Phần I: Trình bày lý thuyết

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
1
PHẦN 1 TRÌNH BÀY LÝ THUYẾT



Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều
khiển bằng relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :
- Lập trình dễ dàng , ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản , sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn có thể chứa được những chương trình phức tạp.
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp .
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các
modul mở rộng.
- Giá cả có thể cạnh tranh được.

Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình
điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được
xác định bởi một chương trình, chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn
thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi
chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ
được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với
các bộ dây nối hay relay.

1. 2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC

Chương I: Tìm hiểu chung về PLC

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
3
1.2.1 Cấu trúc

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :

 Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công
nghệ chế tạo .
 Các PLC loại lớn có kích thước từ 1k ÷ 16k, có khả năng chứa từ 2000
÷ 16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.

1.2.2.3 Các ngỏ vào ra I/O

Chương I: Tìm hiểu chung về PLC

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
4
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của
PLC ), các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ).

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiêu xử lý là
12/24 VDC hoặc 100/240 VAC.

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh
I/O được cung cấp bỡi các đèn led trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt
động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON/OFF) để thực hiện việc
đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.

1.2.3 Các hoạt động xử lý bên trong PLC

Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được
lưu trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ.

Hình 1.1: So sánh PLC với các hệ thống điều khiển khác Điều khiển
Với chức năng được lưu trữ bằng
Tiếp xúc vật lý


THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH S7 200 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) là
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thao tác điều khiển số thông qua một ngôn
ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy với
chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ
dàng thay đổi thuật toán đặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung
quanh ( với các PLC hoặc máy tính).
Hình 2.1: SIMATIC S7 của Siemen Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214.
Về hình thức bên ngoài sự khác nhau của 2 loại CPU nhận biết được nhờ số đầu

2.1.1 Các thông số của CPU 214

 CPU - 214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở
rộng.
 2.048 từ đơn (4 kbyte) thuộc miền nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương
trình (vùng nhớ có giao diện với EPROM).
 2.048 từ đơn (4 kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512 từ đầu
thuộc miền non-volatile.
 Tổng số ngõ vào/ra cực đại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra.
 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 timer 1ms, 16 timer
10ms và 108 timer 100ms.
 128 bộ đếm chia làm 2 loại: Chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi.
 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
 Các chế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc
xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.
 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2khz và 7 khz.
 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.
 2 bộ điều chỉnh tương tự.
 Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ
khi PLC bị mất nguồn cung cấp.

Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
8
2.1.2 Các đèn báo trên S7-200 CPU 214

 SF (đèn đỏ): đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.
 Run (đèn xanh): đèn xanh run chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực

Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
9

Hình 2.3: Cổng truyền thông
8
9
Đất
24 VDC
Truyền và nhận dữ liệu
Không sử dụng
Đất
5 VDC (điện trở trong 100Ω)
24 VDC (120 mA tối đa)
Truyền và nhận dữ liệu
Không sử dụng

chân giải thích
Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
10
EPROM

Miền nhớ ngoài

- Nối đầu còn lại của cáp PC/PCI (RS485) vào cổng giao tiếp của CPU S7-
200.

2.2 Cấu trúc bộ nhớ

Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu
trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng
động cao, đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (special

kép (dw_ double word), vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các
Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
11
công dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng anh, đặc
trưng cho công dụng riêng của chúng như sau:

V : Variable memory.
I : Input image register.
O : Output image regiter.
M : Internal memory bits.
SM : Special memory bits.

Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng từ
(word) hoặc từ kép (double word).

 Vùng đối tượng

Bao gồm các thanh ghi timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi
AC. Vùng này không thuộc kiểu non-volatile nên đọc/ghi được .

2.3 Mở rộng cổng vào ra

CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 modul (bao gồm modul số và modul
tương tự). Có thể mở rộng cổng vào, ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó
các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích. Địa chỉ của
các vị trí của các modul được xác định cùng kiểu. Ví dụ như một modul cổng ra
không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự

Có thể được lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần
mềm :
Step 7 – micro / dos
Step 7 – micro / win

2.4.1 Thực hiện chương trình của S7-200

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng
vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng
quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc
MEND. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và

CPU 214
Modul 0
4vào/4a
Modul 1 8
vào
Modul 2
3vào/1a
analog
Modul 3
8 ra
Modul 4
3vào/1ra
I0.0 Q0.0
I0.1 Q0.1
I0.2 Q0.2

