- OUTPUT CIRCUIT SƠ ĐỒ(+ O 46L093 1) 0000.00 – tớn hiệu cho van khởi động.
5.1.1. Giới thiệu về S7-300.
PLC là chữ viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic khả trỡnh cú thể lập trỡnh được, cho phộp thực hiện linh hoạt cỏc thuật toỏn điều khiển logic thụng qua một ngụn ngữ lập trỡnh. Như vậy, với chương trỡnh điều khiển trong mỡnh, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toỏn và đặc biệt dễ trao đổi thụng tin với mụi trường xung quanh( với cỏc PLC khỏc hoặc với mỏy tớnh ). Toàn bộ chương trỡnh điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng cỏc khối chương trỡnh và được thực hiện lặp theo chu kỳ của vũng quột. Để cú thể thực hiện được một chương trỡnh điều khiển, tất nhiờn PLC phải cú tớnh năng như một mỏy tớnh, nghĩa là phải cú một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trỡnh điều khiển, dữ liệu và tất nhiờn phải cú cổng vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi với mụi trường xung quanh. Bờn cạnh đú, nhằm phục vụ bài toỏn điều khiển số, PLC cần phải cú cỏc khối chức năng đặc biệt khỏc như bộ đếm (Counter), Bộ thời gian (Timer)... và những khối hàm chuyờn dụng
a, Cỏc module của PLC S7-300:
Thụng thường, để tăng tớnh mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đú phần lớn cỏc đối tượng điều khiển cú số tớn hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tớn hiệu vào/ra khỏc nhau mà cỏc bộ điều khiển PLC được thiết kế khụng bị cứng hoỏ về cấu hỡnh. Chỳng được chia nhỏ thành cỏc module. Số cỏc số module được sử dụng nhiều hay ớt tuỳ theo từng bài toỏn, song tối thiểu bao giờ cũng phải cú một module chớnh là module CPU. Cỏc module cũn lại là cỏc module nhận/truyền tớn hiệu với đối tượng điều khiển, cỏc module chức năng chuyờn dụng như PID, điều khiển động cơ. Chỳng được gọi chung là module mở rộng. Tất cả cỏc module được gỏ trờn thanh ray (Rack).
Module CPU
Module CPU là loại module cú chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, cỏc bộ thời gian, bộ đếm cổng truyền thụng (RS485) và cú thể cú một vài cổng vào ra số. Cỏc cổng vào ra số cú trờn module CPU được gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 cú nhiều loại module CPU khỏc nhau. Núi chung chỳng được đặt tờn theo bộ xử lý cú trong nú như module CPU312, module CPU314, module
CPU315… Những module cựng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khỏc nhau về cổng vào/ra onboard cũng như cỏc khối làm việc đặc biệt được tớch hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng cổng vào/ra onboard này sẽ được phõn biệt với nhau trong tờn gọi bằng thờm cụm chữ cỏi IFM. Ngoài ra cũn cú cỏc loại module CPU với hai loại cổng truyền thụng, trong đú cổng truyền thụng thứ hai cú chức năng chớnh là phục vụ việc nối mạng phõn tỏn. Tất nhiờn kốm theo cổng truyền thụng thứ hai này là những phần mềm thụng dụng thớch hợp cũng đó được cài sẵn trong hệ điều hành. Cỏc loại module CPU được phõn biệt với những module CPU khỏc bằng thờm cụm từ DP (distributed Port) trong tờn gọi. Vớ dụ module CPU315 – DP.
Module mở rộng
Cỏc module mở rộng được chia thành 5 loại chớnh :
+PS (Power supply) : Module nguồn nuụi.Cú 3 loại 2A, 5A và 10A. +SM (Signal module) : Module mở rộng cổng tớn hiệu vào/ra, bao gồm :
-DI(Digital input) : Module mở rộng cỏc cổng vào số. Số cỏc cổng vào mở rộng cú thể là 8,16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
-DO(Digital output) : Module mở rộng cỏc cổng ra số. Số cỏc cổng ra số mở rộng cú thể là 8,16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
-DI/DO: (Digital input/Digital output): Module mở rộng cỏc cổng vào/ra số. Số cỏc cổng vào/ra số mở rộng cú thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ thuộc vào từng loại module.
- AI(Analog input): Module mở rộng cỏc cổng vào tương tự.Về bản chất chỳng là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bits(AD). Tức là mỗi tớn hiệu tương tự được chuyển thành mỗi tớn hiệu số (nguyờn) cú độ dài 12 bits. Số cỏc cổng vào tương tự cú thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại module.
- AO(Analog output): Module mở rộng cỏc cổng ra tương tự. Chỳng chớnh là những bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số cỏc cổng ra tương tự cú thể lỏ 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại module.
