đề tài lập trình với simatic PLC s7 200

1. Giới thiệu chung về PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy, với chương trình điều khiển này, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ vòng quét (Scan). Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức năng như một máy tính, nghiã là phải có bộ vi xử lý (CPU), một bộ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu…. PLC còn phải có các cổng vào ra để giao tiếp được các đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như: bộ đếm (Counter), bộ thời gian (Timer) …và những khối hàm chuyên dụng. Thiết bị logic khả trình được lắp đặt sẵn thành bộ. Trước tiên chúng chưa có một nhiệm vụ nào cả. Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, counter v.v... được nhà chế tạo tích hợp trong chúng và được kết nối với nhau bằng chương trình cho một nhiệm vụ điều khiển cụ thể nào đó. Có nhiều thiết bị điều khiển và được phân biệt với nhau qua các chức năng sau: Các ngõ vào và ra Dung lượng nhớ Bộ đếm (counter) Bộ định thời (timer) Bộ nhớ trung gian. Các chức năng đặc biệt Tốc độ xử lý Loại xử lý chương trình. Các thiết bị điều khiển lớn thì được lắp thành các modul riêng. Đối với các thiết bị điều khiển nhỏ, chúng được lắp đặt chung trong một bộ. Các bộ điều khiển này có số lượng ngõ vàora cho trước cố định. Thiết bị điều khiển được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở bộ phận ngõ vào của thiết bị tự động. Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chương trình. Kết quả xử lý được đưa ra bộ phận ngõ ra của thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu. 2. Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều khiển Trong ứng dụng các công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng năng suất lao động được giải quyết bằng con đường tăng mức độ tự động hoá các quá trình và thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm. Tự động hoá trong sản xuất nhằm thay thế một phần hoặc toàn bộ các thao tác vật lý của công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển. Những hệ thống điều khiển này có thể điều khiển quá trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần sự tác động nhiều của người vận hành. Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả năng khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã được xác định nhằm đạt được kết quả mong muốn ở sản phẩm đầu ra của máy hay thiết bị. Một hệ thống như vậy được gọi là hệ thống điều khiển. Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: Điều khiển nối cứng Điều khiển logic khả trình (PLC) Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần: Khối vào Khối xử lý – điều khiển Khối ra Hình 1.1 : Các thành phần trong hệ thống điều khiển + Khối vào: Để chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là các nút nhấn, cảm biến, điện trở đo sức căng.v.v… và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có dạng ONOFF (Binary) hoặc dạng liên tục (Analog). Bộ chuyển đổi Đại lượng đo Đại lượng ra Công tắc (Switch) Sự dịch chuyển vị trí Điện áp nhị phân(onoff) Công tắc hành trình (Limit switch) Sự dịch chuyển vị trí Điện áp nhị phân(onoff) Bộ điều chỉnh nhiệt (Thermostat) Nhiệt độ Điện áp nhị phân Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Nhiệt độ Điện áp thay đổi Nhiệt trở (Thermister) Nhiệt độ Trở kháng thay đổi Tế bào quang điện (Photo cell) Ánh sáng Điện áp thay đổi Tế bào tiệm cận (Proximity cell) Sự hiện diện cuả đối tượng Trở kháng thay đổi Điện trở đo sức căng (Strain gage) Áp suất sự dịch chuyển Trở kháng thay đổi Bảng 1.1: Các dạng tín hiệu vào + Khối xử lý: Khối này thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động. Từ thông tin tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo ra được những tín hiệu ra cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định trong phần xử lý. Tín hiệu điều khiển được thực hiện theo 2 cách: Dùng mạch điện nối kết cứng Dùng chương trình điều khiển + Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này được sử dụng để tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở ngõ ra. Thiết bị ở ngõ ra Đại lượng ra Đại lượng tác động Động cơ điện Chuyển động quay Điện Xylanh – Piston Chuyển động thẳngáp lực Dầu épkhí ép Solenoid Chuyển động thẳngáp lực Điện Lò sấy lò cấp nhiệt Nhiệt Điện Van Tiết diện cưả van thay đ ổi Điệndầu épkhí ép R ơle Tiếp điểm điệnchuyển động vật lý có giới hạn Điện Bảng 1.2: Các dạng cơ cấu tác động ở ngõ ra.

Bài 1: Đại cương lập trình PLC I Mục tiêu học - Trình bày ưu điểm PLC so với loại điều khiển khác ứng dụng PLC thực tế - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ học tập II Nội dung học Giới thiệu chung PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể thuật tốn mạch số Như vậy, với chương trình điều khiển này, PLC trở thành điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC khác với máy tính) Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình (khối OB, FC FB) thực lặp theo chu kỳ vịng qt (Scan) Để thực chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức máy tính, nghiã phải có vi xử lý (CPU), điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiển, liệu… PLC cịn phải có cổng vào/ để giao tiếp đối tượng điều khiển để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ tốn điều khiển số, PLC cịn cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác như: đếm (Counter), thời gian (Timer) …và khối hàm chuyên dụng Thiết bị logic khả trình lắp đặt sẵn thành Trước tiên chúng chưa có nhiệm vụ Tất cổng logic bản, chức nhớ, timer, counter v.v nhà chế tạo tích hợp chúng kết nối với chương trình cho nhiệm vụ điều khiển cụ thể Có nhiều thiết bị điều khiển phân biệt với qua chức sau: - Các ngõ vào - Dung lượng nhớ - Bộ đếm (counter) - Bộ định thời (timer) - Bộ nhớ trung gian - Các chức đặc biệt - Tốc độ xử lý - Loại xử lý chương trình Các thiết bị điều khiển lớn lắp thành modul riêng Đối với thiết bị điều khiển nhỏ, chúng lắp đặt chung Các điều khiển có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định Thiết bị điều khiển cung cấp tín hiệu tín hiệu từ cảm biến phận ngõ vào thiết bị tự động Tín hiệu xử lý tiếp tục thơng qua chương trình điều khiển đặt nhớ chương trình Kết xử lý đưa phận ngõ thiết bị tự động để đến đối tượng điều khiển hay khâu điều khiển dạng tín hiệu Bài toán điều khiển giải toán điều khiển Trong ứng dụng công nghệ khoa học vào sản xuất công nghiệp, mục tiêu tăng suất lao động giải đường tăng mức độ tự động hố q trình thiết bị sản xuất nhằm mục đích tăng sản lượng, cải thiện chất lượng độ xác sản phẩm Tự động hố sản xuất nhằm thay phần toàn thao tác vật lý công nhân vận hành máy thông qua hệ thống điều khiển Những hệ thống điều khiển điều khiển q trình sản xuất với độ tin cậy cao, ổn định mà không cần tác động nhiều người vận hành Điều địi hỏi hệ thống điều khiển phải có khả khởi động, kiểm soát, xử lý dừng trình theo yêu cầu đo đếm giá trị xác định nhằm đạt kết mong muốn sản phẩm đầu máy hay thiết bị Một hệ thống gọi hệ thống điều khiển Trong kỹ thuật tự động điều khiển, điều khiển chia làm loại: - Điều khiển nối cứng - Điều khiển logic khả trình (PLC) Một hệ thống điều khiển tạo thành từ thành phần: - Khối vào - Khối xử lý – điều khiển - Khối Kết xử lý Hình 1.1 : Các thành phần hệ thống điều khiển + Khối vào: Để chuyển đổi đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, chuyển đổi nút nhấn, cảm biến, điện trở đo sức