Bài giảng điều khiển lập trình bùi thúc minh

ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KHAI THÁC TS BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (Lưu hành nội bộ) Biên soạn: Bùi Thúc Minh Nha Trang 2011 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH MỤC LỤC Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH .3 Khái niệm PLC Vai trò PLC 3 Ưu điểm PLC Ứng dụng PLC Chương CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG PHÁP HOẠT ĐỘNG CỦA PLC .6 Cấu trúc PLC Các ngõ vào, sơ đồ nối dây Xử lý chương trình Các phương pháp lập trình (LAD, STL, FBD) Chương CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC 11 Các lệnh logic đại số (BOOLEAN) .11 Chức nhớ RS 14 Các lệnh điều khiển Timer 15 Các lệnh điều khiển Counter 21 Các ví dụ 24 Chương CÁC PHÉP TOÁN SỐ CủA PLC 27 Chức so sánh 27 Chức dịch chuyển .31 Chức toán học (cộng, trừ, nhân, chia) .37 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 41 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt biểu diễn sau LAD 41 CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG GIỮA MÁY TÍNH VÀ PLC .42 Các chuẩn giao tiếp 42 Kiểu truyền thông Freeport PLC S7-200 44 Tài liệu tham khảo 49 Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Bài giảng PLC Yêu cầu – mục đích: - Yêu cầu: o Học viên phải hiểu mạch điều khiển có tiếp điểm o Trình độ máy tính - Mục đích: sau học xong môn học học viên: o Hiểu biết kiến thức điều khiển lập trình, cấu tạo phần cứng, phần mềm hệ điều khiển lập trình o Phân tích, thiết kế, viết chương trình sử dụng PLC Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Khái niệm PLC PLC (viết tắt Programmable Logic Control) thiết bị điều khiển Logic lập trình (hay khả trình), cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển Logic thông qua ngôn ngữ lập trình Vai trò PLC Trong hệ thống tự động, nói chung PLC đuợc ví tim hệ thống điều khiển Với chương trình ứng dụng điều khiển (được lưu trữ nhớ PLC) việc thực thi, PLC thường xuyên giám sát tình trạng hệ thống qua tính hiệu phản hồi thiết bị đầu vào Sau dựa vào hợp lý chương trình để xác định tiến trình hoạt động thực thiết bị xuất cần thiết PLC sử dụng điều khiển nhiệm vụ đơn giản có tính lặp lặp lại vài nhiệm vụ liên kết với thiết bị điều khiển chủ máy tính chủ khác qua loại mạng giao tiếp để tích hợp điều khiển trình phức tạp Ưu điểm PLC Những bất lợi bảng điều khiển cổ điển  Có nhiều dây bảng điều khiển  Sự thay đổi hoàn toàn khó khăn  Việc sửa chữa vô phiền phức bạn phải cần đến nhà kỹ thuật giỏi Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH  Tiêu thụ điện lớn dây rờ – le tiêu thụ điện  Thời gian dừng máy dài cố xảy ra, phải thời gian dài để sửa chữa bảng điều khiển  Nó gây thời gian dừng máy lâu bảo trì điều chỉnh vẽ không nguyên vẹn qua thời gian nhiều năm Điều khiển khả lập trình thuận lợi Với xuất điều khiển khả lập trình, quan điểm thiết kế điều khiển tiến to lớn Có nhiều ích lợi việc sử dụng điều khiển lập trình Cùng với phát triển phần cứng phần mềm, PLC ngày tăng tính lợi ích PLC hoạt động công nghiệp  Hệ thống dây giảm đến 80% so với hệ thống điều khiển rờ – le  Điện tiêu thụ giảm đáng kể PLC tiêu thụ điện  Chức tự chẩn đoán PLC cho phép sửa chữa dễ dàng nhanh chóng nhờ tính giám sát người máy (HMI)  Kích thước PLC thu nhỏ lại để nhớ số lượng I/O nhiều hơn, ứng dụng PLC mạnh giúp người sử dụng giải nhiều vấn đề phức tạp điều khiển hệ thống  Chỉ cần lắp đặt lần (đối với sơ đồ hệ thống, đường nối dây, tín hiệu ngõ vào/ra …), mà thay đổi kết cấu hệ thống sau này, giảm tốn phải thay đổi