CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200
2.9 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC
2.9.1 BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
PLC gồm 3 khối chức năng cơ bản: bộ xử lí, bộ nhớ và khối vào/ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm , sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng/mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy, sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng.
2.9.2 BỘ XỬ LÍ TRUNG TÂM
Bộ xử lí trung tâm (CPU-Central Processing Unit) điều khiển và quản lí tất cả hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào/ra được thực hiện thông qua hệ thống bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU, thường là 1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lí sử dụng. Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC
và được dùng để thực hiện sự đồng bộ cho tất cả phần tử trong hệ thống.
2.9.3 BỘ NHỚ
Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ sau:
ROM (Read Only Memory).
RAM (Random Access Menmory).
EEPROM (Electronic Erasable Programmable Read Only Memory).
Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bộ nhớ nên hầu như các PLC đều sử dụng bộ nhớ EEPROM. Trường hợp ứng dụng cần bộ nhớ lớn có thể chọn lựa giữa bộ nhớ RAM có nguồn nuôi và bộ nhớ EEPROM. Ngoài ra PLC cần thêm bộ nhớ RAM cho các chức năng sau:
Bộ đệm để lưu trạng thái của các ngõ vào và ngõ ra.
Bộ nhớ tạm cho các tác vụ định thì, đếm, truy xuất cờ.
Đối với PLC loại nhỏ thường có dung lượng cố định đủ áp ứng khoảng 80% hoạt động trong công nghiệp. Do giá thành bộ nhớ liên tục giảm, các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ ngày càng lớn cho các sản phẩm của họ.
2.9.4 KHỐI VÀO/RA
Mọi hoạt động xử lí tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp thấp 5VDC và 15VDC (điện áp cho TTL và CMOS) trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn nhiều thường là từ 24VDC đến 240VDC với dòng rất lớn.
Khối vào/ra đóng vai trò là mạch chuyển tiếp giữa vi mạch PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động: nó thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách li. Tuy nhiên, khối vào/ra cho phép PLC kết nối với các mạch công suất nhỏ không cần khâu relay trung gian.
Ngõ ra dùng relay:
Có thể nối với cơ cấu tác động làm việc với cấp điện áp AC lẫn DC.
Cách li dạng relay nên có đáp ứng chậm.
Tuổi tho relay phụ thuộc vào dòng tải mạch công suất và tần số đóng ngắt tiếp điểm caa relay.
Ngõ ra dùng transistor:
Chỉ nối với cơ cấu tác động làm việc với cấp điện áp DC từ 5VDC đến 30VDC.
Tuổi thọ cao, tnn số đóng cắt nhanh.
Lưu ý: có hai dạng kết nối ngõ ra loại transistor là dạng sink và dạng source,
do đó phải mắc đúng cực tính khi kết nối ngõ ra với cơ cấu tác động.
Ngõ ra dùng triac:
Kết nối được với cơ cấu tác động làm việc với cấp điện áp DC hoặc AC từ 5V đến 240V.
Chịu đựng dòng nhỏ hơn loại relay nhưng tuổi thọ cao, tần số đóng cắt nhanh.
Tất cả các khối vào/ra đều được cách li với các tín hiệu điều khiển bên ngoài bằng mạch cách li quang trên các khối vào/ra. Mạch cách li quang dùng một diode phát quang và một transistor quang gọi là Opto-couple. Mạch náy cho phép các tín hiệu nhỏ đi qua, và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn. Mạch này có tác dụng chống nhiễu và bảo vệ quá áp. Đối với các PLC loại nhỏ , các ngõ vào/ra vật lí được bố trí cùng với CPU. Đối vii các PLC loại lớn hơn, các ngõ vào/ra được bố trí theo dạng modul vì vậy ta có thể mở rộng các khối vào/ra. Các
modul vào/ra được thiết kế nhằm đơn giản việc kết nối với các cơ cấu chấp hành và cảm biến vào PLC. Tất cả ngõ vào/ra của PLC đều được thiết kế có các đầu nối cho phép mở rộng và thay thế modul.
Ứng với mỗi modul đặt trên PLC có một đaa chỉ xác định dùng để nhận dạng các ngõ vào/ra khi lập trình cũng như khi thực hiện chức năng giám sát. Trạng thái vào/ra từng ngõ được hiển thị bằng Led nằm trên PLC hoặc trên modul. Các đèn Led này có tác dụng kiểm tra tình trạng hoạt động của các cảm biến và các cơ cấu chấp hành.
2.9.5. Cấu trúc đơn vị cơ bản.
Hình 3.1. Hình khối mặt trước của PLC S7-200 (CPU 214)
Trong đó:
1.Chân cắm cổng ra
2.Chân cắm cổng vào.
3.Các đèn trạng thái:
SF (đèn đỏ): báo hiệu hệ thống bị hỏng.
RUN (đèn xanh): chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc.
STOP (đèn vàng): chỉ định PLC đang ở chế độ dừng.
4.Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời ở cổng vào.
5.Cổng truyền thông.
6.Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời ở cổng ra.
7.Công tắc.
Công tắc chọn chế độ làm việc có 3 vị trí.
RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC sẽ tự chuyển về trạng thái STOP khi máy có sự cố hoặc trong chương trình có lệnh STOP, do đó khi chạy nên quan sát trạng thái thực của PLC theo đèn báo.
STOP: cưỡng bức PLC dừng công việc đang thực hiện, chuyển về trạng thái nghỉ. Ở chế độ này PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
TERM: cho phép PLC tự quyết định một chế độ làm việc (do người lập trình tự quyết định).
Chỉnh định tương tự: núm điều chỉnh tương tự đặt dưới lắp đạy cạnh cổng ra, núm điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh tín hiệu tương tự, góc quay được 2700.
Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái tích cực khi dung lượng nhớ bị cạn kiệt và nó thay thế để dữ liệu không bị mất.
CPU
214
Module0(4 vào 4 ra)
Module1
(8 vào)
Module 2 analog
(3 vào 1 ra)
Module 3
(8 ra)
Module 4 analog (3 vào 1 ra)
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1
I2.0 I2.1 I2.2 I2.3
Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3
I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7
AIW0 AIW2 AIW3 AIW4 AQW0
Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7
AIW8 AIW10 AIW12 AQW4