Bài giảng Thiết bị điều khiển khả trình PLC

.2. Các thành phần chính của PLC S7-201.1. So sánh một số đặc tính của họ PLCs S7-200Yêu cầu tối thiểu về mặt thiết bị:Hình 1-1: Các thành phần cơ bản của hệ thống PLC S7-200So sánh đặc tính của các module của họ S7-200 CPU212, CPU214, CPU 215, CPU 216.Table 1-1Đặc tínhCPU212CPU 214CPU 215CPU 216Kích cỡ vật lýBộ nhớI/O (Inputs/Outputs)I/O cục bộ8DI/6DQ14DI/10DQ14DI/10DQ24DI/16DQModul mở rộng (max)2777Thanh nghi I/O ảo64DI/64DQ64DI/64DQ64DI/64DQ64DI/64DQI/O analog16AI/16AQ16AI/16AQ16AI/16AQ16AI/16AQTập lệnh (Instructions)Truyền thông (Communications)Các đặc tính khác 1.2. Các thành phần chính của PLC S7-200Module CPU chính bao gồm: (H1-2, 1-3, 1-4)CPU: thực hiện chương trình và chứa dữ liệu cho điều khiển các quá trình tự động.Nguồn cấp điện (Power supply)Các đầu vào/ra hệ thống (Inputs/Outputs)Các cổng truyền thông (Communications Port)Các đèn trạng thái (Status light )Hình 1-2: CPU S7-212Hình 1-3: CPU S7-214Hình 1-4: CPU S7-215 hoặc S7-216Module mở rộngChương 2: Cài đặt cấu hình phần cứng và phần mềm cho hệ thống PLC S7-200 2.1. Thiết lập phần cứng cho hệ Micro PLC S7-200.2.2. Cài đặt phần mềm STEP7- Micro/WIN 2.3. Sử dụng STEP7- Micro/WIN để cài đặt các module truyền thông2.4.Thiết lập truyền thông với CPU S7-2002.5. Cách tạo một Project, Program và Data Block2.6. Sử dụng bảng trạng thái2.7. Sử dụng định địa chỉ theo status 2.2. Cài đặt phần mềm STEP7- Micro/WIN2.3 - Sử dụng STEP7- Micro/WIN để cài đặt các module truyền thôngYêu cầu về phần cứngKết nối máy tính PC với S7-200 sử dụng cáp PC/PPIKết nối máy tính với S7-200 sử dụng card MPI hoặc CP.Sử dụng Modem (11 bit) trong truyền thôngCài đặt phần mềm truyền thông trong Step 7-Micro/WinYêu cầu về phần cứngPC với một cáp PC/PPI nối với cổng truyền thông (COM1 hoặc COM2).PC hoặc PG với card CP (Communications processor) hoặc MPI (Multipoint interface).CPU 212 (CPU 214, CPU 215, CPU 216)ModemKết nối máy tính PC với S7-200 sử dụng cáp PC/PPIHình 2.1 – Truyền thông ở chế độ PPIHình 2.2 – Sử dụng cáp PC/PPI trong truyền thông với một vài CPU khác(PC là trạm chủ duy nhất)Kết nối máy PC với S7-200 sử dụng card MPI hoặc CPHình 2.3 – Sử dụng card MPI hoặc CP với các thiết bị Master/SlaveSử dụng Modem (11 bit) trong truyền thôngKý hiệu chân của Null Modem AdapterCài đặt truyền thôngCài đặt phần truyền thông sử dụng Step 7 Micro/Win. Lựa chọn các tham số cho moduleThiết lập tham số cho cáp PC/PPIThiết lập tham số card MPIHình 2.4: Thiết lập truyền thông giữa thiết bị lập trình (PC) và CPUHình 2.5: Hộp thoại giao diện PG/PCHình 2.6: Thuộc tính của PC/PPITab PPI NetworkHình 2-7: Thuộc tính PC/PPITab Local ConnectionHình 2-8: Thuộc tính card MPI-ISAChương 3: Làm quen với một chương trình mẫu3.1- Hệ thống phần cứng cần có3.2 - Chương trình điều khiển máy trộn3.1- Hệ thống phần cứng cần có3.2 - Chương trình điều khiển máy trộn Hình 2.5 : Mô hình máy trộnQuá trình hoạt động của hệ thốngBước 1: Bơm loại mầu thứ nhất và thứ hai vào bìnhBước 2: Giám sát mực sơn trong bình (ở mức cao và mức thấp)Bước 3: Duy trì trạng thái các bơm ở chế độ mởBước 4: Điều khiển động cơ trộn và van hơi