Thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm trong nhà trồng

hệ, cơ bản hệ thống thiết bị bao gồm: nhà trồng, hệ thống thiết bị chăm sóc trong nhà trồng, hệ thống thiết bị phụ trợ. Trong giai đoạn hiện nay ở nước ta tốc độ khai thác và sử dụng tài nguyên đất, nước cho các mục tiêu đo thị hoá, xây dựng khu công nghiệp, khu chế biến… đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng. Vì vậy quỹ đất phục vụ cho sản xuất nông nghiệp đang ngày càng bị thu hẹp. Mặt khác nhu cầu về các loại sản phẩm nông sản của người dân ngày cang cao không những về số lượng mà còn cả về chất lượng. Tuy nhiên hệ thống cơ sở hạ tầng và các dịch vụ sản xuất nông nghiệp ở nước ta được đánh giá là còn yếu, chưa đáp ứng được yêu cầu công về sản xuất nông nghiệp so với các nước trên thế giới nói chung cũng như các nước trong khu vực nói riêng. Việc áp dụng công nghệ sản xuất cây thực phẩm, cây ăn quả, cây hoa… trong nhà trồng (nhà kính, nhà lưới) và áp dụng các phương pháp tưới tự động nhằm nâng cao năng xuất, sản lượng, chất lượng cũng như sản xuất chuyên canh từng loại cây trồng trong từng khu vực đối với từng vùng, đặc biệt ở nước ta với điều kiện khí hậu tương đối khắc nghiệt đang được coi là vấn đề cấp thiết. Trước những vấn đề đó việc nghiên cứu, khảo sát, đánh giá thực trạng tình hình sử dụng nhà trồng trong nước cũng như tham khảo các mô hình nhà trồng trên thế giới làm cơ sở để định hướng, lựa chọn, cải tiến cấu trúc nhà trồng, thiết bị phụ trợ cho nhà trồng phục vụ sản xuất nông nghiệp trong nước góp phần nâng cao đời sống, cũng như giảm bớt sức lao động cho người nông dân hiện nay là cần thiết. Hiện nay trên thị trường thế giới có rất nhiều hệ thống và thiết bị điều khiển ứng dụng vào sản xuất công nghiệp và nông nghiệp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành và giảm số người lao động thủ công trong sản xuất. Một trong các thiết bị điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi là thiết bị điều khiển lập trình được PLC (Programable Logic Controller). PLC được sản xuất và phân phối bởi một loạt các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp, trong đó có Siemens (Đức). Do đó, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp “Thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm trong nhà trồng” nhằm mục đích nghiên cứu cấu trúc, công nghệ của nhà trồng, nghiên cứu thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC, cụ thể là họ S7-200 của Siemens từ đó thiết kế hệ thống. Đồ án tập trung nghiên cứu các nội dung sau: Chương 1: Cấu trúc và yêu cầu công nghệ của nhà trồng thực vật. Chương 2: Cấu trúc và lập trình PLC S7-200. Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển độ ẩm trong nhà trồng thực vật. Với kiến thức tích luỹ được trong quá trình học tập và với sự giúp đỡ của các thầy giáo trong Khoa KTĐK đặc biệt là sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo PGS, TS Đào Hoa Việt, em đã cố gắng hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Do hạn chế về thời gian, tài liệu tham khảo nên đồ án khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em xin chân thành cảm ơn những nhận xét, ý kiến của các thầy cô cùng các bạn đồng môn. Sinh viên thực hiện Nguyễn Bùi Quy Chương 1 Cấu trúc và yêu cầu công nghệ của nhà trồng thực vật 1.1. Cấu trúc của nhà trồng thực vật. Trong những năm gần đây, việc phát triển nông nghiệp theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá đã góp phần không nhỏ vào việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng, chuyển đổi mùa vụ, làm tăng thêm giá trị sử dụng đất nông nghiệp, tăng thêm thu nhập và góp phần xoá đói giảm nghèo cho nông dân. Trong nhiều năm qua các cơ quan chuyên môn, nhiều nhà khoa học đã và đang tập trung nghiên cứu, đưa ra được nhiều loại quy trình trồng rau an toàn và hoa chất lượng cao ở ngoài đồng ruộng, trong nhà kính, nhà lưới; đang từng bước đưa một số giống mới có năng suất, chất lượng cao vào sản xuất, loại bỏ những giống cũ có năng suất và chất lượng kém. Tuy các vùng sản xuất rau và hoa trong nhà kính, nhà lưới với sự hỗ trợ của các hệ thống thiết bị phục vụ công nghệ như hệ thống tưới, hệ thống hoà trộn dung dịch đặc biệt là hệ thống thiết bị điều khiển môi trường nhà trồng nhằm tạo ra được môi trường tốt nhất cho cây trồng phát triển, đang ngày càng được mở rộng, song thực tế các hệ thống thiết bị này chưa được nghiên cứu một cách hệ thống, chủ yếu là nhập và sao chép mẫu, đầu tư tự phát không có đủ luận cứ khoa học. Đấy là chưa tính đến giá thành các thiết bị nhập ngoại đòi hỏi chi phí rất lớn, dẫn đến chưa phát huy được hiệu quả nên chưa phát triển rộng rãi. Việc đi tắt đón đầu, nghiên cứu xác định được một số thiết bị phụ trợ trong nhà trồng nhằm tạo được môi trường tốt, phù hợp để có thể sản xuất quanh năm rau, hoa theo hướng công nghiệp, giảm lao động nặng nhọc, bảo vệ môi trường để bắt kịp trình độ sản xuất nông nghiệp các nước trong khu vực nhằm nâng cao năng suất, sản lượng, chất lượng cũng như sản xuất chuyên canh từng loại cây trồng trong từng khu vực đối với từng vùng, đặc biệt ở nước ta với điều kiện khí hậu tương đối khắc nghiệt đang được coi là vấn đề cấp thiết. 1.1.1. Cấu trúc của nhà trồng thực vật ngoài nước. Cuối thế kỷ 20, nông nghiệp nhà kính bắt đầu phát triển với quy mô lớn, tốc độ cao. ở Mỹ, Israel, Hà Lan, Nhật Bản và một số nước phát triển khác đã đưa nông nghiệp nhà kính lên vị trí hàng đầu. Mấy năm gần đây việc ứng dụng các loại vật liệu kiến trúc mới đã tạo điều kiện thuận lợi cho nhà kính phát triển và ngày càng hoàn thiện hơn về hình dáng cũng như kiểu cách để phù hợp với từng vùng khí hậu của từng nước đồng thời cũng đẩy mạnh xuất khẩu sang các nước chậm phát triển. Do khoa học ngày càng phát triển nên việc ứng dụng công nghệ thông tin cũng như tự động hóa vào điều khiển khí hậu trong nhà trồng cũng đạt đến trình độ cao và đã sản xuất hàng loạt các thiết bị đồng bộ điều khiển khí hậu trong nhà trồng với các quy mô từ thấp tới cao tùy thuộc vào công nghệ cũng như giá thành của người sử dụng. Chính vì vậy việc sản xuất thâm canh tăng vụ ngày càng trở nên rõ rệt, môi trường trong nhà trồng luôn luôn ở mức nhiệt độ, độ ẩm mà yêu cầu của cây sử dụng, cây trồng không phân biệt được các mùa trong năm bởi vậy sản phẩm có