lắp đặt đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả chuyển đổi hệ điều khiển cao (như giao tiếp PLC để truyền liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống điều khiển linh hoạt  Độ tin cậy cao PLC thiết kế đặc biệt để hoạt động môi trường công nghiệp Một PLC lắp đặt nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng có từ truờng mạnh, có chấn động khí, nhiệt độ độ ẩm môi trường cao …  Khả quyền lực mà PLC thực phối hợp thiết điều khiển, giám sát truyền thông tạo mạng sản xuất toàn cầu: giám sát, điều khiển thu thập liệu (SCADA) Ứng dụng PLC Hiện PLC ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp dân dụng Từ ứng dụng để điều khiển hệ thống đơn giản, có chức đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến úng dụng cho lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính xác cao, ứng dụng thuật toán trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC bao gồm :          Phân tích vật liệu Hệ thống chuyền tải Máy đóng gói Điều khiển robot gắp xếp hàng Điều khiển bơm Hồ bơi Xử lý nước Thiết bị xử lý hoá chất Công nghiệp giấy bột giấy Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH                                  Sản xuất thủy tinh Công nghiệp đúc bê tông Sản xuất xi măng Công nghiệp in ấn Xử lý thực phẩm Máy công cụ Công nghiệp thuốc Máy CNC Máy sản xuất vật liệu bán dẫn Thiết bị sản xuất đường Thiết bị sản xuất dầu cọ Ngành lượng Điều khiển máy lạnh Thiết bị sản xuất tivi Trạm điện Điều khiển chế độ xử lý Sản xuất thiết bị điện Sản xuất xăng Hệ thống điều khiển giao thông Hệ thống điều khiển ga xe lửa Công nghiệp sản xuất nhựa Công nghiệp sản xuất khí Sản xuất xe Nhà máy sản xuất sắt, thép Tòa nhà tự động Sản xuất vỏ xe Sản xuất vi mạch Thiết bị gia công cống rảnh Hệ thống điều khiển tin cậy Hệ thống điều khiển nâng chuyển Hệ thống điều khiển máy phát điện Máy rút tiền tự động Điều khiển khu vui chơi… Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Chương CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG PHÁP HOẠT ĐỘNG CỦA PLC Cấu trúc PLC Cấu trúc phần cứng PLC gồm khối hình: Cấu trúc phần cứng PLC Bộ xử lý trung tâm (Central Processing Unit ): vi xử lý định hướng hoạt động PLC Nó thực lệnh chương trình, xử lý tín hiệu xuất nhập liên lạc với thiết bị ngoại vi Bộ nhớ: có nhiều loại nhớ Đó vùng chứa hệ điều hành vùng nhớ người sử dụng Hệ điều hành thực tế phần mềm hệ thống điều hành PLC Chương trình dạng Ladder, giá trị định thì, đếm lưu vùng nhớ người sử dụng Phụ thuộc vào yêu cầu người sử dụng, chọn loại nhớ khác - ROM (Read Only Memory): nhớ can thiệp vào nạp lần Không phù hợp cho người sử dụng Nó phổ biến so với loại nhớ khác - RAM (Random Access Memory): thường dùng để lưu trữ chương trình liệu người sử dụng Data chứa RAM bị xoá mất nguồn điện cung cấp Vấn đề khắc phục cách dùng Pin dự trữ - EPROM (Erasable Programable Read Only Memory): Lưu trữ data bền vững ROM, không đòi hỏi nguồn pin dự phòng Tuy nhiên, data bị xóa tia cực tím Để lập trình cho EPROM lại đòi hỏi người lập trình - EEPROM ( Electrically Erasable Programable Read Only Memory): Kết hợp tính linh hoạt RAM tính ổn định ROM Nội dung chứa EEPROM xóa lập trình lại nguồn điện Tuy nhiên số lần thực nạp, xóa bị giới hạn Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Các ngõ vào, sơ đồ nối dây Các ngõ vào, PLC PLC nhiều hãng chế tạo, hãng có nhiều họ khác nhau, có nhiều phiên (version) họ, chúng khác tính giá thành, phù hợp với mức độ toán đơn giản hay phức tạp Ngoài có ghép nối mở rộng cho phép liên kết nhiều PLC nhỏ (thành mạng