căng.v.v… tùy theo chuyển đổi mà tín hiệu khỏi khối vào có dạng ON/OFF (Binary) dạng liên tục (Analog) Bộ chuyển đổi Công tắc Đại lượng đo Sự dịch chuyển/ vị trí Đại lượng Điện áp nhị phân(on/off) (Switch) Cơng tắc hành trình Sự dịch chuyển/ vị trí Điện áp nhị phân(on/off) (Limit switch) Bộ điều chỉnh nhiệt Nhiệt độ Điện áp nhị phân (Thermostat) Cặp nhiệt điện Nhiệt độ Điện áp thay đổi (Thermocouple) Nhiệt trở Nhiệt độ Trở kháng thay đổi (Thermister) Tế bào quang điện Ánh sáng Điện áp thay đổi (Photo cell) Tế bào tiệm cận Sự diện cuả đối tượng Trở kháng thay đổi (Proximity cell) Điện trở đo sức căng Áp suất/ dịch chuyển Trở kháng thay đổi (Strain gage) Bảng 1.1: Các dạng tín hiệu vào + Khối xử lý: Khối thay người vận hành thực thao tác đảm bảo trình hoạt động Từ thơng tin tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo tín hiệu cần thiết để đáp ứng yêu cầu điều khiển xác định phần xử lý Tín hiệu điều khiển thực theo cách: - Dùng mạch điện nối kết cứng - Dùng chương trình điều khiển + Khối ra: Tín hiệu kết q trình xử lý hệ thống điều khiển Các tín hiệu sử dụng để tạo hoạt động đáp ứng cho thiết bị ngõ Thiết bị ngõ Động điện Xy-lanh – Piston Solenoid Lò sấy/ lò cấp nhiệt Van R ơ-le Đại lượng Chuyển động quay Chuyển động thẳng/áp lực Chuyển động thẳng/áp lực Nhiệt Tiết diện cưả van thay đ ổi Tiếp điểm điện/chuyển động vật lý có giới hạn Đại lượng tác động Điện Dầu ép/khí ép Điện Điện Điện/dầu ép/khí ép Điện Bảng 1.2: Các dạng cấu tác động ngõ 2.1 Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình: Trong điều khiển nối cứng, thành phần chuyển mạch rơ le, contactor, công tắc, đèn báo, động cơ,v.v…được nối cố định với Toàn chức điều khiển, cách tiến hành chương trình xác định qua cách thức nối rơ le, công tắc, …với theo sơ đồ thiết kế Khi muốn thay đổi lại hệ thống phải nối dây lại cho hệ thống điều khiển nên hệ thống phức tạp việc làm địi hỏi tốn nhiều thời gian, chi phí nên hiệu đem lại khơng cao OFF ON Hình 1.2 Bộ điều khiển nối cứng đơn giản Trong công nghiệp, việc ứng dụng công nghệ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nên nhu cầu tự động hoá ngày tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng đủ yêu cầu: - Dễ dàng thay đổi chức điều khiển dựa thiết bị cũ - Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với liệu, số liệu - Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa - Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp Hệ thống điều khiển để đáp ứng yêu cầu phải sử dụng vi xử lý, điều khiển lập trình, điều khiển qua cổng giao tiếp với máy tính Bộ điều khiển logic khả trình PLC (Programable Logic Controller) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình Với chương trình điều khiển PLC tạo cho trở thành điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật tốn, số liệu trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh Các chương trình điều khiển định nghĩa tiếp điểm, cảm biến sử dụng để từ kết hợp với hàm logic, thuật toán giá trị xuất để điều khiển tác động không tác động đến cuộn dây điều hành Trong q trình hoạt động, tồn chương trình lưu vào nhớ tiến hành truy xuất q trình làm việc Chương trình BộBộ nhớ Nhớ Ngõ vào Input Ngõ Output Hình 1.3 Bộ điều khiển logic khả trình 2.2 So sánh PLC với thiết bị điều khiển thông thường khác Hiện nay, hệ thống điều khiển PLC thay cho hệ thống điều khiển Relay, Contactor thông thường Ta thử so sánh ưu khuyết điểm hai hệ thống trên: Hệ thống điều khiển thông thường: - Thơ kệch có q nhiều dây dẫn relay bảng điều khiển - Tốn nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt - Tốc độ hoạt động chậm - Công suất tiêu thụ lớn - Mỗi lần thay đổi yêu cầu phải lắp đặt lại tồn bộ, tốn nhiều thời