Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật: Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN NGỌC QUANG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH PLC TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI PHÕNG THÍ NGHIỆM TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-------------***-------------

NGUYỄN NGỌC QUANG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH PLC TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY

BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI PHÕNG THÍ NGHIỆM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS Nguyễn Hiền Trung

Ngày giao đề tài : Ngày 14 tháng 6 năm 2013

Ngày hoàn thành luận văn : Ngày 25 tháng 2 năm 2014

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PHÕNG QUẢN LÝ ĐT

SAU ĐẠI HỌC

TS. Nguyễn Hiền Trung

KHOA ĐIỆN

Trƣởng khoa

THÁI NGUYÊN – 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên sự hƣớng

dẫn của tập thể các nhà khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả

nghiên cứu là trung thực và chƣa từng công bố trên các tài liệu khác.

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 2 năm 2014

Học viên

Nguyễn Ngọc Quang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Hiền

LỜI CẢM ƠN

Trung ngƣời đã hƣớng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng QLĐT sau Đại học, xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 2 năm 2014.

Ngƣời thực hiện

Nguyễn Ngọc Quang

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. iii

MỤC LỤC ............................................................................................................................. v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................. vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. viii

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................. 2 3. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3 4. Những kết quả đạt đƣợc ............................................................................................. 3 5. Cấu trúc của luận văn................................................................................................. 3

1 Chƣơng 1. HIỆN TRẠNG MẠCH TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP .................................................... 4

1.1. Các yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD ............................................................... 4 1.2. Giới thiệu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp [7] ................................................................................... 5 1.3. Một số nguyên tắc thực hiện trong sơ đồ TĐD ...................................................... 6 1.4. Xác định một số tham số của mạch TĐD ............................................................... 7 1.5. Bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng .............................................. 8 1.6. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................. 13

2 Chƣơng 2. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH - PLC ........ 14

2.1. Giới thiệu về PLC ................................................................................................. 14 2.1. Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển lôgic ................................................ 15 2.2. Ƣu thế và hạn chế của hệ thống điều khiển dùng PLC ......................................... 17 2.3. Cấu hình hệ thống ................................................................................................. 19 2.4. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC ................................................. 21 2.5. Giới thiệu các mô đun mở rộng ............................................................................ 27 2.6. Truyền thông giữa PC và PLC .............................................................................. 30 2.7. Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................. 32

3 Chƣơng 3. LẬP TRÌNH PLC S7-200 .......................................................................... 33

3.1. Ngôn ngữ lập trình cho S7-200 ............................................................................. 33 3.2. Nguyên tắc thực hiện chƣơng trình....................................................................... 34 3.3. Sử dụng phần mềm STEP 7- Micro/WIN cho PLC S7-200 ................................. 36 3.4. Một số lệnh cơ bản của S7-200 ............................................................................ 45 3.5. Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 61

4 Chƣơng 4. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN SỬ DỤNG PLC S7-200 CPU 224 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG ................................ 62

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4.1. Các thiết bị cần cho việc thiết kế bộ điều khiển tự động đóng cắt máy biến áp dự phòng bằng PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC .......................................................... 62 4.2. Sơ đồ đấu dây điều khiển ...................................................................................... 63 4.3. Quá trình đấu nối thực tế ...................................................................................... 67 4.4. Lập trình điều khiển và thuyết minh chƣơng trình điều khiển .................................... 69 4.5. Các thao tác lấy kết quả thí nghiệm ...................................................................... 78 4.6. Kết luận chƣơng 4 ................................................................................................. 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 89

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ tự động đóng máy biến áp dự phòng ......................................................... 11 Hình 1.2. Sơ đồ bảo vệ và đóng cắt máy biến áp 1 .............................................................. 12 Hình 2.1. Điều khiển sử dụng PLC ...................................................................................... 14 Hình 2.2. Điều khiển sử dụng rơle điện ............................................................................... 15 Hình 2.3. Những loại đặc trƣng của thiết bị điều khiển ....................................................... 16 Hình 2.4. Một số hình ảnh của PLC .................................................................................... 17 Hình 2.5. Mô tả các khối chức năng của PLC ..................................................................... 20 Hình 2.6. Hình ảnh CPU 224 DC/DC/DC ........................................................................... 22 Hình 2.7. Công tắc chọn chế độ làm việc ............................................................................ 23 Hình 2.8. Sơ đồ đấu dây PLC .............................................................................................. 24 Hình 2.9. Vị trí cấp nguồn cho PLC .................................................................................... 25 Hình 2.10. Các khí cụ vào và ra đấu nối với PLC ............................................................... 26 Hình 2.11. Hình ảnh minh họa các đầu vào và ra đối với các thiết bị điều khiển bằng PLC ........... 27 Hình 2.12. Mô đun mở rộng EM 222 DC ............................................................................ 27 Hình 2.13. Mô đun mở rộng EM 223 DC/DC ..................................................................... 27 Hình 2.14. Mô đun mở rộng EM 223 DC/Relay ................................................................. 28 Hình 2.15. Mô đun tƣơng tự EM 235 .................................................................................. 28 Hình 2.16. Đấu nối giữa PLC và mô đun mở rộng .............................................................. 30 Hình 2.17. Cáp kết nối giữa PLC và máy tính ..................................................................... 31 Hình 2.18. Cổng truyền thông .............................................................................................. 31 Hình 3.1. Ngăn xếp của S7-200 ........................................................................................... 34 Hình 3.4. Giao diện chƣơng trình PLC ................................................................................ 37 Hình 3.5. Khối Programe Block .......................................................................................... 38 Hình 3.6. Xóa hoặc đổi tên chƣơng trình con ...................................................................... 39 Hình 3.7. Khối Data Block .................................................................................................. 39 Hình 3.8. Khối Symbol Table .............................................................................................. 42 Hình 3.9. Khối Status Chart ................................................................................................. 42 Hình 3.10. Khối Cross Reference ........................................................................................ 43 Hình 3.11. Khối Communication ......................................................................................... 43 Hình 3.12. Giao diện khối truyền thông .............................................................................. 44 Hình 3.13. Nạp hoặc tải chƣơng trình giữa PLC và máy tính ............................................. 45 Hình 3.14. Cấu trúc một bảng dữ liệu .................................................................................. 53 Hình 4.1. Sơ đồ mạch đi dây điều khiển PLC ..................................................................... 63 Hình 4.2. Sơ đồ mạch đi dây động lực có kết nối với PLC ................................................. 66

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

viii

Hình 4.3. Mặt trƣớc tủ và bên trong tủ điện ........................................................................ 67 Hình 4.4. Bàn thí nghiệm PLC đang làm việc ..................................................................... 67 Hình 4.5. Bàn thí nghiệm TĐD sử dụng PLC hoàn chỉnh ................................................... 68 Hình 4.6. Các đầu tín hiệu vào có sử dụng công tắc gạt tạo sự cố giả tƣởng cho PLC ....... 78 Hình 4.7. BA1 hoạt động bình thƣờng .................................................................................... 79 Hình 4.8. Mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA1 về BA2. .............................. 80 Hình 4.9. Khóa E2 cho phép làm việc của PLC trên BA2. ................................................. 82 Hình 4.10. Mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA2 về BA1. ............................ 83 Hình 4.11. PLC ngừng hoạt động khi các điều kiện cung cấp nguồn cho các pha hoặc dây BA1 là không khả thi. .......................................................................................................... 85

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Kết quả tính tính toán của phần chuẩn bị và thí nghiệm ....................................... 9 Bảng 2.1. Nguồn cung cấp cho từng loại S7-200 ................................................................. 21 Bảng 2.2. Chỉ thị trạng thái của PLC ................................................................................... 24 Bảng 2.3. Bảng mã cho các loại mô đun mở rộng họ S7-200 ............................................. 29 Bảng 4.1. Các thiết bị dùng cho thí nghiệm ......................................................................... 62 Bảng 4.2. Các kí hiệu đầu vào và ra đấu nối với PLC ......................................................... 68

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Tự động đóng dự phòng (TĐD) là một trong những biện pháp hữu hiệu để nâng

cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện. Sơ đồ TĐD rất đa dạng, tuy nhiên với

bất cứ loại sơ đồ nào cũng phải đảm bảo yêu cầu là tác động nhanh và độ tin cậy.

Hiện tại, trong chƣơng trình thí nghiệm của sinh viên chuyên ngành Hệ thống điện

trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp vẫn đang thí nghiệm bài Tự động đóng máy

biến áp dự phòng với đa số các thiết bị là của Liên Xô (cũ), trong quá trình vận hành

cũng bộc lộ ít nhiều các nhƣợc điểm trong đó có vấn đề về độ tin cậy.

Kỹ thuật điều khiển lôgic khả trình PLC (Programmable Logic Control) đƣợc

phát triển từ những năm 1968 -1970. Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu

cầu ngƣời sử dụng phải có kiến thức về kỹ thuật điện tử trình độ cao. Ngày nay các

thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập rộng rãi.

PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ

lập trình đƣợc để lƣu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho phép

tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các quá

trình công nghệ. PLC đƣợc thiết kế cho các kỹ sƣ, không yêu cầu cao về kiến thức

máy tính và ngôn ngữ máy tính. Chúng đƣợc thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài

đặt hoặc thay đổi chƣơng trình. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao

cho chƣơng trình điều khiển có thể truy nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản

(ngôn ngữ điều khiển). Thuật ngữ lôgic đƣợc sử dụng vì việc lập trình chủ yêu liên

quan đến các hoạt động lôgic, ví dụ nếu có các điều kiện A và B thì C làm việc...

Ngƣời vận hành nhập chƣơng trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC. Thiết bị điều

khiển PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chƣơng trình này và

thực hiện các quy tắc điều khiển đã đƣợc lập trình Các PLC tƣơng tự máy tính,

nhƣng máy tính đƣợc tối ƣu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn PLC đƣợc

chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trƣờng công nghiệp. Vì vậy, các PLC:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Đƣợc thiết kế bền để chịu đƣợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn.

Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra.

Đƣợc lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán lôgic và chuyển mạch.

Về cơ bản chức năng của PLC cũng giống nhƣ chức năng của bộ điều khiển

thiết kế trên cơ sở các rơle, công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là:

Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến

Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ

Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu thập đƣợc

Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp.

Riêng đối với máy công cụ và ngƣời máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên

kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi. Trong

hệ thống của các trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều đƣợc bộ PLC

điều khiển tập trung.

Ở Việt Nam, việc ứng dụng lập trình PLC vào tự động hóa hệ thống điện còn

nhiều hạn chế. Với mong muốn ứng dụng công nghệ mới thay thế các thiết bị và

công nghệ cũ, nâng cao độ tin cậy của mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng,

nên tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng lập trình PLC tự động đóng

máy biến áp dự phòng” để làm vấn đề nghiên cứu cho luận văn của mình.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài này đặt mục tiêu chính là nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 CPU 224

của Siemens để thiết kế bộ điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng tại

phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp. Các mục tiêu cụ thể gồm:

Tìm hiểu hiện trạng bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng tại trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp.

Nghiên cứu bộ điều khiển lôgic S7-200 CPU 224 của Siemens.

Nghiên cứu phần mềm lập trình STEP 7 – Micro/WIN.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Đề xuất phƣơng án cải tạo sử dụng S7-200 CPU 224.

Lập chƣơng trình điều khiển để thiết kế mạch điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng.

Thiết kế tủ điều khiển, đấu nối máy tính - PLC – tủ điều khiển, chạy chƣơng trình, kiểm tra, hiệu chỉnh lại kết quả.

3. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống các công trình nghiên cứu đƣợc công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chuyên ngành.

Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng hiện có tại phòng thí nghiệm; Nghiên cứu bộ điều khiển lôgic S7-200 CPU 224 của Siemens cũng nhƣ phần mềm lập trình điều khiển. Thực nghiệm trên thiết bị thực để từ đó hiệu chỉnh lại chƣơng trình, thiết bị cho phù hợp.

4. Những kết quả đạt được

Làm rõ đƣợc vai trò của tự động đóng dự phòng trong hệ thống điện.

Phân tích đƣợc cơ sở thiết kế mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng ứng

dụng PLC S7-200.

Thiết kế đƣợc sơ đồ và chƣơng trình điều khiển tự động đóng máy biến áp dự phòng ứng dụng PLC S7-200 thay thế cho mạch điều khiển dùng rơle điện cơ đã có trong phòng thí nghiệm.

Thực thi thành công bộ thí nghiệm khẳng định ƣu việt của mô hình mới; Các kết quả thí nghiệm cho thấy bộ điều khiển mới làm việc tin cậy, chính xác so với mô hình đã có.

5. Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, luận văn gồm 4 chƣơng: Chƣơng 1

trình bày hiện trạng mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm

trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp. Chƣơng 2 tìm hiểu bộ điều khiển khả trình

PLC S7-200. Chƣơng 3 nghiên cứu phần mềm lập trình STEP 7 – Micro/WIN cho

PLC. Chƣơng 4 trình bày thiết kế và triển khai lắp ráp bộ điều khiển tự động đóng

máy biến áp dự phòng sử dụng PLC S7-200 tại phòng thí nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1 Chƣơng 1. HIỆN TRẠNG MẠCH TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY

BIẾN ÁP DỰ PHÕNG TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Tự động đóng nguồn hoặc thiết bị dự phòng cần đƣợc sử dụng trong những

trƣờng hợp khi thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện gây ra cao hơn giá tiền đặt thiết

bị TĐD.

Thiết bị TĐD chỉ sử dụng trong những trƣờng hợp đã có hoặc đang thiết kế bổ

sung nguồn, chẳng hạn nhƣ máy biến áp, đƣờng dây, phân đoạn thanh cái. Trong

trƣờng hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì thiết bị TĐD sẽ đóng nguồn cung

cấp thứ hai vào, nguồn này bình thƣờng ở trạng thái dự phòng. Những hệ thống nhƣ

vậy tác động tin cậy nhƣng đòi hòi vốn đầu tƣ khá lớn.

Để khắc phục nhƣợc điểm nói trên ngƣời ta sử dụng các thiết bị TĐD cho

những phần tử vẫn làm việc trong chế độ bình thƣờng nhƣng vẫn chƣa mang hết tải,

điều này thƣờng hợp lý về mặt kinh tế, bởi vì khi cắt một nguồn làm việc, nguồn

thứ hai dƣới tác động của TĐD tiếp nhận toàn bộ phụ tải (có thể bị quá tải trong

giới hạn cho phép), nhƣng vấn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho thiết bị.

Hiệu quả làm việc của TĐD trong hệ thống cung cấp điện khoảng 90-95% [1].

Tự động đóng dự phòng đƣợc dùng rộng rãi trong các lƣới điện và các hệ thống

năng lƣợng do có sơ đồ đơn giản và tính hiệu quả cao. Trong đề tài này ta chỉ

nghiên cứu tự động đóng dự phòng cho máy biến áp, dùng nguồn thao tác một

chiều.

1.1. Các yêu cầu cơ bản đối với thiết bị TĐD

Khi thực hiện thiết bị TĐD nguồn cung cấp hoặc các trang bị điện khác, cần

tuân theo những yêu cầu sau đây:

1- Sơ đồ TĐD không đƣợc làm việc trƣớc khi cắt máy cắt của nguồn đang làm

việc, để đề phòng đóng nguồn dự trữ trong lúc nguồn làm việc chƣa bị cắt ra. Thực

hiện yêu cầu này cũng loại trừ khả năng đóng không đồng bộ hai nguồn cung cấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2- Thiết bị TĐD chỉ đƣợc tác động một lần. Để tăng tốc độ cắt của nguồn dự

phòng khi đóng nó vào ngắn mạch chƣa đƣợc giải trừ, ta thƣờng dùng cách tăng tốc

độ của bảo vệ sau TĐD.

3- Khi đặt thiết bị TĐD thì ngoài bảo vệ dòng điện cực đại làm việc chính cho

nguồn đang làm việc ra ta phải đặt thêm bộ phận khởi động theo điện áp cực tiểu để

đảm bảo cho sơ đồ TĐD có thể tác động khi mất điện áp trên thanh cái của nguồn

cung cấp đang làm việc.

4- Nếu ở nguồn cung cấp đang làm việc có đặt thiết bị tự động đóng lặp lại và

không cho phép nguồn làm việc và nguồn dự trữ làm việc song song, cần phải đặt

thêm bộ khóa liên động không cho làm việc song song.

1.2. Giới thiệu mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng tại phòng thí nghiệm trường đại học kỹ thuật công nghiệp [7]

Hình 1.1 là sơ đồ tự động đóng máy biến áp dự phòng.

Hình 1.2 là sơ đồ mạch bảo vệ và tự động đóng máy biến áp dự phòng BA1.

Hình 1.3 là sơ đồ mạch bảo vệ và tự động đóng máy biến áp dự phòng BA2.

Giả sử các máy cắt MC1 và K1 đang đóng, MC2 và K2 đang mở. Khoá điều

khiển KĐK1 ở trạng thái đóng (KĐK1-I đóng, KĐK1-II mở, KĐK1-III đóng). Máy

biến áp BA1 đang làm việc, BA2 dự phòng. Nếu máy biến áp BA1 bị sự cố, bảo vệ

rơle tác động cắt MC1 (hoặc do nhân viên vận hành cắt máy biến áp theo yêu cầu)

thanh cái TC1 mất điện, K2 mở, thanh cái TCB đang có điện, tiếp điểm phụ số 2 của

K1 mở ra. Rơle ThG3 mất điện, nhƣng tiếp điểm thƣờng mở mở chậm POB chƣa

mở ra. Tiếp điểm phụ số 1 của K1 đóng lại, công tắc tơ U2 có điện, tiếp điểm U2-1

đóng lại, cuộn đóng CĐ2 có điện, đóng hai máy cắt MC2 lại. Máy biến áp BA2 đƣợc

đƣa vào làm việc cung cấp điện cho trạm TC1 và TC2. Rơle trung gian TrG1 đảm

bảo nếu xảy ra sự cố sẽ cắt máy cắt MC1. TrG2 đảm bảo đóng máy cắt MC2.

Nếu máy biến áp BA2 làm việc, máy biến áp BA1 dự phòng, khi cắt hoặc sự

cố máy biến áp BA2 thì sơ đồ tác động tƣơng tự.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1.3. Một số nguyên tắc thực hiện trong sơ đồ TĐD

1- Bộ phận khởi động thiết bị TĐD

- Khởi động bằng bảo vệ rơle: Có thể dùng bảo vệ máy biến áp hoặc bảo vệ

thanh góp để khởi động thiết bị TĐD (hình 1.2). Khi có ngắn mạch trong máy biến

áp hoặc trên thanh góp TC1 và TC2 của hộ tiêu thụ, bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt

MC1, K1 mở, tiếp điểm phụ của K1 đóng lại làm khởi động thiết bị TĐD. Sau đó

thiết bị TĐD đƣa tín hiệu đi đóng máy cắt MC2.

- Khởi động bằng rơle điện áp cực tiểu: Nếu vì một lý do nào đó mà thanh góp

TC1 bị mất điện, thì rơle điện áp giảm RU1 và RU2 sẽ tác động làm khởi động rơle

thời gian ThG2. Sau một thời gian duy trì cần thiết, tiếp điểm ThG2 đóng đƣa tín

hiệu đi cắt MC1 và do đó khởi động TĐD. So với nguyên tắc khởi động bằng bảo

vệ rơle thì nguyên tắc này có ƣu điểm là khởi động TĐD vì bất cứ lý do nào làm

cho các hộ tiêu thụ nối vào thanh góp TC1 bị mất điện, kể cả trƣờng hợp hƣ hỏng

máy biến áp hoặc hƣ hỏng đƣờng dây nối từ nguồn đến thanh góp A.

2- Đề phòng sơ đồ làm việc sai khi đứt cầu chì mạch áp

Bộ phận khởi động bằng rơle điện áp giảm áp cần đƣợc thực hiện nhƣ thế nào

để nó chỉ tác động khi mất điện mà không tác động khi đứt mạch áp. Mạch thứ cấp

của BU có đặt cầu chì bảo vệ (hình 1.1). Nếu chỉ có một rơle điện áp giảm thì khi

đứt cầu chì, tiếp điểm rơle đóng lại làm khởi động thiết bị TĐD. Để tránh nhƣợc

điểm đó ngƣời ta dùng 2 rơle điện áp giảm áp có tiếp điểm nối tiếp với nhau.

3- Đề phòng sơ đồ TĐD làm việc vô ích khi không có điện ở nguồn dự trữ

Nếu mạch dự trữ không có điện thì việc khởi động TĐD là vô ích, do đó trong

sơ đồ TĐD cần có thêm bộ phận kiểm tra điện áp của nguồn dự trữ, thƣờng dùng

rơle điện áp tăng RU3 đƣợc cung cấp từ máy biến điện áp (BU2) nối với mạch dự

trữ. Nếu nguồn dự trữ có điện thì rơle RU3 sẽ luôn luôn ở trong trạng thái tác động

và TĐD có thể khởi động đƣợc khi mất điện ở nguồn làm việc.

4- Đề phòng sơ đồ TĐD tác động nhiều lần

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Sau khi thiết bị TĐD làm việc, máy cắt ở mạch dự trữ đóng lại. Nếu ngắn

mạch trên thanh góp của hộ tiêu thụ không tự tiêu tan thì bảo vệ rơle ở mạch dự trữ

sẽ cắt máy cắt ra, thiết bị TĐD có thể đóng máy cắt lại, chu kỳ đóng máy cắt ở

mạch dự trữ sẽ tiếp tục diễn ra cho tới lúc máy cắt hỏng.

Để tránh tình trạng nêu trên, mạch đóng máy cắt của đƣờng dây dự trữ đƣợc

nối qua bộ phận khoá chống tác động nhiều lần (rơle ThG3 trên hình 1.1).

1.4. Xác định một số tham số của mạch TĐD

1.4.1. Thời gian của rơle ThG2 và ThG4

Khi ngắn mạch ngoài, điện áp dƣ trên thanh góp TC và TC2 có thể giảm

xuống rất thấp làm cho các rơle điện áp RU< khởi động. Muốn TĐD tránh tác động

trong trƣờng hợp này cần phải chọn thời gian của rơle ThG2 và ThG4 lớn hơn thời

gian làm việc của bảo vệ đặt tại máy cắt MC1 và MC2:

(1.1) (1.2)

t t

tThG2 = tbvBA1 + tThG4 = tbvBA2 +

trong đó:

tbvBA1, tbvBA2 - thời gian làm việc lớn nhất của các bảo vệ để bảo vệ máy biến

áp BA1 và BA2.

t - cấp chọn lọc về thời gian (0,3

0,5 sec).

Thời gian của rơle ThG2 và ThG4 đƣợc chọn bằng trị số lớn hơn khi tính

theo các biểu (1.1) và (1.2). Tuy nhiên, thời gian này càng nhỏ thì thời gian ngừng

cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ càng bé, vì vậy khi tính chọn cần phải đặt điều

kiện thế nào để thời gian của rơle ThG2 và ThG4 là nhỏ nhất có thể đƣợc.

1.4.2. Xác định thời gian mất điện lớn nhất

Từ khi sự cố gây mất điện máy biến áp đang làm việc BA1 đến khi có điện trở

lại trên thanh cái hạ áp của trạm biến áp sau khi đã đóng máy biến áp dự phòng

BA2:

(1.3)

tmđ = tbvBA1 +

t + tcătMC1 + tđóngMC2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1.4.3. Thời gian của rơle ThG3 và ThG5

Để đảm bảo thiết bị TĐD tác động đóng máy cắt chỉ một lần, cần chọn:

(1.4) tThG3 = tđóngMC2 + tdt (1.5) tThG5 = tđóngMC1 + tdt Nếu thiết bị TĐD tác động đóng nguồn dự trữ vào ngắn mạch tồn tại và thiết

bị bảo vệ rơle cắt nó ra, thì rơle ThG3 và ThG5 sẽ ngăn ngừa việc đóng trở lại vào

ngắn mạch một lần nữa trong trƣờng hợp thời gian của rơle ThG3 và ThG5 chọn

theo (1.4) và (1.5) thoả mãn điều kiện:

(1.6) (1.7)

tThG3 < tđóngMC2 + tbvBA2 + tcătMC2 tThG5 < tđóngMC1 + tbvBA1 + tcătMC1

trong đó:

tdt= 0,1 s - thời gian dự trữ.

tbvBA1, tbvBA2 - thời gian làm việc của bảo vệ đặt tại MC1 và MC2

tđóngMC2, tđóngMC1 - thời gian đóng của MC1, MC2.

tcătMC2, tcătMC1 - thời gian cắt của MC1, MC2.

Thời gian đóng, cắt của mỗi thiết bị này khoảng 0,1 s.

1.5. Bài thí nghiệm tự động đóng máy biến áp dự phòng

1.5.1. Thiết bị phục vụ bài thí nghiệm

Phòng thí nghiệm có một máy biến áp nhận điện áp 0,4 kV từ mạng hạ áp,

nâng lên 6 kV để cấp cho các tủ đo lƣờng, các tủ máy cắt, hai máy cắt đƣợc dùng để

cấp điện cho hai máy biến áp hợp bộ 160 – 6/0,4 kV là BA1 và BA2. Sơ đồ bố trí

các thiết bị đƣợc thể hiện trên hình 1.1.

Để thực hiện việc thí nghiệm “Tự động đóng máy biến áp dự phòng” ta sử

dụng một số rơle trong tủ bảo vệ (hình 1.1), các rơle dùng trong mạch bảo vệ này có

sơ đồ đầu nối nhƣ hình 1.1. Máy cắt MC1 để đóng cắt điện cho máy biến áp BA1 và

máy cắt MC2 để đóng cắt điện cho máy biến áp BA2 (hình 1.1).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1.5.2. Trình tự thao tác thí nghiệm

B1: Kiểm tra vị trí của các thiết bị đóng cắt (MC, DCL….) và tình trạng của

các thiết bị phục vụ theo đúng yêu cầu của bài thí nghiệm.

B2: Thao tác đóng máy biến áp tăng áp bằng các thiết bị đóng cắt đã đƣợc giới

thiệu trong sơ đồ.

B3: Đóng nguồn thao tác cho mạch nhị thứ.

B4: Đóng dao cách ly của tủ đo lƣờng BA1 và BA2.

B5: Đóng dao cách ly của máy cắt BA1 và BA2.

B6: Đóng máy cắt của BA1 (hoặc BA2 tuỳ theo chế độ vận hành do giáo viên

quy định).

B7: Tạo sự cố giả tƣởng bằng cách đƣa dòng phụ tải qua bộ tạo nguồn dòng

hoặc thao tác trực tiếp cắt MC1 (hoặc BA2 tuỳ theo chế độ vận hành do giáo viên

quy định).

Sử dụng đồng hồ bấm giây để xác định các khoảng thời gian theo yêu cầu.

B8: Sau khi thí nghiệm xong sinh viên phải thao tác đƣa thiết bị ra khỏi lƣới

và hoàn trả lại sơ đồ bảo vệ nhƣ cũ.

Bảng 1.1. Kết quả tính tính toán của phần chuẩn bị và thí nghiệm

Số liệu cho trƣớc Kết quả thí nghiệm

Các đại lƣợng

Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3

Thời gian duy trì của 2,0 3,0 4,0 0 0 0 tbvBA1

bảo vệ cho máy biến

1,5 2,5 3,5 - - - tbvBA2 áp

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Cấp chọn lọc thời gian tác động t

Tổng thời gian mất điện 2,4 3,4 4,4 0,4 0,35 0,5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 1.1. Sơ đồ tự động đóng máy biến áp dự phòng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

B - 1

B + 1

MC1

MC 1

TrG 1

CC1

MC1

ThG1

RI7 RI8 RI9

TrG1

RI1 RI2 RI3

TH1

ThG1

TH2

TH3

RI4 RI5 RI6 m 9 1 T m 9 2 T 3 m 9 T

Ð

KÐK

ThG1

TH4

K1-1

ThG3

TG 1

MC1

U1

RU1

RU2

RU3

ThG2

Th5

MC1

Trắng

R

K1-2

Ðỏ

Ðóng K1

MC1

KÐK1

Cắt K1

K1

KÐK1

U 1-2 K 1-3

U 1-1

CÐ1

Hình 1.2. Sơ đồ bảo vệ và đóng cắt máy biến áp 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

B-1

B+1

CC2

MC2 1 3

TrG2 1

TrG2

RI 10  RI 11  RI 12 

POWER SUPPLY

MC2

Cắt M

TH5

ThG4 4

K§K2 § C I

ThG3

K1 -1 7 9

TrG4

TrG2 3 4

TrG4 10 9

§ãng

KDK4

MC2 14

MC2 22

II RU5

RU6

RU4

ThG4

K1 - 2

ThG3

Tr¾ng (Më )

TrG4 4 3

§á (§ãng)

MC2 22 24 MC2 21 23 TrG4 1 2

§ãng K2

Cắt K2

0,22kV

U2-2

K§K2 § C II

K2-3

K§K2 § C III

U2-1

C§2

B+2

A B C 0

B-2

7UT512

Hình 1.3. Sơ đồ bảo vệ và đóng cắt máy biến áp 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1.6. Kết luận chương 1

Từ bài thí nghiệm trên ta nhận thấy đƣợc hiện trạng của toàn bộ thiết bị bảo vệ

đóng cắt máy biến áp dự phòng còn nhiều hạn chế. Nhƣ tính linh hoạt trong xử lý

đóng cắt chƣa cao. Thiết bị cồng kềnh và cũ, không phù hợp với điều kiện mới, đó

là gọn nhẹ, đảm bảo đóng cắt chắc chắn máy biến áp, an toàn cho ngƣời và thiết bị

khi vận hành. Xuất phát từ lý do trên ta đi nghiên cứu khả năng ứng dụng của PLC

vào hệ thống đóng cắt dự phòng cho máy biến áp, cũng nhƣ khả năng vận hành một

cách linh hoạt hiệu quả các thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm trƣờng đại học kỹ

thuật công nghiệp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2 Chƣơng 2. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ

TRÌNH - PLC

2.1. Giới thiệu về PLC

PLC đƣợc phát triển từ những năm 1968 -1970. PLC cho phép thực hiện linh

hoạt các thuật toán điều khiển lôgic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Ngƣời sử

dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này

đƣợc kích hoạt bởi tác nhân kích thích (đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các

hoạt động có trễ nhƣ thời gian định thì hay các sự kiện đƣợc đếm. PLC dùng để

thay thế các mạch rơle trong thực tế. PLC hoạt động theo phƣơng thức quét các

trạng thái đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi

theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có

nhiều hãng sản xuất ra PLC nhƣ Siemens, Allen-Bradley, MitsubishiElectric, General

Electric, Omron, Honeywell…

Một khi sự kiện đƣợc kích hoạt thật sự, nó hoạt động trong chế độ ON hay

OFF thiết bị điều khiển bên ngoài đƣợc gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập

trình sẽ liên tục “lặp” trong chƣơng trình do “ngƣời sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở

đầu vào và xuất tín hiệu ở đầu ra tại các thời điểm đã lập trình.

Hình 2.1. Điều khiển sử dụng PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2.1. Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển lôgic

2.1.1. Hệ thống điều khiển dùng rơle điện

Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60

và 70, những máy móc tự động đƣợc điều khiển bằng những rơle điện từ nhƣ các bộ

định thời, tiếp điểm, bộ đếm, rơle điện từ. Những thiết bị này đƣợc liên kết với nhau

để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng chịt bên

trong panel điện (tủ điều khiển).

Nhƣ vậy, với một hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì

tủ điều khiển rất lớn. Điều đó sẽ dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi hỏng rất

phức tạp và khó khăn. Hơn nữa, các rơle tiếp điểm nếu có sự thay đổi yêu cầu điều

khiển thì bắt buộc phải thiết kế lại từ đầu.

Hình 2.2. Điều khiển sử dụng rơle điện

2.1.2. Hệ thống điều khiển dùng PLC

Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện, vào

những năm 80, ngƣời ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ

tin cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc trong môi trƣờng công nghiệp khắc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

nghiệt đem lại hiệu quả kinh tế cao. Đó là bộ điều khiển lập trình đƣợc, đƣợc chuẩn

hóa theo tiếng Anh là Programmable Logic Controller (PLC).

Hình 2.3 là so sánh giữa PLC với các hệ thống điều khiển khác.

Điều khiển

Với chức năng đƣợc lƣu trữ bằng

Tiếp xúc vật lý

Bộ nhớ khả trình

Quy trình mềm

Quy trình cứng

Không thay đổi

Thay đổi đƣợc

Khả trình tự do

Bộ nhớ thay đổi đƣợc

ROM- EPROM

Liên kết cứng

Liên kết phích cắm

RAM- EEPROM

Rơle, linh kiện điện tử, mạch điện tử, cơ thủy khí

PLC xử lý một bit PLC xử lý từ ngữ

Hình 2.3. Những loại đặc trưng của thiết bị điều khiển

2.1.3. Các chủng loại PLC

Một số PLC đƣợc sử dụng trên thị trƣờng Việt Nam:

- Mỹ: Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter

Hammer,…

- Đức: Siemens, Boost, Festo…

- Hàn Quốc: LG

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonic, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,…và

nhiều chủng loại khác. Chế tạo ra để đáp ứng những yêu cầu điều khiển đơn giản.

Hình 2.4. Một số hình ảnh của PLC

2.2. Ưu thế và hạn chế của hệ thống điều khiển dùng PLC

2.2.1. Ưu thế

- Giảm 80% số lƣợng dây nối.

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa đƣợc 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

vào, ra.

- Số lƣợng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.

- Số lƣợng tiếp điểm trong chƣơng 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 .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Chƣơng 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.

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.

- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.

- Dung lƣợng bộ nhớ lớn để có thể chứa đƣợc những chƣơng trình phức tạp.

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trƣờng công nghiệp.

- Giao tiếp đƣợc với các thiết bị thông minh khác nhƣ: máy tính, nối mạng,

các Mô đun mở rộng.

- Độ tin cậy cao, kích thƣớc nhỏ.

- Giá cả có thể cạnh tranh đƣợc.

- Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh chóng và ít tốn kém. Các thiết kế đầu

tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng rơle dây nối và các lôgic thời gian. Tuy

nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cƣờng dung lƣợng nhớ và tính dể dàng cho

PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng nhƣ giá cả … Chính điều này đã gây ra sự

quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh

chóng đi từ các lệnh lôgic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch. Sau

đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn. Sự phát triển các máy tính dẫn đến

các bộ PLC có dung lƣợng lớn, số lƣợng đầu vào/ra nhiều hơn.

2.2.2. Hạn chế

- Giá thành (tùy theo yêu cầu) mà ta cung cấp thiết bị PLC một cách phù hợp

- Các kỹ sƣ phải biết về lập trình để thiết kế chƣơng trình cho PLC hoạt động.

2.2.3. Các ứng dụng của PLC

Dễ dàng ứng dụng trong các nhà máy công nghiệp nhƣ điều khiển các quá

trình sản xuất: giấy, xi măng, nƣớc giải khát, linh kiện điện tử, xe hơi, bao bì, đóng

gói,…

- Rửa xe ôtô tự động.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Thiết bị khai thác.

- Giám sát hệ thống, an toàn nhà xƣởng.

- Hệ thống báo động.

- Điều khiển thang máy.

- Điều khiển động cơ.

- Chiếu sáng.

- Cửa công nghiệp, tự động và còn nhiều hệ thống điều khiển tự động khác....

2.3. Cấu hình hệ thống

2.3.1. Cấu trúc phần cứng

Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các mô đun sau:

- Mô đun nguồn.

- Mô đun đầu vào.

- Mô đun đầu ra.

- Mô đun xử lý trung tâm (CPU).

- Mô đun bộ nhớ.

- Mô đun quản lý ghép nối vào ra.

2.3.2. Chức năng của các khối

- Khối mô đun đầu vào có chức năng thu nhận các dữ liệu số, tƣơng tự và

chuyển thành các tín hiệu cấp vào CPU. Khối CPU quyết định và thực hiện chƣơng

trình điều khiển thông qua chƣơng trình chứa trong bộ nhớ. Khối mô đun đầu ra

chuyển các tín hiệu điều khiển từ CPU thành dữ liệu tƣơng tự, số thực hiện điều

khiển đối tƣợng.

- Bộ nguồn: Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt

động của PLC.

- Bộ nhớ, tùy theo yêu cầu của ngƣời dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi đƣợc, bộ nhớ này chỉ nạp đƣợc

một lần nên ít đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ các loại bộ nhớ khác.

Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi đƣợc và dùng để chứa các

chƣơng trình ứng dụng cũng nhƣ dữ liệu, dữ 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 nhƣ 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 ƣu 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.

- Khối quản lý ghép nối: Dùng để ghép nối giữa PLC với các thiết bị bên

ngoài nhƣ máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công

nghiệp.

Thiết bị lập trình

Bộ nhớ

Giao diện ra Bộ xử lý (CPU) Giao diện vào

Nguồn cung cấp

Hình 2.5. Mô tả các khối chức năng của PLC

2.3.2.1. Bộ điều khiển lôgic khả trình

Do công nghệ ngày càng cao nên việc lập trình PLC cũng ngày càng thay đổi,

chủ yếu là sự thay đổi về cấu hình hệ thống mà quan trọng là bộ xử lý trung tâm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

(CPU). Sự thay đổi này nhằm cải thiện một số tính năng, số lệnh, bộ nhớ, số đầu

vào/ ra, tốc độ quét, … Đây là nguyên nhân của sự xuất hiện rất nhiều loại PLC.

PLC của Siemens hiện có các loại sau: S7- 200, S7- 300, S7-400.

Riêng S7- 200 có các loại CPU sau: CPU 210, CPU 214, CPU 221, CPU 222,

CPU 224, CPU 226, …. Mới nhất có CPU 224 xp, CPU 226 xp có tích hợp analog.

Bảng 2.1. Nguồn cung cấp cho từng loại S7-200

Model Description

Power Supply

Input Types

Output Types

Comm Ports

221 DC/DC/DC

20.4-28.8 VDC

6 x 24 VDC

4 x 24 VDC

221 AC/DC/Relay 85-264 VAC, 47-63 Hz 6 x 24 VDC

4 x Relay

222 DC/DC/DC

20.4-28.8 VDC

8 x 24 VDC

6 x 24 VDC

222 AC/DC/Relay 85-264 VAC, 47-63 Hz 8 x 24 VDC

6 x Relay

224 DC/DC/DC

20.4-28.8 VDC

14 x 24 VDC

10 x 24 VDC

224 AC/DC/Relay 85-264 VAC, 47-63 Hz 14 x 24 VDC

10 x Relay

224XP DC/DC/DC 20.4-28.8 VDC

14 x 24 VDC, 2 x Analog

10 x 24 VDC, 1 x Analog

85-264 VAC, 47-63 Hz

224XP AC/DC/Relay

14 x 24 VDC, 2 x Analog

10 x Relay, 1 x Analog

20.4-28.8 VDC

224XPsi DC/DC/DC

14 x 24 VDC, 2 x Analog

10 x 24 VDC (current sinking),1 x Analog

226 DC/DC/DC

20.4-28.8 VDC

24 x 24 VDC

16 x 24DC

226 AC/DC/Relay 85-264 VAC, 47-63 Hz 24 x 24 VDC

16 x Relay

2.4. Giới thiệu về PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC

2.4.1. Đặc tính kỹ thuật

PLC S7 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC hỗn hợp

vừa đơn khối vừa đa khối. Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ bản

sau đó có thể ghép thêm các mô đun mở rộng về phía bên phải. Có các mô đun mở

rộng tiêu chuẩn. Những mô đun ngoài này bao gồm những đơn vị chức năng mà có

thể tổ hợp lại cho phù hợp với những nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 2.6. Hình ảnh CPU 224 DC/DC/DC

Đặc tính kỹ thuật của CPU S7-200 nhƣ sau:

- Nguồn cung cấp: 24 VDC đối với loại DC/DC/DC

- Điện áp đầu vào/ra: DC 24V.

- Gồm 14 đầu vào và 10 đầu ra. Ngoài ra có thể thêm 7 mô đun mở rộng

- Dòng điện đầu ra 0,7A với loại DC/DC/DC và 2A với loại AC/DC/Relay.

- Dung lƣợng bộ nhớ 4096 word chƣơng trình và 2560 word dữ liệu.

- Các chế độ làm việc: có 3 chế độ làm việc

+ RUN: Chế độ PLC thực hiện chƣơng trình trong bộ nhớ.

+ STOP: Cƣỡng bức PLC dừng chƣơng trình đang chạy và chuyển sang chế

độ STOP. PLC sẽ tự động chuyển chƣơng trình từ RUN sang STOP nếu có sự cố

hoặc chƣơng trình gặp lệnh STOP.

+ TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC:

RUN hoặc STOP.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Cổng truyền thông: S7-200 dùng cổng truyền thông nối tiếp RS485 để phục

vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với trạm PLC khác. Để ghép nối với

máy lập trình PG702 hoặc các máy lập trình khác trong họ PG7xx, có thể sử dụng

cáp nối PPI đi kèm với lập trình.

- Số lƣợng timer: 256 chia làm 3 loại với độ phân giải khác nhau: 4 timer

lms,16 timer 10ms và 236 timer 100ms.

- Số lƣợng bộ đếm (counter): 256 chia làm 3 loại bộ đếm tiến, bộ đếm lùi và

bộ đếm vừa đếm tiến vừa đếm lùi.

- 256 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.

- 6 bộ đếm tốc độ cao 20kHz và 30kHz.

- 2 bộ phát xung nhanh, cho dãy xung PTO hoặc PWM

- 2 bộ điều chỉnh tƣơng tự

- Lập trình dạng ngôn ngữ bậc thang (LAD) hoặc danh sách lệnh (STL) bằng

phần mềm STEP 7.

- Có đầu nối đất bảo vệ (Protective Earth Terminal) để tránh điện giật

- Đầu nối nguồn cấp DC ra từ PLC (DC Power Supply Output Terminal).

Hình 2.7. Công tắc chọn chế độ làm việc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Điện áp ra chuẩn là DC 24V với các dòng định mức là 0,3A có thể đƣợc

cung cấp cho các đầu vào số DC.

+ Các đèn LED chỉ thị trạng thái của PLC (PC Status Indicators).

Bảng 2.2. Chỉ thị trạng thái của PLC

Đèn Trạng thái Chức năng

SF Màu đỏ Báo lỗi hệ thống

Báo PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chƣơng RUN Màu xanh trình đƣợc nạp

- Các đèn chỉ thị trạng thái đầu vào (Input Indicator). Đèn LED trong nhóm

này sẽ sáng khi đầu vào tƣơng ứng lên ON.

- Các đèn chỉ thị trạng thái đầu ra (Output Indicator). Các đèn LED này sẽ

sáng khi rơle tƣơng ứng đƣợc bật.

- Kích thƣớc: Rộng x Cao x Sâu : 120 x 80 x 62

STOP Màu vàng Báo PLC đang ở chế độ dừng làm việc

2.4.2. Kết nối điều khiển

Hình 2.8. Sơ đồ đấu dây PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Cấp nguồn:

Hình 2.9. Vị trí cấp nguồn cho PLC

Chú ý: phân biệt loại cấp nguồn nuôi cho PLC

+ Loại DC nguồn nuôi có kí hiệu là M, L+

+ Loại AC nguồn nuôi có kí hiệu là N, L1.

Đầu vào: các đầu vào thƣờng dùng là

- Nút nhấn, công tắc gạt, ba chấu,…

- Các loại cảm biến: quang điện, tiệm cận, điện dung, từ, kim loại, siêu âm,

cảm biến màu sắc, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ …

+ Sensor tiệm cận (approximate sensor) có tác dụng phát hiện các vật kim loại

ở gần: khi đƣa một vật kim loại đến gần, đầu ra (OUT) sẽ có điện áp +24V.

+ Sensor hồng ngoại (infrared sensor): đây là loại sensor phản xạ. Nó có một

đầu phát ra và một đầu thu hồng ngoại. có trạng thái bình thƣờng, đầu ra có điện áp

+24V. Khi có một vật ở gần, các tia hồng ngoại từ đầu phát đƣợc phản xạ tới đầu

thu, đầu ra có điện áp 0V.

- Công tắc hành trình (loại có tay gạt, loại tiếp điểm tác động vuông góc), công

tắc thƣờng, rơle trung gian, sensor nhiệt độ, sensor báo khói…

Giả sử cần kết nối 1 công tắc, hoặc 1 nút nhấn cho đầu vào PLC

+ Chân 1M, 2M nối chung với chân M.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

+ Chân L+ nối vào 1 đầu của tiếp điểm, đầu còn lại của tiếp điểm nối vào các

đầu vào I trên PLC.

Hình 2.10. Các khí cụ vào và ra đấu nối với PLC

Đầu ra:

+ Kết nối PLC điều khiển đèn Light, điều khiển rơle, các cơ cấu chấp hành,…

+ Chân 1L, 2L nối vào nguồn dƣơng.

+ Từng đầu ra từ PLC nối vào 1 đầu của tải, đầu còn lại của tải nối vào nguồn âm.

Các thiết bị đƣợc điều khiển ở đầu ra:

- Động cơ DC, động cơ AC 1 pha và 3 pha.

- Van khí nén (Loại 12 VDC hoặc 24 hoặc loại 220 VAC...), van thuỷ lực, van solenoid.

- Đèn báo, đèn chiếu sáng.

- Chuông báo giờ, chuông báo động sự cố.

- Biến tần (1 pha, 3pha ).......

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 2.11. Hình ảnh minh họa các đầu vào và ra đối với các thiết bị điều khiển bằng PLC

2.5. Giới thiệu các mô đun mở rộng

Tùy vào mục đích sử dụng mà lựa chọn mô đun mở rộng cho phù hợp, bảng

2.3 mô tả tổng hợp các loại mô đun mở rộng có thể kết nối với PLC S7-200. Sau

đây ta chỉ xem xét một số mô đun mở rộng có liên quan đến vấn đề nghiên cứu.

2.5.1. Mô đun EM 222 DC

Hình 2.13. Mô đun mở rộng EM 223 DC/DC Hình 2.12. Mô đun mở rộng EM 222 DC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Mô đun mở rộng EM 222 DC loại 6ES7222-1BF22-0XA0 (hình 2.12) đƣợc gắn

thông qua cáp nối tới CPU 224. Sử dụng nguồn trực tiếp từ CPU, chỉ có 8 đầu ra số.

2.5.2. Mô đun EM 223 DC/DC

+ Mô đun này (hình 2.13) đƣợc gắn thông qua cáp nối tới CPU 224. Sử dụng

nguồn trực tiếp từ CPU.

+ Mô đun có 16 đầu vào dạng số, 16 đầu ra kiểu rơle.

+ Địa chỉ bắt đầu là I2.0 cho đầu vào và Q2.0 cho đầu ra.

2.5.3. Mô đun EM 223 DC/Relay

Hình 2.15. Mô đun tương tự EM 235

+ Tƣơng tự nhƣ mô đun EM223 16I/16Q-DC/Relay.

+ Mô đun này tích hợp 4 đầu vào số và 4 đầu ra kiểu rơle.

+ Địa chỉ bắt đầu là I4.0 cho đầu vào, Q4.0 cho đầu ra

Hình 2.14. Mô đun mở rộng EM 223 DC/Relay

2.5.4. Mô đun tương tự EM 235

Đầu vào tƣơng tự: 4 AI, DC +/- 10V

Đầu ra tƣơng tự: 1 AO, DC +/- 10V

Dải đầu vào/trở kháng đầu vào: 0 đến 50 mV; 0 đến 100 mV; 0 đến 500 mV; 0

đến 1V; 0 đến 5 V; 0 đến 10 V; 0 đến 20 mA; +/- 25 mV; +/- 50 mV; +/- 100 mV;

+/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- 1 V; +/- 2.5 V; +/-5 V; +/- 10V.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bảng 2.3. Bảng mã cho các loại mô đun mở rộng họ S7-200

CODE / MÃ

DESCRIPTION / MÔ TẢ

6ES7221-1BF22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL INPUT EM 221, FOR S7-22X CPU ONLY, 8 DI, 24V DC, SINK/SOURCE INPUT P/N: 6ES7221-1BF22-0XA0

6ES7221-1EF22-0XA0

SIMATIC S7-200, EM 221 DIGITAL INPUT MOD., OPTICALLY ISOLATED 8DI, 120/230V AC, P/N: 6ES7221-1EF22-0XA0

6ES7221-1BH22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL INPUT EM 221, FOR S7-22X CPU ONLY, 16DI, 24V DC, SINK/SOURCE INPUT P/N: 6ES7221-1BH22-0XA0

6ES7222-1BF22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL OUTPUT EM 222, FOR S7-22X CPU ONLY, 8DQ, 24 V DC, P/N: 6ES7222-1BF22-0XA0

6ES7222-1HF22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL OUTPUT EM 222, FOR S7-22X CPU ONLY, 8DO, (RELAY OUTPUTS) 2A P/N: 6ES7222-1HF22-0XA0

6ES7222-1EF22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL OUTPUT EM 222, OPTICALLY ISOLATED 8DQ, 120/230V AC, 0.5A P/N: 6ES7222-1EF22-0XA0

6ES7222-1BD22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL OUTPUT EM 222, FOR S7-22X CPU ONLY, 4DO, 4- 24V DC; 5 A/POINT SOURCE P/N: 6ES7222-1BD22-0XA0

6ES7222-1HD22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL OUTPUT EM 222, FOR S7-22X CPU ONLY, 4DO (RELAY); 10 A, 5 - 30V DCOR 5 - 250V AC P/N: 6ES7222-1HD22-0XA0

6ES7223-1BF22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 4 DI / 4 DO, 24 V DC P/N: 6ES7223-1BF22-0XA0

6ES7223-1HF22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 4 DI / 4 DO RELAY, 5-30 V DC, 250 V AC. P/N: 6ES7223-1HF22-0XA0

6ES7223-1BH22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 8 DI DC 24 V, SINK/SOURCE, 8 DO DC 24V, 0.75A/POINT SOURCE P/N: 6ES7223-1BH22-0XA0

6ES7223-1PH22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 8 DI 24 V DC, SINK/SOURCE, 8 DO RELAY, 2A/POINT P/N: 6ES7223-1PH22-0XA0

6ES7223-1BL22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 16DI 24V DC, SINK/SOURCE, 16DO 24V DC, 0.75A/POINT,SOURCE P/N: 6ES7223-1BL22-0XA0

6ES7223-1PL22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 16 DI 24 V DC, SINK/SOURCE 16 DO RELAY, 2A/POINT P/N: 6ES7223-1PL22-0XA0

6ES7223-1BM22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 32DI 24V DC, SINK/SOURCE, 32DO 24V DC, 0.75A/POINT,SOURCE P/N: 6ES7223-1BM22- 0XA0

6ES7223-1PM22-0XA0

SIMATIC S7-200, DIGITAL I/O EM 223, FOR S7-22X CPU ONLY, 32 DI 24 V DC, SINK/SOURCE 32 DO RELAY, 2A/POINT P/N: 6ES7223-1PM22-0XA0

6ES7231-0HC22-0XA0

SIMATIC S7-200, ANALOG INPUT EM 231, FOR S7-22X CPU ONLY, 4 AI, 0 - 10V DC, 12 BIT CONVERTER. P/N: 6ES7231-0HC22-0XA0

6ES7231-0HF22-0XA0

SIMATIC S7-200, ANALOG INPUT EM 231, FOR S7-22X CPU ONLY, 8 AI, 0-10V DC, MAX 2AE 0..20MA 12/11 BIT CONVERTER P/N: 6ES7231-0HF22-0XA0

6ES7235-0KD22-0XA0

SIMATIC S7-200, ANALOG I/O EM 235, FOR S7-22X CPU ONLY, 4 AI, DC +/- 10V; 1AQ, DC +/-10V 12 BIT CONVERTER. P/N: 6ES7235-0KD22-0XA0

6ES7232-0HB22-0XA0

SIMATIC S7-200, ANALOG OUTPUT EM 232, FOR S7-22X CPU ONLY, 2 AQ, +/- 10V DC, 12 BIT CONVERTER. P/N: 6ES7232-0HB22-0XA0

6ES7232-0HD22-0XA0

SIMATIC S7-200, ANALOG OUTPUT EM 232, FOR S7-22X CPU ONLY, 4 AQ, +/- 10V DC, 0..20MA 12/11 BIT CONVERTER P/N: 6ES7232-0HD22-0XA0

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2.5.5. Cách đấu nối các mô đun mở rộng cho S7-200

PLC S7-200 đƣợc mở rộng bằng cách nối thêm các mô đun. Mô đun mở rộng

với đầu vào hoặc đầu ra đƣợc kết nối với các đơn vị cơ sở thông qua cáp tín hiệu

nhƣ hình 2.15

Cáp kết nối đƣợc bảo vệ bởi một nắp trên các đơn vị cơ sở, các mặt tiếp xúc

S7-200 và các mô đun hoàn toàn kín giúp cho việc bảo vệ các kết nối đƣợc tốt hơn.

Hình 2.16. Đấu nối giữa PLC và mô đun mở rộng

2.6. Truyền thông giữa PC và PLC

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với jack nối 9 chân để

phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm khác của PLC.

Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI (Point to Point Interface) là 9600

baud.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 2.17. Cáp kết nối giữa PLC và máy tính

Cổng truyền thông

Giải thích:

1- Nối đất

2 - 24 VDC

3 - Truyền và nhận dữ liệu

4 -Bỏ trống (không sử dụng)

5 -Nối đất

6 -5 VDC

7 -24 VDC

Hình 2.18. Cổng truyền thông

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

8 -Truyền và nhận dữ liệu

9 -Bỏ trống (không sử dụng)

- Ghép nối S7–200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp kết nối

PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

- Gắn một đầu cáp PC/PPI với cổng truyền thông 9 chân của PLC còn đầu kia

với cổng truyền thông nối tiếp RS232 của máy tính PC. Nếu cổng truyền thông nối

tiếp RS232 với 25 chân thì phải ghép nối qua bộ chuyển đổi 25 chân / 9 chân để có

thể nối với cáp truyền thông PC/PPI.

- Chọn các thông số để truyền thông:

+ Tốc độ truyền: 9,6k.

+ Dữ liệu truyền: 11 bit

2.7. Kết luận chương 2

Việc tìm hiểu về PLC qua cấu trúc phần cứng và khả năng ứng dụng rộng rãi

của PLC S7-200 đã cho ta thấy PLC khắc phục đƣợc hầu hết nhƣợc điểm so với hệ

thống vận hành thông thƣờng. Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh chóng và ít tốn

kém. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng rơle dây nối và các

lôgic thời gian, tăng cƣờng dung lƣợng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo

đảm tốc độ xử lý … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng

PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh lôgic đơn giản đến

các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch. Sau đó là các chức năng làm toán trên các

máy lớn. Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lƣợng lớn, số

lƣợng đầu vào/ra nhiều hơn.

PLC S7–200 CPU 224 DC/DC/DC sẽ đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này.

Đồng thời 2 mô đun mở rộng có liên quan đến bàn thí nghiệm là EM 222 DC và

EM 235 cũng sẽ đƣợc quan tâm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3 Chƣơng 3. LẬP TRÌNH PLC S7-200

3.1. Ngôn ngữ lập trình cho S7-200

Lập trình cho S7 200 và các PLC khác của hãng Siemens dựa trên 3 phƣơng

pháp cơ bản:

Phƣơng pháp hình thang (Ladder logic - LAD).

Phƣơng pháp khối hàm (Function Block Diagram - FBD).

Phƣơng pháp liệt kê câu lệnh (Statement List - STL).

3.1.1. Định nghĩa về LAD

LAD là ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa. Những thành phần cơ bản dùng trong

LAD tƣơng ứng với những thành phần cơ bản dùng trong bảng mạch rơle.

Tiếp điểm có hai loại:

+ Thƣờng đóng:

+ Thƣờng hở:

+ Cuộn dây (coil):

+ Hộp (box): Mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có tín hiệu đƣa đến

hộp. Có các nhóm hộp sau: hộp các bộ định thời, hộp các bộ đếm, hộp di chuyển

dữ liệu, hộp các hàm toán học, hộp trong truyền thông mạng...

+ Mạng LAD: Là mạch nối các phần tử thành một mạng hoàn thiện, các phần tử

nhƣ cuộn dây hoặc các hộp phải đƣợc mắc đúng chiều. Nguồn điện có hai đƣờng

chính, một đƣờng bên trái thể hiện dây nóng, một đƣờng bên phải là dây trung tính

(neutral) nhƣng không đƣợc thể hiện trên giao diện lập trình. Một mach làm việc

đƣợc khi các phần tử đƣợc mắc đúng chiều và kín mạch.

3.1.2. Định nghĩa về STL

Là phƣơng pháp thể hiện chƣơng trình dƣới dạng tập hợp các câu lệnh. Để tạo

ra một chƣơng trình bằng STL, ngƣời lập trình cần phải hiểu rõ phƣơng thức sử dụng

9 bit trong ngăn xếp (stack) lôgic của S7-200.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Ngăn xếp là một khối 9 bit chồng lên nhau từ S0÷S8, tất cả các thuật toán liên

quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên và bit thứ hai (S0 và S1), giá trị lôgic

mới có thể đƣợc gửi hoặc nối thêm vào ngăn xếp. Hai bit S0 và S1 phối hợp với nhau

thì ngăn xếp đƣợc kéo lên một bit. Ngăn xếp của S7-200 (logic stack) nhƣ hình 3.1.

Stack0 bit đầu tiên của ngăn xếp.

Stack1 bit thứ hai của ngăn xếp.

Stack2 bit thứ ba của ngăn xếp.

Stack3 bit thứ tƣ của ngăn xếp.

Stack4 bit thứ năm của ngăn xếp.

Stack5 bit thứ sáu của ngăn xếp.

Stack6 bit thứ bảy của ngăn xếp.

Stack7 bit thứ tám của ngăn xếp.

Stack8 bit thứ chín của ngăn xếp.

Hình 3.1. Ngăn xếp của S7-200

3.2. Nguyên tắc thực hiện chương trình

3.2.1. Cấu trúc chương trình S7-200

Các chƣơng trình điều khiển với PLC S7-200 đƣợc viết có cấu trúc bao gồm

chƣơng trình chính (main program) sau đó đến các chƣơng trình con và các chƣơng

trình sử lý ngắt nhƣ hình 3.2.

- Chƣơng trình chính đƣợc kết thúc bằng lệnh MEND.

- Chƣơng trình con là một bộ phận của chƣơng trình, chƣơng trình con đƣợc kết

thúc bằng lệnh RET. Các chƣơng trình con phải đƣợc viết sau lệnh kết thúc chƣơng

trình chính MEND.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Các chƣơng trình xử lý ngắt là một bộ phận của chƣơng trình, các chƣơng

trình xử lý ngắt đƣợc kết thúc bằng lệnh RETI. Nếu cần sử dụng chƣơng trình xử lý

ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chƣơng trình chính MEND.

- Các chƣơng trình con đƣợc nhóm lại thành một nhóm ngay sau chƣơng trình

chính, sau đó đến ngay các chƣơng trình xử lý ngắt. Có thể tự do trộn lẫn các chƣơng

trình con và chƣơng trình xử lý ngắt đằng sau chƣơng trình chính.

Hình 3.2. Các chƣơng trình điều khiển

3.2.2. Vòng quét (thực hiện chương trình) và cấu trúc của một chương trình

PLC thực hiện chƣơng trình theo vòng lặp. Mỗi vòng lặp đƣợc gọi là vòng

quét (scan). Các giai đoạn của vòng quét: 4 giai đoạn

Khi gặp lệnh vào/ra tức thời ngay lập tức hệ thống dừng tất cả mọi công việc

khác, ngay cả chƣơng trình xử lý ngắt để thực hiện chƣơng trình này trực tiếp với

Chƣơng trình chính  MEND SBR 0 Chƣơng trình con thứ nhất  RET SBR Chƣơng trình con thứ n +1  RET . INT 0 Chƣơng trình con xử lý ngắt thứ nhất RETI MEND . INT n Chƣơng trình con xử lý ngắt thứ n +1  MEND RETI . . MEND MEND . cổng vào/ra. MEND

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1. Giai đoạn nhập dữ liệu từ 4. Giai đoạn chuyển dữ liệu qua ngoại vi ngoại vi

3. Giai đoạn truyền thông nội bộ và 2. Giai đoạn thực hiện chƣơng tự kiểm tra lỗi trình

Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chƣơng trình con tƣơng ứng với từng tín hiệu

ngắt đƣợc soạn thảo và cài đặt nhƣ một bộ phận của chƣơng trình.

Chƣơng trình xử lý ngắt chỉ đƣợc thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín

hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ thời điểm nàơ trong vòng quét.

Hình 3.3. Cấu trúc của một chƣơng trình PLC

3.3. Sử dụng phần mềm STEP 7- Micro/WIN cho PLC S7-200

Để cài đặt đƣợc STEP7-Micro/Win thì máy tính hoặc thiết bị lập trình phải có

những yêu cầu tối thiểu sau:

Có cài đặt hệ điều hành Window 2000/XP;

Có ít nhất 100MB bộ nhớ trống;

Có sử dụng chuột (mouse).

3.3.1. Thiết bị lập trình

Có hai loại thiết bị có thể dùng để lập trình cho PLC S7- 200 là PG và PC

- PG: Là thiết bị lập trình chuyên dụng đƣợc dùng cho PLC S7-200 tuy nhiên

chỉ sử dụng để lập trình với ngôn ngữ STL.

PC: Là máy tính cá nhân trên đó có cài phần mềm STEP7-MICROWIN.

Phần mềm này cho phép lập trình với cả ba ngôn ngữ là STL, LAD và FBD. Để cài

phần mềm này ngƣời phải có bản quyền và PC phải cài hệ điều hành

WIN98/2000/NT/XP. Hiện nay hầu hết sử dụng STEP7- MICROWIN 3.0, 3.2, 4.0

để lập trình cho S7 để có thể sử dụng đƣợc những ứng dụng nâng cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.3.2. Giao diện làm việc

Sau khi đã cài đặt phần mềm STEP7-MICROWIN và vào chƣơng trình làm

việc, giao diện làm việc sẽ đƣợc thể hiện nhƣ hình 3.4.

Navigation Bar- InstructionTree- Cross Reference- Data Block- Status Chart- Symbol Table

Output Window- Status Bar - Program Editor - Local Variable Table

- Navigation Bar: Thể hiện các khối và các lệnh làm việc đƣợc tạo sẵn trong

phần mềm. Để sử dụng các khối này ta chỉ cần kích vào nút biểu tƣợng tƣơng ứng

với khối cần dùng.

- Instruction Tree: Thể hiện tất cả các khối và lệnh sử dụng trong chƣơng

trình dƣới dạng cây thƣ mục. Muốn làm việc với lệnh nào chỉ việc Click đúp chuột

vào vị trí đó để chọn thiết bị làm việc.

- Các khối Cross Reference, Data Block, Status Chart, Symbol Table sẽ đƣợc

trình bày chi tiết ở phần sau.

Hình 3.4. Giao diện chƣơng trình PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Program Editor: Đây là vùng chính để thực hiện chƣơng trình bằng cách

đƣa các lệnh vào trong vùng và sắp xếp chúng theo cách thức của ngƣời dùng để tạo

ra một chƣơng trình.

- Menu bar và Toolbar: Là các thanh công cụ giúp thực hiện nhanh các lệnh

và chức năng sử dụng trong chƣơng trình.

3.3.4. Các khối sử dụng trong giao diện lập trình

Gồm ba khối chính:

1. Khối OB1: Là khối chứa chƣơng trình chính, luôn đƣợc quét trong mỗi vòng vòng

quét. Đây là khối chính trong việc thiết kế chƣơng trình và bắt buộc phải có.

2. Khối SUBROUTIN: Là khối chứa chƣơng trình con. Chƣơng trình chứa trong khối

này sẽ đƣợc thực hiện mỗi khi có lệnh gọi thực hiện từ chƣơng trình chính.

3. Khối INTERRUPT: Là khối chứa chƣơng trình ngắt. Khối này sẽ đƣợc thực hiện

mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra.

3.3.4.1. Khối Programe Block

Có thể tạo nhiều chƣơng trình con hay chƣơng trình ngắt tuy nhiên không thể

tạo nhiều chƣơng trình chính do chƣơng trình chính chỉ có một. Có thể xóa hay đổi

Hình 3.5. Khối Programe Block

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

tên chƣơng trình con hay chƣơng trình ngắt bằng cách click chuột phải vào biểu

tƣợng chƣơng trình và chọn “Delete” hay “Rename”

Hình 3.6. Xóa hoặc đổi tên chƣơng trình con

Đây là khối chứa dữ liệu của một chƣơng trình. Ta có thể định dạng dữ liệu

trƣớc trong khối này và sử dụng chúng trong chƣơng trình. Khi tải chƣơng trình vào

PLC thì toàn bộ nội dung của khối sẽ đƣợc lƣu vào bộ nhớ của PLC. Khối chỉ làm

việc với dữ liệu của vùng nhớ V.

Để tạo dữ liệu trong khối này ta có click vào biểu tƣợng trên màn hình hoặc

trên cây thƣ mục chọn khối và click vào biểu tƣợng “USER”, khi đó màn hình

chƣơng trình sẽ chuyển sang làm việc với khối. Cách tạo dữ liệu đƣợc thể hiện bên

dƣới

3.3.4.2. Khối Data Block

Hình 3.7. Khối Data Block

3.3.4.3. Khối System Block

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Đây là khối định dạng các chức năng làm việc của hệ thống. Khối này gồm có

10 khối chính:

1. Communication Ports: Định dạng cho cổng giao tiếp của PLC. Địa chỉ mặc

định của PLC là 2, có thể thay đổi địa chỉ này. Tốc độ truyền mặc định là 9600kbps.

2. Retentive Ranges: Khối này cho phép chọn 5 vùng nhớ có thể lƣu dữ liệu

khi PLC bị mất điện, nếu vùng nào đƣợc chọn thì dữ liệu vùng đó đƣợc giữ, ngƣợc

lại sẽ bị reset về 0.

3. Password: S7-200 có 3 mức chọn mật mã,thông thƣờng chọn mức cao nhất

để bảo mật bản quyền, số ký tự tối đa là 8. Trƣờng hợp PLC đã có password thì

ngƣời không có password không thể upload từ PLC về máy tính nhƣng có thể

DownLoad chƣơng trình vào PLC bằng các chọn “clear PLC”, khi đó toàn bộ dữ

liệu sẽ bị xóa.

4. Output table

Khối này cho phép chọn trạng thái ngõ ra của PLC là ON hay OFF khi PLC

chuyển trạng thái từ RUN sang STOP. Chế độ mặc định của phần mềm là OFF.

5. Input Filter

Cho phép chọn thời gian lọc tín hiệu ngõ vào của PLC. Thời gian lọc tín hiệu

ngõ vào là thời gian mà ngõ vào không đổi trạng thái thì PLC mới cho phép nhận

trạng thái đó. Nếu sự thay đổi trạng thái diễn ra trong thời gian ngắn hơn thời gian

lọc thì PLC sẽ không nhận tín hiệu đó và coi nhƣ trạng thái của ngõ vào là không

thay đổi. Thời gian lọc mặc định của đầu vào là 6.4ms

6. Pulse Catch Bits

PLC cho phép chọn ngõ vào có thể bắt những tín hiệu nhanh khi chu kỳ quét

chƣa kịp quét, tín hiệu đó sẽ đƣợc giữ cho đến khi chu kỳ quét đƣợc thực hiện.

7. Background Time

Background time còn gọi là thời gian nền, đƣợc chuyên dùng cho việc xử lý

các yêu cầu truyền thông trong chế độ chạy ở trạng thái biên dịch hoặc đáp ứng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Background time đƣợc cho dƣới dạng phần trăm và tác động đến thời gian quét. Khi

tỷ lệ chọn càng tăng thì thời gian quét càng chậm. Tỷ lệ hợp lý đƣợc chọn là 10%.

8. EM Configuration

Khối này cho phép ngƣời sử dụng xem đƣợc cấu hình vị trí của module đƣợc sử

dụng. Địa chỉ này đƣợc lƣu trong vùng nhớ V.

9. Configure LED

Khối này cho phép ngƣời dùng đặt cấu hình cho đèn SF/DIAG. Có hai chế độ

có thể đƣợc sử dụng để thông báo.

10. Increase Memory

Khối cho phép ngƣời dùng tăng hoặc không tăng bộ nhớ trong chế độ chạy của

PLC bằng cách đánh dấu vào vị trí “Disable Edit in Run to increas memory”.

Khối này cho phép ngƣời dùng đặt biểu tƣợng và chú thích các địa chỉ sử dụng

trong chƣơng trình. Khi ta đặt biểu tƣợng (symbol ) và chú thích (comment ) thì

trong chƣơng trình sẽ thể hiện các biểu tƣợng này thay cho địa chỉ. Công việc này sẽ

giúp cho ngƣời dùng dễ dàng giám sát các địa chỉ đƣợc sử dụng trong chƣơng trình.

3.3.4.4. Khối Symbol Table

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.8. Khối Symbol Table

Khối này giúp ngƣời dùng có thể giám sát và hiệu chỉnh các dữ liệu trong

chƣơng trình bằng cách đƣa các dữ liệu cần giám sát vào trong khối. Quá trình quan

sát dữ liệu chỉ đƣợc thực hiện khi PLC đang ở chế độ RUN. Ngƣời dùng có thể giám

sát dữ liệu bằng hai cách: Dùng Chart Status hoặc Trend View trên thanh công cụ.

Chart Status thể hiện giá trị dữ liệu ở dạng bảng và Trend View thể hiện dữ liệu dƣới

dạng biểu đồ theo thời gian. Có thể quan sát dữ liệu thông qua các công cụ là

Chart Status hoặc Single read tuy trong đó chức năng Chart Status có thể cập nhật

giá trị của dữ liệu khi PLC chuyển sang chế độ STOP còn chức năng Single Read

thì không. Ta có thể thay đổi và cập nhật giá trị của dữ liệu thông qua các chức

năng Write và Force trên thanh công cụ.

3.3.4.5. Khối Status Chart

Hình 3.9. Khối Status Chart

Khối Cross Reference đƣợc thể hiện dƣới dạng bảng giúp ngƣời dùng có thể

giám sát đƣợc vị trí và loại của dữ liệu dùng trong chƣơng trình. Bảng chỉ đƣợc thể

hiện khi chƣơng trình đƣợc Download xuống PLC và quan sát ở chế độ online.

3.3.4.6. Khối Cross Reference

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.10. Khối Cross Reference

Khối này giúp ngƣời dùng kết nối với thiết bị lập trình bằng cách định dạng cho

cổng giao tiếp. Các bƣớc thực hiện nhƣ sau:

Click chuột vào biểu tƣợng của khối trên màn hình giao diện chƣơng trình

ngƣời dùng, khi đó sẽ hiện ra một bảng thông báo nhƣ sau:

3.3.4.7. Khối Communication

Trong bảng này ta chọn địa chỉ của PLC, thƣờng mặc định là 2, sau đó chọn ô

“Search all baud rates” để tìm tất cả các tốc độ truyền thông yêu cầu, tiếp theo Click

chuột vào biểu tƣợng “Set PG/PC interface” để cài đặt giao diện truyền thông, một

cửa sổ sẽ hiện ra nhƣ sau:

Hình 3.11. Khối Communication

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Trong cửa sổ này ta chọn Properties để định dạng cổng truyền thông. Nếu ta

dùng cổng truyền thông loại nào thì ta chọn loại đó, sau đó chọn các thông số cho

chuẩn truyền thông. Sau khi chọn xong các thông số ta nhấn “OK”để thoát khỏi cửa

sổ này và quay lại cửa sổ trƣớc đó, tại đây ta chọn chuẩn là PC/PPI cable (PPI) nếu

cáp sử dụng là PPI, sau đó nhấn “OK”để thoát về cử sổ ban đầu. Tại đây ta click đúp

chuột vào biểu tƣợng “Double - Click to refresh”. Nếu quá trình giao tiếp thành công

tại đó sẽ hiển thị loại PLC đang kết nối có nghĩa là chƣơng trình đã nhận dạng đƣợc

loại PLC, nếu không sẽ hiển thị cảnh báo lỗi. Nếu có lỗi xảy ra ta phải kiểm tra

thông báo lỗi để tìm cách khắc phục lỗi sau đó thực hiện lại các bƣớc nhƣ trên.

Sau khi kết nối thành công ta tiến hành viết hoặc đọc chƣơng trình, nếu muốn

viết chƣơng trình vào PLC thì ta chọn “Download” còn ngƣợc lại thì chọn “Upload”.

Để Upload hay Download thì ngƣời dùng phải kết nối cáp với PLC và chuyển PLC

sang chế độ STOP. Việc này đƣợc thực hiện nhƣ sau:

- Từ thanh menu ta chọn „File” và kéo thả xuống, tại đây ta chọn Upload hoặc

Hình 3.12. Giao diện khối truyền thông

DownLoad.

- Trên thanh Toolbar ta chọn mũi tên xuống cho việc DownLoad và mũi

tên lên cho việc Upload.

- Nhấn phím Ctrl + U cho việc Upload và Ctrl + D cho việc DownLoad.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 3.13. Nạp hoặc tải chƣơng trình giữa PLC và máy tính

3.4. Một số lệnh cơ bản của S7-200

3.4.1. Bit logic (các lệnh tiếp điểm)

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

Tiếp điểm thƣờng mở sẽ đóng khi bit = 1 bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool

Tiếp điểm thƣờng đóng sẽ mở khi bit = 1 bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool

Bool bit: I Tiếp điểm thƣờng mở sẽ đóng tức thời khi bit = 1

Bool bit: I Tiếp điểm thƣờng đóng sẽ mở tức thời khi bit = 1

Không Không

bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool

Đảo giá trị của bít đầu tiên trong ngăn xếp (đảo trạng thái của đầu ra) Bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị bằng 1 trong khoảng thời gian bằng thời gian của một vòng quét khi phát hiện sƣờn lên của tín hiệu đầu vào Bit đầu tiên trong ngăn xếp có giá trị bằng 1 trong khoảng thời gian bằng thời gian của một vòng quét khi phát hiện sƣờn xuống của tín hiệu đầu vào

bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool Cuộn dây đầu ra ở trạng thái ON khi có tín hiệu điều khiển đi qua

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L Bool Cuộn dây đầu ra ở trạng thái ON tức thời khi có tín hiệu điều khiển đi qua

Bool Set một mảng gồm n tiếp điểm tính từ tiếp điểm “bit”(n <= 128)

Bool Reset một mảng gồm n tiếp điểm tính từ tiếp điểm “bit”(n <= 128) bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L n:IB,QB,MB,VB,SMB,SB, LB,AC,*VD,*AC, *LD, Constand. bit: I,Q,M,V,SM,T,C,S,L n:IB,QB,MB,VB,SMB, SB,LB,AC,*VD,*AC,*LD, Constand.

3.4.2. Một số lệnh tiếp điểm đặc biệt

1. Tiếp điểm SM0.0

Tiếp điểm luôn luôn đóng.

2. Tiếp điểm SM0.1

Tiếp điểm phát ra 1 xung khi PLC chuyển từ chế độ STOP sang RUN.

Network 2

3. Tiếp điểm SM0.4

Tiếp điểm tạo xung liên tục, với chu kì là 60 giây, 30 giây đầu ở mức thấp, 30

giây sau ở mức cao.

4. Tiếp điểm SM0.5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Tiếp điểm tạo xung liên tục, với chu kì là 1 giây, 0.5 giây đầu ở mức thấp, 0.5

giây sau ở mức cao.

3.4.3. Nhóm lệnh so sánh

S7-200 cung cấp các lệnh so sánh theo từng kiểu dữ liệu vì vậy muốn thực hiện

đƣợc phép so sánh thì các toán hạng phải có cùng kiểu dữ liệu nếu không chƣơng

trình sẽ báo lỗi. Sau đây là một số lệnh so sánh dữ liệu kiểu byte

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

Byte IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB, AC,*VD,*AC,*LD,Constand. Lệnh so sánh giá trị hai byte IN1 và IN2. Trạng thái tiếp điểm là đóng khi IN1=IN2

Byte IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB, AC,*VD,*AC,*LD,Constand. Lệnh so sánh giá trị hai byte IN1 và IN2. Trạng thái tiếp điểm là đóng khi IN1<>IN2

Byte IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB, AC,*VD,*AC,*LD,Constand Lệnh so sánh giá trị hai byte IN1 và IN2.Trạng thái tiếp điểm là đóng khi IN1>IN2

Byte IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB, AC,*VD,*AC,*LD,Constand Lệnh so sánh giá trị hai byte IN1 và IN2.Trạng thái tiếp điểm là đóng khi IN1=>IN2

Byte IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB, AC,*VD,*AC,*LD,Constand Lệnh so sánh giá trị hai byte IN1 và IN2.Trạng thái tiếp điểm là đóng khi IN1< IN2

Bool IB,QB,MB,VB,SMB,SB,LB, AC,*VD,*AC,*LD,Constand. Lệnh so sánh giá trị hai byte IN1 và IN2.Trạng thái tiếp điểm là đóng khi IN1< = IN2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.4. Tập lệnh tạo thời gian

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

Word Txxx : hằng số

Boot EN : đầu vào kích

Interger

PT : IW,QW,VW, W,SMW,T,C, Constand,LW,SW, AIW,*AC,*VD, *LD,AC

PT : IW, QW,VW,

MW,SMW,T,C, Interger Constand,LW,SW,

AIW,*AC,*VD,*LD,AC

Interger

PT : IW,QW,VW, MW,SMW,T,C, Constand,LW,SW, AIW,*AC, *VD,*LD,AC

Đây là lệnh đếm thời gian kích hoạt khi đầu vào kích là ON. Khi giá trị đếm tức thời trong thanh ghi CT >= giá trị đặt trƣớc trong thanh ghi PT thì bit trạng thái của bộ timer Txxx sẽ ON. Khi tín hiệu đầu vào EN là OFF thì bit Txxx sẽ chuyển trạng thái sang OFF và giá trị tức thời trong CT sẽ đƣợc set về 0. Khi đầu vào EN là ON thì giá trị tức thời trong thanh ghi CT sẽ tăng dần đến 32676 trừ khi đầu EN là OFF. Bộ TONR cũng hoạt động tƣơng tự nhƣng bit trạng thái và thanh ghi CV vẫn giữ nguyên khi đầu vào EN là OFF trừ khi có lệnh reset bộ TONR. Hằng số Txxx có thể đƣợc sử dụng nhƣ một toán hạng kiểu Int để lấy giá trị tức thời và toán hạng kiểu Bit Bit Txxx có cùng trạng thái với đầu vào EN,tại thời điểm này giá trị trong thanh ghi CT = 0. Tại thời điểm khi có tín hiệu sƣờn xuống của đầu vào EN giá trị trong thanh ghi sẽ tăng dần đến khi CT = PT thì Txxx xuống mức thấp đồng thời CT giữ nguyên giá trị đến khi có tín hiệu sƣờn lên mới tại đầu vào EN.Có thể xoá giá trị trong CT và Txxx bằng lệnh Reset.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.5. Tập bộ đếm

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

Cxxx : hằng số Word

Boot CU,R: đầu vào cho phép đếm

Interger

PT: IW,QW,VW, MW,SMW,T,C, Constand,LW,SW, AIW,*AC,*VD, *LD,AC

Cxxx : hằng số Word

Boot CU,R :đầu vào cho phép đếm

Interger

PT : IW,QW,VW, MW,SMW,T,C, Constand,LW,SW, AIW,*AC,*VD, *LD,AC

Cxxx : hằng số Word

Boot CU,R :đầu vào cho phép đếm

Interger

PT : IW,QW,VW, MW,SMW,T,C, Constand,LW,SW, AIW,*AC,*VD, *LD,AC Bộ đếm lên CTU đếm số sƣờn lên của tín hiệu logic đầu vào CU tức là đếm số lần thay đổi trạng thái từ 0 lên 1 của đầu vào CU. Số sƣờn xung đếm đƣợc, đƣợc ghi vào thanh ghi C-word. Nội dung của thanh ghi C-word đƣợc gọi là giá trị đếm tức thời luôn đƣợc so sánh với giá trị đặt trƣớc PV. Khi C-word >= PV thì C-bit đƣợc set lên 1, còn nếu không thì giá trị C- bit = 0. Khi đầu vào R có mức 1 thì bộ đếm sẽ đƣợc reset về 0 cả C-word và C-bit. Bộ đếm ngừng đếm khi C-word đạt giá trị cực đại là 32767. Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến theo sƣờn lên của tín hiệu đầu vào CU và đếm lùi theo sƣờn lên của tín hiệu đầu vào CD. Khi giá trị đếm tức thời C- word >= PV thì C-bit có giá trị logic 1, ngƣợc lại C- bit có giá trị logic 0. Bộ đếm ngừng đếm tiến khi giá trị C-word đạt 32767 và ngừng đếm lùi khi giá trị C-word đạt cực tiểu là - 32767 Khai báo bộ đếm lùi theo sƣờn lên của tín hiệu đầu vào CD. Khi có sƣờn lên của tín hiệu đầu vào LD thì giá trị đặt trƣớc PV đƣợc tải vào thanh ghi tức thời C-word, khi có sƣờn lên của tín hiệu vào CD thì giá trị trong C- word giảm đi 1 đơn vị đến khi C- word = 0 thì C-bit đƣợc sét lên 1. Nếu C-word ≠ 0 thì C-bit = 0.tại đầu vào EN.Có thể xoá giá trị trong CT và Txxx bằng lệnh Reset.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.6. Tập lệnh toán học

Tập lệnh toán học của S7-200 đƣợc chia làm hai nhóm chính gồm các lệnh

toán học làm việc với số nguyên và các lệnh làm việc với số thực.

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

INT

Cộng hai số nguyên 16 bit đầu vào IN1, IN2, kết quả lƣu vào vùng nhớ 16 bit tại đầu ra OUT INT

INT

Trừ hai số nguyên 16 bit đầu vào IN1, IN2, kết quả lƣu vào vùng nhớ 16 bit tại đầu ra OUT INT

INT

Nhân hai số nguyên 16 bit đầu vào IN1, IN2, kết quả lƣu vào vùng nhớ 16 bit tại đầu ra OUT INT

INT

Chia hai số nguyên 16 bit đầu vào IN1, IN2, kết quả lƣu vào vùng nhớ 16 bit tại đầu ra OUT INT

INT

Giá trị đầu ra OUT bằng giá trị đầu vào cộng 1 mỗi khi có tín hiệu vào chân EN INT

INT

Giá trị đầu ra OUT bằng giá trị đầu vào trừ 1 mỗi khi có tín hiệu vào chân EN INT IN1, IN2: VW,IW,QW, MW, SW, SMW, T, C, AC, LW, AIW, Constant, *VD, *LD,*AC OUT : VW, IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, LW, AC,*VD, *LD, *AC IN1, IN2 :VW,IW,QW, MW, SW,SMW, T, C, AC, LW, AIW, Constant, *VD, *LD,*AC OUT : VW, IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, LW, AC,*VD, *LD, *AC IN1, IN2 :VW,IW,QW, MW, SW, SMW, T, C, AC, LW, AIW, Constant, *VD, *LD,*AC OUT : VW, IW, QW, MW,SW,SMW, T, C, LW, AC, *VD, *LD,*AC IN1, IN2 :VW,IW,QW, MW, SW, SMW, T, C, AC, LW, AIW, Constant, *VD, *LD,*AC OUT : VW, IW, QW, MW,SW, SMW, T, C, LW, AC, *VD, *LD,*AC IN : VB, IB, QB, MB, SB,SMB, LB, AC, Constant, *VD, *LD,*AC OUT : VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *LD, *AC IN, VB, IB, QB, MB, SB, SMB,LB, AC, Constant,*VD, *LD, *AC OUT VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *LD,*AC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Ngoài ra còn có các lệnh tƣơng tự làm việc với số nguyên 32 bit và số thực

- ADD_DI: Cộng hai số nguyên 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- SUB_DI: Trừ hai số nguyên 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- ADD_R: Cộng hai số thực 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- SUB_R: Trừ hai số thực 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- MUL_DI: Nhân hai số nguyên 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- DIV_DI: Chia hai số nguyên 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- MUL_R: Nhân hai số thực 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- DIV_R: Chia hai số thực 32 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- MUL: Nhân hai số nguyên 16 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- DIV: Chia hai số nguyên 16 bit, kết quả lƣu vào vùng nhớ 32 bit.

- Các lệnh tăng/giảm một đơn vị áp dụng cho số nguyên 8,16 và 32 bit:

INC_W, INC_DW, DEC_W, DEC_DW

- Các hàm lấy giá trị thực: SIN, COS, TAN, SQRT, EXP, LN, PID

3.4.7. Hàm chuyển dữ liệu - MOV

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

Byte

IN: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB,AC, Constant,*VD, *LD, *AC

Dịch chuyển dữ liệu kiểu byte từ đầu vào IN đến đầu ra OUT

Byte

OUT: VB,IB,QB,MB,SB, SMB, LB, AC, *VD, *LD, *AC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

IN: VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, Constant, AC,*VD, *AC,*LD WORD, INT

Trừ hai số nguyên 16 bit đầu vào IN1, IN2, kết quả lƣu vào vùng nhớ 16 bit tại đầu ra OUT

OUT : VW, T, C, IW, QW, SW, MW, SMW, LW, AC, AQW, *VD, *AC, *LD WORD, INT

DWORD,

DINT

IN: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, HC, &VB, &IB, &QB, &MB, &SB, &T, &C, &SMB, &AIW &AQW AC, Constant, *VD, *LD, *AC

Dịch chuyển dữ liệu kiểu từ kép từ đầu vào IN đến đầu ra OUT

OUT: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, *VD, *LD, *AC DWORD, DINT

REAL

IN: VD, ID, QD, MD, SD ,SMD, LD, AC, Constant , *VD, *LD, *AC

Dịch chuyển dữ liệu kiểu số thực từ đầu vào IN đến đầu ra OUT

Ngoài ra còn có các lệnh dịch chuyển dữ liệu khác:

- BLKMOV_B: Dịch chuyển N dữ liệu kiểu byte từ đầu vào đến đầu ra.

- BLKMOV_W: Dịch chuyển N dữ liệu kiểu word từ đầu vào đến đầu ra.

- BLKMOV_D: Dịch chuyển N dữ liệu kiểu từ kép từ đầu vào đến đầu ra.

- SWAP: Lệnh đảo dữ liệu hai byte trong từ đơn đầu vào lệnh.

- MOV_BIR: Lệnh đọc tức thời giá trị byte đầu vào cổng vật lý và ghi trực

tiếp giá trị vào byte đầu ra.

- MOV_BIW: Lệnh đọc tức thời giá trị word đầu vào và ghi trực tiếp giá trị vào

byte đầu ra cổng vật lý.

REAL OUT: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, *VD, *LD, *AC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.8. Tập lệnh làm việc với bảng dữ liệu

Các lệnh làm việc với bảng dữ liệu gọi tắt là lệnh bảng, có thể nhập dữ liệu

và sắp xếp số lƣợng trong bảng.

Bảng đƣợc định nghĩa là một mảng từ đơn đƣợc xếp liền nhau bắt đầu từ địa

chỉ thấp nhất tính từ đầu bảng đến địa chỉ cao nhất tính đến cuối bảng. Hai từ đơn

đầu tiên dùng để quản lý bảng, dữ liệu đƣợc ghi vào bảng bắt đầu từ từ đơn thứ ba

trong bảng, mỗi từ đơn chứa một dữ liệu, một bảng có thể chứa tối đa 100 dữ liệu

không kể hai từ đơn đầu tiên, vậy mỗi bảng có độ dài tối đa là 204 byte. Kiểu dữ liệu

trong bảng là kiểu INT. Từ đầu bảng ký hiệu là TL chứa kích thƣớc của bảng, từ thứ

hai ký hiệu EC dùng để quản lý các dữ liệu hiện có trong bảng.

Hình 3.14. Cấu trúc một bảng dữ liệu

Các lệnh bảng gồm có:

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

INT

DATA:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, Constant, *VD, *LD, *AC TBL: VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, *LD *AC

WORD

Lệnh ghi thêm vào bảng một dữ liệu kiểu từ đơn có nội dung đƣợc xác định bằng toán hạng DATA. Toán hạng TBL dùng để xác định bảng tức từ đầu tiên của bảng. Nếu bảng đầy thì EC = TL và bit SM1.4=1. Dữ liệu đƣa vào sẽ đƣợc xếp xuống các dữ liệu đã có. Khi lệnh thực hiện xong thì nội dung của EC tăng lên 1.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

WORD TBL VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, *LD, *AC

INT

WORD PTN:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, AIW, LW, T, C, AC, Constant, *VD, *LD, *AC INDX: VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC

CMD : Constant Lệnh tìm thực hiện việc kiếm trong bảng bắt đầu từ chỉ số vị trí INDX, PTN chứa giá trị cần tìm kiếm. CMD là luật tìm kiếm có giá trị 1-4 tƣơng ứng = , ≠ , >,<. Nếu dữ liệu đƣợc tìm thấy thì biến INDX sẽ có chỉ vào vị trí chứa dữ liệu. Để tìm dữ liệu tiếp theo INDX sẽ tăng giá lên 1 đơn vị. Nếu không tìm thấy INDX sẽ có giá trị bằng EC BYTE

WORD TBL:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, *LD, *AC

INT Lệnh lấy dữ liệu đầu tiên trong bảng ra khỏi bảng chứa trong DATA, các dữ liệu dƣới đƣợc dồn lên trên để lấp chỗ trống và EC giảm đi 1 đơn vị. Nếu bảng trống nghĩa là EC = 0 và SM1.4 =1

WORD

INT

Lệnh lấy dữ liệu cuối cùng trong bảng ra khỏi bảng chứa trong DATA, các dữ liệu dƣới đƣợc dồn lên để lấp chỗ trống và EC giảm đi 1 đơn vị. Nếu bảng trống nghĩa là EC = 0 và SM1.4 =1

INT DATA:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AC, T, C, AQW, *VD, *LD, *AC TBL:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, *VD, *LD, *AC DATA:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AC, T, C, AQW, *VD, *LD, *AC IN:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, Constant,*VD, *LD,*AC

BYTE

Lệnh điền giá trị vào bảng từ một từ đơn IN bắt đầu bằng từ đơn OUT INT N:VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *LD, *AC OUT:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AQW, *VD, *LD,*AC

INT

DATA:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, AC, T, C, AQW, *VD, *LD, *AC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.9. Tập lệnh phép toán biến đổi logic

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

BYTE IN1, IN2: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *AC, *LD Thực hiện lệnh ADD giữa các bit của hai byte đầu vào IN1 và IN2, kết quả chứa trong byte đầu ra OUT

BYTE OUT:VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *AC, *LD

BYTE IN1, IN2: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *AC, *LD Thực hiện lệnh OR giữa các bit của hai byte đầu vào IN1 và IN2, kết quả chứa trong byte đầu ra OUT

BYTE OUT:VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *AC, *LD

Thực hiện lệnh XOR giữa các bit của hai byte đầu vào IN1 và IN2, kết quả chứa trong byte đầu ra OUT IN1, IN2: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *AC, *LD BYTE

BYTE IN1, IN2: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *AC, *LD Lệnh đảo giá trị từng bit trong byte đầu vào IN và kết quả chứa trong byte đầu ra OUT. Thƣờng IN và OUT có cùng đìa chỉ

BYTE

Các lệnh tương tự làm việc với từ đơn, từ kép

- WAND_W: Thực hiện lệnh ADD giữa các bit của hai từ đơn.

- WOR_W: Thực hiện lệnh OR giữa các bit của hai từ đơn.

- WXOR_W: Thực hiện lệnh XOR giữa các bit của hai từ đơn.

- WAND_DW: Thực hiện lệnh ADD giữa các bit của hai từ kép.

- WOR_DW: Thực hiện lệnh OR giữa các bit của hai từ kép.

OUT:VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *AC, *LD

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- WXOR_DW: Thực hiện lệnh XOR giữa các bit của hai từ kép.

- INV_W: Lệnh đảo giá trị từng bit trong từ đơn.

- INV_DW: Lệnh đảo giá trị từng bit trong từ kép.

Ví dụ cách sử dụng lệnh INV_B:

OUT

3.4.10. Tập lệnh biến đổi kiểu dữ liệu

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

Lệnh chuyển đổi một số DINT nguyên 32 bit IN sang số thực IN: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, HC, AC, Constant, *VD,*AC, *LD

32 bit, kết quả chứa trong

REAL OUT OUT:VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, *VD, *LD, *AC

BYTE Thực hiện lệnh OR giữa các bit của hai byte đầu vào IN1 và IN2, kết quả chứa trong byte đầu ra OUT IN1, IN2: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *AC, *LD

BYTE OUT:VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *AC, *LD

REAL Lệnh chuyển đổi một số thực 32 bit sang số nguyên có dấu 32 bit IN: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, Constant, *VD, *LD, *AC

OUT: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, *VD, *AC, *LD DINT

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

REAL

Lệnh chuyển đổi một số thực 32 bit IN sang số nguyên 32 bit, kết quả chứa trong OUT

DINT IN: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, Constant, *VD, *LD, *AC OUT: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, *VD, *LD, *AC

REAL Lệnh chuyển đổi một số thực 32 bit sang số nguyên có dấu 32 bit

DINT IN: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, Constant, *VD, *LD, *AC OUT: VD, ID, QD, MD, SD, SMD, LD, AC, *VD, *AC, *LD

INT

Lệnh chuyển đổi một số nguyên 16 bit sang số nguyên 32 bit Lệnh chuyển đổi một số nguyên 16 bit sang số nguyên 32 bit INT

DINT Lệnh chuyển đổi một số nguyên 32 bit sang số nguyên 16 bit. IN: VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, Constant, *VD, *LD, *AC IN: VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AIW, AC, Constant, *VD, *LD, *AC OUT: VD, ID, QD, MD, SD,SMD, LD, AC, *VD, *LD, *AC

INT

BYTE IN: VW, IW, QW, MW,SW,SMW, LW, T, C, AIW, AC,Constant, *VD, *LD,*AC IN VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *AC, *VD, *LD

Lệnh chuyển đổi giá trị byte sang giá trị word 16 bit. INT

Lệnh chuyển đổi giá trị word 16 bit sang giá trị byte. INT OUT VW, IW, QW, MW, SW,SMW, LW, T, C, AC, *VD, *LD,*AC OUT VW, IW, QW, MW, SW,SMW, LW, T, C, AC, *VD, *LD,*AC

BYTE IN ,VB, IB, QB,MB,SB, SMB, LB, AC,Constant, *AC,*VD,*LD

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.11. Tập lệnh làm việc với thời gian thực

Lệnh đọc /ghi giá trị thời gian thực dùng để làm việc với thời gian thực dựa

vào đồng hồ hệ thống của PLC. Các giá trị đọc hoặc ghi đƣợc là các giá trị ngày,

tháng năm, giờ, phút, giây.

Các dữ liệu đọc/ghi có độ dài 1 byte và mã hoá dƣới dạng số BCD, chúng

nằm trong bộ đệm 8 byte và đƣợc mô tả nhƣ sau :

Mô tả Giá trị Year

Byte T T+1 Month T+2 Day T+3 Hour T+4 Minute T+5 Second T+6 0 T+7 Day of week 0 ÷ 99 1 ÷ 12 1 ÷ 31 0 ÷ 23 0 ÷ 59 0 ÷ 59 0 1 ÷ 7 Kiểu dữ kiệu BCD BCD BCD BCD BCD BCD 0 BCD

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

BYTE T: VB, IB, QB, MB, SMB,SB, LB, *VD, *AC, *LD Lệnh đọc thời gian thực vào bộ đệm 8 byte từ đồng hồ hệ thống đƣợc chỉ định bằng toán hạng T

BYTE T: VB, IB, QB, MB, SMB, SB, LB, *VD, *AC, *LD Lệnh ghi nội dung của bộ đệm 8 byte đƣợc chỉ định bởi toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.12. Tập lệnh điều khiển chương trình

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

WORD n: 0 ÷ 63 (CPU21X) 0 ÷ 255 (CPU22X)

Lệnh nhảy JMP thực hiện việc chuyển quyền điều khiển đến nhãn n đƣợc khai báo bằng lệnh LBL. Lệnh nhảy JMP không cho phép chuyển quyền điều khiển từ chƣơng trình chính vào các chƣơng trình con và chƣơng trình ngắt và ngƣợc lại

N: 0 to 63 CPU 22x WORD

Lệnh gọi chƣơng trình con và chuyển quyền điều khiển đến chƣơng trình con từ chƣơng trình chính.

INT

INDX,:VW, IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, *VD, *LD, *AC INIT VW, IW, QW, MW, SW, SMW, T, C, AC, LW, AIW, Constant, *VD, *LD, *AC

INT

FINAL:VW,IW, QW, MW, SW, SMW, LW, T, C, AC, AIW, Constant, *VD, *LD, *AC

Cấu trúc lệnh FOR…NEXT dùng để thực hiện những chức năng vòng lặp trong chƣơng trình. Toán hạng INIT chỉ điểm khởi phát và FINAL chỉ điểm kết thúc, INDX lƣu số vòng lặp tức thời. Mỗi vòng lặp đƣợc kết thúc bởi lệnh NEXT. Các lệnh FOR…NEXT có thể lồng vào nhau nhƣng số lệnh lồng không đƣợc vƣợt quá 8. Sau khi kết thúc một vòng lặp giá trị của INDX tăng lên một đơn vị đến khi bằng với giá trị của FINAL thì quá trình lặp kết thúc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3.4.13. Lệnh quay/dịch thanh ghi.

Lệnh Mô tả Toán hạng Kiểu dữ liệu

BYTE IN (LAD, FBD):VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *LD, *AC

BYTE

N: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *LD, *AC

Lệnh dịch phải (SHR_B) hay lệnh dịch trái (SHL_B) thực hiện dịch chuyển các bit đầu vào IN đi N lần sang phải hay sang trái, kết quả đƣợc lƣu vào đầu ra OUT. Lệnh shift điền giá trị 0 vào vị trí các bit bị dịch chuyển đi, bit cuối cùng bị đẩy ra ngoài và đƣa vào bit báo tràn SM1.1, bit báo kết quả. Bit báo kết quả 0 sẽ bằng 1 nếu giá trị trong byte đó bằng 0. BYTE OUT: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, *VD, *LD, *AC

BYTE

IN (LAD, FBD):VB, IB, QB,MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD, *LD, *AC

BYTE

N: VB, IB, QB, MB, SB, SMB, LB, AC, Constant, *VD,*LD,*AC

Ngoài ra còn có các lệnh quay dịch tương tự đối với từ đơn và từ kép:

- SHR_W: Lệnh dịch phải các bit trong một từ đơn.

