giáo trình PLC S7-200

Giao diÖn phÇn mÒm: Để một hệ thống PLC có thể thực hiện được một quá trình điều khiển nào đó thì bản thân nó phải biết được nó cần phải làm gì và làm như thế nào.. Ngoài việc phục vụ lậ

Trang 1

Bài 1: Tổng quan cấu trúc phần cứng của PLC S7 200.

1 PLC S7-200:

a Thế nào là PLC S7-200:

PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ vi xử lý chuyên dụng nhằm mục tiêu điều khiển tự động tổ hợp các thiết bị điện hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp

Lập trình mềm dẻo

Phối ghép đơn giản thuận tiện giữa hệ thống điều khiển và hệ thống động lực

Với dòng PLC S7 - 200,

SIEMEN có các họ CPU cơ bản

sau:

+ Họ 21x: 212, 214, 216,

218 Với họ CPU này do có nhiều

nhợc điểm không còn phù hợp với

các hệ thống điều khiển hiện đại

nên đã ít đợc sử dụng

+ Họ 22x: 222, 224, 226,

228 Đây là dòng CPU đợc sử

dụng rất nhiều hiện nay vì tốc độ

xử lý cao, kết cấu linh hoạt, hỗ

trợ truyền thông mạnh, có cấp bảo vệ chịu đợc môi trờng công nghiệp nh rung, bụi, các nhiễu từ trờng…

b Chu kì vòng quét của PLC:

CPU S7.200 đợc thiết kế để thực hiện một chuỗi các công việc, lặp đi lặp lại Việc thực hiện một cách có chu kì đợc gọi là chu kì vòng quét Mỗi một vòng quét cơ bản của PLC mất từ 3ms - 10ms, tuỳ thuộc vào số lợng cũng nh kiểu lệnh viết trong chơng trình

Trong 1 chu kì vòng quét, CPU thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Đọc các dữ liệu đầu vào

- Thực thi chơng trình

- Xử lí các yêu cầu truyền thông

- Tự chuẩn đoán lỗi

- Xuất kết quả đầu ra

a) Đọc dữ liệu đầu vào: Mỗi chu kì quét bắt đầu bằng việc đọc trạng thái vật lý

(Input) của các đầu vào số và sau đó ghi trạng thái đó tới vùng nhớ đệm đầu vào IR

(IR - Input Register)

Trang 2

b) Thực thi chơng trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, (thực hiện chơng trình phần mềm), CPU thực hiện chơng trình, bắt đầu với câu lệnh đầu tiên cho tới câu lệnh sau cùng trong mỗi chu kì vòng quét, kết quả đợc lu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ

đệm ảo đầu ra (OR - Output Register)

CPU xử lí tất cả các thông báo đợc nhận từ cổng truyền thông Bên cạnh đó CPU kiểm tra chơng trình cơ sở và bộ nhớ chơng trình (chỉ trong chế độ RUN)

nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng

2 Các thông số kỹ thuật chính của PLC S7- 200 (loại 22x):

- Bộ nhớ: + Chơng trình: từ 32 đến 64Kb tuỳ theo loại CPU.

+ Dữ liệu: từ 16Kb đến 40Kb tuỳ theo loại CPU

CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

Số I/O số có sẵn trên CPU 6IN/4OUT 8IN/6OUT 14IN/10OUT 24IN/16OUT

Số module tối đa có thể ghép nối Không có 2 module 7 module 7 module

Số lợng I/O số tối đa 128IN

128OUT

128IN 128OUT

c) và d)

a)

b)

e)

2

Trang 3

Số lợng I/O Analog tối đa Không có 16IN

16OUT

32IN 32OUT

32IN 32OUT Các Counter/ Timer 256/256 256/256 256/256 256/256

* Các thông số khác

Đầu vào dữ liệu số I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7 I0.0 to I15.7

Đầu ra số Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7 Q0.0 to Q15.7

Đầu vào tơng tự (read only) AIW0 to AIW30 AIW0 to AIW62 AIW0 to AIW62 AIW0 to AIW62

Đầu ra tơng tự (write only) AQW0 to AQW30 AQW0 to AQW62 AQW0 to AQW62 AQW0 to AQW62

Vùng nhớ (V) VB0 to VB2047 VB0 to VB2047 VB0 to VB5119 VB0 to VB5119 VB0 to VB10239

