2.3.1. Cỏc tớnh năng của PLC S7-200
Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho cỏc ứng dụng trong phạm
vi hẹp.
Cú nhiều loại CPU.
Cú nhiều Module mở rộng.
Cú thể mở rộng đến 7 Module.
Bus nối tớch hợp trong Module ở mặt sau.
Cú thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus hoặc MPI Card
nối thẳng.
Mỏy tớnh trung tõm cú thể truy cập đến cỏc Module.
Khụng quy định rónh cắm.
Phần mềm điều khiển riờng.
Tớch hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module.
Micro PLC với nhiều chức năng tớch hợp.
2.3.2. Cỏc module mở rộng của PLC S7-200
PLC S7-200 cú cấu trỳc cơ bản như sau :
Hỡnh 2.13: Cấu trỳc cơ bản của PLC CPU 214
PLC S7-200 tớch hợp sẵn CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module. Cú nhiều loại CPU 212, 214, 221, 222, 224, 224XP, 226 … những CPU này chỉ khỏc nhau về dung lượng bộ nhớ chương trỡnh, bộ nhớ giữ liệu, số lượng cỏc ngừ vào và ngừ ra, số lượng module ghộp nối.
* Cỏc Module mở rộng External Module:
Module ngừ vào Digital : 24VDC, 120/230V AC
Module ngừ ra Digital : 24VDC, ngắt điện từ.
Module ngừ vào Analog : Áp dũng, điện trở, cặp nhiệt .
Module ngừ ra Analog : Áp, dũng.
* Module liờn lạc , xử lý Communication Processor: * Phụ kiện cú Bus nối dữ liệu Bus Connector
* Cỏc đốn bỏo trờn CPU : cho phộp thụng bỏo cỏc trạng thỏi hiện hành của PLC SF ( đốn đỏ ) : khi sỏng sẽ thụng bào hệ thống PLC đang bị hỏng.
Run ( đốn xanh ) : khi sỏng sẽ thụng bỏo PLC đang làm việc và chương trỡnh đó được nạp vào mỏy.
STOP ( đốn vàng ) : khi sỏng sẽ thụng bỏo PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trỡnh đang thực hiện lại.
Ix.x ( đốn xanh ) : thụng bỏo trạng thỏi tức thời của cổng vào PLC ( x.x = 0.0 ữ
1.5 ). Đốn này bỏo hiệu trạng thỏi của tớn hiệu theo giỏ trị Logic của cổng.
Qy.y ( đốn xanh ) : thụng bỏo trạng thỏi tức thời của cổng ra PLC ( y.y = 0.0 ữ
1.1 ). Đốn này bỏo hiệu trạng thỏi của tớn hiệu theo giỏ trị Logic của cổng . * Cụng tắc chọn chế độ làm việc của CPU :
Cụng tắc này cú 3 vị trớ : RUN – TERM – STOP, cho phộp xỏc lập chế độ của CPU.
RUN : Cho phộp PLC vận hành theo chương trỡnh trong bộ nhớ. Khi PLC
đang ở chế độ RUN nếu cú sự cố hoặc gặp lệnh STOP thỡ PLC sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP.
STOP : Cưỡng bức CPU dừng chương trỡnh đang chạy và chuyển sang
chế độ STOP. Ở chế độ STOP, PLC cho phộp hiệu chỉnh lại chương trỡnh hoặc nạp chương trỡnh mới.
TERM : Cho phộp mỏy lập trỡnh tự quyết định chế độ làm việc của CPU
hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP. * Rỏp nối cỏc Module mở rộng như hỡnh 2.6 :
Hỡnh 2.14 : Ghộp nối cỏc Module mở rộng
2.3.3. Cấu trỳc bộ nhớ của S7-200
Bộ nhớ của S7-200 cú tớnh năng động cao, cú thể đọc và ghi được trong toàn vựng, ngoại trừ phần cỏc bit nhớ được ký hiệu SM ( Special Memory ) chỉ cú thể truy cập để đọc.
Bộ nhớ cú tụ nhớ để giữ thế nuụi, duy trỡ dữ liệu trong khoảng thời gian khi mất điện.
