Giáo trình Thực hành điều khiển lập trình - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT NAM ĐỊNH ******* CHỦ BIÊN NGUYỄN ĐỨC HỖ NGUYỄN TIẾN HƯNG GIÁO TRÌNH THỰC HÀNH ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH NAM ĐỊNH - 2011 LỜI NĨI ĐẦU Khoa học cơng nghệ phát triển mạnh mẽ hội cho việc đổi thiết bị công nghệ sản xuất Phát triển sản xuất hội nhập kinh tế quốc tế đôi với việc đầu tư thiết bị cơng nghệ có mức độ tự động hóa cao cần phải có đội ngũ cán kỹ thuật trình độ cao Để đào tạo cho xã hội kỹ sư, cán kỹ thuật làm chủ thiết bị cơng nghệ tự động hóa sản xuất, chương trình đào tạo ngành kỹ thuật trường Đại học Cao đẳng bổ sung nhiều mơn học có nội dung mang tính tự động hóa cao : vi xử lý, vi điều khiển, điều khiển lập trình… Tuy nhiên, chương trình học trường Đại học C ao đẳng nhiều lý mà chưa thống nhất, bên cạnh tài liệu tự động hóa, đặc biệt tài liệu hướng dẫn thực hành lĩnh vực chưa nhiều chưa hệ thống hóa, điều làm cho người dạy người học gặp nhiều khó khăn cần học tập nghiên cứu thiết bị trình sản xuất tự động hóa Giáo trình thực hành điều khiển lập trình biên soạn dựa chương trình mơn học tài liệu nhóm tác giả biên dịch từ tài liệu nhà sản xuất thiết bị cung cấp, nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy học thực hành điều khiển lập trình thuộc ngành công nghệ K ỹ thuật điện, điện tử; công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định Quá trình nghiên cứu, khảo sát thực tiễn, giảng dạy lý thuyết thực hành điều khiển lập trình, nhóm tác giả giáo trình muốn hệ thống kiến thức bản, hình thành phát triển kỹ cần thiết cho sinh viên tiếp cận thiết bị điều khiển lập trình đại sử dụng ngày nhiều cơng nghiệp Giáo trình biên soạn hồn thành thời gian ngắn, khơng thể tránh thiếu sót Nhóm tác giả chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp bạn đọc để giáo trình hồn thiện lần xuất sau Nhóm tác giả BÀI PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM SIMATIC STEP I Mở đầu Tính linh hoạt mềm dẻo mà thiết bị điều khiển lập trình (PLC) có nhờ có cấu trúc phần cứng chương trình phần mềm thay đổi dễ dàng Phần cứng thiết bị điều khiển lập trình có cấu trúc dạng module tùy theo đối tượng điều khiển, ta lựa chọn modules khai báo để thiết lập phần cứng điều khiển lập trình cách dễ dàng Mặt khác tùy theo yêu cầu điều khiển đối tượng điều khiển mà người lập trình thay đổi chương trình lập trình điều khiển cách hiệu 1.1 Khái quát phần cứng Phần cứng thiết bị điều khiển lập trình gồm có modules modules mở rộng , đó: 1.1.1 Modules T T Tên, kí hiệu modules Module nguồn (Power suppy PS) Chức Thông số Biến đổi nguồn xoay chiều điện áp cao sang nguồn chiều ổn đinh điện áp thấp cấp cho modules PLC Điện áp đầu vào Uv: 110v, 220v , cấp điện áp chiều đầu Ur: 5v, 12v, 24v , dòng điện định mức Ir: 2A, 5A, 10A Module xử lí Nhận tín hiệu số từ Tốc độ xử lý, dung (Microproce modules