quanh năm đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Hiện nay trên thế giới đã có hàng loạt các công ty: Công ty Green Air sản xuất bộ điều khiển 6 nhà kính kiểu GHC-100 có khả năng điều khiển tất cả các thiết bị trong nhà trồng. Nhật Bản là nước phát triển hệ thống điều khiển thích hợp với việc quan trắc theo dõi hai chiều từ xa, không phân biệt thời gian, địa điểm, chỉ cần nối máy với mạng là có thể thực hiện điều khiển từ xa như ý. Công ty hệ thống vô tuyến Anh phát triển một sêri về thiết bị thông tin vô tuyến phù hợp với nhà kính, kho bảo quản lạnh, hệ thống truyền hình không dây xách tay, hệ thống điều khiển nước, gió và nhiệt, độ ẩm, ánh sáng. Công ty Electrodeole của Mỹ sản xuất hệ thống quan trắc theo dõi và điều khiển cho phép người ngồi trong nhà có thể quan sát điều khiển từ xa các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng… Hiện nay trên thế giới cũng đưa ra một loạt các kiểu dáng nhà có kèm theo thiết bị điều khiển tiểu khí hậu trong đó có hai dạng chính như sau: Nhà trồng đơn giản: Mục tiêu đảm bảo được một số yêu cầu phục vụ công nghệ chống được mưa, một số loại côn trùng và một số thiết bị điều chỉnh bằng tay hoặc bằng cơ khí như: Hệ thống thiết bị thông gió tự nhiên. Hệ thống làm mát, cấp nhiệt đơn giản. Hệ thống lưới chống côn trùng. Hệ thống chống mưa, sương. Nhà trồng hiện đại: Đáp ứng thỏa mãn mọi yêu cầu của công nghệ, nó cho phép tạo ra môi trường khí hậu riêng biệt phía trong nhà trồng thông qua hệ thống điều khiển trung tâm thu nhận xử lý tín hiệu từ bộ truyền cảm nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, gió, mưa…để đưa lệnh điều khiển tới các hệ thống: Hệ thống thông gió cưỡng bức (quạt đối lưu, quạt hút…). Hệ thống làm mát, cấp nhiệt tự động (điều hòa, bốc hơi nước…). Hệ thống kiểm soát và điều khiển cường độ ánh sáng (lưới cắt nắng, hệ thống chiếu sáng…). Hệ thống cung cấp nồng độ khí CO2… Thực tế cho thấy toàn bộ các thiết bị được thiết kế đồng bộ cho nhà trồng ở các nước trên đều đem lại hiệu quả kinh tế nhưng giá thành tương đối cao chỉ phù hợp với một số nước có nền kinh tế phát triển. Do vậy thiết bị đồng bộ này không phù hợp với điều kiện kinh tế ở nước ta. 1.1.2. Cấu trúc của nhà trồng thực vật trong nước. ở nước ta nông nghiệp nhà kính đã bước đầu có được sự chú trọng trong sản xuất, nhưng so với các nước phát triển vẫn còn một khoảng cách rất lớn về quy mô cũng như về trình độ. Hiện nay có một số địa phương cũng đang tích cực áp dụng công nghệ nhà trồng vào sản xuất rau an toàn và hoa chất lượng cao, nhưng do trình độ cũng như sự hiểu biết về nhà trồng còn hạn chế nên việc ứng dụng không đem lại hiệu quả kinh tế cao do không có các thiết bị phụ trợ trong việc điều khiển khí hậu. Một số trung tâm, hợp tác xã cũng mạnh dạn nhập khẩu các mẫu nhà trồng nước ngoài vào sản xuất rau an toàn và hoa chất lượng cao vẫn không đem lại hiệu quả kinh tế do một phần không hiểu rõ được công nghệ nhà trồng, một phần kinh phí hạn hẹp nên không đồng bộ hóa được thiết bị điều khiển cũng như thiết bị phụ trợ điều khiển khí hậu vì vậy gây lãng phí cũng như làm mất tác dụng của các thiết bị. Do đặc điểm về địa lý cũng như điều kiện kinh tế ở một số vùng khác nhau nên việc chọn lựa và thiết kế cho một mô hình nhà trồng chung hoàn toàn gặp khó khăn. Như thành phố Huế đã có tới 2100 ha diện tích nhà trồng với mỗi mô đun có diện tích 1000m2 nhưng không đem lại hiệu quả nên mô hình này dần dần mất đi. ở một số tỉnh khác như Đà Nẵng, Khánh Hòa, Lâm Đồng cũng đang trình các cơ quan cấp tỉnh để xin dự án xây dựng mô hình nhà lưới với quy mô khá lớn nhưng gặp một số khó khăn do kinh phí cũng như các luận cứ khoa học về việc điều khiển khí hậu trong nhà trồng chưa được kiểm chứng. Chính vì vậy việc thiết kế được hệ thống điều khiển trung tâm đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất trong nhà trồng có hiệu quả nhất và mang lại giá trị kinh tế cao. Như vậy thực trạng việc sản xuất trong môi trường trong nhà trồng của nước ta vẫn còn manh mún, tự phát với quy mô nhỏ cũng như chưa có cơ sở đầy đủ để đánh giá. Như ta đã biết việc ứng dụng khoa học kỹ thuật trồng cây trong nhà trồng mang lại hiệu quả thiết thực cho người sản xuất cũng như nâng cao chất lượng, năng suất sản phẩm nông nghiệp. Tuy nhiên do cơ sở còn kém, khởi đầu chậm, chịu ảnh hưởng của thực lực kinh tế, tuy đã tiến hành nghiên cứu phát triển và cũng như tạo ra được một số kỹ thuật thích hợp điều kiện trong nước, nhưng nghiên cứu ứng dụng tổng hợp còn chưa đủ độ sâu về tính tổng hợp của kỹ thuật, tính phối hợp đồng bộ và tính quy mô hóa do đó việc sản xuất trong nhà trồng chưa hiệu quả, chưa đem lại những công năng như mong muốn còn cần tiếp tục hoàn thiện và nâng cao. Từ cách tiếp cận công nghệ nhà trồng trên thế giới cũng như qua quá trình điều tra khảo sát thực nghiệm trong nước các nhà nghiên cứu cũng đã đưa ra được một số mô hình nhà trồng phù hợp với điều kiện khí hậu cũng như kinh tế ở nước ta. Kích thước và quy mô các dạng nhà: có rất nhiều loại kích thước khác nhau hiện đang ứng dụng trong nhà trồng, tuy nhiên có thể tổng kết lại như sau. Với H là chiều cao, B là chiều rộng của nhà. Nhà cao: H/B = 0,6á0,8. Nhà trung bình: H/B = 0,3á0,5. Nhà thấp: H/B = 0,15á0,25. Nhà trồng dạng cao có chiều cao hữu ích thường từ 4á4,5m, chiều cao đỉnh mái là 5,5á6m, khẩu độ thường là 8á9m. Đặc điểm của nhà này là khẩu độ lớn, không gian rộng, hiệu quả thông gió tự nhiên rất tốt, có thể lắp đặt thêm dễ dàng các thiết bị điều khiển môi trường trong nhà trồng, có thể ứng dụng rộng rãi vào các lĩnh vực trồng rau, ươm cây, sản xuất hoa, và phục vụ cho công tác thí nghiệm … Nhà trồng trung bình có chiều cao hữu ích là 2,5á3,2m, chiều cao đỉnh mái 3,7á4,2m. khẩu độ trong nhà thường 6á7m. Đặc điểm nhà này chỉ áp dụng cho một số loại cây trồng có chiều cao vừa phải như một số loại cây dưa chuột, bí, cà chua… Nhà trồng thấp có chiều cao hữu ích 1,7á2m, chiều cao đỉnh mái 2,5m. Đặc điểm thông thoáng kém, với chiều cao thấp khó bố trí được thiết bị làm mát hoặc tăng nhiệt như quạt đèn chiếu sáng…chỉ phù hợp cho sản xuất cây giống và một số cây thấp như xà lách, mùi, hành… Qua quá trình phân tích ở trên đề tài chọn một mô hình nhà trồng phù hợp với điều kiện khí hậu cũng như các điều kiện kinh tế và khả năng điều khiển khí hậu trong nhà trồng: có chiều cao đỉnh mái là 5,5m, chiều cao hữu ích 4m, chiều rộng 8m và chiều dài 25m. Thông thường một mô hình nhà trồng thường có diện tích 400á1000m2. Vì vậy đề tài chọn mô hình nhà trồng có chiều rộng 8m và chiều dài 25m và được nối ghép 2 mô đun lại thành tổng diện tích nhà trồng là 400m2 (16m x 25m). Hình 1.1. Mô hình nhà trồng nối ghép mô đun 400m2 (16 x 25m). 