CHƯƠNG V: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC ( Program Logic Control)
V.1. GIỚI THIỆU BỘ KHẢ LẬP TRÌNH PLC S7-200 1. Cấu hình cứng
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Control, đây là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay khả trình, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
S7-200 là thiết bị của hãng siemens, cấu trúc theo kiểu modul có các modul mở rộng.
V.1.2. Cấu trúc của CPU 224 gồm:
− 2018 từ đơn(Word) để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM. Vùng nhớ này gọi là vùng nhớ Non-volatile.
− 2018 từ đơn để lưu dữ liệu, trong đó có 512 từ nhớ đầu đọc/ghi thuộc miền Non-volatile.
− 14 cổng vào logic và 10 cổng ra logic, và có thể ghép nối thêm 7 modul để mở rộng số cổng vào ra.
− Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra logic.
− 128 bộ tạo thời gian trễ, trong đó có 4 timer có độ phân giải 1ms, 16 timer có độ phân giải 10ms và108 timer có độ phân giải là 100ms.
− 128 bộ đếm Counter chia làm 2 loại, một loại chỉ đếm tiến ( CTU ) và một loại vừa đếm tiến vừa đếm lui ( CTUD).
− 688 bít nhớ đăc bít nhớ đặc biệt dùng để làm các bít trạng thái hoặc các bít đặt chế độ làm việc.
− Có các chế độ ngắt: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz) và (7kHz).
− bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2 KHz và 7 KHz.
− bộ phát xung cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.
− 2 bộ điều chỉnh tương tự.
Dữ liệu không bị mất trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn nuôi.
V.1.3.Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:
−Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc.
−Đèn xanh RUN: đèn xanh sáng chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc.
−Đèn vàng STOP: đèn sáng thông báo PLC đang ở trạng thái dừng. Dừng tất cả chương trình đang thực hiện.
−Đèn xanh Ix.x: đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu của cổng vào đang ở mức logic 1, ngược lại là mức logic 0.
−Đèn xanh Qx.x: đèn sáng báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng ra đang ở mức logic 1, ngược lại là mức logic 0.
Hình 2.1 - Bộ điều khiển lập trình được với khối xử lý CPU 224.
V.1.4. Cổng truyền thông.
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300 đến 38 400.
5 4 3 2 1 9 8 7 6
Hình 2.2 - Sơ đồ chân của cổng truyền thông.
• Chân 1: Nối đất.
• Chân 2: Nối nguồn 24 VDC.
• Chân 3: Truyền và nhận dữ liệu.
• Chân 4: Không sử dụng.
• Chân 5: Đất.
• Chân 6: Nối nguồn 5 VDC.
• Chân 7: Nối nguồn 24 VDC.
• Chân 8: Truyền và nhận dữ liệu.
• Chân 9: Không sử dụng.
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình khác thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp này đi kèm theo máy lập trình.
Ghép nối S7-200 với một máy tính PC thông qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.
V.1.5. Các ưu điểm của PLC so với mạch điện đấu dây thuần túy.
− Kích cỡ nhỏ.
− Thay đổi thiết kế dễ dàng và nhanh chóng khi có yêu cầu về kỹ thuật, quy trình công nghệ.
− Có chức năng chuẩn đoán lỗi và ghi đè.
− Các ứng dụng của S7-200 có thể dẫn chứng bằng tài liệu.
− Các ứng dụng được phân bố nhân bản nhanh chóng và thuận tiện.
S7-200 có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hóa. Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh Simatic mạnh của S7-200 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động hóa vừa và nhỏ.
Ngoài ra S7-200 còn có các ưu điểm sau đây:
− Cài đặt, vận hành đơn giản.
− Các CPU có thể sử dụng trong mạng, trong hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn lẻ.
− Có khả năng tích hợp trên qui mô lớn.
− Ứng dụng cho các điều khiển đơn giản và phức tạp.
− Truyền thông mạnh.
V.1.6. Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC.
Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên bên cạnh các cổng ra của S7- 200 có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC.
− RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ PLC S7-200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sanh chế độ STOP nếu trong máy có sự cố, hoặc chương trình gặp lệnh STOP.
− STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
− TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc của PLC (RUN/STOP).