Vùng nhớ (L) LB0 to LB63 LB0 to LB63 LB0 to LB63 LB0 to LB63 LB0 to LB63

Bit nhớ (M) M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7 M0.0 to M31.7

Vùng nhớ (SM)

Read only

SM0.0 to SM179.7 SM0.0 to SM29.7

SM0.0 to SM299.7 SM0.0 to SM29.7

SM0.0 to SM549.7 SM0.0 to SM29.7

Rơ le thời gian

Rơ le thời gian có nhớ 1 ms

10 ms

100 ms

Rơ le Tgian On/Off 1 ms

10 ms

100 ms

256 (T0 to T255) T0, T64 T1 to T4, and T65 to T68 T5 to T31, and T69 to T95 T32, T96 T33 to T36, and T97 to T100 T37 to T63, and T101 to T255

Bộ đếm tốc độ cao HC0, HC3, HC4,

and HC5

HC0, HC3, HC4, and HC5

HC0 to HC5 HC0 to HC5 HC0 to HC5

Trang 4

Bµi 2: Giíi thiÖu phÇn mÒm lËp tr×nh cho PLC S7-200

STEP 7-MicroWIN 32 V3.2.

1 PhÇn mÒm STEP7- MicroWIN32:

a Giao diÖn phÇn mÒm:

Để một hệ thống PLC có thể thực hiện được một quá trình điều khiển nào đó thì bản thân nó phải biết được nó cần phải làm gì và làm như thế nào

Việc truyền thông tin về hệ thống ví dụ như quy trình hoạt động cũng như các yêu cầu kèm theo cho PLC người ta gọi là lập trình

Và để có thể lập trình được cho PLC thì cần phải có sự giao tiếp giữa người và PLC

Việc giao tiếp này phải thông qua một phần mềm gọi là phần mềm lập trình Mỗi một loại PLC hoặc một họ PLC khác nhau cũng có những phần mềm lập trình khác nhau

Đối với PLC S7-200, SIEMEN đã xây dựng một phần mềm để có thể lập trình

cho họ PLC loại này Phần mềm này có tên là STEP7- MicroWIN32.

Đây là một phần mềm chạy trên nền Windows 32bit, trải qua nhiều phiên bản

khác nhau Tài liệu này tập trung nói về STEP7- MicroWIN32 version 3.2.

Ngoài việc phục vụ lập trình cho PLC S7-200, phần mềm này còn có rất nhiều các tính năng khác như các công cụ gỡ rối, kiểm tra lỗi, hỗ trợ nhiều cách lập trình với các ngôn ngữ khác nhau…

Phần mềm này cũng đã được xây dựng một phần trợ giúp (Help) có thể nói là

rất đầy đủ, chi tiết và tiện dụng Người dùng có thể tra cứu các vấn đề về PLC S7-200 một cách rất nhanh chóng, rõ ràng và dễ hiểu

Để có thể thực hiện phần mềm lập trình STEP7- MicroWIN32 ta có 2 cách:

Cách 1:

Vào Start

→ Simatic

→ STEP7- MicroWIN32 V3.2.0

→ STEP7- MicroWIN32.

Cách 2: Chạy thông qua biểu tượng trên Desktop.

Vùng soạn thảo chương trình

Các khối hàm, lệnh

Các khối

chức năng

Công cụ kết nối các lệnh

Nút thay đổi trạng thái làm việc của PLC

Down

Mở, tạo mới, lưu

một CT điều khiển

4

Trang 5

b Mét sè thµnh phÇn quan träng:

- Program Block:

Khi click chuột vào nút này ta sẽ trở về được vùng soạn thảo chương trình Ở vùng này ta có thể thêm bớt các đầu vào/ra, các biến, các lệnh, hàm để thực hiện chương trình điều khiển

- Communications vµ c¸ch kiÓm tra sù kÕt nèi víi PLC S7-200:

Ở đây ta có thể thay đổi cách mà máy tính truyền thông với PLC S7-200 (PPI, MPI, tốc độ truyền…) hoặc kiểm tra có hay không sự truyền thông giữa máy tính và PLC S7-200 (kiểm tra sự có mặt của PLC hay không)

- Symbol Table:

Click chuột vào đây, ta sẽ được một bảng mà ở đó ta có thể định nghĩa các tên biến và đặt địa chỉ tương ứng cho các biến đó để có thể

dễ nhớ và dễ kiểm tra.Các biến này có thể là các đầu vào/ra, các biến trung gian…

- Khối hàm, lệnh:

Đây là một trong những thành phần quan trọng nhất của

STEP7- MicroWIN32 Nó bao gồm toàn bộ các lệnh và khối

hàm của STEP7- Micro WIN32 để có thể tạo được một

chương trình điều khiển cho PLC S7-200

Trang 6

Người dùng có thể tìm thấy các lệnh hoặc hàm mình cần dựa trên các nhóm có cùng chức năng mà STEP7- MicroWIN32 đã phân loại sẵn

Trong đó thường dùng nhất là các khối:

+ Bit Logic: bao gồm các lệnh làm việc với bit và thực hiện các phép toán logic

như AND, OR, NOT…

+ Timer: đây là khối lệnh làm việc với các loại timer của S7-200.

+ Counter: đây là khối lệnh làm việc với các loại timer của S7-200

+ Move: các khối lệnh dùng để di chuyển dữ liệu từ vùng nhớ này sang vùng

nhớ khác của PLC

+ Interger Math, Floating-Point Math: nhóm lệnh làm việc với số nguyên

16bit, 32bit và số thực Nhóm lệnh này thực hiện các phép toán số học như +, -, ×,

÷…

+ Compare: bao gồm các khối lệnh dùng để so sánh dữ liệu như >, <, =, ≥, ≤

Ngoài ra còn các khối khác cũng rất quan trọng chúng ta có thể tham khảo thêm

ở phần Help của STEP7- MicroWIN32

Để có thể biết một khối hàm hoặc lệnh làm việc như thế nào và điều kiện kèm

theo chúng ta chọn khối hàm, lệnh đó và nhấn F1.

c Một số thao tác quan trọng:

- Có 2 cách để tạo một chương trình mới:

+ Vào menu File à New

+ Dùng biểu tượng trên thanh công cụ

- Lưu lại chương trình đã viết bằng cách:

+ Vào menu File à Save.

- Để chèn một network mới:

+ Click chuột phải vào số thứ tự của network, chọn Insert à Network(s).

- Để xoá một network: chọn network

+ Click chuột phải vào network cần xoá, chọn Delete à Network(s).

- Để thêm một lệnh trong chương trình:

6

Trang 7

Chọn vị trớ của lệnh trong chương trỡnh:

+ Tiếp theo chọn Instructions, chọn nhúm lệnh sẽ làm việc, double click

vào lệnh cần dựng

+ Dựng biểu tượng trờn thanh cụng cụ

- Để PLC S7-200 cú thể thực hiện được cỏc chương trỡnh điều khiển, người

dựng phải Download chương trỡnh xuống PLC

+ Chọn File à Download Và việc download cú phớm tắt là Ctrl+D

+ Dựng ngay biểu tượng ở trờn thanh cụng cụ

- Khi trong PLC cú sẵn một chương trỡnh, người dựng cần đưa lờn để kiểm tra,

chỉnh sửa STEP7- MicroWIN32 cũng hỗ trợ việc Upload

+ Chọn menu File à Upload Phớm tắt là Ctrl+U.

+ Dựng biểu tượng ở trờn thanh cụng cụ

Cần phải lưu ý là để Upload hoặc Download chương trỡnh cho PLC thỡ phải chắc chắn rằng PLC S7-200 đó được kết nối đến mỏy tớnh và việc truyền thụng với mỏy

tớnh đó được thiết lập Hay núi cỏch khỏc mỏy tớnh phải nhận ra được sự tồn tại của

PLC Nếu khụng MicroWIN32 sẽ bỏo lỗi Khi kết nối thành cụng

STEP7-MicroWIN32 sẽ đưa ra bảng thụng bỏo cỏc thành phần sẽ được download xuống PLC

Muốn download được thỡ phải chuyển PLC về trạng thỏi dừng (STOP) bằng cỏch nhấn nỳt STOP trờn thanh cụng cụ.

2 Các bớc để lập trình một chơng trình điều khiển cho PLC S7-200

a Bớc 1: Phân tích yêu cầu công nghệ.