gian - Khó bảo quản sửa đổi Hệ thống điều khiển PLC: - Những dây kết nối hệ thống giảm 80% nên nhỏ gọn - Công suất tiêu thụ - Sự thay đổi ngõ vào, điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng nhờ phần mềm điều khiển máy tính - Tốc độ hoạt động hệ thống nhanh - Bảo trì bảo quản dễ dàng - Độ bền độ tin cậy vận hành cao - Giá thành hệ thống giảm số tiếp điểm tăng - Có thiết bị chống nhiễu - Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu - Dễ lập trình lập trình máy tính, thích hợp cho việc thực lệnh - Các module rời cho phép thay thêm vào cần thiết Do lý PLC thể rõ ưu điểm so với thiết bị điều khiển thơng thường khác PLC cịn có khả thêm vào hay thay đổi lệnh tùy theo yêu cầu cơng nghệ Khi ta cần thay đổi chương trình nó, điều nói lên tính điều khiển linh động PLC Ta so sánh PLC với hệ thống khác qua bảng tóm tắt sau: Chỉ tiêu so sánh Giá thành chức Kích thước vật lý Tốc độ điều khiển Khả chống nhiễu Lặp đặt Rơ-le Khá thấp Lớn Chậm Xuất sắc Mất thời gian thiết kế lắp đặt Khả điều khiển tác vụ Không phức tạp Dễ thay đổi điều khiển Rất khó Cơng tác bảo trì Kém - có q nhiều cơng tắc Mạch số Thấp Rất gọn Rất nhanh Tốt Mất thời gian thiết kế Máy tính Cao Khá gọn Khá nhanh Khá tốt Mất nhiều thời gian lập trình Có PLC Thấp Rất gọn Nhanh Tốt Lập trình lắp đặt đơn giản Có Khó Khá đơn giản Kém - IC Kém - có hàn nhiều mạch điện tử chuyên dùng Rất đơn giản Tốt - mô - đun tiêu chuẩn hố Có Theo bảng so sánh, PLC có đặc điểm phần cứng phần mềm làm cho trở thành điều khiển cơng nghiệp sử dụng rộng rãi 2.3 Các ứng dụng PLC thực tế Do đặc điểm bật PLC điều khiển, nên ngày sử dụng rộng rãi giải pháp tự động hố cơng nghiệp nhiều lãnh vực: - Điều khiển thang máy, thiết bị nâng, hạ hàng - Điều khiển quy trình sản xuất: đóng gói bao bì, xi măng, bia…v.v - Tự động hố hệ thống dịch vụ: trạm xăng, trạm rửa xe ôtô, máy bơm nước, máy bán nước tự động…v.v - Tự động hố máy cơng cụ: lị sấy, xi mạ…v.v Tuy nhiên hệ thống điều khiển sử dụng PLC mà tùy vào yêu cầu cụ thể so sánh yếu tố kinh tế mà ta chọn phương án điều khiển thích hợp Bài 2: Cấu trúc phương thức hoạt động PLC I Mục tiêu - Trình bày cấu trúc nhiệm vụ khối chức PLC - Giải thích vận dụng xác cách lập trình, thử chương trình máy - Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận học tập II Nội dung học Cấu trúc PLC Cấu trúc PLC mơ tả hình vẽ sau: CPU Bộ nhớ chương trình Bộ đệm vào/r Timer Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành Bộ nhớ chương trình Bit cờ Bus PLC Cổng vào Onboard Quản lý ghép nối Cổng ngắt đếm Hình 2.1 Cấu trúc PLC Thông tin xử lý PLC lưu trữ nhớ Mỗi phần tử vi mạch nhớ chứa bit liệu Bit liệu (Data Binary Digital) chữ số nhị phân, hai giá trị Tuy nhiên vi mạch nhớ thường tổ chức thành nhóm để chứa bit liệu Mỗi chuỗi bit liệu gọi byte Mỗi mạch nhớ byte (byte nhớ), xác nhận số gọi địa (address) Byte nhớ có địa Dữ liệu chứa byte nhớ gọi nội dung Địa byte nhớ cố định byte nhớ PLC có địa riêng Địa byte nhớ khác khác nhau, nội dung chứa byte nhớ đại lượng thay đổi Nội dung byte nhớ liệu lưu trữ tức thời nhớ Để lưu giữ liệu mà byte nhớ chứa hết PLC cho phép cặp byte nhớ cạnh xem xét đơn vị nhớ gọi từ đơn (Word) Địa thấp byte nhớ dùng làm địa từ đơn Ví dụ: Từ đơn có địa byte nhớ có địa với địa byte cao địa byte thấp IB2 IB3 IW IW2 từ đơn có địa IB2 byte có địa IB3 byte có địa Trong trường hợp liệu cần lưu trữ mà từ đơn chứa hết được, PLC cho phép ghép byte liền xem xét đơn vị nhớ gọi từ kép (Double Word) Địa thấp byte nhớ địa từ kép Ví dụ: Từ kép có địa 100 byte nhớ từ kép có địa 100, 101,102,103 103 địa byte thấp,100 địa byte cao MW100 MW101 MW102 MW103 DW100 Trong PLC xử lý trung tâm thực số thao tác như: - Đọc nội dung vùng