Đề cương bài giảng môn: Điều khiển hệ thống cơ điện tử dùng PLC (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp)

Chia sẻ: Huyền Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:178

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình gồm có những nội dung chính sau: Đại cương về điều khiển lập trình, điều khiển hỗn hợp, các mạch ứng dụng bộ nhớ, các mạch ứng dụng timer, các mạch ứng dụng counter, các mạch ứng dụng lệnh toán học, lập trình cấu trúc.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề cương bài giảng môn: Điều khiển hệ thống cơ điện tử dùng PLC (Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp)

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ NGHỆ II KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG MÔN: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ DÙNG PLC ((Dùng cho trình độ Cao đẳng, Trung cấp) GVBS: NGUYỄN NGỌC LINH TPHCM, tháng 03 năm 2018
1 PHẦN I: PLC S7 - 200
2 BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Mã số bài : 01 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển: Trong công nghiệp yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng, đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng được những yêu cầu đó. Để giải quyết được nhiệm vụ điều khiển người ta có thể thực hiện bằng hai cách: thực hiện bằng Rơle, khởi động từ ... hoặc thực hiện bằng chương trình nhớ. Hệ điều khiển bằng Rơle và hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ khác nhau ở phần xử lý: thay vì dùng Rơle, tiếp điểm và dây nối trong phương pháp lập trình có nhớ chúng được thay bằng cách mạch điện tử. Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu xử lý số liệu. Nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bằng một số hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là "chương trình". Chương trình này mô tả các bước thực hiện gọi là tiến trình điều khiển, tiến trình này được lưu vào bộ nhớ nên được gọi là "điều khiển lập trình có nhớ". Trên cơ sở khác nhau của khâu xử lý số liệu ta có thể biểu diễn hai hệ điều khiển như sau: Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng Rơle: Xác định nhiệm vụ điều khiển Sơ đồ mạch điện Chọn phần tử mạch điện Nối dây liên kết các phần tử Kiểm tra chức năng Hình 1-1: Lưu đồ điều khiển dùng Rơle
3 Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC: Xác định nhiệm vụ điều khiển Thiết kế giải thuật Soạn thảo chương trình Kiểm tra chức năng Hình 1-2: Lưu đồ điều khiển bằng PLC Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển người ta cần thay đổi mạch điều khiển bằng cách lắp lại mạch, thay đổi phần tử mới đối với hệ thống điều khiển bằng Rơle điện. Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ta chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo đối với hệ điều khiển bằng lập trình có nhớ. Như vậy một cách tổng quát có thể nói hệ thống điều khiển PLC là tập hợp các thiết bị và linh kiện điện tử. Để đảm bảo tính ổn định, chính xác và an toàn.. trong quá trình sản xuất, các thiết bị này bao gồm nhiều chủng loại, hình dạng khác nhau với công suất từ rất nhỏ đến rất lớn. Do tốc độ phát triển quá nhanh của công nghệ và để đáp ứng được các yêu cầu điều khiển phức tạp nên hệ thống điều khiển phải có hệ thống tự động hóa cao. Yêu cầu này có thể thực hiện được bằng hệ lập trình có nhớ PLC kết hợp với máy tính, ngoài ra còn cần có các thiết bị ngoại vi khác như: Bảng điều khiển, động cơ, cảm biến, tiếp điểm, công tắc tơ,... Mỗi một thành phần trong hệ thống điều khiển có một vai trò quan trọng được trình bày như trong hình vẽ sau: Hình 1-6: Mô hình hệ thống điều khiển PLC Khả năng truyền dữ liệu trong hệ thống rất rộng thích hợp cho hệ thống xử lý và cũng rất linh động trong các hệ thống phân phối .
4 Hệ thống PLC sẽ không cảm nhận được thế giới bên ngoài nếu không có các cảm biến, và cũng không thể điều khiển được hệ thống sản xuất nếu không có các động cơ, xy lanh hay các thiết bị ngoại vi khác nếu cần thiết có thể sử dụng các máy tính chủ tại các vị trí đặc biệt của dây chuyền sản xuất . 1.2 Điều khiển nối cứng và điều khiển lập trình: Sự khác nhau giữa hệ điều khiển bằng Rơle điện và lập trình có nhớ có thể minh hoạ bằng một ví dụ sau: Điều khiển hệ thống 3 máy bơm nước qua 3 cấp khởi động từ K1, K2, K3. Trình tự điều khiển như sau: Các máy bơm hoạt động tuần tự nghĩa là K1 đóng trước tiếp đến là K2 rồi cuối cùng là K3 đóng. Để thực hiện nhiệm vụ theo yêu cầu trên mạch điều khiển ta thiết kế như sau: Trong đó các nút ấn S1, S2, S3, S4 là các phần tử nhập tín hiệu. Các tiếp điểm K1, K2, K3 và các mối liên kết là các phần xử lý. Các khởi động từ K1, K2, K3 là kết quả xử lý. Hình 1-3: Sơ đồ điều khiển bằng Rơle Nếu ta thay bằng thiết bị điều khiển PLC ta có thể mô tả như sau: -Tín hiệu vào: S1, S2, S3, S4 vẫn giữ nguyên. -Tín hiệu ra: K1, K2, K3 là các khởi động từ vẫn giữ nguyên. - Phần tử xử lý: được thay thế bằng PLC. Hình 1-4: Sơ đồ điều khiển thay thế bằng PLC Khi thực hiện bằng chương trình điều khiển có nhớ PLC ta chỉ cần thực hiện nối mạch theo sơ đồ sau
5 Hình 1-5: Sơ đồ nối dây thực hiện bằng PLC Nếu bây giờ nhiệm vụ điều khiển thay đổi ví dụ như các bơm 1, 2, 3 hoạt động theo nguyên tắc là chỉ một trong số các bơm được hoạt động độc lập. Như vậy đối với mạch điều khiển dùng Rơle ta phải tiến hành lắp ghép lại toàn bộ mạch điều khiển, trong khi đó đối với mạch điều khiển dùng PLC thì ta lại chỉ cần soạn thảo lại chương trình rồi nạp lại vào CPU thì ta sẽ có ngay một sơ đồ điều khiển theo yêu cầu nhiệm vụ mới mà không cần phải nối lại dây trên mạch điều khiển. 1.3 So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác: 1.3.1.Hệ thống điều khiển PLC điển hình: Trong hệ thống điều khiển PLC các phần tử nhập tín hiệu như : chuyển mạch, nút ấn, cảm biến, ... được nối với đầu vào của thiết bị PLC. Các phần tử chấp hành như : đèn báo, rơ le, công tắc tơ,... được nối đến lối ra của PLC tại các đầu nối. Chương trình điều khiển PLC được soạn thảo dưới các dạng cơ bản (sẽ được trình bày ở phần sau) sẽ được nạp vào bộ nhớ bên trong PLC, sau đó tự động thực hiện tuần tự theo một chuỗi lệnh điều khiển được xác định trước . Hệ còn cho phép công nhân vận hành thao tác bằng tay các tiếp điểm, nút dừng khẩn cấp để đảm bảo tính an toàn trong các trường hợp xảy ra sự cố. 1.3.2.Vai trò của PLC: PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PC thường xuyên kiểm tra trạng thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thể đưa ra những tín hiệu điều khiển tương ứng đến các thiết bị xuất. PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông qua một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp. Tín hiệu vào: Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của PLC để đọc được các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng như bằng các thiết bị nhập bằnh tay . Tiêu biểu cho các thiết bị nhập bằng tay như : Nút ấn, bàn phím và chuyển mạch. Mặt khác, để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất, lưu lượng chất lỏng ... PLC phải nhận các tín hiệu từ các cảm biến. Ví dụ : Tiếp điểm hành trình, cảm
6 biến quang điện ... tín hiệu đưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự (Analog), các tín hiệu này được giao tiếp với PLC thông qua các Modul nhận tín hiệu vào khác nhau khác nhau DI (vào số) hoặc AI (vào tương tự).... Đối tượng điều khiển: Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp được với thiết bị xuất, các thiết bị xuất thông dụng như: Môtơ, van, Rơle, đèn báo, chuông điện,... cũng giống như thiết bị nhập, các thiết bi xuất được nối đến các ngõ ra của Modul ra (Output). Các Modul ra này có thể là DO (Ra số) hoặc AO (ra tương tự). 1.3.3.Cấu tạo PLC. Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) trong đó có chứa chương trình điều khiển và các Modul giao tiếp vào/ra có nhiệm vụ liên kết trực tiếp đến các thiết bị vào/ra, sơ đồ khối cấu tạo PLC được vẽ như hình 1-6. Khối xử lý trung tâm : là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: Thực hiện chương trình, xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài. Bộ nhớ: có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter được chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau: - Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác . - Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dử liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện. Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin. - Bộ nhớ EPROM: Giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng Pin, tuy nhiên nội dung chứa trong nó có thể xoá bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp. - Bộ nhớ EEPROM: kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa và nạp bằng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn. 1.3.4.Ưu nhược điểm của hệ thống : Trong giai đoạn đầu của thời kỳ phát triển công nghiệp vào khoảng năm 1960 và 1970, yêu cầu tự động của hệ điều khiển được thực hiện bằng các Rơle điện từ nối nối với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều trường hợp bảng điều khiển có kích thước quá lớn đến nỗi không thể gắn toàn bộ lên trên tường và các dây nối cũng không hoàn toàn tốt vì thế rất thường xảy ra các sai hỏng trong hệ thống. Một yếu tố nữa là do thời gian làm việc của các Rơle có giới hạn nên khi cần thay thế thì toàn bộ hệ thống và dây nối cũng phải thay mới cho phù hợp, bảng điều khiển chỉ dùng cho một yêu cầu riêng biệt không thể thay đổi tức thời chức năng khác mà phải lắp giáp lại toàn bộ, và trong trường hợp bảo trì cũng như sửa chữa cần đòi hỏi thợ chuyên môn có tay nghề cao. Tóm lại hệ điều khiển Rơle hoàn toàn không linh động. * Tóm tắt nhược điểm của hệ thống điều khiển dùng Rơle: - Tốn kém rất nhiều dây dẫn .
