III.1. khái niệm chung.
PLC viết tắt của Progammble Logic Control, là thiết bị lập trình đợc, cho phép thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình. Nó đơc thiết kế chuyên dụng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình từ đơn giản đến phức tạp và tuỳ thuộc vào ngời sử dụng mà nó có thể thực hiện hàng loạt các chơng trình.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC hiện nay có ứng dụng rất rộng rãi nó có thể thay thế đợc cả một mảng rơle, hơn thế nữa PLC giống nh một máy tính nên có thể lập trình đợc. Chơng trình của PLC có thể thay đổi rất dễ dàng, các chơng trình con cũng có thể sửa đổi nhanh chóng.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu và nh là yếu tố chính trong việc nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất trong công nghiệp. Trớc đây thì việc tự động hoá chỉ đợc áp dụng trong sản xuất hàng loạt năng suất cao. Hiện nay cần thiết phải tự động hoá cả trong sản xuất nhiều loại khác nhau để nâng cao năng suất và chất lợng.
III.2. những đặc điểm của plc.
Plc có những đặc điểm sau: - Thiết bị trống nhiễu.
- Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào /ra .
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu .
- Dễ dàng thay đổi chơng thình điều khiển bằng máy lập thình hoặc máy tính cá nhân.
- Bảo trì dễ dàng.
III.3. vai trò của plc.
Từ những đặc điểm của plc ta thấy vai trò của nó rất quan trọng trong ngành tự động hoá nói riêng và ngành công nghiệp nói chung .
Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC đợc xem nh là một bộ lão của hệ thống điều khiển với một chơng trình ứng dụng đã đợc lu ở bên trong bộ nhớ của PLC, PLC luôn kiểm tra trạng trái của hệ thống bao gồm: Kiểm tra tín hiệu phản hồi từ thiết bị nhập dựa vào chơng trình logic để sử lý tín hiệu và mang thiết bị điều khiển ra các thiết bị xuất.
PLC có đầy đủ các chức năng nh: Bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi, bộ cộng bộ trừ, bộ so sánh ... và các tập lệnh cho phép thực hiện các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển từ đơn giản đến phức tạp khác nhau. Hoạt động của plc hoàn toàn phụ thuộc vào chơng trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu gõ vào xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra.
Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu dao... Ngoài ra PLC còn nhận đợc tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động nh: Công tắc trạng thái, cảm biến quang điện... Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng thái Logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này đợc giao tiếp với PLC qua các Modul nhập.
Trong một hệ thống tự động hoá, thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng. Nếu ngõ ra của PLC không đợc kết nối với thiết bị xuất thì hầu nh hệ thống sẽ bị tê liệt hoàn toàn. Các thiết bị xuất thông thờng là: Động cơ, cuộn dây nam châm, relay, còi báo... Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp.
Tuy nhiên các thiết bị xuất khác nh là: Đèn, còi và các báo động sự cố chỉ cho biết các mục đích nh: Báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào, các thiết bị ngõ ra đợc giao tiếp với PLC qua miền rộng của Modul ngõ ra PLC.
Ngày nay plc đợc đa vào hệ thống điều khiển một các rộng rãi và trở lên thông dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng. Các nhà sản xuất đa ra thị tr- ờng hàng loạt các loại PLC khác nhau với nhiều mức độ thực hiện chơng trình, đủ để đáp ứng nhu cầu của ngời sử dụng.Vì vậy để đánh giá một PLC ngời ta dựa vào 2 tiêu chuẩn sau :
- Dung lợng bộ nhớ.
- Số tiếp điểm vào /ra của plc.
Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng nh : Bộ vi sử lý, chu kì xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào /ra.
III.4. cấu trúc cơ bản.
Hình 1.1 . Sơ đồ cấu trúc .
III.4.1. CPU
Chế tạo dựa trên công nghệ vi sử lý, nó có các bộ nh:
Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý giữ liệu thc hiện các phép toán số học (cộng trừ) và các phép toán logic: AND, OR, NOT...
Bộ nhớ (các thanh ghi). Bên trong bộ vi sử lý đợc sử dụng để lu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi chơng trình.
III.4.2. Memory.
Trong hệ thống plc có nhiều loại bộ nhớ :
- Bộ nhớ địa chỉ (ROM) cung cấp dung lợng lu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định đợc cpu sử dụng.
Nguồn CPU Out put (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
modul Me mory In put modul Link
- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) dành cho dữ liệu. Đây là nơi lu trữ thông tin theo trạng thái cua các thiết bị nhập xuất. Đặc điểm nội dung có thể đọc, ghi, xoá, khi mất điện thông tin sẽ bị mất.
