IV. PLC
2.4 Kỹ thuật lập trình
Chơng trình cho S7-300 đợc lu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chơng trình và có thể đợc lập với hai dạng cấu trúc khác nhau:
• Lập trình tuyến tính (linear programming): Toàn bộ chơng trình điều khiển
nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. Khối đợc chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thờng xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên. Khối nàyđợc hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với khoảng thời gian không cách đều nhau mà phụ thuộc vào độ dài của chơng trình. Các loại khối chơng trình khác không tham gia trực tiếp vào vòng quét. Các khối OB khác không tham gia vào vòng quét mà đợc gọi bằng những tín hiệu báo ngắt. S7-300 có nhiều loại tín hiệu báo ngắt nh tín hiệu báo ngắt khi có sự cố nguồn nuôi, tín hiệu báo ngắt khi có sự cố chập mạch ở các module mở rộng, tín hiệu báo ngắt theo chu kỳ thời gian… và mỗi loại tín hiệu báo ngắt nh vậy cũng chỉ có khả năng gọi một loại khối OB nhất định. Mỗi khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt hệ thống sẽ tạm dừng công việc đang thực hiện lại, chẳng hạn nh tạm dừng việc thực hiện ch- ơng trình xử lý ngắt trong các khối OB tơng ứng.
• Lập trình có cấu trúc (structure programming): là kỹ thuật cài đặt thuật toán
mỗi khối thực hiện một nhiệm vụ cụ thể của bài toán điều khiển chung và toàn bộ các khối chơng trìnhnày lại đợc quản lý một cách thống nhất bởi khối OB1. Trong OB1 có các lệnh gọi những khối chơng trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra.
Hoàn toàn tơng tự, một nhiệm vụ điều khiển con có thể còn đợc chia nhỏ thành nhiều nhiệm vụ nhỏ và cụ thể hơn nữa, do đó một khối chơng trình con cũng có thể đợc gọi từ một khối chơng trình con khác. Duy có một điều cấm kỵ ta cần phải tránh là không bao giờ một khối chơng trình con lại gọi đến chính nó. Ngoài ra, do có sự hạn chế về ngăn xếp của các module CPU nên không đợc tổ chức chơng trình con gọi lồng nhau quá số lần mà module CPU đợc sử dụng cho phép.
PLC S7-300 có bốn loại khối cơ bản:
* Loại khối OB (Organization block): Khối tổ chức và quản lý chơng trình điều khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng đợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm ký tự OB, ví dụ nh OB1, OB35, OB40…
* Loại khối FC(Program block): Khối chơng trình với những chức năng riêng giống nh một chơng trình con hoặc một hàm (chơng trình con có biến hình thức). Một chơng trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này đợc phân biệt với nhau bằng những số nguyên sau nhóm ký tự FC. Chẳng hạn nh FC1, FC2 …
* Loại khối FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lợng dữ liệu lớn với các khối chơng trình khác. Các dữ liệu này phải đợc tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chơng trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này đợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FB. Chẳng hạn nh FB1, FB2 …
*Loại khối DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chơng trình. Các tham số của khối do ngời dùng tự đặt. Một chơng trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này đợc phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự DB. Chẳng hạn nh DB1, DB2 …
Chơng trình trong các khối đợc liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối. Xem những phần chơng trình trong các khối nh là các chơng trình con thì S7-300 cho phép gọi chơng trình con lồng nhau, tức là từ chơng trình con này gọi một chơng trình con khác và từ chơng trình con đợc gọi lại gọi tới một chơng trình con thứ 3 …. Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụ nh đối với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8. Nếu số lần gọi khối lồng nhau mà vợt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ tự
Hình 1.5: Lập trình có cấu trúc.
Hình 1.6: Thực hiện gọi khối FC10.
Nh vậy, khi thực hiện lệnh gọi một khối con, hệ điều hành sẽ:
• Chuyển khối con đợc gọi từ vùng Load memory vào vùng Work memory. • Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong Work memory để làm local
block. Cấu trúc local block đợc quy định khi soạn thảo các khối.
• Truyền các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local block.
• Sau khi khối con thực hiện xong nhiệm vụ và ghi kết quả dới dạng tham trị đầu ra cho biến OUT, IN-OUT của local block, hệ điều hành sẽ chuyển các tham trị này cho khối mẹ và giải phóng khối con cùng local block ra khỏi vùng Work memory.
