2.1.4.8-Lập trình cho TD
2.1.5.1- Giơí thiệu chung về PLC S7
Trước khi cĩ PLC đã cĩ những bộ điều khiển tự động bằng các mạch rơle-cơng tắc tơ hoạc các rơle số-tương tự khơng tiếp điểm. Các bộ điều khiển này được gọi là các bộ điều khiển cứng.
Khi cần phải được thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển thì các bộ điều khiển cứng khơng đáp ứng được do đĩ cần thiết kế và chế tạo lại bộ điều khiển để thay thế bộ điều khiển cũ, hoặc ít ra cũng cần thay đổi lại cách ghép nối các phần tử của các bộ điều khiển cũ cho phù hợp với chương trình điều khiển mới.
Việc thay đổi như vậy dẫn đến hiệu quả kinh tế bị giảm sút, thời hạn cải tạo thiết bị cơng nghệ kéo dài.
Năm 1969, hang sản xuất ơtơ GM đề xuất thiết kế các bộ điều khiển ứng dụng cơng nghệ điện tử và cơng nghệ máy tính cĩ khả năng thích ứng với nhiều chương trình điều khiển khác nhau với các điều kiện sau:
- Dễ dàng thay đổi được chương trình điều khiển. - Đơn giản cho việc thay đổi và sửa chữa.
- Độ tin cậy cao so với các bộ điều khiển cứng truyền thống. - Nhỏ gọn hơn so với các bộ điều khiển truyền thống.
- Dữ liệu được gửi ra ở đầu ra phải được đưa tới dụng cụ điều khiển trungtâm.
- Giá thành tốt hơn so với các bộ điều khiển rơle.
- Đầu vào cĩ khả năng nhận điên áp xoay chiều, điện áp 115V.
- Đầu ra cĩ dịng cực tiểu là 2A và điện áp xoay chiều cực tiểu 115V.
- Bộ điều khiển phải cĩ khả năng mở rộng các chức năng bằng cách ghép nối thêm các module.
Chính vì thế PLC đã ra đời. Do tính thích ứng với nhiều chương trìnhđiều khiểu, việc thay đổi chương trình dễ dàng và khơng địi hỏi nhữngchuyên gia lập trình và điều khiển cĩ trình độ chuyên mơn cao nên nĩnhận được nhu cầu rất lớn trong thực tế. PLC sinh ra trên cơ sở
cơngnghệ của máy tính và vật liệu bán dẫn, cĩ thể giải quyết được các bàitốn điều khiển với nhiều chương trình khác nhau nên ngày càng đượcphát triển và ứng dụng vào tất cả các ngành cơng nghiệp và dândụng.
PLC ngày càng trở nên hồn thiện và đa năng. Các PLC ngày nay khơng những cĩ khả năng thay thế hồn tồn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà cịn cĩ khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự. Các PLC được sử dung rộng rãi trong cơng nghiệp.
Ứng dụng của PLC trong cơng nghiệp.
Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong cơng nghiệp ơtơ vào năm 1969 ddaxddem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơle. Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, khơng chiếm nhiều khơng gian trong các xưởng sản xuất và cĩ độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơle.
Các ứng dụng của PLC đã nhanh chĩng mở rộng ra tất cả các ngành sản xuất cơng
nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản chỉ cĩ chức năng đĩng mở(ON/OFF)thơng thường đến các ứng dụng cho
Các lĩnh vực phức tạp, địi hỏi độ chính xác cao, ứng dụng các thuật tốn trong quá trình sản xuất.
Bộ nhớ
chương trình Đơn vị điều khiển Khối ngỏ vào Mạch giao tiếp cảm biến
Panel lập trình
Bộ nhớ
dữ liệu . Khối ngỏ ra
Mạch cơng suất & cơ cấu tác động
Sơ đồ khối bên trong PLC .
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ quá trình điều khiển,thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngồi tương ứng.Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nĩ kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) cĩ cơng suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào ,mà khơng cần cĩ các mạch giao tiếp hay rơle trung gian.Tuy nhiên,cần phải cĩ mạch điện tử cơng suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị cĩ cơng suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà khơng cần cĩ sự thay đổi nào về mặt kết nối dây;sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều
khiển trong bộ nhớ thơng qua thiết bị lập trình chuyên dùng.Hơn nữa ,chúng cịn cĩ ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền thống mà địi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành cơng của PLC đĩ chính là độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với mơi trường cơng nghiệp. Các mạch vào ra
được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu độ ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao.
Ngày nay, ta cĩ thể thấy PLC cĩ hàng nghìn ứng dụng trong cơng nghiệp. Chúng được sử dụng trong cơng nghiệp hĩa chất, chế biến dầu, thực phẩm, cơ khí, dược phẩm,
dệt may, khai khống, giao thơng vận tải, hệ thống điều khiển máy cơng cụ CNC, nhà máy điện hạt nhân…Các PLC cĩ thể được kết nối với máy tính đẻ truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, thay đổi chương trình từ xa.
Ngồi ra PLC cịn được dùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện mơi trường điều khiển trong các hệ thống phục vụ sản xuất.
