HE THONG TẬP LỆNH S7 200 HOÀN CHỈNH

HỆ THỐNG LẠI CÁC TẬP LỆNH CƠ BẢN CỦA PLC S7200 VIẾT VỚI 3 LOẠI NGÔN NGỮ LAD, STL, FBD. HƯỚNG DẪN CHI TIẾT TỪNG LỆNH, CÓ VÍ DỤ MINH HỌA DỄ HIỂU. HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP XÂY DỰNG THEO TỪNG TẬP LỆNH, DỄ HIỂU. CÓ THỂ SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY PLC S7200

PHẦN I:

THỰC HÀNH PLC S7-200

Chương 1:

CẤU TRÚC BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH S7-200

1.1 CẤU TRÚC TỔNG QUAN CỦA PLC

Cấu trúc của PLC bao gồm các thành phần chính sau:

- Thiết bị giao tiếp ngõ vào (Input Interface)

- Thiết bị giao tiếp ngõ ra (Output Interface)

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

- Đơn vị lưu trữ (bộ nhớ - Memory )

Mối quan hệ giữa các thành phần trên được trình bày trong hình 3.1 :

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của một PLC

1 CPU sẽ đọc bộ nhớ

2 Kiểm tra trạng thái thiết bị giao tiếp ngõ vào – nhập dữ liệu

3 Cập nhật trạng thái CPU – xử lý dữ liệu

4 Cập nhật trạng thái thiết bị giao tiếp ngõ ra – xuất dữ liệu

1.1.1 Thiết bị giao tiếp ngõ vào (INPUT INTERFACE)

Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống giao tiếp ngõ vào

Đây là nơi nhận tất cả các tín hiệu ngõ vào (thường dùng điện áp 24VDC hoặc110VAC) Người thiết kế phải lựa chọn loại PLC tương thích với điện áp đang sửdụng Các tín hiệu nhận trên ngõ vào được chuyển đến bộ xử lý trung tâm CPU, đểphòng ngừa sự cố gây hư hại cho CPU các nhà sản xuất sử dụng các linh kiện chuyểntín hiệu dùng phương pháp quang “Opto-Isolation” để tách biệt CPU với các tín hiệuđiện áp cấp trực tiếp trên các ngõ vào.

Các thiết bị đầu vào có thể là nút nhấn, công tắc, công tắt hành trình, tiếp điểm(thường mở, thường đóng), các bộ cảm biến,…Ký hiệu: I0.0 là ngõ thứ nhất, I0.1 làngõ thứ 2,…Một bộ PLC có thể có nhiều ngõ vào

Hình 1.3: Kết nối ngõ vào với các thiết bị ngoại viCác thiết bị đầu vào có thể là nút nhấn, công tắc, công tắt hành trình, tiếp điểm(thường mở, thường đóng), các bộ cảm biến,…Ký hiệu: I0.0 là ngõ thứ nhất, I0.1 làngõ thứ 2,…Một bộ PLC có thể có nhiều ngõ vào

Ngõ vào cũng có thể được điều khiển bằng trạng thái của các yêu cầu cụ thể củamột chương trình điều khiển Ví dụ như hệ thống dưới đây:

Hình 1.4: Điều khiển bơm chất lỏng dùng PLC

Hình 1.5: Hệ thống lựa chọn sản phẩm theo khối lượng.

Trong các sơ đồ trên, tín hiệu của các thiết bị ( thiết bị đo mực nước, cảm biến,bàn cân khối lượng ) đều được kết nối với tín hiệu ngõ vào của PLC

1.1.2 Thiết bị giao tiếp ngõ ra (OUTPUT INTERFACE)

Đây là nơi xuất các tín hiệu điều khiển đến các thiết bị; linh kiện bố trí trên ngõ

ra PLC Tín hiệu ngõ ra được cung cấp từ bộ xử lý trung tâm đến các ngõ ra thông quacác phần tử (trình bày trong bảng tóm tắt sau); tùy thuộc loại PLC và các yêu cầu điềukhiển

Loại thiết bị đóng cắt Tầm điện áp vận hành Thời gian tác động trung bình

Tương tự như ngõ vào, Output Interface giao tiếp trực tiếp với CPU nên cũng cần

sự tách biệt dùng “Opto-Isolation” để tránh các sự số áp có thể gây thiệt hại choCPU

Hình 1.6: Cấu trúc hệ thống giao tiếp ngõ vàoLàm nhiệm vụ biến đổi các mức logic bên trong PLC thành các tín hiệu điềukhiển đưa ra bên ngoài Tương tự như ngõ vào, ngõ ra của PLC cũng được cách ly vềđiện với các thiết bị bên ngoài bằng diode quang và photo transitor

Ngõ ra PLC là ngõ ra kỹ thuật số, nó kết nối thiết bị điều khiển như: Van điện từ,cuộn dây công tắc tơ (bộ khởi động từ), bóng đèn,…

Ký hiệu tại mỗi ngõ ra của PLC là Q0.0, Q0.1, Q0.2,…

Hình 1.7: Mô hình kết nối ngõ ra PLC.

