Memory bits

Tất cả các miền này đều có thể truy cập theo từng Bit, từng Byte, từng từ (Word), hoặc từng từ kép (Double Word)

7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0

cổng vào I (đọc/ghi)

Hình 2.10 Mô tả vùng dữ liệu của CPU 214

Vùng đối tượng : Bao gồm các thang ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ

đệm vào ra, thanh ghi AC Vùng này không thuộc kiểu đọc / ghi (Non– Volatile)

2.2.5 Các kiểu dữ liệu và định vị của PLC S7- 200

PLC S7- 200 cho phép định nghĩa 4 kiểu dữ liệu: Bit, Byte, Word, và Double Word

V0

 V4095

I0.x (x=0÷7)

 I7.x (x=0÷7) M0.x (x=0÷7)

 M31.x (x=0÷7)

Q0.x (x=0÷7)

 Q7.x (x=0÷7)

SM0.x (x=0÷7)

 SM29.x (x=0÷7

SM30.x (x=0÷7

 SM85.x (x=0÷7

2.2.5.1 Định vị trực tiếp

* Truy cập theo Bit

Để truy cập theo Bit một địa chỉ vùng nhớ ta phải mô tả một địa chỉ như sau:

Vùng nhớ + địa chỉ byte + “ ” + chỉ số của bit

* Truy cập theo Byte

Để truy cập theo Byte một địa chỉ vùng nhớ ta phải mô tả một địa chỉ như sau:

Vùng nhớ + “ B ” + địa chỉ byte

* Truy cập theo Word

Để truy cập theo Word một địa chỉ vùng nhớ ta phải mô tả một địa chỉ như sau:

Vùng nhớ +” W “ + địa chỉ byte cao (MSB) của word

* Truy cập theo Double Word

Để truy cập theo Double Word một địa chỉ vùng nhớ ta phải mô tả một địa chỉ như sau:

Vùng nhớ +” D “ + địa chỉ byte cao (MSB) của Double Word

2.2.5.2 Định vị gián tiếp

Định vị gián tiếp là sử dụng con trỏ để truy cập dữ liệu trong vùng nhớ PLC S7- 200 cho phép truy cập gián tiếp các vùng nhớ sau: I, Q, V, M, S, T (giá trị tức thời ), C (giá trị tức thời), không cho phép truy cập gián tiếp các bit riêng biệt và các giá trị Analog

2.2.6 Mở rộng đầu vào / ra (I / O) cho PLC

Có thể mở rộng ngõ vào / ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU (CPU 214 nhiều nhất 7 modul), làm thành một móc xích, bao gồm các modul có cùng kiểu

Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào / ra của các modul

Sau đây là một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU 214

CPU214 MODUL 0

(4vào/4ra)

MODUL 1 (8 vào)

MODUL 2 (3vào Analog /1ra Analog)

MODUL 3 (8 ra)

MODUL

4 (3vào Analog /1ra Analog) I0.0 Q0.0

Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3

I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7

AIW0 AIW2 AIW4

AQW0

Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7

AIW8 AIW10 AIW12

AQW4

Hình 2.11 Hình ảnh thực tế của một modul Analog

2.2.7 Phương thức hoạt động của PLC S7- 200

Hình 2.12 Cấu trúc tổng quát của một PLC S7- 200

2.2.7.1 PLC S7- 200 có các chế độ hoạt động thể hiện bằng đèn báo như sau

- SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc

- RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp trong máy

- STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng dừng chương trình đang thực hiện lại

- Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x (x.x = 0.0 ÷ 1.5) Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7

I1.0 I.11 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5

I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7

SF RUN

- Qy.y (đèn xanh) Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y (y.y = 0.0 ÷ 1.1) Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

2.2.7.2 Công tắc chọn chế độ làm việc của PLC

Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7-

200 có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC

- RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC S7 – 200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo

- STOP cưỡng bức PLC dừng thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới

- TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP

- Khi hoạt động ở chế độ Run, PLC S7- 200 được thiết kế để thực hiện một loạt các thao tác theo chu kì và một chu kì thực hiện thao tác đó người ta gọi là một vòng quét (Scan Cycle) Trong một vòng quét CPU thực hiện các công việc sau:

- Đọc trạng thái các ngõ vào (Reading The Input): Bắt đầu mỗi vòng quét, CPU đọc thạng thái các ngõ vào và lưu trong thanh ghi ảnh ngõ vào