nhớ (bit, byte, word, double word) - Ghi liệu vào vùng nhớ (bit, byte, word, double word) Trong thao tác đọc, nội dung ban đầu vùng nhớ không thay đổi mà lấy liệu để xử lý Trong thao tác ghi, liệu ghi vào trở thành nội dung vùng nhớ liệu ban đầu bị Có hai loại nhớ CPU PLC: - RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên - ROM (Read Only Memory) Bộ nhớ đọc Các khối PLC 2.1 Bộ nhớ RAM: Có số lượng nhớ xác định Mỗi nhớ có dung lượng nhớ cố định tiếp nhận lượng thơng tin định Các ô nhớ ký hiệu địa riêng Bộ nhớ chứa chương trình sửa đổi liệu, kết tạm thời q trình tính tốn, lập trình Đặc điểm nhớ RAM nội dung chứa nhớ bị mất nguồn điện 2.2 Bộ nhớ ROM: 10 Chứa thơng tin khơng có khả xố khơng thể thay đổi được, nhà sản xuất sử dụng chứa chương trình thống Chương trình nhớ ROM có nhiệm vụ: - Điều khiển kiểm tra chức hoạt động CPU (hệ điều hành) - Dịch ngơn ngữ lập trình thành ngơn ngữ máy - Khi bị nguồn điện, nhớ ROM giữ ngun nội dung khơng bị 2.3 Bộ xử lý trung tâm Bộ xử lý trung tâm (CPU – Central Processing Unit) điều khiển quản lý tất hoạt động bên PLC Việc trao đổi thông tin CPU, nhớ khối vào/ra thực thông qua hệ thống Bus điều khiển CPU Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường hay MHz, tùy thuộc vào xử lý sử dụng Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động PLC dùng để thực đồng cho tất phần tử hệ thống 2.4 Hệ điều hành Sau bật nguồn, hệ điều hành đặt counter, timer bit nhớ với thuộc tính non-retentive (khơng nhớ Pin dự phòng) accu Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc dịng chương trình từ đầu đến cuối Tương ứng hệ điều hành thực chương trình theo câu lệnh 2.5 Bit nhớ (memory bit) Các memory bit phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu 2.6 Bộ đệm (Proccess Image) Bộ đệm vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu ngõ vào nhị phân 2.7 Accumulator Accumulator nhớ trung gian mà qua timer hay counter nạp vào hay thực phép toán số học 2.8 Counter, Timer Timer counter vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ giá trị thời gian đếm 2.9 Hệ thống Bus Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành modul ngoại vi (các ngõ vào ngõ ra) kết nối với PLC thông qua Bus nối Một Bus bao gồm dây dẫn mà liệu trao đổi Hệ điều hành tổ chức việc truyền liệu dây dẫn 11 Thiết bị điều khiển lập trình S7-200 S7 – 200 thiết bị điều khiển lập trình loại nhỏ hãng Siemens (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu modul có modul mở rộng Thành phần S7 – 200 khối vi xử lý CPU 212 CPU 214 Về hình thức bên ngồi, khác loại CPU nhờ số đầu vào/ra nguồn cung cấp - CPU 212 có cổng vào cổng ra, có khả mở rộng thêm modul - CPU 214 có 14 cổng vào 10 cổng ra, có khả mở rộng thêm modul Trong giảng đề cập đến CPU 214 chủ yếu CPU 214 có đặc điểm sau: - 2048 từ nhớ chương trình ( chứa ROM điện ) - 2048 từ nhớ liệu ( 256 từ chứa ROM điện ) - 14 ngõ vào 10 ngõ digital kèm theo khối trung tâm - Hỗ trợ tối đa modul mở rộng kể modun analog - Tổng số cổng vào/ra cực đại 64 cổng vào digital - 128 Timer chia làm loại theo độ phân giải khác nhau: Timer 1mS, 16 Timer 10mS, 108 Timer có độ phân giải 100mS - 128 đếm chia làm loại: 96 đếm lên 32 đếm lên xuống - 256 ô nhớ nội - 688 ô nhớ đặt biệt dùng để thông báo trạng thái đặt chế độ làm việc - Có pháp tính số học - Ba đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz KHz - Hai điều chỉnh tương tự - Tồn vùng nhớ khơng bị liệu khoảng thời gian 190 PLC bị nguồn nuôi 3.1 Địa ngõ vào / Địa ô nhớ S7 bao gồm hai phần: Phần chữ phần số Ví dụ: PIW 304 Phần chữ Phần số I0.0 Phần chữ Phần số 3.2 Phần chữ vị trí kích thước nhớ: M: Chỉ ô nhớ miền biến cờ có kích thước bit MB: Chỉ nhớ miền biến cờ có