GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC
4.1 KHÁI QUÁT VỀ PLC
PLC (viết tắt từ tiếng Anh của từ: Programmable Logic Controller) được gọi là Bộ điều khiển logic khả trỡnh. Sự phỏt triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và cụng nghệ điều khiển logic khả trỡnh dựa trờn cơ sở phỏt triển của tin học, cụ thể là sự phỏt triển của kỹ thuật mỏy tớnh.
Thiết bị điều khiển logic khả trỡnh PLC hiện nay cú ứng dụng rất rộng rói. Thiết bị điều khiển logic khả trỡnh PLC cú thể thay thế được cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống như một mỏy tớnh nờn cú thể lập trỡnh được. Chương trỡnh của PLC cú thể thay đổi rất dễ dàng, cỏc chương trỡnh con cũng cú thể sửa đổi nhanh chúng.
Thiết bị điều khiển logic khả trỡnh PLC đỏp ứng được hầu hết cỏc yờu cầu và như là yếu tố
chớnh trong việc nõng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong cụng nghiệp. Trước đõy thỡ việc tự
động hoỏ chỉ được ỏp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoỏ cả trong sản xuất nhiều loại khỏc nhau, để nõng cao năng suất và chất lượng.
4.2. CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT BỘ PLC.
Một bộ PLC thụng thường cú những Modul phần cứng như sau: Modul nguồn.
Modul đơn vị xử lý trung tõm CPU. Modul bộ nhớ chương trỡnh.
Modul đầu ra. Modul phối ghộp. Modul chức năng phụ.
Modul nguồn nhận từ nguồn điện lưới cụng nghiệp để tạo ra nguồn điện một chiều cung cấp
cho hoạt động của toàn bộ PLC.
Modul đơn vị xử lý trung tõm CPU: trong mỗi thiết bị PLC Modul đơn vị xử lý trung tõm
gồm nhiều hệ thống vi xử lý bờn trong, cú hai loại đơn vị xử lý trung tõm đú là: đơn vị xử lý một bớt và đơn vị xử lý bằng từ ngữ.
Modul bộ nhớ chương trỡnh: Chương trỡnh điều khiển hiện hành được giữ lại trong bộ nhớ
chương trỡnh bằng cỏc bộ phận lưu giữ điện tử như RAM, PROM hoặc EPROM. Chương trỡnh
được tạo ra với sự trợ giỳp của một đơn vị lập trỡnh chuyờn dụng, rồi được chuyển vào bộ nhớ
chương trỡnh. Một nguồn điện dự phũng cần thiết cho RAM để duy trỡ chương trỡnh ngay cả trong trường hợp mất nguồn điện chớnh.
Modul đầu vào: Modul đầu vào cú chức năng chuẩn bị cỏc tớn hiệu bờn ngoài để chuyển vào
trong PLC cú chứa cỏc bộ lọc và bộ thớch ứng mức năng lượng. Một mạch phối ghộp cú lựa chọn được dựng để ngăn cỏch điện giải mạch trong ra khỏi mạch ngoài. Cỏc Modul đầu vào
được thiết kế để cú thể nhận nhiều đầu vào và cú thể cắm thờm cỏc Modul đầu vào mở rộng.
Việc chẩn đoỏn cỏc sai xút hư hỏng sẽ được thực hiện rất dễ dàng với mỗi đầu vào được trang bị một Điốt phỏt sỏng (led) bộ chỉ thị ỏnh sỏng bỏo hiệu cho sự cú mặt của điện thế đầu vào.
Modul đầu ra: Modul đầu ra cú cấu tạo tương tự như Modul đầu vào. Nú gửi thẳng cỏc thụng
tin đầu ra đến cỏc phần tử kớch hoạt (cho dẫn động) của mỏy làm việc. Vỡ vậy mà nhiều Modul
đầu ra thớch hợp với hàng loạt mạch phối ghộp khỏc nhau đó được cung cấp. Điốt phỏt sỏng
(led) cũng cú thể giỳp quan sỏt điện thế đầu ra.
Modul phối ghộp: Modul phối ghộp dựng để nối bộ điều khiển khả trỡnh PLC với cỏc thiết bị
bờn ngoài như màn hỡnh, thiết bị lập trỡnh hoặc cỏc Panen mở rộng. Thờm vào đú, nhiều chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với những chức năng thuần tuý logic của một bộ
PLC cơ bản. Cũng cú thể ghộp thờm những thẻ điện tử phụ đặc biệt để tạo ra cỏc chức năng
phụ đú. Trong những trường hợp này đều phải dựng đến mạch phối ghộp.
