Tài liệu CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7-200 docx

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động CHƯƠNG NGHIÊN CỨU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7-200 2.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC S7-200 2.1.1 Giới thiệu chung PLC S7-200 S7-200 thiết bị điều khiển loại nhỏ hãng SIMENS (Đức) có cấu trúc theo kiểu modul có modul mở rộng S7-200 gồm nhiều loại : CPU 212, 214, 215, 216, 221, 222, 224, 224XP, 226 Có nhiều modul mở rộng co yêu cầu tăng ngõ vào/ra Digital, ngõ vào Analog Pin nguồn nuôi nhớ Sử dụng tụ vạn Pin Khi naeng lượng tụ bị cạn kiệt,PLC tự động chuyển sang dùng lượng từ Pin Đặc điểm thông số cac loai PLC S7-200 khác giới thiệu bảng sau Bảng 2.1 :Thông số kỹ thuật CPU PLC S7-200 Đặc trưng Kích thước (mm) Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ liệu Cổng logic vào Cổng logic Modul mở rộng Digital I/O cực đại Analog I/O cực đại Bộ đếm(counter) Bộ định thời (Timer) Tốc độ thực thi lệnh Lưu trữ điện CPU 221 90×80×62 2048 words 1024 words None 128/128 None 256 256 0.37 µs 50 CPU 222 90×80×62 2048 words 1024 words 128/128 16 In/ 16 Out 256 256 0.37 µs 50 CPU 224 120.5×80×62 4096 words 2560 words 14 10 128/128 32 In/ 32 Out 256 256 0.37 µs 190 CPU 226 190×80×62 4096 words 2560 words 24 16 128/128 32 In/ 32 Out 256 256 0.37 µs 190 Hình dạng cấu trúc bên PLC S7-200: =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi cơng lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động 2.1.2 Các loại đèn báo: Có loại đèn báo hoat động : - RUN : đèn màu xanh - Báo hiệu PLC hoạt động - STOP : đèn màu vàng – Báo hiệu PLC dừng hoạt động - SF (System Failure): đèn đỏ - Báo hiệu PLC có cố phần cứng hoạc hệ điều hành Ở cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, lỗi chương trình người dùng CPU , phần mềm lập trình làm nhiệm vụ dịch sang mã máy Đèn Ix.x – màu xanh: định trạng thái ON/OFF đầu vào số Đèn Qx.x – màu xanh: định trạng thái ON/OFF đầu vào số 2.1.3.Ngõ vào : =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động - Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoạc SIMATIC - Mức logic 1: 24 VDC/7mA - Mức logic 0: đến VDC/1Ma - Đáp ứng thời gian: 0.2 ms - Các ly quang : 500 ACV - Địa ngõ vào: Ix.x 2.1.4 Ngõ ra: - Ngõ Role hoạc transistor Sourcing - Điện áp tác động: 24 – 27VDC/2A - Chịu dòng đến 7A - Điện trở cách ly nhỏ nhất: 100MΩ - Điện trở công tắc: 200 MΩ - Thời gian chuyển mạch tối đa 10ms - Địa ngõ ra:Qx.x - Khơng có chế độ bảo vệ ngắn mạch 2.1.5.Nguồn cấp: - Điện áp nguồn 20 – 24 DCV - Dòng vào tối đa 900 mA - Thời gian trì nguồn 10 ms - Cầu chì bên 2A/250V - Khơng có ly nguồn điện 2.1.6 Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 với phích nối chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình với trạm PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp PLC theo kiểu tự 300 ÷38.400 baud Để ghép nối S7 -200 với máy lập trình PG702 loại máy lập trình thuộc họ PG7xx dùng cáp nối thẳng MPI Cáp kèm với máy lập trình =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động Ghép nối S7 -200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC / PPI với chuyển đổi RS232 / RS485 Chân ····· ···· Giải thích Đất 24 VDC Truyền nhận liệu Không sử dụng Đất VDC (điện trở 100?) 24 VDC (120 mA tối đa) Truyền nhận liệu Không sử dụng Để ghép nối S7-200 với máy tính PC qua Cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với Bộ chuyển đối sang RS485, hình vẽ: 2.2 CẤU TRÚC BỘ NHỚ : =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi cơng lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động Bộ nhớ S7 -200 chia thành vùng với tụ có nhiệm vụ trì liệu khoảng thời gian định nguồn Bộ nhớ S7 -200 có tính động cao, đọc, ghi toàn vùng, loại trừ bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) truy nhập để đo EEPROM Chương trình Tham số Tụ Dữ liệu Vùng đối tượng Chương trình Tham số Dữ liệu Miền nhớ ngồi Chương trình Tham số Dữ liệu 2.2.1 Vùng chương trình Là nguồn nhờ sử dụng để lưu giữ lệnh chương trình Vùng thuộc kiểu non -volatile đọc / ghi 2.2.2 Vùng tham số Là miền lưu giữ tham số như: từ khóa, địa trạm,cũng giống vùng chương trình, thuộc kiểu non - volatile đọc / ghi 2.2.3 Vùng liệu Là miền nhớ động sử dụng để cất giữ liệu chương trình Nó truy cập theo bít, byte, từ đơn (W-Word) theo từ kép (DW_ Double Word), vùng liệu chia thành miền nhớ nhỏ với công dụng khác Chúng ký hiệu chữ đầu theo từ tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng chúng sau:  V: (ariable Memory) lưu kết trung gian thực thi chương trình =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động  I: ( Input image register): ghi đệm, lưu giá trị ngõ vào PLC hoạt động  Q: (Output image regiter): ghi đệm, chứa kết để điều khiển ngõ  M: (Internal Memory bits): sử dụng Role điều khiển để lưu trạng thái trung gian hoạt động hoạc thông tin điều khiển khác (byte, Word, Dword)  SM: (Special Memory bits): chứa bít để lựa chọn điểu khiển chức đặc biệt CPU(byte, Word,Dword) Tất miền truy nhập theo bít, byte, từ (word) từ kép (double word) 2.2.4 Vùng đối tượng Là time (định ), counter (bộ đếm ) tốc độ cao cổng vào/ tương tự đặt vùng nhớ cuối vùng không thuộc kiểu non - volatile đọc ghi - Timer (bộ định ): Đọc /ghi T0 /T127 - Counter (bộ đếm ) : Đọc /ghi C0 /C 127 - Bộ đệm vào analog (đọc) : AIW0 /AIW30 - Bộ đệm analog (ghi) : AQW0 /AQW30 - Accumulator (thanh ghi) : AC0 /AC3 - Bộ đếm tốc độ cao : HSCO /HSC2 Tất miền truy nhập theo bit , byte , từ đơn (word - 2byte) , từ kép (Doudble word ) =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động 2.2.5 Mở rộng cổng vào CPU 214 cho phép mở rộng nhiều Modul Các modul mở rộng tương tự mở rộng cổng vào PLC cách ghép nối thêm vào modul mở rộng phía bên phải CPU, làm thành móc xích Địa vị trí modul xác định kiểu Ví dụ modul cổng gán địa modul cổng vào, modul tương tự có địa modul số ngược lại Các modul mở rộng số hay tương tự chiếm chổ đệm, tương tự với số đầu vào /ra modul Sau địa số modul mở rộng CPU214 Modul CPU214 Modul Modul Modul3 Modul 4vào/4a vào 3vào/1a 3vào/1a Analog =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi cơng lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động I0.0 Q0.0 I2.0 I3.0 AIW Q3.0 AIW8 I0.1 Q0.1 I2.1 I3.1 AIW Q3.1 AIW12 I0.2 Q0.2 I2.2 I3.2 AIW Q3.2 AQW I0.3 Q0.3 I2.3 I3.3 Q3.3 I0.4 Q0.4 Q2.0 I3.4 Q3.4 I0.5 Q0.5 Q2.1 I3.5 I0.6 Q0.6 Q2.2 I3.6 Q3.6 I0.7 Q0.7 Q2.3 I3.7 Q3.7 I1.0 Q1.0 I1.1 Q1.1 AQW Q3.5 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 2.2.6 Phương thức truy cập nhớ [4] Theo Bit: tên miền + địa byte + ‘.’+ số bit M0.0, I2.5, Q1.0, … =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động Theo Byte: tên miền + B + địa byte VB5, IB2, QB0, …(VB5=V5.0 V5.1 …V5.7) Theo Word: tên miền + W + địa byte cao Word VW0, QW1, IW2, …(VW0=VB0 VB1) =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 10 KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi cơng lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động Theo Double Word: tên miền + D + địa Word cao Double Word VD0, QD2, ID1, … (VD0 = VW0 VW2 = VB0 VB1 VB2 VB3): 2.3 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH: Chương trình cho S7 -200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình (main program) sau đến chương trình chương trình xử lý ngắt - Chương trình kết thúc lệnh kết thúc chương trình (End) =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 11 KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động - Chương trinh phận chương trình Các chương trình phải viết sau lệnh kết thúc chương trình lệnh (End) - Các chương trình nhóm lại thành nhóm sau chương trình sau đến chương trình xử lý ngắt cách viết cấu trúc chương trình rõ ràng thuận tiện việc đọc chương trình trộn lẫn chương trình chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình Main program End {Stop} Thực vòng quét SBR (n) {no /255 } chương trình Ret Thực chương trình gọi INT (n) { no/255 } chương trình xử lý ngắt Ret Thực có tín hiệu báo ngắt =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ 12 Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động 2.4 PHƯƠNG PHÁP LẬP TRÌNH S7 -200 biểu diễn mạch logic cứng dãy lệnh chương trình bao gồm dãy lệnh S7 -200 thực chương trình lệnh nhập kết thúc lệnh lập trình cuối vịng Một vòng quét dòng quét (scan) Một vòng quét (Scan cycle ) bắt đầu việc đọc trạng thái đầu vào sau thực chương trình, vịng qt kết thúc việc thay đổi trạng thái đầu Trước bắt đầu vòng quét S7 -200 thực thi nhiệm vụ truyền thơng Chu trìng chu trình lập Giai Chuyển liệu từ đệm ảora ngoại vi Nhập liệu từ N ngoại vi vào 2.Thực Truyền thông tự kiểm tra lỗi chương trình Thực chương trinh theo vòng quét PLC S7-200 Như thời điểm thực lệnh vào / thông thường lệnh không làm việc trực tiếp cổng vào mà thông qua đệm ảo cổng vùng nhớ tham số Việc truyền thông đệm ảo với ngoại vi giai đoạn (1) (4) CPU quản lý Khi gặp lệnh vào / hệ thống cho dừng công việc khác, chương trình xử lý ngắt để thực lệnh trực tiếp với cổng vào =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 13 KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi cơng lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động Nếu sử dụng chế độ ngắt chương trình tương ứng với tín hiệu ngắt soạn thảo cài đặt phận chương trình Chương trình xử lý ngắt thực vịng qt xuất tín hiệu báo ngắt xảy điểm vòng qt 2.4.1 Tốn hạng lập trình bản: Có phần tử lập trình bản, phần tử có cơng dụng riêng Để dễ dàng xác định phần tử gán cho mộ ký tự: - I : Dùng để ngõ vào vật lý nối trực tiếp vào PLC - Q : Dùng để ngõ vật lý nối trực tiếp từ PLC - T : Dùng để xác định phần tử định thời có PLC - C : Dùng để xác định phần tử đếm có PLC M S: Dùng cờ hoạt động bên PLC Tất phần tử (tốn hạng) có hai trạng thái ON OFF (1 0) Cuộn dây dùng để điều khiển trực tiếp ngõ từ PLC (như phần tử Q) điều khiển định thì, đếm cờ (như phần tử M, S) Mỗi dây gắn với công tắc Các cơng tắc thường mở thường đóng Các ngõ vào vật lý nối đến điều khiển lập trình (phần tử I) khơng có cuộn dây để lập trình Các phần tử dùng dạng cơng tắc mà thơi (loại thường đóng thường mở) 2.5 NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA PLC S7-200 CPU 217 2.5.1 Phương pháp lập trình : S7-200 biểu diễn mạch logic cứng dãy lệnh lập trình Chương trình bao gồm dãy tập lệnh S7 -200 thực chương trình lệnh lập trình kết thúc lập trình cuối vịng qt (scan) Một vòng quét (scan cyele) bắt đầu việc đọc trạng thái đầu vào, sau thực chương trình Vịng qt kết thúc việc thay đổi trạng thái đầu Trước bắt đầu vòng quét S7 -200 thực thi nhiệm vụ bên nhiệm vụ truyền thông Chu trình thực chương trình chu trình lặp =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 14 KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động Cách lập trình cho S7 -200 nói riêng cho PLC nói chung dựa hai phương pháp Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt LAD) phương pháp liệt kê lệnh (Statement list, viết tắt STL) Nếu có chương trình viết dạng LAD, thiết bị lập trình tự dộng tạo chương trình theo dạng STL tương ứng Ngược lại khơng phải chương trình viết dạng STL chuyển sang dạng LAD Phương pháp hình thang (LAD): LAD ngơn ngữ lập trình đồ họa, thành phần dùng LAD tương ứng với thành phần bảng điều khiển rơ le Trong chương trình LAD, phần tử dùng để biểu diễn lệnh logic sau: Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mô tả tiếp điểm rơ le Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thương đóng Cuộn dây (coil): Là biểu tượng ( ) mơ tả rơ le mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả hàm khác nhau, làm việc có dòng điện chạy đến hộp Những dạng hàm thường biểu diễn hộp thời gian (Timer), đếm (counter) hàm toán học Cuộn dây hộp phải mắc chiều dòng điện Mạng LAD: Là đường nối phần tử thành mạch hoàn thiện, từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải Đường nguồn bên trái dây pha, đường nguồn bên phải dây trung hòa đường trở nguồn cung cấp (thường dùng chương trình tiện dụng STEPT MICRO / DOS STEPT – MICRO /WIN Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng cuộn dây hộp trở bên phải nguồn =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 15 KHOA ĐIỆN TỬ Khảo sát, ứng dụng PLC S7-200 Thiết kế thi công lắp ráp mơ hình đóng mở cửa tự động 2.5.2 Phương pháp liệt kê lệnh (STL): Là phương pháp thể chương trình dạng tập hợp câu lệnh Mỗi câu lệnh chương trình, kể lệnh hình thức biểu diễn chức PLC Để tạo chương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ phương pháp sử dụng ngăn xếp logic S7- 200 (S0 � S8) Ngăn xếp logic khối gồm bit chồng lên Tất thuật toán liên quan đến ngăn xếp , làm việc với bit với bit đầu bit thứ hai ngăn xếp (S0 � S1) giá trị logic gửi vào ngăn xếp =============================================================== GVHD: BÙI THU HÀ SVTH : Nguyễn Tiền Hải Bùi Thi Đào Trần Đình Hà Bùi Thi Dung Nguyễn Văn Cảnh ... TRÚC CHƯƠNG TRÌNH: Chương trình cho S7 -200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình (main program) sau đến chương trình chương trình xử lý ngắt - Chương trình kết thúc lệnh kết thúc chương trình. .. Các chương trình nhóm lại thành nhóm sau chương trình sau đến chương trình xử lý ngắt cách viết cấu trúc chương trình rõ ràng thuận tiện việc đọc chương trình trộn lẫn chương trình chương trình. .. EEPROM Chương trình Tham số Tụ Dữ liệu Vùng đối tượng Chương trình Tham số Dữ liệu Miền nhớ ngồi Chương trình Tham số Dữ liệu 2.2.1 Vùng chương trình Là nguồn nhờ sử dụng để lưu giữ lệnh chương trình