- Thực hiện chương trình (Excecuting The Program): Trong suốt một vòng quét, CPU thực hiện từ lệnh đầu tiên của chương trình đến khi gặp lệnh END (Step7- Micro/ Win 32 tự động hiểu chương trình kết thúc khi gặp Network trống

kế tiếp trong chương trình) Tại thời điểm thực hiện các lệnh liên quan với các ngõ vào, ra, lệnh không làm việc trực tiếp với các cổng vào mà chỉ xử lí thông qua ccá thanh ghi ảnh của các ngõ vào ra trong vùng nhớ tham số Riêng với lệnh I / O Immediate (tức thời) thì hệ thống sẽ cho ngừng mọi công việc khác, ngay cả các chương trình xử lí ngắt để thực hiện ngay lập tức lệnh này (Giá trị ngõ vào nạp ngay vào thanh ghi ảnh hoặc xuất ngay giá trị trong thanh ghi ảnh đến ngõ ra) không đợi đến thứ tự thực hiện của vòng quét

- Truyền thông nội bộ giữa các PLC (Processing Any Communication Requests): Thực hiện việc trao đổi thông tin giữa các PLC trong mạng và xử lí các tín hiệu phản hồi

- Tự chuẩn đoán lỗi (Excecuting The CPU Self- Test Diagnostics): CPU tiến hành kiểm tra bộ nhớ chương trình và trạng thái các môđun mở rộng

- Xuất tín hiệu ra các ngõ ra (Writing To The Output): Kết thúc mỗi vòng quét CPU xuất các dữ liệu trong thanh ghi ảnh ngõ vào đến ngõ ra Khi PLC chuyển

từ trạng thái Run sang Stop (bằng nút gạt trên PLC), các giá trị của các thanh ghi ảnh ngõ ra sẽ được gán bằng các giá trị đã định nghĩa sẵn trong Outputs Table

Giai đoạn xử lí truyền thông

Hình 2.13 Chương trình thực hiện theo vòng quét (Scan) trong PLC S7- 200

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ

Nguồn nuôi dùng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng

tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi

2.3 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ 1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC

Để thiết kế 1 chương trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau

2.3.1 Xác định qui trình công nghệ

Trước tiên, ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động

1 vòng quét

Giai đoạn xuất dữ liệu

ra ngoại vi

Giai đoạn tự kiểm tra

và sửa lỗi

Đọc dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đệm ảo

Giai đoạn thực hiện chương trình

Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào Nó nhận tín hiệu và gởi tín hiệu đến CPU, CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến thiết bị xuất để điều khiển sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẵn trong chương trình

2.3.2 Xác định ngõ vào, ngõ ra

Tất cả các thiết bị xuất , nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập trình Thiết bị nhập là những contact, cảm biến Thiết bị xuất là những cuộn dây, valve điện từ , motor, bộ hiển thị

Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết bị vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình

2.3.5 Chạy chương trình

Trước khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào, ra

đến các thiết bị nhập, xuất đã được nối đúng theo chỉ định Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự Trong khi chạy chương trình, nếu bị lỗi thì máy tính hoặc bộ

Controler sẽ báo lỗi, ta phải sữa lại cho đến khi nó hoạt động an toàn

Sau đây là lưu đồ phương pháp thiết kế bộ điều khiển

Chương trình OK

END

Hiệu chỉnh lại phần mềm

Chạy thử chương

trình

Lập hồ sơ hệ thống lại cho tất cả các bản vẽ

Nạp chương trình vào

2.4 LẬP TRÌNH CHO PLC S7- 200

Cách lập trình cho S7 – 200 nói riêng và cho các PLC của Siemens nói chung dựa trên hai phương pháp lập trình cơ bản: Phương pháp hình thang (Ladder

Logic viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List viết tắt là STL)

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một chương trình theo kiểu STL tương ứng Nhưng ngược lại không phải mọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sang LAD

Có thể lập trình cho PLC S7- 200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm là Step7- Micro/ DOS hoặc Step7- Micro/ WIN32. Cả hai phần này đều cung cấp hai phương thức lập trình là LAD và STL Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC)

2.4.1 Lập trình theo kiểu LAD

Đây là phương thức lập trình bằng hình ảnh được sử dụng thông dụng bởi nhiều lập trình viên tại các nhà máy, các xí nghiệp Phương pháp này biểu thị chức năng điều khiển bằng các kí hiệu sơ đồ mạch điện như tiếp điểm, cuộn dây, v.v… Khi viết chương trình ở dạng LAD ta tiến hành sắp xếp các khối hình ảnh thành một

hệ thống Logic (Network Logic) để có thể thực hiện yêu cầu đề ra Chương trình được xử lí một Network tại một thời điểm từ trái sang phải và từ trên xống dưới Khi CPU xử lí tới cuối chương trình nó lại thực hiện từ đầu chương trình Các khối lệnh hình ảnh có thể là các tiếp điểm, các cuộn dây hoặc các khối hình hộp

