3.3.1.1.Giới thiệu về PLC S7 – 300 Các module của PLC S7 – 300
Là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ ñiều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ ñếm, cổng truyền thông (RS485) . và có thể còn có 1 vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU ñược gọi là cổng vào ra onboard. Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng ñược ñặt tên theo bé vi xử lý có trong như module CPU312, module CPU314, module CPU315 Ngoài ra còn có module CPU với 2 cổng truyền thông, trong ñó cổng truyền thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ ghép nối mạng phân tán. Kèm theo các cổng truyền thông thứ 2 này là những phần mềm tiện dụng ñược cài sẵn trong hệñiều hành.
Cấu trúc module của CPU: PLC gồm có 4 thành phần cơ bản
Hình 3.4: Sơñồ cấu trúc PLC
*) Bộ nhớ của S7-300 ñược chia làm 3 vùng chính: +) Vùng chứa chương trình ứng dụng.
Vùng nhớ chương trình ñược chia làm 3 miền:
Bộ nhớ chương trình Khối vi xử lý trung tâm + Hệñiều hành Timer Bộñếm vào ra Quản lí ghép nối Cổng vào ra Cổng ngắt và ñếm tốc ñộ cao Bộñếm Bít cờ
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 56 + OB (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức
+ FC (Function): Miền chứa chương trình con ñược tổ chức thành hàm có biến hình thức ñể trao ñổi dữ liệu với chương trình ñã gọi nó.
+ FB (Function block): Miền chứa chương trình con, ñược tổ chức thành hàm và có khả năng trao ñổi dữ liệu với bất cứ 1 khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải ñược xây dung thành 1 khối dữ liệu riêng (gọi là DB_Data block).
+) Vùng chứa tham số của hệñiều hành và chương trình ứng dụng. ðược chia thành 7 miền khác nhau:
I ( Process image input ): Miền bộñệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi bắt ñầu thực hiện chương trình, PLC sẽñọc giá trị logic của tất cả các cổng ñầu vào và cất chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không ñọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộñệm I.
Q ( Process Image Output): Miền bộ ñệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai ñoạn thực hiện chương trình. PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộñệm Q tới cổng ra số. Thông thường chương trinh không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộñệm Q.
M (Miền các biến cờ): Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này ñể lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit(M),byte(MB),từ(MW),từ kép (MD)
T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian ñặt trước(PV),giá trị ñếm thời gian tức thời (CV) cũng như giá trị logic ñầu ra của bộ thời gian.
C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ ñếm (Counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị ñặt trước (PV), giá trị ñếm tức thời (CV) và giá trị logic ñầu ra của bộ ñếm PI: Miền ñịa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input). Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ ñược module ñọc và chuyển tự dộng theo những ñịa chỉ.Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ(PIW), từ kép(PID)
PQ: Miền ñịa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O External Output). Các giá trị theo những ñịa chỉ này sẽ ñược các module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự.Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từ(PQW), từ kép(PQD).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 57 +) Vùng chứa các khối dữ liệu, ñược chia làm 2 loại:
DB (Data block): Miền chứa dữ liệu ñược tổ chức thành khối,các khối ñược ñánh từ DB0- DB255. Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy ñịnh,phù hợp với từng bài toán ñiều khiển.Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte(DBB), từ(DBW), từ kép(DBD).
L (Local data block): miền dữ liệu ñịa phương,ñược các khối chương trình OB,FC,FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao ñổi dữ liệu của biến h@nh thức với những khối chương trình ñã gọi nó.Nội dung của 1 số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB,FC.FB.Miền này có thểñược truy nhập từ chương trình theo bit(L), byte(LB), từ(LW), từ kép(LD).
Các thanh ghi trong CPU:
Gồm có các thanh ghi tổng (Accumulator: ACCU1, ACCU2), thanh ghi ñịa chỉ (Address register:AR1,AR2) và thanh ghi trạng thái (Status word:STW) Trao ñổi dữ liệu giữa CPU và các Module mở rộng.
PLC có sự trao ñổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thông qua bus nội bộ.Ngay tại ñầu vòng quét các dữ liệu tại cổng vào của các module số(DI) ñã ñược CPU chuyển tới bộ ñệm vào số.Cuối mỗi vòng quét nội dung của bộ ñệm ra số lại ñược CPU chuyển tới cổng ra của các module ra (DO). Việc thay ñổi nội dung 2 bộ ñệm này ñược thực hiện bởi chương trình ứng dụng. Trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh ñọc giá trị cổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của cổng vào có thể ñã bị thay ñổi trong quá trình thực hiện vòng quét,chương trình vẫn luôn ñọc ñược 1 giá trị tới I và giá trị ñó chính là giá trị cổng vào có tại thời ñiểm ñầu vòng quét,nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay ñổi giá trị cho 1 cổng ra số thì nó chỉ thay ñổi nội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay ñổi cuối cùng mới thực sựñược ñưa tới cổng ra vật lý của module DO.