Modul chức năng phụ: Những chức năng phụ điển hỡnh nhất của PLC là bộ nhớ duy trỡ cú
cựng chức năng như Rơle duy trỡ nghĩa là bảo tồn tớn hiệu trong quỏ trỡnh mất điện. Khi nguồn
điện trở lại thỡ bộ chuyển đổi của bộ nhớ nằm ở tư thế như trước lỳc mất điện. Bộ thời gian
của PLC cú chức năng tương tự như cỏc rơ le thời gian, việc đặt thời gian được lập trỡnh hoặc
điều chỉnh từ bờn ngoài. Bộ đếm được lập trỡnh bằng cỏc lệnh logic cơ bản hoặc thụng qua cỏc
thẻ điện tử phụ. Bộ ghi tương ứng với cơ cấu nỳt bấm- bước. Bước tiếp theo được thả ra bởi
bộ phỏt thời gian hoặc bằng xung của mạch chuyển đổi. Chức năng số học được thiết kế để
thực hiện bốn chức năng số học cơ bản: cộng, trừ, nhõn. chia và cỏc chức năng so sỏnh: lớn hơn, nhỏ hơn, bằng và khụng bằng. Chức năng điều khiển số của PLC để điều khiển cỏc quỏ trỡnh cụng nghệ trờn cỏc mỏy cụng cụ hoặc trờn cỏc tay mỏy, người mỏy cụng nghiệp.
4.3. CHỨC NĂNG CỦA PLC.
Chức năng của bộ điều khiển logic khả trỡnh cũng giống như cỏc bộ điều khiển khỏc thiết kế trờn cơ sở cỏc rơ le hoặc cỏc thành phần điện tử:
Thu nhận cỏc tớn hiệu đầu vào và phản hồi (từ cỏc cảm biến).
Liờn kết, ghộp nối lại và đúng mở mạch phự hợp với chương trỡnh.
Tớnh toỏn và soạn thảo cỏc lệnh điều khiển trờn cơ sở so sỏnh cỏc thụng tin thu được. Phõn phỏt cỏc lệnh điều khiển đú đến cỏc địa chỉ thớch hợp.
4.4. ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PLC.
Việc ứng dụng cỏc bộ PLC vào cỏc hệ thống đó gặp rất nhiều thuận lợi như Thời gian lắp đặt ngắn.
Độ tin cậy cao và ngày càng tăng.
Dễ dàng thay đổi phần mềm nhờ thiết kế. Cú thể tớnh toỏn được chớnh xỏc giỏ thành. Xử lý tư liệu tự động.
Tiết kiệm khụng gian.
Chuẩn hoỏ được phần cứng điều khiển. Khả năng tỏi tạo.
Thớch ứng trong mụi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện ỏp giao động, tiếng ồn. Ghộp nối mỏy tớnh.
Ghộp nối mỏy in.
4.5. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRèNH SIMANTIC S7- 200
Simatic S7 - 200 là thiết bị điều khiển logic khả trỡnh của hóng Siemen (Cộng hồ Liờn Bang
Đức) . Thế hệ Simatic S7 - 200 rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao do những đặc tớnh sau:
Cú nhiều loại CPU khỏc nhau trong hệ S7-200 nhằm đỏp ứng yờu cầu khỏc nhau của
từng ứng dụng.
Cú nhiều Modul mở rộng khỏc nhau như cỏc Modul ngừ vào/ ra tương tự, Modul ngừ vào/ ra số.
Modul truyền thụng để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng Profibus- DP như là một Slave.
Modul truyền thụng để kết nối PLC trong hệ S7 - 200 vào mạng AS- I như là một MASTER.
Phần mềm STEP 7- Micro/ Win softwarl.