+ Phân tích các yêu cầu chung của hệ thống (tức là xác định thành phần nào cần điều khiển, yêu cầu về thời gian, độ chính xác…)

+ Phân tích thứ tự tác động của các thành phần trong hệ thống Hay nói cách khác là sự phân biệt thứ tự hoạt động của các thành phần trong hệ thống, cái nào trớc, cái nào sau và sự liên quan giữa chúng

+ Phân tích bản chất của từng thành phần để xác định đợc các điều kiện liên quan mà chỉ phụ thuộc vào bản chất riêng của nó và kết hợp với toàn bộ với những phân tích trớc đó để có phơng pháp điểu khiển thích hợp

b Bớc 2: Lập bảng địa chỉ cho các I/O.

Trang 8

Từ các bớc phân tích về công nghệ cho ta biết sẽ có bao nhiêu I/O trong hệ thống, bản chất của các I/O (số, tơng tự, xung…) và ta sẽ xây dựng đợc một bảng các I/O cho toàn bộ hệ thống

Việc xây dựng bảng I/O phụ thuộc vào hệ thống và cấu hình PLC hoặc hệ PLC

mà chúng ta định viết chơng trình điều khiển Và việc gán địa chỉ cho các I/O của hệ thống phải tuân thủ những quy định của nhà cung cấp PLC

c Bớc 3: Lập giản đồ thời gian hoặc lu đồ thuật toán điều khiển.

Đối với những hệ điều khiển tơng đối lớn và phức tạp thì bớc này rất quan trọng cho việc lập trình về sau này

Nó sẽ giúp cho ngời lập trình phân tích hệ thống điều khiển thành từng phần, sự liên quan và thứ tự tác động của chúng và từ đó sẽ cụ thể hoá đợc phơng án điều khiển trên chơng trình cho PLC

Còn đối với những hệ thống nhỏ không có quá nhiều các I/O thì ngời ta có thể xây dựng giản đồ thời gian tơng ứng cho từng I/O nằm trong tổng thể thứ tự và thời gian tác động của toàn bộ I/O của hệ thống

d Bớc 4: Viết chơng trình điều khiển.

Từ những gì đã có từ việc phân tích hệ thống và xây dựng lu đồ thuật toán hoặc giản đồ thời gian thì việc cụ thể hoá bằng ngôn ngữ lập trình và đa xuống PLC cũng rất quan trọng

ở đây ngời lập trình cũng phải tuân thủ những quy định của nhà sản xuất về việc lập trình cho loại PLC S7-200 của họ dẫn đến một số hạn chế nhất định trong việc thể hiện thuật toán Và đôi khi cũng phải điều chỉnh lại thuật toán cho phù hợp với loại PLC mà mình đang có

e Bớc 5: Chạy thử chơng trình và kiểm tra lỗi.

Sau khi đã hoàn thiện chơng trình điều khiển và kiểm tra những lỗi có thể thấy

đ-ợc nh các lỗi về cú pháp, về sự sai khác kiểu dữ liệu, về thời gian… thì có thể download chơng trình xuống PLC để chạy thử

Việc chạy thử này nếu có thể thực hiện trên hệ thống thực tế là tốt nhất còn nếu không có thể chạy thử trên các phần mềm mô phỏng hoặc một hệ thống đợc xây dựng

để mô phỏng lại hệ thống cần điều khiển Từ việc kiểm tra các đáp ứng của hệ thống sau khi chạy thử thì ngời lập trình có thể kiểm tra lại toàn bộ thuật toán mà mình đã xây dựng từ đó chỉnh sửa lai chơng trình để đáp ứng đợc hoàn toàn các yêu cầu của hệ thống

8

Trang 9

Bài 3: Viết một số chơng trình điều khiển cơ bản.

I Viết chơng trình điều khiển ĐCXC 3 pha bằng khởi động từ kép:

Sơ đồ trang bị điện

a Yêu cầu công nghệ: điều khiển đổi chiều quay động cơ với hai chế độ.

+ Chế độ bằng tay: dùng hai nút ấn thuận và ngợc để đổi chiều động cơ

b Xây dựng Symbol table: định địa chỉ cho các đầu vào/ra.