2.5 Ngôn ngữ lập trình.
Các loại PLC nói chung thờng có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tợng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản. Đó là:
• Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thờng của máy tính. Một chơng trình đợc ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung
“tên lệnh” + “toán hạng”.
• Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những ngời quen thiết kế mạch điều khiển logic.
• Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function block diagram). Đây cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho ngời có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. Một chơng trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang đợc dạng STL, nhng ngợc lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD.
Step7 là một phần mềm hỗ trợ:
- Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic S7-300/400.
- Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng nh thủ tục truyền thông giữa chúng.
- Soạn thảo và cài đặt chơng trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm.
- Quan sát việc thực hiện chơng trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối ch- ơng trình.
Ngoài ra Step7 còn có cả một th viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ
giúp online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của ngời sử dụng về cách sử
dụng Step7, về cú pháp lệnh trong lập trình, về xây dựng cấu hình cứng của một trạm
cũng nh của một mạng gồm nhiều trạm PLC …
V.
chơng IV: xây dựng mô hình mô phỏng thang máy
I. Xác định các vấn đề sẽ mô phỏng
vì trên thực tế có đầy đủ các thiết bị nên ta có thể xây dựng bài toán mô phỏng với đầy đủ các chức năng của thang máy.Nhng khi mô phỏng trên mô hình của em với điều kiện hiên có tại phòng thí nghiệm và trên thị trờng.Mô hình thực tế của em có thể không thể mô phỏng đợc hết các tính năng của thang.Một số các thiết bị không giống thiết bị thật, các cảm biến đợc thay thế tơng đơng
II. Xây dựng kết cấu cho mô hình mô phỏng
III. Xây dựng kế hoạch mô phỏng và kiểm nghiệm trên thực tế.
trên thực tế.
Với hệ thống lý thuyết đã đợc nghiên cứu ở các chơng trớc, chúng ta đã thiết lập đợc hệ thống thang máy trên lý thuyết nhng có một điểm là tất cả đều chỉ đợc mô tả trên lý thuyết và cha đợc đa vào kiểm nghiệm. Để tăng thêm tính sát thực của đồ án và tăng thêm tính thuyết phục.
Xuất phát từ những điểm chính đó, em đi vào xây dựng mô hình thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản đợc đơn giản hoá bớt các chức năng so với các tính năng xây dựng ở trên. Mặc dù không mô tả đợc hết các tính năng của thang máy nhng nó cũng phần nào mô tả đợc những tính năng điều khiẻn buồng thang.
Với mô hình này chúng ta có thể vận dụng phơng pháp tổng hợp các hệ điều khiển logic.
Cấu trúc chi tiết của mô hình đợc mô tả:
+ Bên trong buồng thang có 4 nút điều khiển ( tạm gọi là các nút yêu cầu đến tầng - DT: DT1, DT2, DT3, DT4) và 4 đèn tơng ứng minh hoạ cho trạng thái yêu cầu của mỗi nút ấn. + Bên ngoài buồng thang có 6 nút ấn và 6 đèn tơng ứng mô tả trạng thái yêu cầu của 6 nút ấn đó :
- Tầng 1 có 1 nút ấn để yêu cầu lên các tầng trên ( 1GTL), và có 1 đèn trạng thái (DENL1) minh hoạ cho yêu cầu của nút ấn : khi nút 1GTL đợc nhấn thì DENL1 sẽ sáng, đến khi nào buồng thang dừng ở tầng 1 thì DENL1 sẽ sáng nhấp nháy, sau 1 khoảng thời gian thiết lập nó sẽ tắt đi.
- Tầng 2 có 2 nút ấn gọi tầng (2GTL, 2GTX) và 2 đèn trạng thái. - Tầng 3 có 2 nút ấn gọi tầng (3GTL, 3GTX) và 2 đèn trạng thái. - Tầng 4 có 1 nút ấn gọi tầng (4GTX) và 1 đèn trạng thái.
+ Cơ cấu truyền động để nâng, hạ buồng thang ở đây dùng 1 động cơ điện 1 chiều và hộp giảm tốc, buồng thang đợc kéo bởi 1 cáp gắn ở puly trục hộp giảm tốc qua dòng dọc gắn trên nóc của cơ cấu.