kích thước byte (8 bit) MW: Chỉ ô nhớ miền biến cờ có kích thước byte (16 bit) 12 (từ kép) AC, HC, số, *VD, *AC - R IN1 IN2 OUT VD, ID,QD, SMD ,AC (từ kép) *VD, *AC 5.3 Phép nhân MUL Trong LAD: Lệnh thực phép nhân hai số nguyên 16-bit IN1 IN2 cho kết 32-bit chứa từ kép OUT (4 byte) Trong STL: Lệnh thực phép nhân số nguyên 16-bit n1 số nguyên chứa từ thấp (từ bit đến bit 15) toán hạng 32-bit n2 (4 byte) Kết 32-bit ghi lại vào n2 Cú pháp dùng lệnh nhân hai số nguyên LAD STL sau: LAD STL Toán hạng n1, IN1, IN2 MUL n2 VW,T,C,IW,QW,MW n1 (word) số,*VD,*AC N2, OUT (từ kép) AC,AIW, VD, ID,QD, SMD ,AC *VD, *AC 5.4 Phép chia DIV Trong LAD: Lệnh thực phép chia số nguyên 16-bit IN1 cho số nguyên 16-bit IN2 Kết 32-bit chứa từ kép OUT (4 byte) gồm thương số ghi mảng 16-bit từ bit đến bt 15 (từ thấp) phần dư 16 bit ghi mảng từ bit 16 đến 31 (từ cao) Trong STL: Lệnh thực phép chia số nguyên 16-vit n1 cho số nguyên 16-bit nằm từ thấp (từ bì đến bit 15) tốn hạng 32-bit n2 (4 byte) Kết 32-bit đươc ghi lại vào n2 bao gồm thương số ghi mảng 16-bit từ bit đến bit 15 (từ thấp) phần dư ghi mảng 16 bit từ bit 16 đến bit 31 (từ cao) Cú pháp dùng lệnh chia hai số nguyên LAD STL sau: LAD STL Toán hạng 83 n1, IN1, IN2 DIV n1 n2 VW,T,C,IW,QW,MW (word) số,*VD,*AC N2, OUT (từ kép) AC,AIW, VD, ID,QD, SMD ,AC *VD, *AC MUL_R (LAD) *R (STL) Trong LAD: Lệnh thực phép nhân hai số thực 32-bit IN1 IN2 cho kết 32-bit chứa từ kép OUT (4 byte) Trong STL: Lệnh thực phép nhân số thực 32-bit IN1 IN2 Kết 32-bit ghi lại vào IN2 Cú pháp dùng lệnh nhân hai số thực LAD STL sau: LAD STL *R IN2 Toán hạng IN1 IN1, IN2 VD, ID, QD, MD, SMD, (từ kép) AC, HC, số, *VD, *AC OUT VD, ID,QD, SMD ,AC (từ kép) *VD, *AC DIV_R (LAD) /R (STL) Trong LAD: Lệnh thực phép chia hai số thực 32-bit IN1 cho số thực 32-bit IN2 cho kết 32-bit chứa từ kép OUT (4 byte) Trong STL: Lệnh thực phép chia số thực 32-bit IN1 cho số thực IN2 Kết 32bit ghi lại vào IN2 Cú pháp dùng lệnh chia hai số thực LAD STL sau: LAD STL /R IN2 Toán hạng IN1 IN1, IN2 VD, ID, QD, MD, SMD, (từ kép) AC, HC, số, *VD, *AC 84 OUT VD, ID,QD, SMD ,AC (từ kép) *VD, *AC PHÉP LẤY CĂN BẬC HAI SQRT Lệnh thực phép lấy bậc hai số thực 32-bit IN Kết số 32bit ghi vào từ kép OUT (4 byte) Cú pháp dùng lệnh chia hai số thực LAD STL: LAD STL Toán hạng SQRT IN VD, ID, QD, MD, SMD, IN OUT (từ kép) *AC AC, HC, số, *VD, OUT VD, ID,QD, SMD ,AC (từ kép) *VD, *AC Ví dụ minh hoạ cách sử dụng lệnh số học với số nguyên LAD STL LAD STL trị = AC1 4000 LD I0.0 +I AC1 AC0 MUL AC1 VD100 DIV VW10 VD200 VW102= 200 VW202 = 4000 VW10 = 41 Thì kết ví dụ là: Phép cộng AC0 = 10000 Phép nhân VD100 = 800000 Phép chia VD = 23 Phần dư 97 thương Ví dụ minh hoạ cách sử dụng lệnh số học với số thực LAD STL 85 Với giá đầu AC0 6000 = Nếu C-word đếm C10 có giá trị 101 từ kép VD4 có giá trị thương 2,54 nội dung nhớ VD0, VD8 VD12 có giá trị sau: C10 = 101 VD0 = 101,0 VD4 = 2,54 VD8 = 256,54 VD12 = 256 LAD STL LD I0.0 MOVD K0 AC1 MOVW C10 AC1 DTR AC1 VD0 MOVR VD0 VD8 *R VD4 VD8 TRUNC VD12 VD8 Ví dụ: Thực phép tốn số học sau: Viết chương trình cho ấn I0.0 giá trị IW2 + hiển thị QW6 Khi nhấn I0.1 giá trị IW2 – thị QW6 Khi nhấn I0.2 giá trị IW2 nhân 4, hiển thị QW6 Nhấn I0.3 giá trị IW2 chia thị QW6 Chương trình viết LAD sau: 86 Chương trình viết STL sau: 87 88 Bài Các họ PLC khác Trong chương giới thiệu số đặc điểm PLC hãng khác Omron, Mitsubishi Nhật Bản PLC hãng Omron: 1.1 Các PLC họ CPM1A Các PLC loại PLC có kích thước nhỏ gọn, cấu trúc đồng khối, CPU có sẵn từ 10, 20, 30, 40 ngõ I/O Tất CPU dạng có ngõ Rơle Để liệu RAM khơng bị PLC bị điện người dùng sử dụng Card nhớ Flash Memory Khả mở rộng: Các modul CPU mở rộng thêm modul mở rộng, module mở rộng có từ 