2.2 Giới thiệu về PLC S7-300
2.2.1 Cấu tạo chung của PLC
PLC có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modulle nối ghép:
- Kiểu hộp đơn thờng dùng cho các PLC cỡ nhỏ và đợc cung cấp dới dạng
nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện vào/ra.
Kiểu hộp đơn thờng vẫn có khả năng ghép nối đợc với các module ngoài để mở rộng khả năng của PLC. Kiểu hộp đơn nh hình 3-11
- Kiểu module gồm các module riêng cho mỗi chức năng nh module nguồn, module xử lý trung tâm, module ghép nối, module vào/ra, module mờ, module PID... các module đợc lắp trên các rãnh và đợc kết nối với nhau. Kiểu cấu tạo này có thể đợc sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau đợc gộp vào các module riêng biệt. Việc sử dụng các module tuỳ thuộc công dụng cụ thể. Kết cấu này khá linh hoạt, cho phép mở rộng số lợng đầu nối vào/ra bằng cách bổ sung các module vào/ra hoặc tăng cờng bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ (Hình 3-12).
o o o o o o o o o o o o
o o o o o o o o o o o o
Chân cắm vào Chân cắm ra ổ cáp nối với bên ngoài
Hình 3-11: Cấu tạo PLC kiểu hộp đơn
Bộ nguồn Bộ xử lý Các module vào/ra...
H×nh 3-12 KiÓu module
Bộ xử lý Bé nhí Thiết bị lËp tr×nh
Nguồn cung cÊp Giao diện
vào
Giao diện ra
Hình 3-13: Cấu hình phần cứng của PLC 2.2.1.2 Cấu hình phần cứng
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào/ra và thiết bị lập trình. Sơ đồ hệ thống nh Hình 46
2.2.1.3 Giao diện vào/ra
Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài.
Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang
điện.... Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van Nút bấm và
các công tắc logic
Bộ chuyển mạch, công tắc hành
trình, giới hạn
Các tham số điều khiển như t0 áp
suất, áp lực
Các tín hiệu báo động ...
Bé PLC
Các cuộn hút Các đèn Các van
Hình 3-14: Sơ đồ khối tín hiệu vào/ra PLC
điện từ, các động cơ nhỏ... Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tụctín hiệu logic... Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện nh hình 3-14
Các kênh vào/ra đã có các chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác.
Tín hiệu
đến CPU Tín hiệu vào
GhÐp nèi quang PLC
Diode bảo vệ
Mạch phân áp
Hình 3-15: Nguyên lý cách ly tín hiệu vào của PLC
GhÐp nèi quang Rơle
Tín hiệu ra CÇu ch×
PLC Tín hiệu ra
PLC
Hình 3-16: Nguyên lý cách ly tín hiệu ra
Tín hiệu vào thờng đợc ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang nh hình 3- 15. Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V, 220V. Các PLC cơ nhỏ thờng chỉ nhận tín hiệu 24V.
Tín hiệu ra cũng đợc ghép cách ly, có thể cách ly kiểu rơle nh Hình 49a, cách ly kiểu quang nh hình 49b. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24v, 100mA;
110v, 1A một chiều; thậm chí 240v, 1A xoay chiều tuỳ loại PLC.
Tuy nhiên, với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đổi bằng cách lựa chọn các module ra thích hợp.
2.2.2 Các modul của PLC S7-300
PLC Step 7-300 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC đa khối. Thông thờng dể tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng nh chủng loại tín hiệu vào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng đợc chia nhỏ thành các modul. Số các modul đợc sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán . Song tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU. Còn modul còn lại là những modul nhận , truyền tín hiệu với đối tợng
điêù khiển ác modul chức năng chuyên dụng nh PID, điêù khiển động cơ .. Chúng
đợc gọi chung lá modul mở rộng . Tất cả các modul đợc giá trên những thanh ray ( Rack ).
Hình 3-17: PLC S7-300 bao gồm nhiều Module Module CPU
Cổng nối tiếp RS485
Các module mở
rộng Giá đỡ (Rack)
2.2.2.1 Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điêù hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm , cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng vào ra số.
Các cổng vào ra số có trên modul CPU đợc gọi là cổng vào ra onboard. Trong họ PLC S7 – 300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Nói chung chúng đợc đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó nh modul CPU 312, modul CPU 314, modul CPU 315.
Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý nhng khác nhau về cổng vào ra onboard cũng nh các khối hàm đặc biệt đợc tích hợp sẵn trong th viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào ra onboard này sẽ đợc phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM ( viết tắt của Intergated Function Modul ).
Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng thích hợp cũng đã đợc cài trong hệ điêù hành. Các loại modul CPU đợc phân biệt với những modul CPU khác bằng thêm cụm từ DP trong tên gọi.
Modul CPU 314:
MC 951 / 16 KB 6E7 951-0FD00-0AA0
SF
BAF
DC 5v
FRCE
RUN
STOP
siemens
CPU 314
RUN-P RUN STOP MRES
Simatic S7 - 300
314-1AE00-OABO
Trong đó:
1. Các đèn báo: + Đèn SF: báo lỗi CPU.
+ Đèn BAF: Báo nguồn ắc qui.
+ Đèn DC 5v: Báo nguồn 5v.
+ Đèn RUN: Báo chế độ PLC đang làm việc.
+ Đèn STOP: Báo PLC đang ở chế độ dừng.
2. Công tắc chuyển đổi chế độ:
+ RUN-P: Chế độ vừa chạy vừa sửa chơng trình.
+ RUN: Đa PLC vào chế độ làm việc.
+ STOP: Để PLC ở chế độ nghỉ.
+ MRES: Vị trí chỉ định chế độ xoá chơng trình trong CPU. (Muốn xoá chơng trình thì giữ nút bấm về vị trí MRES để đèn STOP nhấp nháy, khi thôi không nhấp nháy thì nhả tay. Làm lại nhanh một lần nữa (không để ý đèn STOP) nếu đèn vàng nháy nhiều lần là xong, nếu không thì phải làm lại).
2.2.2.2 Modul mở rộng
Các modul mở rộng đợc chia làm 5 loại chính:
1, PS ( Powe supply ) : Modul nguồn nuôi .Có ba loại 2A, 5A và 10A 2, SM ( Signal module ) : Modul mở rộng cổng tín hiệu vào ra bao gồm :
- DI ( Digital input ) : Modul mở rộng các cổng vào số . Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8 , 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại modul .
- DO ( Digital output ) : Modul mở rộng các cổng ra số . Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8 , 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại modul .
- DI/DO : Modul mở rộng các cổng vào ra số . Số các cổng vào ra số mở rộng có thể là 8vào 8ra, 16vào 16ra tuỳ thuộc vào từng loại modul.
- AI ( Analog input ) : Modul mở rộng các cổng vào ra tơng tự về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi tơng tự số 12 bít ( AD ). Tức là mỗi tín hiệu t-
ơng tự đợc chuyển thành một tín hiệu số nguyên có độ dài 12 bít .Số các cổng vào tơng tự có thể là 2 , 4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul
- AO ( Analog output ) : Modul mở rộng các cổng tơng tự . Về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi số 12 bít ( AD ). Số các cổng ra tơng tự có thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại modul .
- AI/AO : Modul mở rộng các cổng vào , ra tơng tự số . Số các cổng ra tơng tự có thể là 4vào 2 ra hoặc 4vào 4ra tuỳ theo từng loại modul .
3, IM (Interfac modul): Modul ghép nối. Đây là modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và đợc quản lý chung bởi một modul CPU.Thông thờng các modul mở rộng đợc gá liền nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá nhiều nhất 8 modul mở rộng (Không kể modul CPU, modul nguồn nuôi ). Một modul CPU S7 -300 có thể làm việc trực tiếp đợc với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải đợc nối với nhau bằng modul IM .
4, FM ( Function modul ) : Modul có chức năng điêù khiển riêng ví dụ : modul
điêù khiển động cơ bớc , modul điều khiển động cơ secvo , modul PID.
5, CP (Comminiction modul): Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc PLC với máy tính.
Xác định địa chỉ cho modul mở rộng
Một trạm PLC đợc hiểu là một modul CPU ghép nối cùng với các modul mở rộng khác (modul DI, AI, DO, AO, CP, FM) trên những thanh rack (giá đỡ), trong
đó việc truy cập của CPU vào các modul mở rộng đợc thực hiện thông qua địa chỉ của chúng. Một mudul CPU có khả năng quản lý đợc 4 thanh rack với tối đa 8 Modul mở rộng trên mỗi thanh. Tùy vào vị trí lắp đặt của modul mở rộng trên những thanh rack mà các modul có những địa chỉ khác :
Nguồn CPU IM SM SM SM SM SM CP FM FM
Slot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Hình 3-19: Cấu hình một thanh rack của trạm PLC S7-300
Rack 0
Hình 3-20: Quy tắc xác định địa chỉ cho các modul tơng tự
Rack0
Hình 3-21 Quy tắc xác định địa chỉ cho các modul số