1.2. Yêu cầu công nghệ của nhà trồng thực vật. Yêu cầu công nghệ nhà trồng là đảm bảo môi trường trong nhà đúng theo công nghệ mà các chuyên gia cây trồng yêu cầu cho từng đối tượng cây trồng, theo từng thời kỳ sinh trưởng. Chính vì vậy, đưa ra được giải pháp điều khiển tổng thể khí hậu trong nhà trồng là rất quan trọng và cần thiết. Một số yêu cầu đối với nhà trồng như sau: Nhiệt độ: là một trong những yếu tố quan trọng quyết định sự sinh trưởng, phát triển, nở hoa và chất lượng của cây trồng. Đa số các loại cây trồng cũng như các giống cây đều ưa khí hậu mát mẻ, nhiệt độ dao động 17á190C mùa đông, và 24á260C đối với mùa hè. Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 12,50C và lớn hơn 33,50C cây trồng phát triển kém. ánh sáng: là yếu tố không thể thiếu trong đời sống của mọi sinh vật trên trái đất, là một yếu tố cần thiết cho sinh trưởng và phát triển của cây. ánh sáng cung cấp năng lượng cho cây tạo ra chất hữu cơ nhờ quá trình quang hợp, mà qua trình quang hợp phụ thuộc vào thành phần quang phổ của ánh sáng cũng như cường độ chiếu sáng. Thông thường thì cường độ ánh sáng cho phép dao động từ 20.000á30.000Lux. Độ ẩm: luôn luôn là yêu tố cần thiết cung cấp nước cho cây và giữ cân bằng nước giữa môi trường và cơ thể, chống lại sự héo rũ và hiện tượng co nguyên sinh trong các mô tế bào thực vật, trong thời gian hình thành và hoàn chỉnh các chức năng hoạt động của bộ rễ. Độ ẩm của không khí luôn phải đạt được mức bão hòa và thích hợp nhất là 74á76% đối với mùa đông và 84á86% với mùa hè. Thông gió: là phần quan trọng đối với mô hình nhà trồng nó là phần thiết yếu để nhà trồng tồn tại trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Gió còn có tác dụng trao đổi không khí trong nhà trồng tạo ra môi trường trong nhà trồng luôn luôn trong sạch. Tốc độ gió cho phép có ích cho nhà trồng khoảng 0,15 m/s. Như vậy mô hình nhà trồng với diện tích 400m2 (16x25m) vật liệu phủ mái bằng vật liệu Polyethylen phải thỏa mãn được các điều kiện sau: Thông gió tối đa, cải thiện các điều kiện trồng trọt ngăn côn trùng xâm nhập nhà trồng. Thải được nhiệt và ẩm dư thừa trong nhà. Khả năng đối lưu không khí một cách hiệu quả bên nhà. Khả năng bổ sung các hệ thống gia nhiệt, ẩm khi có yêu cầu. Chuyển bức xạ mặt trời tới cây trồng thích hợp. Khả năng chống được mưa to gió lớn. Từ các yêu cầu công nghệ như trên đề tài đưa ra được mô hình nhà trồng bao gồm các thiết bị cảm biến và thiết bị chấp hành để điều chỉnh độ ẩm trong nhà trồng theo đúng công nghệ chuyên gia yêu cầu đối với từng loại cây cụ thể trong nhà. Hình 1.2. Sơ đồ bố trí thiết bị cho nhà trồng 1.3. tính toán cân bằng ẩm trong nhà trồng. Như ta đã biết quá trình xử lý không khí là quá trình làm thay đổi trạng thái không khí môi trường đến trạng thái định sẵn. Việc xử lý độ ẩm không khí bao gồm các nội dung sau: Tăng ẩm (tăng dung ẩm d). Giảm ẩm (giảm d hay còn gọi là làm khô không khí). Với mục tiêu của đề tài là nghiên cứu một số loại thiết bị cân bằng độ ẩm trong nhà trồng. Vì vậy quá trình xử lý không khí ở đây chúng ta cần thực hiện quá trình tăng ẩm hoặc giảm ẩm. Để đáp ứng được mục tiêu trên thì ta thấy các vấn đề cần phải nghiên cứu cần phải là tính toán cân bằng ẩm trong nhà: Hình 1.3. Sơ đồ thu, toả ẩm trong nhà trồng. 1.3.1. Tỏa hơi nước do người. Trong quá trình hoạt động, làm việc con người tỏa một lượng hơi nước vào phòng nhằm duy trì cân bằng nhiệt của cơ thể. Lượng hơi nước (hay lượng ẩm) tỏa do người Wng [g/h] phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc môi trường không khí xung quanh và trạng thái lao động mà con người tiến hành được xác định theo công thức: , [g/h] (1.1) Trong đó: g: Lượng ẩm do một người tỏa [g/h.người] theo bảng 3.7 [1]. n: Số người có trong phòng [người]. 1.3.2. Tỏa hơi nước do bốc hơi từ bể chứa. Lượng hơi nước bốc hơi W [g/h] từ bể chứa xác định theo công thức: , [g/h] (1.2) Trong đó: t: Nhiệt độ mặt nước [0C], theo bảng 3.13 [1]. v: Vận tốc của không khí chuyển động trên mặt nước [m/s]. B: áp suất khí quyển [kPa]. pbh: áp suất không khí ở nhiệt độ mặt nước [kPa]. p0: áp suất không khí trong phòng [kPa]. F: diện tích bề mặt bốc hơi [m2]. 1.3.3. Tỏa hơi nước từ nền ẩm. Lượng hơi nước bốc hơi đoạn nhiệt từ sàn ướt W [g/h] được xác định theo công thức: Wn=6,1.F.(tT-tư), [g/h] (1.3) Trong đó: tT: Nhiệt độ không khí trong phòng [0C]. tư: Nhiệt độ không khí ướt [0C]. F: Diện tích của nền [m2]. 1.3.4. Tỏa hơi nước từ bán thành phẩm. Các bán thành phẩm đưa vào phòng có thể thay đổi lượng hơi nước chứa trong chúng. Lượng hơi nước bốc hơi từ bán thành phẩm W [g/h] được xác định theo công thức: Wtp=(y1-y2).G, [g/h] (1.4) Trong đó: y1: Lượng hơi nước trong bán thành phẩm vào phòng (g/kg bán thành phẩm). Y2: Lượng hơi nước trong bán thành phẩm ra phòng (g/kg bán thành phẩm). G: Khối lượng bán thành phẩm đưa vào phòng trong 1 giờ [kg/h]. Dựa vào các công thức tính toán từ công thức (1.1)á(1.4), tính toán cụ thể cho mô hình với các thông số đã biết, các thông số nhiệt độ, cường độ bức xạ, các hệ số trong công thức lấy theo phụ lục 1á16 [2]. Bảng 1.1. Các thông số ngoài trời do đo đạc. Thông số đo Mùa hè Mùa đông Ký hiệu Nhiệt độ [0C] 33,5 12,5 tN Độ ẩm [%] 83 80 jN Cường độ bức xạ lớn nhất hướng đông [W/m2] 8 giờ 9 giờ ISĐ 414 191 Cường độ bức xạ lớn nhất hướng tây [W/m2] 16 giờ 15 giờ IST 514 191 Cường độ bức xạ lớn nhất hướng nam [W/m2] 10 giờ 11 giờ ISN 108 23,5 Cường độ bức xạ lớn nhất hướng bắc [W/m2] 17 giờ 14 giờ ISB 104 20,5 Cường độ bức xạ lớn nhất trên mái [W/m2] 12 giờ 12 giờ ISM 632 268 Bảng 1.2. Các thông số theo yêu cầu công nghệ: Yêu cầu công nghệ Mùa hè Mùa đông Ký hiệu Nhiệt độ [0C)] 25 18 tN Độ ẩm [%] 85 75 jN Chương 2 Cấu trúc và lập trình PLC S7-200 2.1. Giới thiệu thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC. Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây truyền, một thiết bị máy móc công nghiệp…người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (rơle, timer, contactor …) lại với nhau tùy theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa bảo trì bảo dưỡng do đó giá thành cao, khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó. Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điều khiển cho một máy sản xuất cần phải hội tụ đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt… Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programble Logic Controller) ra đời đã giải quyết được vấn đề trên. Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Motor-Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống rơle và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận lợi hơn. Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (Scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn. Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác nhau. Hoạt động của PLC hoàn toàn phục thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu đầu vào, xử lý tín hiệu để điều khiển đầu ra. Những đặc điểm của PLC: Có khả năng chống nhiễu tốt. Có khả năng nối thêm các module để mở rộng đầu vào/ra. Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy tính lập trình hoặc máy tính cá nhân. Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ. Bảo trì dễ dàng. Do các đặc điểm trên, PLC cho phép người điều hành không mất nhiều thời gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập chương trình mới thay cho chương trình cũ. Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thông dụng, để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đã đưa ra hàng loạt các dạng PLC với nhiều mức độ thực hiện đủ để các đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người sử dụng. Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: dung lượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó. Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số đầu vào/ra. 2.1.1. Cấu trúc chung của PLC. Tất cả các PLC đều có thành phần chính là một bộ nhớ chương trình RAM bên trong [có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM]. Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC, các Module vào/ra. Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, … Hình 2.1. Cấu trúc đơn giản của PLC. 2.1.2. Nguyên lý hoạt động cuả PLC: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái đầu ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết được thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các module khác nhau. Data Bus: Bus dùng tuyến dữ liệu. Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC. Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào thông qua Data Bus, Address Bus và Data Bus gồm 8 đường ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của một byte một cách đồng thời hay song song. Nếu một module đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ được chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế. Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số 1,8MHz. xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống. 2.1.3. Bộ nhớ của PLC. PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O, làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay. Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ ghi giá trị trong bộ đếm này lên trước khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc. Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 200á16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ RAM, EPROM đều được sử dụng: RAM [Random Access Memory] có thể nạp chương trình, thay đổi hay xoá bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn. EPROM [Electrocally Programmable Real Only Memory] là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc nhưng không ghi nội dung vào được. Nội dung của EPROM không bị mất đi nguồn nuôi, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa trong hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG [Programmer] có sẵn chỗ ghi và xoá EPROM. EEPROM [Electrically Erasable Programmable Read Only Memory] liên kết với những truy suất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được xoá và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới han. Môi trường ghi dữ liệu thứ tự là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong thời gian dài. 2.1.4. Kích thước bộ nhớ PLC. Các PLC loại nhỏ có thể chứa 300á1000 dòng lệnh tuỳ thuộc vào công nghệ chế tạo. Các PLC loại lớn có kích thước từ 1Ká16K, có khả năng chứa từ 2000á16000 dòng lệnh. Ngoài ra còn cho phép gắn thêm một bộ nhớ mở rộng RAM, EPROM. 2.1.5. Các đầu vào ra của PLC. Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC). Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiện xử lý 12/24VDC hoặc100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các trạng thái của các kênh I/O được cung cấp bởi 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 ngắt hay ngắt mạch ở đầu ra. 2.1.6. Các hoạt động xử lý bên trong PLC. Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được trong một vùng lệnh địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ. PLC có bộ đệm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình. Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tuỳ thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu kỳ thực hiện bao gồm 3 giai đoạn nối tiếp nhau: Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành. Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự một lệnh trong chương trình. Trong khi đọc và xử lý các lệnh, bộ xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sẽ được xác định trạng thái của các đầu ra. Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các module ra. 2.2. Giới thiệu thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC S7-200. PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình. S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là CPU: có nhiều loại CPU 212, 214, 224, 226, … Trong nội dung đồ án chỉ giới thiệu 2 loại CPU: CPU 212 và CPU 214. Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp. CPU 212 có 8 cổng vào, 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 module mở rộng. CPU 214 có 14 cổng vào, 10 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 module mở rộng. CPU 214 bao gồm: 2048 từ đơn (4K byte) thuộc miền nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM). 