4. Ph−ơng pháp nghiên cứu
3.2.2.Thiết bị điều khiển PLC S7-200 CPU224 [4]
1. Cấu trúc phần cứng
S7 - 200 là thế hệ PLC cỡ nhỏ do hãng Siemens (CHLB Đức) sáng chế ra, nó có cấu trúc kiểu module và các module mở rộng. Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau, phù hợp với các ứng dụng tự động hoá mà dòi hỏi chi phí thấp. Thế hệ Simatic S7 - 200 ngày nay rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao.
thụ lớn nhất là từ 110 - 700mA) tuỳ thuộc cấu tạo từng loại CPU riêng biệt, t−ơng ứng với các nguồn nuôi đó thì đầu ra của nó có thể là 24V DC hay đầu ra rơle
Đầu vào của PLC là điện áp 24V DC với dòng từ 80mA tới 900mA. Số đầu vào ra tuỳ thuộc từng loại CPU nó xê dịch từ 6/4 tới 24/16 đầu vào/ra. Khả năng ghép nối module mở rộng phụ thuộc từng loại CPU, nhiều nhất là 7 module. Cho phép l−u ch−ơng trình trong một thời gian nhất định từ 50 giờ tới 190 giờ, còn khi có pin có thể l−u ch−ơng trình tới 200 ngày.
CPU của Simatic S7 - 200 có hai thế hệ, thế hệ ban đầu khi mới xuất hiện SIMENS có dòng CPU 21x gồm có bốn loại CPU với tính năng riêng biệt. Sau này SIMENS đ−a ra thế hệ CPU mới 22x cũng có bốn loại gần t−ơng tự với thế hệ đầu nh−ng có bổ sung một số tính năng mới. Vì vậy để đáp ứng mục đích của việc điều khiển, ở đây chúng tôi chọn loại CPU 224.
ắ Mô tả các đèn báo trên CPU:
Hình3.9: Mô hình phần cứng CPU224 Đèn báo Cổng truyền thông Đầu ra Đầu vào Nối Modul mở rộng Nguồn vào Hộp công tắc
- I 0.0 ữ I 1.5: Đèn xanh ở cổng vào chỉ trạng thái tức thời của cổng - Q 0.0 ữ Q1.1: Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Các đèn SF, RUN, STOP là các đèn báo chế độ làm việc của PLC:
- Đèn đỏ SF: báo hiệu hệ thống PLC có h− hỏng - Đèn xanh RUN: báo hiệu PLC đang làm việc - Đèn vàng STOP: chỉ định PLC đang ở chế độ dừng
ắ Đặc điểm của CPU 224 hiệu năng cao: - Bộ nhớ ch−ơng trình: 8Kb
- Bộ nhớ dữ liệu: 5Kb - Tốc độ xử lý logic 0,37μs
- Ngôn ngữ ch−ơng trình: LAD, FBD, STL - Bảo vệ ch−ơng trình: 3 mức password bảo vệ
- 256 bộ đếm: 6 bộ đếm tốc độ cao (30khz), bộ đếm A/B, có thể sử dụng đếm tiến, đếm lùi hoặc cả đếm tiến và đếm lùi.
- 128 bộ Timer chia làm 3 loại có độ phân giải khác nhau: 4 bộ timer 1ms, 16 bộ timer 10ms, 236 bộ timer 100ms.
- Với kích th−ớc nhỏ gọn dài x rộng x cao = 120,5 x 80 x 62mm với trọng l−ợng 360g tiết kiệm không gian tủ. Dùng để kết nối trực tiếp với cảm biến và bộ mã hoá với dòng điện 280mA có thể đ−ợc sử dụng nh− một dòng điện tải.
- Tích hợp đầu vào/ra số: 14 đầu vào và 10 đầu ra
- Có tối đa 94 đầu vào số, 74 đầu ra số, 28 đầu vào t−ơng tự, 7 đầu ra t−ơng tự với 7 module mở rộng t−ơng tự và số.
- Chế độ ngắt và xử lý ngắt: Ngắt truyền thông và ngắt theo s−ờn lên hoặc s−ờn xuống của xung, ngắt của bộ đếm tốc độ cao.
- Giao diện có khả năng lập trình sử dụng (Free Port) với khả năng xử lý ngắt đối với việc trao đổi chuỗi dữ liệu với các thiết bị không phải của Siemens. Cáp PC/PPI có thể đ−ợc sử dụng nh− một chuẩn nối tiếp RS232/RS485
có thể đ−ợc sử dụng). Các đầu vào ngắt, cho phép PLC phản ứng với tốc độ cao đối với các biến tăng hoặc giảm của các tín hiệu xử lý
- Hai xung đầu ra tần số cao (max, 20KHz) sử dụng trong việc xác định vị trí và kiểm soát tốc độ mô tơ điều chỉnh theo tần số và mô tơ b−ớc thông qua các mạch điện
- Chức năng kiểm tra và chuẩn đoán: Chức năng này hỗ trợ cho việc kiểm tra và chuẩn đoán để dễ sử dụng. Ch−ơng trình đầy đủ đ−ợc chạy theo số l−ợng chu kỳ xác định tr−ớc và đ−ợc phân tích. Thiết bị bên trong nh− bit nhớ, bộ định thời, bộ đếm, đ−ợc ghi cùng một lúc tối đa là 124 chu kỳ. Các đầu vào/ra có thể đ−ợc cài đặt độc lập theo chu kỳ và vì thế th−ờng xuyên kiểm tra ch−ơng trình của ng−ời sử dụng.