Hình 1.8: Sơ đồ kết nối ngõ ra

Số lượng ngõ vào và ngõ ra của một PLC là có giới hạn, nhưng ta có thể tăng số lượng chúng bằng các Modul mở rộng tiếp điểm

1.1.3 Bộ nhớ – (MEMORY)

Có 2 loại bộ nhớ, tại một thời điểm chỉ sử dụng đến 1 loại

 RAM (Random Access Memory) : thường tích hợp sẵn trong PLC.Đây là bộ nhớ

không cố định các dữ liệu ; các dữ liệu được đọc, ghi trong suốt quá trình PLC hoạtđộng Trên đó có sẵn khe cắm thêm ROM khi cần

 ROM (Read Only Memory) : thường dùng gắn ngoài, đây là bộ nhớ có các dữ liệu

cố định; các dữ liệu này chỉ được đọc bởi bộ vi xử lý trong suốt quá trình PLC họatđộng Bản thân ROM có 3 loại :

- PROM (Programmable ROM) : chỉ được lập trình 1 lần, không thể xoá được

- EPROM (Erasable Programmable ROM) : có thể xoá bằng tia cực tím

- EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM): có thể xoá bằng điện

1.1.4 Đơn vị xử lý trung tâm – (CENTRAL PROCESSING UNIT)

Đơn vị xử lý trung tậm được xem là bộ não của PLC Chương trình được đưa từ

bộ nhớ đến để xử lý bởi CPU Quá trình này được gọi là “vận hành chương trình”.Thực sự là chương trình được “quét”, được kiểm tra từ điểm khởi đầu đến điểm kếtthúc, và các thông tin mới được cập nhật Khái niệm “thời gian quét” của một PLCthường được xem là thời gian chạy một vòng chương trình Thời gian này thường làkhoảng 70ms, nhưng còn tuỳ thuộc độ dài và độ phức tạp của chương trình Khi một

“quá trình quét” này vừa kết thúc thì một “quá trình quét” khác được bắt đầu ngay lậptức

Ngoài ra, trong quá trình hoạt động PLC cũng cần đến bộ nguồn và các bus(trạm) để có thể hoạt động

1.1.5 Bộ nguồn: có nhiệm vụ cung cấp điện áp cần thiết từ nguồn điện lưới xoay chiều

thông dụng 220V (hay 110V) thành nguồn áp DC 24V đưa đến các board mạch điện tửcủa PLC

1.1.6 Bus (Trạm) : là tập hợp các liên kết điện theo dạng song song (các đường liên

kết này có thể dưới dạng mạch in hay cáp nhiều sợi ruột) Số lượng dây dẩn cấu tạonên BUS phụ thuộc vào tải lượng của các tín hiệu thông tin đến BUS (khi truyền dữliệu 8 bits ta cần cáp có 8 sợi ruột; khi truyền dữ liệu 16 bits ta cần cáp 16 ruột) Ta cóhai loại BUS : xoay chiều (AC) và một chiều (DC)

1.1.7 Cáp truyền thông: dùng truyền thông từ PLC đến máy tính hoặc đến các PLC

khác Thường sử dụng cáp PC/PPI, cáp MPI, card truyền thông CP5611

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ choviệc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác Tốc độ truyền chomáy lập trình kiểu PPI là 9600 boud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do

Hình 1.9: Kết nối truyền thông giữa PLC và PC

1.2 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH S7-200

1.2.1 Tổng quan S7-200

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình cở nhỏ của SIEMEN (các MicroPLC) có thể được ứng dụng để điều khiển tự động Với thiết kế gọn nhẹ, nhiều khảnăng mở rộng, giá thành rẻ và cấu trúc mạch linh hoạt tạo cho PLC S7-200 có một vịtrí hoàn hảo khi ứng dụng cho các chương trình điều khiển nhỏ và trung bình Vớidòng PLC S7-200, SIEMEN có các họ cơ bản như sau:

+ Họ 21x: 212, 214, 216, 218 Với CPU này có nhiều nhược điểm không cònphù hợp với hệ điều khiển hiện đại nên ít được sử dụng

+ Họ 22x: 222, 224, 226, 228 Đây là dòng CPU sử dụng rất nhiều hiện nay vìtốc độ xử lý cao, kết cấu linh hoạt, hỗ trợ truyền thông mạnh, có cấp bảo vệ chịu đượcmôi trường công nghiệp như run, bụi, và các nhiễu từ trường,…

Chuyển đổi

RS232 – RS485

1.2.2 Thông số kỹ thuật của PLC S7-200

+ Bộ nhớ chương trình: 32 đến 64 Kb tùy theo CPU

+ Bộ nhớ dữ liệu: từ 16 đến 40 Kb tùy theo CPU

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

Số lượng I/O Analog tối đa Không có 16 I/16 O 32 I/32 O 32 I/32 O

0.37µs/lệnh

1.3 XỬ LÝ CHƯƠNG TRÌNH

1.3.1 Vòng quét chương trình

CPU S7-200 được thiết kế để thực hiện một chuỗi các công việc, lặp đi lặp lại

Việc thực hiện một cách có chu kỳ gọi là chu kỳ vòng quét

Trong một chu kỳ CPU thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Đọc tín hiệu đầu vào

- Thực hiện chương trình

- Xử lý tất cả các yêu cầu truyền thông và thực hiện việc kiểm tra lỗi

- Đưa tín hiệu tới các đầu ra

Hình 1.10 Lưu đồ vòng quét chương trình

1.3.2 Đọc giá trị đầu vào số

Mỗi chu kỳ quét bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của các đầu vào số, sau đó ghi trạng thái tới vùng nhớ đệm đầu vào I

CPU không truy cập giá trị đầu vào tương tự như là một phần của chu kỳ vòng quét thông thường trừ khi các bộ lọc số của các đầu vào tương tự được kích hoạt

1.3.4 Xử lý yêu cầu truyền thông và kiểm tra lỗi

Trong giai đoạn này CPU xử lý tất cả các thông báo được nhận từ cổng truyềnthông Bên cạnh đó, CPU kiểm tra chương trình cơ sở và bộ nhớ chương trình (chỉtrong chế độ RUN)

