Tự động hóa với Simatic S7-300 Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà

T H Ư VIỆN ĐẠI HỌC NHA TRANG M 621.3 Ng 527 Ph Nguyễn Doãn Phước Phan Xuân Minh Vũ Vân Hà THU VIEN DAI HOC NHA TRANG (ĩtíàó' 3000012368 íạ tt (tã ctếtc ỈAGÍ t&oc (ÁÍệK của, cAcctty tịi Xin vui lịng: • Khơng xé sách • Khơng gạch, viết, vẽ lên sách Nguyên Doãn Phước, Phan Xưãn Minh, Vũ Vân Hà Tự ĐỘNG HÓA VỚI SIMATIC S7-300 In lần thứ cósửa chữa p r» TRưữHùƠẠI H n, TH Ư V M il »1 ỉ , * » 4í í u * - ‘ !• i f c l w » NHÀ XUẤT BÁN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2006 Mã số: 676.5 546- -0 KHKT 05 111 Lời nói đẩu Trung tâm đào tạo Siemens Tự động hóa Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội mồ hình hợp tác hồn tồn hãng Siemens Trường Đại Học Bách Khoa Hả Nội S ự hợp tác hai mục đích nghe tưởng đầy mâu thuẫn, bên hâu nh chí quan tâm đến doanh sô bán hàng bên quan tâm đến tri thức học trò Song cuối cùng, hai tim tiếng nói chung: đào tạo người có khả sử dụng thiết bị tự động hóa hảng Trương Đại học Bách khoa Ha Nội có kỹ sư Điều khiên Tự động sử dụng thành thạo thiết bị tự động Siem ens- hăng sản xucĩt thiết bị công nghiệp hàng đầu th ế giới, củng hăng Siemens có khách hàng tương lai luồn sẵn sàng chọn giải pháp kỹ thuật Siemens N hững người đả xây dựng ỷ tường, hoa hai mục đích thành đ ể tạo dựng Trung tâm PGS Phạm Mình Hà, chị Phó hiệu trường Trường Kỹ sư Nguyễn Thái Hưng, lúc đỏ anh đại diện hãng Siemens Việt N am lĩnh vực T ự dộng hóa Cịn người mang lại sức sông trưởng thành cho Trung tâm cản Bộ mơn Điều Khiên Tự Động, người đại diện cho Trường thực hợp tác tác giả sách "Tự đ ộng hóa với SIM ATIC S7-300" Trung tâm tạo Siemens Tự động hỏa thành lập ngày tháng 11 năm 1996 Gần bốn năm trôi qua, chặng đường đủ dài đê có thê đánh giá nhìn lại Niềm tự hào Trung tâm hãng đánh giá cao cổng hiến lĩnh vực đào tạo Những kỹ sư trẻ Trung tâm đào tạo tự khẳng định m inh công tác, nhiều em trở thảnh cán kỹ thuật chủ chốt công ty Trung tâm trở thành địa đào tạo tin cậy nơi tư vấn giải pháp kỹ thuật cho nhiều nhà máy, xí nghiệp, cac viện, trường đại học kỹ th u ậ t N hững cơng trình nghỉèn cứu cua Trung tăm dà công bô nhiều hội nghị khoa học N hững hệ thong tích hợp Trung tâm thiết bị hãng ứng dụng công nghiệp khách hàng chấp nhận chất lượng giá thành Cuốn sách "Tự đỏng hóa với S1MATỈC S7-300" hồn thành với nỗ lực không mệt mồi cán Trung tâm Ngocii lẽn lớp, làm thực tê, đào tạo trường, khoảng thời gian ngắn ngủi lại tác giả dành cho sách Những kinh nghiệm giảng dạy, công trình thực tê đúc kết lại đê xây dựng sách Bẽn cạnh động viên em sinh viên, cổ vũ kỹ sư trường, người công việc bộn bề, khơng có khoảng thời gian đế tham dự khỏa đào tạo ham mê với kỹ thuật IV "Tự đ ộng hoả với SIM A T IC S7-300" viết với mong muốn lả tài liệu tham khảo cần thiết cho kỹ sư tích hợp hệ thơng, giáo trinh tự học tốt cho sinh viên, kỹ sư, học viên cao học nghiên cứu sinh chuyên ngành Điều khiến Tự động, Tư động hóa, Đo lường Tin học công mịhiệp củng ngành kỹ thuật khác Cuốn sách đời nhằm phục vụ bail đọc, nên tác giả củng rát mong nhận đóng góp phê bình từ bạn đọc Mọi ỷ kiến xin gửi vé: Trung tâm Đào tạo Siem ens Tự động hoá Trường Đ H B K Hà Nội Sô Đường Đại c Việt Hà Nội Tel 04-8680451 Fax 04-8680452 Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 70 Trần Hưng Đạo Hà Nội H N ộ i n g ày tháng nâm 2000 Các tác giả V Mục lục Trang 1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Nhập mỏn Đại số Boole 1.1.1 Biến hàm số hai giá trị 1.1.2 Định nghĩa tính chất 1.1.3 Xác định công thức hàm hai trị từ bảng chân lý Biểu diễn tín hiệusố 1.2.1 Tín hiệu số g ì 1.2.2 Biểu diễn số nguyên dương 1.2.3 Biểu diễn số nguyên có d ấ u 11 1.2.4 Số thực dấu phảy động 12 Thiết bị điểu khiểnlogic khả trình 13 1.3.1 Các module PLC S7-300 14 1.3.2 Kiểu liệu phân chia nhớ 16 1.3.3 Vòng quét chương trình 18 1.3.4 Cấu trúc chương trình 19 1.3.5 Những khối OB đặc biệt 21 Ngôn ngữ lập trình STL 23 Cấu trúc lệnh trạng thái kết q u ả 24 2.1.1 Toán hạng liệu 24 2.1.2 Toán hạng địa ch ỉ 25 2.1.3 Thanh ghi trạng thái 27 Các lệnh 29 2.2.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm 29 2.2.2 Lệnh đọc, ghi đảo vị trí bytes ghi A C C U 37 2.2.3 Cac lệnh logic thực ghi A C C U 40 2.2.4 Nhóm lệnh tăng giảm nội dung ghi A C C U 43 2.2.5 Nhóm lệnh dịch chuyển nội dung ghi A C C U 43 2.2.6 Nhóm lệnh so sánh số nguyên 16 bits 50 2.2.7 Nhóm lệnh so sánh số nguyên 32 bits 52 2.2.8 Nhóm lệnh so sánh số thực 32 bits 53 Các lệnh toán học 54 2.3.1 Nhóm lệnh làm việc với sổ nguyên 16 bits 55 2.3.2 Nhóm lệnh làm việc với số nguyên 32 bits 56 2.3.3 Nhóm lệnh làm việc với số thực 57 Lệnh logic tiếp điếm ghi trạng thái 60 2.4.1 Lệnh AND ghi trạng thái 61 2.4.2 Lệnh OR ghi trạng thái 63 2.4.3 Lệnh EXCLUSIVE OR ghi trạng thái 65 Lệnh đổi kiểu liệu 67 2.5.1 Chuyển đổi số BCD thành số nguyên ngược lạ i 67 2.5.2 Chuyển đổi số nguyên 16 bits thành số nguyên32 b its 69 2.5.3 Chuyển đổi số nguyên 32 bits thành số thực 69 2.5.4 Chuyển đổi số thực thành số nguyên 32 bits .70 Các lệnh điều khiển chương trình 71 2.6.1 Nhóm lệnh kết thúc chương trình 71 2.6.2 Nhóm lệnh rẽ nhành theo bít trạng thái 72 2.6.3 Lệnh xoay vòng (LOOP) 75 2.6.4 Lệnh rẽ nhánh theo danh mục (JUMP LIST) 76 Bộ thời gian (Timer) 78 2.7.1 Nguyên tắc làm việc 78 2.7.2 Khai báo sử dụng 79 Vỉ 2.7.3 Đọc nội dung ghi T-Word (CV) 84 2.7.4 Ví dụ minh h ọ a 85 2.7.5 Tổng kết ' 88 2.8 Bộ đếm (Counter) 89 2.8.1 Nguyên tắc làm việ c 89 2.8.2 Khai báo sử dụng .89 2.8.3 Ví dụ minh h ọ a 93 2.9 Kỹ thuật sử dụng trỏ 94 2.9.1 Sử dụng từ MW từ kép MD làm trỏ 95 2.9.2 Sử dụng ghi trỏ AR1 A R 97 2.10 Khai báo sử dụng khối liệu (D B) .99 2.10.1 Khai báo khối liệ u 100 2.10.2 Truy nhập quản lý khối, liệ u 101 2.10.3 Ví dụ minh họa truy nhập khối liệ u 103 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 4.1 4.2 4.3 5.1 Kỹ thuật lập trình 105 Giới thiệu chung 105 3.1.1 Lập trình tuyến tính lập trinh có cấutrúc 105 3.1.2 Tồ chức nhớ C P U 107 3.1.3 Xác định địa cho module mở rộng 109 3.1.4 Trao đổi liệu CPU modulemở rộng 111 Lập trình tuyến tính .112 3.2.1 Local block O B 113 3.2.2 Điều khiển bình trộn 114 Lập trinh có cấu trúc .118 3.3.1 Khai báo local block cho F C 119 3.3.2 Gọi khối FC thủ tục truyền tham t r ị 122 33 Local block FB .’ .123 3.3.4 Instance block thủ tục gọi khối F B 126 3.3.5 Ngăn xếp B ngăn xếp L (B-Stack, L-Stack) 129 Sử dụng khối O B 130 3.4.1 Ngăn xếp I (l-Stack) 130 3.4.2 Chương trình ứng dụng xử lý ngắt 131 3.4.3 Chương trình khởi động (Initialization) 135 3.4.4 Xử lý lỗi hệ thống 136 Những hàm chuẩn quản lý ngắt 144 3.5.1 Che bỏ mặt nạ che tín hiệu ngắt, tín hiệu báo lỗi khơng đồng b ộ 144 3.5.2 Che bỏ mặt nạ che tín hiệu báo lỗi đồng b ộ 148 3.5.3 Tích cực, hủy bỏ ngắt thời điểm định trước 155 3.5.4 Thay đổi chế độ làm việc module mở rộng 158 Hướng dẫn sử dụng STEP7 165 Cài đặt Step7 chọn chế độ làm v iệ c 165 4.1.1 ’ Cài đặt S te p7 .’ 165 4.1.2 Đặt tham số làm việc 168 Soạn thảo Project 169 4.2.1 Khai báo mở Project 170 4.2.2 Xây dựng cấu hình cứng cho trạm P L C 171 4.2.3 Đặt tham số quy định chế độ làm việc cho module 173 4.2.4 Soạn thảo chương trình cho khối logic 174 4.2.5 Sử dụng thư viện S te p 177 4.2.5 Sử dụng tên hình thứ c 179 Làm việc với P L C 181 4.3.1 Quy định địa MPI cho module C P U 181 4.3.2 Ghi chương trình lên module C P U 182 4.3.3 Giám sát việc thực chương trình 183 4.3.4 Giám sát module C P U 185 4.3.5 Quan sát nội dung ô nhớ 186 Điều khiển mờ với S7-300 187 Điều khiển mờ g i 187 vii 5.2 5.3 5.4 6.1 6.2 6.3 6.4 5.1.1 Điều khiển khơng cần mơ hình địi tượng 187 5.1.2 Bộ điều khiển mờ 189 Nhửng khái niệm 190 5.2.1 Tập mờ 190 5.2.2 Phép tính tập m .191 5.2.3 Mệnh đế hợp thành 191 5.2.4 Luật hợp thành 192 5.2.5 Giải m 194 5.2.6 Các bước tổng hợp điều khiển mờ 195 5.2.7 Ví dụ minh họa 195 Chương trình F C P A 196 5.3.1 Chuẩn bị Project cho việc khai báo bỏ điều khiển mờ F C P A 196 5.3.2 T ạoD B m 197 5.3.3 Khai báo số biến ngôn ngữ vào 198 5.3.4 Soạn thảo giá trị cho biến ngôn ngữ đầu v o 199 5.3.5 Soạn thảo giá trị cho biến ngồn ngữ đầu 201 5.3.6 Soạn thảo luật hợp thành 202 5.3.7 Chọn động suy diễn 204 5.3.8 Chọn phương pháp giải mờ 204 5.3.9 Quan sát quan hệ vào điều khiển mờ 204 Sử dụng DB mờ với FB30 (Fuzzy control) 205 5.4.1 Các tham biến hình thức FB30 205 5.4.2 Thanh ghi báo trạng thái làm việc FB30 206 M o d u le m ểm PID 207 Xác định tham số cho điều khiển PID .208 6.1.1 Phương pháp Reinisch ,209 6.1.2 Phương pháp thực nghiệm 213 Module mềm PID 214 6.2.1 Những module PID mềm có Step7 214 6.2.2 Khai báo tham số biến module mềm P ID 215 Điều khiển liên tục với FB41 "CONT_C" 216 6.3.1 Giới thiệu chung FB 41 .216 6.3.2 Chọn luật điếu khiển module FB41 "CONT C" 217 6.3.3 Đặt giá trị 218 6.3.4 Khỏi động thông báo lỗ i 218 6.3.5 Tham biến hình thức đầu vào 218 6.3.6 Tham biến hình thức đầu 221 Điều khiển bước với FB42 "CONT_S" 221 6.4.1 Mô tả chung 221 6.4.2 Thuật điều khiển Pl bước 223 6.4.3 Khởi động thông báo lỗ i 223 6.4.4 Tham biến hình thức đầu vào 223 6.4.5 Tham biến hình thức đầu 225 Khối hàm tạo xung FB43 " PULSEGEN" .225 T i liệu tham kh ảo 227 NHẠP MON Chương mở đầu có nhiệm vụ giới thiệu khái niệm nhập mơn, phương pháp mô tà hệ thống điều khiển số có sử dụng thiết bị logic khả trình Sự cần thiết phải nắm vững phương pháp ta thấy rõ phải thiết kế hệ thơng điéu khiên số có độ phức tạp cao 1.1 Đai sô Boole Nền tàng sử lý thuyết điều khiển số đại số Boole Trong số tài liệu khác nhau, dại sơ Boole cịn gọi dại sị dóng cắt (Switching Algebra) 1.1.1 Biến hàm sô hai giá trị Khi mô lả đối tượng điều khiển mơ hình tốn học ta thường phải biểu diễn dại lượng vào/ra đối tượng dạng hàm số phụ thuộc thời gian Ví dụ điện áp dải -ÌOV -r ÌOV đại lượng đầu vào mạch điện Khi mô tả mạch diện ta xem diện áp hàm số //(/) Giá trị hàm sô u(t) thời điểm t{) mang thông tin vổ giá trị điện áp dầu vào mạch điện dúng thời điểm dó Tập tất giá trị hàm sô u(f) gọi miên giá trị Như vậy, miền giá trị u(t) biểu diễn diện áp ví dụ phải thuộc trường số thực R nằm khoảng Ị-IO , I0| Biến hai trị, hay gọi biến Boole loại hàm số mà miền giá trị chi có hai phán tử Ta ký hiệu biến hai trị chữ nhỏ in nghiêng X, y, í/, V phần tử cùa chúng l Ví dụ - Cơng tắc biến Boole với hai giá trị: dóng (ký hiệu 1) mở (ký hiệu 0) - Đèn hiệu biến Boole với hai trạng thái: sáng (ký hiệu 1) tắt (ký hiệu 0) Hai biến Boole gọi độc lập với nhan thay dổi giá trị biến số không ảnh hướng tói giá trị cua biến số Ví dụ hai cịng tắc hình l I hai biến Boole độc lập với Ngược lại, giá trị biến s ố V phụ thuộc vào giá trị biến sơ X biến Vđược gọi b i ế n phụ thuộc biến X Ví dụ hình 1.1 Cơng tốc X Cơng tắc Đèn y z Hình 1.1 Minh họa biến độc lập biến phụ thuộc đèn biến phụ thuộc vào hai biến công tắc Đèn sáng hai biến cơng tắc có giá trị tắt hai biến cơng tắc có giá trị Hàm hai trị ỉà mơ hình tốn học mơ tả phụ thuộc biến Booỉc vào cấc biến Boole khác Chẳng hạn để biểu diễn phụ thuộc đèn, ký hiệu z, vào hai biến cồng tắc, ký hiệu X và'y, ta viết (11) z= Ầ x ,y ) Một cách tống quát, hàm hai trị mô tả phụ thuộc biến số y vào ■■■ ,x„códạng biến ,V|, y = f ( X ị , x ọ , ••• >*„ )• Việc mơ tả phụ thuộc biến Boole vào biến Boole khác thành hàm hai trị dựa vào ba phép tính Đó phép tính v), phủ (ký hiệu a ), h o ặ c (ký hiệu (ký hiệu ~) định nghĩa sau: đ ịn h Phép tính A Phép tính Phép phủ đỉnh * V A- y A 'A y X y AVy 0 0 1 1 0 1 1 1 X A Ví dụ, hàm ftx,y) biểu diễn biến đèn z phụ thuộc vào hai biến công tắc A, y là: z=fự,y)=xAy, (1.2) phép tính xAy đơi viết đơn giản thành x-y hay x y 1.1.2 Định nghĩa tính chất Xét tập hợp B tất biến hai trị với ba phép tính (a ), (v), phủ định ( ~) định nghĩa theo bảng Biến hai trị B ln có giá trị l phẩn tử dơn vị phép tính A, tương tự biến ln có giá trị phần tử dơn vị phép tính lấy giá trị dể ký hiệu biến đơn vị Vậy V Ta A'Al = I aa = A', vớimọÌAEB (1.3) xvO = Ova = A', vớim ọixEB (1.4) Định nghĩa: Không bị giới hạn quy định bảng chân B ta xác định ba phép tính 1) XVy = yvA' 2) jcv(yAz) = ( x v y ) A Z 3) (x a v ) v ( x v ỹ ) = x với A, V, lý phép tính A, V, ”, , thoa mãn: (tính giao hốn) (1.5) (tính kết hợp) ( 1.6 ) ,yeB tập B ba phép tính gọi X (1.7) sô'Boole ...Nguyên Doãn Phước, Phan Xưãn Minh, Vũ Vân Hà Tự ĐỘNG HĨA VỚI SIMATIC S7-300 In lần thứ cósửa chữa p r» TRưữHùÔẠI H n, TH Ư V M il »1 ỉ , * » 4í í u * - ‘ !• i f c l w » NHÀ XUẤT BÁN KHOA... sơng trưởng thành cho Trung tâm cản Bộ môn Điều Khiên Tự Động, người đại diện cho Trường thực hợp tác tác giả sách "Tự đ ộng hóa với SIM ATIC S7-300" Trung tâm tạo Siemens Tự động hỏa thành lập ngày... Trung tâm thiết bị hãng ứng dụng công nghiệp khách hàng chấp nhận chất lượng giá thành Cuốn sách "Tự đỏng hóa với S1MATỈC S7-300" hồn thành với nỗ lực khơng mệt mồi cán Trung tâm Ngocii lẽn lớp,