Bộ nhớ của S7-200 được chia làm 4 vựng :
Vựng nhớ chương trỡnh ở EEPROM : là vựng lưu giữ cỏc lệnh của chương
trỡnh. Vựng này thuộc kiểu khụng bị mất dữ liệu ( non – volatile ), cú thể đọc/ghi được.
Vựng nhớ tham số ở EEPROM : là vựng lưu giữ cỏc tham số như: từ khúa,
địa chỉ trạm .Cũng như vựng chương trỡnh thỡ vựng tham số cũng cú thể đọc/ghi được và khụng bị mất dữ liệu khi mất nguồn.
Vựng nhớ dữ liệu ở EEPROM : là vựng lưu giữ cỏc kết quả phộp tớnh,
hằng số và tạo cỏc bộ đệm. Vựng này cú thể đọc/ghi được. Chỉ mất một phần dữ liệu khi mất nguồn
- Vựng I (Input image register): Là vựng nhớ gồm 16 byte I (đọc/ghi):
I.O - I.15
- Vựng Q (Output image register): Là vựng nhớ gồm 16 byte Q (đọc/ghi): Q.O- Q.15
- Vựng M (Internal memory bits): là vựng nhớ gồm cú 32 byte M (đọc/ghi):
M.O -M.31
- Vựng V (Variable memory): Là vựng nhớ gồm cú 10240 byte V (đọc/ghi):
V.O - V.10239
- Vựng SM: (Special memory): Là vựng nhớ gồm: 194 byte của CPU chia làm 2 phần: SM0 – SM29 chỉ đọc và SM30 – SM194 đọc/ghi.
- SM200-SM549 đọc/ghi của cỏc module mở rộng
Vựng nhớ đối tượng: là vựng cú cỏc Timer , Counter , cỏc cổng vào/ra .
Cú khả năng đọc/ghi được và bị mất hết dữ liệu khi mất nguồn. - Timer (bộ định thỡ): đọc/ghi T0 -T255
- Counter (bộ đếm): đọc/ghi C0 - C255 - Bộ đệm vào analog (đọc): AIW0 - AIW30 - Bộ đệm ra analog (ghi): AQW0 - AQW30 - Accumulator (thanhghi): AC0 - AC3 - Bộ đếm tốc độ cao: HSC0 - HSC5
Tất cả cỏc miền này đều cú thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word – 2byte), từ kộp (Double word).
2.3.4.1. Cấu trỳc chương trỡnh và vũng quột
Cấu trỳc chương trỡnh :
Chương trỡnh viết theo S7-200 là một dóy cỏc lệnh và cú 2 dạng cấu trỳc sau: Lập trỡnh tuyến tớnh là cỏc bộ phận của chương trỡnh được sắp xếp theo thứ tự thực hiện liờn tục trong một chương trỡnh chớnh.
Lập trỡnh cú cấu trỳc là ngoài chương trỡnh chớnh cũn cú cỏc chương trỡnh con. - Chương trỡnh cho S7-200 phải cú cấu trỳc bao gồm chương trỡnh chớnh (main program) sau đú đến cỏc chương trỡnh con và cỏc chương trỡnh xử lý ngắt.
- Chương trỡnh chớnh được kết thỳc bằng lệnh kết thỳc chương trỡnh (MEND).
- Cỏc chương trỡnh xử lý ngắt là một bộ phận của chương trỡnh, nếu cần sử dụng chương trỡnh xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thỳc MEND.