7 - Thay thế rất phức tạp. - Cần công nhân sửa chữa tay nghề cao. - Công suất tiêu thụ lớn . - Thời gian sửa chữa lâu. - Khó cập nhật sơ đồ nên gây khó khăn cho công tác bảo trì cũng như thay thế. * Ưu điểm của hệ điều khiển PLC: Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm như sau: -Giảm 80% Số lượng dây nối. - Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp . -Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng. - Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập. -Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển. -Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế. - Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất . - Chi phí lắp đặt thấp . - Độ tin cậy cao. -Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống. 1.4 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC: Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như: - Hệ thống nâng vận chuyển. - Dây chuyền đóng gói. - Các ROBOT lắp giáp sản phẩm . - Điều khiển bơm. - Sản xuất xi măng. - Dây chuyền lắp giáp Tivi. - Điều khiển hệ thống đèn giao thông. - Quản lý tự động bãi đậu xe. - Dây truyền may công nghiệp. - Điều khiển thang máy. - Dây chuyền sản xuất xe Ôtô.
8 BÀI 2 CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 2.1. Cấu trúc của một PLC: PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: bộ xử lý, 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 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 dùng. Bus ñòa chæ Boä ñeäm Bus ñieàu khieån Boä nhôù chöông Boä nhôù Boä nhôù Boä nhôù Khoái trình Nguoàn CPU Clock heä thoáng EEPROM chöông trình pin Boä xöû lyù döõ lieäu vaøo EEPROM ROM RAM ra tuøy choïn Boä Bus döõ lieäu Khoái môû ñeäm roäng Boä Bus heä thoáng (vaøo/ra) ñeäm Maïch Boä ñeäm Maïch Maïch choát ngoõ vaøo ngoõ vaøo Maïch giao tieáp Boä loïc Panel laäp trình (gaén theâm) Maïch caùch ly Keânh ngoõ ra Keânh ngoõ ra 16 rôle, triac hay transistor 24 ngoõ vaøo 2.1.1. Bộ xử lý trung tâm: Bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) điều khiển và quản lý 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. 2.1.2.Bộ nhớ: Tất cả PLC đều dùng các loại bộ nhớ:
9 ▪ ROM (Read Only Memory). ▪ RAM (Random Access Memory) ▪ EEPROM (Electrnic Erasable Programmable Read Only Memory) a. Phân chia bộ nhớ: Bộ nhớ của S7_200 được phân chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi bị mất nguồn. Bộ nhớ của S7_200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần bit nhớ đặt biệt được kí hiệu bởi SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. - Vùng chương trình là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ 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 khóa, địa chỉ trạm…Cũng giống như vùng chương trình, vùng tham số cũng thuộc non- volatile đọc/ghi được. - Vùng dữ liệu: được sử dụng 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 thông… Một phần của vùng nhớ này (1KB đầu tiên với CPU214) thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. - 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 không thuộc kiểu non- volatile nhưng đọc ghi được. Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình. Vùng chương trình Chương trình Chương trình Vùng tham số Tham số Tham số C Vùng dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Vùng đối tượng EEPROM Bộ nhớ ngoài Hình 3: Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200 b. Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc theo từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bản, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ… Ghi các dữ liệu kiểu bản bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ được sử dụng theo những mục đích nhất định. Vùng dữ liệu lại được chia ra thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được kí hiệu bằng các chữ cái đầu tiên của chữ trong tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng như sau: V Variable memory (vùng nhớ biến) I Input Image register (vùng đệm ngõ vào)
10 O Output Image register (vùng đệm ngõ ra) M Internal Memory bits (vùng nhớ nội) SM Special Memory bits (vùng nhớ đặc biệt) Tất cả các miền này đều có thể truy cập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word- 2 byte) hoặc từ kép (2 words). Hình sau mô tả vùng dữ liệu của CPU214 7 6 5 4 3 2 1 0 Miền V Đọc/Ghi V0 … V4095 I0.x(x=07) Vùng đệm cổng vào I (Đọc/Ghi) … I7.x(x=07) Q0.x(x=07) Vùng đệm cổng ra Q … (Đọc/Ghi) Q7.x(x=07) M0.x(x=07) … Vùng nhớ nội M M31.x(x=07) (Đọc/Ghi)