+ Một cơ cấu để đóng mở cửa tầng khi buồng thang đến tầng cần phục vụ ( dùng 1 động cơ 1 chiều có đảo chiều).
+ Để điều khiển cấp điện cho 2 động cơ : 1 động cơ truyền động nâng - hạ buồng thang, và 1 động cơ để truyền động đóng - mở cửa tầng, ở đây dùng 4 rơle để điều khiển cho 2 động cơ ứng với 2 chiều chuyển động(nâng-hạ, đóng-mở).
+ Tơng ứng trên mỗi tầng có gắn 1 công tắc tầng (cảm biến tầng) để xác định vị trí của buồng thang.
+ Nguồn điện sử dụng cho mô hình :
- Dùng nguồn 5V DC hoặc 12V DC cấp cho 2 động cơ truyền động (I <5A)
- Dùng nguồn 24V DC để cấp cho các cảm biến tầng, các nút ấn yêu cầu điều khiển. - Các đèn trạng thái đợc điều khiển và nhận trực tiếp tín hiệu từ PLC.
Từ mô hình đã xây dựng sinh viên đợc thực tập với các yêu cầu công nghệ sau:
1. Công nghệ 1: 2. Công nghệ 2.
Xây dựng chơng trình điều khiển thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản.
- Điều khiển thang máy bằng 4 nút đến tầng (DT1, DT2, DT3, DT4) ở trong buồng thang và 4 nút gọi tầng tơng ứng trên mỗi tầng (1GT,2GT, 3GT,4GT).
- Có 4 công tắc tầng bố trí ở 4 tầng để xác định vị trí của buồng thang. - Minh hoạ trạng thái đợc chọn của các nút yêu cầu bằng các đèn tơng ứng.
- Các nút yêu cầu điều khiển (DT và GT) có thể đợc chọn liên tiếp và đợc lu giữ, khi đó chúng đợc xử lý u tiên theo hành trình.
- Khi buồng thang đợc điều khiển đến tầng yêu cầu nó sẽ dừng lại trong vòng 5s, lúc này đèn báo rtạng thái tại tầng đó cũng sáng nhấp nháy. Sau 5s đèn sẽ tắt, nếu còn yêu cầu đến các tầng khác thì thang máy tiếp tục, còn nếu không nó sẽ dừng lại tại vị trí đó.
3. Công nghệ 3.
Xây dựng chơng trình điều khiển thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản.
- Điều khiển thang máy bằng 4 nút DT trong buồng thang và 4 nút GT tại mỗi tầng. Có 4 công tắc tầng bố trí tại mỗi tầng.
- Các yêu cầu điều khiển có thể đợc lựa chọn liên tiếp, minh hoạ bằng đèn trạng thái sáng. Các yêu cầu này sẽ đợc xử lý u tiên theo hành trình đang chuyển động. Khi buồng thang di chuyển tới tầng yêu cầu, cửa buồng thang sẽ mở ra đồng thời đèn trạng thái sẽ sáng nhấp nháy, sau khoảng 5s cửa buồng thang đóng lại, đèn trạng thái tắt. Nếu còn yêu cầu điều khiển thì buồng thang tiếp tục đợc điều khiển, nếu không nó sẽ dừng tại vị trí tầng đó.
4. Công nghệ 4.
Xây dựng chơng trình điều khiển thang máy chở ngời 4 tầng đơn giản.
- Điều khiển thang máy bằng 4 nút DT (DT1, DT2,DT3,DT4) trong buồng thang và 6 nút GT (1GTL, 2GTL, 2GTX, 3GTL, 3GTX, 4GTX) tại các cửa tầng. Có 4 cảm biến tầng bố trí tại các tầng để xác định vị trí của buồng thang.
- Khi nhấn các nút DT hoặc GT , các yêu cầu này sẽ đợc lu giữ và sẽ đợc xử lý u tiên theo hành trình.
- Khi buồng thang tới tầng yêu cầu, nó huỷ yêu cầu đã đợc xử lý, dừng lại trong khoảng 5s, lúc này đèn trạng thái nhấp nháy với tần số 0,5Hz. Sau khoảng thời gian này đèn trạng thái tắt, nếu còn yêu cầu nó tiếp tục xử lý, nếu không nó sẽ dừng lại tại vị trí tầng đó.
