CHUONG 1 CẤU TRÚC PLC S7-300/400

cau truc PLC s7

Trang 1

Nguyễn Đức Thành 1

CHƯƠNG 1 CẤU TRÚC PLC S7-300/400

1.TỔNG QUAN

PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:

- CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315,

315-2 DP, 316-2 DP, 318-2…

- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321, SM322, SM323,

SM331, SM332,SM334, SM338, SM374

- Module chức năng FM

- Module truyền thông CP

- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A,

10A

- Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365

CPU 31xC

Trang 2

Các module được gắn trên thanh rây (rail) như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module Mỗi module được gán một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số 3 nếu là module ghép nối và mang

số 4 nếu là module mở rộng…

Trang 3

Trang 4

Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack này có module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m Các module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra tín hiệu Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module

Trang 5

Mỗi địa chỉ tương ứng với một byte Với các module số địa chỉ một ngõ vào hay ra là x.y, x là địa chỉ byte, y có giá trị từ 0 đến 7 Ví dụ module SM321 DI 32 có 32 ngõ vào gắn kế CPU slot 4 có địa chỉ là I0.y, I1.y, I2.y, I3.y, I là ký hiệu chỉ ngõ vào số Module analog có địa chỉ theo word, ví dụ module SM332 AO4 có 4 ngõ ra analog gắn ở slot 5 rack 1 có địa chỉ PQW400, PQW402, PQW404, PQW406, ngõ ra số có ký hiệu là Q còn ngõ vào analog ký hiệu là PIW

Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng

- CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0…Q124.5

- CPU 313C: 24 DI I124.0 126.7, 16 DO Q124.0 125.7, 5 ngõ vào tương đồng

AI địa chỉ PIW 752 761, hai ngõ ra AO địa chỉ PQW 752 755

- CPU 314IFM : 20 ngõ vào số I124.0 … I126.3; 16 ngõ ra số Q124.0 …Q125.7; 4 ngõ vào tương đồng AI PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương đồng AO PQW128

2 MODULE CPU

Các module CPU khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý lệnh Loại 312IFM, 314IFM không có thẻ nhớ MMC (micro memory card) Loại 312IFM, 313 không có pin nuôi Loại 313C, 314C dùng thẻ nhớ tối đa 8MB Loại 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có cổng truyền thông DP Các đèn báo có ý nghĩa sau:

SF (đỏ) lỗi phần cứng hay mềm,

BATF (đỏ) lỗi pin nuôi,

Trang 6

DC5V (lá cây) nguồn 5V bình thường,

FRCE (vàng ) force request tích cực

RUN (lá cây) CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w 1 Hz; mode HALT

Trang 7

Trang 8

Khóa mode có 4 vị trí:

RUN-P chế độ lập trình và chạy

RUN chế độ chạy chương trình

STOP ngừng chạy chương trình

MRES reset bộâ nhớ

Thẻ nhớ có thể có dung lượng từ 64KB đến 8MB, chứa chương trình từ PLC

chuyển qua và chuyển chương trình ngược trở lại cho CPU Các CPU 312IFM/314IFM khơng dùng thẻ nhớ mà dùng EEPROM chứa chương trình

Pin nuôi giúp nuôi chương trình và dữ liệu khi bị mất nguồn (tối đa 1 năm), ngoài

ra còn nuôi đồng hồ thời gian thực Với loại CPU không có pin nuôi thì cũng có một phần vùng nhớ được duy trì

Thông qua cổng truyền thông MPI (MultiPoint Interface) có thể nối : máy tính lập trình, màn hình OP (Operator panel) , các PLC có cổng MPI (S7-300, M7-300, S7-400, M7-400, C7-6xx), S7-200, vận tốc truyền đến 187.5kbps (12Mbps với CPU 318-2, 10.2 kbps với S7-200) Cổng Profibus –DP nối các thiết bị trên theo mạng Profibus với vận tốc truyền lên đến 12Mbps

Các vùng nhớ của PLC

Vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng (không chứa

địa chỉ ký hiệu và chú thích) khối dữ liệu , dữ liệu hệ thống có thể là RAM hay EEPROM

Trang 9

(trong CPU hay trên thẻ nhớ MMC micro memory card, với CPU 31xC bắt buộc phải cĩ MMC) Thẻ nhớ lưu trữ dữ liệu khơng bị mất (retentive)

Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do vùng nhớ

chương trình chuyển qua khi chạy; chỉ các phần chương trình cần thiết mới được chuyển qua, phần nào không cần ở lại vùng nhớ chương trình , ví dụ block header, data block