PLC) để thực chức phức tạp, hay giao tiếp với máy tính để tạo thành mạng tích hợp, thực việc theo dõi, kiểm tra, điều khiển trình công nghệ phức tạp hay toàn phân xưởng sản xuất Mặc dù vậy, hệ thống điều khiển dùng loại PLC có cấu trúc hình Cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC Trong đó: ● Ngõ vào dạng số : gồm hai trạng thái ON OFF Khi trạng thái ON ngõ vào số coi mức logic hay mức logic cao Khi trạng thái OFF ngõ vào số coi mức logic hay mức logic thấp ● Ngõ vào tương tự : tín hiệu vào tín hiệu tương tự, thường ngõ vào tương tự có tầm 0–20 mA, – 20 mA hay – 10VDC ● Ngõ số: gồm trạng thái ON OFF Các ngõ thường nối để điều khiển van solenoid, cuộn dây contactor, đèn hiệu ● Ngõ tương tư: tín hiệu tín hiệu tương tự, thường có tầm từ 0–10 VDC ● Thiết bị đầu vào: gồm thiết bị tạo tín hiệu điều khiển, thường nút nhấn, cảm biến… * Cảm biến: thiết bị nhằm biến đổi trạng thái vật lý thành tín hiệu điện để PLC sử dụng Cảm biến nối với ngõ vào PLC Một ví dụ sử dụng nút nhấn nối với đầu vào PLC, tín hiệu điện gửi tới PLC trạng thái (đóng/mở) tiếp điểm nút nhấn ● Thiết bị chấp hành (Actuator) : thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành tác động vật lý Actuator nối với ngõ PLC Một ví dụ actuator sử dụng Soft Starter (bộ khởi động mềm) nối đầu PLC, tùy thuộc vào tín hiệu ngõ PLC mà Soft Starter khởi động hay dừng động Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Các dạng tín hiệu ngõ vào PLC ● Chương trình điều khiển: chương trình bao gồm hay nhiều lệnh nhằm thực nhiệm vụ cụ thể Việc lập trình cho PLC đơn giản xây dựng tập hợp lệnh Sơ đồ nối dây CPU 212 Sơ đồ nối dây PLC S7-200, CPU 212 Với cách nối dây sơ đồ thể hiện, công tắc (hay nút nhấn) ngõ vào tác động, ngõ vào trạng thái logic (trạng thái ON) Nếu công tắc bị ngắt (hay không nhấn nút nữa), ngõ vào tương ứng trạng thái logic (trạng thái OFF) Nguyên tắc chung có điện áp khoảng quy định trước (thông thường 15–30 VDC) so với điểm chuẩn điện áp (các ngõ vào ký hiệu Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH COM) đặt vào ngõ vào ngõ vào trạng thái 1, điện áp đủ lớn so với điểm chuẩn điện áp đặt vào ngõ vào ngõ vào trạng thái Các CPU 216 CPU 226 nối dây tương tự với CPU 212 Xử lý chương trình Chương trình PLC thường có cấu trúc, gồm có chương trình (main program), chương trình (subroutine) chương trình ngắt (interrupt) Nhờ cấu trúc chương trình trở nên dễ đọc rõ ràng Chương trình PLC thực thi theo chu kỳ quét liên tục Chương trình PLC thực thi phần trình lặp lại: chu kỳ quét Chu kỳ quét PLC bắt đầu với việc CPU đọc trạng thái ngõ vào Chương trình ứng dụng thực sử dụng trạng thái đầu vào Khi chương trình thực xong CPU bắt đầu trình tự chẩn đoán tác vụ giao tiếp Chu kỳ quét kết thúc việc cập nhật ngõ ra, sau lại lặp lại từ đầu Thời gian thực chu kỳ quét phụ thuộc vào kích thước chương trình, số lượng ngõ vào/ra cần giám sát PLC vào số lượng yêu cầu giao tiếp Chu kỳ (vòng) quét PLC Các phương pháp lập trình (LAD, STL, FBD) Để lập trình cho PLC, hãng viết phần mềm riêng lẻ, phương pháp lập trình giống Mỗi ngôn ngữ PLC viết dạng: - Dạng ladder - Ladder Diagram (LAD): phương pháp dùng đồ thị để biễu diễn ký hiệu logic relay, contactor Phương pháp tiện lợi chỗ gần với sơ đồ nguyên lý mà ta thường vẽ + Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mô tả tiếp điểm rơ le Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thương đóng + Cuộn dây (coil): Là biểu tượng   mô tả rơle mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle + Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả hàm khác nhau, làm việc có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường biểu diễn hộp Biên soạn: Bùi Thúc Minh Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH thời gian (Timer), đếm (counter) hàm toán học Cuộn dây hộp phải mắc chiều dòng điện - Dạng chuỗi lệnh – Statement list (STL): dùng ngôn ngữ gợi nhớ để mô tả phép logic qua biểu diễn chức điều khiển, dạng chương trình tương tự chương trình cho vi xử lý - Dạng FBD: phương pháp dùng khối hàm để mô tả khối chức để thực phép toán logic AND, OR, EX-OR chức đếm, định Dạng chương trình tương tự sơ đồ kỹ thuật số Vi dụ Chương trình khởi động động - Dạng LAD - Dạng STL - Dạng FBD Biên soạn: Bùi Thúc Minh 10 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH d Lệnh SHL_DW: Là lệnh dịch chuyển bít từ kép IN sang trái N vị trí, N gọi số đếm lần dịch chuyển Tại lần dịch chuyển, giá trị logic đưa vào bít thấp (bit 0) giá trị logic bít cao (bít 31) chuyển vào bít báo tràn SM1.1 Trong LAD kết ghi vào từ kép OUT Trong STL kết nằm IN Cú pháp lệnh sau: LAD SHL EN IN N STL DW SLD IN N OUT e Lệnh ROR_W: Là lệnh quay bít từ đơn IN sang phải N lần, với N gọi số đếm lần quay Tại lần quay, giá trị logic bít thấp (bít 0) chuyển vào bít báo tràn SM1.1 vừa ghi lại vào bít cao (bít 15) từ IN Trong LAD kết ghi vào từ OUT Trong STL kết nằm IN Cú pháp lệnh sau: LAD ROR EN IN N STL W RRW IN N OUT f Lệnh ROR_DW Là lệnh quay bít từ kép IN sang phải N lần, N gọi số lần quay Tại lần quay, giá trị logic bít thấp (bít 0) vừa chuyển vào bít báo tràn SM1.1 vừa chuyển vào bít cao (bít 31) từ kép IN Trong LAD kết ghi vào từ OUT Còn STL kết nằm IN Cú pháp dùng lệnh sau: LAD Biên soạn: Bùi Thúc Minh STL 35 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ROR DW EN IN N RRD IN N OUT g Lệnh ROL-W: Là lệnh quay bít từ đơn IN sang trái N lần với N số đếm lần quay Tại lần quay, giá trị logic bít cao (bít 15) vừa chuyển vào bít báo tràn SM1.1 vừa ghi lại vào bít thấp từ IN Trong LAD kết ghi vào từ OUT Trong STL kết nằm IN Cú pháp dùng lệnh sau: LAD ROL EN IN N STL W RLW IN N OUT h Lệnh ROL-DW Là lệnh quay bít từ kép IN sang trái N lần, N gọi số đếm lần quay Tại lần quay, giá trị logic bít cao (bít 31) vừa chuyển vào bít báo tràn SM1.1 vừa ghi lại vào bít thấp (bít 0) từ kép IN Trong LAD kết ghi vào từ OUT Trong STL kết nằm IN Cú pháp dùng lệnh sau: LAD STL ROL DW EN IN N RLD OUT Biên soạn: Bùi Thúc Minh 36 IN N Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Chức toán học (cộng, trừ, nhân, chia) Lệnh cộng (ADD) Lệnh ADD_I Là lệnh thực phép cộng số nguyên 16-bít IN1 IN2 Trong LAD kết số nguyên 16-bít ghi vào OUT, tức là: IN1 + IN2 = OUT Còn STL, kết giá trị 16-bít ghi vào IN2, tức IN1 + IN2 = IN2 Lệnh ADD_DI: Là lệnh thực phép cộng số nguyên 32-bít IN1 IN2 Trong LAD, kết số nguyên 32-bít ghi vào OUT, tức là: IN1 + IN2 = OUT Còn STL, kết giá trị 32-bít ghi vào IN2, tức IN1 + IN2 = IN2 Lệnh ADD_R: Là lệnh thực phép cộng số thực 32-bít IN1 IN2 Trong LAD, kết số thực 32-bít ghi vào OUT, tức là: IN1 + IN2 = OUT Còn STL, kết giá trị thực 32-bít ghi vào IN2, tức IN1 + IN2 = IN2 b Lệnh trừ (SUB): Lệnh SUB_I: Là lệnh thực phép trừ số nguyên 16-bít IN1 IN2 Trong LAD kết số nguyên 16-bít ghi vào OUT, tức là: IN1 - IN2 = OUT Còn STL, kết giá trị 16-bít ghi lại vào IN2, tức IN1- IN2 = IN2 Lệnh SUB-DI: Là lệnh thực phép trừ số nguyên 32-bít IN1 IN2 Trong LAD kết số nguyên 32-bít ghi vào IN2, tức là: IN1 - IN2 = IN2 Còn STL, kết giá trị 32-bít ghi lại vào IN2, tức IN1- IN2 = IN2 Lệnh SUB_R: Là lệnh thực phép trừ số thực 32-bít IN1 IN2 Trong