S7-300 là PLC cỡ vừa của hóng Siemens, gồm module CPU và cỏc module được sắp xếp trờn cỏc thanh ray (rack). Mỗi rack chứa nhiều nhất 8 module (trừ module CPU và module nguồn), mỗi CPU làm việc nhiều nhất với 4 rack.
H ỡnh 3.2: Cấu hỡnh cứng của trạm PLC
3.2.2. Giới thiệu cỏc module PLC S7-300
* Module CPU: Module CPU cú chứa bộ vi xử lớ, hệ điều hành, bộ nhớ, cỏc bộ Timer, Counter, cổng truyền thụng RS485 và cú thể một cổng vào ra số. Cỏc cổng vào ra số trờn module CPU gọi là cổng vào ra OnBoard. Trong PLC S7-300 cú nhiều loại module CPU khỏc nhau, đặt tờn theo bộ vi xử lý: CPU 312, 313, 314, 315, 316, 318. CPU cú thờm cỏc hàm chức năng được gọi tờn IFM (Integrated Function Module), CPU cú cổng để nối mạng phõn tỏn gọi là DB. Trong hệ thống sử dụng module CPU 314 cú ký hiệu: 6ES7 314-1AE01-0AB0 + Module này cú:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn - Thời gian xử lớ 1 khối lệnh:0.3ms/KAW
- Sử dụng trong nối mạng MPI
Hỡnh 3.3: Hỡnh ảnh modul CPU của PLC S7-300
* Module nguồn PS : Module nguồn cho S7 -300 biến đổi tớn hiệu đầu vào 220(110)AC thành tớn hiệu 24v DC , PS của S7-300 gồm cú 3 loại:
Hỡnh 3.4: Hỡnh ảnh modul nguồn của PLC S7-300
+ PS 307-10A
6ES7 307-1KA00-OAAO
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ PS 307 5A
6ES7 307-1EA00-OAAO
Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/5A
+ PS 307 2A
6ES7 307-1bA00-OAAO
Vào 120/230vAC; Ra 24vDC/2A
* Module IM: Module IM (Interface module): Module ghộp nối, đõy là loại module chuyờn dụng cú nhiệm vụ nối từng nhúm cỏc module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lớ chung bởi một module CPU. Cỏc module mở rộng được gắn liền với nhau trờn một thanh đỡ Rack. Trờn thanh đỡ này gắn được nhiều nhất 8 module mở rộng (khụng kể CPU và nguồn nuụi). Một module CPU của S7- 300 cú thể làm việc trực tiếp với 4 rack cũn S7-400 thỡ cú thể làm việc với 8 rack. Module IM của S7-300bao gồm cỏc loại sau:
+ IM 360 IMS -6ES7 360-3AA00-0AA0 -6ES7 360-3AA01-0AA0 + IM 361 IMR -6ES7 361-3CA00-0AA0 -6ES7 361-3CA01-0AA0 + IM 365 IMS-R -6ES7 365-0AB80-0AA0 -6ES7 365-0AB81-0AA0 + IM 365 IMS-R -6ES7 365-0AB0-0AA0 -6ES7 365-0AB1-0AA0
* Module mở rộ ng SM của S7 -300: Module SM (signal module):Module mở rộng cổng tớn hiệu vào ra:
- Module DI (Digital Input): Module mở rộng cỏc cổng vào số, số cỏc cổng vào cú thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module. Ta cú một số loại module sau:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn + SM 321 DI16ì24VDC 6ES 7321-7BH00-0AB0 Điện ỏp vào cổng DI là:16(24VDC + SM 321 DI16(48 đến 125 VDC 6ES7 321-1CH80-0AB0 Điện ỏp vào cổng DI là:16(48 đến 125 VDC + SM 321 DI16ìAC120V 6ES7 321-1EH01-0AB0
Điện ỏp vào cổng DI là:16(120VAC
+ SM 321 DI16ìDC24V 6ES7 321-7BH80-0AB0 Điện ỏp vào cổng DI là:16(24VDC + SM 321 DI8ìAC120/230V 6ES7 321-1FF10-0AB0 Điện ỏp vào cổng DI là:8(120/230 VDC + SM 321DI4ìManue,Ex 6ES7 321-7RD0-0AB0 Điện ỏp vào cổng DI là:16(24DC
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Module DO(Digital Input): Module DO là module mở rộng cỏc cổng ra số, số cỏc cổng ra số mở rộng cú thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module, cú cỏc loại DO sau:
+ SM 322 DO16ìAC120V/0.5A
6ES7 322-1EH01-0AB0
Điện ỏp vào cổng DO là:16(120VAC/0.5A)
+ SM 322 DO16ìRelAC120V
6ES7 322-1HH00-0AB0