3040 I/O Chức lọc tín hiệu ngõ vào: Các ngõ vào có khả đáp ứng nhanh, nhận biết trạng thái tín hiệu ngõ vào vịng 0,2 ms có khả chống nhiễu Bộ đếm tốc độ cao Bộ đếm tốc độ cao cho phép tăng khả đếm lên xuống không bị ảnh hưởng chu kỳ quét CPU Timer Các Timer có khả trì hỗn từ 0.5 ms đến 999,9s có tổng số 128 Timer Chức chỉnh định tín hiệu Analog Trên CPU có biến trở nhỏ cho phép chỉnh định giá trị cài đặt tín hiệu Analog Truyền thơng Các PLC CPM1A có khả kết nối với máy tính cá nhân PC, chuyển đổi giao tiếp RS 232 cho truyền thông 1-1 chuyển đổi giao tiếp RS-422 cho truyền thông 1-n 89 Dưới toàn Module họ CPM1A 1.2 Các CPU họ C200Hα Các PLC họ C200Hα họ PLC cỡ trung bình, phát triển dựa PLC họ C200H Các CPU C200Hα có nhiều ưu điểm nhớ mở rộng hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn, hỗ trợ Protocol Marco (thủ tục tryền thông cho Modul ASCII Basic Modul )và tùy chọn gắn thêm card PCMCIA Dưới số đặc điểm PLC thuộc họ + Có 11 loại CPU thuộc họ + Nguồn cung cấp module tách rời với CPU 90 + Tổng số I/O: 1184 + Tốc độ xử lý: 0.1 µs/lệnh + Khả mở rộng Backplane(rack mở rộng) + Các chức tích hợp cho phép PLC họ giao tiếp với cách dễ dàng + Khả truyền thông với bảng điều khiển vận hành (OP), đọc mã vạch, … sử dụng Devicenet cho phép chúng kết nối dễ dàng với thiết bị hãng khác biế tần hay thiết bị Analog + Sử dụng phần mềm SYSMAC V1.2 SYSWIN V3.0 trở lên Cấu hình PLC họ C200Hα Backplane modul mở rộng 91 1.3 PLC loại Micro Gồm có loại PLC: CPM1A, CPM2A, CPM2C CPM1A CPM2A CPM2C Hình7.1 PLC loại Micro OMRON Các PLC có kích thước dạng Modul nhỏ gọn, có tích hợp sẵn đếm tốc độ cao, ngõ xung, đặt chỉnh ngõ vào analog, thích hợp việc lắp đặt máy cơng cụ Ngồi PLC loại cịn có số đặc điểm sau: - Số lượng ngõ vào tối đa từ 100 đến 140 ngõ tùy loại CPU - Có khả mở rộng ngõ vào với modul mở rộng - Bộ nhớ chương trình từ 4kWord tùy loại - Có khả kết nối mạng 1.4 PLC loại Mini: CQM1/CQM1H PLC ứng dụng hệ thống sản xuất linh hoạt Nó thiết để dễ dàng mở rộng hệ thống tự động thích hợp với yêu cầu điều khiển người dùng Có modul truyền thơng tốc độ cao modul I/O đặc biệt Đặc điểm: - Có khả mở rộng đến 512 ngõ vào/ra cách kết nối với modul mở rộng - Bộ nhớ chương trình 15 kWord - Bộ nhớ liệu đến 6.144 kWord 92 - Có khả kết nối mạng - Ngồi cịn có chức điều khiển đặc biệt khác như: vào analog, điều khiển nhiệt độ, giao tiếp sensor tuyến tính, điều khiển tốc độ cao … 1.5 PLC loại Medium CS1: Đây loại PLC ứng dụng cho điều khiển lớn nhà máy, có đặc điểm sau: - Khả ngõ vào/ra: 5.120 với modul mở rộng - Bộ nhớ chương trình 250 Kword - Bộ nhớ làm việc nội (RAM nội): 8.192 kWord - Bộ nhớ liệu: 32.768 kWord - Có khả truyền thông: Ethernet, Controller Link, SYSMAC Link, CompoBus/D (DeviceNet), CompoBus/S, Profibus-DP, Modbus, Host Link, NT Link, Protocol Macro - Các chức điều khiển đặc biệt khác: Analog I/O, Temperature Sensor, Temperature Controller, Fuzzy Logic, Hight-Speed Counter, Cam Positioner, Basic Processor, PID Control, Motion/Position control, I/D Sensor, Voice, Analog Timer, B7A Interface, Interrupt Input PLC hãng Mitsubishi: Trong phần đề cập tới CPU họ FX1S, FX 1N, FX2N, FX2NC , cụ thể CPU họ FX 2NC Các CPU loại sử dụng phần mềm FX-WIN GPP-WIN, chúng có số đặc điểm sau: + Tính hiệu cao + Có thể soạn thảo chương trình dạng LAD, STL FBD CPU họ FX 93 + Kết nối: có khả kết nối với tất CPU Mitsubishi, CC Link, Profibus, AS-i mạng khác + Sử dụng lĩnh vực điều khiển có số lượng ngõ vào tới 256 I/O Dưới phạm vi mở rộng I/O CPU họ FX 2.1 PLC cực nhỏ loại Alpha PLC chuyên dùng để điều khiển cho ứng dụng nhỏ Hình 7.2 PLC cực nhỏ loại Alpha PLC có số đặc tính sau: - Màn hình hiển thị tinh thể lỏng cho phép lập trình trực tiếp, hiển thị liệu, nhập số liệu cho PLC, truy xuất liệu nhớ mà không cần cáp nối, đặc biệt hiển thị chuỗi 10 ký tự thơng báo, thuận tiện cho việc bảo trì nơi khơng có máy tính - Chức đồng hồ thời gian thực có khả lập trình cho tác vụ hàng ngày, hàng tuần hay hàng tháng với hiển thị năm (4 số) - Bộ nhớ loại EEPROM có khả mở rộng - Các ngõ vào nhận tín hiệu dạng số tín hiệu liên tục (analog) phụ thuộc vào việc lập trình 94 - Các ngõ rơle transistor tùy chọn; ngõ rơle chịu dịng đến 10A - Có tính bảo mật tránh trường hợp chương trình bị thay đổi người lạ - Có khả nối mạng với bo mạch truyền thông gắn thêm 2.2 PLC loại FXO, FXOS Các loại PLC thiết kế đủ mạnh, thật nhỏ gọn thích hợp cho việc lắp máy đơn giản hoạt động độc lập (hình 1.2) Chúng chủ yếu thay mạch điều khiển truyền thống dùng rơle, timer, counter rời , , thực tác vụ điều khiển ít, khơng phức tạp Hình 7.3 PLC loại FXO, FXOS PLC loại có đủ điều khiển thông qua lệnh bản, số lệnh ứng dụng điều khiển trình tự, tác vụ chuẩn định thời đếm Việc lập trình hỗ trợ với ngơn ngữ Instruction, Ladder Function Chart Tuy nhiên, PLC có số đặc điểm mà người sử dụng cần lưu ý sau: - Khơng có khả kết nối với modul mở rộng vào/ra - Khơng có khả kết nối với modul chức chuyên dùng - Khơng có khả kết nối với vào hệ thống mạng - Bộ nhớ nhỏ không không tăng dung lượng 2.2 PLC loại FXON, FX, FX2C, FX2N Các loại PLC có cấu trúc modul thuận lợi cho việc mở rộng khả chức điều khiển hệ thống Đặc điểm cho phép ta nâng cấp hay mở rộng hệ thống điều khiển dễ dàng Các modul chuyên dùng bao gồm: - Modul xử lý tín hiệu analog - Modul dùng với cặp nhiệt điện - Modul điều khiển vị trí - Bộ giao tiếp kết nối song song - Bộ giao tiếp RS232-RS485 PLC loại hỗ trợ chức truyền thông, cho phép PLC tham gia vào hệ thống mạng điều khiển phân tán 95 Hình 7.4: PLC loại FXON, FX, FX2C, FX2N Trường hợp khoảng cách điều khiển xa việc thực nối dây trực tiếp đến cấu tác động cảm biến không kinh tế Cách giải cho vấn đề đặt modul vào/ra xa dùng kỹ thuật truyền thơng để nhận tín hiệu ngõ vào cập nhật trạng thái cho ngõ thông qua cáp truyền thơng Tín hiệu chuyển từ dạng liệu nối tiếp thành tín hiệu kích ngõ riêng lẻ Họ Simatic 3.1 PLC họ S7-300: Loại PLC sử dụng cho hệ thống điều khiển có mức độ trung bình Có nhiều loại CPU khác theo ký hiệu CPU 31x Nó các đặc điểm sau: - Số lượng ngõ vào/ra tối đa: 1024 - Ngõ vào analog: 256 - Có khả mở rộng nhớ card nhớ Flash EPROM lên đến MB - Tùy theo loại CPU đặt địa tự - Có khả mở rộng đến 32 khối - Có khả mạng: Multipoint interface (MPI), PROFIBUS Ethernet công nghiệp, ASI 96 3.2 PLC họ S7-400: Đây loại CPU PLC có khả trung bình đến cao cấp, có nhiều loại CPU khác theo ký hiệu CPU 41x Nó có đặc điểm sau: - Khả cổng vào/ra: tuỳ loại CPU lên đến 128 K ngõ vào/ra - Có khả mở rộng đến 300 khối - Bộ nhớ chương trình có gắn thêm card nhớ lên đến 16 MB - Có thể nối mạng: MPI, PROFIBUS, Ethernet cơng nghiệp - Có khả địa tự - Có khiều khả xử lý song song (có đến CPU dùng rãnh trung tâm) - Có thể gắn thêm nhiều khối chức đặc biệt khác : điều khiển vịng kín, định vị, đếm - 97 ... vào/ra 4.2 Cấu trúc chương trình S7 – 200 Có thể lập trình cho PLC S7 – 200 cách sử dụng phần mềm sau: - STEP7 – Micro/DOS - STEP7 – Micro/WIN Những phần mềm lập trình máy lập trình họ PG7xx máy tính... bị lập trình máy tính cá nhân với PLC Như vậy, để hệ thống điều khiển khiển PLC hoạt động lập trình cho nó, cần phải kết nối PLC với máy tính ngõ vào với ngoại vi 1.2 Kết nối với máy tính Đối với. .. toàn cho PLC hệ thống điều khiển 1.1 Giới thiệu CPU 224 cách kết nối với thiết bị ngoại vi Sơ đồ bề mặt điều khiển lập trình S7- 200 CPU 224 cho hình 3.1 Hình 1: Bộ điều khiển lập trình S7- 200 CPU