BYTE Lệnh quay phải (ROR_B) hay lệnh dịch trái (ROL_B) thực hiện dịch chuyển các bit đầu vào IN đi N lần sang phải hay sang trái, kết quả đƣợc lƣu vào đầu ra OUT. Tại mỗi lần quay giá trị của bit cuối cùng (bit 0) đƣợc đƣa vào bit SM1.1 đồng thời đƣa vào bit đầu tiên (bit 7) của byte đó nếu là quay phải và ngƣợc lại đối với quay trái. Bit báo kết quả 0 sẽ bằng 1 nếu giá trị trong byte đó bằng 0. OUT:VB,IB, QB, MB,SB,SMB, LB, AC, *VD, *LD, *AC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- SHL_W: Lệnh dịch trái các bit trong một từ đơn.

- SHR_DW: Lệnh dịch phải các bit trong một từ kép.

- SHL_DW: Lệnh dịch trái các bit trong một từ kép.

- ROR_W: Lệnh quay phải các bit trong một từ đơn.

- ROL_W: Lệnh quay trái các bit trong một từ đơn.

- ROR_DW: Lệnh quay phải các bit trong một từ kép.

- ROL_DW: Lệnh quay trái các bit trong một từ kép.

3.5. Kết luận chương 3

Qua nghiên cứu chƣơng 3 ta có cái nhìn cụ thể hơn về PLC và ta sẽ sử dụng

phần lập trình với một số lệnh cơ bản. Trong đó ta sử dụng lệnh tiếp điểm và lệnh về

thời gian Timer để tiến hành viết chƣơng trình điều khiển cho mạch tự động đóng

máy biến áp dự phòng sử dụng PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4 Chƣơng 4. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN SỬ DỤNG PLC S7-200 CPU 224 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP DỰ PHÕNG

4.1. Các thiết bị cần cho việc thiết kế bộ điều khiển tự động đóng cắt máy biến áp dự phòng bằng PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC

Theo yêu cầu tự động đóng MBA dự phòng đƣợc trình bày trong chƣơng một,

sau khi nghiên cứu về PLC đƣợc trình bày ở các chƣơng tiếp theo. Ta tiến hành thiết

kế mạch điều khiển tự động đóng cắt máy biến áp dự phòng bằng PLC S7-200 CPU

224 DC/DC/DC. Để đấu nối thực tế ta có bảng thiết bị dành cho mục thí nghiệm sau

Bảng 4.1. Các thiết bị dùng cho thí nghiệm

STT Tên thiết bị có trong thí nghiệm Thông số kĩ thuật số lƣợng Đơn vị tính

Tủ điện lắ đặt thiết bị 50x60x30cm 1 Cái 01

PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC 2 Bộ 01

Áp tô mát Loại cài 1 pha. 10 A 3 C 01

Cầu chì bảo vệ Loại cài 6 A 4 C 01

Bộ đổi nguồn DC/AC 220 VAC/24VDC (50 W) 5 C 01

Rơle 1chiều + chân đế 6 Bộ 14 Cuộn hút 24VDC 10A. (2NO.2NC). Loại cài

Contactor 32A (220 VAC) 7 C 02

Đèn báo tín hiệu LED 24V. Ф22 8 C 10

9 Cầu đấu dây 16 A C 03

10 Cầu xoay chuyển mạch 3 vị trí 10A C 02

10A Nút bấm 11 C 03

12 Dây điện đơn đấu mạch tủ điện 1*1,5 mm mét 80

13 Thanh ray cài thiết bị điện mét 02

14 Hộp đi dây răng lƣợc 25x25mm mét 03

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4.2. Sơ đồ đấu dây điều khiển

Hình 4.1. Sơ đồ mạch đi dây điều khiển PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Sơ đồ mạch điều khiển đi dây nhƣ hình vẽ 4.1. Phía bên trái ta đƣa các tín hiệu

phản hồi về PLC lần lƣợt là RU1<, RU2<, RU4<, RU5<, (các tiếp điểm của rơle

điện áp cực tiểu) và RU3, RU6 (các tiếp điểm của rơle điện áp cực đại).

- Các tiếp điểm của Rơle điện áp lần lƣợt cấp nguồn cho cuộn hút, nguồn

24VDC

+ RU1< cấp nguồn cho cuộn hút KA1 (rơle trung gian KA1).

+ RU2< cấp nguồn cho cuộn hút KA2 (rơle trung gian KA2).

+ RU3 cấp nguồn cho cuộn hút KA3 (rơle trung gian KA3).

+ RU4< cấp nguồn cho cuộn hút KA4 (rơle trung gian KA4).

+ RU5< cấp nguồn cho cuộn hút KA5 (rơle trung gian KA5).

+ RU6 cấp nguồn cho cuộn hút KA6 (rơle trung gian KA6).

- Phía đầu vào PLC bố trí các cổng:

+ Start - I(0.0): Khởi động hệ thống PLC làm việc.

+ Stop - I (0.1): Dừng lập tức PLC.

+ Test - I (0.2): Kiểm tra hệ thống trƣớc khi đƣa vào vận hành.

+ KA1- I (0.3): Tiếp điểm rơle trung gian KA1 (nhận tín hiệu từ RU1<). Đồng

thời cấp nguồn cho đèn báo tín hiệu RU1<.

+ KA2- I (0.4): Tiếp điểm rơle trung gian KA2 (nhận tín hiệu từ RU2<). Đồng

thời cấp nguồn cho đèn báo tín hiệu RU2<.

+ KA3- I (0.5): Tiếp điểm rơle trung gian KA3 (nhận tín hiệu từ RU3).

Đồng thời cấp nguồn cho đèn báo tín hiệu RU3.

+ KA4- I (0.6): Tiếp điểm rơle trung gian KA4 (nhận tín hiệu từ RU4<). Đồng

thời cấp nguồn cho đèn báo tín hiệu RU4<.

+ KA5- I (0.7): Tiếp điểm rơle trung gian KA5 (nhận tín hiệu từ RU5<). Đồng

thời cấp nguồn cho đèn báo tín hiệu RU5<.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

+ KA6- I (1.0): Tiếp điểm rơle trung gian KA6 (nhận tín hiệu từ RU6).

Đồng thời cấp nguồn cho đèn báo tín hiệu RU6.

+ CD1- I (1.1): Tiếp điểm phụ của cuộn đóng CD1 (nhận tín hiệu phản hồi từ

cuộn đóng BA1).

+ CD2- I (1.2): Tiếp điểm phụ của cuộn đóng CD2 (nhận tín hiệu phản hồi từ

cuộn đóng BA2).

+ K1- I (1.3): Tiếp điểm phụ của Contactor K1_1 (đƣa tín hiệu phản hồi về PLC).

+ E1- I (1.4): Cho phép máy biến áp 1 làm việc.

+ E2- I (1.5): Cho phép máy biến áp 2 làm việc.

Đầu ra của PLC:

+ KA9- Q(0.0): Rơle trung gian KA9 đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn hút

Contactor U_1. Tiếp điểm U_1 sẽ cấp nguồn cho cuộn đóng CD1_1.

+ KA10- Q(0.1): Rơle trung gian KA10 đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn

hút Contactor U_2. Tiếp điểm U_2 sẽ cấp nguồn cho cuộn đóng CD2_1.

+ KA11- Q(0.2): Rơle trung gian KA11 đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn cắt CC_1.

+ KA12- Q(0.3): Rơle trung gian KA12 đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn cắt CC_2.

+ KA13- Q(0.4): Rơle trung gian KA13 đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn

hút contactor K1_1.

+ KA14- Q(0.5): Rơle trung gian KA14 đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn

hút contactor K2_1.

+ KA15- Q(0.6): Rơle trung gian KA15 đóng tiếp điểm cấp nguồn cho cuộn

hút contactor K3_1.

+ Đèn- Q(0.7): Đèn báo sự cố.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Hình 4.2. Sơ đồ mạch đi dây động lực có kết nối với PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4.3. Quá trình đấu nối thực tế

Mặt trƣớc tủ chứa các đèn báo tín hiệu và cầu xoay cho phép chuyển đổi chế

độ làm việc. Bên trong tủ điện đặt các rơle trung gian và 2 contactor

Hình 4.3. Mặt trƣớc tủ và bên trong tủ điện

Hình 4.4. Bàn thí nghiệm PLC đang làm việc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Bàn chứa PLC có ghép nối 2 mô đun mở rộng EM 222 và EM 235, trên bề mặt

tủ ta quan sát thấy các đầu vào I0.0-I1.5. Các đầu ra Q0.0-Q2.7. Các công tắc tạo tín

hiệu phản hồi tƣơng đƣơng với các đầu vào. Các đầu đấu nối đã đƣợc tích hợp sẵn

theo các bản vẽ đi dây (hình 4.1). Cáp truyền thông kết nối giữa PLC và máy tính.

Để thực hiện mạch tự động đóng máy biến áp dự phòng, ta cần sử dụng các

đầu vào, đầu ra ký hiệu nhƣ bảng 4.2

Hình 4.5. Bàn thí nghiệm TĐD sử dụng PLC hoàn chỉnh

Bảng 4.2. Các kí hiệu đầu vào và ra đấu nối với PLC

Variables Symbols Types Comment

Start_1 I0.0 Input Khởi động hệ thống

Stop_S I0.1 Input Dừng hệ thống

Test I0.2 Input Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

RU1 I0.3 Input Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA1

RU2 I0.4 Input Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU3CDai I0.5 Input cho MBA1

RU4 I0.6 Input Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA2

RU5 I0.7 Input Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA2

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU6CucDai I1.0 Input cho MBA2

CD1 I1.1 Input Tiếp điểm của cuộn đóng 1

CD2 I1.2 Input Tiếp điểm của cuộn đóng 2

K1 I1.3 Input Tiếp điểm của contactor 1

E1 I1.4 Input Cho phép MBA1 hoạt động

E2 I1.5 Input Cho phép MBA2 hoạt động

CD1_1 Q0.0 Output Cuộn dây cuộn đóng 1 máy cắt 1

CD2_1 Q0.1 Output Cuộn dây cuộn đóng 2 máy cắt 2

CC1 Q0.2 Output Cuộn dây cuộn cắt 1

CC2 Q0.3 Output Cuộn dây cuộn cắt 2

K1_1 Q0.4 Output Cuộn dây contactor K1_1

K2_1 Q0.5 Output Cuộn dây contactor K2_1

K3_1 Q0.6 Output Cuộn dây contactor K3_1

Den Q0.7 Output Đèn báo sự cố

M_ M0.0- M10.0 Memory Các biến nhớ

4.4. Lập trình điều khiển và thuyết minh chương trình điều khiển

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Network 1: Khi khởi động chƣơng trình ta reset tất cả các đầu ra của bit nhớ.

từ địa chỉ M10.0, M10.1, M10.2….M10.9. Trong đó:

+ M10.0 sẽ reset về trạng thái ban đầu cho cuộn hút CD1_1(Network 8)

+ M10.1 sẽ reset về trạng thái ban đầu cho cuộn hút contactor CD2_1(Network 14)

+ M10.4 sẽ reset về trạng thái ban đầu cho cuộn hút contactor K1_1(Network 9)

+ M10.5 sẽ reset về trạng thái ban đầu cho cuộn hút contactor K2_1(Network 15)

+ M10.6 sẽ reset về trạng thái ban đầu cho cuộn hút contactor K3_1(Network 15)

Network 2: Khi ấn nút Stop lập tức cắt điện cuộn đóng CD1, CD2, đồng thời

cắt điện contactor K1, K2, K3 và reset lại các địa chỉ biến nhớ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Network 3: Các tiếp điểm biến nhớ lần lƣợt chờ lệnh từ các biến nhớ M1.0 và

M1.1 để cấp điện cho cuộn cắt máy biến áp 1 (CC1: Q0.2).

Network 4: Khi ấn nút Stop sẽ cấp điện cho cuộn cắt CC1 thông qua tiếp điểm

biến nhớ M1.0 Network 3. Lúc này cuộn đóng CD1 đang đóng. Tiếp điểm timer

T45 sẽ duy trì cho biến nhớ M1.0 sau 1s cuộn cắt CC1 sẽ cắt máy cắt máy biến áp

số 1 sau 1s.

Network 5: Khi ấn nút Stop sẽ cấp điện cho cuộn cắt CC2 nếu cuộn đóng CD2

đang đóng, mạch duy trì nhờ tiếp điểm biến nhớ timer T43 sau 1s sẽ đóng tiếp điểm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

M1.3 đồng thời M0.0 đang đóng. Tiếp điểm M1.2 có thể đóng hoặc mở (Network

6.)

Network 6: Cuộn cắt CC2: Q0.3 chờ lệnh từ các tiếp điểm biến nhớ M1.2 và

M1.3. Khi có lệnh từ một trong hai tiếp điểm biến nhớ gửi đến CC2 của máy cắt số

2 sẽ cắt máy biến áp 2 ra.

Network 7: Khi khởi động chƣơng trình cấp điện cho cuộn dây CD1 để đóng

cuộn đóng của máy cắt 1 cấp nguồn cho máy biến áp số 1 (BA1) với điều kiện là

cuộn đóng CD2 của máy cắt sô 2 phải mở và có điện áp trên lƣới cấp cho BA1

thông qua tín hiệu phản hồi RU3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Network 8: Tiếp điểm M10.0 sẽ đóng lại dƣới sự cho phép của khóa E1, đồng

thời tiếp điểm thƣờng đóng CD2_1 đang đóng, lúc này cuộn dây CD1 có điện

Network 9: Khi ấn nút star tiếp điểm M0.0 sẽ đóng lại đồng thời CD1 đóng

tiếp điểm ở Network 8 sẽ cấp điện cho biến nhớ M10.4 biến nhớ này đƣợc duy trì

sau sau 1s nhờ timer T37. tiếp điểm biến nhớ M10.4 sẽ đóng lại dƣới sự cho phép

của khóa E1 Contactor K1_1 sẽ đóng lại cấp nguồn cho tải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Network 10: Tiếp điểm M0.0 sẽ đóng lại, tiếp điểm K1_1 đóng lại thì bắt đầu

kiểm tra sự cố mất điện trên các pha thông qua 2 tín hiệu phản hồi về của rơle điện

áp cực tiểu RU1 Và RU2. Nếu xảy ra một trong các sự cố mất điện pha hoặc dây

trong thời gian là 3s thì Timer T38 sẽ đóng tiếp điểm (Network 11)

Network 11: Timer T38 đóng lại cấp điện cho đèn báo sự cố. Đồng thời reset

lại các địa chỉ biến nhớ M10.0, M12.0, M10.4 sẽ cắt điện cuộn dây CD1, contactor

K1. tiếp điểm Den: Q0.7 sẽ đóng lại cấp nguồn cho biến nhớ M1.1 thông qua tiếp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

điểm thƣờng đóng T40. Tiếp điểm biến nhớ M1.1 sẽ cấp nguồn cho CC1 (Network

3) thời gian đóng điện cho cuộn cắt CC1 của máy cắt 1 đƣợc duy trì là 1s cho tới khi

CC1 đƣợc cắt hoàn toàn.

Network 12: Khi có sự cố về pha đèn sự cố đƣa tín hiệu về Timer T50, thời

gian tiếp điểm timer T50 đƣợc duy trì trong 2s

Network 13: Tiếp điểm timer T50 đóng lại và đồng thời tín hiệu phản hồi về

của rơle điện áp cực đại RU6 (kiểm tra điện áp nguồn của BA2). Nếu nguồn cấp cho

BA2 là khả thi. thì lúc đó mới cấp nguồn cho biến nhớ M10.1. Nếu nguồn BA2

không khả thi thì biến nhớ M10.1 lúc này vẫn đang ở trạng thái không.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Network 14: Tiếp điểm biến nhớ M10.1 đóng lại đồng thời có sự cho phép

làm việc từ khóa E2 và cuộn đóng CD1_1 của máy cắt số 1 đã đƣợc cắt ra, tiếp

điểm thƣờng đóng CD1_1 đóng lại. Sẽ cấp nguồn cho cuộn đóng CD2_1.

Network 15: khi cuộn dây CD2_1 Có điện sẽ đóng tiếp điểm CD2_1 thông

qua tiếp điểm thƣờng đóng của Contactor K2_1 sẽ cấp nguồn cho Timer T41, tiếp

điểm Timer T41 sẽ đóng lại. Ở đây dƣới sự cho phép của khóa E2 sẽ lần lƣợt đóng

contactor K2, K3.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Network 16: Khi tiếp điểm cuộn đóng CD2 và tiếp điểm contactor K2_1 đóng

thì bắt đầu kiểm tra tín hiệu phản hồi từ rơle điện áp cực tiểu RU4 và RU5. Nếu xảy

ra sự cố mất điện pha hoặc dây trong thời gian 3s thì chƣơng trình tự động đóng

máy biến áp 1 vào làm việc thông qua timer T42

Network 17: Sau khi phát hiện sự cố tiếp điểm timer T42 sẽ đóng lại cấp

nguồn reset đầu ra M12.0, M10.1, M10.5, Den:Q0.7. Sẽ cắt điện cho cuộn dây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

CD2(M10.0), contactor K2(M10.5) và cấp điện cho cuộn cắt CC2 thông qua tiếp

điểm biến nhớ M1.2 (Network 6) duy trì sau 1s qua tiếp điểm timer T47.

