BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG…………… Luận văn
Nghiên cứu và thực hiện bộ điều
khiển PID trênPLC S7-300
1
LỜI MỞ ĐẦU
Nước ta đang trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa để từng
bước bắt kịp sự phát triển cùng các nước trong khu vực cũng như các nước trên
thế giới về mọi mặt kinh tế, kỹ thuật và xã hội. Công nghiệp sản xuất hàng hóa
đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các mặt kể trên. Việc tự động hóa
là sự lựa chọn đúng đắn trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm hàng loạt, có
chất lượng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.
Cùng với các ngành sản xuất khác thì ngành công nghiệp nặng đóng
vai trò quan trọng nhất trong việc đưa nước ta có trở thành một nước công
nghiệp tiến bộ hay không. Và ngành gia công kim loại chính xác cũng góp
một phần nhỏ bé của mình vào xu hướng trung đó.
Nhưng hiện nay trang thiết bị máy móc phục vụ trong công nghiệp ở
nước ta đa số còn lạc hậu song do vốn đầu tư còn hạn hẹp. Nên việc cải tiến
không thể tiến hành thay thế một cách đồng loại mà chúng ta phải kết hợp trên
những nền tảng vốn có và thay thế một số trang thiết bị sao cho vốn đầu tư là
nhỏ nhất, nhưng dây truyền vẫn không lạc hậu mà vẫn phù hợp với xu thế hiện
nay. Vì vậy nghiên cứu và đưa PLC S7-300 vào sử dụng là một giải pháp cải
tiến đúng đắn cho điều khiển ngành công nghiệp Việt Nam hiện nay. Việc
được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình, chúng được chia nhỏ thành các
module. Số lượng các module được sử dụng nhiều hay ít tùy thuộc vào từng
bài toán điều khiển cụ thể, tuy nhiên bao giờ cũng phải có một module chính,
đó là module CPU. Các module còn lại là những module truyền ,nhận tín hiệu
với đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như PID, điều khiển động
cơ được gọi là các module mở rộng. Các module được gá trên các thanh
rack. 3 Hinh1: cấu hình bộ CPU
* Module CPU: là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể có một vài cổng
vào ra số.
SIMATIC S7 - 300 có khả năng tính toán nhanh, bộ lệnh hoàn chỉnh,
kết nối đa điểm (MPI) và có khả năng nối mạng qua mạng SIMATIC
NET LAN.
Có các hàm lập sẵn, khả năng chẩn đoán toàn diện, bảo vệ bằng mật mã,
hệ thống kết nối thuận tiện.
Module CPU có thể quản lý được 3 rack, các đường tín hiệu được tích
hợp vào trong module và các hệ thống kết nối có sẵn.
S7-300 có hai loại module CPU chính là:
Loại CPU chỉ có một cổng truyền thông phục vụ cho việc kết nối với
các thiết bị lập trình, mạng. Loại này không thực hiện điều khiển phân
tán được.
Loại CPU có hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai
có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán.
* Module mở rộng: Bao gồm 5 (năm) loại chính:
gồm bốn trạm SIMATIC S7C - 300, CPU 315 - 2DP. Mỗi trạm SIMATIC
S7 -300, CPU 315 - 2DP lắp đặt trong phòng thí nghiệm của trường có cấu
trúc như sau:
Module nguồn PS (Power Supply), loại 10A.
5
Module xử lý trung tâm CPU, loại CPU 315 - 2DP.
Module ghép nối IM (Interface module), loại IM153 - 1.
Module đếm FC (Function module), loại FC - 350.
Tất cả các module được đặt trên thanh rack, mỗi module chiếm một khe
cắm (slot) trên rack. Việc giao tiếp giữa CPU và các module mở rộng được
thực hiện thông qua một bus nội bộ đặt trên rack (back plane bus).
1.3. c¸c thµnh phÇn cña tr¹m Simatic S7-300.
a. Rack.
Mã số: 6ES7 390 - 1AF30 - 0AA0.
Các module được đặt lên thanh rack. Mỗi rack cho phép đặt tối đa là 11
module theo một thứ tự nhất định.
Như vậy là một CPU được ghép nối cùng các module mở rộng trên
thanh rack, trong đó việc truy nhập của CPU vào các module mở rộng được
thực hiện thông qua địa chỉ của chúng. Một module CPU có khả năng quản lý
được 4 thanh rack với tối đa 8 module mở rộng trên mỗi thanh. Tuỳ thuộc vào
vị trí lắp đặt của module mở rộng trên mỗi thanh rack mà các cổng vào /ra
trên nó có địa chỉ khác nhau.
b. Module nguồn PS ( Power Supply ).