- AI/AO(Analog input/Analog output): Module mở rộng cỏc cổng cỏc cổng vào ra tương tự. Số cỏc cổng vào/ra tương tự cú thể là 4 vào/2 ra, hoặc 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module.
+ IM (Interface module) : Module ghộp nối.Đõy là loại module chuyờn dụng cú nhiệm vụ nối từng nhúm cỏc module mở rộng lại với nhau thành 1 khối và được quản lý bởi 1
module CPU. Thụng thường cỏc module mở rộng được gỏ liền với nhau trờn 1 thanh đỡ gọi là rack.. Trờn mỗi 1 rack chỉ cú thể gỏ được nhiều nhất 8 module mở rộng (khụng kể module CPU, module nguồn nuụi). Một module CPU S7 – 300 cú thể làm việc trực tiếp được nhiều nhất 4 rack và cỏc rack này phải được nối với nhau bằng module IM. + FM (Function module): Module cú chức năng điều khiển riờng,vớ dụ như module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo, module PID, module điều khiển vũng kớn…
+ CP (Commucation module) : Module phục vụ truyền thụng trong mạng với nhau hoăc với mỏy tớnh.
b, Vũng quột chương trỡnh.
PLC thực hiện chương trỡnh theo chu trỡnh lặp. Mỗi vũng lặp được gọi là vũng quột . Mỗi vũng quột được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ cỏc cổng vào số tới vựng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trỡnh. Trong từng vũng quột, chương trỡnh được thực hiện từ lệnh đầu tiờn đến lệnh kết thỳc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trỡnh là giai đoạn thực chuyển cỏc nội dung của bộ đệm ảo Q tới cỏc cổng ra số. Vũng quột được kết thỳc bằng giai đoạn truyền thụng nội bộ và kiểm lỗi được thể hiện trờn (hỡnh5.1).
Hỡnh 5.1 Quỏ trỡnh hoạt động của một vũng quột
- Chỳ ý rằng bộ đệm I và Q khụng liờn quan đến cổng vào/ra tương tự nờn cỏc lệnh truy cập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ khụng thụng qua bộ đếm.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vũng quột gọi là thời gian vũng quột. Thời gian vũng quột khụng cố định, tức là khụng phải vũng quột nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Cú vũng quột được thực hiện lõu, cú vũng quột được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trỡnh được thực hiện, vào số lượng dữ liệu được truyền thụng trong vũng quột đú.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tớnh toỏn và việc gửi tớn hiệu điều khiển tới đối tượng cú một khoảng thời gian trễ đỳng bằng thời gian vũng quột. Núi cỏch khỏc, thời gian vũng quột quyết định tớnh thời gian thực của chương trỡnh điều khiển trong PLC. Thời gian vũng quột càng ngắn, tớnh thời gian thực hiện chương trỡnh càng cao.
Nếu sử dụng cỏc khối chương trỡnh đặc biệt cú chế độ ngắt, vớ dụ như khối OB40,OB80, chương trỡnh của cỏc khối đú sẽ được thực hiện trong vũng quột khi xuất hiện tớn hiệu bỏo ngắt cựng chủng loại. Cỏc khối chương trỡnh này cú thể được thực hiện tại mọi điểm trong vũng quột chứ khụng bị gũ ộp là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trỡnh. Chẳng hạn nếu một tớn hiệu bỏo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thụng và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng cụng việc truyền thụng, kiểm tra, để thực hiện khối chương trỡnh tương ứng với tớn hiệu bỏo ngắt đú. Với hỡnh thức xử lý tớn hiệu ngắt như vậy, thời gian vũng quột càng lớn khi càng cú nhiều tớn hiệu ngắt xuất hiện trong vũng quột. Do đú, để nõng cao tớnh thời gian thực cho chương trỡnh điều khiển, tuyệt đối khụng được viết chương trỡnh xử lý ngắt quỏ dài hoặc quỏ lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trỡnh điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thụng thường lệnh khụng làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thụng qua bộ đệm ảo của cổng trong vựng nhớ tham số. Việc truyền thụng giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong cỏc giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi cụng việc khỏc, ngay cả chương trỡnh ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
c, Cấu trỳc chương trỡnh.