Khi chế độ hoạt động của CPU được thay đổi từ RUN sang STOP, các đầu ra số

tự động mất đi Giá trị đầu ra tưong tự được giữ ở giá trị lần gữi ra cuối cùng

1.4 NỐI DÂY PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

Việc kết nối dây giữa PLC với ngoại vi rất quan trọng Nó quyết định đến việcPLC có thể giao tiếp được với thiết bị lập trình (máy tính) cũng như hệ thống điềukhiển có thể hoạt động đúng theo yêu cầu được thiết kế hay không Ngoài raviệc nối dây còn liên quan đến an toàn cho PLC cũng như hệ thống điều khiển

1.4.1 Giới thiệu CPU 224 và cách nối dây với thiết bị ngoại vi

Sơ đồ bề mặt của bộ điều khiển lập trình S7-200 CPU 224 được cho như hìnhsau:

Hình 1.11: Bộ điều khiển lập trình S7-200 CPU224

Để cho bộ điều khiển lập trình này hoạt động được thì người sử dụng phải kếtnối PLC với nguồn cung cấp và các ngõ vào ra của nó với thiết bị ngoại vi Muốnnạp chương trình vào CPU, người sử dụng phải soạn thảo chương trình bằng cácthiết bị lập trình hoặc máy tính với phần mềm tương ứng cho loại PLC đang sử dụng

và có thể nạp trực tiếp vào CPU hoặc copy chương trình vào card nhớ để cắmvào rãnh cắm card nhớ trên CPU của PLC Thông thường khi lập trình cũng như khikiểm tra hoạt động của PLC thì người lập trình thường kết nối trực tiếp thiết bị lậptrình hoặc máy tính cá nhân với PLC Như vậy, để hệ thống điều khiển khiển bằngPLC hoạt động cũng như lập trình cho nó, cần phải kết nối PLC với máy tính cũng nhưcác ngõ vào ra với ngoại vi

1.4.2 Kết nối với máy tính

Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có các cổng giao tiếp PPI thì cóthể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp Tuy nhiên đối với máy tính cánhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI Có 2 loại cáp chuyển đổi là cápRS-232/PPI Multi-Master và cáp USB/PPI Multi-Master

 Cáp RS-232/PPI multi-master:

Hình dáng của cáp và công tắc chọn chế độ truyền được cho ở hình

Hình 1.12: Hình dáng cáp RS-232/PPI và các chuyển mạch trên cáp.

Tùy theo tốc độ truyền giữa máy tính và CPU mà các công tắc 1,2,3 được

để ở vị trí thích hợp Thông thường đối với CPU 22x thì tốc độ truyền thường đặt là9,6 KBaud (tức công tắc 123 được đặt theo thứ tự là 010)

Tùy theo truyền thông là 10 Bit hay 11 Bit mà công tắc 7 được đặt ở vị trí thíchhợp Khi kết nối bình thường với máy tính thì công tắc 7 chọn ở chế độ truyền thông

11 Bit (công tắc 7 đặt ở vị trí 0)

Hình 1.13: Kết nối máy tính với CPU S7-200 RS-232/PPI Multi-Master

Công tắc 6 ở cáp RS-232/PPI Multi-Master được sử dụng để kết nối port truyền

thông RS-232 của một modem với S7-200 CPU Khi kết nối bình thường với máy tínhthì công tắc 6 được đặt ở vị trí data Comunications Equipment (DCE) (công tắc 6 ở vịtrí 0) Khi kết nối cáp PC/PPI với một modem thì port RS-232 của cáp PC/PPI đượcđặt ở vị trí Data Terminal Equipment (DTE) (công tắc 6 ở vị trí 1)

Công tắc 5 được sử dụng để đặt cáp RS-232/PPI Multi-Master thay thế cápPC/PPI hoặc hoạt động ở chế độ Freeport thì đặt ở chế độ PPI/Freeport (công tắc 5 ở

vị trí 0) Nếu kết nối bình thường là PPI (master) với phần mềm STEP 7 Micro/Win3.2 SP4 hoặc cao hơn thì đặt ở chế độ PPI (công tắc 5 ở vị trí 1)

Sơ đồ nối cáp RS-232/PPI Multi-Master giữa máy tính và CPU S7-200 với tốc độtruyền 9,6 Kbaud được cho như hình 2.13

 Cáp USB/PPI multi-master:

Hình dáng cáp được thể hiện ở hình

Hình 1.14: Hình dáng cáp USB/PPICách thức kết nối cáp USB/PPI Multi-Master cũng tương tự như cáp RS-32/PPIMulti-Master Để sử dụng cáp này, phần mềm cần phải là STEP 7-5 Kết nối dây giữaPLC và thiết bị ngoại vi Micro/WIN 3.2 Service Pack 4 (hoặc cao hơn) Cáp chỉ có thểđược sử dụng với loại CPU22x hoặc sau này Cáp USB không được hỗ trợ truyềnthông Freeport và download cấu hình màn TP070 từ phần mềm TP Designer

1.4.3 Nối nguồn cung cấp cho CPU

Tùy theo loại và họ PLC mà các CPU có thể là khối riêng hoặc có đặt sẵn cácngõ vào và ra cũng như một số chức năng đặc biệt khác Hầu hết các PLC họ S7-200được nhà sản xuất lắp đặt các khâu vào, khâu ra và CPU trong cùng một vỏ hộp.Nhưng nguồn cung cấp cho các khâu này hoàn toàn độc lập nhau Nguồn cung cấp choCPU của họ S7-200 có thể là: Xoay chiều:

Hình 1.15: Nối nguồn cung cấp cho CPU

- CPU 2xx AC/DC/Relay: Nguồn cấp cho CPU là AC, nguồn cho ngõ vào là DC,

ngõ ra là Relay có thể cấp nguồn là DC hoặc AC

1.4.4 Kết nối ngõ vào với thiết bị ngoại vi

Các ngõ vào số của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng, hoặc kết hợp vớicác ngõ ra chung trong một khối hoặc được tích hợp trên khối CPU Trong trường hợpnào cũng vậy, các ngõ vào cũng phải được cung cấp nguồn riêng với cấp điện áp tùythuộc vào loại ngõ vào Cần lưu ý trong một khối ngõ vào cũng như các ngõ vào đượctích hợp sẵn trên CPU có thể có các nhóm được cung cấp nguồn độc lập nhau Vì vậycần lưu ý khi cấp nguồn cho các nhóm này Nguồn cung cấp cho các khối vào của họS7-200 có thể là:

Xoay chiều: 15 35 VAC, f = 47 63 Hz; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA

79 135 VAC, f = 47 63 Hz; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA

Một chiều: 15 30 VDC; dòng cần thiết nhỏ nhất 4mA

Sơ đồ mạch điện bên trong của một số ngõ vào được cho như hình:

Hình 1.16 a) Mạch điện ngõ vào sử dụng nguồn điện DC

b) Mạch điện ngõ vào sử dụng nguồn điện AC

Tùy theo yêu cầu mà có thể quyết định sử dụng loại ngõ vào nào

- Ngõ vào AC yêu cầu cần phải có thời gian Ví dụ đối với điện áp có tần số 50

Hz phải yêu cầu thời gian đến 1/50 giây mới nhận biết được

- Tín hiệu AC ít bị nhiễu hơn tín hiệu DC, vì vậy chúng thích hợp với khoảngcách lớn và môi trường nhiễu (từ)

- Nguồn AC kinh tế hơn

- Tín hiệu AC thường được sử dụng trong các thiết bị tự

động hiện hữu

Đối với các ngõ vào số, khi kết nối với ngoại vi, ngoại trừ các trường hợp đặcbiệt thì thông thường mỗi một ngõ vào được kết nối với một bộ tạo tín hiệu nhị phânnhư: nút nhấn, công tắc, cảm biến tiếp cận Hình 2.16 minh họa cách kết nối dây cácngõ vào PLC với các bộ tạo tín hiệu nhị phân khác nhau Cần lưu ý đến các loại cảmbiến khi kết nối với các ngõ vào PLC

Hình 1.17: Kết nối ngõ vào với thiết bị ngoại vi

a) Nút nhấn và cảm biến có ngõ ra là relay nối với ngõ vào loại sinking

b) Nút nhấn và cảm biến có ngõ ra là PNP nối với ngõ vào loại sinking

c) Nút nhấn và cảm biến có ngõ ra là NPN nối với ngõ vào loại sourcing

1.4.5 Kết nối ngõ ra số với ngoại vi

Các ngõ ra của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng, hoặc kết hợp với cácngõ ra chung trong một khối hoặc được tích hợp trên khối CPU Trong trường hợp nàocũng vậy, các ngõ ra cũng phải được cung cấp nguồn riêng với cấp điện áp tùy thuộcvào loại ngõ ra Cần lưu ý trong một khối ra cũng như các ngõ ra được tích hợp sẵntrên CPU có thể có các nhóm được cung cấp nguồn độc lập nhau Vì vậy cần lưu ý khicấp nguồn cho các nhóm này Nguồn cung cấp cho các khối ra của họ S7-200 có thểlà:

Xoay chiều: 20 264 VAC , f = 47 63 Hz;

Một chiều: 5 30 VDC đối với ngõ ra rơ le; 20.4 28.8 VDC đối với ngõ ratransistor;

Các khối ra tiêu chuẩn của PLC thường có 8 đến 32 ngõ ra theo cùng loại và códòng định mức khác nhau Ngõ ra có thể là rơ le, transistor hoặc triac Rơ le là ngõ ra

linh hoạt nhất Chúng có thể là ngõ ra AC và DC Tuy nhiên đáp ứng của ngõ ra rơ lechậm, giá thành cao và bị hư hỏng sau vài triệu lần đóng cắt Còn ngõ ra transistor thìchỉ sử dụng với nguồn cung cấp là DC và ngõ ra triac thì chỉ sử dụng được với nguồn

AC Tuy nhiên đáp ứng của các ngõ ra này nhanh hơn

Sơ đồ mạch điện bên trong của các ngõ ra được cho như hình 2.17

Cần chú ý khi thiết kế hệ thống có cả hai loại ngõ ra AC và DC Nếu nguồn ACnối vào ngõ ra DC là transistor, thì chỉ có bán kỳ dương của chu kỳ điện áp được sửdụng và do đó điện áp ra sẽ bị giảm Nếu nguồn DC được nối với ngõ ra AC là triacthì khi có tín hiệu cho ngõ ra, nó sẽ luôn luôn có điện cho dù có điều khiển tắt bằngPLC

Hình 1.18: Sơ đồ cấu trúc ngõ ra của a) Ngõ ra transitor; b) Ngõ ra rơ le;

c) Ngõ ra triac

1.5 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC HÀNH PLC S7-200

Hình 1.19: Mô hình thực hành PLC S7-200

- POWER ON: Công tắc nguồn cấp nguồn 220VAC cho mô hình.