- Đầu vào: các nút ấn, rơ le nhiệt

- Đầu ra: các Công tắc tơ

c Giản đồ thời gian.

d Viết chơng trình điều khiển.

e Chạy thử, kiểm tra lỗi:

+ Các lỗi về cú pháp: nh thiếu liên kết, viết sai dạng địa chỉ, các đầu ra quá nhiều trong một network mà không có sự liên kết…

+ Các lỗi về chơng trình: thiếu duy trì, thiếu các điền kiện để có thể điều khiển đúng theo yêu cầu…

II Viết chơng trình điều khiển khởi động ĐCXC 3 pha bằng phơng pháp đổi nối



 / :

I0.1

Q0.0

Q0.1

I0.0

I0.2

1

0 1

0

t

0(t)

Nỳt ấn quay thuận

Nỳt ấn quay ngược

RN hoặc nỳt dừng

Đầu ra thuận

Đầu ra ngược

RN

T

N

T

N

Mt Dt

Dn

Mn

Dtổng

Trang 10

a Yêu cầu công nghệ: điều khiển khởi động động cơ bằng phơng pháp đổi nối



 / với các chế độ:

+ Chế độ bằng tay: dùng hai nút ấn để khởi động động cơ và đổi chế độ khởi động từ sao sang tam giác

+ Chế độ tự động: sau khi khởi động một thời gian thì tự động chuyển chế

độ khởi động từ sao sang tam giác

b Xây dựng Symbol table: định địa chỉ cho các đầu vào/ra.

- Đầu vào: các nút ấn, rơ le nhiệt

- Đầu ra: các Công tắc tơ

d Viết chơng trình điều khiển.

Q0.1 Q0.0 M0.0 I0.2 I0.1

I0.0

1 0 1 0 1 0

1 0 1 0

t

O

Nỳt ấn sao

Nỳt ấn tam giỏc

RN hoặc nỳt dừng

Đầu ra KS

1 0

Giản đồ thời gian chế độ KĐ bằng tay

Đầu ra KT Biến nhớ M

10

Trang 11

e Chạy thử, kiểm tra lỗi.

III Viết chơng trình điều khiển khởi động ĐCXC 3 pha roto dây quấn dùng 2

hoặc 3 cấp điện trở phụ:

a Yêu cầu công nghệ:

+ Chế độ bằng tay: cắt các điện trở phụ bằng tay thông qua tín hiệu của các nút ấn.(xem các hình phía dới)

+ Chế độ tự động: tự động cắt các điện trở phụ sau các thời gian quy định

b Xây dựng Symbol table:

+ Đầu vào: các nút ấn, rơ le nhiệt

+ Đầu ra: cho các contactor để loại bỏ các nhóm điện trở

I0.2

Q0.3

Q0.2

I0.1

1 0 1 0 1 0 1

0

I0.0

I0.4

Q0.1

0 0

0

1 1 1

K K1 K2

R1

1

R2 R3 D

Trang 12

d ViÕt ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn.

e Ch¹y thö, kiÓm tra lçi.

12

Trang 13

IV Viết chơng trình điều khiển đèn tín hiệu GT của một ngã t:

Thiết lập và tái thiết lập (các bit N)(Set và Reset)

Khi các chỉ dẫn Set và Reset là đợc thực hiện, số đợc tính của các điểm (N) bắt đầu tại giá trị lý thuyết bởi bit hoặc thông số OUT là đợc thiết lập (chỉnh on) hoặc tái thiết lập (chỉnh off).

Phạm vi của các điểm đó có thể đợc thiết lập hoặc tái thiết lập từ 1 tới 255 Khi sử dụng chỉ dẫn Reset, nếu bit đợc tínhlà một trong hai bit T hoặc C, thì khi đó mỗi bit timer hoặc counter là reset và giá trị hiện thời timer/counter là

đ-ợc xoá

Điều kiện lỗi khi đặt ENO = 0: SM4.3 (thời gian chạy),

0006 (địa chỉ gián tiếp), 0091 (toán hạng ra của phạm vi) Các đầu vào/đầu ra Các toán hạng Các kiểu dữ liệu

N VB, IB, QB, MB, SMB, SB, LB, AC,

hằng số, *VD, *AC, *LD BYTE

Các ví dụ đầu ra Set và Reset.

Làn đ ờng 1

Định dạng
Số trang	15
Dung lượng	2,6 MB