LAD kết số thực 32-bít ghi vào OUT, tức là: IN1 - IN2 = OUT Trong STL, kết giá trị 32-bít ghi lại vào IN2, tức IN1IN2 = IN2 Biên soạn: Bùi Thúc Minh 37 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Cú pháp dùng lệnh cộng trừ LAD STL sau: LAD STL ADD I EN IN1 IN2 -I IN1 IN2 OUT + D IN1 IN2 ADD DI EN IN1 IN2 IN1 IN2 OUT SUB I EN IN1 IN2 +I OUT -D IN1 IN2 SUB DI EN IN1 IN2 OUT + R IN1 IN2 ADD R EN IN1 IN2 Biên soạn: Bùi Thúc Minh OUT 38 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH - R IN1 IN2 SUB R EN IN1 IN2 OUT c Lệnh nhân (MUL): Lệnh MUL: Trong LAD: Lệnh thực phép nhân số nguyên 16-bít IN1 IN2 cho kết 32-bít chứa từ kép OUT (4 byte) Trong STL: Lệnh thực phép nhân số nguyên 16-bít n1 số nguyên chứa từ thấp (từ đến bít 15) toán hạng 32-bít n2 (4 byte) Kết 32-bít ghi vào n2 Lệnh MUL_R: Trong LAD: lệnh thực phép nhân hai số thực 32-bít IN1 IN2 cho kết 32-bít chứa từ kép OUT (4 byte) Trong STL: Lệnh thực phép nhân số thực 32-bít ghi vào IN2 Cú pháp dùng lệnh LAD STL sau: LAD STL MUL n1 n2 *R IN2 MUL EN IN1 IN2 OUT IN MUL R EN IN1 IN2 OUT d Lệnh chia (DIV) Trong LAD: Lệnh thực phép chia số nguyên 16-bít IN1 cho số nguyên 16bít IN2 Kết 32-bít chứa từ kép OUT gồm thương số ghi mảng 16-bít Biên soạn: Bùi Thúc Minh 39 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH từ bít đến bít15 (từ thấp) phần dư 16-bít ghi mảng từ bít-16 đến bít-31 (từ cao) Trong STL: Lệnh thực phép chia số nguyên 16-bít n1 cho số nguyên, số nguyên 16-bít nằm từ thấp từ bít đến bít 15 toán hạng 32-bít n2 Kết 32-bít ghi lại vào n2 bao gồm thương số ghi mảng 16-bít từ bít đến bít 15 (từ thấp) phần dư ghi mảng 16-bít từ bít-16 đến bít-31 (từ cao) Lệnh DIV_R: Trong LAD: lệnh thực phép chia số thực 32-bít IN1 cho số thực 32-bít IN2 cho kết 32-bít chứa từ kép OUT Trong STL, lệnh thực phép chia số thực 32-bít IN1 cho số thực 32-bít IN2, kết 32-bít ghi lại vào IN2 Cú pháp dùng lệnh chia hai số LAD STL sau: LAD STL DIV DIV EN IN1 IN2 n1 n2 OUT /R DIV R EN IN1 IN2 n1 n2 OUT e Lệnh lấy bậc (SQRT): Là lệnh thực lấy bậc hai số thực 32-bít IN Kết số 32-bít ghi vào từ kép OUT Cú pháp dùng lệnh lấy bậc hai số thực sau: LAD STL SQRT SQRT EN IN OUT Biên soạn: Bùi Thúc Minh 40 IN OUT Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Các lệnh tiếp điểm đặc biệt Có thể dùng lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát chuyển tiếp trạng thái xung (sườn xung) đảo lại trạng thái dòng cung cấp (giá trị đỉnh ngăn xếp) LAD sử dụng tiếp điểm đặc biệt để tác động vào dòng cung cấp Các tiếp điểm đặc biệt toán hạng riêng chúng phải đặt chúng vào vị trí phía trước cuộn dây hộp đầu Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh sườn trước sườn sau) có nhu cầu nhớ, nên CPU 214 256 lệnh Các lệnh tiếp điểm đặc biệt biểu diễn sau LAD LAD NOT P N Biên soạn: Bùi Thúc Minh Mô tả Toán hạng Tiếp điểm đảo trạng thái dòng cung cấp Nếu dòng cung cấp có tiếp điểm đảo bị ngắt mạch, tiếp điểm đảo thông mạch Không có Tiếp điểm chuyển đổi dương cho phép dòng cung cấp thông mạch vòng quét sườn xung điều khiển chuyển từ lên Không có Tiếp điểm chuyển đổi âm cho phép dòng cung cấp thông mạch vòng quét sườn xung điều khiển chuyển từ xuống Không có 41 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG GIỮA MÁY TÍNH VÀ PLC Các chuẩn giao tiếp a Chuẩn giao tiếp RS-232 - Đặc điểm cổng nối tiếp RS 232: Cổng nối tiếp RS 232 loại giao diện phổ biến rộng rãi Người dùng máy tính PC gọi cổng cổng COM 1, cổng COM để tự dùng cho ứng dụng khác Giống cổng máy in, cổng nối tiếp RS 232 sử dụng cách thuận tiện cho mục đích đo