Bus dữ liệu Bộ đệm Bộ nhớ chương trình EEPROM Nguồn
pin Bộ xử lý CPU Clock
Bộ nhớ hệ thống ROM Bộ nhớ dữ liệu RAM Khối vào ra Khối mở rộng Bộ nhớ chương trình EEPROM tùy chọn đệmBộ Bus địa chỉ Bus điều khiển
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra (I/O)
Trong đó :
• Thiết bị đầu vào gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như nút nhấn, cảm biến, công tắc hành trình
• Input, Output các cổng nối phía đầu vào ra của PLC hay các của các Module mở rộng
• Cơ cấu chấp hành: gồm các thiết bị được điều khiển như: chuông, đèn, contactor, động cơ, van khí nén, heater, máy bơm, LED hiển thị...vv.
Chương trình điều khiển: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output đầu ra theo tín hiệu Input đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều khiển được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay(Hand-hold programmer PG) hoặc chạy bằng phần mềm điều khiển trên máy vi tính sau đó được nạp vào PLC thông qua cáp nối giữa PLC với máy tính (hay PG)
Khối điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp. Power Supply Memory Processor
Hình : Sơ đồ khối tổng quát của CPU
Có nhiều loại bộ nhớ để cho người sử dụng lựa chọn theo mục đích hay yêu cầu sử dụng:
ROM (Read Only Memory) bộ nhớ chỉ đọc không xoá dùng lưu trữ chương trình cố định, không thay đổi thường dùng cho nhà sản xuất PLC
RAM (Random Access Memory) : bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình cho người sử dụng
EPROM: ROM lập trình có thể xoá được EEPROM: Electrically EPROM
IV.Cổng truyền thông.
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp có 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ
truyền tự do của PLC là 300 đến 38400 được set trong thanh ghi đặc biệt SM 30.2 đến SM 30.4 0SM3 0.2 SM30.3 SM30.4 Tốc độ Baud 0 0 0 38400 (CPU 212=19200) 0 0 1 19200 0 1 0 9600 0 1 1 4800 1 0 0 2400 1 0 1 1200 1 1 0 600 1 1 1 300 Chức năng các chân: Chân Chức năng 1 và 5 Nối mass 3 và 8 Truyền nhận dữ liệu 4 và 9 Không sử dụng
6 Nối với nguồn 5 VDC có điện trở trong là 100 Ω 7 Nối với nguồn 24 VDC dòng tối đa là 120 mA
V. Ưu nhược điểm của PLC
Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp. Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống.
Ưu điểm đầu tiên của PLC là hệ thống diều khiển chỉ cần lắp dặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra …), mà không phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn.
PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công nghiệp. Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng có từ truờng mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ vàđộ ẩm môi trường cao …
Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác. Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác.
Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc sửa chữa thuận lợi hơn.
VI. Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC.
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến các úng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm :
-Hóa học và dầu khí : Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong trong ngành hóa …
-Chế tạo máy và sản xuất : Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại,… -Bột giấy, giấy, xử lý giấy : điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cán, gia nhiệt, …
-Thủy tinh và phim ảnh : quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy, …
-Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá : đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây, …), cân đong, đóng gói, hòa trộn, … (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Kim loại : điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng.
-Năng lượng : điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin, …), các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ, …).
B.PLC Siemens S7-200 I.Giới thiệu
PLC S7-200 là một họ gồm nhiều loại CPU như CPU-212, 214, 215, 216, 221, 222, 224, 226. Các họ này khác nhau ở dung lượng bộ nhớ, module I/O, tập lệnh, số cổng giao tiếp,… Tuy nhiên về đại thể là giống nhau.
PLC được lập trình thông qua máy tính dùng cổng RS-485 với phần mềm lập trình Step7 Microwin ver 2.0 hay 3.x theo kiểu kết nối PPI (point to point interface). Nếu có card giao tiếp MPI (Multi point interface) có thể ghép nối một PC với nhiều PLC.
Chương trình PLC-S7 200 được thiết kế dưới dạng chương trình chính (main, OB), các chương trình con (SBR), các chương trình ngắt (INT)
Chương trình chính MEND SBR 0 RET SBR n RET INT 0 RETI INT n RETI II.Bộ nhớ
Bộ nhớ gồm ba loại ROM, EEPROM và RAM và chia làm nhiều vùng: V, I, Q, AI, AQ, M, SM, T, HC, AC. Các ô nhớ có thể truy cập theo bit, byte (B), từ (W), từ kép (DW).
Miên tả CPU 212 CPU 214 CPU 215 Chương trình người dùng 512W 2kW 4kW Dữ liệu người dùng 512W 2kW 2.5kW
Ngõ vào I I0.0..I7.7 I0.0..I7.7 I0.0..I7.7 Ngõ ra Q Q0.0..Q7.7 Q0.0..Q7.7 Q0.0..Q7.7 Ngõ vào
analog AIW0..AIW30 AIW0..AIW30 AIW0..AIW30 Ngõ ra
analog
AQW0..AQW30 AQW0..AQW30 AQW0..AQW30 Bộ nhớ thay đổi V VB0..VB0123 VB0..VB4095 VB0..VB5119 Bộ nhớ trong M MB0..MB15 MB0..MB31 MB0..MB31 Bộ nhớ đặt biệt SMB0..SMB45 SMB0..SMB85 SMB0..SMB194 Timer T0..T63 T0..T127 T0..T255 Counter C0..C63 C0..C127 C0..C255 Đếm vận tốc cao HC0 HC0..HC2 HC0..HC2 Thanh ghi
ACC AC0..AC3 AC0..AC3 AC0..AC3
Vòng PID Không có Không có 8 vòng
Vùng nhớ AI, AQ chỉ truy cập theo từ (16 bit): AIW0, AQW10
Các vùng nhớ V, I, Q, M, SM có thể truy cập theo bit, byte, word hay double word: I0.1, QB2, VW150,…
T, C truy cập theo bit: T1, C15 hay từ
AC truy cập theo byte, word hay double word. HC truy cập theo double woed.
V.Vùng nhớ đặc biệt
SMB2: byte nhớ này chứa đựng ký tự từ Port0 hay Port1 trong suốt truyền thông Freeport.
Bảng byte nhớ đặc biệt SMB30
VI. Giới thiệu về SIEMENS SIMATIC S7-200 với bộ CPU 226 và phần mềm Step 7 Micro/Win phiên bản V3.1
SIMATIC S7-200: Bộ CPU 226 cung cấp khả năng vượt trội cho các bộ vi điều khiển khả trình (micro PLC) –phầm mềm lập trình mới làm đơn giản hoá việc lập trình
Bộ CPU 226 là thiết bị mạnh nhất trong họ S7-200 PLC của SIEMENS Tự động hoá và Truyền động điện (A&D) .Thêm vào đó, Phần mềm Step7 Micro /Win phiên bản 3.1 đơn giản đáng kể việc lập trình và cài đặt cấu hình cho các hệ S7-200 với việc mở rộng nhiều chức năng
Đặt điểm của bộ CPU 226 bao gồm 24 đầu vào số và 16 đầu ra số, có khả năng mở rộng tới 146 đầu vào /ra thông qua các module mở rộng, bộ nhớ chương trình 8 kilo byte, 256 bộ nhớ bit 256 bộ đếm (counter), 256 bộ định thời gian (timer), 6 bộ đếm nhanh tần số 30KHz và một bộ thời gian thực đã được tích hợp sẵn. Khác với bộ CPU khác chỉ có một cổng truyền thông, việc CPU 226 có thêm một cổng truyền thông nữa làm tăng khả năng giao tiếp của họ S7-200 PLC
Với họ PLC 22x mới, có tốc độ tính toán 0.37 micro giây cho một lệnh, người dùng có thể thực hiện các nhiệm vụ tự động hoá một cách dễ dàng và đáp ứng một cách chính xác các yêu cầu đặt ra. Bốn bộ CPU mới là: CPU 221 với 6 đầu vào và 4 đầu ra số , CPU 222 với 8 đầu vào và 6 đầu ra số , CPU 224 với 14 đầu vào và 10 đầu ra số, và một bộ CPU mạnh nhất trong họ này là CPU 226 .Tất cả các CPU này đều đáp ứng yêu cầu làm việc trong các máy có độ rung cao và khả năng chống nhiễu cao
Với phần mềm Step 7 Micro/Win phiên bản V3.1 , người dùng tạo ra các chương trình và cấu hình dưới dạng mà họ thích : biểu đồ hình thang (ladder diagram), danh sách liệt kê (statement list), biểu đồ các khối chức năng(function block diagram).Một hoặc hai dự án có thể soạn thảo song song cùng một lúc.Việc lập trình được đơn giản hoá một cách đáng kể nhờ các tính năng “kéo và thả”(drap and drop), cắt, dán nhờ sử dụng bàn phím hay con chuột .Một số chức năng mới cho phép việc tìm và thay thế tự động, xem trước bản in (print preview ), bảng thông tin về các biểu tượng có các địa chỉ, các biểu tượng cũng như các địa chỉ được hiển thị cho mỗi phần tử trong quá trình làm việc và giám sát tình trạng.
C.PLC Siemens S7-300 I.Giới thiệu về PLC S7-300 1.Các module của PLC S7-300
Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào /ra khác nhau các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là những module nhận/truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ,… Chúng được gọi chung là module mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray (rack) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a. Module CPU
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS-485),… và có thể còn
có một vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module khác nhau. Nói chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314,…
Những module cùng sử dụng chung một loại vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào /ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Integrated Function Module). Ví dụ module CPU312 IFM, module CPU314 IFM,…
Ngoài ra còn có các loại module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt với những module CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi. Ví dụ module CPU315-DP
b. Module mở rộng
Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:
+PS(Power supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại 2A, 5A và 10A +SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
• DI(Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ theo từng loại module
• DO(Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ theo từng loại module
• DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số. Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra, 16 vào/16 ra hoặc 32 vào/32 ra tuỳ theo từng loại module
• AI (Analog input): module mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu tương tự được chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bits. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module
• AO (Analog output): module mở rộng các cổng ra tương tự . Chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module
• AI/AD (Analog input/ Analog output): module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra , 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module
+IM (Interface module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm
việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM
+FM (Function module): Module có chức năng điều khiển riêng ví dụ như module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vòng kín
+CP(Communication module): module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính
2. Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ a. Kiểu dữ liệu
Một chương trình ứng dụng trong S7-300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau:
+BOOL: với dung lượng một bit và có giá trị là 0 hoặc 1 (đúng hoặc sai). Đây là kiểu dữ liệu cho biến hai trị
+BYTE: gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ký tự
+WORD: gồm 2 byte, để biểu diễn một số nguyên dương từ 0 đến 65535 +INT: cũng có dung lượng là 2 byte, dùng để biểu diễn một số nguyên trong khoảng –32768 đến 32767
+DINT: gồm 4 byte, dùng để biểu diễn một số nguyên từ –2147483648 đến 2147483647
+REAL: gồm 4 byte, dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động
+S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mili giây
+TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây +DATE: biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày +CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự ( nhiều nhất là 4 ký tự ) b. Cấu trúc bộ nhớ của CPU
Bộ nhớ của S7-300 được chia làm ba vùng chính
+Vùng chứa chương trình ứng dụng. Vùng nhớ chia làm 3 miền: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
• OB (Organisation block): miền nhớ chương trình tổ chức
• FC (function): miền nhớ chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó
• FB (function block): miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình