Bài tập lớn : HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Bài tập lớn : HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP Họ và tên HSSV : Nhóm 4 1. Nguyễn Văn Việt 2. Phạn Ngọc Thiện 3. Bùi Văn Dũng Lớp : ĐH TĐH3 Khoá : 6 Khoa : Điện Giáo viên hướng dẫn : Hoàng Quốc Xuyên NỘI DUNG Thiết kế giao diện cho mô hình đo lường độ Oxy hòa tan sử dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7200 PHẦN THUYẾT MINH Chương 1 Tìm hiểu các cảm biến đo độ Oxy hòa tan Chương 2 Thiết kế phần mềm đo lường trên S7200 Chương 3 Thiết kế giao diện giám sát Chương 4 Kết quả mô phỏng. Ngày giao đề : 10102014 Ngày hoàn thành : 10122014

BỘ CỒNG THƯƠNG

Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập-Tự do-Hạnh phúc

Bài tập lớn : HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG

Chương 1- Tìm hiểu các cảm biến đo độ Oxy hòa tan

Chương 2- Thiết kế phần mềm đo lường trên S7-200

Chương 3- Thiết kế giao diện giám sát

Chương 4- Kết quả mô phỏng

Ngày giao đề : 10/10/2014 Ngày hoàn thành : 10/12/2014

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hoàng Quốc Xuyên

CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ CÁC CẢM BIẾN ĐO ĐỘ OXY HÒA TAN

1.1 Định nghĩa oxi hòa tan

1.1.1 Định nghĩa:

Oxy hòa tan : là lượng oxy có trong nước được tính bằng mg/l hay % bảo hòa dựa

vào nhiệt độ Phần trăm bảo hòa là phần trăm tìm tàng của nước để giữ oxi có mặt trong nước.Oxy trong nước mặt dao động từ 0 mg/l ở nguồn nước có điều kiện quá tệ cho đến 15 mg/l trong nước đóng băng

COD ( Chemical Oxygen Demand ) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ

bằng dung dịch acid dicromate.Phản ứng hóa học này thường oxy hóa hơn 95% chất hữu cơ trong 3 giờ

BOD : nhu cầu ôxy hóa sinh học hay nhu cầu ôxy sinh học (ký hiệu: BOD, từ viết

tắt trong tiếng Anh của Biochemical (hay Biological) Oxygen Demand) là lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá các chất hữu cơ trong nước bởi vi sinh vật BOD là một chỉ

số và đồng thời là một thủ tục được sử dụng để xác định xem các sinh vật sử dụng hếtôxy trong nước nhanh hay chậm như thế nào Nó được sử dụng trong quản lý và khảosát chất lượng nước cũng như trong sinh thái học hay khoa học môi trường

BOD5: là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn oxy hóa chất hữu cơ tại 20 oC trong 5

ngày

Bảng 1: Mức BOD theo chất lượng nước

DO (Dessolved Oxygen) :là lượng oxy hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp

của các thủy sinh Trong các chất khí hòa tan trong nước, oxy hòa tan đóng một vaitrò rất quan trọng Oxy hòa tan cần thiết cho sinh vật thủy sinh phát triển, nó là điềukiện không thể thiếu của quá trình phân hủy hiếu khí của vi sinh vật Khi nước bị ônhiễm do các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật thì lượng oxy hòa tan trongnước sẽ bị tiêu thụ bớt, do đó giá trị DO sẽ thấp hơn so với DO bảo hòa tại điều kiệnđó Vì vậy DO được sử dụng như một thông số để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu

cơ của các nguồn nước DO có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự làm sạch của sông(assimilative capacity - AC) Đơn vị tính của DO thường dùng là mg/l

Hàm lượng oxy hòa tan = lượng đưa vào – lượng mất đi.

1.1.2 Phương pháp xác định BOD và COD :

+ Phương pháp xác định BOD:

Thử nghiệm BOD được thực hiện bằng cách hòa loãng mẫu nước thử với nước đã khử ion và bão hòa về ôxy, thêm một lượng cố định vi sinh vật mầm giống, đo lượng ôxy hòa tan và đậy chặt nắp mẫu thử để ngăn ngừa ôxy không cho hòa tan thêm (từ ngoài không khí) Mẫu thử được giữ ở nhiệt độ 20°C trong bóng tối để ngăn chặn quang hợp (nguồn bổ sung thêm ôxy ngoài dự kiến) trong vòng 5 ngày và sau đó đo lại lượng ôxy hòa tan Khác biệt giữa lượng DO (ôxy hòa tan) cuối và lượng DO ban đầu chính là giá trị của BOD Giá trị BOD của mẫu đối chứng được trừ đi từ giá trị BOD của mẫu thử để chỉnh sai số nhằm đưa ra giá trị BOD chính xác của mẫu thử Ngày nay việc đo BOD được thực hiện bằng phương pháp chai đo BOD Oxitop: đặt chai trong tủ 20oC trong 5 ngày, BOD được đo tự động khi nhiệt độ đạt đến 20oC Giá trị BOD được ghi tự động sau mỗi 24 giờ