Mã số: 6ES7 307 - 1KA00 - 0AA0
Module nguồn (PS) dùng để chuyển đổi tín hiệu điện 120/ 230VAC
thành 24VDC để cung cấp cho CPU, cảm biến / cơ cấu chấp hành v.v.
Sơ đồ cấu trúc mạch của Module nguồn PS307 (10A).
Hình 1.2: Module nguồn PS
Bảng: Thông số kỹ thuật.
24VDC + 5 %
Dòng đầu ra
Giá trị định mức.
10A.
Thông số chung
Tổn hao công suất
Nhiệt độ làm việc
30 W.
0 – 60 độ C
c. Module xử lý trung tâm CPU 315 - 2 DP.
Module CPU 315 – 2DP là loại có hai cổng truyền thông, cổng thứ nhất
phục vụ cho việc ghép nối với các thiết bị ngoại vi như máy tính, máy
in cổng thứ hai phục vụ cho việc nối mạng phân tán.
Mô tả:
Mặt trước của module CPU 315-2DP gồm:
Hệ thống chỉ thị (Status and fault LEDs).
Công tắc chọn chế độ hoạt động.
Cổng truyền thông phục vụ cho việc kết nối với MPI
Cổng truyền thông phục vụ cho việc kết nối với PROFIBUS -DP.
Nguồn và nối đất ( Terminals for power supply and functional ground).
7
Hệ thống chỉ thị: Hệ thống chỉ thị báo các trạng thái hoạt động của CPU, bao
gồm:
Hình 1.3: CPU 315 - 2 DP
SF: Chỉ thị trạng thái các lỗi.
BATF: Chỉ thị trạng thái lỗi của nguồn nuôi.
DC 5V: Báo trạng thái nguồn +5VDC.
Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc chung của một bộ điều khiển logic khả trình (PLC)
Bao gồm các thành phần cơ bản như sau:
Khối vi xử lý trung tâm và hệ điều hành: tính toán, xử lý và thực hiện
điều khiển toàn bộ hoạt động của PLC. Hệ điều hành chương trình được
lưu trong ROM.
Bộ nhớ chương trình
trình
Khối vi xử lý
trung tâm
+
Hệ điều hành
Timer
Bít cờ
Bộ đếm
Bộ đệm
vào / ra
Cổng vào
ra onboard
Cổng ngắt và
đếm tốc độ cao
Quản lý
ghép nối
CPU
Bus
9
Bộ nhớ chương trình: lưu giữ chương trình, có thể làm bộ đệm cho quá
trình xử lý và tính toán. Thông thường bộ nhớ chương trình dùng loại
Chức năng bảo vệ: CPU cung cấp password nhằm xác định quyền truy
cập cho chương trình và các dữ liệu. Nếu không có password thì không thể
thực hiện việc quan sát, sao chép, xoá chương trình ứng dụng.
Chức năng kiểm tra, chuẩn đoán và thông báo các tình trạng kỹ thuật
của hệ thống cho người vận hành: CPU có khả năng kiểm tra và chuẩn đoán
các tình trạng kỹ thuật của hệ thống, bao gồm cả về cấu hình cứng và lỗi trong
các chương trình ứng dụng. Ngoài ra CPU còn dành một vùng đệm để lưu trữ các
kết quả kiểm tra và chuẩn đoán, 100 lỗi và các sự kiện ngắt mới nhất được lưu trữ
tại vùng đệm để phục vụ cho việc kiểm tra tiếp theo. Sau khi thực hiện việc kiểm
tra và chuẩn đoán thì CPU sẽ thông báo các trạng thái lỗi cho người vận hành
bằng đèn LED. Các đèn LED chỉ ra lỗi phần cứng, lỗi chương trình, lỗi thời gian,
lỗi vào /ra hay lỗi của pin và các trạng thái hoạt động như RUN, STOP
Chức năng thông tin: có thể sử dụng thiết bị lập trình (PC, PG ) để
quan sát sự thay đổi trạng thái của các tín hiệu trong quá trình thực hiện
chương trình, thậm chí có thể thay đổi các biến số một cách độc lập với
chương trình của người dùng. Ngoài ra thiết bị lập trình còn có thể được dùng
để cung cấp cho người sử dụng các thông tin về dung lượng bộ nhớ, chế độ
hoạt động của CPU, bộ nhớ làm việc và bộ nhớ số liệu đang được sử dụng,
thời gian quét hiện tại và nội dung của vùng đệm kiểm tra v.v.
Chức năng truyền thông: các chức năng truyền thông chính:
Truyền thông với thiết bị lập trình /OP.
Truyền thông số liệu toàn cục.
Truyền thông cơ sở.
Truyền thông mở rộng.
Truyền thông tương thích với S5.
Truyền thông theo chuẩn.
11
Các cổng truyền thông trên CPU hầu hết là RS485. CPU kết nối với
thiết bị lập trình (PC) bằng MPI (Multi Point Interface), các I /O phân tán,
Ngôn ngữ lập trình
STEP 7
Cấu trúc trương trình
Cấu trúc tuyến tính.
Các kiểu khối.
- Khối tổ chức (OB).
- Khối hàm (FBs).
- Hàm (Functions) (FC).
- Khối dữ liệu (DB).
- Các hàm hệ thống (SBF, SFC).
Số lượng tối đa các khối
128 FC, 128 FB, 127 DB.
12
Xử lý chương trình
- Theo vòng quét tự do (OB1).
- Theo thời gian (OB 35).
- Theo thời gian thực (OB 10).
- Theo ngắt (OB 40).
- Khi khởi động lại (OB 100).
Bộ lệnh
Binary logic, parenthesis command,
resultn assignment, save, count,
load, transfer, compare, shift,
rotate
Bảo vệ chương trình của người
dùng
Bảo vệ bằng mật mã
Các hàm hệ thống (SFC)
Bao gồm các hàm kiểm soát lỗi và
13
không có pin điện
Số lượng bộ đếm
+ Số bộ đếm được duy trì khi có
pin điện.
+ Số bộ đếm được duy trì khi
không có pin điện.
+ Dải đếm
64
Có thể chọn từ 0 đến 63
Có thể chọn từ 0 đến 63
1 đến 999
Số lượng bộ thời gian .
+ Số timer được duy trì khi có pin
điện
+ Số timer được duy trì khi không
có pin điện
+ Dải đặt thời gian
128
Có thể chọn từ 0 đến 127
Có thể chọn từ 0 đến 127
10ms đến 9990s
Giao diện đa điểm (MPI)
+ Số lượng tối đa các trạm
1/ 1
Số trạm DP trên một CPU chủ
64/ 32
Không gian địa chỉ cho một trạm
DP
122bytes
Số module trên một ET 200
8
Kết nối DP (master/ slave)
1 (CPU 342 - 5)
1(built-in, master/ slaver)
Điện áp nguồn
+ Dải điện áp
+ Dải điện áp cho phép
24 VDC
20, 4 đến 28,8 VDC
Dòng tiêu thụ
1 A
Công suất tổn hao
8W
Kích thước (W x H x D) (mm)
80 x 125 x 130
Trọng lượng
+ CPU
+ Card nhớ
530
16
Module có thể đi kèm
gọi là chữ số nhị phân hoặc bit. Trong thế giới của địa chỉ liên lạc và cuộn
dây, 1 cho thấy kích hoạt hoặc có điện, và một 0 cho biết không được kích
hoạt hay không có điện.
Các bit logic giải thích tín hiệu của 1 và 0 và kết hợp chúng
theo logic Boolean. Những kết hợp này tạo ra một kết quả của 1 hay 0 mà
được gọi là kết quả "kết quả của logic" (RLO).
Các hoạt động logic được kích hoạt bởi các hướng dẫn bit logic thực
hiện một loạt các hàm.
Bit logic để thực hiện các chức năng sau đây:
• | | (Địa chỉ) thường mở
• | / | (Địa chỉ) thường đóng
• (SAVE) Lưu RLO vào bộ nhớ BR
• Bit độc quyền XOR OR
• () Đầu ra
• (#) trung bình đầu ra
• | NOT | Đảo ngược nguồn vào
Các trường hợp RLO của 1:
• (S) cuộn nhớ
• (R) cuộn Reset
• SR Set-Reset Flip Flop
• Thiết lập lại RS-Set Flip Flop
16
2.1.2 tiếp điểm thường mở
Tham số
Kiểu dữ liệu
Vùng nhớ
X
X
X
1
2.1.3 Tiếp điểm thường đóng
Tham số
Kiểu dữ liệu
Vùng nhớ
Mô tả
Địa chỉ
BOOl
I,Q,M,L,D,T,C
Kiểm tra bit
| / | (Thường đóng) được đóng lại khi giá trị bit được lưu giữ tại
<địa chỉ> quy định bằng "0". Khi tiếp điểm được đóng lại kết quả hoạt động
logic(RLO)="1".