- Tiếp điểm: là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơle Các tiếp

điểm đó có thể là thường mở┤├ hoặc thường đóng ┤/├

- Cuộn dây (Coil): là biểu tượng ─( )─ mô tả các rơle được mắc theo chiều

dòng điện cung cấp cho rơle

- Hộp (Box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng

điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ định thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện

Các đặc điểm chính cần biết khi chọn phương pháp lập trình dạng LAD

- Dạng LAD dễ dàng cho người bắt đầu sử dụng

- Vấn đề mô tả bằng đồ hoạ dễ dàng và được sử dụng phổ biến hơn

- Dạng LAD có thể sử dụng được cả hai thiết lập SIMATIC và IEC 1131-3

- Luôn sử dụng dạng STL để hiển thị được chương trình viết bằng dạng LAD

2.4.2 Lập trình theo kiểu STL

Đây là phương thức biểu diễn chương trình bằng các dòng lệnh liên tiếp, mỗi dòng lệnh là nội dung các thao tác mà CPU phải tác động tới đối tượng lệnh (toán hạng) Đây là ngôn ngữ thuần tuý của CPU, dành cho những người có kinh nghiệm lập trình Đối tượng lệnh bao gồm hai thành phần, phần đầu là tên và loại đối tượng lệnh, phần sau là tham số xác định cụ thể đối tượng lệnh

Phương pháp lập trình theo kiểu STL sử dụng vùng ngăn xếp logic (Logic Stack) của CPU để giải quyết các thao tác logic Vì thế người lập trình cần phải hiểu

rõ phương thức sử dụng 9 bit của ngăn xếp logic của S- 200 Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu tiên và bit thứ hai của ngăn xếp Giá trị logic mới đều có thể được gửi (hoặc được nối thêm) vào ngăn xếp Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit

S0 Stack 0 – bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp

2.4.3 Cấu trúc của một chương trình điều khiển (PLC S7- 200, CPU 22x)

Một chương trình của S7- 200 gồm ba thành phần cơ bản: Chương trình chính (Main Program), chương trình con và các chương trình xử lý ngắt

- Chương trình chính: Là thành phần chính của chương trình, được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND)

- Chương trình con là một bộ phận của chương trình Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính, đó là lệnh 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 chương trình chính MEND Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính Sau đó đến 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 sau này

Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính.

.

2.5 TẬP LỆNH CỦA PLC S7- 200

2.5.1 Lệnh vào / ra

2.5.1.1 LOAD (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong

bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit

Main Program



MEND

Thực hiện trong một vòng quét

2.5.1.2 LOAD NOT (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic nghịch đảo của một

tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp

bị đẩy lùi xuống một bit

Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho LAD như sau:

C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8

m C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8

Trước (And) Sau Trước (Or) Sau

Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho STL như sau:

LD n Lệnh nạp giá trị logic của điểm n vào bit đầu

tiên trong ngăn xếp n: I, Q, M, SM,

(bit) T, C LDN n Lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo của điểm n

vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

LDI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n vào

bit đầu tiên trong ngăn xếp

n: I LDNI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic nghịch đảo của

điểm n vào bit đầu tiên trong ngăn xếp

2.5.1.3 OUTPUT (=): lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp

vào bit được chỉ định trong lệnh Nội dung ngăn xếp không bị thay đổi

Mô tả lệnh OUTPUT bằng LAD như sau:

n

─( )

Cuộn _ay đầu ra ở trạng thái kích thích khi

có dòng điều khiển đi qua

N:

I,Q,M,SM,T,C (bit)

2.5.2 Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm: SET (S) và RESET (R)

Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hay ngắt các cuộn dây đầu ra Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm

(giới hạn từ 1 đến 255) Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này

Mô tả lệnh S (Set) và R (Reset) bằng LAD:

n (byte): IB, QB,

MB, SMB, VB,AC, hằng số, *VD, *AC

S bit n

──( SI )

Đóng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S- bit

S-bit: Q (bit) n(byte):IB,QB, MB, SMB, VB,AC, hằng

số, *VD, *AC

S bit n

──( RI )

Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S- bit

Mô tả lệnh S (Set) và R (Reset) bằng STL:

n (byte): IB, QB,

MB, SMB, VB,AC, hằng số, *VD, *AC

S bit n

──( SI )