+ Phương pháp xác định COD:

Trong nhiều năm, tác nhân ôxi hóa mạnh là pemanganat kali (KMnO4) đã được sử dụng để đo nhu cầu ôxy hóa học Tính hiệu quả của pemanaganat kali trong việc ôxi hóa các hợp chất hữu cơ bị dao động khá lớn Điều này chỉ ra rằng pemanganat kali không thể có hiệu quả trong việc ôxi hóa tất cả các chất hữu cơ có trong dung dịch nước, làm cho nó trở thành một tác nhân tương đối kém trong việc xác định chỉ số COD

Kể từ đó, các tác nhân ôxi hóa khác như sulfat xêri, iodat kali hay dicromat kali đã được sử dụng để xác định COD Trong đó, dicromat kali (K2Cr2O7) là có hiệu quả nhất: tương đối rẻ, dể dàng tinh chế và có khả năng gần như ôxi hóa hoàn toàn mọi chất hữu cơ

Phương pháp đo COD bằng tác nhân oxy hoá cho kết quả sau 3 giờ và số liệu CODchuyển đổi sang BOD khi việc thí nghiệm đủ nhiều để rút ra hệ số tương quan có độ tin cậy lớn.

Lưu ý : Kết hợp 2 loại số liệu BOD, COD cho phép đánh giá lượng hữu cơ đối với

sự phân hủy sinh học

+ Phương pháp xác định DO ( phương pháp Winkler )

Công thức tính DO:

Về mùa đông nhiệt độ nước nguồn thấp nên độ hòa tan tăng, tuy nhiên với nhiệt độthấp các vi khuẩn hiếu khí tham gia vào quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ

sẽ hoạt động yếu Do đó quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ xảy ra chậm chạp

Hình 1.1: Độ Oxi và Nito trong nước cất được bão hòa không khi ở áp xuất 760mHg

Lưu ý : Nhiệt độ nước nếu gia tăng nhanh cũng gây ra gas bubble disease vì khả năng

bền chặt của các chất khí trong nước tỷ lệ nghịch với nhiệt độ nước

 Cặn lắng

Khi xả nước thải chưa xử lý vào nguồn nước, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống đáy nguồn và khi tốc độ dòng chảy trong nguồn không lớn lắm thì các chất đó sẽ lắng ở ngay cạnh cống xả

Các chất hữu cơ của cặn lắng bị phân hủy bởi vi khuẩn Nếu lượng cặn lắng lớn và lượng oxy trong nước nguồn không đủ cho quá trình phân hủy hiếu khí thì oxy hoà tan của nước nguồn cạn kiệt (DO = 0) Lúc đó quá trình phân giải yếm khí sẽ xảy ra

và sản phẩm của nó là chất khí H2S, CO2, CH4 Các chất khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy, đồng thời các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quyển Chúng làm ô nhiễm cả nước và không khí xung quanh

Cần chú ý rằng quá trình yếm khí xảy ra chậm hơn nhiều so với quá trình hiếu khí Bởi vậy khi đưa cặn mới vào nguồn thì quá trình phân giải yếm khí có thể xảy ra liên tục trong một thời gian dài và quá trình tự làm sạch nguồn nước có thể coi như chấm dứt Nguồn như vậy không thể sử dụng vào mục đích cấp nước, cá sẽ không thể sống

và có thể có nhiều thiệt hại khác nữa

Bản

g 2: Lượng oxi hào tan của không khí vào nước theo nhiệt độ và độ mặn ở

1 atm

 Một số yếu tố khác

- Oxi trong không khí : để oxy hóa các chất hữu cơ, trong nguồn nước luôn xảy ra

quá trình bổ sung lượng oxy mới Nguồn bổ sung oxy là không khí Chúng hòa tan vào nguồn nước qua mặt thoáng của nguồn nước

- Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh tạo ra oxy

- Quá trình hô hấp của thủy sinh vật làm tiêu hao oxy.

- Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước của vi khuẩn làm tiêu hao oxy.

- Độ hòa tan của oxy vào nước phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa hai pha oxy vànước Diện tích tiếp xúc lớn oxy hòa tan cao va ngược lại

- Độ thoáng trên bề mặt Thoáng nhiều thì oxy hòa tan nhiều và ngược lại

- Độ hòa tan phụ thuộc vào mức độ xáo trộn gây ra bởi dòng chảy cũng như các tác nhân như gió trên mặt thoáng của dòng chảy

- Sự thay đổi mùa cũng ảnh hưởng đến nồng độ ôxy

VD: mùa hè nhiệt độ ấm làm tăng tốc độ tổng hợp và phân huỷ hàm lượng oxy hòa

tam giảm

1.2 Tìm hiểu các cảm biến đo độ Oxy hòa tan

1.2.1Phương pháp đo nồng độ oxi

Xác định nồng độ oxi chính là xác định giá trị của đại lượng DO (Dessolved

Oxygen)

Có thể xác định DO bằng hai phương pháp khác nhau:

1.2.1.1 Phương pháp Winkler (hóa học).

Cách tiến hành:

Oxy trong nước được cố định ngay sau khi lấy mẫu bằng hỗn hợp chất cố định (MnSO4, KI, NaN3), lúc này oxy hòa tan trong mẫu sẽ phản ứng với Mn2+ tạo thànhMnO2 Khi đem mẫu về phòng thí nghiệm, thêm acid sulfuric hay phosphoric vào mẫu, lúc này MnO2 sẽ oxy hóa I- thành I2 Chuẩn độ I2 tạo thành bằng Na2S2O3 vớichỉ thị hồ tinh bột Tính ra lượng O2 có trong mẫu theo công thức:

DO (mg/l) = (VTB x N/ VM ) x 8 x 1.000

Trong đó:

VTB: là thể tích trung bình dung dịch Na2S2O3 0,01N (ml) trong các lần chuẩnđộ

N: là nồng độ đương lượng gam của dung dịch Na2S2O3 đã sử dụng

8: là đương lượng gam của oxy

VM: là thể tích (ml) mẫu nước đem chuẩn độ

1.000: là hệ số chuyển đổi thành lít

1.2.1.2 Phương pháp điện cực oxy hoà tan- máy đo oxy:

Đây là phương pháp được sử dụng rất phổ biến hiện nay Máy đo DO được dùng

để xác định nồng độ oxy hòa tan ngay tại hiện trường Điện cực của máy đo DO hoạt động theo nguyên tắc: dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng oxy hòa tan trong nước khuếch tán qua màng điện cực, trong lúc đó lượng oxy khuếch tán qua màng lại tỷ lệ với nồng độ của oxy hòa tan Đo cường độ dòng điện xuất hiện này chophép xác định được DO

1.2.2 Cảm biến đo

1.2.2.1 Công nghệ quang

Công nghệ phát quang tạo bước đột phá trong ứng dụng đo đạc oxy hòa tan

Hình 1.2: Sensor LDO(HACH LDO) đo oxy theo công nghệ quang

Phương pháp đo

Sensor HACH LDO được phủ một lớp vật liệu huỳnh quang Ánh sáng xanh từ đèn LED chiếu tới bề mặt sensor Ánh sáng xanh kích thích vật liệu huỳnh quang Khi vật liệu ở trạng thái nghỉ nó sẽ phát lại tia sáng đỏ Thời gian để tia đỏ phát sáng được ghi lại Giữa những lần chớp sáng tia màu xanh, một tia đỏ từ đèn LED khác được chiếu tới bề mặt sensor để dùng như sự tham chiếu bên trong

Oxy gia tăng trong mẫu sẽ làm giảm thời gian ánh sáng đỏ được phát ra Thời gian đo đạc được tỉ lệ với nồng độ oxy

Đặc tính :

- Chuẩn xác và nhanh chóng

Sensor không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của pH, hydro sunfit hay chất hữu cơ bám lên sensor Không cần mất thời gian để làm quen, máy phân tích có thể đọc ngaykết quả trong vòng 30 giây khi được kết nối với bộ điều khiển.