Vùng nhớ hệ thống (system memory) là RAM phục vụ cho chương trình người

dùng, bao gồm timer , counter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập, dữ liệu cuc

bộ …

Các vùng nhớ working và system đều retentive khơng cần pin

Trên CPU 312IFM và 314 IFM vùng nhớ chương trình là RAM và EEPROM; các CPU 31x, 31xC vùng nhớ chương trình là thẻ nhớ Khi ở chế độ MRES ( reset bộ nhớ) RAM sẽ bị xóa Một số vùng nhớ của RAM ( timer, counter, vùng nhớ M, khối dữ liệu ) có thể khai báo là lưu giữ (retentive) bằng phần mềm S7 để chuyển các vùng này sang bộ nhớ lưu giữ (NVRAM non volative) dù không có pin nuôi, kích thước cụ thể tùy loại CPU Chú ý chỉ được cắm hay rút thẻ nhớ khi tắt nguồn hay CPU ở trạng thái STOP và máy tính lập trình khơng truy cập thẻ nhớ

Trang 10

Bảng sau cho một số thông số chính của các CPU

40KB

up to 4MB FEPROM (memory card)

48KB RAM 48KB EEPROM Vận tốc 0.7ms/1000 lệnh nhị phân 0.7ms/1000 lệnh nhị phân 0.3ms/1000 lệnh nhị phân 0.3ms/1000 lệnh nhị phân

Preset MB0 MB15

2KB Retentivity adjustable MB0 MB255

Preset MB0 MB15

2KB Retentivity adjustable MB0 MB143

Preset MB0 MB15 Counter adjustable Retentivity

C0 C31

Preset C0 C7

adjustable Retentivity C0 C63

Preset C0 C7

adjustable Retentivity C0 C63

Preset C0 C7

Adjustable Retentivity C0 C63

Preset C0 C7 Timer T0 T63 no retentivity T0 T127

Adjustable Retentivity

T0 T127 Adjustable Retentivity

Trang 11

T0 T31 Preset: no

T0 T127 Preset: no

T0 T71 Preset: no Digital inputs 10 integrated + 128 128 512 496 + 20 integrated

Digital outputs

Trong trường hợp chỉ có hai rack, ta dùng loại IM365

4 I/O TÍCH HỢP

Các CPU 312/314IFM, 31xC cĩ tích hợp một số ngõ vào ra I/O số và analog, đếm xung, điều khiển vị trí

Trang 12

- HW gate Gate control

- Latch Store counter distance

- Vn Comparator n

- Prob 0 Measuring probe 0

- Bero 0 Reference point switch 0

- R+, R- Directional signal

- Rapid Rapid traverse

- Creep Creep speed

- CONV_EN Power section enable

- CONV_DIR Directional signal (only with control type "voltage 0 to 10 V or current from 0 to 10 mA and directional signal")

- X Pin usable if not assigned to technology functions

Trang 13

CPU 313C/314C-2: Pin-out of the integrated AI/AO and DI (connector X11)

Trang 14

Block diagram of integrated digital I/O of CPUs 313C/313C-2/314C-2

Block diagram of integrated digital/analog I/O of CPUs 313C/314C-2

Trang 15

- SM 322; DO 16 _ 120 VAC ReLay, 8*2 nhóm

- SM 322; DO 8 _ 230 VAC Relay, 4*2 nhóm

- SM 322; DO 8 _ 230 VAC/5A Relay,1*8 nhóm

SM Kết quả chuyển đổi là số nhị phân phụ hai với bit MSB là bit dấu

- SM331 AI 2*12 : module chuyển đổi hai kênh vi sai áp hoặc dòng, hoặc một

kênh điện trở 2/3/4 dây, dùng phương pháp tích phân, thời gian chuyển đổi từ 5ms đến 100ms, độ phân giải 9, 12, 14 bit + dấu, các tầm đo như sau: 80 mV; 250 mV; 500 mV; 1000 mV; 2.5 V; 5 V;1 5 V; 10 V; 3.2 mA; 10 mA; 20 mA; 0 20 mA;

4 20 mA Điện trở 150 ; 300 ; 600 ; Đo nhiệt độ dùng cặp nhiệt E, N, J, K, L, nhiệt kế điện trở Pt 100, Ni 100 Các thông số mặc định đã được cài sẵn trên module, kết hợp với đặt vị trí của module tầm đo (bốn vị trí A, B, C, D) nếu không cần thay đổi thì có thể sử dụng ngay

Trang 16

Trang 17

Trang 18

- SM331, AI 8*12 bit , 8 kênh vi sai chia làm hai nhóm, độ phân giải 9 (12, 14 )

bit + dấu

- SM331, AI 8*16 bit , 8 kênh vi sai chia làm 2 nhóm , độ phân giải 15 bit + dấu

Module Analog Out:

Cung cấp áp hay dòng phụ thuộc số nhị phân phụ hai

SM332 AO 4*12 bit: 4 ngõ ra dòng hay áp độ phân giải 12 bit, thời gian chuyển đổi 0.8 ms