Đóng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit

S-bit: Q (bit) n(byte):IB,QB, MB, SMB, VB,AC, hằng

số, *VD, *AC

S bit n

──( RI )

Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit

2.5.3 Các lệnh logic đại số Boolean

Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập các mạch logic (không có nhớ) Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng hay các tiếp điểm thường mở Trong STL có thể sử dụng lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AND (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh

Ngoài những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7 – 200 còn có 5 lệnh đặc biệt biểu diễn cho các phép tính của đại số Boolean cho các bit trong ngăn xếp, được gọi là lệnh Stack Logic Đó là các lệnh ALD (And Load), OLD (Or Load), LPS (Logic Push), LRD (Logic Read) và LPP (Logic Pop) Lệnh Stack Logic được dùng để tổ hợp, sao chụp hoặc xoá các mệnh đề logic LAD không có bộ đếm dành cho Stack Logic STL sử dụng các lệnh Stack Logic để thực hiện phương trình tổng thể có nhiều biểu thức con

Toán hạng

ALD

Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và thứ hai của ngăn xếp

bằng phép tính logic AND Kết quả ghi lại vào bit đầu tiên

Giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bit

Không

có

OLD

Lệnh tổ hợp giá trị của bit đầu tiên và thứ hai của ngăn xếp

bằng phép tính logic OR Kết quả ghi lại vào bit đầu tiên Giá

trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bit

Không

có

LPS

Lệnh Logic Push (LPS) sao chụp giá trị của bit đầu tiên vào

bit thứ hai trong ngăn xếp Giá trị còn lại bị đẩy xuống một

bit Bit cuối cùng bị đẩy ra khỏi ngăn xếp Bit cuối cùng bị

đẩy ra khỏi ngăn xếp

Không

có

LRD

Lệnh sao chép giá trị của bit thứ hai vào bit đầu tiên trong

ngăn xếp.Các giá trị còn lại của ngăn xếp giữ nguyên vị trí

Không

có

LPP

Lệnh kéo ngăn xếp lên một bit Giá trị của bit sau được

chuyển cho bit trước

Không

có

2.5.3.1 AND (A)

2.5.3.2 OR (O): Lệnh A và O phối hợp giá trị logic của một tiếp điểm n với

giá trị bit đầu tiên của ngăn xếp Kết quả phép tính được đặt lại vào bit đầu tiên trong ngăn xếp Giá trị của các bit còn lại trong ngăn xếp không bị thay đổi

Tác động của các phép tính A (And) và O (Or)

2.5.3.3 AND LOAD (ALD)

2.5.3.4 OR LOAD (OR): Lệnh ALD và OLD thực hiện phép tính logic And

và Or giữa hai bit đầu tiên của ngăn xếp Kết quả của logic này sẽ được ghi lại vào bit đầu trong ngăn xếp Nội dung còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bit

Tác động của lệnh ALD và OLD VÀO ngăn xếp như sau

2.5.3.5 LOGIC PUSH (LPS)

2.5.3.6 LOGIC READ (LED)

2.5.3.7 LOGIC POP (LPP): Lệnh LPS, LRD và LPP là những lệnh thay đổi

nội dung bit đầu tiên của ngăn xếp Lệnh LPS sao chép nội dung của bit thứ hai trong ngăn xếp, nội dung ngăn xếp sau đó bị đẩy xuống một bit Lệnh LRD lấy giá trị bit thứ hai ghi vào bit đầu tiên của ngăn xếp, nội dung ngăn xếp sau đó được kéo lên một bit Lệnh LPP kéo ngăn xếp lên một bit

2.5.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt: ┤ NOT ├ ┤ P ├ ┤ N ├

Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị đỉnh của ngăn xếp) LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dòng cung cấp Các tiếp điểm đặc biệt không có toán hạng riêng của chính chúng, vì thế phải đặt chúng phía trước cuộn dây hoặc hộp đầu ra Tiếp điểm chuyển tiếp dương / âm (các lệnh sườn trước và sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ bởi vậy đối với CPU 214 có thể sử dụng nhiều nhất là 256 lệnh

Lệnh ┤ NOT ├ được biểu diễn trong LAD và STL như sau

Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng cung cấp Nếu dòng cung cấp có tiếp điểm đảo thì nó bị ngắt mạch, nếu không có tiếp đảo thì nó thông mạch

NOT

Lệnh đảo giá trị của bít đầu tiên trong ngăn xếp

Không có

Lệnh ┤ P ├ được biểu diễn trong LAD và STL như sau

Lệnh ┤ N ├ được biểu diễn trong LAD và STL như sau:

2.5.5 Các lệnh so sánh

Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, Word hay Dword của S7- 200

LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh các giá trị của byte, word hay Dword (giá trị thực hoặc nguyên) Những lệnh so sánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng (<=); so sánh bằng (==) và so sánh lớn hơn hoặc bằng (>=)

Khi so sánh giá trị của byte thì không cần phải để ý đến dấu của toán hạng, ngược lại khi so sánh các từ hay từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán hạng

là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép Ví dụ 7FFF > 8000 và 7FFFFFFF > 80000000

Tiếp điểm chuyển

đổi dương cho phép

Không có

Tiếp diểm chuyển đổi âm cho phép dòng cung cấp thông mạch trong một vùng quét khi sườn xung điều khiển chuyển từ 1 xuống 0

ED

Lệnh nhận biết sự chuyển tiếp trạng thái

từ 1 xuống 0 trong 1vùng quét của đỉnh ngăn xếp Khi nhận được sự chuyển tiếp đỉnh ngăn xếp giá trị bằng1 trong vòng quét

Không có

LAD Mô tả Toán hạng

A, O Để tạo ra được các phép so sánh mà S7- 200 không có lệnh so sánh tương ứng như: so sánh không bằng nhau (<>), so sánh nhỏ hơn (<) hoặc so sánh lớn hơn (>),

có thể tạo ra được nhờ kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (==, >=, <=)

2.5.6 Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con

Các lệnh của chương trình, nếu không có những lệnh điều khiển riêng, sẽ được thực hiện theo thứ tự từ trên xuống dưới trong một vòng quét Lệnh điều khiển chương trình cho phép thay đổi thứ tự thực hiện lệnh Chúng cho phép chuyển thứ

tự thực hiện, đáng lẽ ra là lệnh tiếp theo, tới một lệnh bất cứ nào khác của chương

trình, trong đó nơi điều khiển chuyển đến được đánh dấu trước bằng một nhãn chỉ đích Thuộc nhóm lệnh điều khiển chương trình gồm: lệnh nhảy, lệnh gọi chương trình con Nhãn chỉ đích, hay gọi đơn giản là nhãn, phải được đánh dấu trước khi

thực hiện nhảy hay lệnh gọi chương trình con

Việc đặt nhãn cho lệnh nhảy phải nằm trong chương trình Nhãn của chương

trình con, hoặc của chương trình xử lý ngắt được khai báo ở đầu chương trình

Không thể dùng lệnh nhảy JMP để chuyển điều khiển từ chương trình chính vào

một vào một nhãn bất kỳ trong chương trình con hoặc trong chương trình xử lý ngắt Tương tự như vậy cũng không thể từ một chương trình con hay chương trình

xử lý ngắt nhảy vào bất cứ một nhãn nào nằm ngoài các chương trình đó

Lệnh gọi chương trình con là lệnh chuyển điều khiển đến chương trình con Khi chương trình con thực hiện các phép tính của mình thì việc điều khiển lại được chuyển trở về lệnh tiếp theo trong chương trình chính ngay sau lệnh gọi chương trình con Từ một chương trình con có thể gọi được một chương trình con khác trong nó, có thể gọi như vậy nhiều nhất là 8 lần trong S7- 200 Đệ qui (trong một chương trình con có lệnh gọi đến chính nó) về nguyên tắc không bị cấm song phải chú ý đến giới hạn trên

Nếu lệnh nhảy hay lệnh gọi chương trình con được thực hiện thì đỉnh ngăn xếp luôn có giá trị logic bằng 1 Bởi vậy trong chương trình con các lệnh có điều khiển được thực hiện như các lệnh không điều kiện Sau các lệnh LBL (đặt nhãn) và SBR, lệnh LD trong STL sẽ bị vô hiệu hóa

Khi một chương trình con được gọi, toàn bộ nội dung của ngăn xếp sẽ được cất đi, đỉnh của ngăn xếp nhận một giá trị mới là 1, các bit khác còn lại của ngăn xếp nhận giá trị logic 0 và chương trình được chuyển tiếp đến chương trình con đã được gọi Khi thực hiện xong chương trình con và trước khi điều khiển được chuyển trở lại chương trình đã gọi nó, nội dung ngăn xếp đã được cất giữ trước đó

sẽ được chuyển trở lại ngăn xếp

Nội dung của thanh ghi AC không được cất giữ khi gọi chương trình con, nhưng khi một chương trình xử lý ngắt được gọi, nội dung của thanh ghi AC sẽ được cất giữ trước khi thực hiện chương trình xử lý ngắt và nạp lại khi chương trình