V.1.7. Chỉ định tương tự.
Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình.
V.1.8. Nguồn nuôi bộ nhớ và pin.
Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
Nguồn pin có thể sử dụng để mở rộng thời gian lưa trữ các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dụng lượng tụ nhớ cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu bộ nhớ không bị mất đi.
Hình 2.3 - Bộ nhớ
trong và bộ nhớ ngoài của S7-200.
− Vùng chương trình: là miền nhớ được sử dụng để lưa trữ các lệnh chương trình ( có thể đọc/ ghi được).
− Vùng tham số: là miền lưa trữ các tham số nhớ từ khóa, địa chỉ trạm( cũng có thể đọc/ghi được).
− Vùng dữ liệu: được dùng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả phép tính, bộ đệm truyền thông…
− Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra.
Vùng này không thuộc kiểu Non-voletile nhưng đọc/ghi được.
Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình.
Vùng dữ liệu lại được chia thành những vùng nhớ nhỏ, được ký hiệu như sau:
• V - Variable memory (miền nhớ có thể thay đổi: đọc/ghi được).
• I - Input image register ( vùng đệm cổng vào).
• O - Output image register(vùng đệm cổng ra).
• M - Internal memory bits ( vùng nhớ nội).
• SM - Special memory bits ( vùng nhớ đặc biệt).
Tất cả các miền này đều truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn, từng từ kép.
V.1.9 Đặc điểm của một số loại CPU S7-200
Hình 2.4 Đặc điểm của một số loạiCPU S7-200.
Hình 2.4 - Đặc điểm của một số loại CPU S7-20
V0
………..
V1023
7 6 5 4 3 2 1
CPU224
Miền V(đọc/ghi)
I0.x(x=0:7)
………..
I7.x(x=0:7) Vùng đệm cổng vào I (đọc/ghi)
Q0.x(x=0:7)
………..
Q7.x(x=0:7)
M0.x(x=0:7)
………..
M15.x(x=0:7) Vùng đệm cổng ra Q (đọc/ghi)
Vùng nhớ nội M (đọc/ghi)
V0
………..
V4095
7 6 5 4 3 2 1
CPU216
I0.x(x=0:7)
………..
I7.x(x=0:7)
Q0.x(x=0:7)
………..
Q7.x(x=0:7)
M0.x(x=0:7)
………..
M31.x(x=0:7)
SM0.x(x=0:7)
………..
SM.x(x=0:7) Vùng nhớ đặc biệt SM (chỉ đọc)
SM30.x(x=0:7)
………..
SM45.x(x=0:7) Vùng nhớ đặc biệt (đọc/ghi)
SM0.x(x=0:7)
………..
SM.x(x=0:7)
SM30.x(x=0:7)
………..
SM85.x(x=0:7)
15 ……. ……. 0 CPU224
T0(word)
:
T63
bit T0
T63
Timer (đọc/ghi)
C0(word)
:
C63
C0
C63
AW0(word)
:
Bộ đếm (đọc/ghi)
Bộ đếm cổng vào tương tự (chỉ đọc)
15 ……. ……. 0 CPU226
T0(word)
:
T127
bit T0
T127
C0(word)
:
C127
C0
C127
AW0(word)
:
Địa chỉ truy nhập được quy ước theo công thức:
• Truy nhập theo từ kép: Tên miền + D + địa chỉ byte cao của từ trong miền.
Ví dụ: VD150 chỉ từ kép gồm 4byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V.
Bít 63 31 32 16 15 8 7 0 VB 150
( byte cao)
VB
151 VB 152
VB 153 (byte thấp )
• Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy nhập được bằng con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc cảu thanh ghi AC1, AC2, AC3. Mỗi con trỏ chỉ định địa chỉ gồn 4 byte (từ kép).
• Phép gán địa chỉ và sử dụng con trỏ như trên cũng có tác dunhj với những thanh ghi 16 bit của Timer, bộ đếm thuộc vùng đối tượng sẽ được trình bày dưới đây.
Vùng đối tượng
Vùng đối tượng được sử dụng lưa trữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình.Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các kiểu thanh ghi, timer, bộ đếm, bcác bộ đếm tốc độ cao, bộ đếm vào/ra tương tự và các thanh ghi accumulator (AC).