lường điều khiển Việc truyền liệu qua cổng RS 232 tiến hành theo cách nối tiếp, nghĩa bit liệu gửi nối tiếp đường truyền Phương pháp truyền nối tiếp có khả truyền dẫn xa hơn, so với phương pháp truyền song song khả gây nhiễu nhỏ đáng kể Cổng nối tiếp RS 232 hệ thống bus, cho phép dễ dàng tạo liên kết hình thức điểm với điểm hai máy cần trao đổi thông tin với Một thành viên thứ ba tham gia vào trao đổi thông tin Trên hình 5.1 mô tả sơ đồ chân cổng RS 232 máy tính PC Chân Chức DCD (Data Carrier Detect) RxD (Receive Data) TxD (Transmit Data) (Data terminal DTR Ready) GND (Nối đất) DSR (Data Set Ready) RTS (Request To send) CTS (Clear to Send) RI (Ring Indicator) Ngõ vào Ngõ vào Ngõ Ngõ Ngõ vào Ngõ Ngõ vào Ngõ vào Hình 5.1 Sơ đồ xếp chân cổng COM máy tính PC Từ hình vẽ, ổ cắm RS 232 có tổng cộng đường dẫn (chưa kể đường nối đất) Trên thực tế có hai loại phích cắm, loại chân loại 25 chân Cả hai loại có chung đặc điểm khác hẳn với cổng máy in chỗ nối với máy in máy tính PC ổ cắm cổng COM lại phích cắm nhiều chân Biên soạn: Bùi Thúc Minh 42 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Việc truyền liệu xảy hai đường dẫn Qua chân cắm TxD (Transmit Data), máy tính gửi liệu Trong liệu mà máy tính nhận lại dẫn đến chân nối RxD (Receive Data) Các tín hiệu khác đóng vai trò tín hiệu hỗ trợ trao đổi thông tin ứng dụng dùng đến - Thông thường cổng máy tính có cổng truyền thông nối tiếp: Com1 có địa 3F8H Com2 có địa 2F8H Com3 có địa 3E8H Com4 có địa 2E8H Mỗi cổng COM có 11 ghi phục vụ liên kết điều khiển Các ghi là: TR : Thanh ghi phát liệu (ADDR Com) RR : Thanh ghi thu liệu (ADDR Com) IE : Intergrup Enable cho phép ngắt (ADDR Com + 1) IT : Nhận dạng ngắt (ADDR Com + 2) LCR : Điều khiển đường truyền (ADDR Com + 3) MCR : Điều khiển Moderm (ADDR COM + 4) LSR : Thanh ghi trạng thái đường truyền (ADDR Com + 5) MSR : Thanh ghi trạng thái Moderm (ADDR Com + 6) Không sử dụng 10 DLSR : Thanh ghi byte thấp giá trị chia xác định tốc độ truyền (ADDR Com) 11 DMSR :Thanh ghi byte cao giá trị chia xác định tốc độ truyền (ADDR Com+1) - Trao đổi liệu cổng RS 232: Mức tín hiệu chân RxD tùy thuộc vào dường dẫn TxD thông thường nằm khoảng -12V đến +12V Các bit liệu gửi đảo ngược lại Mức điện áp mức cao nằm -3V -12V, mức thấp nằm +3V +12V Ở trạng thái tĩnh đường dẫn có điện áp -12V Một bit khởi động (Startbit) mở đầu việc truyền liệu Tiếp bit liệu riêng lẽ đến, bit giá trị thấp gửi trước tiên Các bit liệu byte thay đổi khoảng từ năm đến tám Ở cuối dòng liệu có bit dừng (Stopbit) để đặt lại trạng thái lối -12V (Xem hình 3.2) Hình 5.2: Dòng liệu cổng RS 232 Biên soạn: Bùi Thúc Minh 43 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Bằng tốc độ baud thiết lập tốc độ truyền liệu Các giá trị thông thường 300; 600; 1.200; 2.400; 4.800; 9.600 19.200 baud Ký hiệu baud tương ứng với số bit truyền giây b Chuẩn giao tiếp RS-485: Tiêu chuẩn ghép nối RS–485 kết việc mở rộng tiêu chuẩn RS–422 Với độ dài đường truyền tốc độ truyền, tiêu chuẩn ghép nối cho phép nhiều hai thành viên tham gia (có thể đến 32 thành viên) Vì vậy, xem chuẩn ghép nối RS–485 bus số lượng thành viên tham gia truyền thông Chuẩn RS–485 không bị hạn chế số (như trường hợp chuẩn RS–232) đặc tính ba trạng thái (tristate) thành viên riêng lẻ Mức logic “1” ấn định tương tự chuẩn RS-422, nghĩa nằm vùng điện áp từ -1,5V đến -6V, mức logic “0” vùng điện áp từ +5V đến +6V Bộ đệm đường dẫn chuẩn ghép nối RS-485 tạo điện áp vi sai 5V hai dây dẫn truyền liệu, giống trường hợp chuẩn RS-422 Kiểu truyền thông Freeport PLC S7-200 a Ngắt xử lý ngắt: Các chế độ ngắt xử lý ngắt cho phép thực trình tốc độ cao, phản ứng kịp thời với kiện bên bên Nguyên tắc chế độ ngắt giống việc thực gọi chương trình con, khác chương tình gọi chủ động lệnh CALL, chương trình xử lý ngắt gọi bị động tín hiệu báo ngắt Khi có tín hiệu báo ngắt, hệ thống tổ chức gọi thực chương trình tương ứng với tín hiệu ngắt đó, hay nói cách khác hệ thống tổ chức xử lý tín hiệu ngắt Chương trình gọi chương trình xử lý ngắt Do việc gọi chương trình xử lý ngắt tín hiệu báo ngắt mà thời điểm xuất tín hiệu báo ngắt hoàn toàn “bị động”, hệ thống phải hỗ trợ thêm cho công việc xử lý ngắt như: cất giữ nội dung ngăn xếp, nội dung ghi AC bit nhớ đặc biệt, tổ chức xếp hàng ưu tiên cho tín hiệu ngắt trường hợp chúng chưa kịp xử lý Trong CPU 214 có kiểu tín hiệu ngắt sau đây: a Tám ngắt vào/ra theo sườn lên sườn xuống qua cổng I0.0 đến I0.3 b Hai ngắt thời gian c Hai ngắt truyền thông nối tiếp (nhận truyền) d Bảy ngắt đếm tốc độ cao e Hai ngắt đầu truyền xung PT00 PT01 Khi có tín hiệu báo ngắt, giá trị cũ ngăn xếp cất đi, đỉnh ngăn xếp nhận giá trị logic bit khác ngăn xếp nhận giá trị logic Bởi vậy, vào đầu chương trình xử lý ngắt, lệnh có điều kiện trở thành lệnh không điều kiện Tại thời điểm, nhiều có chương trình xử lý ngắt thực Khi thực chương trình xử lý ngắt tín hiệu báo ngắt khác phải chờ hoàn tất chương trình xử lý ngắt thực Biên soạn: Bùi Thúc Minh 44 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Thứ tự ưu tiên kiểu ngắt khác cứng hóa từ trước theo nguyên tắc: tín hiệu báo ngắt có trước xử lý trước Trong trường hợp lúc có nhiều tín hiệu báo ngắt xuất hiện, có nhiều tín hiệu báo ngắt xuất không xử lý hệ thống thực chương trình xử lý ngắt khác, chúng xếp vào hàng đợi (tối đa 24) với trình tự ưu tiên sau: Nhóm ngắt truyền thông – Độ ưu tiên cao Nhóm ngắt vào/ra Nhóm tín hiệu báo ngắt thời gian – Độ ưu tiên thấp Riêng với tín hiệu báo ngắt truyền thông, chưa xử lý kí tự nhận bit kiểm tra chẵn lẻ cho kí tự ghi nhớ lại theo thứ tự tín hiệu báo ngắt - b Lệnh ghi/đọc liệu kiểu truyền thông freeport: CPU 214 có lệnh đọc, lệnh ghi mạng cho phép trao đổi liệu theo kiểu truyền thông freeport Khác với kiểu truyền thông mạng nhiều chủ mà lệnh NETR hay NETW, trạm (chủ) mạng có khả truy nhập vào tận nhớ trạm khác Các lệnh truyền thông freeport có khả đọc liệu từ mạng ghi liệu lên mạng Khi sử dụng chế độ truyền thông freeport bắt buộc phải khai báo chế độ truyền thông, tốc độ truyền liệu, số bit truyền byte liệu, chế độ kiểm tra (parity) cho hệ thống biết cách nạp giá trị tương ứng vào SMB30 D7 D6 D5 D4 D3 SMB30 Khai báo chế độ truyền thông: D1 D0 0 1 1 Khai báo tốc độ truyền liệu: D4 0 0 1 1 Biên soạn: Bùi Thúc Minh D3 0 1 0 1 D2 D1 D0 Kiểu truyền thông Point - To – Point (PPI) Freeport PPI (bình đẳng) Không sử dụng D2 1 1 45 Tốc độ truyền (baud) 38.400 19.200 9.600 4.800 2.400 1.200 600 300 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Khai báo số bit truyền byte liệu: D5 Số bit byte bit bit Khai báo chế độ kiểm tra (parity) D7 0 1 D6 1 Kiểu kiểm tra parity Không kiểm tra Kiểm tra parity chẵn Không kiểm tra Kiểm tra parity lẻ - Lệnh ghi liệu lên mạng: Trong chế độ truyền thông freeport lệnh ghi liệu từ trạm lên mạng có tên XMT Lệnh thực chương trình xử lý tín hiệu ngắt Lệnh XMT làm việc với cổng truyền thông nối tiếp PLC Dữ liệu ghi lên mạng phải tổ chức thành bảng byte nhớ, byte phải chứa độ dài mảng liệu Số liệu nhiều mà lệnh XMT gửi lên mạng 255 byte Hệ thống sử dụng bit nhớ đặc biệt SM4.5 để thông báo trình gửi liệu lên mạng Trong gửi liệu lên mạng, SM4.5 