4.5. Các thao tác lấy kết quả thí nghiệm

Ta tiến hành kết nối bàn PLC và máy tính thông qua cáp kết nối chuyển đổi tín

hiệu USB-PPI của Siemens. Cách nạp chƣơng trình từ máy tính vào PLC và ngƣợc

lại đƣợc thực hiện theo các bƣớc thao tác (Mục 3.3.4.7).

Ta sẽ đi kiểm nghiệm lại tính đúng đắn làm việc của chƣơng trình PLC với bài

toán đặt ra cụ thể nhƣ sau.

Khi đƣa BA1 vào vận hành. PLC tiến hành kiểm tra lần lƣợt tín hiệu phản hồi

về từ rơle điện áp cực tiểu RU1 và RU2 nếu đủ pha PLC đƣa BA1 vào hoạt động

Bài toán 1: Hệ thống đang làm việc bình thƣờng, lúc này cuộn đóng MC1

đóng nguồn cấp điện cho BA1 đang làm việc, K1_1 đang làm việc cấp nguồn cho

phụ tải. Máy biến áp 2 làm việc ở chế độ dự phòng. Tạo sự cố giả tƣởng bằng cách

tắt các nút tay gạt nhƣ hình 4.6

Trong đó các đầu vào PLC từ địa chỉ I0.0 đến I1.5 đƣợc trình bày theo bảng

4.2. Để tiện quan sát ta sử dụng phần mềm mô phỏng S7-200 Simulator. Ta quan sát

các tín hiệu phản hồi về PLC.

Hình 4.6. Các đầu tín hiệu vào có sử dụng công tắc gạt tạo sự cố giả tƣởng cho PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

- Đầu Q0.0 đƣa tín hiệu ra cuộn dây cuộn đóng CD1_1 đƣa BA1 vào làm việc.

- Đầu Q0.4 đƣa tín hiệu ra cuộn dây contactor K1_1 cấp nguồn cho phụ tải.

Hình 4.7. BA1 hoạt động bình thƣờng

Bảng 4.3. Bảng trạng thái BA1 hoạt động bình thƣờng

Variables Symbols Trạng thái Comment

Start_1 I0.0 1 Khởi động hệ thống

Stop_S I0.1 0 Dừng hệ thống

Test I0.2 1 Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

RU1 I0.3 1 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA1

RU2 I0.4 1 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA1

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU3CDai I0.5 1 cho MBA1

RU4 I0.6 1 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA2

RU5 I0.7 1 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA2

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU6CucDai I1.0 1 cho MBA2

CD1 I1.1 1 Tiếp điểm của cuộn đóng 1

CD2 I1.2 1 Tiếp điểm của cuộn đóng 2

K1 I1.3 1 Tiếp điểm của contactor 1

E1 I1.4 1 Cho phép MBA1 hoạt động

E2 I1.5 1 Cho phép MBA2 hoạt động

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

CD1_1 Q0.0 1 Cuộn dây cuộn đóng 1 máy cắt 1

CD2_1 Q0.1 0 Cuộn dây cuộn đóng 2 máy cắt 2

CC1 Q0.2 0 Cuộn dây cuộn cắt 1

CC2 Q0.3 0 Cuộn dây cuộn cắt 2

K1_1 Q0.4 1 Cuộn dây contactor K1_1

K2_1 Q0.5 0 Cuộn dây contactor K2_1

K3_1 Q0.6 0 Cuộn dây contactor K3_1

Den Q0.7 0 Đèn báo sự cố

Bài toán 2: Khi bị sự cố về mất điện áp pha hoặc điện áp dây bất kỳ.

Ở đây ta tạo sự cố bằng cách gạt công tắc nút 3, đầu ra sẽ có những tín hiệu

sau: Q0.2 cấp nguồn cho cho cuộn cắt CC1 để cắt BA1 ra khỏi lƣới, PLC sẽ tiến

hành kiểm tra các tín hiệu đầu vào. Giả thiết nguồn cấp cho BA2 và điện áp các pha

là khả thi ta có kết quả mô phỏng theo hình; Q0.1 cấp nguồn cho CD2_1 đóng BA2

vào làm việc; Q0.5 cấp nguồn cho K2_1 cấp nguồn cho phụ tải; Q0.6 cấp nguồn cho

contactor K3_1 nối giữa 2 thanh cái; Q0.7 đèn báo sự cố mất pha trên BA1.

Ta có bảng đánh giá trạng thái của hệ thống PLC nhƣ sau.

Hình 4.8. Mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA1 về BA2.

Bảng 4.4. Bảng trạng thái mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA1 về BA2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Variables Symbols Trạng thái Comment

I0.0 1 Start_1 Khởi động hệ thống

I0.1 0 Stop_S Dừng hệ thống

I0.2 1 Test Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

I0.3 0 RU1 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA1

I0.4 1 RU2 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA1

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU3CDai I0.5 1 cho MBA1

I0.6 1 RU4 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA2

I0.7 1 RU5 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA2

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU6CucDai I1.0 1 cho MBA2

I1.1 1 CD1 Tiếp điểm của cuộn đóng 1

I1.2 1 CD2 Tiếp điểm của cuộn đóng 2

I1.3 1 K1 Tiếp điểm của contactor 1

I1.4 1 E1 Cho phép MBA1 hoạt động

I1.5 1 E2 Cho phép MBA2 hoạt động

Q0.0 0 CD1_1 Cuộn dây cuộn đóng 1 máy cắt 1

Q0.1 1 CD2_1 Cuộn dây cuộn đóng 2 máy cắt 2

Q0.2 0 CC1 Cuộn dây cuộn cắt 1

Q0.3 0 CC2 Cuộn dây cuộn cắt 2

Q0.4 0 K1_1 Cuộn dây contactor K1_1

Q0.5 1 K2_1 Cuộn dây contactor K2_1

Q0.6 1 K3_1 Cuộn dây contactor K3_1

- Nếu ta không cho phép BA2 hoạt động có thể sử dụng khóa E2 gạt về 0. sử dụng

công tắc gạt 5. Ta có kết quả nhƣ hình 4.9 lúc này đèn báo sự cố Q0.7 sẽ hoạt động

Q0.7 1 Den Đèn báo sự cố

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Ta có bảng đánh giá trạng thái của hệ thống PLC nhƣ sau. Bảng 4.5. Bảng trạng thái mô tả khóa E2 cho phép làm việc của PLC trên BA2.

Hình 4.9. Khóa E2 cho phép làm việc của PLC trên BA2.

Variables Symbols Trạng thái Comment

Start_1 I0.0 1 Khởi động hệ thống

Stop_S I0.1 0 Dừng hệ thống

Test I0.2 1 Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

RU1 I0.3 0 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA1

RU2 I0.4 0 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA1

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU3CDai I0.5 1 cho MBA1

RU4 I0.6 1 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA2

RU5 I0.7 1 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA2

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU6CucDai I1.0 1 cho MBA2

CD1 I1.1 1 Tiếp điểm của cuộn đóng 1

CD2 I1.2 1 Tiếp điểm của cuộn đóng 2

K1 I1.3 1 Tiếp điểm của contactor 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

I1.4 1 Cho phép MBA1 hoạt động E1

I1.5 0 Cho phép MBA2 hoạt động E2

Q0.0 0 Cuộn dây cuộn đóng 1 máy cắt 1 CD1_1

Q0.1 0 Cuộn dây cuộn đóng 2 máy cắt 2 CD2_1

Q0.2 0 Cuộn dây cuộn cắt 1 CC1

Q0.3 0 Cuộn dây cuộn cắt 2 CC2

Q0.4 0 Cuộn dây contactor K1_1 K1_1

Q0.5 0 Cuộn dây contactor K2_1 K2_1

Q0.6 0 Cuộn dây contactor K3_1 K3_1

Q0.7 1 Đèn báo sự cố Den

Bài toán 3: Giả sử BA2 đang hoạt động bình thƣờng thì xuất hiện sự cố mất

điện pha hoặc dây. Ta tạo sự cố giả tƣởng bằng cách gạt công tắc 6 hoặc 7, hoặc cả

6 và 7.

Nếu BA1 đủ điều kiện cấp nguồn thì PLC sẽ cho hoạt động Q0.0 cấp nguồn

cho CD1_1, Q0.4 cấp nguồn cho contactor K1_1 hoạt động

Ta có bảng đánh giá trạng thái của hệ thống PLC nhƣ sau.

Hình 4.10. Mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA2 về BA1.

Bảng 4.6. Bảng trạng thái mô tả chuyển trạng thái làm việc của PLC từ BA2 về BA1.

Variables Symbols Trạng thái Comment

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

1 Khởi động hệ thống I0.0 Start_1

0 Dừng hệ thống I0.1 Stop_S

1 Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống I0.2 Test

1 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA1 I0.3 RU1

1 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA1 I0.4 RU2

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp 1 RU3CDai I0.5 cho MBA1

0 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA2 I0.6 RU4

0 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA2 I0.7 RU5

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp 1 RU6CucDai I1.0 cho MBA2

1 Tiếp điểm của cuộn đóng 1 I1.1 CD1

1 Tiếp điểm của cuộn đóng 2 I1.2 CD2

1 Tiếp điểm của contactor 1 I1.3 K1

1 Cho phép MBA1 hoạt động I1.4 E1

1 Cho phép MBA2 hoạt động I1.5 E2

1 Cuộn dây cuộn đóng 1 máy cắt 1 Q0.0 CD1_1

0 Cuộn dây cuộn đóng 2 máy cắt 2 Q0.1 CD2_1

0 Cuộn dây cuộn cắt 1 Q0.2 CC1

0 Cuộn dây cuộn cắt 2 Q0.3 CC2

1 Cuộn dây contactor K1_1 Q0.4 K1_1

0 Cuộn dây contactor K2_1 Q0.5 K2_1

0 Cuộn dây contactor K3_1 Q0.6 K3_1

Nếu BA1 không đủ điều kiện cấp nguồn cho phụ tải, ở đây có thể là sự cố mất

điện pha, hoặc mất điện dây thì PLC sẽ dừng hoạt động

0 Đèn báo sự cố Q0.7 Den

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

Ta có bảng đánh giá trạng thái của hệ thống PLC nhƣ sau.

Hình 4.11. PLC ngừng hoạt động khi các điều kiện cung cấp nguồn cho các pha hoặc dây BA1 là không khả thi.

Bảng 4.7. Bảng trạng thái mô tả PLC ngừng hoạt động khi các điều kiện cung cấp nguồn cho các pha hoặc dây BA1 là không khả thi.

Variables Symbols Trạng thái Comment

Start_1 I0.0 1 Khởi động hệ thống

Stop_S I0.1 0 Dừng hệ thống

Test I0.2 1 Kiểm tra sự hoạt động của hệ thống

RU1 I0.3 0 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA1

RU2 I0.4 1 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA1

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU3CDai I0.5 1 cho MBA1

RU4 I0.6 0 Rơle kiểm tra mất áp pha A MBA2

RU5 I0.7 0 Rơle kiểm tra mất áp pha B MBA2

Rơle kiểm tra có điện áp trên lƣới cấp RU6CucDai I1.0 1 cho MBA2

CD1 I1.1 1 Tiếp điểm của cuộn đóng 1

CD2 I1.2 1 Tiếp điểm của cuộn đóng 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

K1 I1.3 1 Tiếp điểm của contactor 1

E1 I1.4 1 Cho phép MBA1 hoạt động

E2 I1.5 1 Cho phép MBA2 hoạt động

CD1_1 Q0.0 0 Cuộn dây cuộn đóng 1 máy cắt 1

CD2_1 Q0.1 0 Cuộn dây cuộn đóng 2 máy cắt 2

CC1 Q0.2 0 Cuộn dây cuộn cắt 1

CC2 Q0.3 0 Cuộn dây cuộn cắt 2

K1_1 Q0.4 0 Cuộn dây contactor K1_1

K2_1 Q0.5 0 Cuộn dây contactor K2_1

K3_1 Q0.6 0 Cuộn dây contactor K3_1

Den Q0.7 0 Đèn báo sự cố

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4.6. Kết luận chương 4

- Qua sơ đồ đi dây ở trên ta thấy các tín hiệu lấy mẫu đƣợc đƣa về PLC một

cách độc lập. Ở đây ta hoàn toàn kiểm soát đƣợc những tín hiệu đƣa vào lần lƣợt là

I0.0 cho đến I1.2, khi có đƣợc kết quả đƣa về ta tiến hành đặt ra những bài toán cụ

thể để viết chƣơng trình cho PLC.

- Khả năng làm việc của hệ thống sẽ an toàn hơn khi ta đƣa thêm vào sơ đồ 2

khóa điều khiển là E1 và E2. Nó cho phép thay thế một loạt những khóa điều khiển

so với sơ đồ cũ.

- Việc đấu nối và đi dây phần điều khiển sẽ đơn giản hơn.

- Khi gặp sự cố cho phép hệ thống làm việc tin cậy. Không xuất hiện tình trạng

chuyển mạch không dứt khoát nhƣ sơ đồ cũ.

- Cách quan sát trên PLC sẽ cho ta cái nhìn trực quan hơn về toàn bộ hệ thống.

- Việc sử dụng mạch điều kiển 24VDC vào hệ thống sẽ an toàn hơn cho ngƣời

vận hành.

- Tính gọn nhẹ của hệ thống dùng PLC đƣợc thể hiện rõ qua hình 4.12 minh họa.

- Tính ứng dụng của PLC cao trong hệ thống điện.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Thiết kế đƣợc sơ đồ và chƣơng trình điều khiển tự động đóng máy biến áp dự

phòng ứng dụng PLC S7-200 thay thế cho mạch điều khiển dùng rơle điện cơ đã có

trong phòng thí nghiệm.

Lắp ráp thành công bộ thí nghiệm khẳng định ƣu thế của mô hình mới; kết quả

thí nghiệm cho thấy bộ điều khiển làm việc tin cậy, chính xác hơn so với mô hình

đã có.

Kết quả nghiên cứu của luận văn này có thể dùng để viết bài thí nghiệm cho

sinh viên ngành Điện “Lập trình PLC tự động đóng máy biến áp dự phòng”.

Kiến nghị

Ta có thể đƣa thêm các tín hiệu đầu vào qua mô đun mở rộng EM222 và

EM223 để mở rộng thêm bài toán cho sinh viên thực hành.

Hệ thống vẫn chƣa hoàn toàn thay thế đƣợc các tín hiệu sơ cấp lấy mẫu từ RU

(rơle điện áp cực tiểu và điện áp thông thƣờng).

Hình 0.12. Hệ thống đấu nối sử dụng Rơle và hệ thống có sử dụng PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]. A.A. Fedorov & G.V. S\Xerbinovxli (2000), Sách tra cứu về cung cấp điện xí nghiệp công nghiệp – Thiết bị điện và tự động hóa, Bản dịch của Bộ môn hệ thống điện, Tập 2, Nxb Thanh niên, TP HCM, tr. 394-410.

[2]. Trần Quang Khánh (2005), Bảo vệ rơ le và tự động hóa hệ thống điện, Nxb

Giáo dục, Hà Nội, tr. 68, 309-311.

[3]. Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Mạnh Hoạch (2005), Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, tr. 136-138.

[4]. Lƣu Văn Long, Bùi Văn Dũng (2007), Hướng dẫn lập trình PLC S7-200 bằng máy tính, Trƣờng kỹ thuật cơ giới cơ khí xây dựng Việt – Xô số 1, Vĩnh Phúc.

[5]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2000), Tự động hóa

với SIMATIC S7-300, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.

[6]. Nguyễn Mạnh Tùng, Nguyễn Nhƣ Hiển (2007), Điều khiển LOGIC và PLC,

Nxb Khoa học tự nhiên và Công nghệ, Hà Nội.

[7]. Trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp (2011), Tài liệu thí nghiệm chuyên

ngành hệ thống điện, Thái Nguyên, tr. 75-87.

Tiếng Anh

[8]. S7-200 Optimize, http://www.optimize.com.vn

[9]. SIEMENS S7 - 200 Technical Specifications.

[10]. SIMATIC S7-200 Data Sheet for EM 231, EM 232 and EM 235 - ZST.

[11]. http://www.siemenssupply.com/

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/