- Lắp đặt và bảo dưỡng đơn giản

Đầu đo HACH LDO có thể được lắp đặt cùng với bộ kit dạng quả cầu nổi Đầu đo chỉ có 1 bộ phận có thể thay thế không tốn kém nhiều đó là nắp sensor- thay mới rất đơn giản Nắp sensor được bảo hành 1 năm và toàn bộ đầu đo là 3 năm

Hiệu chuẩn bởi nhà sản xuất và việc thay thế màng là không cần thiết Cần định kì lau chùi sensor với miếng gạc ướt để sensor có thể hoạt động tốt một cách liên tục

Đại lượng Thông số

Thang đo

+0 đến 20.0 ppm,+0 đến 20.0 mg/L,+0 đến 200% độ bão hòa

Độ nhạy ±0.5% khoảng chia

Độ chuẩn xác Thông số đo: Dưới 1 ppm: ±0.1 ppm Trên 1

ppm: ±0.2 ppmNhiệt độ ±0.2°C

Độ lặp lại: ±0.5% khoảng chia

Thời gian phản hồi ở

20ºC

+Đến 90% ít hơn 40 giây+Đến 95% ít hơn 60 giây

±0.01 ppm hay mg/L, ±0.1% độ bão hòa

±0.1 ppm hay mg/L, ±0.1% độ bão hòaNhiệt độ vận hành 0 đến 50°C (32 đến 122°F)

Độ sâu đặt đầu đo và

Kích thước 60 x 292 mm (2.4 x 11.5 in.)

Khối lượng 1.4 kg (3 lb., 2 oz.)

Bảng 3: Thông số kĩ thuật của Sensor LDO(HACH LDO)

1.2.2.2 Máy đo oxy

Hình 1.3 : Máy đo nồng độ oxy hòa tan và nhiệt độ

Máy đo nồng độ ôxy hoà tan cầm tay DOT-01 là sản phẩm hợp tác giữa Viện Khoa Học Vật Liệu, Viện Khoa Học và Công nghệ Việt nam và Đại học Paris7, CNRS, Cộng hoà Pháp

2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-200:

2.1.1 Tổng quan về PLC

PLC, viết tắt của (programable logic) controlerlà thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính ) S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau

Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợpdung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge )

Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216;

họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224,224XP, 226, 226XM

Bảng 4: Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X :

 Giới thiệu về module mở rộng:

- Module đầu vào số: EM221, có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120-230VAC

- Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC

- Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC

- Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu

0-10V,4-20mA…

- Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra

- Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra

- Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông

các đầu ra đều ở trạng thái “OFF”

- Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành

- Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số(ON/OFF)

- Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF)

Port truyền thông:

- Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần…

- Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng

- STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF

- TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài racòn được dùng để download chương trình người dùng

- Module đầu vào

- Module đầu ra

- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

- Module bộ nhớ

- Module quản lý phối ghép vào ra

Hình 2.1 : Sơ đồ khối của S7 200

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):

CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:

- Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài

- Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn

Bộ nhớ:

Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần xử

lý trong chương trình của PLC

Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chứcnăng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệuchương trình khi mất điện

Khối vào/ra:

Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài(điện áp 24VDC/220VAC).Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách

ly quang

Bộ nguồn:

Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC

Khối quản lý ghép nối:

Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp

- Vùng dữ liệu: Dùng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả các phép tính, các hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông…

- Vùng đối tượng: Bao gồm các bộ đếm, bộ định thì, các cổng vào ra tương tự Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nhưng có thể đọc và ghi được

Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình.

- Vùng nhớ chương trình:

Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT

- OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét

- SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ

chương trình chính

- INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này sẽđược thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra

- Vùng nhớ dữ liệu:

Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn(word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớnhỏ để phục vụ cho những mục đích và công dụng khác nhau, bao gồm các vùng sau:

- V (Variable memory): Vùng nhớ biến

- I (Input image register): Vùng đệm đầu vào

- Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra

- M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội

- SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt

 Mở rộng cổng ra, vào:

Các PLC họ S7-200 đều có thể mở rộng thêm các đầu vào/ra và các chức năng nângcao khác bằng cách ghép nối thêm các module mở rộng về phía bên phải của PLC tạothành một móc xích các module.Địa chỉ của các vị trí các module được xác định bằngkiểu vào ra và vị trí của các module trong móc xích,bao gồm các module có cùng kiểu.