11 SM0.x(x=07) Vùng nhớ đặc biệt SM (chỉ đọc) … SM29.x(x=07) SM30.x(x=07) Vùng nhớ đặc biệt SM (Đọc/Ghi) … SM85.x(x=07) Địa chỉ truy cập được qui ước bởi công 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 Byte 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 hai Byte 150 và 151 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò là byte cao trong từ. 15 14 13 12 11 10 9 7 6 5 4 3 2 1 8 0 VW150 VB150(byte cao) VB151(byte thấp) Truy nhập theo từ kép: Tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ VD150 chỉ từ kép gồm 4 byte 150, 151, 152, 153 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò là byte cao và byte 153 có vai trò là byte thấp trong từ kép. Bit: 63 32 31 16 15 8 7 0 VD150 VB150 (byte VB151 VB152 VB153 (byte cao) thấp) Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy nhập được bằng con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miềnV hoặc các thanh ghi AC1, AC2 và AC3. Mỗi con trỏ chỉ địa chỉ gồm 4 byte(từ kép). Qui ước sử dụng con trỏ để truy nhập như sau: &địa chỉ byte (cao) là toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép. Ví dụ: - AC1=&VB150, thanh ghi chứa địa chỉ Byte 150 thuộc miền V. - VD100=&VW150, từ kép VD100 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ đơn VW150. - AC2=&VD150, thanh ghi AC2 chứa địa chỉ byte cao (VB150) của từ kép VD150. * con trỏ: là toán hạn lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ đang chỉ vào.
12 Ví dụ như với phép gán địa chỉ trên thì: - *AC1, lấy nội dung của byte VB150. - *VD100, lấy nội dung của từ đơn VW150. - *AC2, lấy nội dung của từ kép VD150. Phép gán địa chỉ và sử dụng con trỏ như trên cũng có tác dụng với những thanh ghi 16 bit của timer, bộ đếm thuộc vùng đối tượng sẽ được trình bày ở phần dưới: c. Vùng đối tượng: Vùng đối tượng được sử dụng để lưu 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 các 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 đối tượng đó. 2.1.3. Khối vào/ra: Khối vào/ra có vai trò là mạch giao tiếp vi điện tử của 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 cách ly. 2.2. Xử lý chương trình: PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đọan truyền thông và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra. Giai đoạn chuyển Giai đoạn nhập dữ dữ liệu ra ngoại vi liệu từ ngoại vi Giai đoạn thực hiện Giai đoạn truyền thông chương trình nội bộ và tự kiểm tra lỗi Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào ra và chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thông sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình
13 xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét. 2.3. Các phương pháp lập trình: S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương trình bao gồm một dãy các tập lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lập trình cuối trong một vòng quét (scan). Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng một việc đọc trạng thái của đầu vào, và sau đó thực hiện chương trình. Vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7-200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp. Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản. Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement list, viết tắt là STL). Ngoài ra còn Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự động tạo ra một chương trình theo dạng STL tương ứng. Ngược lại không phải mọi chương trình viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD. a. Phương pháp hình thang (LAD) 1. LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau: 2. Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thương đóng 3. Cuộn dây (Coil): Là biểu tượng   mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le. 4. Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện. 5. Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây trung hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp. Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. b. Định nghĩa về STL:Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC. c. FBD: Là phương pháp lập trình sử dụng các khối hàm logic như And, Or,… Tìm hiểu phần mềm lập trình PLC và bộ thí nghiệm:
14 Step7 MicroWin 3.2 hoặc 4.0 là phần mềm dùng để lập trình cho PLC S7 – 200 2.4. Tìm hiểu phần mềm lập trình PLC • Khởi động Cách 1: Start _ Simatic _ Step7 – Microwin. Cách 2: Doubleclick vào biểu tượng Step7 – Microwin trên màn hình nền Desktop của Window. Giao diện của chương trình Step7 – Microwin. • Mở file: Mở một file mới: Vào file – Doubleclick New hoặc click vào biểu tượng New. Mở một file cũ: Vào file – Doubleclick Open chọn tên file cần mở hoặc click vào biểu tượng Open. • Lưu file: Lưu một file mới: Vào file – Doubleclick Save hoặc click vào biểu tượng Save đặt tên file cần lưu. Lưu file tên khác: Vào file – Doubleclick Save As đặt tên file cần lưu. • Soạn thảo chương trình: Step7 Microwin cho phép chứa nhiều network ( tối đa là 100) mỗi một network tương đương một câu lệnh, nếu tồn tại hai câu lệnh trở lên thì chương trình sẽ báo lỗi khi biên dịch.
15 Ta có thể dùng chuột để chọn các biểu tượng và đặt chúng vào các vị trí trong network mong muốn. Chú ý mỗi lệnh phải được gắn trực tiếp vào đường bên trái khi con trỏ hình ô vuông ở vị trí nào thì khi truy xuất các toán hạng sẽ đặt tại vị trí đó. • Nạp chương trình vào PLC: Cách 1: Vào File_ Doubleclick download Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Download trên thanh công cụ. OK _ yes Màn hình báo Download successful thì chương trình đã nạp thành công. • Chạy chương trình: Cách 1: Vào PLC _ click chuột vào Run Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Run trên thanh công cụ. • Dừng chương trình: Cách 1: Vào PLC _ click chuột vào Stop Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Stop trên thanh công cụ. • Hiển thị các chương trình ladder (để quan sát quá trình hoạt động của chương trình) Cách 1: Vào debug _ click chuột vào Program Status Cách 2: Click chuột vào biểu tượng Program Status • Đọc chương trình của PLC Cách 1: Vào File_ Doubleclick upload Cách 2: Click chuột vào biểu tượng upload trên thanh công cụ. OK _ yes Màn hình báo Upload successful thì chương trình đã nạp thành công. • Xóa hàng, cột, network: Cách 1: Chọn Edit _ delete _ chọn Row hoặc Column hoặc Network Cách 2: nhấn Shift + delete • Chèn hàng, cột, network: Cách 1: Chọn Edit _ insert _ chọn Row hoặc Column hoặc Network Cách 2: nhấn Shift + insert • Xác lập CPU đang giao tiếp: Chọn read CPU type nếu đã nối giữa máy tính và PLC để phần mềm tự xác lập loại CPU đang giao tiếp. Nếu chưa kết nối PLC muốn cài đặt loại CPU cho PLC vào PLC_ Type chọn loại PLC phù hợp. 2.5.Tìm hiểu phần mềm mô phỏng S7- 200: Đây là phần mềm dùng để mô phỏng hoạt động của PLC sau khi được nạp chương trình.
16 Ta có thể mô phỏng chương trình đang viết bằng cách sử dụng phần mềm nếu không cần đến PLC. Để chạy mô phỏng, ta chỉ cần thực thi file S7-200.exe, gồm các bước sau: 1. Viết chương trình bằng phần mềm STEP7 MICROWIN 3.2. 2. Biên dịch chương trình: file/export. 3. Đặt tên cho tập tin vào chọn save (*.awl). 4. Chạy phần mềm mô phỏng s7-200.exe. 5. Nhập mã: 6596. 6. Chọn loại CPU. 7. Mở file cần mô phỏng. 8. Chạy mô phỏng: Run điều khiển các tiếp điểm bằng các công tắc trên bảng màu xanh. 9. Quan sát các đèn báo Input và Output trên PLC.
17 BÀI 3 KẾT NỐI DÂY GIỮA PLC VÀ CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 3.1. Kết nối dây giữa PLC và thiết bị ngoại vi: Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra( các đầu ra của PLC ). Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản. Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra . Hình 3-1: Kết nối dây giữa ngõ vào của PLC với các thiết bị ngoại vi Hình 3-1: Kết nối dây giữa ngõ ra của PLC với các thiết bị ngoại vi
18 MỘT SỐ HÌNH ẢNH MINH HỌA KẾT NỐI GIỮA PLC VÀ THIẾT BỊ NGOẠI VI: THIẾT BỊ NGÕ VÀO/RA: SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI DÂY CPU:
19 KẾT NỐI VỚI MÔ ĐUN MỞ RỘNG: KẾT NỐI VỚI PC: 3.2. Kiểm tra việc nối dây bằng phần mềm - Kết nối PLC với máy vi tính. Yêu cầu PLC đã nối dây cho một mạch điện cụ thể.