- Các ch−ơng trình có thể đ−ợc biên tập, sửa đổi có thể tải vào CPU chỉ bằng một cái kích chuột, mà ch−ơng trình đang sử dụng không bị ngắt
- CPU 224 không thể lập trình bằng việc sử dụng Step7- Micro/Dos. Để lập trình thông qua bộ giao diện nối tiếp của thiết bị lập trình/PC, đòi hỏi một cáp PC/PPI Khi sử dụng phần mềm lập trình STEP7- Micro/Win32, việc lập trình có thể thông qua SIMATIC CPs CP551 hoặc CP5611 (see SIMATIC NET) hoặc giao diện MPI của thiết bị lập trình. Điều này làm tăng tối đa tốc độ truyền chấp nhận đ−ợc lên đến 187,5Kbit/s.
2. Cấu trúc bộ nhớ
Toàn bộ ch−ơng trình điều khiển đ−ợc l−u vào bộ nhớ của S7 - 200. Bộ nhớ S7 -200 đ−ợc chia làm bốn vùng và đ−ợc ghép nối với một tụ điện có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7 - 200 có tính năng động cao, đọc và ghi đ−ợc trong toàn vùng trừ vùng nhớ đặc biệt đ−ợc ký hiệu là SM (Special Memory) có thể truy nhập để đọc.
ắ Vùng ch−ơng trình: Là miền bộ nhớ đ−ợc sử dụng để l−u giữ các lệnh trong ch−ơng trình chính. Vùng này thuộc kiểu non-volanle (là vùng nhớ để l−u ch−ơng trình thuộc miền nhớ đọc/ghi đ−ợc mà không bị mất dữ liệu nhờ có giao
diện EEPROM) đọc ghi đ−ợc.
ắ Vùng tham số: Là vùng l−u giữ các tham số nh− địa chỉ trạm, từ khoá… vùng này thuộc kiểu non - volatile đọc ghi đ−ợc.
ắ Vùng dữ liệu: Đ−ợc sử dụng để cất giữ các dữ liệu của ch−ơng trình bao gồm kết qủa, các phép tính, hằng số đ−ợc định nghĩa trong ch−ơng trình, bộ đệm trong truyền thông… nó là miền nhớ động có thể đ−ợc truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từ kép.
Vùng dữ liệu đ−ợc chia làm những miền nhớ nhỏ với những công cụ khác nhau. Chúng đ−ợc ký hiệu bằng các chữ cái đầu tiên của tiếng Anh đặc cho công dụng của chúng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
V - Variable memory (miền nhớ)
I - Input image register (bộ đệm cổng vào) O - output image register (bộ đệm cổng ra) M - Internal memory bits (vùng nhớ nội) SM - Special memory bits (vùng nhớ đặc biệt)
ắ Vùng đối t−ợng: Đ−ợc sử dụng để l−u giữ dữ liệu cho các đối t−ợng lập trình nh− các giá trị tức thời, giá trị đặt tr−ớc bộ đệm, hay timer. Dữ liệu kiểu đối t−ợng bao gồm các thanh ghi của timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra t−ơng tự và các thanh ghi Accumunlator (AC). Vùng này không thuộc kiểu non - volatile nh−ng đọc/ghi đ−ợc và chúng có thể đ−ợc truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từ kép.
3. Thực hiện ch−ơng trình
PLC thực hiện ch−ơng trình theo một chu trình lặp mỗi vòng lặp là một vòng quét (Scan cycle). Mỗi vòng quét đ−ợc bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đếm ảo, tiếp đến là giai đoạn thực hiện ch−ơng trình sau đó là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi, kết thúc vòng quét là giai đoạn chuyển nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng. Trong từng vòng quét ch−ơng trình đ−ợc thực hiện bằng lệnh đầu tiên và lệnh kết thúc tại
lệnh kết thúc (MEND). Thời gian quét phụ thuộc độ dài của ch−ơng trình, không phải vòng quét nào thời gian quét cũng bằng nhau mà nó phụ thuộc các lệnh thoả mãn trong ch−ơng trình. Trong thời gian thực hiện vòng quét nếu có tín hiệu báo ngắt ch−ơng trình sẽ dừng lại để thực hiện xử lý ngắt, tín hiệu báo ngắt có thể thực hiện ở bất kỳ giai đoạn nào.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra. Thông th−ờng các lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua các bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong giai đoạn đầu và cuối do CPU đảm đ−ơng.