D. Phương pháp nghiên cứu
F. Ứng dụng và nhu cầu thực tế của đề tài
3.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200
a) Đọc dữ liệu đầu vào:
Đọc các trạng thái vật lý (Input) vào bộđệm ảo (IR – Input Register).
b) Thực thi chương trình:
CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chương trình phần mềm, kết quảđược lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộđệm ảo đầu ra (OR – Output Register).
c) Xử lý các yêu cầu truyền thông (option):
Nếu có yêu cầu truyền thông và xử lý ngắt.
d) Tự chuẩn đoán lỗi:
CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong ROM, các vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng.
e) Xuất kết quảởđầu ra:
CPU đọc kết quả từ OR, và xuất kết quả ra các cổng vật lý.
Một sốlưu ý:
Đầu vào số
Nếu không dùng tính năng I (Immediately) thì dữ liệu đầu vào được cập nhật tại bộđệm ảo.
Nếu dùng tính năng này, chương trình bỏ qua bộđệm ảo. Đầu vào tương tự
Nếu bỏ qua tính năng lọc tương tự, thì chương trình sẽ lấy trục tiếp dữ liệu tại cỗng vật lý.
Mô tả vòng quét:
Hình 3.8Chu kỳ quét S7 – 200
Đọc tín hiệu ngõ vào: Sao chép trạng thái của các ngõ vào vật lý vào bộ đệm ngõ vào. Ngõ vào có thể là Digital inputs hoặc Analog inputs.
Thực thi chương trình: S7 – 200 thực hiện các lệnh trong chương trình và lưu giá trị vào vùng nhớ. Khi thực hiện chu kỳ quét thì lệnh được thực thi từđầu đến cuối. Nếu có sử dụng ngắt trong chương trình thì nó không được thực thi ở chu kỳ quét bình thường, nó được thực hiện khi có sự kiện ngắt tại bất kỳ thời điểm nào của chu kỳ quét.
Xử lý bất kỳ yêu cầu truyền thông nào: Trong chu kỳ quét, S7 – 200 xử lý bất kỳ thông tin nào nhận được từ cổng truyền thông hoặc các module truyền thông.
Thực hiện tự chuẩn đoán CPU: S7 – 200 tự kiểm tra để đảm bảo phần firmware, bộ nhớ chương trình, và bất kỳ các module mở rộng nào đang làm việc đúng.
Xuất ra ngõ ra: Các giá trịđược lưu trong vùng đệm ngõ ra sẽđược xuất ra các ngõ ra vật lý. Read Inputs (Đọc tín hiệu ngõ vào) Update Outputs (Cập nhật đầu ra) Execute Program (Thực thi chương trình) Diagnnostics Communicaitons
(Tự động kiểm tra vàtruyền
3.3.2Truy cập dữ liệu tại các vùng nhớ của S7-200 3.3.2.1Truy cập dữ liệu trực tiếp 3.3.2.1Truy cập dữ liệu trực tiếp
a. Truy cập theo bít
b. Truy cập theo byte
MSB LSB
VB100
c. Truy cập theo Word (từ)
MSB LSB 7 VB100 0 Địa chỉ theo bit Dấu phân cách (bắt buộc) Địa chỉ byte nhớ Tên vùng nhớ 1 2 . 4 1 2 3 4 5 6 7 8 Byte 0 Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5 Địa chỉ byte cao Kiểu truy cập Tên vùng nhớ V W 100 V B 100 Địa chỉ byte Kiểu truy cập Tên vùng nhớ
VW100
d. Truy cập theo Double Word (từ kép)
MSB LSB
31 VB100 23 VB101 16 15 VB102 8 7 VB103 0
3.3.2.2Phân chia vùng nhớ trong S7-200 a. Vùng đệm ảo đầu vào (I;I0.0-I15.7)
CPU sẽ truy cập các đầu vào vật lý tại đầu mỗi chu kỳ quét và ghi dữ liệu vào bộđệm ảo.