Trong phạm vi đồ ỏn này, em xin được giới thiệu về CPU 215 của hóng SIEMENS . CPU 215 như hỡnh sau:
4.5.1. Cỏc đặc tớnh kỹ thuõt của CPU 215 và Modull 315
Đặc tớnh kỹ thuật CPU 215
Kớch thước vật lý 246 x 80 x 62 mm
Trọng lượng 0,5 kg
Dung lượng bộ nhớ chương trỡnh 4 K Word
Dung lượng bộ nhớ dữ liệu 2,5 K Word
Số lượng đầu vào tương tự 16 Số lượng đầu ra tương tự 10 Số lượng đầu vào số 64 Số lượng đầu ra số 64
Cú thể ghộp nối mở rộng cỏc Modul 2
Số lượng bộ tạo thời gian trễ 256
Số lượng bộ đếm 256 Số lượng bớt nhớ đặc biệt 368
Đầu vào
Kiểu đầu vào Kiểu khe cắm
Dải tớn hiệu vào Từ 15 ữ 30 V điện ỏp một chiều , 4mA
Thời gian phản ứng lại: I0.0 tới I1.5
I0.6 tới I1.5
Từ 0,2 ms đến 8,7 ms mặc định 0,2ms 6 μs bật và 30 μs tắt
Cú cỏch ly quang 500 V AC ,1 phỳt
Đầu ra
Dải điện ỏp Từ 24,4 đến 28,8 V một chiều
Dũng tải tối đa Q0.0 tới Q0.7 Q1.0 tới Q1.1 Ở nhiệt độ từ 00 đến 550 C 0,5 A/ Điểm 10 A/ Điểm Dũng điện dũ Q0.0 tới Q0.7 Q1.0 tới Q1.1 200 μA 400 μA Thời gian chuyển mạch
Q0.0 tới Q0.7 Cỏc đầu ra khỏc
100 μs, ON/OF
Điện trở trong lớn nhất 400 mΩ Bảo vệ dũng ngắn mạch Q0.0 tới Q0.7 Q1.0 tới Q1.1 0,7 đến 1,5 A/ Kờnh 1,5 đến 3 A/ Kờnh Cú cỏch ly quang 500 VAC , 1phỳt Nguồn cấp Điện ỏp Từ 20,4 đến 28,8 VDC Dũng vào 120 mA
Cỏch kết nối cỏc cổng dành cho CPU 215 được biểu diễn như hỡnh sau: Modull mở rộng EM235
Đặc tớnh kỹ thuật CPU 215
Kớch thước vật lý 90 x 80 x 62 mm
Trọng lượng 0,2 kg
Cụng suất tiờu thụ 2w Số lượng đầu vào tương tự 3
Số lượng đầu ra tương tự 1
Đầu vào
Kiểu đầu vào Diferential
Dải tớn hiệu vào cực đại 30 V điện ỏp một chiều , 32mA
Độ phõn giải chuyển đổi từ Analog sang
Digital
12 bit hoặc 1 trong 4096
Thời gian chuyển đổi từ Analog sang
tương tự
25 μs
Đầu ra
Điện ỏp ra ± 10 V
4.5.2. Cổng truyền thụng.
S7-200 sử dụng cổng truyền thụng nối tiếp RS 485 với phớch nối 9 chõn để phục vụ cho việc ghộp nối với thiết bị lập trỡnh hoặc với cỏc trạm PLC khỏc. Tốc độ truyền cho mỏy lập trỡnh kiểu PPI là 9600 baud.
Chõn Giải thớch 1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Khụng sử dụng 5 Đất 6 5VDC 7 24 VDC 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 Khụng sử dụng
Ghộp nối S 7- 200 với mỏy lập trỡnh PG 702 hoặc với cỏc loại mỏy lập trỡnh thuộc họ PG7 XX cú thể sử dụng một cỏp nối thẳng qua MPI.
Ghộp nối S7- 200 với mỏy tớnh qua cổng RS 232 cần cú cỏp nối PC/ PPI với bộ chuyển đổi RS 232/ RS 485.
4.5.3. Cấu chỳc chương trỡnh của S 7 - 200
Cú thể lập trỡnh cho PLC S7-200 bằng cỏch sử dụng một trong những phần mềm: STEP - MICRO/ DOS.
STEP - MICRO/WIN.
Phần mềm này cú thể cài đặt được trờn cỏc mỏy lập trỡnh hoặc PG 7xx và cỏc mỏy tớnh cỏ nhõn (PC). Chương trỡnh cú thể viết bằng cỏc ngụn ngữ sau
Lưu đồ hệ điều khiển (Control system flow chart)
Giản đồ thang (Ladder Diagram).
Danh sỏch lệnh (Statment List).