Điện ỏp vào cổng DO là:24VDC/2A,120V/2A
+ SM 322 DO16ìRelAC120V/230V
6ES7 322-1HH01-0AB0
Điện ỏp vào cổng DO là:16 Rel24VDC/2A,120V/2A,230V/2A
+ SM 322 DO32ìAC 120V/1A
6ES7 322-1EL00-0AB0
Điện ỏp vào cổng DI là:32(120VAC/1A
Hỡnh 3.6: Hỡnh ảnh module cổng ra số của PLC S7-300
- Module DI/DO: Là loại module mở rộng cỏc cổng vào ra số, số cỏc cổng vào ra số cú thể là 8 vào, 8 ra hoặc 16 vào, 16 ra tựy từng loại module. Cú cỏc loại sau:
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
+ SM 323 DI16/DO16ì24V/0.5A
6ES7 323-1BL00-0AB0
Điện ỏp vào cổng DI/DO là:DI16(24+DO16(24V/0.5A
+ SM 323 DI8/DO8ì24V/0.5A
6ES7 323-1BH00-0AB0 6ES7 323-1BH01-0AB0 6ES7 323-1BH02-0AB0 6ES7 323-1BH80-0AB0
Điện ỏp vào cổng DI/DO là:DI8(24+DO8(24V/0.5A
Hỡnh 3.7: Hỡnh ảnh module cổng vào/ra số của PLC S7-300
- Module AI (Analog Input): Module AI(analog input):là loại module mở rộng cỏc cổng vào tương tự. Nú là những bộ chuyển đổi t ương tự số 12 bit tức là mỗi tớn hiệu tơng tự được chuyển thành một tớn hiệu số cú độ dài 12 bit. Số cỏc cổng vào tương tự cú thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module.
- Module AO (Analog output): Module AO là module mở rộng cỏc cổng ra tương tự. Chỳng là những bộ chuyển đổi số t ương tự (DA). Số cỏc cổng tương tự cú thể là 2 hoặc 4 tựy từng module.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Module AO bao gồm rất nhiều loại. Vớ dụ như:
+ 6ES7 332-5TB00-0AB0
Analog output module AO2x0/4 to 20mA + 6ES7 332-5HB00-0AB0
Analog output module AO2/12 bits, + 6ES7 332-5HB81-0AB0
Analog output module AO2/12 bits, + 6ES7 332-5HB01-0AB0
Analog output module AO2/12 bits + 6ES7 332-5RD00-0AB0
Analog output module AO4x0/4 to 20mA, 15 bits, [EEx ib] + 6ES7 332-5HD00-0AB0
Analog output module AO4/12 bits + 6ES7 332-5HD01-0AB0
Analog output module AO4/12 bits + 6ES7 332-7ND00-0AB0
Analog output module 4AO/16 bits
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Module AI/AO: Là module mở rộng cỏc cổng vào /ra t ương tự. Số cỏc cổng ra tương tự cú thể là 4vào/2ra hoặc 4 vào/4ra tựy từng loại module. Module AI/AO bao gồm rất nhiều loại. Vớ dụ như:
+ 6ES7 334-0KE00-0AB0: Analog I/O module AI4/12 bits + 2AO/12 bits + 6ES7 334-0KE80-0AB0: Analog I/O module AI4/12 bits + AO2/12 bits + 6ES7 334-0CE00-0AA0: Analog I/O module AI4/8 bits + 2AO/8 bits, non- isolated, not for configuration with active bus submodules
+ 6ES7 334-0CE01-0AA0: Analog I/O module AI4/8 bits + AO2/8 bits + 6ES7 335-7HG00-0AB0: Analog I/O module AI4/14 bits + 4AO/12 bits + 6ES7 335-7HG01-0AB0: Analog I/O module AI4/14 bits + AO4/12 bits
e. Module chức năng FM (Function Module): Module cú chức năng điều khiển riờng, vớ dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vũng kớn…
Hỡnh 3.9: Hỡnh ảnh module FM của PLC S7-300
g. Module CP (Communication): module phục vụ truyền thụng trong mạng giữa cỏc PLC với nhau hoặc giữa cỏc PLC với mỏy tớnh.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Hỡnh 3.10: Hỡnh ảnh module CP của PLC S7-300
3.2.3. Cấu trỳc bộ nhớ CPU
Bộ nhớ của S7- 300 được chia làm 3 vựng chớnh:
1. Vựng chứa chương trỡnh ứng dụng. Vựng nhớ chương trỡnh được chia thành 3 miền:
- OB (Organisation bok) Miền nhớ chương trỡnh tổ chức
- FC (Funtion): Miền nhớ chương trỡnh tổ chức thành hàm cú biến hỡnh thức để trao đổi dữ liệu với chương trỡnh đó gọi nú.