Định dạng truy cập:
Bit: I[byte address].[bit address] I0.1
Byte, Word, or Double Word I[size][starting byte address] IB4
b. Vùng đệm đầu ảo ra (Q;Q0.0-Q15.7)
Cuối mỗi chu kỳ quét, CPU S7-200 sẽ truy cập dữ liệu từ bộ đệm ảo xuất ra các đầu ra vật lý.
Định dạng truy cập:
Bit: Q[byte address].[bit address] Q1.1
Byte, Word, or Double Word Q[size][starting byte address] QB5
c. Vùng nhớ biến (V;VB0-VB5119)
Vùng nhớ này thường đểlưu các kết quả trung gian của chương trình. Định dạng truy cập: 15 VB100 8 7 VB101 0 Địa chỉ byte cao Kiểu truy cập Tên vùng nhớ V D 100 VD100
Bit: V[byte address].[bit address] V10.2 Byte, Word, or Double Word V[size][starting byte address] VW100
d. Vùng nhớ bít (M;M0.0-M31.7)
Vùng nhớ này thường đểlưu các kết quả trung gian của một thao tác hoặc các thông tin điều khiển khác.
Định dạng truy cập:
Bit: M[byte address].[bit address] M26.7
Byte, Word, or Double Word M[size][starting byte address] MD20
e. Vùng đếm bộ nhớ tốc độ cao (HC;HC0-HC5)
Bộđếm tốc độ cao hoạt động độc lập với chu kỳ quét của PLC. Current value là một giá trị đếm 32bit có dấu, là giá trị chỉ đọc và được gán địa chỉ dưới dạng double word.
Định dạng truy cập:
Format: HC[high-speed counter number] HC1
f. Vùng nhớ thời gian (T;T0-T225)
Vùng nhớ này dành cho các bộ thời gian của S7-200. Đối với một bộ Timer có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Timer bit hoặc Current Value. Định dạng truy cập:
Format: T[timer number] T24
Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Timer bit hay Current value.
g. Vùng nhớ bộđếm (C;C0-C225)
Vùng nhớ này dùng cho các bộ đếm của S7-200. Đối với một bộ Counter có hai hình thức truy cập vùng nhớ, truy cập theo Counter bit hoặc Current value. Định dạng truy cập:
Tùy theo lệnh sử dụng trong chương trình mà cho phép ta truy cập theo Counter bit hay Current value.
h. Vùng nhớ thanh ghi tổng (AC;AC0-AC3)
Thanh ghi tổng thường được dùng để truyền tham số vào và ra cho các thủ tục, lưu trữ các kết quả trung gian của một phép tính.
Định dạng truy cập:
Format: AC[accumulator numbet] AC0
i. Vùng nhớđặc biệt (SM)
Vùng nhớ này cung cấp các bit truyền thông giữa CPU và chương trình. Các bit này được dùng để lựa chọn và điều khiển một số chức năng đặc biệt của CPU S7-200.
Định dạng truy cập:
Bit: S[byte address].[bit address] S3.1
Byte, Word, or Double Word S[size][starting byte address] SB4
j. Vùng nhớđầu vào tương tự (AL)
S7-200 chuyển một giá trịtương tự thành một giá trị sốcó độ lớn 16bit. Do độ lớn dữ liệu truy cập là một từ, mặc khác khi truy cập đầu vào tương tự luôn sử dụng định dạng theo từ, do vậy địa chỉ byte cao luôn là số chẵn. Ví dụ ALW0, ALW2, ALW4. Giá trịđầu vào analog dưới dạng chỉđọc.
Định dạng truy nhập:
Format: AIW[starting byte address] AIW4
k. Vùng nhớđầu ra tương tự (AQ)
S7-200 chuyển một giá trị số có độ lớn 16 bit thành một giá trị tương tự dưới dạng dòng điện hoặc điện áp tỷ lệ với giá trị đó. Do độ lớn giá trị chuyển đổi là một từ, nên địa chỉ byte cao luôn là số chẵn. Ví dụ: AQW0, AQW2, AQW4. Giá trị đầu ra analog dưới dạng chỉ ghi.
Định dạng truy cập:
Format: AQW[starting byte address] AQW4
3.3.2.3Truy cập dữ liệu gián tiếp thông qua con trỏ a. Con trỏ (Pointer)
Là một ô nhớcó kích thước một từ kép (double word) chứa địa chỉ của một ô nhớ khác. Khi ta truy cập vào ô nhớ của con trỏ có nghĩa ta đang đọc địa chỉ của ô nhớ mong muốn.
Có 3 vùng nhớ trong S7-200 cho phép dùng làm con trỏ: V,L, AC1, AC2, AC3.
S7-200 cho phép dùng con trỏđể truy cập các địa chỉ nhớ AL, AQ, HC, SM, L và địa chỉ dưới dạng bit.
S7-200 cho phép dùng con trỏđể truy cập các địa chỉ nhớ sau: I, Q, V, M, S, T (timer value), C (current value).
Khi sử dụng cách truy cập thông qua con trỏ, trong S7-200 sử dụng 2 ký tự&và *.
Ký tự&: dùng để khởi tạo con trỏ.
Ví dụ: MOVD & VB200, AC1.
Chuyển địa chỉ VB200 (không chuyển nội dung) vào thanh ghi AC1. Thanh ghi AC1 trở thành con trỏ.
Ký tự*: dùng để truy cập nội dung ô nhớ có địa chỉ chứa trong con trỏ.
Ví dụ: MOVB *AC1, VB200.
Chuyển nội dung ô nhớ có địa chỉ lưu trong con trỏ AC1 vào ô nhớ có địa chỉ VB200.
b. Lưu ý: đểthay đổi nội dung con trỏ
Nếu truy cập theo byte: Tăng nội dung con trỏ lên 1. Nếu truy cập theo word: Tăng nội dung con trỏ lên 2.
Nếu truy cập theo double word: Tăng nội dung con trỏ lên 4.
3.3.2.4Lựa chọn ngôn ngữ lập trình
Trong S7-200 cho phép lựa chọn 3 ngôn ngữ lập trình: Ngôn ngữ LADDER (LAD).
Ngôn ngữ STL. Ngôn ngữ FBD.
Ba ngôn ngữ này về mặt hình thức có thể chuyển đổi lẫn cho nhau. Việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình là tùy theo thói quen, sở thích cũng như kinh nghiệm của người sử dụng.
a. Ngôn ngữ LADDER
Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở sơ đồ trang bị điện, việc kết nối lập trình đồ họa giống với việc thiết lập các sơ đồ relay-contactor. Một chương trình nguồn viết bằng LAD được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một công việc nhỏ.
S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lập lại ở vùng quét tiếp theo.
Hình 3.9 Lập trình bằng ngôn ngữ LADDER
b. Ngôn ngữ STL
Là ngôn ngữ lập trình dưới dạng Text gần giống với ngôn ngữ lập trình trong vi điều khiển và vi xử lý, là một ngôn ngữ mạnh cho phép tạo ra một chương trình mà LAD và FBD rất khó tạo ra. Một chương trình viết dưới dạng STL được tổ chức thành các network, mỗi network thực hiện một công việc nhỏ. S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, sau đó lập lại vòng quét tiếp
theo.
Hình 3.10 Lập trình bằng ngôn ngữ STL
c. Ngôn ngữ FBD
Là ngôn ngữ lập trình đồ họa dựa trên cơ sở kết nối các khối hàm, sử dụng các ký hiệu logic giống với đại số boolean. Các hàm toán học phức tạp cũng được thể hiện dưới dạng khối với các đầu vào đầu ra thích hợp.
S7-200 đọc chương trình từ trên xuống dưới, từ trái qua phải, sau đó lặp lại ở vòng quét tiếp theo.
CHƯƠNG 4: KẾT NỐI VÀ ĐIỀU KHIỂN GIỮA WINCC VÀ PLC
S7-200 PC ACCESS được dùng trong luận văn này với mục đích kết nối giữa S7-200 và WinCC, để làm được điều này ta tìm hiểu cách cài đặt và sử dụng của nó dưới đây.
4.1 Cài đặt S7-200 PC Access
Các bước thực hiện:
Tại thư mục chứa chương trình cài đặt. Chọn file Setup, rồi nhấp đôi để chạy chương trình.
Hình 4.1 Mở file cài đặt
Hộp thoại Choose Setup Language xuất hiện, chọn ngôn ngữ English, nhấp OK.
Hình 4.2 Lựa chọn ngôn ngữ
Vệt sáng xuất hiện lan dần qua phải trên hộp thoại cho biết chương trình đang cài đặt.
Hình 4.3 Quá trình cài đặt
Hộp thoại InstallShield Wizard xuất hiện, nhấp Next tiếp tục cài đặt.
Hình 4.4 Giải nén cài đặt Hộp thoại kế tiếp xuất hiện, chọn Yes.
Hình 4.5 Cài đặt chương trình
Hộp thoại hiển thị đường dẫn cài đặt chương trình. Nếu muốn thay đổi đường dẫn chọn nút Browse. Ởđây ta giữ nguyên đường dẫn mặc định, nhấp Next.
Vệt sáng xuất hiện lan dần từ trái sang phải cho biết quá trình cài đặt đang tiến hành.
Hình 4.7 Quá trình cài đặt cài đặt Bảng SIMATIC Device Drivers Setup xuất hiện.
Hình 4.8 Cài đặt Driver
Sau khi các vệt sáng chạy xong, hộp thoại Set PG/PC Interface xuất hiện, nhấp OK.
Hình 4.9 Lựa chọn cổng kết nối
Hộp thoại InstallShield Wizard xuất hiện, nhấp Finish kết thúc quá trình cài đặt.
4.2 Cách sử dụng S7-200 PC Access 4.2.1Tạo sự kết nối cho một PLC 4.2.1Tạo sự kết nối cho một PLC
Trong S7-200 PC Access với trợ giúp OPC bao gồm 3 biến đối tượng: PLC.
Folder (không cần thiết). Item.
Khi tạo một dự án mới, việc kết nối PLC phải được làm trước với hai bước sau:
4.2.1.1Thiết lập cấu hình giao tiếp
Khởi động S7-200 PC Access, từ thanh Taskbar chọn Start > Simatic > S7-200 PC Access.
Mở một dự án mới, chọn File > New, cửa sổ Unititled-S7-200 PC Access xuất hiện.
Hình 4.11 Giao diện chương trình PC Access Nhấp phải vào Microwin chọn PG/PC Interface...
Hình 4.12 Bước chọn cổng kết nối Cửa sổ Set PG/PC Interface xuất hiện.
Hình 4.13 Chọn kết nối cho chương trình
Nhấp chọn PC/PPI cable(PPI), rồi chọn Properties, xuất hiện hộp thoại Properties – PC/PPI cable.
Hình 4.14 Thiết đặt cho kết nối
Chọn địa chỉ và tốc độ truyền cho S7-200 PC Access, thông thường để mặc định như trên. Ở mục Local connection chọn cổng COM cần kết nối với PLC.
Sau đó nhấn OK để chấp nhận.
4.2.1.2Thiết lập cấu hình mới cho một PLC
Trên cửa sổ làm việc của S7-200 PC Access, nhấp phải Microwin chọn New PLC.
Hình 4.16 Thiết lập cấu hình cho PLC
Cửa sổ PLC Properties xuất hiện, ở mục Name nhập vào tên PLC cần làm việc, ở đây chọn tên PLC.
Hình 4.17 Đặt tên cho PLC
Ở mục Netwok Address cần phải chọn con số phù hợp với địa chỉ cấu hình của PLC trong dự án Step 7 – Micro/Win, thông thường đối với S7-200 thì mặc định với số 2.
4.2.2Tạo mục Item
Nhấp phải vào mục PLC chọn New, rồi chọn item.
Hình 4.18 Tạo Item
Hộp thoại Item properties xuất hiện, ở mục Name nhập tên theo dựán đã tạo ở S7-200, ở mục Address nhập địa chỉ vùng nhớ, ngõ vào ngõ ra phù hợp với dự án mà ta đã thiết lập trên S7-200, sau đó nhấp OK để chấp nhận. Cụ thể sẽđược trình bày ở chương sau.
Hình 4.19 Đặt tên cho Item
Hình 4.20 Hoàn tất quá trình đặt tên
Sau đó nhấp chuột chọn các item vừa tạo rồi kéo rê thả vào vùng Test Client.
4.2.3Chạy thử, kiểm tra
Nhấp chọn Status > Start test Client.
Hình 4.22 Kiểm tra quá trình test
CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 5.1 Yêu cầu công nghệ
Qui trình hoạt động
Nhấn nút START, khởi động hệ thống.
Khi có người hay xe vào/ra thì CB1 phát hiện tác động khởi động động cơ kéo cửa lên, đến khi hết gặp cảm biến báo cửa mở hết CB2 thì dừng động cơ sau 10s thì đóng cửa lại, đến khi cửa đóng hết cảm biến CB3 báo thì ngừng động cơ.
Muốn dừng hệ thống thì nhấn nút STOP.
5.2 Thiết kế - lập trình trên S7-200 5.2.1Sơ đồ kết nối mạch điều khiển 5.2.1Sơ đồ kết nối mạch điều khiển
5.2.2Khai báo thiết bị ngõ vào ra
Bảng 5.1 Khai báo biến vào ra
Kí hiệu Địa chỉ Tín hiệu Chú thích 1 Start I0.0 Đầu vào Khởi động hệ thống
2 Stop I0.1 Đầu vào Nút dừng hệ thống
3 S1 I0.2 Đầu vào Cảm biến báo mở hết cửa
4 S2 I0.3 Đầu vào Cảm biến báo cửa đóng
5 S3 I0.4 Đầu vào Cảm biến báo có người hoặc vật vào/ra
6 Open Q0.1 Đầu ra Mở cửa
5.2.3Sơ đồ thuật toán
5.2.4Mạch lập trình LAD với S7-200
Khởi động STEP S7-200: trên thanh Taskbar chọn Start > MIMATIC > Step 7- Microwin 32, tiến hành thiết kế.
Sau khi thiết kế mạch điều khiển xong, ta kiểm tra lỗi (plc > compile khi đó góc trái phía dưới màn hình có chữ 0 errors là được), rồi lưu lại với tên DONGCUAKEOTUDONG, tiếp theo tiến hành mô phỏng để kiểm tra hoạt động của mạch.
Trước tiên ta cần chọn loại CPU mà ta cần kết nối để mô phỏng: từ bên trái của cửa sổ thiết kế nhấp phải vào tên mà ta vừa lưu chọn Type > PLC Type > CPU ??? > OK.
Hình 5.4 Chọn loại CPU của PLC
Sau đó nhấp vào biểu tượng Dowload để nạp chương trình cho plc.
Hình 5.5 Chọn nút dowload để nạp chương trình cho PLC
Kiểm tra hoạt động trên plc nếu thõa yêu cầu là đạt, đến đây đã hoàn thành công việc với STEP 7-Micro/Win 32.
5.3 Thiết kế tạo kết nối trên S7-200 PC Access
Khởi động S7-200 PC Access, trên thanh Taskbar chọn Star > Simatic > S7-200 PC Access > S7-200, cửa sổ mới xuất hiện nhấp chuột phải vào MicroWin chọn New