có giá trị logic toàn mảng liệu truyền lên mạng, SM4.5 nhận giá trị logic Khi byte liệu cuối gửi đi, tín hiệu báo ngắt kiểu xuất hiện, chế độ ngắt truyền thông với tín hiệu báo ngắt kiểu khai báo hay kích trước lệnh ATCH TBL : VB, IB, QB, MB, SMB, CD, AC PORT : Hình 3.3: Lệnh ghi liệu lên mạng PLC S7-200 Bộ đệm truyền tổ chức theo byte có cấu trúc sau: Byte field Các byte gửi Byte field: Byte chứa số byte liệu Biên soạn: Bùi Thúc Minh 46 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH - Lệnh đọc liệu từ mạng: Khi chế độ ngắt truyền thông kiểu khai báo chế độ truyền thông freeport phù hợp xác định SMB30 có liệu kiểu mạng, liệu chuyển vào ô nhớ SMB2 theo byte Khác với việc ghi liệu lên mạng, việc nhận liệu nên tiến hành chế độ ngắt truyền thông Mỗi nhận kí tự, hệ thống phát tín hiệu báo ngắt mã hiệu Những ký tự nhận được hệ thống cất SMB2, bit báo trạng thái chẵn lẻ ký tự cất SM3.0 Chương trình xử lý ngắt kiểu có nhiệm vụ kiểm tra lại kí tự nhận SMB2 chuyển tới vùng mong muốn Hình 3.4: Lệnh ngắt truyền thông kiểu với chương trình xử lý ngắt nhãn Lệnh RCV làm việc với cổng truyền thông nối tiếp PLC Khi có tín hiệu đường truyền, lệnh RCV nhận liệu vào đệm nhận Hình 3.4: Lệnh nhận liệu từ mạng vào PLC Bộ đệm nhận tổ chức theo byte có cấu trúc sau: Byte field Ký tự bắt đầu Dữ liệu Ký tự kết thúc Byte field: Byte chứa số byte nhận Có thể khai báo số byte cần nhận SMB94 Khi sử dụng lệnh RCV cần khai báo SMB87 SMB87 en sc ec il c/m Tmr bk 0 en (SMB87.7) = 0: Không cho nhận liệu = 1: Cho nhận liệu sc (SMB87.6) = 0: Không sử dụng ký tự bắt đầu = 1: Sử dụng ký tự bắt đầu (ký tự bắt đầu khai báo SMB88) ec (SMB87.5) = 0: Không sử dụng ký tự kết thúc Biên soạn: Bùi Thúc Minh 47 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH = 1: Sử dụng ký tự kết thúc ( ký tự kết thúc khai báo SMB89) il (SMB87.4) = 0: Không sử dụng thời gian nghỉ sau nhận chuỗi ký tự = 1: Sử dụng thời gian nghỉ sau nhận chuỗi ký tự (Khai báo thời gian nghỉ - tính miligiây - SMW90) c/m (SMB87.3) = 0: Thời gian tính sau nhận ký tự = 1: Thời gian tính sau nhận chuỗi ký tự Tmr (SMB87.2) = 0: Không sử dụng thời gian để kết thúc việc nhận liệu = 1: Sử dụng thời gian để kết thúc việc nhận liệu Việc nhận liệu kết thúc thời gian vượt thời gian qui định khai báo SMW92 (tính miligiây) bk (SMB87.1) = 0: Không sử dụng kiện ngắt = 1: Sử dụng ngắt ký tự bắt đầu xuất (SMB87.0): Không sử dụng Vùng nhớ đặc biệt SMB86 cho biết trạng thái lỗi xuất việc nhận chuỗi ký tự - SMB86.7 = 1: Đã hoàn thành việc nhận chuỗi ký tự - SMB86.6 = 1: Việc nhận liệu dừng lại khai báo thông số sai không tìm thấy ký tự bắt đầu hay ký tự kết thúc - SMB86.5 = 1: Đã nhận ký tự kết thúc - SMB86.4 SMB86.3: Không sử dụng - SMB86.2 = 1: Việc nhận liệu dừng lại thời gian - SMB86.1 = 1: Việc nhận liệu dừng lại liệu bị tràn khỏi đệm - SMB86.0 = 1: Việc nhận liệu dừng lại phát lỗi parity // - Biên soạn: Bùi Thúc Minh 48 Bài giảng ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Tài liệu tham khảo [1] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước – Tự động hóa với SIMATIC S7-200 – NXB Nông nghiệp 1997 [2] Giáo trình “Điều khiển lập trình” dành cho hệ đại học, khối ngành Công nghệ [3] Sổ tay hướng dẫn sử dụng FX-TRN-BEG-E – Khoa Điện Trường ĐH Công nghiệp Tp.HCM, Công ty TNHH Sa Giang [4] W Bolton - Programmable Logic Controllers [5] Hugh Jack - Automating Manufacturing Systems with PLCs [6] SIEMENS - S7-200 Programmable Controller System Manual - Edition 04/2002 [7] Visual Guide to Programming OMRON PLCs Biên soạn: Bùi Thúc Minh 49