- Cỏc chương trỡnh con được nhúm lại thành một nhúm ngay sau chương trỡnh chớnh, sau đú đến ngay cỏc chương trỡnh xử lý ngắt bằng cỏch viết như vậy cấu trỳc chương trỡnh được rừ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trỡnh cú thể trộn lẫn cỏc chương trỡnh con và chương trỡnh xử lý ngắt đằng sau chương trỡnh chớnh. Main Progam . . . MEND Thực hiện một vũng quột SBR (n) {n = 0 ữ 255 ) chương trỡnh con . . . RET
Thực hiện khi được chương trỡnh chớnh INT (n) { n = 0 ữ 255 } chương trỡnh xử lý ngắt . . . RETI Thực hiện khi cú tớn hiệu bỏo ngắt NHểM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K545
Vũng quột :
S7-200 thực hiện chương trỡnh theo thứ tự từ dũng lệnh đầu tiờn đến dũng lệnh cuối cựng tạo thành vũng . Một vũng được gọi là vũng quột ( scan ).Thứ tự vũng quột được thực hiện như sau :
Hỡnh 2.15: Thực Hiện Chương Trỡnh Theo Vũng Quột Trong S7-200
2.3.4. Ngụn ngữ lập trỡnh của PLC S7-200. 2.3.4.2. Ngụn ngữ lập trỡnh
Cú 3 phương phỏp lập trỡnh cơ bản như sau đối với họ PLC S7-200 : - Ngụn ngữ lập trỡnh hỡnh thang LAD ( Lader Diagram )
- Ngụn ngữ liệt kờ lệnh STL ( Statement List )
- Ngụn ngữ hỡnh khối FBD ( Function Block Diagram )
a. Ngụn ngữ lập trỡnh hỡnh thang
Đõy là ngụn ngữ lập trỡnh bằng đồ họa. Cỏc thành phần cơ bản sử dụng trong LAD là cỏc thành phần cơ bản của bảng điều khiển bằng Rơle.
Đú là cỏc phần tử cơ bản dựng để biểu diễn lệnh logic: gồm cỏc tiếp điểm của Rơle như tiếp điểm thường đúng, tiếp điểm thường mở, cuộn dõy của Rơle .
Hộp chức năng thực hiện chức năng nào đú, biểu tượng mụ tả cỏc hàm khỏc nhau:
- Bộ định thời Timer - Bộ đếm Counter - Cỏc hàm toỏn học
Mạng LAD là đường nối cỏc phần tử thành 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 khụng.
Hỡnh 2.16: Ngụn ngữ lập trỡnh LAD
b. Ngụn ngữ liệt kờ lệnh STL
Đõy là phương phỏp liệt kờ lệnh , dạng ngụn ngữ lập trỡnh thụng thường của mỏy tớnh.Một chương trỡnh được ghộp bởi nhiều cõu lệnh theo một thuật toỏn nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều cú cấu trỳc chung là “ tờn lệnh ” + “ toỏn hạng ”. Mỗi cõu lệnh là một chức năng của PLC .
Hỡnh 2.17 : Ngụn ngữ liệt kờ lệnh STL
* Định nghĩa về ngăn xếp logic Logic Stack
Để tạo được chương trỡnh kiểu STL phải hiểu về phương thức sử dụng 9
bit ngăn xếp.
Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit ( từ S0 ữ S8 ) chồng lờn nhau.
Tất cả cỏc bài toỏn liờn quan đến ngăn xếp chỉ làm việc với bit đầu tiờn
hoặc bit đầu và bit thứ 2 của nú.
Giỏ trị logic mới đều cú thể được gửi ( hoặc được nối thờm ) vào ngăn
xếp.
Khi phối hợp 2 bit đầu tiờn của ngăn xếp thỡ ngăn xếp sẽ được kộo thờm 1
bit.
Ngăn xếp và tờn từng bit của nú được thể hiện ở bảng sau :
Bảng 2.1 : Ngăn xếp và tờn cỏc bit của ngăn xếp trong S7-200
c. Ngụn ngữ hỡnh khối FBD
Đõy là ngụn ngữ đồ họa thớch hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số .
Hỡnh 2.18 : Ngụn ngữ hỡnh khối FBD
2.3.5.Khỏi quỏt bộ lệnh của S7-200
S7-200 cú hơn 100 lệnh được chia làm 3 nhúm :
- Cỏc lệnh khi thực hiện 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 gớ trị logic 1 (bảng 2.1 ) .
- Cỏc lệnh đỏnh nhón vị trớ trong tập lệnh.