Các module mở rộng số hay tương tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm tương ứng với

số đầu vào ra của module

Ví dụ cách đặt địa chỉ module mở rộng của CPU224:

Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm việc trựctiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra

Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với các chế độ ngắt đượcsoạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chương trình ngắt chỉ được thực hiện khi có sự kiện báo ngắt và có thể xảy ra bất kỳ lúc nào trong một vòng quét

 Kiểu dữ liệu

Kiểu dữ liệu Kích thước Nội dung Dải giá trị

không dấu

0 ÷ 255

dấu(chỉ áp dụng cho lệnh SHRB)

Có hai loại thiết bị có thể dùng để lập trình cho PLC S7- 200 là PG và PC

- PG: Là thiết bị lập trình chuyên dụng được dùng cho PLC S7-200 tuy nhiên chỉ sử dụng để lập trình với ngôn ngữ STL

- PC: Là máy tính cá nhân trên đó có cài phần mềm STEP7-MICROWIN Phần mềm này cho phép lập trình với cả ba ngôn ngữ là STL, LAD và FBD Để cài phần mềm này người phải có bản quyền và PC phải cài hệ điều hành WIN98/2000/NT/XP.Hiện nay hầu hết sử dụng STEP7-MICROWIN 3.0, 3.2, 4.0 để lập trình cho S7 để có thể

sử dụng được những ứng dụng nâng cao

Giao diện làm việc:

Sau khi đã cài đặt phần mềm STEP7-MICROWIN và vào chương trình làm việc, giao diện làm việc sẽ được thể hiện như sau:

Hình 2.3: Giao diện làm việc của phần mềm STEP7-MICROWIN

Các khối sử dụng trong giao diện lập trình:

 Khối Programe Block:

Gồm ba khối chính:

- Khối OB1: Là khối chứa chương trình chính, luôn được quét trong mỗi vòng

vòng quét Đây là khối chính trong việc thiết kế chương trình và bắt buộc phải

có Khối SUBROUTIN: Là khối chứa chương trình con Chương trình chứa

trong khối này sẽ được thực hiện mỗi khi có lệnh gọi thực hiện từ chương trìnhchính

- Khối INTERRUPT: Là khối chứa chương trình ngắt Khối này sẽ được thực

hiện mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra.Có thể tạo nhiều chương trình con hay chương trình ngắt tuy nhiên không thể tạo nhiều chương trình chính do chươngtrình chính chỉ có một Có thể xóa hay đổi tên chương trình con hay chương trình

ngắt bằng cách click chuột phải vào biểu tượng chương trình và chọn “Delete” hay

“Rename”

- Khối Data Block

Đây là khối chứa dữ liệu của một chương trình Ta có thể định dạng dữ liệu trước trong khối này và sử dụng chúng trong chương trình Khi tải chương trình vào PLC thì toàn bộ nội dung của khối sẽ được lưu vào bộ nhớ của PLC Khối chỉ làm việc vớidữ liệu của vùng nhớ V

Để tạo dữ liệu trong khối này ta có click vào biểu tượng trên màn hình hoặc trên cây thư mục chọn khối và click vào biểu tượng “USER”, khi đó màn hình chương trình sẽchuyển sang làm việc với khối

Cách tạo dữ liệu được thể hiện bên dưới

- Khối System Block:

Đây là khối định dạng các chức năng làm việc của hệ thống Khối này gồm có 10 khối chính:

Communication Ports: Định dạng cho cổng giao tiếp của PLC

Địa chỉ mặc định của PLC là 2, có thể thay đổi địa chỉ này.Tốc độ truyền mặc định là 9600kbps.

Retentive Ranges: Khối này cho phép chọn 5 vùng nhớ có thể lưu dữ liệu khi PLC bị mất điện, nếu vùng nào được chọn thì dữ liệu vùng đó được giữ, ngược lại sẽ bị reset

về 0

Password: S7-200 có 3 mức chọn mật mã,thông thường chọn mức cao nhất để bảo mật bản quyền, số ký tự tối đa là 8 Trường hợp PLC đã có password thì người khôngcó password không thể upload từ PLC về máy tính nhưng có thể DownLoad chương trình vào PLC bằng các chọn “clear PLC”,khi đó toàn bộ dữ liệu sẽ bị xóa

Output table:

Khối này cho phép chọn trạng thái ngõ ra của PLC là ON hay OFF khi PLC chuyển trạng thái từ RUN sang STOP Chế độ mặc định của phần mềm là OFF

Input Filter:

Cho phép chọn thời gian lọc tín hiệu ngõ vào của PLC Thời gian lọc tín hiệu ngõ vào

là thời gian mà ngõ vào không đổi trạng thái thì PLC mới cho phép nhận trạng thái đó Nếu sự thay đổi trạng thái diễn ra trong thời gian ngắn hơn thời gian lọc thì PLC

sẽ không nhận tín hiệu đó và coi như trạng thái của ngõ vào là không thay đổi.Thời gian lọc mặc định của đầu vào là 6.4ms