2048 từ đơn (4Kbyte) kiểu đọc/ghi để lưu dữ liệu trong đó 512 từ đầu thuộc miền nhớ non-volatile. 14 cổng vào và 10 cổng ra logic. Có 7 modul để mở rộng thêm cổng vào/ra bao gồm luôn cả module analog. Tổng số cổng vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra. 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 timer 1ms, 16 timer 10ms, 108 timer 100ms. 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi. 688 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đọc chế độ làm việc. Các chế độ ngắt xử lý bao 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 7KHz. 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 th._.ời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi. Hình 2.2. Bộ điều khiển lập trình S7-200-CPU 214. STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại. Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x (x.x=00á1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Qy.y (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y (y.y=0.0á1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300á38400. Hình 2.3. Cổng truyền thông nối tiếp RS485. Chân Giải thích Chân Giải thích 1 Đất 6 5 VDC [điện trở trong 100W] 2 24 VDC 7 24 VDC [120mA tối đa] 3 Truyền và nhận dữ liệu 8 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 9 Không sử dụng 5 Đất Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. Công tắc chọn chế độ làm việc của PLC: Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7-200 có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC. RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7-200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN. Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. STOP cưỡng bức PLC dừng thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP. Chỉnh định tương tự: Điều chỉnh tương tự (1 bộ trong CPU 212 và 2 trong CPU 214) cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình. Núm chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra. Thiết bị chỉnh định có thể quay 270o. Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Nguồn nuôi dùng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 2.2.2. Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 CPU214. 2.2.2.1. Phân chia bộ nhớ. Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng nhớ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần bit nhớ đặc biệt được kí hiệu SM (Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. Vùng chương trình: là miền nhớ được sử dụng để lưu các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc ghi được. Vùng tham số: là miền lưu giữ tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm … cũng như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non-volatile đọc ghi được. Vùng dữ liệu: dùng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông… một phần của vùng nhớ này thuộc kiểu non-volatile. Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này không kiểu non-volatile nhưng đọc/ghi được. Hình 2.4. Bộ nhớ trong và ngoài của S7- 200. 2.2.2.2. Vùng dữ liệu. Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nó có thể được truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán các hàm truyền thông, lập bảng các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ … Vùng dữ liệu lại được chia thành các miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho từng công dụng của chúng như sau: V: Variable memory. I: Input image regirter. O: Output image regirter. M: Internal memory bits. SM: Speacial memory bits. 7 6 5 4 3 2 1 0 Miền V (đọc và ghi) V0 M V4095 Vùng đệm cổng vào [I] (đọc và ghi) I0.x (x=0á7) M I7.x (x=0á7) Vùng đệm cổng ra [Q] (đọc và ghi) Q0.x (x=0á7) M Q7.x (x=0á7) Vùng nhớ nội [M] (đọc và ghi) M0.x (x=0á7) M M31.x (x=0á7) Vùng nhớ đặc biệt [SM] (đọc và ghi) SM0.x (x=0á7) M SM29.x (x=0á7) Vùng nhớ đặc biệt [SM] (đọc và ghi) SM0.x (x=0á7) M SM30.x (x=0á7) Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word-2byte) hoặc từ kép (word). Địa chỉ truy nhập được quy ước với công thức: Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+) . (+) chỉ số bit. Ví dụ V150.4 chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V. Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền. Ví dụ VB150 chỉ 150 thuộc miền V. Truy nhập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte150 và 151 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò byte cao trong từ. 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 VW150 VB150 [byte cao] VB151 [byte thấp] Truy nhập theo từ kép: Tên miền [+] D [+] địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ VD150 chỉ từ kép gồm 4 byte150, 151, 152 và 153 thuộc miền V, trong đó byte 150 có vai trò byte cao và byte 153 là thấp trong từ kép. 63 32 31 16 15 8 7 0 VD150 VB150 VB151 VB152 VB153 Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thể truy nhập được bằng con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2 và AC3. Mỗi con trỏ địa chỉ chỉ gồm 4 byte [từ kép]. 2.2.2.3. Vùng đối tượng. Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm của thanh ghi của Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator [AC]. Kiểu được đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng của đối tượng đó. Vùng nhớ đối tượng được phân chia như sau: 15 0 bit Timer (đọc/ghi) T0 T0 M M T127 T127 Bộ đếm (đọc/ghi) C0 C0 M M T127 T127 Bộ đệm cổng vào tương tự (chỉ đọc) C0 C0 M M T127 T127 Bộ đệm cổng ra tương tự (chỉ ghi) C0 C0 M M T127 T127 Thanh ghi Accumulator (đọc/ghi) AC0 (không có khả năng làm con trỏ) AC1 AC2 AC3 Bộ đếm tốc độ cao (đọc/ghi) HSC0 HSC1(chỉ có trong CPU214) HSC2(chỉ có trong CPU214) 2.2.2.4. Mở rộng cổng vào ra. 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 (CPU 214 nhiều nhất 7 module), làm thành một móc xích. Các module mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200. Địa chỉ của các vị trí của module được xác định bằng kiểu vào/ra và vị trí của module trong móc xích, bao gồm các module có cùng kiểu. Các module mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đếm, tương ứng với số đầu vào/ra của module. Cách đặt địa chỉ cho các module mở rộng trên CPU214. CPU214 Module 0 [4vào/4ra] Module 1 [8vào] Module 2 [3 vào analog/1 ra analog] Module 3 [8 ra] Module 4 [3 vào analog/1 ra analog] I0.0 Q0.0 I2.0 I3.0 AIW0 Q3.0 AIW8 I0.1 Q0.1 I2.1 I3.1 AIW2 Q3.1 AIW10 I0.2 Q0.2 I2.2 I3.2 AIW4 Q3.2 AIW12 I0.3 Q0.3 I2.3 I3.3 Q3.3 I0.4 Q0.4 I3.4 AQW0 Q3.4 AQW14 I0.5 Q0.5 Q2.0 I3.5 Q3.5 I0.6 Q0.6 Q2.1 I3.6 Q3.6 I0.7 Q0.7 Q2.2 I3.7 Q3.7 I1.0 Q1.0 Q2.3 I1.1 Q1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 2.2.3. Thực hiện chương trình của S7-200 CPU214. PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng 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 bằng lệnh kết thúc (MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là gian đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Hình 2.5. Vòng quét (scan) trong S7-200. Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. Nếu sử dụng các chế độ xử lý ngắt, chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét. 2.2.4. Cấu trúc chương trình của S7-200 CPU214. Có thể lập trình cho S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau đây: STEP 7-Micro/DOS. STEP 7-Micro/WIN. Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt được chỉ ra sau đây: Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND). Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính, đó là lệnh MEND. Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND. Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính. Sau đó đến các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy, cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính. Để tạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức sử dụng 9 bit của ngăn xếp logic của S7-200. Ngăn xếp logic là một khối gồm 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 đầu tiên và bit thứ hai của ngăn xếp. Giá trị logic mới đều có thể được gửi [hoặc được nối thêm] vào ngăn xếp. Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp, thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit. Main Program Thực hiện trong một vòng quét M MEND SBR 0 chương trình con thứ nhất Thực hiện khi được chương trình chính gọi M RET SBR 0 chương trình con thứ n+1 M RET INT 0 chương trình xử lý ngắt thứ nhất Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt M RET1 INT 1 chương trình xử lý ngắt thứ n+1 M RET1 2.3. Ngôn ngữ lập trình của S7-200. 2.3.1. Phương pháp lập trình. S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương trình bao gồm một dãy các lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh cuối trong một vòng. Một vòng như vậy được gọi là vòng quét. Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào, và sau đó thực hiện chương trình. Scan cycle kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7-200 thực thi các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp. Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC của Siemens nói chung dựa trên hai phương pháp lập trình cơ bản: Phương pháp hình thang (Ladder Logic viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List viết tắt là STL). Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra một chương trình theo kiểu STL tương ứng. Nhưng ngược lại không phải mọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển được sang LAD. 2.3.1.1. Định nghĩa về LAD LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa. Những thành phần cơ bản dừng 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 (symbol) mô tả các tiếp điểm của rơle. Các tiếp điểm đó có thể là thường mở ắ| |ắ hoặc thường đóng ắ| Ô |ắ Cuộn dây (coil): là biểu tượng ắ( )ắ mô tả các rơle được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơle. Hộp (box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ định thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng chiều dòng điện. Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hòa hay là đường trở về nguồn cung cấp (đường nguồn bên phải thường không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEP7-Micro/DOS hoặc STEP7-Micro/WIN). Dòng điện chạy từ bên trái qua các tiếp điểm đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn. 2.3.1.2. Định nghĩa về ngăn xếp logic (logic stack). 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 S7-200. Ngăn xếp là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau. Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc bit thứ hai của ngăn xếp. Giá trị logic mới có thể được gửi vào ngăn xếp. Khi kết hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp thì ngăn xếp sẽ được kéo lên một bit. S0 Stack 0 – Bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp S1 Stack 1 – Bit thứ hai của ngăn xếp S2 Stack 2 – Bit thứ ba của ngăn xếp S3 Stack 3 – Bit thứ tư của ngăn xếp S4 Stack 4 – Bit thứ năm của ngăn xếp S5 Stack 5 – Bit thứ sáu của ngăn xếp S6 Stack 6 – Bit thứ bảy của ngăn xếp S7 Stack 7 – Bit thứ tám của ngăn xếp S8 Stack 8 – Bit thứ chín của ngăn xếp 2.3.2. Tập lệnh của S7-200. 2.3.2.1. Lệnh vào ra. Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp , các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. Load (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp , các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. OUTPUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi. 2.3.2.2. Toán hạng và giới hạn cho phép. Bảng 2.1. Giới hạn toán hạng của S7-200. Phương pháp truy nhập Giới hạn cho phép toán hạng của CPU214 Truy nhập bit (địa chỉ byte chỉ số bit). V (0.0 đến 4095.7) I (0.0 đến 7.7) Q (0.0 đến 7.7) M (0.0 đến 31.7) SM (0.0 đến 85.7) T (0 đến 127) C (0 đến 127) Truy nhập byte VB (0 đến 4095) IB (0 đến 7) MB (0 đến 31) SMB (0 đến 85) AC (0 đến 3) Hằng số Truy nhập từ đơn (địa chỉ byte cao). VW (0 đến 4094) T (0 đến 127) C (0 đến 127) IW (0 đến 6) QW (0 đến 6) MW (0 đến 30) SMW (0 đến 84) AC (0 đến 3) AIW (0 đến 30) AQW (0 đến 30) Hằng số Truy nhập từ kép (địa chỉ byte cao). VD (0 đến 4092) ID (0 đến 4) QD (0 đến 4) MD (0 đến 28) SMD (0 đến 82) AC (0 đến 3) HC (0 đến 2) Hằng số 2.3.2.3. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm. SET (S), RESET (R): Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic 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). 2.3.2.4. Các lệnh logic đại số Boolean. Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic [không có nhớ]. Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng và các tiếp điểm thường mở. STL có thể sử dụng các lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh. 2.3.2.5. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt. Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển trạng thái của xung (sườn xung) và đảo trạng thái của dòng cung cấp. LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt để tác động vào dòng cung cấp (giá trị của đỉnh ngăn xếp). 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 (các lệnh sườn trước và sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ bởi vậy đối với CPU 212 chỉ có thể sử dụng nhiều nhất 128 lệnh và CPU 214 là 256 lệnh. 2.3.2.6. Các lệnh so sánh. Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì có thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, từ hay từ kép của S7-200. LAD sử dụng lệnh so sánh các giá trị của byte, từ và từ kép (giá trị thực hoặc nguyên). Những giá trị so sánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng (=). 2.3.2.7. Lệnh nhảy và lệnh gọi chương trình con. Các lệnh của chương trình, nếu không có những lệnh điều khiển riêng, 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 tiếp theo, 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 trong 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. Việc đặt nhãn cho lệnh nhảy phải nằm trong chương trình. Nhãn của chương trình con, hoặc của chương trình xử lý ngắt được khai báo ở đầu chương trình. Không thể dùng lệnh nhảy JMP để chuyển điều khiển từ chương trình chính vào một nhãn bất kỳ trong chương trình con hoặc chương trình xử lý ngắt. Tương tự như vậy cũng không thể từ một chương trình con hay chương trình xử lý ngắt vào bất cứ một nhãn nào nằm ngoài các chương trình đó. Lệnh gọi chương trình con là lệnh chuyển điều khiển đến chương trình con. Khi chương trình con thực hiện xong các phép tính của mình thì việc điều khiển lại được chuyển về lệnh tiếp theo trong chương trình chính nằm ngay sau lệnh gọi chương trình con. Từ một chương trình con có thể gọi được một chương trình con khác trong nó, có thể gọi như vậy nhiều nhất 8 lần trong S7-200. Đệ quy (trong một chương trình con có lệnh gọi đến chương trình chính nó) về nguyên tắc không bị cấm song phải để ý đến giới hạn trên. 2.3.2.8. Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét. MEND, END, STOP, NOP, WDR: Các lệnh này được dùng để kết thúc chương trình đang thực hiện, và kéo dài khoảng thời gian dài của một vòng quét. Trong LAD và STL chương trình phải được kết thúc 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 như gặp lệnh STOP trong chương trình chính 2.3.2.9. Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét. Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ. Nếu ký hiệu tín hiệu vào là x(t) và thời gian trễ được tạo ra bằng Timer là t thì tín hiệu đầu ra của Timer đó là x(t-t). S7-200 có 64 Timer đối với CPU212 và 128 đối với CPU214 được chia làm hai loại khác nhau: Timer tạo thời gian trễ không nhớ (TON). Timer tạo thời gian trễ có nhớ (TONR). Các loại Timer của S7-200 (đối với CPU 214) chia theo TON, TONR và độ phân giải bao gồm: Bảng 2.2. Độ phân giải của các Timer Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU212 CPU214 TON 1ms 32,767 T32 T32, T96 10ms 327,67 T33áT36 T33áT36, T97áT100 100ms 3276,7 T37áT63 T37áT63, T101áT127 TONR 1ms 32,767 T0 T0, T62 10ms 327,67 T1áT4 T1áT4, T65áT68 100ms 3276,7 T5áT31 T5áT31, T69áT95 2.3.2.10. Các lệnh điều khiển Counter. Counter là bộ đếm hiện chức năng đếm sườn xung trong S7-2000. Các bộ đếm của S7-2000 được chia ra làm 2 loại: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được, được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C-word. Bộ đếm tiến/lùi CTUD đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng đếm, ký hiệu là CU trong LAD hoặc bit thứ 3 của ngăn xếp trong STL, và đếm lùi khi gặp sườn của xung vào cổng đếm lùi, được ký hiệu là CD trong LAD hoặc bit thứ 2 của ngăn xếp trong STL. Giống như bộ đếm CTU, bộ đếm CTUD cũng được đưa về trạng thái khởi phát ban đầu bằng 2 cách: Khi đầu vào logic của chân xóa, ký hiệu bằng R trong LAD hoặc bit thứ nhất của ngăn xếp trong STL, có giá trị logic là 1 hoặc. Bằng lệnh R (reset) với C-bit của bộ đếm. 2.3.2.11. Các lệnh số học. Các lệnh số học dùng để thực hiện các phép tính số học trong chương trình. Các phép tính số học với số thực hoặc với số thực dấu phảy động, và phép biến đổi giữa số thực và số nguyên kiểu từ kép và phép lấy căn. a. Lệnh cộng (ADD). ADD_I (LAD), +I (STL): Lệnh thực hiện phép cộng các số nguyên 16-bit IN1 và IN2. Trong LAD kết quả là một số nguyên 16-bit được ghi vào OUT, tức là: IN1 + IN2 = OUT. Còn trong STL, kết quả cũng là một giá trị 16-bit nhưng được ghi vào IN2, tức là: IN1 + IN2 = IN2. ADD_DI (LAD), -D (STL): Lệnh thực hiện phép cộng các số nguyên 32-bit IN1 và IN2. Trong LAD, kết quả là một số nguyên 32-bit được ghi vào OUT, tức là: IN1 + IN2 = OUT. Còn trong STL, kết quả cũng là một giá trị 32-bit nhưng được ghi vào IN2, tức là: IN1 + IN2 = IN2. ADD_DI (LAD), -R (STL): Lệnh thực hiện phép cộng các số thực 32-bit IN1 và IN2. Trong LAD, kết quả là một số thực 32-bit được ghi vào OUT, tức là: IN1 + IN2 = OUT. Còn trong STL, kết quả cũng là một giá trị thực 32-bit nhưng được ghi vào IN2, tức là: IN1 + IN2 = IN2. b. Lệnh trừ (SUB). SUB_I (LAD), -I (STL): Lệnh thực hiện phép trừ các số nguyên 16-bit IN1 và IN2. Trong LAD kết quả là một số nguyên 16-bit và được ghi vào OUT, tức là: IN1 - IN2 = OUT. Còn trong STL, kết quả là một giá trị 16-bit nhưng được ghi lại vào IN2, tức là: IN1- IN2 = IN2. SUB_DI (LAD), -DI (STL): Lệnh thực hiện phép trừ các số nguyên 32-bit IN1 và IN2. Trong LAD kết quả là một số nguyên 32-bit và được ghi vào OUT, tức là: IN1 - IN2 = OUT. Còn trong STL, kết quả là một giá trị 32-bit nhưng được ghi lại vào IN2, tức là: IN1- IN2 = IN2. SUB_R (LAD), -R (STL): Lệnh thực hiện phép trừ các số thực 32-bit IN1 và IN2. Trong LAD kết quả là một số thực 32-bit được ghi vào OUT, tức là: IN1 - IN2 = OUT. Trong STL, kết quả là một giá trị 32-bit nhưng được ghi lại vào IN2, tức là IN1- IN2 = IN2. c. Lệnh nhân (MUL). Trong LAD: Lệnh thực hiện phép nhân 2 số nguyên 16-bit IN1 và IN2 và cho ra kết quả 32-bit chứa trong từ kép