CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200
2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200
a) Khái niệm chung PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
• S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 -S7-
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
•Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
- Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.
- Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
• S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
• Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.
• Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Hình 2. 4: Tổng quan PLC S7-1200
Chú thích:
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
1: Bộ phận kết nối nguồn.
2: - Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che).
- Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Chức năng Kích thước vật lý (mm) Bộ nhớ dùng: - Bộ nhớ việc - Bộ nhớ nạp - Bộ nhớ giữ lại I/O tích hợp cục bộ - Kiểu số - Kiểu tương tự
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP Kích tiến trình Bộ nhớ bit (M) Độ mở rộng các Module tín hiệu Bảng tín hiệu Các truyền thông Các bộ đếm tốc độ cao - Đơn pha - Vuông pha Các ngõ ra xung Thẻ nhớ
Thời gian lưu trữ đồng hồ real time
PROFINET Tốc
tính toán thực
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Bảng 2. 1: Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7-1200
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Module Module tín hiệu (SM) Bảng tín hiệu (SB)
Module truyền thông (CM)
•RS 485
•RS 232
Bảng 2. 2 :Bảng các Module hỗ trợ PLC S7-1200
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía trước của CPU.
•SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
•SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự.
Hình 2. 5 : Bảng tín hiệu của PLC S7-1200 Chú thích:
1. Các LED trạng thái.
2. Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
c) Các module tín hiệu.
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 2. 6: Các Module tín hiệu PLC S7-1200 Chú thích:
1. Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu.
2. Bộ phận kết nối đường dẫn.
3. Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
d) Các module truyền thông.
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
•CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông.
•Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác).
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 2. 7: Các Module truyền thông PLC S7-1200 Chú thích:
1. Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
2. Bộ phận kết nối truyền thông.
2.3.4. Các tập lệnh cơ bản
a. Bit logic
Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đóng Bảng 2. 3: Các tiếp điểm ladder
Ta có thể kết nối các tiếp điểm với nhau để tạo ra mạch logic. Các tín hiệu tiếp điểm vật lý được nối đến các đầu “I” trên PLC. CPU quét các tín hiệu ngõ vào được
nối và cập nhật liên tục các giá trị này.
Thông số
IN
Bảng 2. 4: Các
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
Ngõ vào
1 0
Cuộn dây ngõ ra sẽ ghi một giá trị cho một bit ngõ ra. Các tín hiệu ngõ ra cho cơ cấu điều khiển được nối đến các đầu cực Q của S7 – 1200. Trong chế độ RUN, hệ thống CPU quét một cách liên tục các tín hiệu ngõ vào, xử lý các trạng thái ngõ vào theo chương trình logic, và sau đó tác động trở lại bằng cách thiết lập các giá trị trạng thái ngõ ra.
Thông số
Out
Hai câu lệnh “Set” và “Reset” luôn đi cùng với nhau. Đầu ra “S” được kích hoạt lên 1 ngay khi có tín hiệu vào lệnh “Set”. Sau đó, giá trị đầu ra chỉ bị reset về 0 nếu có tín hiệu vào lệnh “R”.
Lệnh tác động theo sườn lên Lệnh tác động theo sườn xuống
Bảng 2. 8 : Lệnh tác động sườn lên và xuống
- Lệnh (P): Khi có tín hiệu tác động, nó sẽ so sánh với giá trị lưu trong “Operand2”. Nếu phát hiện sự thay đổi từ “0” lên “1” thì “Operand1” sẽ được thiết lập cho một chu kỳ chương trình, bằng 0 trong các trường hợp khác.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
- Lệnh (N): Khi có tín hiệu tác động, nó sẽ so sánh với giá trị lưu trong “Operand2”. Nếu phát hiện sự thay đổi từ “1” xuống “0” thì “Operand1” sẽ được thiết lập cho một chu kỳ chương trình, bằng 0 trong các trường hợp khác.
Thông số EN IN N ENO OUT b. Các kiểu dịch bit Ký hiệu SHR (Shift Right) SHL (Shift Left) ROR (Rote Right)
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
ROL (Rote Left)
Khi tín hiệu đầu vào được thiết lập, lệnh sẽ thực hiện quay bit từ phải qua trái, bit sau sẽ thế chỗ cho bit trước.
Bảng 2. 10: Các kiểu dịch bit
c. Lệnh so sánh
Ta sử dụng các lệnh so sánh để so sánh hai giá trị của cùng một kiểu dữ liệu. Khi việc so sánh đúng, tiếp điểm này được kích hoạt.
Thông số IN1, IN2
Kiểu quan hệ
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Thông số IN1 là toán hạng nằm bên trên câu lệnh so sánh, thông số IN2 là toán hạng nằm bên dưới câu lệnh so sánh.
2.3.5. Các bộ Timer
Bộ Timer TON Bộ Timer TOFF Bảng 2. 14: Timer TON và TOF
- Ta sử dụng các bộ Timer để tạo ra các trì hoãn thời gian theo lập trình.
+ TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước.
+ TON: ngõ ra của bộ định thì Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước.
+ TOF: ngõ ra Q của bộ định thì được đặt lại về OFF sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước.
+ Thông số IN dùng để khởi động và dừng các bộ định thì.
+ Sự quá độ từ 0 lên 1 của thông số IN làm khởi động các bộ định thì TP và TON.
+ Sự quá độ từ 1 về 0 của thông số IN làm khởi động bộ định thì TOF.
Thông số IN PT Q ET Khối dữ liệu Timer
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
Bộ định thì TP
TON
Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành. TOF Thay đổi IN sang “TRUE”, trong khi bộ định thì vận hành, sẽ đặt lại
và dừng bộ định thời.
Bảng 2. 16: Những tác động khi thay đổi IN và PT đối với các bộ timer
2.3.6. Các bộ đếm Counter
Bộ đếm lên
Bộ đếm xuống Bảng 2. 17: Bộ đếm CTU và CTD
- CTU: bộ đếm lên. Bộ đếm sẽ tăng giá trị CV sau mỗi lần đầu vào Couter được kích hoạt. Đầu ra sẽ được kích hoạt khi CV >= PV.
- CTD: bộ đếm xuống. Bộ đếm sẽ giảm giá trị CV sau mỗi lần đầu vào Couter được kích hoạt. Đầu ra sẽ được kích hoạt khi CV <=0.
- CTUD: bộ đếm lên và đếm xuống. Sử dụng chung một giá trị CV cho cả đếm lên và đếm xuống.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Mỗi bộ đếm sử dụng được lưu trữ trong một khối dữ liệu nhằm duy trì dữ liệu đếm. Ta gán giá trị khối dữ liệu khi lệnh đếm được đặt trong chương trình. Các lệnh này sử dụng các bộ đếm phần mềm với tốc độ đếm cực đại bị giới hạn bởi tốc độ sự thực thi của OB mà nó được chứa trong đó. OB mà các lệnh được đặt trong nó phải được thực thi thường xuyên để phát hiện tất cả các chuyển đổi của các ngõ vào CTU, CTD hay CTUD.
Phạm vi số của các giá trị đếm phụ thuộc vào kiểu dữ liệu mà ta lựa chọn. Nếu giá trị đếm là một kiểu số nguyên không dấu, ta có thể đếm xuống về 0 hoặc đếm lên đến giới hạn của phạm vi. Nếu giá trị đếm là một số nguyên có dấu, ta có thể đếm xuống đến giới hạn số nguyên âm và đếm lên đến giới hạn số nguyên dương. Lưu ý kiểu dữ liệu chỉ có thể là số nguyên.
Thông số CU, CD R LD PV Q (CTU) Q (CTD) CV