I0.3 Q0.3
AQW 0
Q3.0
Q3.1
Q3.2
Q3.3
Q3.4
Q3.5
Q3.6
Q3.7
AIW8
AIW12
AQW 4
Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
13
kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm
ảo tới các cổng ra.
.
3. Truyền thông và
tự kiểm tra lỗi
2.Thực hiện
chương trình

1. Nhập dữ liệu từ
ngoại vi vào
Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
14
Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên ba
phương pháp cơ bản.
- Phương pháp hình thang (ladder, viết tắt là LAD).
- Phương pháp liệt kê lệnh (statement list, viết tắt là STL).
- Phương pháp lập trình theo biểu đồ khối FBD (Function block diagram):

Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự động
tạo ra một chương trình theo dạng STL tương ứng. Ngược lại không phải mọi
chương trình viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD.

Phương pháp hình thang (LAD): LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ
họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của
bảng điều khiển bằng rơle. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để
biểu diễn lệnh logic như sau:
 Tiếp điểm: Là biểu tượng mô tả các tiếp điểm của rơle.
Tiếp điểm thường mở:
Tiếp điểm thường đóng:
 Cuộn dây (coil):   mô tả rơle được mắc theo chiều dòng điện cung

Để tạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ
phương thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của CPU S7-200. Ngăn xếp là một khối 9
bit chồng lên nhau, tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với
bit đầu tiên hoặc với bit thứ 2 của ngăn xếp. Giá trị logic mới đều có thể được gửi
(hoặc có thể được nối thêm ) vào ngăn xếp khi có yêu cầu phối hợp hai bit đầu của
ngăn xếp thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit.
Hình 2.9: Cấu trúc của một ngăn xếp

 Phương pháp lập trình theo biểu đồ khối FBD:

STEP7 Micro/Win32 cho phép tạo ra các lệnh như các hộp logic giống với
các biểu đồ cổng chung. Trong FBD không có tiếp điểm và cuộn dây như của dạng


LD I0.0
A I0.1
LDN I0.2
A I0.3
OLD
= Q0.0

Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
16
Ví dụ: Hình 2.10: Ví dụ phương pháp lập trình FBD

2.5.2 Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 214

Phương pháp truy nhập Giới hạn cho phép của các toán hạng

Truy nhập bit (địa chỉ byte,
chỉ số bit)

30)
AQW (0 30)
hằng số
Truy nhập từ kép
VD (0 4092)
ID (0  4)
QD (0  4)
MD (0  28)
SMD (0  82)
AC (0  3)
HC (0  2)
hằng số.

Bảng 2.2: Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 214

2.6 Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình

2.6.1 Các lệnh vào, ra

 Lệnh LD, LDN trong LAD như sau:

Bảng 2.3: Mô tả lệnh LD, LDN trong LAD LAD Mô tả Toán hạng
LD N Tiếp điểm thường mở sẽ được
đóng nếu n = 1.

N: Q (bít)

Bảng 2.4: Mô tả lệnh Output bằng LAD

2.6.2 Lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm

 Set (S) và Reset (R):

Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD,
lệnh điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển
đến các cuộc dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các
tiếp điểm).

LAD Mô tả Toán hạng
Đóng một mảng gồm N các
tiếp điểm kể từ S bit.

S bit: I, Q, M, SM, T, C,
V
N (byte): IB, QB, MB,
SMB, VB,AC, hằng số,
*VD, *AC
Đóng một mảng gồm n các
tiếp điểm kể từ S bit. Nếu S
bit lại chỉ vào timer hoặc
counter thì lệnh sẽ xóa bít đầu
ra của timer / counter đó. Đóng tức thời một mảng gồm

ngăn xếp). LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt để tác động vào dòng cung cấp. Các
tiếp điểm đặc biệt không có toán hạng riêng của chính chúng và vì thế phải đặt
chúng vào vị trí phía trước của cuộn dây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp
dương/âm có nhu cầu về bộ nhớ, nên đối với CPU 214 là 256 lệnh. LAD Mô tả Toán hạng

Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng
cung cấp. Nếu dòng cung cấp có tiếp
điểm đảo thì nó bị ngắt mạch, nếu
không có tiếp điểm đảo thì nó thông
mạch.
Không có Tiếp điểm chuyển đổi dương cho phép
dòng cung cấp thông mạch trong một
vòng quét khi sườn xung điều khiển
chuyển từ 0 lên 1
Không có Tiếp điểm chuyển đổi âm cho phép
dòng cung cấp thông mạch trong một
vòng quét khi sườn xung điều khiển
chuyển từ 1 xuống 0.
Không có