Cỏc lệnh của S7-200 cũn cú thể chia theo chức năng làm :
- Nhúm lệnh logic với toỏn hạng 1 bit, nhiều bit. - Nhúm lệnh so sỏnh.
- Nhúm lệnh dịch chuyển nội dung ụ nhớ. - Nhúm lệnh dịch chuyển nội dung thanh ghi. - Nhúm lệnh điều khiển chương trỡnh.
Nhúm lệnh làm việc với bảng.
Nhúm lệnh làm việc với Timer, Counter.
Nhúm lệnh truyền thụng .
2.3.6. Cỏc lệnh cơ bản của S7-200 2.3.6.1. Lệnh vào/ra
Lệnh Load ( LD ): nạp giỏ trị logic của một tiếp điểm ( toỏn hạng ) vào bit đầu tiờn của ngăn xếp. Cỏc giỏ trị cũ của ngăn xếp bị đẩy xuống bit.
Lệnh Load Not ( LDN ): nạp giỏ trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm
vào bit đầu tiờn của ngăn xếp.Cỏc giỏ trị cũ của ngăn xếp bị đẩy xuống bit.
Mụ tả lệnh LDN và LD trong LAD và STL như sau :
Hỡnh 2.19 : Cỏc Dạng Khỏc Nhau Của LD & LDN cho LAD & STL
Lệnh OUTPUT ( = ): nội dung bit đầu tiờn của ngăn xếp vào bit được chi
định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp khụng thay đổi . Mụ tả lệnh ( = ) trong LAD và STL như sau :
Hỡnh 2.20 : Mụ tả lệnh OUTPUT ( = ) cho dạng LAD và STL Vớ dụ : sử dụng lệnh vào ra cho 2 phương phỏp :
2.3.6.2. Cỏc lệnh đại số với toỏn hạng 1 Bit
a. Nhúm Lệnh Logic thụng thường :
Gồm cỏc lệnh :
A - Cho phộp tớnh AND logic
O- Cho phộp tớnh OR logic
AN - Cho phộp tớnh AND-NOT logic
ON - Cho phộp tớnh OR-NOT logic
Chức năng :
- Tạo lập cỏc mạch logic khụng cú nhớ.
-Trong LAD : biểu diễn thụng qua cấu trỳc mạch : Mắc nối tiếp hoặc song song cỏc tiếp điểm.
-Trong STL : Sử dụng cỏc lệnh tương ứng với cỏc kớ hiệu.
Lệnh A : thực hiện phộp tớnh logic ∧ giữa giỏ trị logic của tiếp điểm n với giỏ trị logic bit đầu tiờn của ngăn xếp . Kết quả lưu trữ ở bit đầu tiờn của ngăn xếp.
Cỏch thể hiện lệnh : LAD : nối tiếp cỏc tiếp điểm STL : A n
Lệnh AN : thực hiện phộp tớnh logic ∧ giữa giỏ trị logic nghớch đảo của tiếp điểm n với giỏ trị logic bit đầu tiờn của ngăn xếp . Kết quả lưu giữ ở bit đầu tiờn của ngăn xếp .
Cỏch thể hiện : LAD nối tiếp cỏc tiếp điểm STL : AN n
Lệnh O : thực hiện phộp tớnh logic V giữa giỏ trị logic của tiếp điểm n với giỏ trị bit đầu tiờn của ngăn xếp . Kết quả lưu giữ ở bit đầu tiờn của ngăn xếp . Cỏch thể hiện : LAD : đặt song song cỏc tiếp điểm
STL : O n
Lệnh ON : thực hiện phộp tớnh logic V giữa giỏ trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n với giỏ trị logic bit đầu tiờn của ngăn xếp. Kết quả lưu trữ ở bit đầu tiờn của ngăn xếp.
Cỏch thể hiện : LAD : đặt song song cỏc tiếp điểm STL : ON n
Toỏn hạng n của cỏc lệnh A , O , AN , ON dạng bit thuộc cỏc miền V, I , O , M , SM , T , C
b. Nhúm lệnh thực hiện phộp tớnh logic giữa bit thứ nhất và bit thứ 2 của ngăn xếp :
Gồm cỏc lệnh :
ALD - Cho AND LOAD
Chức năng :
Thực hiện phộp tớnh logic ∧ ( AND ) hoặc V ( OR ) giữa nội dung bit hứ
nhất và bit thứ 2 của ngăn xếp.