2.1.5.1-Cấu trúc PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tĩan điều khiển thơng qua một ngơn ngữ lập trình.
PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ 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 thơng qua chương
trình trạng thái ngỏ ra được cập nhật và lưu trữ vào bộ nhớ đệm sau đĩ trạng thái ngỏ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đĩng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng, như vậy sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hồn tồn tự động theo chương trình trong bộ nhớ, chương trình được nạp vào PLC thơng qua thiết bị lập trình chuyên dùng .
2.1.5.2-Các khối chức năng phần cứng của PLC
Bộ nhớ chương trình EEPRO M tuỳ chọn Bộ nhớ chươn g trình EPRO M Nguồn pin CPU bộ vi xử lý Cloc k Bộ nhớ hệ thống ROM Bộ nhớ dữ liệu RA M Khố i vào ra Mạch cách ly Bộ đệm Bus Địa chỉ
Bus Điều khiển
Bộ đệm Bộ đệm Mạch chốt Bộ đệm Bộ lọc Pannsel lập trình Bus Dữ Liệu Bus hệ thống (Vào/Ra) Mạch giao tiếp
S7 – 200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, cĩ cấu trúc theo kiểu modul và cĩ các modul mở rộng. Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối vi xử lý gồm cĩ: CPU 212, CPU 214, CPU 224, CPU 226… Về hình thức bên ngịai, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp.
-CPU 212 cĩ 8 cổng vào, 6 cổng ra và cĩ khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng.
-CPU 214 cĩ 14 cổng vào, 10 cổng ra và cĩ khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng.
-CPU 224 214 cĩ 14 cổng vào, 10 cổng ra và cĩ khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng.
S7 – 200 cĩ nhiều loại modul mở rộng khác nhau.
Cổng truyền thơng :
S7 – 200 sử dụng cổng truyền thơng 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. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38.400.
9 8 7 6
Hình 2 : Sơ đồ chân của cổng truyền thơng
Trong đĩ : Chân Giải thích
1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Khơng sử dụng 5 Đất 6 5 VDC (điện trở trong 100∧) 7 24 VDC (120 mA 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 Khơng sử dụng
Để ghép nối S7 – 200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ.
Ghép nối S7 – 200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần cĩ cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.
Cơng tắc chọn chế độ làm việc của PLC
Cơng tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7 – 200 cĩ 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 sang chế độ STOP nếu trong máy cĩ sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi cơng tắc ở chế độ RUN. Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.
STOP cưỡng bức PLC dừng 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 cho PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ StopChỉnh định tương tự
-Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình. Núm chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra. Thiết
bị chỉnh định cĩ thể quay 270o.
Pin và nguồn nuơi bộ nhớ
Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nĩ phải thay thế vào vị trí đĩ để dữ liệu trong bộ nhớ khơng bị mất đi. 2.1.5.3- Cấu trúc bộ nhớ:
Phân chia bộ nhớ:
Bộ nhớ của S7 – 200 được chia thành 4 vùng với một tụ cĩ nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn.
Vùng chương trình: là miền nhớ được sử dụng để lưu các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được.
Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khĩa, địa chỉ trạm … cũng như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được.
Vùng dữ liệu: dùng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thơng … một phần của vùng nhớ này thuộc kiểu non-volatile.
Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng.Vùng này khơng kiểu non-volatile nhưng đọc/ghi được.
Vùng dữ liệu:
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nĩ cĩ thể được truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật tĩan các hàm truyền thơng, lập bảng các hàm dịch chuyển, xoay vịng thanh ghi, con trỏ địa chỉ …
Vùng dữ liệu lại được chia thành các miền nhớ nhỏ với các cơng dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho từng cơng dụng của chúng như sau:
V - Variable memory.
I - Input image register. O - Output image register.
VB150 VB151 VB152 VB153
SM - Speacial memory bits.
Tất cả các miền này đều cĩ thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word 2byte) hoặc từ kép (2 word).
Địa chỉ truy nhập được qui ước theo cơng thức:
-Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+)•(+) chỉ số bit.
Ví dụ: V150.4 chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V.
-Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền.
Ví dụ: VB150 chỉ 150 thuộc miền V.
-Truy nhập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền.
Ví dụ: VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte150 và 151 thuộc miền V, trong đĩ byte 150 cĩ vai trị byte cao trong từ.
-Truy nhập theo từ kép: Tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ: VD150 chỉ từ kép gồm 4 byte150, 151, 152 và 153 thuộc miền V, trong đĩ byte 150 cĩ vai trị byte cao và byte 153 là thấp trong từ kép.
bit 63 32 31 16 15 8 0
Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều cĩ thể truy nhập được bằng con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2 và AC3. Mỗi con trỏ địa chỉ chỉ gồm 4 byte (từ kép).
Vùng đối tượng: Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm của thanh ghi của Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator (AC). Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng của đối tượng đĩ.
2.1.5.6-Mở rộng ngõ vào ra:
Cĩ thể mở rộng ngõ vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nĩ các modul mở rộng về phía bên phải của CPU (CPU 224 nhiều nhất 7 modul), làm thành một mĩc xích, bao gồm các modul cĩ cùng kiểu.
Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào/ra của các modul.