Cỏc lệnh kiểu khối và cỏc lệnh bậc cao.
Trong bản đồ ỏn này em giới thiệu về ngụn ngữ lập trỡnh giản đồ thang bằng mỏy tớnh cỏ nhõn. Cỏc chương trỡnh cho S7-200 cú cấu trỳc bao gồm chương trỡnh chớnh và cỏc chương trỡnh con và cỏc chương trỡnh xử lý ngắt.
Chương trỡnh chớnh được kết thỳc bằng lệnh kết thỳc chương trỡnh (MEND).
Chương trỡnh con là một bộ phận của chương trỡnh. Cỏc chươngtrỡnh con được viết sau lệnh kết thỳc chương trỡnh, đú là lệnh MEND). Cỏc chương trỡnh con được nhúm lại thành một
5 4 3 2 1
nhúm ngay sau chương trỡnh chớnh. Sau đú đến cỏc chương trỡnh xử lý ngắt thỡ cấu trỳc chương trỡnh được rừ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trỡnh.
Main program MEND Thực hiện trong một vũng quột SBR0 chương trỡnh con thứ nhất RET
Thực hiện khi được chương trỡnh tớnh gọi SBRn chương trỡnh con thứ n+1 RET INT O chương trỡnh xử lý ngắt thứ nhất RETI Thực hiện khi cú tớn hiệu bỏo ngắt INTn chương trỡnh xử lý ngắt thứ n+1 RETI 4.6. NGễN NGỮ LẬP TRèNH CỦA S7 - 200. 4.6.1. Phương phỏp lập trỡnh.
S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dóy cỏc lệnh lập trỡnh. Chương trỡnh là một dóy cỏc lệnh S7 - 200. Thực hiện chương trỡnh bắt đầu từ lệnh lập trỡnh đầu tiờn và kết thỳc ở lệnh lập trỡnh cuối trong một vũng được gọi là vũng quột (scan).
Một vũng quột (scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thỏi của đầu vào, và sau đú thực hiện chương trỡnh. Một vũng quột kết thỳc bằng việc thay đổi trạng thỏi đầu ra. Trước khi bắt
đầu một vũng quột tiếp theo S7-200 thực thi cỏc nhiệm vụ bờn trong và nhiệm vụ truyền thụng.
Chu trỡnh thực hiện chương trỡnh là chu trỡnh lặp được thể hiện ở hỡnh 3.3.
Cỏch lập trỡnh cho S7 -200 núi riờng và cho cỏc PLC của Siemen núi chung dựa trờn hai phương phỏp cơ bản:
Phương phỏp hỡnh thang (Ladder logic viết tắt thành LAD). Phương phỏp liệt kờ lệnh (Stamennt List viết tắt thành STL).
Giai đoạn nhập dữ liệu từ ngoại vi Giai đoạn chuyển
dữ liệu ra ngoại vi
Giai đoạn thực hiện ch−ơng trình Giai đoạn truyền
thơng nội bộ vμ tự kiểm tra lỗi
Phương phỏp hỡnh thang LAD là một ngụn ngữ lập trỡnh bằng đồ hoạ. Những thành phần cơ
bản dựng trong lad tương ứng với cỏc thành phần của Bảng điều khiển bằng rơ le. Trong
chương trỡnh LAD cỏc phần tử cơ bản dựng để biểu diễn lệnh logic. Cỏc tiếp điểm thường mở được mụ tả
Cỏc tiếp điểm thường kớn được mụ tả Cuộn dõy được mụ tả
Hộp là biểu tượng mụ tả cỏc hàm khỏc nhau nú làm việc khi cú dũng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là cỏc bộ thời gian (TIM ER) bộ đếm (COUNTER)và cỏc hàm toỏn học
Mạng LAD là đường nối cỏc phần tử thành một mạch hoàn thiện đi từ đường nguồn bờn trỏi sang đường nguồn bờn phải, đường nguồn bờn trỏi là dõy núng, đường nguồn bờn phải là dõy trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp
Phương phỏp liệt kờ lệnh STL là phương phỏp thể hiện chương trỡnh dưới dạng tập hợp cỏc cõu lệnh. Mỗi cõu lệnh trong trương trỡnh kể cả những lệnh hỡnh thức biểu diễn một chức năng của PLC.