Nếu tình trạng tín hiệu ở <địa chỉ > quy định là "1",tiếp điểm được mở
ra. Khi tiếp điểm được mở ra , điện không chảy qua tiếp điểm và kết quả hoạt
động logic(RLO)="0".
Khi được sử dụng trong bộ, | / | được nối tiếp với bit RLO bởi
logic AND. Khi được nối song song với bit RLO bởi logic OR.
17
trạng thái
BR
CC1
CC0
< address1>
BOOl
I,Q,M,L,D,T,C
Quét bit
< address2>
BOOl
I,Q,M,L,D,T,C
Quét bit
Mô tả
XOR (Bit Exclusive OR) tạo ra một RLO ="1" nếu tín hiệu của hai bit chỉ
định là khác nhau.
2.1.5 . |NOT| lệnh đảo ngược bit nguồn vào
Kí hiệu: |NOT|
|NOT| (Đảo ngược nguồn vào) phủ định bit RLO.
Trạng thái:
BR
CC1
CC0
OV
OS
OR
STA
RLO
/FC
Kết
quả
_
_
_
Một đầu ra phủ nhận có thể được tạo ra bằng cách sử dụng | NOT |
- (dòng điện đảo ngược) đầu vào.
MCR (Master Control Relay) phụ thuộc chỉ được kích hoạt nếu một
cuộn dây đầu ra được đặt bên trong một MCR hoạt động. MCR là tắt, logic
"0" được ghi vào địa chỉ quy định bất kể các tiếp điểm của Role có giá trị như
thế nào thì các cuộn giây trong MCR đều có giá trị là “0”.
Trạng thái:
BR
CC1
CC0
OV
OS
OR
STA
RLO
/FC
Viết
_
_
_
_
_
0
X
_
0
2.1.7. ( # ) Lệnh đầu ra trung bình
Kí hiệu: ( # )
CC0
OV
OS
OR
STA
RLO
/FC
Kết
quả
_
_
_
_
_
0
X
_
1
2.1.8. ( R ) Lệnh Reset
Kí hiệu: ( R )
Tham số
Kiểu dữ liệu
Vùng nhớ
Mô tả
< address>
BOOl
I, Q, M, L, D, T,
C
Reset bit
_
_
_
_
0
X
_
0
2.1.10. RS Reset-Set Flip Flop
Kí hiệu:
Biến số
Kiểu dữ liệu
Bộ nhớ
Mô tả
<address>
BOOL
I, Q, M, L, D
Bit thiết lập hoặc thiết lập lại
S
BOOL
I, Q, M, L, D
Cho phép lập lại chương trình
R
BOOL
I, Q, M, L, D
CC1
CC0
OV
OS
OR
STA
RLO
/FC
Kết
quả
_
_
_
_
_
X
X
X
1
2.1.12. ( N ) lệnh phát hiện sườn không tích cực của RLO
Kí hiệu: ( N )
Tham số
Kiểu dữ liệu
Bộ nhớ
Mô tả
< address>
BOOl
I, Q, M, L, D
2.1.13. ( P ) Lệnh phát hiện sườn tích cực của RLO
Kí hiệu : ( P )
Tham số
Kiểu dữ liệu
Bộ nhớ
Mô tả
< address>
BOOl
I, Q, M, L, D
Điểm nối nhớ, lưu trữ trạng
thái tín hiệu trước đó của
RLO
Mô tả
(P) (Phát hiện sườn tích cực của RLO) phát hiện một sự thay đổi tín hiệu
trong các địa chỉ từ "0" đến "1" và hiển thị nó như là RLO = "1" sau khi chỉ
thị. Nếu địa chỉ thay đổi từ “1”đến “0” thì hiển thị RLO là 1.
Trạng thái:
BR
CC1
CC0
OV
OS
OR
STA
RLO
/FC
Kết
CC1
CC0
OV
OS
OR
STA
RLO
/FC
Kết
quả
X
_
_
_
_
_
_
_
_
2.1.15. NEG Lệnh phát hiện địa chỉ không tích cực
Kí hiệu:
Biến số
Kiểu dữ liệu
Bộ nhớ
Mô tả
<address1>
OV
OS
OR
STA
RLO
/FC
Kết
quả
_
_
_
_
_
X
1
X
1
2.1.16. POS Lệnh phát hiện địa chỉ tích cực
Kí hiệu
Biến số
Kiểu dữ liệu
Bộ nhớ
Mô tả
<address1>
BOOL
I, Q, M, L, D
_
_
_
_
X
1
X
1
M_BIT
POS
Q
address1
address2
Copyright: Tài liệu đại học ©