Kết quả lưu trữ ở bit thứ 1 của ngăn xếp .
Nội dung cỏc bit cong lại của ngăn xếp được chuyển lờn 1 bit .
Cỏch viết : ALD và OLD
c. Nhúm lệnh làm việc với ngăn xếp :
Chức năng cỏc lệnh :
Lệnh LPS ( PUSH ) : Sao nội dung bit đầu tiờn vào bit thứ 2 . Nội dung
ngăn xếp bị đẩy xuống 1 bit.
Lệnh LRD ( READ ) : Sao nội dung bit thứ 2 vào đầu tiờn . Nội dung cỏc
bit cũn lại giữ nguyờn .
Lệnh LPP ( POP ) : Kộo nội dung ngăn xếp lờn bit .
2.3.6.3. Cỏc lệnh tiếp điểm đặc biệt
Gồm cỏc lệnh sau :
Lệnh NOT ( NOT )
Lệnh EDGE UP ( EU )
Lệnh EDGE DOWN ( ED )
Chức năng chung : thực hiện cỏc thuật toỏn đặc biệt trờn bit đầu tiờn của ngăn xếp
Chức năng riờng :
Lệnh NOT : đảo giỏ trị bit đầu tiờn
Lệnh EU : theo dừi nếu bit đầu tiờn cú nội dung 0 → 1 ( sườn dương ) thỡ
gỏn logic 1 cho bit đú. Bit đầu cú giỏ trị cho 1 vũng quột.
Lệnh ED : theeo dừi nếu bit đầu tiờn cú nội dung 1 → 0 ( sườn õm ) thỡ
gỏn logic 1 cho bit đú. Bit đầu cú giỏ trị cho 1 vũng quột.
2.3.6.4. Cỏc lệnh ghi/xúa giỏ trị cho tiếp điểm
Gồm cỏc lệnh : Ghi : SET ( S ) Xúa : RESET ( R ) Chức năng :
- Dựng để đúng ngắt cỏc tiếp điểm giỏn đoạn trong thiết kế
- Trong LAD : Logic điều khiển dũng điện đúng hoặc ngắt cỏc cuộn dõy đầu ra khi dũng điều khiển đến cuộn dõy thỡ cỏc cuộn dõy đúng hoặc mở cỏc tiếp điểm. - Trong STL : Truyền thụng tin bit đầu của ngăn xếp đến cỏc tiếp điểm thiết kế. Nếu bit = 1 thỡ lệnh S và R sẽ đúng ngắt cỏc số lượng từ 1 đến 255
Kết thỳc lệnh nội dung ngăn xếp khụng thay đổi. Mụ tả trong LAD và STL :
2.3.6.5. Cỏc lệnh điều khiển Timer a. Giới Thiệu Chung :
Timer là bộ tạo thời gian trễ giữ tớn hiệu vào và tớn hiệu ra nờn ta gọi là khõu trễ. Trong CPU 212 cú 64 bộ timer, CPU 214 cú 128 bộ timer
Cỏc loại Timer :
- Timer tạo thời gian trễ khụng cú nhớ On Delay Timer – TON . - Timer tạo thời gian trễ cú nhớ Retentive On Delay Timer – TONR . Thời điểm bắt đầu tạo thời gian trễ là khi bắt đầu chuyển giỏ trị từ 0 → 1 Chế độ xúa Reset :
Loại TON là khi của vào cú 0 : tự xúa
Loại TONR là khi của vào cú 0 : khụng tự xúa
Khoảng thời gian tạo trễ :
Loại TON : là khoảng thời gian liờn thụng
Loại TONR : là nhiều khoảng thời gian khỏc nhau .
Theo độ phõn giải cỏc TON và TONR chia làm cỏc Timer cú độ phõn giải kớ