Bảng 2.6: Mô tả lệnh các lệnh tiếp điểm đặc biệt

B = byte
I = integer
D = double integer
R = real n1, n2 (byte) : VB ,
IB , QB, MB, SMB ,
AC , CONST , *VD*,
AC

Tiếp điểm đóng khi
n1 > n2
B = byte
I = integer
D = double integer
R = real

n1, n2 (từ): VW, T, C,
IW, QW, MW,
SMW,AC, AIW,
Hằng số, *VD, *AC

n1
n2
= = B
n1

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
21
Tiếp điểm đóng khi
n1 < n2
B = byte
I = integer
D = double integer
R = real
n1, n2(từ kép):VD,
ID, QD, MD, SMD,
AC, HC, hằng số,
*VD, *AC

Bảng 2.7: Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD:

2.6.5 Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con:

Các lệnh của chương trình, nếu không có những lệnh điều khiển riêng thì sẽ
được thực hiện theo thứ tự từ trên xuống dưới trong một vòng quét. Lệnh điều khiển
chương trình cho phép thay đổi thứ tự thực hiện lệnh. Chúng cho phép chuyển thứ
tự thực hiện, đáng lẽ ra là lệnh tiếp theo nhưng tới một lệnh bất cứ nào khác của
chương trình, trong đó nơi điều khiển chuyển đến phải được đánh dấu trước bằng
một nhãn chỉ đích thuộc nhóm lệnh điều khiển chương trình gồm: lệnh nhảy, lệnh
gọi chương trình con, nhãn chỉ đích, hay gọi đơn giản là nhãn, phải được đánh dấu
trước khi thực hiện lệnh nhảy hay lệnh gọi chương trình con.


n1
n2
< = D
Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
22
Lệnh nhảy JMP và lệnh gọi chương trình con SBR cho phép chuyển điều
khiển từ vị trí này đến vị trí khác trong chương trình. Cú pháp của lệnh nhảy và lệnh
gọi chương trình con trong LAD và STL đều có toán hạng là nhãn chỉ đích (nơi
nhảy đến, nơi chứa chương trình con).

Lệnh nhảy, lệnh gọi chương trình con, lệnh khai báo nhãn và lệnh thoát khỏi
chương trình con được biểu diễn trong LAD:

LAD Mô tả Toán hạng
Lệnh nhảy thực hiện việc
chuyển điều khiển đến nhãn n
trong một chương trình.
n: 0  255 Lệnh khai báo nhãn n trong

n
( CALL
)
n
( CRET
)
n
( RET
)
SBR:n
Chương II: Thiết bị điều khiển lập trình S7-200

SVTH: Nguyễn Phước Hậu
MSSV: 1041037
23

Các lệnh này được dùng để kết thúc chương trình đang thực hiện, và kéo dài
trong khoảng thời của một vòng quét.
Trong LAD và STL chương trình chính phải được kết bằng lệnh kết thúc
không điều kiện MEND. Có thể sử dụng lệnh kết thúc có điều kiện END trước lệnh
kết thúc không điều kiện.
Lệnh STOP kết thúc chương trình, nó chuyển điều khiển chương trình đến
chế độ STOP. Nếu gặp lệnh STOP trong chương trình chính hoặc trong chương
trình con thì chương trình đang thực hiện sẽ được kết thúc ngay lập tức.
Lệnh rỗng NOP không có tác dụng gì trong việc thực hiện chương trình.
Lệnh NOP này phải được đặt trong chương trình chính, hoặc chương trình ngắt,
hoặc chương trình con.
Lệnh WDR sẽ khởi động lại đồng hồ quan sát (watchdog timer) và chương
trình tiếp tục được thực hiện trong vòng quét ở chế độ quan sát.

Hình 2.12: Giản đồ thời gian của TON

 Timer tạo thời gian trễ có nhớ (timer on delay retentive), ký hiệu là TONR
Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian nhất
định, còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo trong nhều khoảng thời gian khác
nhau. Hình 2.13: Lệnh TON trong LAD

Hình 2.14: Giản đồ thời gian của TONR
IN: cho phép Timer hoạt động
Txxx: số hiệu Timer

TON
TOFF
1 ms 32,767s
T32T96
10 ms 327,67s
T33T36; T97 T100
100 ms 3276,7s
T37T63; T101 T127
IN: Cho phép Timer hoạt động
Txxx: Số hiệu Timer
PT: Giá trị đặt cho Timer

Trích đoạn Cấu tạo của động cơ không đồng bộ Các loại cảm biến: Cảm biến đo vận tốc Nguyên lý hoạt động của quá trình đảo lúa: Chương trình PLC

---