- Bộ nhớ nửa cố định:
+ EFPOM đợc dùng phổ biến do có thể xoá đợc và lập trình lại nhiều lần.Việc xoá và lập trình lại cho EFROM phải đợc thực hiện trên các thiết bị riêng, mỗi lần lập trình lại phải xoá toàn bộ các ô nhớ của EFROM.
+ EEFROM là loại có thể xoá và ghi bằng tín hiệu điện với mức điện áp thông thờng, ngoài ra EEFROM còn có thể xoá từng ô nhớ xác định mà không cần nhấc ra khỏi mạch ứng dụng.
III.4.3. Input :
- Số lợng.
- Xoay chiều, một chiều - Số
- Tơng tự III.4.4. Out put: - Số lợng - Tiếp điểm - Số -Tơng tự III.4.5. Ghép nối: - Console - Máy tính . - Phần mềm. III.4.6. Bus : - Bus địa chỉ. - Bus dữ liệu.
- Bus hệ thống. - Bus điều khiển.
III.5. Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC.
Để thiết kế một chơng trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những b- ớc sau:
Xác định quy trình công nghệ.
Trớc tiên ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng của bộ điều khiển là điều khiển một hệ thống hoạt động.
Xác định ngõ vào, ngõ ra:
Tất cả các thiết bị xuất/nhập bên ngoài đều đợc kết nối với bộ điều khiển lập trình. Thiết bị nhập là những contact, cảm biến... Thiết bị xuất là những cuộn dây, motor, bộ hiển thị.
Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết bị vào ra tơng ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trớc khi viết chơng trình.
Viết chơng trình: Khi viết chơng trình theo sơ đồ hình thang (Ladder) phải theo hoạt động tuần tự từng bớc của hệ thống.
Nạp chơng trình vào bộ nhớ:
Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình thông qua cổng I/0. Sau đó nạp chơng trình vào bộ nhớ thông qua máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán. Nếu đợc mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắcchắn rằng chơng trình đã hoạt động tốt.
Chạy chơng trình:
Trớc khi nhấn nút Start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào/ra đến các thiết bị nhập, xuất đãđợc nối đúng theo chỉ định. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự.
Trong khi chạy chơng trình, nếu bị lỗi thì máy tính sẽ báo lỗi, ta phải sửa chữa lại cho đến khi PLC hoạt động an toàn.
III.6. thiết bị điều khiển logic kh ả trình simantic S7-200.
III.6.1. Cấu hình cứng.
Simantic S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này sử dụng cho nhiều loại ứng dụng lập trình khác nhau.Thầnh phần cơ bản của S7-200 là khối vi sử lý của CPU214 hoặc của CPU215.Về hình thức bên ngoài nhận biết đợc nhờ số đầu vào/ ra và nguồn cung cấp.
CPU214 có 10 đầu vào và có 8 đầu ra. CPU215 có 14 đầu vào và có 10 đầu ra.
Tổng số vào /racực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.
Có 256 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 8 Timer 1ms, 32 Timer 10ms, 208Timer 100ms.
Tổng có 256 bộ đếm chia làm 2 loại: Chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm: Ngắt truyền thông, ngắt theo sờn lên hoặc sờn xuống, ngắt theo thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Toàn bộ vùng nhớ không bi mất dữ liệu trong khoảng thời gian là 190h khi PLC mất nguồn nuôi .
Có 368 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. Dải tín hiệu vào từ 15 đến 30V điên áp một chiều 4mA .
Có cách ly quang 500VAC 1 phút.
Hình 3.1:Bộ điều kh iển lập trình đợc S7-200 với CPU.
III.6.2 Mô tả các đèn báo trên S7-200 CPU215.
SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC bị hỏng hóc .
RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ thị PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chơng trình đợc nạp trong máy .
STOP (đèn vàng ): Đèn vàng STOP chỉ định plc đang ở chế độ dừng. Dừng chơng trình đang thực hiện lại .
Ixx (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ định ở trạng thái tức thời của cổng Ix.x (xx= 0.0 ữ 1.5). Đèn báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic cuả cổng.
Qyy (yy =0.0 ữ 1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
III.6.3. Cổng truyền thông.
Cổng truyền thông Các cổng vào Các cổng ra SIEMENS SIMANTIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 vv 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
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.
Chân Giải thích
1 Đất
2 24 VDC
3 Truyền và nhận giữ liệu 4 Không sử dụng
5 Đất
6 5VDC
7 24VDC
8 Truyền và nhận giữ liệu 9 Không sử dụng
Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 Paud.Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38.400.