- COM: Cổng truyền thong RS 485 nạp chương trình cho PLC

- Mô hình kết nối với thiết bị ngoại vi vào ra thông qua Jack cắm 5mm, sơ đồ kết nốiđược thể hiện rõ trên mô hình

1.6 CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM STEP 7 – MICRO/WIN

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

Việc truyền thông tin về hệ thống ví dụ như qui trình hoạt động cũng như các yêucầu kèm theo cho PLC người ta gọi là lập trình Và để có thể lập trình được cho PLCthì cần phải cósự giao tiếp giữa người và PLC Việc giao tiếp này phải thông qua mộtphần mềm gọi là phần mềm lập trình

Mỗi loại PLC hoặc một họ PLC khác nhau cũng có những phần mềm lập trìnhkhác nhau Đối với PLC S7-200, SIEMEN đã xây dựng một phần mềm lập trình cho

họ PLC này, phần mềm này có tên là STEP 7/WIN Phần này chạy trên nền Windows

32 bit với nhiều phiên bản khác nhau

1.6.1 Yêu cầu hệ điều hành và phần cứng

Máy tính cá nhân PC, muốn cài đặt được phần mềm STEP 7-micro/WIN phảithỏa mãn những yêu cầu sau đây:

- Microsoft Windows 2000 Service Pack 3 hoặc cao hơn, Windows XPHome, hoặc Windows XP Professional

- Có ít nhất 350 MB ổ đĩa cứng còn trống

- Sử dụng chế độ cài đặt font chữ nhỏ độ phân giải màn hình tối thiểu là 1024x768 pixels

1.6.2 Cài đặt phần mềm STEP 7 – Micro/win

Có thể cài từ đĩa VCD hay file nén, thực hiện các bước như sau:

Bước 1: Chạy file Setup.exe

Bước 2: Chọn chế độ cài đặt bằng tiếng Anh:

Tiến hành cài đặt đến khi hoàn tất chương trình

1.6.3 Sử dụng phần mềm STEP 7 – Micro/win

1.6.3.1 Khởi động phần mềm

Để khởi động phần mềm lập trình STEP 7 – MicroWIN ta có hai cách:Cách 1: Start -> Programs -> Simatic -> STEP 7 – MicroWIN-> STEP 7 – MicroWIN

Cách 2: Kích đúp vào STEP 7-MicroWIN

1.6.3.2 Hướng dẫn giao diện phần mềm

Hình 1.20: Giao điện phần mêm Step7-MicroWIN

 Một số thành phần quan trọng

Program Block: Khi click chuột vào khối 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

- OB1: Khối chương trình chính

- SBR0: Khối chương trình con

- INT0: Khối chứa chương trình ngắt

Communications: 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 sựtruyền thông giữa máy tính và PLC S7-200 (kiểm tra sự có mặt của PLC haykhông

Symbol Table: Click chuột vào đây, ta sẽ được một bảng mà ở đó ta có thể

định nghĩa tên biến, đặt địa chỉ tương ứng các biến đó để có thể dễ nhớ và dễkiểm tra Các biến này có thể là các đầu vào/ra, các biến trung gian,

Data Block: Khối chứa dữ liệu chương trình, ta có thể định dạng trước dữ

liệu khối này Khi download xuống PLC, toàn bộ dữ liệu sẽ được lưu vào trong bộ nhớ

System Block: có 10 khối chính (Ports, Retentive Ranges, Password, Output

table, Input Filter, Analog Input Filters,Pulse catch Bits, Background Time,

EM configurations

 Các khối hàm, lệnh

Đây là một trong những thành phần quan trọng của STEP7-MicroWIN Nó baogầm các lệnh, khối hàm để có thể tạo một chương trình điều khiển Người sử dụng cóthể tìm thấy các lệnh hoặc hàm cần sử dụng dựa trên các nhóm có cùng chức năng màSTEP7-MicroWIN đã phân loại sẵn

Trong đó thường dùng nhất là các khối:

+ Bit Logic: Các lệnh làm việc với bít và thực hiện các phép toán logic như: AND,

 Vùng soạn thảo chương trình

Đây là vùng mà dành cho người dùng soạn thảo các chương trình điều khiển củariêng mình Ở đây người ta có thể thêm các câu lệnh, các khối hàm, các cấu trúc điềukhiển chương trình, tạo các kết nối giữa các câu lệnh để thực thi các nhiệm vụ điềukhiển Có 3 phương pháp hay nói cách khác có 3 loại ngôn ngữ khác nhau để viết mộtchương trình điều khiển cho PLC S7-200:

- Statement List: Lập trình dạng danh sách lệnh dựa trên các từ gọi nhớ.

- Lader (LAD): Lập trình dạng hình thang có dạng một sơ đồ nguyên lý mạch.

- Function Data Block (FDB): Lập trình dựa trên các khối logic như:AND, OR,

Cần lưu ý sự khác nhau giữa các vùng soạn thảo khi dùng ngôn ngữ LAD so vớicác ngôn ngữ khác Người dùng có thể chuyển đổi việc lập trình giữa các ngôn ngữkhác nhau Khi soạn thảo chương trình STEP7-MicroWIN cũng hỗ trợ người dùng cácthông báo lỗi về cú pháp, về dữ liệu,…

 Một số thao tác quan trọng

+ Tạo một chương trình mới: có hai cách tạo một chương trình mới

- Vào File -> New

- Dùng biểu tượng trên thanh công cụ:

+ Lưu chương trình:

- Vài File -> Save

- Dùng biểu tượng Save trên thanh công cụ:

+ Chèn thêm một network mới:

- Click phải chuột vào số thứ tự của network, chọn Insert -> Network(s)