Chương trỡnh cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vựng dành riờng cho chương trỡnh và cú thể được lập với hai dạng cấu trỳc khỏc nhau:
+ Lập trỡnh tuyến tớnh: Toàn bộ chương trỡnh điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại hỡnh cấu trỳc tuyến tớnh này phự hợp những với bài toỏn tự động nhỏ, khụng phức tạp. Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luụn quột và thực hiện cỏc lệnh trong nú thường xuyờn, từ lệnh đầu tiờn đến lệnh cuối cựng và quay lại lệnh đầu tiờn trờn (hỡnh 5.2)
hỡnh 5.2 cấu trỳc vũng quột
+ Lập trỡnh cú cấu trỳc:
Chương trỡnh được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riờng và những phần này nằm trong những khối chương trỡnh khỏc nhau. Loại hỡnh cấu trỳc này phự hợp với những bài toỏn điều khiển nhiệm vụ và phức tạp. Mỗi khi xuất hiện một tớn hiệu bỏo ngắt hệ thống sẽ tạm dừng cụng việc đang thực hiện lại, chẳng hạn tạm dừng việc thực hiện chương trỡnh trong OB1, và chuyển sang thực hiện chương trỡnh xử lý trong ngắt trong cỏc khối OB tương ứng. Vớ dụ khi đang thực hiện OB1 mà xuất hiện tớn hiệu ngắt bỏo sự cố truyền thụng, hệ thống sẽ tạm dừng việc thực hiện OB1 lại để gọi và thực hiện chương trỡnh trong khối OB87. Chỉ sau khi đó thực hiện xong chương trỡnh trong OB87, hệ thống sẽ quay trở về tiếp tục phần chương trỡnh cũn lại trong OB1. Cấu trỳc một chương trỡnh (cú cấu trỳc hỡnh 5.3)
Vũng quột Lệnh 1 Lệnh 2 Lệnh cuối cựng OB1 OB Organization Block FB FB FC FB SFB SFC DB DB DB DB
hỡnh 5.3 sơ đồ lập trỡnh cú cấu trỳc *chỳ thớch ( hỡnh 5.3)
OB = Organization Block FC = Function
FB = Function Block
SFB = System Function Block SFC = System Function SDB = System Data Block DB = Data Block
Khỏc với kiểu lập trỡnh tuyến tớnh, kỹ thuật lập trỡnh cú cấu trỳc (structure programming) là phương phỏp lập trỡnh mà ở đú toàn bộ chương trỡnh điều khiển được chia nhỏ thành cỏc khối FC hay FB mang một nhiệm vụ cụ thể riờng và được quản lý chung từ những khối OB Kiểu lập trỡnh này rất phự hợp cho bài toỏn điều khiển phức tạp, nhiều nhiệm vụ cũng như cho việc sửa chữa, gỡ rối sau này.
d, Trao đổi dữ liệu giữa CPU và cỏc module mở rộng:
Trong trạm PLC luụn cú sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và cỏc module mở rộng thụng qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vũng quột, cỏc dữ kiện tại cổng vào của cỏc module số (DI) đó được CPU chuyển tới bộ đệm vào số. Cuối mỗi vũng quột nội dung của bộ đệm ra số lại được CPU chuyển đến cổng ra của cỏc module ra số (DO). Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trỡnh ứng dụng. Điều này cho thấy nếu trong chương trỡnh ứng dụng cú nhiều lệnh đọc giỏ trị cổng vào số thỡ cho dự giỏ trị logic thực cú của cổng vào này cú thể đó bị thay đổi trong quỏ trỡnh thực hiện vũng quột, chương trỡnh sẽ vẫn luụn đọc được cựng một giỏ trị từ I và giỏ đú chớnh là giỏ trị của cổng vào cú tại thời điểm đầu vũng quột. Cũng như vậy, nếu chương trỡnh ứng dụng nhiều lần thay đổi giỏ trị cho một cổng ra số thỡ do nú chỉ thay đổi cuối cựng mới thực hiện được đưa tới cổng ra vật lý của module DO.
Khỏc hẳn với việc đọc /ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi lệnh đọc giỏ trị từ địa chỉ thuộc vựng PI sẽ thu được một giỏ trị đỳng bằng giỏ trị thực cú ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh. Tương tự khi thực hiện lệnh gửi một giỏ trị (số nguyờn 16 bit) tới địa chỉ của vựng PQ, giỏ trị đú sẽ được gửi ngay tới cổng ra tương tự của module.
Tuy nhiờn miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số cỏc cổng vào ra tương tự của một trạm. Chẳng hạn, thực chất cỏc cổng vào tương tự chỉ cú thể cú là từ địa chỉ PIB256 đến địa chỉ PIB767 nhưng miền địa chỉ của PI và PQ lại từ 0 đến 65535. Điều này tạo ra khả năng kết nối cỏc cổng vào/ra số với những địa chỉ dụi ra đú trong PI/PQ giỳp chương trỡnh ứng dụng cú thể truy nhập trực tiếp cỏc module DI/DO mở
rộng để cú được giỏ trị tức thời tại cổng mà khụng thụng qua bộ đệm I và Q.