- FB (Funtion blok): Miền nhớ chương trỡnh con, được tổ chức thành hàm cú khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trỡnh nào khỏc. Cỏc dữ liệu này phải xõy dựng thành một khối dữ liệu riờng (gọi là DB – Data blok)
2. Vựng chứa tham số của hệ điều hành và chương trỡnh ứng dụng, được phõn chia thành 7 miền khỏc nhau, bao gồm
- I (Process image input): Miền cỏc dữ liệu cổng vào số. trước khi bắt đầy thực hiện chương trỡnh, PCL sẽ đọc giỏ trị logic của cỏc cổng đầu vào và cất giữ trong vựng nhớ I. Thụng thường chương trỡnh ứng dụng khụng đọc trực tiếp trạng thỏi logic của cổng vào mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ nhớ I.
- Q (Process image output): Miền bộ nhớ đệm cỏc cổng ra số. Kết thỳc giai đoạn thực hiện chương trỡnh, PCL sẽ chuyển giỏ trị logic của bộ đệm Q tới cỏc
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn cổng ra số. thụng thường chương trỡnh khụng trực tiếp gỏn giỏ trị tới cổng ra mà chỉ chuyển chỳng vào bộ đệm Q.
- M: miền cỏc biến cờ. Chương trỡnh ứng dụng sử dụng vựng nhớ này để lưu giữ cỏc tham số cần thiết và cú thể truy nhập theo bits (M), bytes (MB), từ (MW) hay từ kộp (MD).
- T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giỏ trị thời gian đặt trước (PV – Preset value), giỏ trị đếm thời gian tức thời (CV – Current value) cũng như giỏ trị logic thời gian của bộ thời gian
- C: miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu trữ giỏ trị đặt trước (PV – Preset value) giỏ trị đ ếm tức thời (CV – Current value) cũng như giỏ trị logic thời gian của bộ đếm
- PI: Miền địa chỉ cổng vào của cỏc Module tương tự (I/O External intput). Cỏc giỏ trị tương tự tại cổng vào của Module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trỡnh ứng dụng cú thể truy nhập miền nhớ PI theo từng bytes (PIB), từng từ (PIW) hoặc theo từng từ kộp (PID).
- PQ: Miền địa chỉ ra cho cỏc module tương tự. chương trỡnh ứng dụng cú thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng bytes (PQB), từng từ (PQW) hoặc theo từng từ kộp (PQD).
3. Vựng chứa cỏc khối lượng dữ liệu được chia thành 2 loại.
- DB (Data blok): Miền chứa cỏc dữ liệu được tổ chức thành khối. kớch thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định phự hợp với từng bài toỏn điều khiển. chương trỡnh cú thể truy nhập miền này theo từng bits(DBX), bytes(DBB), bytes (DBW) hoặc từ kộp (DBD).
- L (Local data blok) Miền dữ liệu địa phương, được cỏc khối chương trỡnh OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho cỏc biến nhỏp tức thời và trao đổi dữ liệu cảu biến hỡnh thức với những khối lượng chương trỡnh đó gọi nú. Nội dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này bị xúa khi kết thỳc chương trỡnh tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này cú thể truy nhập từ chương trỡnh theo bits (L), bytes (LB), từ (LW) hoặc từ kộp (LD).
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.3. Phần mềm STEP 7
3.3.1. Chức năng của phần mềm STEP 7
- Khai bỏo cấu hỡnh cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400
- Xõy dựng cấu hỡnh mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng nh ư thủ tục truyền thụng giữa chỳng.
- Soạn thảo và cài đặt chương trỡnh điều khiển cho một hoặc nhiều trạm.
- Quan sỏt việc thực hiện ch ương trỡnh điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối chơng trỡnh.
Ngoài ra Step 7 cũn cú cả một thư viện đầy đủ với cỏc hàm chuẩn hữu ớch, phần trợ giỳp Online rất mạnh cú khả năng trả lời mọi cõu hỏi của ngời sử dụng về cỏch sử dụng Step 7, về cỳ phỏp lệnh trong lập trỡnh về xõy dựng cấu hỡnh cứng của một trạm, của một mạng gồm nhiều trạm PLC…
3.3.2. Ngụn ngữ lập trỡnh
Cỏc loại PLC núi chung thường cú nhiều ngụn ngữ lập trỡnh nhằm phục vụ cỏc đối tượng sử dụng khỏc nhau. PLC Step 7-300 cú 3 ngụn ngữ lập trỡnh cơ bản đú là:
- Ngụn ngữ “liệt kờ lệnh” -STL Statement list. Đõy là dạng ngụn ngữ lập trỡnh thụng thờng của mỏy tớnh. Một chơng trỡnh đợc ghộp bởi nhiều cõu lệnh theo một thuật toỏn nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều cú cấu trỳc chung “Tờn lệnh” + “toỏn hạng”.
- Ngụn ngữ “hỡnh thang” – LAD (ladder logic). Đõy là dạng ngụn ngữ đồ họa thớch hợp với những ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic.
- Ngụn ngữ “hỡnh khối” – FBD (function block diagram). Đõy cũng là ngụn ngữ đồ họa dành cho ngời cú thúi quen thiết kế mạch điều khiển số.
Ngụn ngữ STL bao hàm cả ngụn ngữ LAD và FBD, từ LAD hoặc FBD cú thể chuyển sang được dạng STL nhưng ngược lại thỡ khụng. Trong STL cú nhiều lệnh khụng cú trong LAD hay FBD.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.3.3. Cỏc bước thực hiện để viết một chương trỡnh điều khiển - Khai bỏo phần cứng: - Khai bỏo phần cứng:
Bước 1: Vào SIMATIC manager /File /New(Vào một Project mới ).
hoặc vào File/Open( Với trường hợp mở một Project cú sẵn).
Bước 2: Vào Insert/Station/Simatic 300-Hardware. Bước 3: Kớch đỳp vào Hardware-Simatic 300(1).
+ Rack- Rail
+Chọn nguồn –PS thớch hợp + Chọn CPU
+Chọn SM: DI; DO; DI/DO; AI; AO; AI/AO.
Trường hợp khụng muốn khai bỏo cấu hỡnh cứng mà đi ngay vào chương trỡnh ứng dụng, ta chọn : Insert/ Program/S7 Program.
Chương trỡnh cho S7 -300 được lưu trong bộ nhớ c ủa PLC ở vựng dành riờng cho chương trỡnh và cú thể được lập với 2 dạng cấu trỳc khỏc nhau.
- Lập trỡnh tuyến tớnh (linear programming): Kỹ thuật lập trỡnh tuyến tớnh là phương phỏp lập trỡnh mà toàn bộ ch ương trỡnh ứng dụng sẽ c hỉ nằm trong một khối OB1. Kỹ thuật này cú ưu điểm là gọn, rất phự hợp với những bài toỏn điều khiển đơn giản, ớt nhiệm vụ.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Do toàn bộ chương trỡnh điều khiển chỉ nằm trong khối OB1, nờn khối OB1 sẽ gần như là được thường trực trong vựng nhớ Work memory, trừ trường hợp khi hệ thống phải xử lý cỏc tớn hiệu bỏo ngắt. Ngoài khối OB1 trong vựng nhớ Work memory cũn cú miền nhớ địa ph ương( Local Block ) cấp phỏt cho OB1 và những khối DB được OB1 sử dụng.
- Local Block của OB1 : Khi thực hiện khối OB1, hệ điều hành luụn cấp một Local Block cú kớch thước mặc định là 20 Bytes trong Work memory để OB1 cú thể lấy được những dữ liệu từ hệ điều hành. Mặc dự kớch thước chỉ là 20 Bytes mặc định, nhưng người sử dụng cú thể mở rộng local block để sử dụng thờm cỏc biến nhớ cho chương trỡnh. Tuy nhiờn, phải để ý rằng do loacl block được giải phúng ở cuối mỗi vũng quột và được cấp lại ở đầu vũng quột sau, nờn cỏc giỏ trị cú trong local block củ a vũng quột trước cũng bị mất khi bắt đầu vũng quột mới. Do đú, tốt nhất chỉ nờn sử dụng local block cho việc lưu giữ cỏc biến nhỏp tạm thời trong tớnh toỏn của một vũng quột. Cỏch sử dụng local block giống với sử dụng vựng biến cờ M( Bit memory)
- Lập trỡnh cú cấu trỳc: Phương phỏp lập trỡnh cú cấu trỳc (Structur e Programming): là phương phỏp lập trỡnh mà ở đú toàn bộ chương trỡnh điều khiển được chia thành cỏc khối FC hay FB mang một nhiệm vụ cụ thể riờng và được quản lý chung từ những khối OB (xem hỡnh 3.12). Kiểu lập trỡnh này rất phự hợp cho bài toỏn điều khiển phức tạp, nhiề u nhiệm vụ cũng như cho việc sửa chữa, rỡ rối sau này .
PLC S7 –300 cú 4 loại khối cơ bản:
- Loại khối OB(Organization Block) : là khối tổ chức và quản lý chương trỡnh điều khiển như: OB1, OB35, OB40…
- Loại khối FC(Program block ): là khối chương trỡnh với những chức năng riờng giống như một chương trỡnh con hoặc một hàm như: FC1, FC2…
- Loại khối FB( Function block): là loại khối FC đặc biệt cú khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với cỏc khối chương trỡnh khỏc. Cỏc dữ liệu này phải đ ược tổ