nước.Bước 7: Đưa sản phẩm ra khỏi bình trộnBước 8: Đếm số vòng trộnChương trình phần mềm viết theo STLChương trình phần mềm viết theo LADThực hiện chương trìnhBước 1: Tạo một Project mớiBước 2: Tạo một bảng SymbolBước 3: Thực hiện theo LAD hoặc STLBước 4: Tạo một bảng StatusBước 5: Download và giám sát chương trìnhBước 1 :Tạo một Project mớiBước 2 : Xây dựng bảng biểu tượngBước 3: Lập trình theo LADBước 4: Xây dựng bảng trạng tháiBước 5: Giám sát trạng thái Chương 4: Những khái niệm cơ bản lập trình trên CPU S7-2004.1. Các nguyên tắc thiết kế hệ thống PLC4.2. Khái niệm về một chương trình S7-2004.3. Khái niệm về ngôn ngữ lập trình S7-2004.4.Các phần tử cơ bản để xây dựng chương trình4.5. Vòng quét của CPU4.6. Chọn lựa chế độ hoạt động của CPU4.7. Giám sát và kiểm tra chương trình4.1. Các nguyên tắc thiết kế hệ thống PLC1- Phân chia quá trình hoạt động thành từng phần độc lập.2- Mô tả chi tiết chức năng của từng phần (functional specifications).3- Thiết kế các mạch điện an toàn4-Thực hiện các bản vẽ chi tiết các trạm làm việc và cấu hình của PLC có liên quan.5 – Đưa ra danh sách tên ký hiệu cho các địa chỉ tuyệt đối. VD: Hệ thống cắt tự động4.2. Khái niệm về hoạt động của chương trình S7-200Hoạt động của CPU:CPU đọc trạng thái các đầu vàoChương trình trong CPU sẽ sử dụng các đầu vào để tính toán trạng thái logic điều khiển (Khi CPU chạy nó sẽ cập nhật dữ liệu).CPU sẽ đưa dữ liệu ra đầu raMối quan hệ giữa chương trình với đầu vào và đầu raTruy nhập dữ liệu trong miền nhớ (xem chương 5)CPU lưu trạng thái các đầu vào/ra trong các miền xác định của bộ nhớ. Mỗi miền nhớ đó có một tên riêng được sử dụng để truy cập đến dữ liệu ở vùng nhớ đó (VD: I , Q).Step 7 – Micro/Win cung cấp địa chỉ tuyệt đối (absolute addresses) cho tất cả các miền nhớ. Truy nhập đến một vị trị cụ thể bằng cách đánh địa chỉ (VD: I0.0, Q0.1 ).Step 7 – Micro/Win còn cho phép định nghĩa theo tên biểu tượng cho tất cả các địa chỉ tuyệt đối.Địa chỉ tuyệt đối bao gồm:Tên vùng nhớ (VD: I, Q, M, V.)Kích cỡ dữ liệu truy cập (Bit, Byte, W, DW) (hoặc số thứ tự)4.3. Khái niệm về ngôn ngữ lập trình S7-200Ladder logic (LAD)Statement list (STL)Những phần tử cơ bản trong LADTiếp điểm (Contact): mô tả một tiếp điểm của rơle (hoặc một khóa chuyển mạch). Khi tiếp điểm( hoặc khóa) được đóng thì có dòng điện chạy qua.Cuộn dây (coil): mô tả một rơle được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle. Nó hoạt động khi có dòng điện nối tới nó.Hộp (box): mô tả một chức năng nào đó. Chức năng này được thực hiện khi có dòng điện chạy qua.Mạng (Network): mô tả thực hiện một mạch điện hoàn chỉnh. Năng lượng đi từ trái sang phải thông qua các tiếp điểm đã đóng để cung cấp năng lượng cho cuộn dây và hộp.Các phần tử cơ bản của STLNgăn xếp logic trong CPU dùng để thực hiện các điều khiển logic. Ví dụ4.4.Các phần tử cơ bản để xây dựng chương trìnhTổ chức chương trình.Main programSubroutine (optional)Interrupt (optional)Cấu trúc chương trìnhVí dụ4.5. Vòng quét của CPUHình: Vòng quét và tổ chức vùng nhớ1- Đọc các đầu vào2- Thực hiện chương trình3- Thực hiện các yêu cầu truyền thông4- Thực hiện tự chuẩn đoán5- Truyền dữ liệu ra1- Đọc đầu vào số: Bắt đầu của mỗi vòng quét CPU sẽ đọc giá trị hiện thời từ tất cả các đầu vào số mà nối với nó và sau đó ghi chúng lên bộ đệm đầu vào ảo (I).CPU luôn dự trữ khoảng 8bit trong thanh ghi đầu vào ảo. Chúng có thể được dùng, hoặc không được dùng, hoặc được dùng nhớ các bit nhớ nội M.CPU không tự động cập nhật các đầu vào analog mà phải truy cập trực tiếp từ chương trình.2- Thực hiện chương trình: Trong khoảng thời gian của vòng quét, CPU sẽ thực hiện tuần tự từ câu lệnh đầu tiên đến câu lệnh cuối cùng của chương trình. Đối với câu lệnh I/O tức thời thì CPU sẽ truy cập trực tiếp đến các đầu I/O vật lý trong suốt thời gian thực hiện chương trình.Đối với chương trình ngắt thì CPU sẽ thực hiện bất cứ khi nào có sự kiện ngắt xảy ra.3- Xử lý các yêu cầu truyền thông: Trong khoảng thời gian xử lý thông tin của mỗi vòng quét thì CPU sẽ thực hiện bất kỳ một yêu cầu nào nhận được từ cổng truyền thông.4- Thực hiện tự chuẩn đoán: CPU sẽ kiểm tra chương trình nằm trong nó và bộ nhớ chương trình (ở chế độ RUN). Và kiểm tra tất cả trạng thái của các module vào/ra.5- Truyền dữ liệu ra thiết bị ngoại vi:Kết thúc mỗi vòng quét CPU đưa tất cả các giá trị chứa trong thanh ghi đầu ra ảo tới các đầu ra số cùng một lúc.CPU cũng luôn dự trữ khoảng 1byte (8 bit) trong thanh ghi đầu ra ảo. Nếu CPU hoặc module mở rộng không đưa ra các đầu ra vật lý thì các bit này sẽ không được dùng tiếp trong các module tiếp sau. Mà nó có thể được sử dụng như các bit nội M.CPU không cập nhật tự động các đầu ra analog. Vì vậy phải truy cập trực tiếp các đầu ra số từ chương trình.Khi chế độ hoạt động của CPU được chuyển từ RUN -> STOP thì các đầu ra số được thiết lập lên giá trị được đặt trong Output table hoặc chúng được thay thế bởi trạng thái hiện thời của chúng. Các đầu ra analog luôn duy trì ở giá trị đưa ra cuối cùngThực hiện ngắt vòng quét (Interrupting the Scan Cycle): Chương trình ngắt kết hợp với mỗi sự kiện ngắt được đặt trong chương trình như là một phần của chương trình. Và nó chỉ được thực hiện khi có sự kiện ngắt sảy ra (theo mức độ ưu tiên).Các thanh ghi vào/ra ảo (Process-Image I/O Registers) Có lợi ích gì khi sử dụng các thanh ghi ảo?Giúp cho hệ thống ổn định: Việc lấy mẫu tất cả các đầu vào ở đầu mỗi vòng quét sẽ là đồng thời và ổn định. Các đầu ra được cập nhật giá trị sau khi hoàn thành mỗi vòng quét. Cho phép chương trình xử lý nhanh hơn: chương trình truy nhập tới thanh ghi ảo (bộ đệm) sẽ nhanh hơn là truy nhập trực tiếp tới các đầu vào/ra thực.Có tính linh hoạt hơn: các điểm vào/ra thực là các thực thể bit do đó nó phải truy nhập dưới dạng bit. Trong khi đó, nếu truy nhập đến bộ đệm thì ta có thể truy nhập theo nhiều kiểu:bit, byte, word, double word. Vào/ra tức thời (Immediate I/O): Cho phép truy nhập thẳng tới các điểm vào ra thực, mặc dù các thanh ghi ảo vẫn được sử dụng bình thường cho các mục đích đã nêu.Địa chỉ của thanh ghi ảo đầu vào tương ứng sẽ không thay đổi khi thực hiện một lệnh tức thời từ đầu vào.Địa chỉ của thanh ghi ảo đầu ra tương ứng sẽ được cập nhật đồng thời khi thực hiện lệnh tức thời để truy nhập đến đầu ra.Chú ý:Thời gian của một vòng quét sẽ giới hạn tốc độ tín hiệu đầu vào đối với từng loại PLC tương ứng.(Thời gian quét trung bình khoảng từ 10-50 ms).Tốc độ tín hiệu đầu vào phù hợp phải có tần số = 0.22 mm(2) Điện dung<60pF/mĐiện trở thông thường100 – 120 (Ohm)Tốc độ truyềnChiều dài max trong một segment9.6 K – 93.75 K1200 m187.5 Kbaud1000m500 Kbaud400m1.5 Mkbaud200m3 – 12 Mbaud100mRepeater7.3. Truyền dữ liệu sử dụng cáp PC/PPI7.4 - Truyền dữ liệu sử dụng card MPI hoặc CPTênLoạiHệ điều hànhGhi chúMPIAT ISA hoặc được gắn sẵn với thiết bị lập trìnhMS-DOSWindow 3.1xWindow 95, NTGiao thức PPI, 9600 - 19200 baud.Giao thức PPI, MPI, Pro-DP, 9600baud – 1.5MCP 5411AT ISAWindows 95, NTPPI, MPI, Profibus-DP, 9600 baud – 12M7.5. Truyền thông theo chuẩn DPChuẩn PROFIBUS-DP: là một giao thức truyền thông I/O từ xa được định nghĩa theo chuẩn EN 50170.DP master:đặt cấu hình cho DP slave (địa chỉ, tham số).được thông báo vị trí dữ liệu được đọc từ slave (Input) và vị trí lấy dữ liệu đưa tới slave (Output).thiết lập mạng và khởi tạo các DP slave.gửi thông báo về tham số và cấu hình I/O cho Slave.DP slave: sẽ gửi thông báo tới DP master nếu như có một điều kiện không được chấp nhận. Và DP master sẽ đọc thông báo đó. Khi nào Slave chấp nhận các thông tin từ master gửi thì khi đó master sẽ làm chủ được slave.Chú ý: nếu trên mạng có một master khác thì nó có thể đọc các tín hiệu vào ra của slave nhưng nó không được phép gửi bất cứ thông tin nào đến slave.CPU 215 trên mạng PROFIBUSSử dụng CPU 215 như là một DP slave:Port 1 của CPU 215 là một DP port ( 9600 baud – 12Mbaud).Master sẽ làm nhiệm vụ đặt cấu hình cho CPU 215.CPU 215 sử dụng vùng V để truyền và nhận dữ liệu từ master.Dữ liệu trong vùng V này còn có thể dịch chuyển sang một miền nhớ khác trong CPU 215.Cấu hình:Địa chỉ của slave phải phù hợp với địa chỉ đặt trong DP slave. (Có thể thực hiện thay đổi cấu hình bằng cách sử dụng STEP7-Micro/Win để đặt lại).Master thực hiệnh chao đổi dữ liệu với mỗi Slave bằng cách gửi các bản tin từ vùng Output tới bộ đệm Output của slave (gọi là Receive mailbox).Slave sẽ trả lời bản tin đó bằng cách gửi trả vào vùng đệm Input của slave rồi gửi tới vùng Input của Master.VB: variable memory byteP: peripheralPI: peripheral inputPQ: peripheral outputSlaveMasterTính nhất quán trong dữ liệuPROFIBUS-DP hỗ trợ 3 kiểu nhất quán dữ liệu (Data consistency):Byte: các byte phải được truyền đi như một khối thống nhất.Word: các byte cấu tạo lên một word phải được truyền đồng thời.Bộ đệm dữ liệu (Buffer): toàn bộ bộ đệm phải được truyền theo một khối đơn. Token-passing NetworkChương 8 - Tập hợp các lệnh trong CPU S7-2008.1. Các vùng hợp lệ (cho phép) trong CPU S7-2008.2. Các lệnh tiếp điểm thông thường8.3. Các lệnh tiếp điểm so sánh8.4. Các lệnh đầu ra8.5. Các lệnh điều khiển Timer, Counter, Clock, Pusle.8.6. Các lệnh điều khiển vòng lặp trong toán học và PID8.7. Các lệnh tăng và giảm8.8. Các lệnh Move, Fill và Table 8.9. Các lệnh dịch và đảo8.10. Các lệnh điều khiển chương trình8.11. Các lệnh thao tác với ngăn sếp logic (Logic stack)8.12. Các toán tử logic8.13. Các lệnh chuyển đổi (Conversion)8.14. Các lệnh xử lý truyền thông và ngắt.