Hệ lệnh của S7- 200 được chia làm ba nhúm và xắp xếp theo thứ tự Alphaber
Cỏc lệnh mà khi thực hiện thỡ làm việc độc lập khụng phụ thuộc vào giỏ trị Logic của
ngăn xếp.
Cỏc lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiờn của ngăn xếp cú giỏ trị logic bằng 1. Cỏc nhón lệnh đỏnh dần vị trớ trong tập lệnh.
Chương trỡnh được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trỡnh sẽ tự tạo ra một chương trỡnh theo kiểu STL tương ứng. Ngược lại khụng phải mọi chương trỡnh được viết theo kiểu STL cũng cú thể chuyển sang được LAD.
Mụ tả việc thực hiện lệnh đưa giỏ trị logic của tiếp điểm IO.O vào trong ngăn sắp xếp theo cỏch biểu diễn LAD và STL như sau:
LAD STl LD IO.O
= Q1.0
4.6.2. Cỳ phỏp hệ lệnh của S7- 200.
SIMATIC S7- 200 cú một khối lượng lệnh tương đối lớn thể hiện cỏc thuật toỏn của đại số
Boolean, song chỉ cú một vài cỏc kiểu lệnh khỏc nhau. Từng lệnh của S7- 200 được mụ tả chi tiết về cỏch sử dụng, chức năngvà tỏc động của chỳng vào nội dung ngăn xếp.Giới hạn toỏn hạng của CPU 215 được trỡnh bày như sau:
Phương phỏp truy cập Giới hạn cho phộp toỏn hạng CPU 215
Truy cập bit
(Địa chỉ byte, chỉ số bit) V I Q M SM T C S (0.0 đến 5119.7) (0.0 đến 7.7) (0.0 đến 7.7) (0.0 đến 31.7) (0.0 đến 194.7) (0 đến 255) (0 đến 255) (0 đến 31.7) Truy cập byte VB IB MB SMB AC SB Hằng số (0 đến 5119) (0 đến 7) (0 đến 7) (0 đến 31) (0 đến 194) (0 đến 15) Truy cập từ đơn (địa chỉ byte cao)
VW T C IW QW (0 đến 5118) (0 đến 255) (0 đến 255) (0 đến 6) (0 đến 6) Truy cập từ đơn (địa chỉ byte cao)
MW SMW AC AIW AQW SW Hằng số (0 đến 30) (0 đến 193) (0 đến 3) (0 đến 30) (0 đến 30) (0 đến 30)
Truy cập từ kộp (địa chỉ byte cao)
VD ID QD MD SMD AC HC SD Hằng số (0 đến 5116) (0 đến 4) (0 đến 4) (0 đến 28) (0 đến 191) (0 đến 3) (0 đến 2) (0 đến 3)
4.6.3. Lệnh cơ bản của PLC SIMATIC S7- 200 1. Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trỡnh con
Cỏc lệnh của chương trỡnh nếu khụng cú những lệnh điều khiển riờng sẽ được thực hiện theo thứ tự từ trờn xuống dưới trong một vũng quột. Lệnh điều khiển chương trỡnh cho phộp thay
đổi thứ tự thực hiện lệnh.
Lệnh gọi chương trỡnh con là lệnh chuyển điều khiển đến chương trỡnh con. Khi chương trỡnh con thực hiện xong cỏc phộp tớnh của mỡnh thỡ việc điều khiển lại được trở về lệnh tiếp theo trong chương trỡnh chớnh nằm ngay sau lệnh gọi chương trỡnh con.
JMP,CALL: Lệnh nhảy JMP và lệnh gọi chương trỡnh con SBR cho phộp chuyển LBL. SBR
điều khiển từ vị trớ này đến một vị trớ khỏc trong một chương trỡnh.
LAD STL Mụ tả
JMP Kn Lệnh nhảy thực hiện việc chuyển điều
khiển đến nhón n trong một chương trỡnh
LBL Kn Khai bỏo nhón n trong một chương trỡnh
Call Kn Lệnh gọi chương trỡnh con
SBR Kn Lệnh gỏn nhón n
CRET Lệnh trở về đó gọi chương trỡnh con cú
điều kiện
RET Lệnh trở về đó gọi chương trỡnh con
khụng cú điều kin
2. Lệnh vào: LD và LDN.
Lệnh LD nạp giỏ trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiờn của ngăn xếp. Cỏc giỏ trị cũ