Pulse Catch Bits:

PLC cho phép chọn ngõ vào có thể bắt những tín hiệu nhanh khi chu kỳ quét chưa kịpquét, tín hiệu đó sẽ được giữ cho đến khi chu kỳ quét được thực hiện

Background Time:

Background time còn gọi là thời gian nền, được chuyên dùng cho việc xử lý các yêu cầu truyền thông trong chế độ chạy ở trạng thái biên dịch hoặc đáp ứng Background time được cho dưới dạng phần trăm và tác động đến thời gian quét Khi tỷ lệ chọn càng tăng thì thời gian quét càng chậm Tỷ lệ hợp lý được chọn là 10%

EM Configuration:

Khối này cho phép người sử dụng xem được cấu hình vị trí của module được sử dụng Địa chỉ này được lưu trong vùng nhớ V

- Khối Symbol Table:

Khối này cho phép người dùng đặt biểu tượng và chú thích các địa chỉ sử dụng trongchương trình Khi ta đặt biểu tượng (symbol ) và chú thích ( comment ) thì trong chương trình sẽ thể hiện các biểu tượng này thay cho địa chỉ Công việc này sẽ giúp cho người dùng dễ dàng giám sát các địa chỉ được sử dụng trong chương trình

2.1.2 Ngôn ngữ lập trình

 Phương pháp lập trình:

S7-200 biểu diễn chương trình dưới dạng một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh và khối chương trình theo thứ tự quy định Các lệnh và khối này sẽ lần lượt đượcquét trong chương trình từ đầu đến cuối trong một vòng quét PLC sẽ làm việc ngay tại vòng quét đầu tiên và từ đó thực hiện liên tục chu kỳ quét Trong mỗi vòng quét nếu có một lệnh được gọi PLC sẽ nhận lệnh đó và thực hiện, nếu không quét kịp thì tại vòng quét tiếp theo sẽ thực hiện

Có ba phương pháp lập trình cơ bản:

- Lập trình hình thang (LAB – Ladder Logic)

- Phương pháp khối hàm (FBD – Funtion Block Diagram)

- Phương pháp liệt kê câu lệnh (STL – Statement List)

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD hoặc FBD thì có thể chuyển sang dạng STL nhưng không phải mọi chương trình viết bằng STL đều có thể chuyển sang hai dạng kia

Là ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ mô phỏng theo mạch relay Các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic.

- Tiếp điểm: Mô tả các tiếp điểm dùng trong mạch relay, toán hạng của tiếp điểm dùng trong chương trình là bit Có hai loại tiếp điểm:

Tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường mở

- Cuộn dây: mô tả cuộn dây relay Toán hạng sử dụng là bit

- Hộp: Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau làm việc khi có tín hiệu đến kích Những hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các hàm tạo thời gian (Timer), hàm đếm (Counter) và các hàm toán học

- Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh Thông thường các tín hiệu điện phải đi từ dây nóng qua thiết bị rồi đến dây trung hoà sau đó về nguồn, tuy nhiên trong phần mềm lập trình chỉ thể hiện dây nóng và bên trái và các đường nối đến thiết bị từ đó

Ngăn xếp và tên bit:

S0 Bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp

S1 Bit thứ hai của ngăn xếp

S2 Bit thứ ba của ngăn xếp

S3 Bit thứ tư của ngăn xếp

S4 Bit thứ năm của ngăn xếp

S5 Bit thứ sáu của ngăn xếp

S6 Bit thứ bảy của ngăn xếp

S7 Bit thứ tám của ngăn xếp

S8 Bit thứ chín của ngăn xếp

Bảng 6: chức năng các BIT

 FBD:

Là phương pháp lập trình khối hàm mô phỏng các lệnh và khối làm việc trong mạch

số Các phần tử cơ bản trong phương pháp này là các khối lệnh được liên kết với nhau

2.1.3 TẬP LỆNH S7-200:

Tập lệnh của S7-200 chia làm ba nhóm:

- Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic củangăn xếp

- Các lệnh chỉ thực hiện khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1

- Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh hay còn gọi là nhóm lệnh điều khiển chương trình

Cả ba phương pháp đều sử dụng ký hiệu I để chỉ các lệnh làm việc tức thời, tức là giátrị được chỉ định trong lệnh vừa được chuyển vào thanh ghi ảo đồng thời được

chuyển ngay đến tiếp điểm được chỉ dẫn ngay trong lệnh ngay khi được thực hiện chứ không phải chờ đến giai đoạn trao đổi với ngoại vi của vòng quét Điều đó khác với lệnh không tức thời là giá trị chỉ chuyển vào thanh ghi ảo khi thực hiện lệnh.Các nhóm lệnh được cho trong cây lệnh của S7-200:

- Bit Logic: Tập lệnh làm việc với bit

- Clock: Tập lệnh làm việc với thời gian của hệ thống

- Communication: Tập lệnh truyền thông

- Compare: Tập lệnh so sánh

- Convert: Tập lệnh biến đổi

- Counter: Tập các bộ đếm

- Floating-Point Math: Tập lệnh toán học làm việc với số thực

- Integer Math: Tập lệnh toán học làm việc với số nguyên

- Interupt: Tập lệnh làm việc với chương trình ngắt

- Logical Operations: Tập lệnh các phép tính logic biến đổi

- Move: Tập lệnh di chuyển dữ liệu

- Programe Control: Tập lệnh điều khiển chương trình

- Shift/Rotate: Tập lệnh dịch/quay làm việc với thanh ghi

- String: Tập lệnh làm việc với chuỗi

- Table: Tập lệnh làm việc với bảng dữ liệu

- Timers: Tập các bộ định thời gian

- Call Subroutin: Tập lệnh gọi các chương trình con

Các lệnh cơ bản được sử dụng trong S7-200 (Các lệnh sau đây chỉ được mô tả cho phương pháp lập trình LAD ):

 Các lệnh làm việc với bit logic:

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ

liệu

Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi bit =

1

bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool

Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi bit =

1

bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool

Tiếp điểm thường mở sẽ đóng tức thời

Đảo giá trị của bít đầu tiên trong ngăn

Bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị

bằng 1 trong khoảng thời gian bằng

thời gian của một vòng quét khi phát

hiện sườn lên của tín hiệu đầu vào

bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L BoolBit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị

bằng 1 trong khoảng thời gian bằng

thời gian của một vòng quét khi phát

hiện sườn xuống của tín hiệu đầu vào bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool

Cuộn dây đầu ra ở trạng thái ON khi có

Set một mảng gồm n tiếp điểm tính từ

tiếp điểm “bit”(n <= 128)

bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L

n : IB, QB,MB,VB,SMB,SB, LB,AC,*VD,*AC, *LD,Constand

Bool

Reset một mảng gồm n tiếp điểm tính

từ tiếp điểm “bit”(n <= 128)

bit:

I,Q,M,V,SM,T,C,S,L

n : IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB,

AC,*VD,*AC,*LD,Constand

Bool

 Nhóm lệnh So Sánh

S7-200 cung cấp các lệnh so sánh theo từng kiểu dữ liệu vì vậy muốn thực hiện được phép so sánh thì các toán hạng phải có cùng kiểu dữ liệu nếu không chương trình sẽ báo lỗi Sau đây là một số lệnh so sánh dữ liệu kiểu Byte

Lệnh so sánh giá trị hai

byte IN1 và IN2.Trạng thái

tiếp điểm là đóng khi

IN1=IN2

IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB,AC,*VD,*AC,*LD,Constand

Byte

Lệnh so sánh giá trị hai

byte IN1 và IN2.Trạng thái

tiếp điểm là đóng khi

IN1<>IN2

IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB,AC,*VD,*AC,*LD,Constand

Byte

Lệnh so sánh giá trị hai

byte IN1 và IN2.Trạng thái

tiếp điểm là đóng khi

IN1>IN2

IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB,AC,*VD,*AC,*LD,Constand Byte

Lệnh so sánh giá trị hai

byte IN1 và IN2.Trạng thái

tiếp điểm là đóng khi

IN1=>IN2

IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB,AC,*VD,*AC,*LD,Constand

Byte

Lệnh so sánh giá trị hai

byte IN1 và IN2.Trạng thái

tiếp điểm là đóng khi IN1<

IN2

IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB,AC,*VD,*AC,*LD,Constand

Byte

Lệnh so sánh giá trị hai

byte IN1 và IN2.Trạng thái

tiếp điểm là đóng khi IN1<

= IN2

IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB,AC,*VD,*AC,*LD,Constand Byte

 Tập Bộ Tạo Thời Gian

dữ liệu

Đây là lệnh đếm thời gian kích hoạt khi đầu vào kích là ON Khi giá trị đếm tức thời trong thanh ghi CT >= giá trị đặt trước trong thanh ghi PT thì bit trạng thái của bộ timer Txxx sẽ ON

Khi tín hiệu đầu vào EN là OFF thì bitTxxx sẽ chuyển trạng thái sang OFF và giátrị tức thời trong CT sẽ được set về 0

Khi đầu vào EN là ON thì giá trị tứcthời trong thanh ghi CT sẽ tăng dần đến

32676 trừ khi đầu EN là OFF

Txxx : hằng số Word

EN : đầu vào kích Bool

PT : IW,QW,VW,MW,SMW,T,C,Constand,LW,SW,AIW,*AC,*VD,

Bộ TONR cũng hoạt động tương tự nhưng bit trạng

PT : IW, QW,VW,

Interger

thái và thanh ghi CV vẫn giữ nguyên khi MW,SMW,T,C,

EN là OFF trừ khi có lệnh reset bộ TONR Constand,LW,STxxx có thể được sử dụng như một toán

hạng kiểu Int để lấy giá trị tức thời và toán hạng kiểu Bit Int để lấy giá trị tức thời và toán hạng kiểu Bit Int để lấy giá trị tức thời

và toán hạng kiểu Bit

AIW,*AC,

*VD,*LD,AC

CU Số sườn xung đếm được, được ghi vàothanh ghi C-word Nội dung của thanh ghiC-word được gọi là giá trị đếm tức thờiluôn được so sánh với giá trị đặt trước PV.

C-Cxxx : hằng số

WordCU,R: đầu vào

cho phép đếm BoolPT: IW,QW,VW,

MW,SMW,T,C,Constand,LW,SW,AIW,*AC,*VD,

Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến theosườn lên của tín hiệu đầu vào CU và đếmlùi theo sườn lên của tín hiệu đầu vào CD

Khi giá trị đếm tức thời C- word >= PV thìC-bit có giá trị logic 1, ngược lại C- bit có

giá trị logic 0 Bộ đếm ngừng đếm tiến khigiá trị C-word đạt 32767 và ngừng đếm lùikhi giá trị C-word đạt cực tiểu là - 32767

Cxxx : hằng số WordCU,R :đầu vào

chophép đếm

Bool

PT : IW,QW,VW,MW,SMW,T,C,Constand,LW,SW,AIW,*AC,*VD,

*LD,AC

Interger

Khai báo bộ đếm lùi theo sườn lên của tín Cxxx : hằng số Word

hiệu đầu vào CD Khi có sườn lên của tínhiệu đầu vào LD thì giá trị đặt trước PVđược tải vào thanh ghi tức thời C-word, khicó sườn lên của tín hiệu vào CD thì giá trị

trong word giảm đi 1 đơn vị đến khi word = 0 thì C-bit được sét lên 1 Nếu C-

C-CU,R :đầu vào cho

word ≠ 0 thì C-bit = 0

PT : IW,QW,VW,MW,SMW,T,C,Constand,LW,SW,AIW,*AC,*VD,

số nguyên và các lệnh làm việc với số thực

Cộng hai số nguyên

16 bit đầu vào IN1,IN2, kết quả lưu vàovùng nhớ 16 bit tạiđầu ra OUT

IN1, IN2: VW,IW,QW, MW,SW,

SMW, T, C, AC, LW, AIW,

Constant, *VD, *LD, *AC

INT

Trừ hai số nguyên

16 bit đầu vào IN1,IN2, kết quả lưu vào

IN1, IN2 :VW,IW,QW,

MW, SW,SMW, T, C, AC, LW, AIW,

Constant, *VD, *LD, *AC

INT

vùng nhớ 16 bit tạiđầu ra OUT

Nhân hai số nguyên

16 bit đầu vào IN1,IN2, kết quả lưu vàovùng nhớ 16 bit tạiđầu ra OUT

IN1,IN2:VW,IW,QW,MW,SM,

SMW,T,C,AC,LW,OUT :

VW, IW, QW, MW,SW,SMW, T, C, LW, AC, *VD,

*LD,

*AC

INT

Chia hai số nguyên

16 bit đầu vào IN1,IN2, kết quả lưu vàovùng nhớ 16 bit tạiđầu ra OUT

IN1, IN2 :VW,IW,QW,

MW, SW,SMW, T, C, AC, LW, AIW,

Constant, *VD, *LD,*AC

INT

OUT : VW, IW, QW, MW,SW,

tín hiệu vào chân EN

IN : VB, IB, QB, MB, SB,SMB,

Giá trị đầu ra OUTbằng giá trị đầu vàotrừ 1 mỗi khi có tínhiệu vào chân EN

IN VB, IB, QB, MB,

SB,SMB, LB, AC, Constant,