5 4 3 2 1
9 8 7 6
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
Chơng 3
Thiết kế tìm hiểu về PLc và bộ biến tần cho cân dóng bao
3.1. Tìm hiểu về PLC
3.1.1: Cấu tạo chung của PLC
- Thiết bị điều khiển lôgic khả trình (Program mable Logic Control) viết tắt là
PLC. Là loại thiết bị cho phép thực thiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua
một ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
- Để có thể thực hiện đợc một chơng trình điều khiển PLC phải có tính năng nh
một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lu ch-
ơng trình điều khiển dữ liệu và các cổng vào /ra để giao tiếp đợc với đối tợng điều khiển
và để trao đổi thông tin với môi trờng xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán
điều khiển số PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt nh bộ đếm (Counter),
bộ thời gian (Time)... và những khối hàm chuyên dụng
. Bộ xử lý trung tâm CPU
- Bộ xử lý trung tâm là hạt nhân của plc, nó thực hiện các phép tính logic, số học
và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống
- Bộ xử lý gọi các lệnh từ bộ nhớ để thực hiện một cách tuần tự. Theo chơng trình
nó xử lý các thông tin đầu vào và chuyển kết quả xử lý đến đầu ra. Trên thực tế mọi PLC
thế hệ mới đều dựa trên kỹ thuật vi xử lý chuyên dụng để điều khiển các chức năng phức
tạp nh các phép tính toán học hay bộ điều chỉnh PID.
3.1.1.2. Bộ nớ
Mọi PLC đều dựa trên 2 loại bộ nhớ là ROM và RAM có dung lợng tùy thuộc
vào thiết kế riêng của từng loại PLC việc sử dụng các phần của bộ nhớ phụ thuộc vào thiết
kế hệ thống của nhà sản xuất, tuy nhiên có thể phân chia bộ nhớ của PLC ít nhất thành 5
vùng sau :- Bộ nhớ điều hành (Executive Memory)
- Bộ nhớ hệ thống (System Memory)
- Bảng ảnh vào ra (I/O Image Table)
- Bộ nhớ số liệu (Data Memory)
* Bộ nhớ chơng trình
2
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
- Vùng cuối của bộ nhớ trong PLC đợc dùng để chứa chơng trình của ngời sử
dụng. Đây là vùng nhớ mà hệ điều hành sẽ chỉ cho CPU đọc và thực hiện các lệnh của ch-
ơng trình. Vùng nhớ chơng trình có thể đợc chia nhỏ tiếp nếu CPU dùng một phần của bộ
nhớ này để lu giữ các thông báo mã ASCII. Các chơng trình con hay các hàm đặc biệt
khác.
- Phần lớn các PLC lu giữ các số liệu và chơng trình sử dụng trong RAM. Một số
hệ thống cho phép lu giữ cả chơng trình và vùng số liệu cố định trong bộ nhớ EPROM.
Khi đó ngời sử dụng có thể lập triình chạy thế trong RAM cho hoạt động trớc khi nạp vào
EPROM. Lu ý rằng bộ nhớ RAM có đặc điểm là nội dung bộ nhớ thay đổi nhanh nhng bộ
nhớ sẽ bị xóa khi có lỗi nguồn cung cấp và không có nguồn backup. Để lu giữ an toàn ch-
ơng trình điều khiển phải ghi vào bộ nhớ EPROM hoặc EEROM. Tuy nhiên các bộ nhớ
ROM có thời gian truy cập lớn nên khi khởi tạo PLC các chơng trình điều khiển trên bộ
nhớ phụ (EPROM hoặc EEROM) này thờng đợc sao chép vào RAM nhằm tăng tốc độ
của hệ thống.
3.1.1.3. Kối vào ra:
- Khối vào ra của PLC thực hiện công việc ghép nối giữa các thiết bị công nghiệp
công suất lớn với mạch điện tử cống suất nhỏ chứa và thực hiện chơng trình điều khiển.
Phần lớn các PLC thực hiện công việc ghép nối giữa các thiết bị công nghiệp công suất
lớn với các điện áp trong từ 5 ữ 15 V ( Điện áp TTL và CMOS). Trong khi tín hiệu từ thiết
bị vào có thể lớn hơn rất nhiều, thờng từ 245 ữ240V. Với dòng vào một vài ampe.
Nh vậy khối vào ra là một bộ ghép nối giữa mạch điện tử của PLC với thế giới
bên ngoài do đó đảm bảo đợc trạng thái tín hiệu cần thiết với tính chất cách ly. Điều này
cho phép PLC đợc nối trực tiếp với các cơ cáu chấp hành. Các thiết bị vào ra mà không
cần mạch điện hoặc rơle trung gian Một tiêu chuẩn đề ra đối với tất cả các kênh I/O là
phải đợc cách ly với hệ điều khiển vi xử lý đắt tiền bằng việc sử dụng mạch Optoilatore
trên các modul vào ra.
- ở PLC cỡ nhỏ có các đầu vào ra trong cùng một khối với CPU thì các đầu vào ra
các khối hàm chuyên dụng.
Phần cứng có 1 bộ điều khiển khả trình PLC đợc cấu tạo thành các modul. Một bộ
PLC thờng có các modul sau :
- Modul nguồn (PS)
- Modul bộ nhớ chơng trình.
- Modu đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
- Modul đầu vào, ra.
- Modul ghép nối.
- Modul chức năng phụ.
Bộ nhớ chơng trình
Khối xử lý trung tâm và hệ điều hành
Bộ định thời gian
Bộ đếm
Bít cờ
Bộ đệm vào ra
Cổng vào ra onboard
Cổng ngắt và đếm tốc độ cao
Quản lý ghép nối
CPU
Hình 3.2; sơ đồ cấu trúc bên trong PLC của hãng SIEMENS
5
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
Mỗi modul đợc ghép thành 1 đơn vị riêng, có phích cắm nhiều chân để cắm vào
rút ra đợc dễ dàng trên trên một panel cơ khí có dạng hộp hoặc bảng.
Trên panel có lắp các đờng :
- Đờng ray nguồn để dẫn nguồn một chiều lấy từ đầu ra của modul nguồn PSCN
( thờng là 24 V ) đến cung cấp cho các modul khác.
- Bus liên lạc để trao đổi thông tin giữa các modul với thế giới bên ngoài.
a. Đơn vị xử lý trung tâm CPU.
Mỗi một thiết bị PLC chỉ có một modul CPU. Có 2 loại đơn vị xử lý trung tâm
EPROM
Miền nhớ ngoài
Hình 3.3; Cấu trúc bộ nhớ của S7 200
* Vùng nhớ chơng trình :
7
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
Là vùng nhớ đợc dùng để lu giữ chơng trình, vùng này thuộc kiểu đoc ghi đợc
(non volatile). Chơng trình điều khiển hiện hành đợc lu trữ trong bộ nhớ chơng trình
bằng các bộ phận lu trữ điện từ nh RAM, PROM hay EPROM. Chơng trình đợc tạo ra với
sự giúp đỡ của 1 thiết bị lập trình cắm trên panel của PLC.
Một nguồn điện duy trì là cần thiết cho RAM ngay cả trong trờng hợp mất nguồn
chính. Ngời ta cho phép thiết kế thành modul để cho phép rhực hiện các chức năng điều
khiển có quy mô khác nhau. Đồng thời muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm các thẻ nhớ
vào panel của PLC.
* Vùng nhớ tham số:
Là vùng lu giữ các tham số nh từ khoá, địa chỉ trạm Cũng giống nh vùng chơng
trình, vùng tham số thuộc kiễu đọc ghi đợc (non - volatile).
* Vùng nhớ dữ liệu:
Vùng nhớ dữ liệu đợc sử dụng để cất dữ liệu của chơng trình bao gồm kết quả các
phép tính, hằng số đợc định nghĩa trong chơng trình, bộ đệm truyền thông Một phần
của vùng nhớ này (200 byte đầu tiên với CPU 212 và 1k byte đầu tiên với CPU 214) thuộc
kiểu ghi đợc(non - volatile).
Vùng nhớ dữ liệu là miền nhớ động, nó có thể đợc truy nhập theo từng bit, từng
byte hay từ đơn (word) hoặc từ kép. Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các
dữ liệu kiểu bảng thờng chỉ đợc sử dụng theo những mục đích nhất định.
Vùng nhớ dữ liệu lại đợc chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác
nhau. Chúng đợc kí hiệu bằng những chữ cái đầu tiên của tên tiếng Anh đặc trng cho công
dụng của chúng nh sau:
+ V Variable memory/miền đọc ghi đợc
+ I Input image register/ miền đệm cổng vào
tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân gọi là cổng MPI.
Thêm vào đó, các chức năng phụ cũng cần thiết hoạt động song song với các chức
năng thuần tuý của 1 PLC cơ bản. Cũng có khi ngời ta ghép thêm các thẻ điện tử phụ đặc
biệt để tạo ra các chức năng phụ đó. Trong các trờng hợp này đều phải dùng đến mạch
phối ghép.
Hình 3.4. Sơ đồ chân cổng truyền thông RS 485
9
Chân
Chức năng
1
Đất
2
Nguồn 24 VDC
3
Truyền nhập dữ liệu
4
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
Ghép nối S7 200 với máy tính PC thông qua cổng RS 232 cần có cáp nối
PC/PCI với bộ chuyển đổi RS 232/RS 485.
S7 200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS với phích cắm 9 chân để phục vụ
cho việc ghép nối với các thiết bị lập trình khác hoặc các trạm PLC khác. Tốc độ truyền
của máy lập trình kiểu PPI lag 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự
do là 300 đến 38400 baud.
f. Các cức năng pụ
10
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
- Bộ nhớ duy trì : có chức năng nh rơle duy trì , nó duy trì tín hiệu khi mất nguồn
điện. Khi đợc cấp nguồn trở lại thì bộ chuyển đổi bộ nhớ nằm ở trạng thái nh trớc lúc mất
nguồn.
Truyền thông và kiểm tra
nội bộ
Đọc dữ liệu từ ngoại vi vào bộ đệm ảo
Thực hiện chơng trình
Hình 3.5. Vòng quét chơng trình trong PLC S7 - 200
3.2.3. Phơng pháp lập trình với PLC.
Có thể lập trình cho PLC S7 200 bằng cách sử dụng 1 trong các phần mềm sau
đây :
- STEP7 Micro/Dos
- STEP7 Micro/Win
Những phần mềm này đều có thể cài đặt đợc trên các máy tính lập trình họ PG7xx
hay trên các máy tính cá nhân PC.
12
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
Các chơng trình cho PLC S7 200 phải có cấu trúc bao gồm : Chơng trình chính
(main program) và sau đó là các chơng trình con và các chơng trình xử lý ngắt đợc chỉ ra
ở dới đây :
- Chơng trình chính đợc kết thúc bằng lệnh MEND.
- Chơng trình con là bộ phận của chơng trình . Các chơng trình con phải đợc viết
sau lệnh kết thúc chơng trình chính MEND.
Các chơng trình xử lý ngắt là một bộ phận của chơng trình. Nếu cần sử dụng chơng trình
xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chơng trình chính MEND.
Các chơng trình con đợc nhóm lại thành 1 nhóm ngay sau chơng trình chính. Sau
đó đến ngay chơng trình xử lý ngắt. Bằng cách viết nh vậy, cấu trúc chơng trình đợc rõ
ràng và thuận tiện hơn trong việc đoc chơng trình sau này. Có thể do trộn lẫn các chơng
trình con và chơng trình xử lý ngắt đằng sau chơng trình chính.
Cách lập trình cho S7 200 nói riêng và cho các PLC nói chung của SIEMENS
dựa trên 2 phơng pháp cơ bản :
- Phơng pháp hình thang (Ladder logic) viết tắt là LAD
- Phơng pháp liệt kê ( Statement List) viết tắt là STL.
Mô tả lệnh bằng LAD:
LAD Mô tả Toán hạng
n Tiếp điểm thờng mở sẽ đợc
đóng nếu n= 1
n: I, Q, M, SM, T,C, V (bit)
n Tiếp điểm thờng đóng sẽ mở khi
n= 1
n Tiếp điểm thờng mở sẽ đóng
thức thời khi n= 1
n: I
n Tiếp điểm thờng đóng sẽ mở
thức thời khi n= 1
Mô tả lệnh bằng STL:
Lệnh Mô tả Toán hạng
LD n Lệnh nạp gía trị logic của điểm n đầu tiên
trong ngăn xếp
n: I,Q,M,SM,T
(bit) C,V
15
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
LDN n Lệnh nạp nghịch đảo của điểm n vào bit đầu
tiên trong ngăn xếp
LDI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n
vào bít đầu tiên trong ngăn xếp.
n: I
LDNI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic nghịch đảo của
điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp
Lện ra.
OUT PUT ( = ): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit đ-
ợc chỉ định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi.
SET (S)
RESET (R)
16
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã đợc thiết kế. Trong LAD, lôgic
điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các
cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm).
Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu
bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp
điểm (giới hạn từ 1 đến 255) Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này.
Mô tả lệnh S và R bằng LAD:
LAD Mô tả Toán hạng
S' BIT
S' BIT
S' BIT
(S)
n
Đóng một mảng gồm n tiếp
điểm
kể từ S_ BIT
S_ BIT: I, Q, M, SM, T
C,V(bit)
n: IB,QB, MB, SMB, VB
(byte) AC, hằng số, *VD,
* AC
(R)
n
Ngắt một mảng gồm n tiếp
(R I
n
)
Ngắt tức thời một mảng
gồm n các tiếp điểm kể từ
địa chỉ S_BIT
Mô tả lệnh S (set) và R (Reset) bằng STL nh sau:
Lệnh Mô tả Toán hạng
S S_BIT n Ghi giá trị logic, vào một mảng gồm n bit
kể từ địa chỉ S_BIT
S_BIT : I, Q, M,
SM, T C,V
(bit)
R S_BIT n xoá một mảng gồm n bit kể từ địa chỉ
S_BIT. Nếu S_BIT lại chỉ vào Timer hoặc
Counter thì lệnh sẽ xoá bit đầu ra của Timer/
Couter.
SI S_BIT n Ghi tức thời giá trị logic 1 vào một mảng
gồm n bít kể từ địa chỉ S_BIT
S_BIT: Q
n: IB,QB, MB,
SMB,VB
(byte)AC,hằng
số,
*VD, * AC
RI S_BIT n Xoá tức thời một mảng gồm n bít kể từ địa
chỉ S_BIT
Các lện logic đại số boolean
Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập đợc các mạch logic (không có
ANI n
ONI n
Lệnh thực hiện toán tử (A) và (O) giữa
giá trị logic nghịch đảo của tiếp điểm n và
giá trị bit đầu tiên trong ngăn xếp. Kết quả đ-
ợc ghi lại vào bit đầu của ngăn xếp
Các lện điều kiển Timer.
Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều kiện
vẫn thờng đợc gọi là khâu trễ.
Với S7-200 có 64 Timer (với CPU 212) hoặc 128 Timer (với CPU 214) đợc chia
làm hai loại khác nhau.
Lệnh
Độ phân
giải
Giá trị cực đại CPU 212 CPU 214
19
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
TON 1 ms 32,767s T32 T32, T96
10ms 327,67s
T33 ữT36 T33 ữT36, T97 ữT100
100ms 3276,7s
T37 ữT63 T37ữ T63, T101 ữ T127
TONR 1 ms 32,767s T0 T0, T64
10ms 327,67s
T1 ữ T4 T1 ữ T4, T 65 ữ T68
100ms 3276,7s
T5 ữT31 T5 ữ T31, T 69 ữ T95
- Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (ON- Delay Timer), ký hiệu là TON.
- Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), ký hiệu là TONR.
Cả hai Timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời
(word) QW, MW, SMW
AC, AIW, VD
AC, hằng số
TONR- Txx
IN
PT
Khai báoTimer số hiệu xx kiểu TONR để
tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN
đợc kích. Nếu nh giá trị đếm tức thời lớn
hơn hoặc bằng giá trị đặt trớc PT thì T-
bit có giá trị logic bằng 1. Có thể reset
Timer kiểu TONR bằng lệnh R cho T- bit
CPU 212 và 214 CPU 214
1 ms T0 T64
10ms T1ữ T4 T65 ữ T68
100ms T5 ữ T31 T69 ữ T95
Txx: CPU: 212: 0 ữ 31
(word) CPU 214: 0 ữ31
64ữ 95
PT VW, T,C, IW
(word) QW, MW, SMW
AC, AIW, VD
AC, hằng số
Cú pháp khai báo sử dụng Timer trong STL nh sau
STL Mô tả Toán hạng
21
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
TON Txx
n
100ms T5 ữ T31 T69 ữ T95
Txx: CPU: 212: 0 ữ 31
(word) CPU 214: 0 ữ31
64ữ 95
n VW, T,C, IW
(word) QW, MW, SMW
AC, AIW, VD
* AC, hằng số
Các lện điều kiển Counter
Counter là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sờn xung trong S7- 200. Các bộ đếm của S7-
200 đợc chia làm 2 loại: Bộ đếm tiến CTU và bộ đếm tiến/ lùi (CTUD)
22
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
- Bộ đếm tiến CTU đếm số sờn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi
trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu.
Bộ đếm tiến/ lùi CTUD đếm tiến khi gặp sờn lên của xung vào cổng đếm tiến ký hiệu là
CU trong LAD hoặc bit thứ 3 của ngăn xếp trong STL và đếm lùi khi gặp sờn lên của
xung vào cổng đếm lùi đợc ký hiệu là CD trong LAD hoặc bit thứ 2 của ngăn xếp trong
STL.
Bộ đếm tiến CTU có miền giá trị đếm tức thời từ 0 đến 32767.
Bộ đếm tiến/ lùi CTUD có miền giá trị đếm tức thời là - 32768 ữ 32767.
Lệnh khai báo sử dụng bộ đếm trong STL nh sau:
STL Mô tả Toán hạng
CTU Cxx n Khai báo bộ đếm tiến theo sờn lên của
CU. Khi giá trị đếm tức thời C - word
lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trớc n, C -
bit có giá trị logic bằng 1. Bộ đếm đợc
reset khi đầu trong ngăn xếp có giá trị
logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm khi C-
word đạt đợc giá trị cực đại 32.767
kiện MEND. Có thể sử dụng lệnh kết thúc có điều kiện END trớc lệnh kết thúc không
điều kiện.
Lệnh STOP kết thúc chơng trình, nó chuyển điều kiện chơng trình đến chế độ STOP.
Nếu nh gặp lệnh STOP trong chơng trình chính hoặc trong chơng trình con thì chơng trình
đang đợc thực hiện sẽ đợc kết thúc ngay lập tức.
Các lện so sán
Khi lập trình ,nếu quyết định về điều khiển đợc thực hiện đa trên kết quả của việc so
sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo bye từhay từ kép của S7-200.
LAD sử dụng lệnh so sánh để so sánh giá trị của bye từ,và từ kép (giá trị thực hoặc
nguyên).những lệnh so sánh thờng là :so sánh nhỏ hơn bằng(<=); so sánh lơn hơn
bằng(>=); so sánh bằng(=).
Khi so sánh giá trị của bye thì không cần phải để ý đến dấu của toán hạng ngợc lai khi
so sánh các từ hoặc từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán hạng là bít cao nhất
trong từ hoặc từ kép.
Biểu diễn các lệnh so sánh trong LAD
24
Cơng 3: Tiết kế tìm iểu về plc vầ bộ biến tần co cân dóng bao
Lad Mô tả Toán ạng
= = B
n1 n2
n2 n1
= = I
= = R
n1 n2
n2 n1
= = D
Tiếp điểm thờng mở khi n1=n2
B=Byte
I=integer
D=double interger
B=Byte
I=integer
D=double interger
R=Real
n1,n2: VD,ID,QD
( từ kép ) MD,SMD
AC,HC,CONST,
*VD,AC
Biểu diễn trong STL
25
Copyright: Tài liệu đại học ©