- Dùng biểu tượng trên thanh công cụ:

+ Xóa một network mới:

- Click phải chuột vào network muốn xóa, chọn Delete -> Network(s)

- Dùng biểu tượng trên thanh công cụ:

+ Download chương trình xuống PLC:

- Chọn File -> Download hoặc sử dụng phím Ctrl + D

- Dùng biểu tượng trên thanh công cụ:

+ Upload chương trình từ PLC xuống PC:

- Chọn File -> Download hoặc sử dụng phím Ctrl + U

- Dùng biểu tượng trên thanh công cụ:

Cần lưu ý là để Download hoặc Upload cần chắc chắn rằng PLC đã được kết nốivới máy tính Muốn Download phải chuyển PLC về trạng thái dừng (STOP) bằng cáchnhấn nút stop trên thanh công cụ

1.7 BÀI TẬP THỰC HÀNH CHƯƠNG 1

Bài thực hành 1: Thực hành cài đặt chương trình STEP7-MicroWIN.

Bài thực hành 2: Thực hành đấu dây giữa PLC và các thiết bị ngoại vi các ngõ vào,

ngõ ra

Bài thực hành 3: Thức hành lập trình, mô phỏng trên S7-simulation, download và vận

hành thử nghiệm một chương trình mẫu

Chương 2:

CÁC TẬP LỆNH CỦA PLC S7-2002.1 CÁC PHÉP TOÁN NHỊ PHÂN CỦA PLC S7-200

2.1.1 Các lệnh Logic ngõ vào ra

 Các lệnh Logic ngõ vào

- Công tắc thường mở (Normally Open, viết tắt là NO):

- Công tắc thường đóng (Normally Closed, viết tắt là NC):

Đối với PLC, mỗi công tắc đại diện cho trạng thái một bit trong bộ nhớ dữ liệuhay vùng ảnh của các đầu vào, ra Công tắc thường mở sẽ đóng (ON – nghĩa là chodòng điện đi qua) khi bit bằng 1, công tắc thường đóng sẽ đóng (ON) khi bit bằng 0

- Lệnh đảo bit (NOT): đảo trạng thái bit vào: 0 thành 1, 1 thành 0

- Lệnh xác định xung cạnh lên (Positive Transition): ghi nhận trạng thái dữ liệukhi bit chuyển từ 0 lên 1

- Lệnh xác định xung cạnh xuống (Negative Transition): ghi nhận trạng thái dữliệu khi bit chuyển từ 1 xuống 0

Ví dụ 2.1: Sử dụng các lệnh ngõ vào

Network 1

Network 2

Network 3

Ví dụ 2.2: Đèn H1sẽ sáng nếu đồng thời cả 2 công tắc S1 và S2 ở trạng thái đóng

mạch Đèn tắt khi 1 trong 2 công tắc hở mạch

Hình 2.1: Liên kết AND: a) Sơ đồ mạch điện, b) Nối dây với ngõ vào/ra PLCLập bảng ký hiệu mô tả tên và địa chỉ của biến (soạn thảo bằng cách mở mụcSymbol Table trong phần mềm soạn thảo):

Hình 2.2: Chương trình được biểu diễn ở 3 dạng LAD, FBD và STL

 Phép toán OR

Phép toán OR sẽ được sử dụng khi trạng thái của một trong hai (hoặc nhiều)tín hiệu thỏa mãn điều kiện của yêu cầu điều khiển thì sẽ thực hiện một nhiệm vụ điềukhiển nào đó

Ví dụ 2.3: Có 2 công tắc S3 và S4 đều là thường hở Hãy viết chương trình sao cho

nếu một trong 2 công tắc đóng lại thì đèn H2 sẽ sáng Đèn tắt khi cả 2 công tắc đềumở

Hình 2.3: Liên kết OR: a) Sơ đồ mạch điện, b) Nối dây với ngõ vào/ra PLC

Hình 2.4: Bảng ký hiệu và chương trình liên kết OR

 Phép AND trước OR

Để thực hiện phép OR hai liên kết AND lại với nhau thì trong chương trình viết

ở dạng STL phải sử dụng thêm lệnh OLD

Ví dụ 2.4:

Hình 2.5: AND trước OR: a) Mạch điện, b) Nối dây với PLC, c) Chương trình

 OR trước AND

Để thực hiện phép AND hai liên kết OR lại với nhau thì trong chương

trình viết ở dạng STL phải sử dụng thêm lệnh ALD

Ví dụ 2.6: Ở sơ đồ, mỗi một nút nhấn được gắn 2 tiếp điểm (1NO và 1NC), khi tác

động nút nhấn thì cả 2 tiếp điểm này tác động theo Đèn sáng nếu tác động chỉ mộttrong hai công tắc S1 hoặc S2

Hình 2.7: Chương trình liên kết XOR

2.1.3 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm

 Mạch nhớ R-S

Mạch nhớ là mạch có hai trạng thái ổn định và thông qua tín hiệu ngõ vào màtrạng thái của nó thay đổi Đối với mạch điều khiển dùng relay và contactor ta có mạch

tự duy trì Còn trong PLC có khâu R-S (viết tắt của Reset và Set)

Mạch nhớ R-S là rất cần thiết trong kỹ thuật điều khiển Nó được xem là mộtchức năng cơ bản trong hầu hết các loại PLC và được chia thành hai loại là: Ưu tiênSET và ưu tiên RESET

- Ưu tiên SET (khâu SR)

Biểu diễn ở dạng LAD:

Nếu cả hai điều kiện cho S và R lên mức logic “1” thì ngõ ra OUT là “1”