kết nối lượng nhớ, hãng cer unit phần tử đầu vào, xử sản xuất CPU) lý theo chương trình lập trình, cho kết tín hiệu số gủi tới modules kết nối phần tử chấp hành Module giao Kết nối module Số lượng đầu kết tiếp mở rộng với module nối; Mã module (ví dụ) 6ES7 3071KA00-0AA0 6ES7 3121AD10-0AB0 6ES7 3603AA00- (Interface modul IM) CPU số lượng Có loại 0AA0; module mở rộng lớn IMS - module gửi 6ES7 361hơn IMR - module nhận 3CA00-0AA0 1.1.2 Modules mở rộng T T Tên, kí hiệu modules Chức Thơng số Modules tín hiệu (Signal module SM) Modules tín hiệu số (Signal Digital module DM) Module đầu Kết nối với phần tử Số lượng đầu vào vào số đầu vào số, chuyển số: 8, 16, 32 (Digital liệu số vào vùng Input DI) nhớ đệm Module đầu Kết nối với phần tử Số lượng đầu số: số đầu số, chuyển 8, 16, 32 (Digital liệu số xử lý từ Dòng điện đầu I r Output DO) vùng nhớ đệm đầu : số tới phần tử chấp hành Modules tín hiệu tương tự (Signal Analog module AM) Module đầu Kết nối với phần tử Số lượng đầu vào vào tương tự đầu vào tương tự, tương tự: 2, 4, 8, (Analog chuyển đổi liệu Dòng điện đầu Input AI) tương tự sang Chuẩn điện áp, hay liệu số cấp cho CPU dòng điện đầu vào; chiều dài liệu chuyển đổi Module đầu Kết nối với phần tử Số lượng đầu ra tương tự đầu tương tự, tương tự: 2, 4, 8, (Analog chuyển đổi liệu Dòng điện đầu Input AO) số xử lý sang Chuẩn điện áp, hay liệu tương tự cấp cho dòng điện đầu phần tử chấp hành tượng tự Modules chức (Funtion module FM) Modules có chức điều khiển riêng ví dụ module điều khiển động bước, module điều khiển động servo Modules truyền thông (Communication CP) Module phục vụ truyền thông mạng PLC với hay PLC với thiết bị lập trình khác Mã module 6ES7 3211BH82-0AA0 6ES7 3221BF00-0AA0 6ES7 3317KB00-0AB0 6ES7 3325HB00-0AB0 6ES7 3550VH00-0AE0 6GK7 3431GX00-0XE0 * Cấu trúc chung phần cứng thiết bị lập trình PLC Hình 1.1 : Mặt trước thiết bị điều khiển lập trình PLC Module nguồn PS Nguồn nuôi chiều Kết nối nguồn 24 vol Chuyển mạch chọn chế độ hoạt động module CPU Nhóm đèn tín hiệu báo trạng thái làm việc module CPU Rãnh dành cho Card nhớ Đầu nối dành cho thiết bị lập trình Đầu nối tới phần tử chấp hành Sơ đồ kết nối với phần tử vào * Giá đỡ kết nối modules thiết bị điều khiển lập trình PLC Hình 1.2: Kết nối modules modules mở rộng 1.1.3 Khai báo địa modules thiết bị PLC - Một trạm PLC bao gòm modules (PS, CPU, IM) module mở rộng (module DI, DO, AI, AO, CP, FM), chúng lắp đặt cài (giá đỡ) Rack ghép nối với thông qua hệ thống đường Bus (Bus địa chỉ, Bus liêu, Bus điều khiển bus nguồn) Một module CPU có khả ghép nối với tối đa 32 modules mở rộng, tất modules mở rộng lắp đặt cài, cài có tối đa module mở rộng Vị trí lắp đặt (Slot) module mở rộng cài khai báo quản lý địa miền nhớ module CPU, module CPU làm việc với module mở rộng sở truy xuất địa module - Module khai báo vị trí khác có địa khác Tuy nhiên ngoại lệ với loại CPU 31xC