SM332 AO 2*12 bit SM332 AO 4*16 bit

Module Analog In/Out

- SM 334; AI 4/AO 2 * 8 Bit

- SM334; AI 4/AO 2* 12 Bit

Trang 19

-

6 Module chức năng FM và truyền thông CP

FM350-1 : đếm xung một kênh

FM350-2 : đếm xung tám kênh

Trang 20

FM351, 353, 354, 357-2 : điều khiển định vị 2 kênh

FM352: bộ điều khiển cam điện tử

FM355: bộ điều khiển hệ kín 4 kênh

CP340: truyền thông nối tiếp PLC với máy in hay thiết bị nối tiếp

CP341: truyền thông nối tiếp tốc độ cao chuẩn MODBUS

CP342-2: Truyền thông AS-I

CP342-5, CP343-5: Profibus tốc độ tối đa 12Mbit/s

CP342-5FO: Profibus cáp quang

CP343-1: Mạng Ethernet công nghiệp 10/100 Mbit/s giao thức TCP/UDP

7 PLC S7-400

PLC S7-400 gồm module CPU và các module mở rộng gắn trên rack trung tâm (Central Rack) ngoài ra còn có các rack mở rộng (Expansion Rack), các rack nối với nhau qua module IM Rack có nhiều slot (8, 9, 10, 18) Nguồn đặt ở slot 1 và cĩ thể chiếm từ 1 đến

3 slot, sau đĩ là module CPU chiếm từ 1 đến 2 slot, các module mở rộng SM-400, module chức năng FM-460, module phát IM 460, thu IM 461

Trang 21

Trang 22

Một CR có thể có tối đa 21 ER, một module IM phát (IM 460) có hai giao diện, mỗi giao diện có thể nối đến 4 ER khi không truyền nguồn 5V và 1 ER khi truyền nguồn 5V Một CR có thể có sáu IM phát trong đó tối đa 2 IM truyền nguồn 5V Mỗi rack được đánh số từ 1 đến 21 bằng cách cài đặt trên IM thu (IM 461) Mỗi rack có thể có 9 hay 18 slot để gắn các module, trên rack có bus I/O và bus truyền thông, nguồn điện

Cĩ nhiều loại rack : CR: rack trung tâm, ER: rack mở rộng, UR: dùng cho cả hai loại rack

Trang 23

Trang 25

64MB MMC (EEPROM) 64MB MMC (RAM) Process times 0.6us floating op 0.6us floating op 0.48us floating op 0.6us floating op

Trang 26

Trang 27

Các module mở rộng

CP440, CP441-1, CP441-2: module truyền nối tiếp RS232, RS485

CP443-5: kết nối mạng Profibus CP443-1, CP444: mạng Ethernet

8 MEMORY RESET

Ta phải reset bộ nhớ PLC khi

- Download chương trình hồn tồn mới

Trang 28

- PLC yêu cầu reset bằng cách cho đèn STOP nháy chu kỳ 0,5 Hz vì

Có thể reset bằng nút chuyển chế độ của PLC hay từ máy tính lập trình

Trang 30

Thông qua MPI, có thể kết nối với máy tính, màn hình, các PLC S7-300/400 và với S7-200 (19.2 Kbit/s) Cổng MPI là loại RS485 nối với cổng truyền thông máy tính là cổng RS232 hay USB

Trang 31

Trang 32

Sơ đồ đầu USB Đầu MPI là đầu nối 9 chân cái phía PLC và Adapter, có sơ đồ sau:

Trang 33

Loại cáp lập trình thứ hai nối với cổng COM máy tính, mã 6ES7972-0CA2X- 0XA0, phía máy tính có baud rate 19,2 kb/s hay 38,4 kb/s, phía PLC tối đa là 1,5Mb/s

Trang 34

Sơ đồ Adapter

Trang 35

đồ chân cổng DP cũng giống cổng MPI và dùng chuẩn RS485 Các trạm nối với nhau bằng cáp hai dây xoắn có bọc giáp tổng trở đặc trưng 150 Ohm hoặc cáp quang Một đoạn cáp phải kết thúc ở hai đầu bởi điện trở có giá trị tổng trở đặc trưng Mỗi đoạn cáp có thể kết nối đến tối đa 32 trạm nút thông qua bus connector Chiều dài tối đa của đoạn phụ thuộc vận tốc truyền, từ 100m đến 1000m Khi chiều dài hay số nút vượt quá giới hạn ta phải dùng repeater,

số repeater giữa hai nút tối đa là 9

Trang 36

Trang 37

9.4 Cổng Profinet PN

Cổng dùng để nối mạng LAN, ETHERNET dùng cáp dây đôi , cáp quang hay wireless Các CPU 315/317 -2PN/DP, 412-2PN, 319/414/416-3PN/DP, module CP343-1, 443-1 có cổng này Máy tính có thể lập trình PLC thông qua cổng PN Đầu nối là loại RJ45 8 chân tuy nhiên thường chỉ dùng 4 chân 1,2,3 và 6

Cáp RJ45 gồm 8 sợi màu , 4 cặp

- Cam (orange) / Cam - trắng (orange-white)

- Xanh lá (green) / Xanh lá - trắng (green-white)

- Xanh dương (blue) / Xanh dương - trắng (blue-white)

- Nâu (brown) / Nâu - trắng (brown-white)

Hai đầu cáp nối với đầu nối đực, nối đến máy tính, PLC hay hub, switch

Khi kết nối PLC hay máy tính với hub ta dùng kết nối thẳng, khi nối hai máy tính hay hai hub với nhau ta dùng kết nối chéo

9.5 Cổng PtP (Point to Point)

Dùng kết nối PLC với thiết bị truyền thông nối tiếp RS232 như đầu đọc mã vạch, máy

in, đầu nối có 15 chân, vẫn tốc truyền 19.2/38.4 kb/s Cổng này có trên CPU 313C/314C-2PtP hay module CP340/CP341, dùng chuẩn RS232/ RS422/RS485

Trang 38

Trang 39

10 CÁC LOẠI ĐỊA CHỈ VÀ DỮ LIỆU

CPU truy cập các vùng nhớ thông qua địa chỉ, các vùng nhớ của S7-300 liệt kê như

sau:

- Vùng nhớ ngõ vào số:

o Truy cập theo bit, ký hiệu Ix.y, x là vị trí byte, y từ 0 đến 7 tương ứng bit 0 đến 7 của byte x

o Truy cập theo byte, ký hiệu IBx

o Truy cập theo word, ký hiệu Iwx, gồm hai byte, MSB là IBx, LSB là IB(x+1)

o Truy cập theo double word, ký hiệu IDx, gồm hai word, MSW là IWx, LSW là IW(x+2)

- Vùng nhớ ngõ ra số: giống như trên thay I bằng Q

- Vùng nhớ ngõ vào analog, truy cập theo word, ký hiệu PIWx

- Vùng nhớ ngõ ra analog, truy cập theo word, ký hiệu PQWx

- Vùng nhớ trong bit memory, ký hiệu M, cách truy cập giống I,vùng nhớ M có kích

thước hạn chế 256 byte

- Vùng nhớ Timer, ký hiệu Tx, x từ 0 đến 255, Timer là bộ đếm xuống BCD có giá

trị từ 0 đến 999 Tùy trường hợp, Tx sẽ là một bit hay một word

- Vùng nhớ Counter, ký hiệu Cx, x từ 0 đến 255, Bộ đếm BCD có giá trị từ 0 đến

999 Tùy trường hợp, Cx sẽ là một bit hay một word

- Vùng nhớ dữ liệu DB (Data block), dùng chung cho mọi khối chương trình (shared

DB) hay dùng riêng cho một chương trình FB ( instance DB); Khối dữ liệu được

đánh số, DBy, các ô nhớ trong khối dữ liệu được truy cập theo bit, byte, word,

doubleword là DBXv.w, DBBx, DBWx, DBDx

- Vùng nhớ cục bô L cho mỗi khối chương trình, Lx.y, LBx, LWx, LDx

- Vùng nhớ ngoại vi vào PIBx, PIWx, PIDx được truy cập trưc tiếp mà không cần

cất vào vùng nhớ đệm

Trang 40

- Vùng nhớ ngoại vi ra PQBx, PQWx, PQDx được xuất trưc tiếp mà không cần cất vào vùng nhớ đệm

S7-300 sử dụng các loại dữ liệu sau:

- Loại dữ liệu sơ cấp

Type and

Description

Siz

e in Bits

Format Options Range and Number Notation

(lowest to highest value)_

2#0 to 2#1111_1111_1111_1111 W#16#0 to W#16#FFFF

C#0 to C#999

B#(0.0) to B#(255.255)

L 2#0001_0000_0000_00

00

Hexadecimal number

Decimal number unsigned

2#0 to 2#1111_1111_1111_1111 1111_1111_1111_1111

DW#16#0000_0000 to DW#16#FFFF_FFFF

B#(0,0,0,0) to B#(255,255,255,255)

2#1000_0001_0001_10 00_

1011_1011_0111_1111

L DW#16#00A2_1234

L dword#16#00A2_1234

Upper limit: 3.402823e+38 Lower limit: 1.175 495e-38

L 1.234567e+13

(SIMATIC time)

16 S7 time in steps of

S5T#0H_0M_0S_10MS to S5T#2H_46M_30S_0MS and

L S5T#0H_1M_0S_0MS

Định dạng
Số trang	45
Dung lượng	1,73 MB

CHUONG 1 CẤU TRÚC PLC S7-300/400

Cáp lập trình S7-300/