Để lấy khâu SR, ta nhấp chuột vào dấu cộng của trong cây lệnh, chọn phần tử SR và kéo thả vào network mong muốn

Khâu SR tương đương với mạch tự duy trì ưu tiên mở máy trong điều khiển dùng contactor

- Ưu tiên RESET (khâu RS)

Biểu diễn dạng LAD:

Nếu cả hai điều kiện cho S và R lên mức logic “1” thì ngõ ra OUT là “0”

 Lệnh SET

Lệnh SET (S) là lệnh thông dụng rất thường được sử dụng và lệnh này đều cótrong hầu hết các PLC Lệnh Set sẽ đặt trạng thái của một hoặc nhiều bit (thuộc vùngnhớ V, M, Q, T, C, SM, L) có địa chỉ liên tục lên mức 1 và duy trì ở trạng thái nàycho đến khi bị xóa bằng một lệnh khác Chúng ta có thể Set một lần tối đa tới 255 bit.Lệnh SET chỉ được thực hiện khi Stack 0 có giá trị logic “1”

Cú pháp ở STL: S S_Bit, n , và ở LAD: , Với S_Bit là bit đầu tiêncủa vùng nhớ cần đặt lên mức logic “1” Và n là số lượng bit bắt đầu từ S_Bit

Ví dụ 2.7: Khi tín hiệu tại I0.0 lên mức 1 thì sẽ set 3 bit từ Q0.0 đến Q0.2.Chương trình ở 3 dạng như sau:

Khi tín hiệu tại I0.0 xuống mức 0 thì 3 ngõ ra Q0.0, Q0.1, Q0.2 vẫn duy trì ở mức 1

 Lệnh RESET

Lệnh Reset (R) đặt trạng thái của một hoặc nhiều bit có địa chỉ liên tục xuốngmức 0 Tương tự như lệnh Set chúng ta có thể Reset tới 255 bit nhớ thuộc các vùngnhớ V, M, Q, T, C, SM, L Lệnh RESET chỉ được thực hiện khi Stack 0 có giá trị “1”

Cú pháp ở STL: R S_Bit, n và ở LAD:

Với S_Bit là bit đầu tiên của vùng nhớ cần đặt xuống mức logic “0” Và n là số lượngbit bắt đầu từ S_Bit

Ví dụ 2.8: Khi tín hiệu tại I0.1 lên mức 1 thì sẽ reset 3 bit từ Q0.0 đến Q0.2 về

logic “0” Chương trình ở 3 dạng như sau:

2.1.4 Bài tập ứng dụng liên kết Logic

Phần này trình bày một số ví dụ ứng dụng nhỏ sử dụng các liên kết logic Ở một

số ví dụ có trình bày mạch điều khiển thông thường với kiểu nối dây khi không dùngPLC để chúng ta thấy sự giống nhau và khác nhau giữa 2 kiểu điều khiển

Bài thực hành 4: Mạch tự duy trì ưu tiên mở máy theo yêu cầu sau:

- Nhấn nút mở máy S1 (NO) Contactor có điện động cơ vận hành

- Nhấn nút mở máy S2 (NC) Contactor mất điện động cơ vận hành

- Trong trường hợp nếu cả hai nút nhấn mở máy S1 (NO) và dừng S2 (NC) cùng tácđộng mà contactor có điện thì là mạch tự duy trì ưu tiên mở máy

Bài thực hành 5: Mạch tự duy trì ưu tiên dừng máy theo yêu cầu sau:

- Nhấn nút mở máy S1 (NO) Contactor có điện động cơ vận hành

- Nhấn nút mở máy S2 (NC) Contactor mất điện động cơ vận hành

- Trong trường hợp nếu cả hai nút nhấn mở máy S1 (NO) và dừng S2 (NC) cùng tác

động mà contactor không có điện thì là mạch tự duy trì ưu tiên dừng máy.

Bài thực hành 6: Mạch điều khiển ON/OFF có chỉ báo theo yêu cầu sau:

- Nhấn nút S1 (NO) Contactor có điện, động cơ vận hành, đèn H1 sáng

- Nhấn nút S2 (NC) Contactor mất điện, động cơ ngưng vận hành, đèn H2 sáng

Bài thực hành 7: Đảo chiều quay động cơ gián tiếp theo yêu cầu sau:

- Nhấn nút MT (NO) động cơ vận hành thuận, đèn H1 sáng

- Muốn đảo chiều nhấn nút D động cơ dừng, sau đó nhấn MN động cơ quay nghịchđèn H2 sáng (đèn H1 tắt) và ngược lại

- Nhấn nút D động cơ ngưng hoạt động

- Khi có sự cố quá tải, rơle nhiệt tác động, động cơ ngưng vận hành, đèn H3 sáng

Bài thực hành 8: Đảo chiều quay động cơ trực tiếp theo yêu cầu sau:

- Nhấn nút MT (NO) động cơ vận hành thuận, đèn H1 sáng

- Muốn đảo chiều nhấn nút MN động cơ quay nghịch đèn H2 sáng (đèn H1 tắt) vàngược lại

- Nhấn nút D động cơ ngưng hoạt động

- Khi có sự cố quá tải, rơle nhiệt tác động, động cơ ngưng vận hành, đèn H3 sáng

2.2 BỘ ĐỊNH THỜI TIMER TRONG S7-200

2.2.1 Giới thiệu

Bộ định thời được sử dụng trong các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn về thời gian.Đây là phần tử chức năng cơ bản của các bộ PLC và rất thường được sử dụng trongcác chương trình điều khiển Chẳng hạn như một băng tải khi có tín hiệu hoạt động sẽchạy trong 10s rồi dừng lại, một van khí nén cần có điện trong 5s, nguyên liệu cần trộntrong thời gian 10 phút…Các PLC S7-200 có 256 Timer có địa chỉ từ T0 đến T255,chia làm 3 loại:

+ Timer đóng mạch chậm TON (On-delay Timer)

+ Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR (Retentive On-delay Timer)

+ Timer ngắt mạch chậm TOF (Off-delay Timer)

Khi sử dụng một timer chúng ta cần phải xác định các thông số sau:

- Loại timer (TON, TONR hay TOF)

- Độ phân giải của Timer Có 3 độ phân giải là: 1ms, 10ms và 100ms

- Số của timer sẽ sử dụng, ví dụ T0, T37 cần tra bảng để biết loại timer sử dụngtương ứng với các số nào

- Khai báo hằng số thời gian tương ứng với thời gian cần trì hoãn dựa vào độphân giải của timer

- Tín hiệu cho phép bắt đầu tính thời gian

Ký hiệu chung của Timer S7-200 biểu diễn ở LAD như sau:

Ví dụ:

Đây là loại On-delay timer, có tên gọi là T37, có độ phângiải là 100ms Thời gian trì hoãn là : 10 x 100ms = 1s

2.2.2 ON/OFF-Delay Timer (TON/TOF)

Các Timer này được sử dụng khi có các yêu cầu trì hoãn một khoảng thời gian.Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic “0”

On-Delay Timer (TON) thực hiện đếm thời gian khi ngõ vào IN ở mức logic “1”.Khi giá trị hiện hành (Txxx) lớn hơn hoặc bằng thời gian đặt trước PT (preset time),thì Timer Bit ở logic “1” Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic

“0” Timer tiếp tục đếm dù đã đạt đến giá trị đặt PT, và dừng lại khi đếm đến giá trịmax 32767

Để xóa timer, có thể sử dụng lệnh Reset (R) Lệnh Reset sẽ làm cho Timer Bit ởmức logic “0” và giá trị hiện hành của timer (Timer Current) =0

Có 192 timer TON/TOF trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ởbảng sau:

Chú ý: Vì TON và TOF sử dụng cùng số timer, nên không thể đặt cho cả hai có cùng số Timer Ví dụ đã đặt TON là T37 thì không được đặt TOF là T37

Ví dụ: Bật công tắc I0.0 (NO) thì sau 5s ngõ ra Q0.0 lên mức 1

Khi ngõ vào I0.0 = 1, Timer T37 được kích hoạt, nếu sau 10x100 ms vẫn giữ trạng thái thì bit T37 sẽ lên mức 1, khi đó Q0.0 lên mức 1 Nếu không đủ thời gian 1s thì bit T37 không lên 1.

Giản đồ thời gian:

Timer này vẫn tiếp tục đếm sau khi đã đạt đến giá trị đặt trước và dừng lại ở giátrị max 32767

Để xóa giá trị hiện hành của TONR và Timer Bit, ta sử dụng lệnh Reset (R) Có

64 timer TONR trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ở bảng sau:

Bit EN : Bit cho phép đọc thừ gian thựcT( 8byte): VB,IB,QB,MB,SB,LB,*AC,*VD,*LD Được định dạng như sau:

7 (ngày trong tuần) 1 – 7; 1: Sunday

 Lệnh set thời gian thực Set_RTC

Khi có tín hiệu EN thì thời gian thực sẽ được set thông qua T, cách định dạngbyte giống như trên

Ví dụ: Lập trình PLC điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng, đèn sáng từ 18h00 - 5h00 mỗi ngày

+ Sơ đồ nối dây PLC:

+ Bảng ký hiệu

+ Chương trình

2.2.5 Bài tập ứng dụng Timer

Bài thực hành 9: Tạo xung theo mong muốn: Viết chương trình tạo xung theo giản đồ

xung sau

Bài thực hành 10: Lập trình tạo Timer xung sẽ cho ngõ ra là một xung khi tín hiệu

vào ở mức logic “1” có thời gian lớn hơn hay bằng thời gian đặt ở timer xung Để dễhình dung xem giản đồ thời gian của chương trình tạo timer xung với ngõ ra timer

là Q0.0, ngõ vào tín hiệu là I0.0, thời gian xung là 5s như sau:

Bài thực hành 11: Lập trình tạo Timer xung sẽ cho ngõ ra là một xung khi có một

xung tín hiệu vào Để dễ hình dung xem giản đồ thời gian của chương trình tạo timerxung với ngõ ra timer là Q0.1, ngõ vào tín hiệu là I0.1, thời gian xung là 5s như sau:

Bài thực hành 12: Đảo chiều động cơ có khống chế thời gian:

+ Sơ đồ nối dây PLC:

Hình 4.1: Mạch động lực và nối dây vào/ra PLC AC/DC/Relay với ngoại vi

Việc đảo chiều quay không thể thực hiện được trước khi nút dừng “S3” được ấn

và chưa hết 5s chờ cho động cơ dừng hẳn Đèn báo chờ đợi “H3” sẽ chớp tắt với tần số1Hz trong thời gian chờ động cơ dừng hẳn

Bài thực hành 13: Chiếu sáng Garage:

Mô tả hoạt động: Đèn trước cửa Garage không được tắt ngay lập tức khi ấn công tắc,

mà nó vẫn còn sáng thêm một khoảng thời gian nữa (khoảng 1 phút) để cho người đi

Bài thực hành 14: Thiết bị rót chất lỏng vào bồn chứa

+ Sơ đồ công nghệ: