Chương 3 : Kết nối giữa PLC và thiết bị ngoại vi
3.2. Phần mềm mụ phỏng S7-200
thiết bị ngoại vi và kiểm tra việc kết nối dõy bằng phần mềm.
Kỹ năng: Sử dụng thành thạo phần mềm Step7 – Micro/Win 3.2, phần
mềm mụ phỏng S7-200 và kết nối được PLC và thiết bị ngoại vi.
Thỏi độ: Cú tỏc phong và thỏi độ nghiờm tỳc trong học tập.
3.1. PHẦN MỀM STEP 7-Micro/WIN 3.2:
3.1.1. Cài đặt và sử dụng phần mềm Step7 – Micro/WIN 3.2
Đĩa CD chứa phần mềm Step7-Micro/Win 3.2 V4.0.
Yờu cầu mỏy vi tớnh cú:
+ Vi xử lý loại Pentium.
+ Đĩa cứng trống tối thiểu 300MB. + Ram > 64MB.
+ Hệ điều hành Win XP. + Mouse.
Quỏ trỡnh cài đặt sẽ tự động.
Sau khi cài đặt thành cụng, khởi động phần mềm Step 7. Trong phần Tools, cú cỏc mục sau:
+ Program block: Cửa sổ soạn thảo chương trỡnh. + Symbol table: để đỏnh địa chỉ cho cỏc biến. + Status chart: Kiểm tra việc nối dõy.
+ Data block: Gỏn địa chỉ và giỏ trị đầu. + System block: Giao tiếp hệ thống.
+ Communication: Kết nối cable và mỏy tớnh
3.1.2. Tỡm hiểu phần mềm lập trỡnh PLC :
Step7 MicroWin 3.2 hoặc 4.0 là phần mềm dựng để lập trỡnh cho PLC S7- 200
Khởi động:
Cỏch 1: Start _ Simatic _ Step7 – Microwin
Cỏch 2: Doubleclick vào biểu tượng Step7 – Microwin trờn màn hỡnh nền Desktop của Window
Hỡnh 3.1: Giao diện của chương trỡnh Step7 – Microwin.
Mở file:
Mở một file mới: Vào file – Doubleclick New hoặc click vào biểu tượng New.
Hỡnh 3.2: Shortcut tạo file mới.
Mở một file cũ:
Vào file – Doubleclick Open chọn tờn file cần mở hoặc click vào biểu tượng Open.
Lưu file:
Lưu một file mới: Vào file – Doubleclick Save hoặc click vào biểu tượng Save đặt tờn file cần lưu.
Hỡnh 3.3: Shortcut lưu file.
Lưu file tờn khỏc: Vào file – Doubleclick Save As đặt tờn file cần lưu.
Soạn thảo chương trỡnh:
Step7 Microwin cho phộp chứa nhiều network (tối đa là 100) mỗi một network tương đương một cõu lệnh, nếu tồn tại hai cõu lệnh trở lờn thỡ chương trỡnh sẽ bỏo lỗi khi biờn dịch.
Ta cú thể dựng chuột để chọn cỏc biểu tượng và đặt chỳng vào cỏc vị trớ trong network mong muốn.
Chỳ ý mỗi lệnh phải được gắn trực tiếp vào đường bờn trỏi khi con trỏ hỡnh ụ vuụng ở vị trớ nào thỡ khi truy xuất cỏc toỏn hạng sẽ đặt tại vị trớ đú.
Nạp chương trỡnh vào PLC:
Cỏch 1: Vào File_ Doubleclick download
Cỏch 2: Click chuột vào biểu tượng Download trờn thanh cụng cụ.
Hỡnh 3.4: Shortcut nạp chương trỡnh cho PLC. Click Download OK Yes.
Màn hỡnh bỏo Download successful thỡ chương trỡnh đĩ nạp thành cụng.
Chạy chương trỡnh:
Cỏch 1: Vào PLC _ click chuột vào Run
Cỏch 2: Click chuột vào biểu tượng Run trờn thanh cụng cụ.
Hỡnh 3.5: Shortcut cho phộp thực hiện chương trỡnh.
Dừng chương trỡnh:
Cỏch 1: Vào PLC _ click chuột vào Stop
Cỏch 2: Click chuột vào biểu tượng Stop trờn thanh cụng cụ.
Hiển thị cỏc chương trỡnh ladder (để quan sỏt quỏ trỡnh hoạt động của chương trỡnh):
Cỏch 1: Vào debug _ click chuột vào Program Status Cỏch 2: Click chuột vào biểu tượng Program Status
Hỡnh 3.7: Shortcut cho phộp giỏm sỏt chương trỡnh khi hoạt động.
Đọc chương trỡnh của PLC:
Cỏch 1: Vào File_ Doubleclick upload
Cỏch 2: Click chuột vào biểu tượng upload trờn thanh cụng cụ.
Hỡnh 3.8: Shortcut đọc chương trỡnh từ PLC. Click Upload OK Yes.
Màn hỡnh bỏo Upload successful thỡ chương trỡnh đĩ nạp thành cụng.
Xúa hàng, cột, network:
Cỏch 1: Chọn Edit _ delete _ chọn Row hoặc Column hoặc
Network
Cỏch 2: Nhấn Shift + Delete
Chốn hàng, cột, network:
Cỏch 1: Chọn Edit _ insert _ chọn Row hoặc Column hoặc
Network
Cỏch 2: nhấn Shift + Insert
Xỏc lập CPU đang giao tiếp:
Chọn read CPU type nếu đĩ nối giữa mỏy tớnh và PLC để phần mềm tự xỏc lập loại CPU đang giao tiếp.
Nếu chưa kết nối PLC muốn cài đặt loại CPU cho PLC vào PLC_ Type chọn loại PLC phự hợp.
3.2. PHẦN MỀM Mễ PHỎNG S7-200: 3.2.1. Xuất chương trỡnh:
Chương trỡnh điều khiển đĩ được viết trờn phần mềm Micro WIN. Khi lưu trữ thụng thường ta vào save hay Save as để lưu trữ hoặc ta cú thể thực hiện download xuống PLC S7-200 để thực hiện chạy chương trỡnh.
Vấn đề ta quan tõm ở đõy là chạy mụ phỏng chương trỡnh: Cỏch thức tương tự như lưu dữ tuy nhiờn ta vào File chọn Export. Việc Export giỳp lưu giữ dưới dạng đặc biệt sẽ chứa trong nguồn source của phầm mềm mụ phỏng.
Cụng việc thực hiện đến đõy coi như nhiệm vụ của phần mềm lập trỡnh là kết thỳc ta đúng chương trỡnh vào và tiến hành mụ phỏng nhờ phần mềm mụ
phỏng.
3.2.2. Sử dụng phần mềm mơ phỏng.
Hỡnh 3.9: Biểu tượng chương trỡnh mụ phỏng.
- Cỏc bước tiến hành mụ phỏng thực hiện như sau:
Hỡnh 3.10: Giao diện phần mềm mụ phỏng.
- Màn hình khởi động:
Hỡnh 3.11: Giao diện nhập mật mĩ.
Sau khi mật mĩ được chấp nhận, phần mềm cho phộp mụ phỏng ta vào menu File chọn Load program như hỡnh dưới:
Hỡnh 3.12: Nạp chương trỡnh mụ phỏng.
Cho phộp mở chương trỡnh muốn mụ phỏng chọn tiếp. Hệ sẽ cho ta tiếp 1 bảng hỏi. Đỏnh dấu cho cỏc mục như hỡnh vẽ và Chọn Accept.
Hỡnh 3.13: Chọn phiờn bản phần mềm mụ phỏng và nội dung hiển thị mụ phỏng.
Màn hỡnh kế tiếp cho ta chọn bài muốn mụ phỏng nằm trong Source Path ( C Program File Siemens Step 7 Micro WIN V4.0 Source tờn bài cần mụ phỏng).
Hỡnh 3.14: Giao diện phần mềm sau khi nạp file.
Bài giao thụng 6 đốn đĩ được mở: Trong đú xuất hiện hai bảng mụ phỏng kế tiếp đú là Program (OB1) và KOP.
Chương trỡnh chớnh dạng STL được mụ phỏng:
Hỡnh 3.15: Cửa sổ mụ phỏng chương trỡnh dạng STL.
Để tiếp tục, chuyển PLC về chế độ Run bằng cỏch nhấp chuột vào phớm màu xanh trờn màn hỡnh như hỡnh vẽ.
Hỡnh 3.17: Chọn chế độ Run để mụ phỏng.
Hỡnh 3.18: Hộp thoại chọn thực hiện chế độ Run (Chọn Yes).
Khi đú đốn hiệu ở chế độ Stop màu vàng cam sẽ chuyển sang đốn xanh và chương trỡnh đĩ sẵn xàng chạy mụ phỏng theo yờu cầu cụng nghệ
- Bộ giả định tớn hiệu vào màu xanh cho phộp ta vận hành.
Cỏc cụng tắc đầu vào cú thể tắt bật.
Chương trỡnh hoạt động đỳng cỏc đốn ngừ vào ra sỏng tắt theo yờu cầu cụng nghệ.
Quan sỏt dưới dạng ladder:
Hỡnh 3.21: Chọn shorcut State Program để quan sỏt trạng thỏi hiện hành của PLC.
Để quan sỏt mụ phỏng trờn KOP vào State program như trờn được:
Hỡnh 3.22: Giao diện cửa sổ KOP hiển thị trạng thỏi ngừ vào/ra của PLC.
Để dừng mụ phỏng ta nhấp vào nỳt Stop màu đỏ, phần mềm sẽ hỏi Place CPU in Stop mode ta chọn Yes.
3.3. KẾT NỐI DÂY GIỮA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 3.3.1. Kết nối dõy giữa PLC và thiết bị ngoại vi:
Cỏc đường tớn hiệu từ bộ cảm biến được nối vào cỏc module (cỏc đầu vào của PLC), cỏc cơ cấu chấp hành được nối với cỏc module ra (cỏc đầu ra của PLC). Hầu hết cỏc PLC cú điện ỏp hoạt động bờn trong là 5V, tớn hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O cú duy nhất một địa chỉ, cỏc hiển thị trạng thỏi của cỏc kờnh I/O được cung cấp bởi cỏc đốn LED trờn PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nờn dể dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xỏc định cỏc trạng thỏi đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đúng hay ngắt mạch ở đầu ra.
MỘT SỐ HèNH ẢNH MINH HỌA KẾT NỐI GIỮA PLC VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI:
Hỡnh 3.26: Sơ đồ khối hệ thống dựng PLC điều khiển động cơ.
Hỡnh 3.27: Chương trỡnh điều khiển động cơ.
Cơ cấu chấp hành Ngừ ra Nỳt nhấn On/Off (hoặc cảm biến) Ngừ vào Động cơ Dừng Khởi động Đốn hiển thị dừng Đốn hiển thị hoạt động Động cơ Ngừ ra Ngừ vào
THIẾT BỊ NGế VÀO/RA:
Hỡnh 3.28: Sơ đồ khối của hệ thống dựng PLC.
SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI DÂY PLC:
Hỡnh 3.29: Sơ đồ kết nối PLC.
Cổng truyền thụng
Ngừ ra
KẾT NỐI VỚI Mễ ĐUN MỞ RỘNG:
Hỡnh 3.30: Kết nối module mở rộng dựng cỏp dẹp nhiều sợi (ribbon).
KẾT NỐI VỚI PC:
Hỡnh 3.31: Kết nối PLC dựng cỏp truyền thụng.
3.4. KIỂM TRA VIỆC NỐI DÂY BẰNG PHẦN MỀM :
Kết nối PLC với mỏy vi tớnh. Yờu cầu PLC đĩ nối dõy cho một mạch điện cụ thể.
Sử dụng Status Chart trong phần mềm Step 7.
Hỡnh 3.32: Chọn lựa loại cỏp truyền thụng.
Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhấp chuột lờn biểu tượng
Communications hoặc chọn View Component Communications.
Trờn hộp đối thoại xuất hiện (Communications Setup), nhấp đỳp lờn biểu tượng PC/PPI Cable. Xuất hiện hộp thoại Setting the PG/PC Interface, chọn nỳt
Properties và kiểm tra cỏc tham số.
Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhấp chuột lờn biểu tượng Communications hoặc chọn View Component Communications.
Trờn hộp đối thoại xuất hiện (Communications Setup), nhấp đỳp lờn biểu tượng Refresh. CPU đang được kết nối (và được cấp nguồn) sẽ xuất hiện như một biểu tượng. Cú thể nhấp đỳp lờn biểu tượng này để kiểm tra cỏc thụng số của PLC tương ứng.
Hỡnh 3.34: Hộp thoại kết nối cỏp truyền thụng.
ĐẶT CẤU HèNH TRUYỀN THễNG CHO CPU S7-200:
Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhấp chuột lờn biểu tượng System Block.
Hoặc chọn Menu View > Component System Block. Trờn hộp đối thoại xuất hiện (System Block), chọn trang Port(s) để xem và thay đổi cỏc tham số truyền thụng.
3.5 Cõu hỏi và bài tập:
Cõu 1: Ngừ vào của PLC cú thể đúng điện cho cuộn dõy rơ le để điều khiển một động cơ được khụng? Cỏc khối vào và khối ra đúng vai trũ gỡ trong việc giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngọai vi?
Cõu 2: Cỏc khối mở rộng ngừ vào/ra cú lợi ớch gỡ?
Cõu 3: Điều gỡ xảy ra nếu một ngừ ra AC được cấp nguồn DC?
Cõu 4: Một khối vào/ra mở rộng của PLC họ S7-200 loại EM223 gồm cú 8 ngừ vào DC/8 ngừ ra rơle. Cỏc ngừ vào được nối với 4 nỳt nhấn, 2 ngừ ra được nối với một rơle trung gian sử dụng nguồn 24VDC dựng để đúng mạch cho một contactor 220VAC để điều khiển động cơ 3 pha 220V/380V. 2 ngừ ra được nối với 2 đốn bỏo 220VAC để bỏo chiều quay của động cơ. 2 ngừ ra được sử dụng cho cỏc van khớ nộn 24 VDC. Hĩy vẽ sơ đồ nối dõy cỏc ngừ vào và ra này với ngoại vi theo yờu cầu.
Cõu 5: Hĩy thiết kế một dự ỏn được điều khiển bằng PLC. Trước khi đặt hàng, cần phải phỏc thảo việc nối dõy cơ bản và chọn lựa cỏc loại PLC hoặc khối vào/ra cú cỏc ngừ vào/ra tương ứng. Cỏc thiết bị được sử dụng để nối với cỏc ngừ vào gồm cú: 2 cụng tắc hành trỡnh, 1 nỳt nhấn thường hở, 1 nỳt nhấn thường đúng và một tiếp điểm nhiệt. Ngừ ra sẽ điều khiển một van solenoid 24VDC, một đốn bỏo 110VAC và một động cơ 220VAC/50HP. Hĩy lựa chọn loại PLC hoặc một khối vào/ra phự hợp và kết nối dõy theo yờu cầu đặt ra.
Cõu 6: Hĩy phỏc thảo sơ đồ nối dõy cho cỏc ngừ ra PLC theo yờu cầu được liệt kờ dưới đõy:
- Một van khớ nộn cú 2 cuộn dõy solenoid. - Một đốn bỏo 24VDC.
- Một đốn bỏo 120 VAC.
Chương 4: TẬP LỆNH PLC S7-200
Mục tiờu:
Sau khi học xong bài này người học cú khả năng :
Kiến thức: Trỡnh bày được kớ hiệu và ý nghĩa của tập lệnh PLC S7-200. Kỹ năng: Sử dụng thành thạo tập lệnh PLC S7-200 để viết chương trỡnh. Thỏi độ: Cú tỏc phong và thỏi độ nghiờm tỳc trong học tập.
4.1. LỆNH CƠ BẢN:
4.1.1. Lệnh vào/ra:
- LOAD (LD) :
Lệnh LD nạp giỏ trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiờn của ngăn xếp, cỏc giỏ trị cũn lại trong ngăn xếp bị đẩy lựi xuống một bit. Toỏn hạng gồm I, Q, M, SM, V, C, T.
o Dạng LAD : Tiếp điểm thường mở sẽ đúng nếu I0.0 =1
o Dạng STL : LD I0.0 = Q0.0
- LOAD NOT (LDN):
Lệnh LDN nạp giỏ trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiờn của ngăn xếp, cỏc giỏ trị cũn lại trong ngăn xếp bị đẩy lựi xuống một bit.
Toỏn hạng gồm : I, Q, M, SM, V, C, T.
o Dạng LAD : Tiếp điểm thường đúng sẽ mở khi I0.0 =1
o Dạng STL : LDN I0.0 = Q0.0
- OUTPUT (=) :
Lệnh sao chộp nội dung của bit đầu tiờn trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh. Nội dung ngăn xếp khụng bị thay đổi.
Toỏn hạng bao gồm : I, Q, M, SM, T, C (bit)
o Mụ tả lệnh OUTPUT bằng LAD như sau :
Nếu I0.0 = 1 thỡ Q0.0 sẽ lờn 1 (cuộn dõy nối với ngừ ra Q0.0 cú điện)
o Dạng STL : Giỏ trị logic I0.0 được đưa vào bit đầu tiờn của ngăn xếp, và bit này được sao chộp vào bit ngừ ra Q0.0 .
LD I0.0
= Q0.0
4.1.2. Cỏc lệnh ghi/xúa giỏ trị cho tiếp điểm:
- SET (S):
Lệnh dựng để đúng cỏc điểm giỏn đoạn đĩ được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dũng điện đúng cỏc cuộn dõy đầu ra. Khi dũng điều khiển đến cỏc cuộn dõy thỡ cỏc cuộn dõy đúng cỏc tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thỏi bit đầu tiờn của ngăn xếp đến cỏc điểm thiết kế. Nếu bit này cú giỏ trị bằng 1, cỏc lệnh S sẽ đúng 1 tiếp điểm hoặc một dĩy cỏc tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp khụng bị thay đổi bởi cỏc lệnh này.
o Dạng LAD : đúng một mảng gồm n cỏc tiếp điểm kể từ địa chỉ S- bit, Toỏn hạng bao gồm I, Q, M, SM,T, C,V (bit).
o Dạng STL : Ghi giỏ trị logic vào một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S-bit.
LD I0.0 S Q0.0, 5
- RESET (R):
Lệnh dựng để ngắt cỏc điểm giỏn đoạn đĩ được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dũng điện ngắt cỏc cuộn dõy đầu ra. Khi dũng điều khiển đến cỏc cuộn dõy thỡ cỏc cuụn dõy mở cỏc tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thỏi bit đầu tiờn của ngăn xếp đến cỏc điểm thiết kế. Nếu bit này cú giỏ trị bằng 1, cỏc lệnh R sẽ ngắt 1 tiếp điểm hoặc một dĩy cỏc tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp khụng bị thay đổi bởi cỏc lệnh này.
o Dạng LAD : ngắt một mảng gồm n cỏc tiếp điểm kể từ S-bit. Nếu S-bit lại chỉ vào Timer hoặc Counter thỡ lệnh sẽ xoỏ bit đầu ra của Timer/ Counter đú... .Toỏn hạng bao gồm I, Q, M, SM,T, C,V (bit)
o Dạng STL : xúa một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ S-bit. Nếu S-bit lại chỉ vào Timer hoặc Counter thỡ lệnh sẽ xoỏ bit đầu ra của Timer/Counter đú.
LD I0.0
R Q0.0, 10
4.1.3. Cỏc lệnh logic đại số Boolean:
Cỏc lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phộp tạo lập cỏc mạch logic (khụng cú nhớ). Trong LAD cỏc lệnh này được biểu diễn thụng qua cấu trỳc mạch, mắc nối tiếp hay song song cỏc tiếp điểm thường đúng hay cỏc tiếp điểm thường mở. Trong STL cú thể sử dụng lệnh A (AND) và O (OR) cho cỏc hàm hở hoặc cỏc lệnh AN (AND NOT), ON (OR NOT) cho cỏc hàm kớn.
Giỏ trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh. - AND (A):