có thêm ngõ vào module CPU địa th ường ngầm định trước nhà chế tạo Các phần tử đầu vào đầu thiết bị điều khiển lập trình kết nối với modules tín hiệu modules chức năng, liệu mà chúng gửi vào modules CPU lấy từ module CPU lựa chọn xác định địa theo địa module kết nối Hình 1-3 1- quy định địa cho module mở rộng số tương tự tuỳ thuộc vào vị trí lắp đặt cài (Rack) IM Rack Nhận IM Rack Nhận IM Rack Rack Nhận CPU IM PS Gửi 96.0 … …… 99.7 100.0 …… …… 103.7 104.0 …… …… 107.7 108.0 …… …… 111.7 112.0 …… …… 115.7 116.0 …… …… 119.7 120.0 …… …… 123.7 124.0 …… …… 127.7 64.0 …… …… 67.7 68.0 …… …… 71.7 72.0 …… …… 75.7 76.0 …… …… 79.7 80.0 …… …… 83.7 84.0 …… …… 97.7 98.0 …… …… 91.7 92.0 …… …… 95.7 32.0 …… …… 35.7 36.0 …… …… 39.7 40.0 …… …… 43.7 44.0 …… …… 47.7 48.0 …… …… 51.7 52.0 …… …… 55.7 56.0 …… …… 59.7 60.0 …… …… 63.7 0.0 …… …… 3.7 4.0 …… …… 7.7 8.0 …… …… 11.7 12.0 …… …… 15.7 16.0 …… …… 19.7 20.0 …… …… 23.7 24.0 …… …… 27.7 28.0 …… …… 31.7 Slot 4-:- Slot11 Hình 1-3: Qui định địa cho Module số - Như Slot chấp nhận tối đa 16 byte địa cho ngõ vào tương tự, tương ứng với ta có tối đa ngõ vào tương tự Thơng thường lập trình người ta hay sử dụng địa ngầm định (System selection), nhiên thay đổi đ ược “hardware configuration” IM Rack Nhận IM Rack Nhận IM Rack Rack Nhận CPU + PS IM Gửi 640 … …… 655 656 … …… 671 672 … …… 687 688 … …… 703 704 … …… 719 720 … …… 735 736 … …… 751 752 … …… 767 512 … …… 527 528 … …… 543 544 … …… 559 560 … …… 575 576 … …… 591 592 … …… 607 608 … …… 623 624 … …… 639 384 … …… 399 400 … …… 415 416 … …… 431 432 … …… 447 448 … …… 463 464 … …… 479 480 … …… 495 496 … …… 511 256 … …… 271 272 … …… 287 288 … …… 303 304 … …… 319 320 … …… 335 336 … …… 351 352 … …… 367 368 … …… 383 Slot -:- Slot 11 Hình 1-4: Qui định địa cho Modu le tương tự 1.2 Khái quát phần mềm Simatics Step Phần mềm Simatics Step có số chức sau: - Khai báo cấu hình phần cứng trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300 - Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7 - 300 thủ tục truyền thông chúng - Soạn thảo cài đặt chương trình điều khiển cho trạm hay nhiều trạm - Quan sát việc thực chương trình điều khiển trạm PLC gỡ rối chương trình - Ngồi Step cịn có thư viện đầy đủ với hàm chuẩn hữu ích, phần trợ giúp online mạnh có khả trả lời câu hỏi người sử dụng cách sử dụng Step 7, cú pháp lệnh lập trình, xây dựng cấu hình cứng trạm mạng gồm nhiều trạm PLC Như thiết bị điều khiển lập trình PLC S7-300 thiết lập từ Module module mở rộng thơng qua việc sử dụng phần mềm Step để khai báo quản lý phần cứng; chương trình điều khiển lập trình thơng qua việc sử dụng lệnh Step để thực giải thuật điều khiển Chỉ sử dụng thành thạo phần mềm làm chủ thiết bị điều khiển lập trình PLC S7 -300 II Nội dung 2.1 Mục tiêu thực Kiến thức - Hiểu biết phần mềm Simatic manager thiết bị lập trình PLC; - Phân tích trình tự khai báo thiết lập phần cứng thiết bị lập trình PLC; - Biết phương pháp khai thác nguồn thư viện lệnh thiết bị lập trình PLC; - Biết trình tự bước lập trình Kỹ - Cài đặt sử dụng phần mềm Step thiết bị lập trình PLC; - Tạo project lựa ch ọn modules để thiết lập cấu hình phần cứng thiết bị PLC theo yêu cầu; - Huy động nguồn lực để thực tập Thái độ Tích cực, chủ động, hợp tác chia xẻ thành viên nhóm thực hoạt động lựa chọn, thiết lập quản lý phần cứng phù hợp yêu cầu thực tiễn sản xuất 2.2 Trình tự khai thác phần mềm Simatic S7 -300 Khai thác phần mềm STEP cần thực nhiệm vụ hình 1.5 2.2.1 Cài đặt phần mềm Windows 95/98/NT/2000/XP/Me phải khởi động trước khở i động cài đặt phần mềm, khơng địi hỏi nhớ ngồi việc cài đặt phần mềm STEP lưu sẵn ổ cứng thiết bị lập trình (PC/PG); Cài đặt phần mềm Step Lập nội dung điều khiển thiết kế cấu trúc chương trình Khởi động phần mềm , tạo dự án Hình 1.5 Sơ đồ trình tự khai thác phần mềm STEP Để cài đặt STEP từ Disk, c hèn Disk vào ổ Disk PC/PG Để cài đặt từ CDROM, chèn CDROM vào ổ đĩa PC thực bước sau: - Kích đúp vào file “SETUP EXE”; - Thực bước cài đặt theo hướng dẫn chương trình hình; (có thể thực bước tiếp t heo quay trở lại bước trước đó) Trong q trình cài đặt, hộp hội thoại xuất nhắc ta chọn từ lựa chọn thể ghi nhớ giúp nhanh chóng, dễ dàng tìm thấy câu trả lời Nếu Version STEP sẵn sàng cài đặt… Việc cài đặt t ìm version khác STEP thiết bị lập trình đoạn hội thoại xuất lựa chọn: Có thể khơng cài đặt STEP version cũ sau khởi động lại Setup tiếp tục cài đặt ghi đè lên version trước + Lựa chon cài đặt: Có lựa chọn cài đặt - Cài đặt chuẩn: Tất ngôn ngữ hội thoại dùng giao tiếp; tất ứng dụng tất ví dụ Những thơng tin sản phẩm tại, thông tin dung lượng nhớ đòi hỏi cho phần cứng - Cài đặt bản: Chỉ dùng loại ngôn ngữ , không ví dụ thơng tin dung lượng nhớ đòi hỏi cho phần cứng - Người dùng định nghĩa cài đặt: Có thể xác định việc cài đặt, ví dụ chương trình, liệu, ví dụ chức truyền thông 2.2.2 Khởi động phần mềm tạo dự án (project) +) Khởi động phần mềm Trước hết phải khởi động Windows, tìm biểu tượng Simatics Manager, khởi động phần mềm STEP7 Windows ; Phương pháp khởi động nhanh STEP 7, kích đúp trỏ vào vị trí biểu tượng Simatics Manager, cửa sổ Window chứa nội dung Simatics Manager mở ra, từ ta truy xuất tất chức cài đặt cho gói chuẩn vài gói lựa chọn khác ... việc dạy học thực hành điều khiển lập trình thuộc ngành công nghệ K ỹ thuật điện, điện tử; cơng nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định Quá trình nghiên... điều khiển - Các bước thiết kế chương trình điều khiển hình 10 - Tùy theo mức độ phức tạp toán điều khiển mà chương trình điều khiển tiến hành lập trình tuyến tính cần mở khối OB1, hay lập trình. .. bị lập trình PLC; - Phân tích trình tự khai báo thiết lập phần cứng thiết bị lập trình PLC; - Biết phương pháp khai thác nguồn thư viện lệnh thiết bị lập trình PLC; - Biết trình tự bước lập trình