Do an dieu khien PLCS7 200
Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƯƠNG TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN 2 ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM PLC S7_200 SIEMENS GVHD: TRẦN THIỆN TƯỜNG SVTH : PHẠM CÔNG THIÊN LÊ THỊ HOÀI THƯƠNG TRẦN VĂN THỊNH TRẦN QUANG THỊNH NGUYỄN VĨNH THỌ TRẦN HUY TÂM LỚP : TỰ ĐỘNG HÓA Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013 GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 1 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PLC Điều khiển tự động không còn mới mẻ trên thế giới. Nó đã có mặt từ rất sớm từ khi nền khoa học công nghệ của con người có những tiến bộ đầu tiên. Bắt đầu từ việc con người không thỏa mãn những nhu cầu trong sinh hoạt và lao động sản xuất, những ứng dụng điều khiển tự động đầu tiên đã ra đời để thỏa mãn những nhu cầu đó. Tiếp theo là trong quá trình phân công lao động đã đẩy ngành Điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của ngành Điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người,kết hợp với nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác.Trong nông nghiệp,Trong công nghiệpTrong sinh hoạt……………… PLC ngày càng có nhiều ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp nhờ vào các tính năng ưu việc mà nó có được: PLC có khả năng thay thế hoàn toàn các phương pháp điều khiển trước đây, khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự kích hoạt, đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyền công nghiệp… Để hiểu rõ về bộ điều khiển lập trình PLC này nhóm em đã chọn đề tài “MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM PLC S7_200 – CPU224 SIEMENS”. Trong quá trình tìm hiểu và hoàn thành đề tài, nhóm đã có nhiều cố gắng tìm hiểu và học hỏi những kiến thức cần thiết để hoàn thành tốt đề tài. Tuy nhiên, do thời gian nghiên cứu có hạn và kiến thức chúng em còn có nhiều hạn chế, có nhiều sai sót, mong được sự thông cảm của quý thầy cô. GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 2 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành đề tài, nhóm đã nhận được nhiều sự giúp đỡ của quý Thầy Cô và các bạn. Nhóm xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa Điện - Điện tử đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm có thời gian và điều kiện mọi mặt để nghiên cứu. Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn Giáo viên hướng dẫn của Thầy Trần Thiện Tường đã truyền đạt những kiến thức về chuyên ngành rất bổ ích và cần thiết để nhóm hoàn thành tốt đề tài này. GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 3 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nhận xét của giáo viên phản biện: GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 4 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MỤC LỤC Giới thiệu sơ lượt về PLC .2 GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 5 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC Lời cảm ơn .3 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn .4 Nhận xét của giáo viên phản biện 5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PLC .7 1/ KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 7 2/CẤU HÌNH HỆ THỐNG .12 3/CẤU TRÚC BỘ NHỚ .17 4/ LẬP TRÌNH PLC 23 5/ CÁC MODULE MỞ RỘNG .38 CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM PLC .45 1/ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM PLC .45 CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM STEP7- MICROWIN32 .46 1/GIAO DIỆN PHẦN MỀM 46 2/ LẬP TRÌNH TUYẾN TÍNH VÀ CẤU TRÚC 51 3/CÁC BƯỐC ĐỂ LẬP TRÌNNH CHO MỘT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO PLC S7-200……………………………………………52 4/ TẬP LỆNH TRONG S7-200 54 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BÀI TẬP ƯNG DỤNG CỦA PLC………………… 89 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .93 CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 CHƯƠNG I SƠ LƯỢC VỀ PLC GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 6 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC 1 KHÁI NIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN: Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử. Nó được dùng để vận hành một quá trình hoặc một hoạt động chế tạo một cách ổn định, chính xác và thông suốt. Nó hoạt động dưới bất kỳ những thức nào và khác nhau trong phạm vi của thiết bị, từ cung cấp năng lượng đến một thiết bị bán dẫn. Ngày nay việc tăng nhanh công nghệ cũng như nhu cầu tự động hoá rất cao, đặc biệt là trong công nghiệp, công việc điều khiển rắc rối phức tạp được hoàn thành với một hệ tự động hóa cao. Thiết bị mà có thể phục vụ cho việc điều khiển này một cách thông minh, chính xác thì phải cần nói đến là PLC. - PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC là thiết bị dieu khien lập trình được, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp. Là một hệ thống tự động, ngoài các tín hiệu nối kết đến các đường thiết bị ( như là các bảng điều khiển, motor, sensor, ….) PLC còn có khả năng chuyển giao mạng, nghĩa là các PLC sẽ nối lại với nhau theo chuẩn giao tiếp của từng loại PLC và vì vậy có thể cho phép xử lý một hệ thống lớn và xử lý kết hợp. 1.1. PLC ( PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER ): PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với bài toán đơn giản hay phức tạp. Ngoài ra còn có các bộ ghép mở rộng cho phép ghép nhiều bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất. Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất cứ loại PLC nào đều cũng có cấu trúc như hình sau : GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 7 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC + Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON thì ngõ vào số được coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trang thái OFF thì ngõ vào có thể được coi như ở mức logic 0 hay mức logic thấp. + Ngõ ra số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Các ngõ ra này thường được nối ra để điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu… + Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thương là nút nhấn, cảm biến. 1.2. Nguyên lý hoạt động của PLC :PLC là bộ điều khiển mà tùy thuộc vào người sử dụng nó có thể thực hiện một loạt hay trình tự các sự kiện, các sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là cổng vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trể như thời gian định thời hay các sự kiện được đếm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát đến các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. Một khi một sự kiện được kích hoạt, thật sự là nó bật ON hay OFF thiết bị bên ngoài hay còn gọi là thiết bị vật lý ( các thiết bị này gắn vào cổng ra của nó ) . Như vậy chúng ta có thể hiểu rằng PLC là một bộ “điều khiển logic theo chương trình “. Ta chỉ cần thay đổi chương trình cài đặt trong PLC là PLC có thể thực hiện được các chức năng khác nhau, điều khiển trong những môi trường khác nhau. Cấu trúc PLC có thể được phân thành các thành phần như hình vẽ: GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 8 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC - Đơn vị xử lý trung tâm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát đến các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. - Hệ thống Bus: Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: + Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau. + Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu. + Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC . - Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song. - Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC . Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế. - Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O . Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 Power Supply Input Interface Central Processing Unit ( CPU) Memory Output Interface 9 Đồ án 2 Mô hình thí nghiệm PLC thống. - Bộ nhớ: + PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp : Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay. + Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ . Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc . Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 - 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng . + RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất . Để tránh tình trạng này, các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn . + EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM. + EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới hạn. Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy GVHD: Trần Thiện Tường Nhóm Tự Động Hóa K35 10 . vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC là thiết bị dieu khien lập trình được, được thiết kế chuyên dùng. này có khả năng chứa 2000 - 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng . + RAM (Random Access Memory )