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI.
5 4 3 2 1 9 8 7 6
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS -232 cần có cáp nối PC/ PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.
III.7. Mở rộng cổng vào ra.
Thế hệ Simatic S7-200 rất linh hoạt và hiệu quả sử dụng cao do những đặc tính sau:
Có nhiều loại CPU khác nhau trong hệ S7-200 nhằm đáp ứng yêu cầu của khác nhau của từng úng dụng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Có nhiều Modul mở rộng khác nhau nh các Modul ngõ vào/ra tơng tự, Modul ngõ vào/ra số.
Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng Profibus- DP nh là một Slave.
Modul truyền thông để kết nối PLC trong hệ S7-200 vào mạng AS-I nh là một MASTER.
Phần mền STEP7 Mico/win sofwarl. COM
Hình 1.3: Hai cách ghép nối PLC S7-200 với máy tính để truyền thông. PC/P PI MPI Card siemen simatic s7-200 i0.0 i0.1 i0.2 i0.3 i0.4 i0.5 i0.6 i0.0 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 sf run stop cpu215 6es7 215 siemen simatic s7-200 i0.0 i0.1 i0.2 i0.3 i0.4 i0.5 i0.6 i0.0 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 sf run stop cpu215 6es7 215
Hình 3.2: Hình khối của PLC với CPU 215 của Siemens
III.8. Giới thiệu về đặc tính của Modul mở rộng EM235.
Đặc tính kỹ thuật EM235 Số lợng đầu vào tơng tự 3
Số lợng đầu ra tơng tự 1 Đầu vào
Dải tín hiệu vào cực đại 30V điện áp một chiều,32mA Độ phân giải chuyển đổi từ Analog
sang Digital
12 bit hoặc 1 trong 4096
Thời gian chuyển đổi từ Analog Sang tơng tự .
25 μs
Đầu ra.
Điện áp ra ±10V
III.9. Thực hiện chơng trình .
PLC thực hiện chơng trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp đợc gọi là vòng
quét (scan). Mỗi vòng quét đợc bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào
vùng bộ đếm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiên chơng trình.Trong từng vòng quét, chơng trình đợc thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND).Sau giai đoạn thực hiện chơng trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.Vòng quét đợc kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo tới các cổng ra.
4. Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi 2. Thực hiện chương trình. 3. Truyền thông và tự kiểm tra lỗi 1. Nhập dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đếm ảo.
Hình 3.3: Vòng quét (scan) trong S7-200
Hình 1.5 Sơ đồ kết nối đầu ra của Modull mở rộng EM235
Utải RA A+ A- RB B+ B+ RC C+ C- V0 I0 L- M + Analog IN-OutPUT EXTP Itải + 24v - Đầu vào không sử dụng ◘EM 235 AL 3x12Bit AQ 1x12Bit
Nh vậy tại thời điểm vào/ra thông thờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chơng trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra.
III.10. Cấu trúc chơng trình của S7-200.
Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau :
- STEP7-Micro/ DOS.
- STEP7-Micro/ WIN.
Những phần mềm này đều có thể cài đặt đợc trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các chơng trình cho S7-200 phải có cấu trúc chơng trình chính (main
progam) và sau đó đến các chơng trình con và chơng trình sử lý ngắt đợc chỉ ra sau
đây:
- Chơng trình chính đợc kết thúc bằng lệnh kết thúc chơng trình (MEND).
- Chơng trình con là một bộ phận của chơng trình, các chơng trình con phải đ- ợc viết sau lệnh kết thúc chơng trình chính đó là lệnh MEND.
- Các chơng trình xử lý ngắt là một bộ phận của chơng trình. Nếu cần sử dụng chơng trình, cần xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chơng trình chính MEND.
- Các chơng trình con đợc nhóm lại thành một nhóm ngay sau chơng trình chính. Sau đó đến ngay các chơng trình xử lý ngắt. Bằng cách viết nh vậy cấu trúc chơng trình đợc rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chơng trình sau này. Có thể tự do
III.11. ngôn ngữ lập trình . III.11.1. Phơng pháp lập trình.
S7-200 biểu diễn một mạch logic cùng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chơng trình bao gồm một dãy các lệnh. S7-200 thực hiện chơng trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối cùng trong một vòng.
Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các plc của siemen nói chung dựa trên hai phơng pháp cơ bản:
SBR n Chương trình con thứ n+1 . . . RET INTn Chương trình xử lý ngắt thứ n+1 . . .