Khác hẳn với việc ñọc/ghi vào cổng số, việc truy nhập cổng vào ra tương rự lại ñược module thực hiện trực tiếp với module mở rộng(AI/AO). Như vậy mỗi lệnh ñọc giá trị từñịa chỉ thuộc vùng PI sẽ thu ñược 1 giá trịñúng bằng giá trị thực có ở cổng ở thời ñiểm thực hiện lệnh.Tương tự khi thực hiện lệnh gửi 1 giá trị (số nguyên 16bits) tới ñịa chỉ của vùng PQ giá trị ñó sẽ ñược gửi ngay ñến cổng ra tương tự của module.Chỉ có các module vào ra số mới có bộ ñệm còn các module tương tự thì không,chúng chỉñược cung cấp ñịa chỉñể truy nhập(PI,PQ). Miền ñịa chỉ PI,PQ ñược
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 58 cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào ra tương tự có thể có của 1 trạm. Thực chất các cổng vào tương tự chỉ có từñịa chỉ PIB256 ñến PIB 767 nhưng miền ñịa chỉ của PI và PQ lại từ 0 ñến 65535. ðiều này tạo khả năng kết nối vào ra số với những ñịa chỉ dôi ra trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụng có thể truy nhập trực tiếp với các module DI/DO ñể mở rộng ñược giá trị tức thời tại cổng mà không cần thông qua bộñệm I và Q.
3.3.1.2. Hoạt ñộng của PLC S7-300
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp ñược gọi là vòng quét(scan). Mỗi vòng quét ñược bắt ñầu bằng giai ñoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng ñệm ảo I, tiếp theo là giai ñoạn thực hiện chương trình.Trong mỗi vòng quét chương trình ñược thực hiện từ lệnh ñầu tiên ñến lệnh kết thúc của khối OB1. Sau giai ñoạn thực hiện chương trình là giai ñoạn chuyển các nội dung của bộ ñệm ảo Q tới các cổng ra số.Vòng quét ñược kết thúc bằng giai ñoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Bộ ñệm I và Q không liên quan tới các cổng vào ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự ñược thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộñệm.
Thời gian cần thiết ñể PLC thực hiện ñược 1 vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố ñịnh,tức là không phải vòng quét nào cũng ñược thực hiện trong 1 khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét ñược thực hiện lâu, có vòng quét ñược thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình ñược thực hiện,vào khối lượng dữ liệu ñược truyền thông... trong vòng quét ñó. Như vậy giữa việc ñọc dữ liệu từñối tượng ñể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu ñiều khiển tới ñối tượng có 1 khoảng thời gian trễ ñúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết ñịnh thời gian thực của trương trình ñiều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn tính thời gian thực của trương trình càng cao. Tại thời ñiểm thực hiện lệnh vào, ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ ñệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc truyền thônggiưa bộ ñệm ảo với ngoại vi trong các giai ñoạn 1 và 3 do hệ ñiều hành CPU quản lý. Ở 1 số module CPU khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, ñể thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
- Module nguồn_Module PS (Power supply): có loại 2A, 5A và 10A - Thẻ nhớ (Memory card):
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 59 Mục ñích dùng memory card: Với memory card ta có thể mở rộng vùng nhớ cho CPU ta có thể ghi chương trình ứng dụng và các tham số cài ñặt tương ứng cho CPU và các môñun trên memory card. Ta cũng có thể lưu giữ hệ ñiều hành CPU cuả bạn tới một memory card. Nếu ghi một chương trình ứng dụng trên memory card, nó sẽ còn lại trong CPU khi tắt nguồn thậm chí với cả trường hơp không có pin lưu giữ.
+) Module mở rộng cổng tín hiệu vào ra-SM (Signal module), bao gồm:
-DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số.Số các cổng vào số có thể là 8,16,32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
-DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số có thể là 8,16,32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
-DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số.Số các cổng vào/ra số có thể là 8vào/8ra,16vào/16ra tuỳ thuộc vào từng loại module.
-AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.Số cổng vào tương tự có thể là 2,4,8 tuỳ thuộc vào từng loại module.
-AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.Số cổng ra tương tự có thể là 2,4,8 tuỳ thuộc vào từng loại module.
-AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.Số cổng vào/ra tương tự có thể là 4vào/2 ra,4vào/4ra tuỳ thuộc vào từng loại module.
+) Module chức năng_Module FM (Function module):
Module có chức năng ñiều khiển riêng,ví dụ như module ñiều khiển ñộng cơ bước, module ñiều khiển ñộng cơ servo,module PID, module ñiều khiển vòng kín...
+) Module ghép nối truyền thông nội_Module IM(Interface module):
ðây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành 1 khôi và ñược quản lý chung bởi 1 module CPU. Thông
thường các module mở rộng ñược gá liền với nhau trên 1 thanh ñỡ gọi là rack. Trên mỗi 1 rack chỉ có thể gá ñược nhiều nhất 8 module mở rộng. Một module CPU S7-300 có thể làmviệc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải ñược nối với nhau bằng module IM.
Như vậy, khi sử dụng bộ ñiều khiển PLC S7-300 ñể ñiều khiển hoạt ñộng dây chuyền sản xuất có những ưu ñiểm chính như:
• Tiết kiệm chi phí, ñiều khiển linh hoạt dựa trên khả năng lập trình và thay ñổi chương trình khi nhà máy có yêu cầu về thay ñổi cũng như mở rộng sản xuất.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ……… 60 • Dễ dàng lắp ñặt, cấu trúc các module vào ra linh hoạt trong sử dụng, ñơn giản
trong sửa chữa, bảo dưỡng.
• Có ñộ tin cậy cao, ổn ñịnh, ñảm bảo tính chính xác trong ñiều hành sản xuất, nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm giảm chi phí giá thành, tăng thu nhập kinh tế cho người lao ñộng.
• Dễ dàng ghép nối với máy tính, thông qua máy tính người vận hành có thể qua sát, ñiều khiển toàn bộ hoạt ñộng dây chuyền cũng như nâng cao tính tựñộng hoá của nhà máy.