OUT (4 byte). Trong STL: Lệnh thực hiện phép nhân giữa 2 số nguyên 16-bit n1 và số nguyên chứa trong từ thấp (từ 0 đến bit 15) của toán hạng 32-bit n2 (4 byte). Kết quả 32-bit được ghi vào n2. MUL_R (LAD), +R (STL): Trong LAD: lệnh thực hiện phép nhân hai số thực 32-bit IN1 và IN2 và cho ra kết quả 32-bit chứa trong từ kép OUT (4 byte). Trong STL: Lệnh thực hiện phép nhân giữa số thực 32-bit IN1 và IN2 kết quả 32 bit được ghi vào IN2. d. Lệnh chia [DIV]. Trong LAD: Lệnh thực hiện phép chia số nguyên 16-bit IN1 cho số nguyên 16-bit IN2. Kết quả 32-bit chứa trong từ kép OUT gồm thương số ghi trong mảng 16-bit từ bit 0 đến bit 15 (từ thấp) và phần dư cũng 16-bit ghi trong mảng từ bit-16 đến bit-31 (từ cao). Trong STL: Lệnh thực hiện phép chia số nguyên 16-bit N1 cho số nguyên, số nguyên 16-bit nằm trong từ thấp từ bit 0 đến bit 15 của toán hạng 32-bit N2. Kết quả 32-bit được ghi lại vào N2 bao gồm thương số ghi trong mảng 16-bit từ bit 0 đến bit 15 (từ thấp) và phần dư ghi trong mảng 16-bit từ bit-16 đến bit-31 (từ cao). DIV_R (LAD), /R (STL): Trong LAD: lệnh thực hiện phép chia số thực 32-bit IN1 cho số thực 32-bit IN2 và cho ra kết quả 32-bit chứa trong từ kép OUT. Trong STL, lệnh thực hiện phép chia số thực 32-bit IN1 cho số thực 32-bit IN2, kết quả 32-bit được ghi lại vào IN2. e. Lệnh lấy căn bậc hai (SQRT). Là một lệnh thực hiện lấy căn bậc hai của số thực 32-bit IN. Kết quả cũng là một số 32-bit được ghi vào từ kép OUT. 2.3.2.12. Lệnh tăng, giảm một đơn vị và lệnh đảo giá trị thanh ghi. Những lệnh này làm đơn giản hoá các vòng điều khiển bên trong chương trình [hoặc là các quá trình lặp]. Trong LAD hoặc STL các lệnh tăng, giảm đều làm việc với toán hạng có kiểu từ đơn (word) hoặc từ kép (double word) theo nguyên tắc cộng hoặc trừ nội dung của toán hạng với số nguyên 1. Lệnh đảo thực hiện phép logic bù hoặc một phép lấy giá trị logic nghịch đảo của các bit trong một từ đơn hoặc từ kép. Trong LAD có thể tiết kiệm được ô nhớ bằng cách sử dụng đầu vào đồng thời cũng là đầu ra. 2.3.2.13. Lệnh chuyển dịch nội dung ô nhớ. Các lệnh dịch chuyển thực hiện việc di chuyển, sao chép số liệu từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. Trong LAD và trong STL lệnh dịch chuyển thực hiện việc di chuyển hay sao chép nội dung một byte, một từ đơn, một từ kép, hoặc một giá trị thực từ vùng này sang vùng khác trong bộ nhớ. Lệnh trao đổi nội dung của hai byte trong một từ đơn thực hiện việc chuyển nội dung của byte thấp sang byte cao và ngược lại nội dung của byte cao sang byte thấp của từ đó. MOV_B (LAD) hoặc MOVB (STL): Lệnh sao chép nội dung của byte IN sang byte OUT. MOV_W (LAD) hoặc MOVW (STL): Lệnh sao chép nội dung của từ đơn IN sang byte OUT. MOV_DW (LAD) hoặc MOVD (STL): Lệnh sao chép nội dung của từ kép IN sang byte OUT. MOV_RW (LAD) hoặc MOVR (STL): Lệnh sao chép một số thực IN (4 byte) sang byte OUT (4 byte). SWAP: Lệnh trao đổi nội dung của byte thấp và byte cao trong từ đơn IN. 2.3.2.14. Các lệnh làm việc với mảng. Các lệnh làm việc với mảng dùng để điều hành mảng lớn dữ liệu. LAD và STL sử dụng lệnh chuyển dịch khối (Block move) để di chuyển một mảng dữ liệu từ một nơi này đến một nơi khác trong bộ nhớ. Lệnh nạp dữ liệu (Fill) ghi giá trị của một từ đơn vào các từ trong một mảng của bộ nhớ. 2.3.2.15. Các lệnh dịch chuyển thanh ghi. Các lệnh dịch chuyển thanh ghi được chia làm hai nhóm: Nhóm các lệnh làm việc với thanh ghi có độ dài bằng một từ đơn (16-bit) hay một từ kép (32-bit). Nhóm các lệnh làm việc với thanh ghi có độ dài tùy ý mà được định nghĩa trong lệnh. 2.3.2.16. Các lệnh đổi kiểu dữ liệu. Các hàm kiểu dữ liệu cho phép thực hiện việc biến đổi dữ liệu từ kiểu này sang kiểu khác. Khi lập trình bằng LAD có thể tiết kiệm được ô nhớ bằng cách sử dụng đầu vào được chỉ định đồng thời cũng là đầu ra OUT cho lệnh BSD_I và I_BCD, trong trường hợp này lập trình bằng LAD thuận lợi hơn lập trình bằng STL. 2.3.2.17. Xây dựng cấu trúc vòng lặp. Để xây dựng cấu trúc vòng lặp nhằm thực hiện lặp một khối lệnh riêng biệt trong chương trình. CPU214 cung cấp lệnh điều khiển FOR … NEXT. Lệnh này chỉ có riêng ở trong CPU214. LAD và STL sử dụng lệnh vòng lặp FOR … NEXT để thiết kế vòng lặp với số lần lặp được chỉ định trong lệnh bằnh hai toán hạng ITL kiểu từ đơn chỉ điểm khởi phát và FNL cũng kiểu từ đơn chỉ kiểu từ đơn chỉ điểm kết thúc. Ngoài ra cũng sử dụng một từ đơn IDX để lưu chỉ số vòng lặp tức thời. Mỗi một câu lệnh FOR đòi hỏi phải có một câu lệnh NEXT tại vị trí cuối khối lệnh được lặp. Các vòng lặp FOR … NEXT có thể được lồng vào nhau, song số lệnh FOR … NEXT lồng vào nhau không được quá 8. Tại thời điểm bắt đầu thực hiện lệnh vòng lặp FOR, từ đơn IDX nhận giá trị của ITL. Sau đó, mỗi khi kết thúc một vòng lặp, tức là khi gặp lệnh NEXT, nội dung của IDX được tăng lên 1 và được so sánh với nội dung của FNL. Nếu nội dung của IDX chưa lớn hơn FNL, chương trình sẽ thực hiện lại vòng lặp, ngược lại khi nội dung của IDX đã lớn hơn FNL, chương trình kết thúc lệnh FOR … NEXT bằng cách thực hiện tiếp lệnh nằm ngay sau câu lệnh NEXT. 2.3.2.18. Đồng hồ thời gian thực. Đồng hồ thời gian thực chỉ có với CPU214. Để có thể làm việc với đồng hồ thời gian thực CPU214 cung cấp 2 lệnh đọc và ghi giá trị cho đồng hồ. Những giá trị đọc được hoặc ghi được với đồng hồ thời gian thực là các giá trị về ngày, tháng, năm và các giá trị về giờ, phút, giây. Các sữ liệu đọc, ghi với đồng hồ thời gian thực trong LAD và trong STL có độ dài một byte và phải được mã hoá theo kiểu số nhị phân BCD. READ_RTC (LAD), TODR (STL): Lệnh đọc nội dung của đồng hồ thời gian thực vào bộ đếm 8 byte được chỉ thị bằng toán hạng T. SET_RTC (LAD), TODW (STL): Lệnh ghi nội dung của bộ đếm 8 byte được chỉ thị trong lệnh băng toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực. 2.3.2.19. Ngắt và xử lý ngắt. Các chế độ ngắt và xử lý ngắt cho phép thực hiện các quá trình tốc độ cao, phản ứng kịp thời với các sự kiện ở bên trong và bên ngoài. Nguyên tắc cơ bản của một chế độ ngắt cũng giống như việc thực hiện lệnh gọi một chương trình con, sự khác nhau ở đây là chương trình con được gọi chủ động bằng lệnh CALL, còn chương trình xử lý ngắt được gọi bị động bằng một tín hiệu báo ngắt. Khi có một tín hiệu báo ngắt, hệ thống sẽ tổ chức gọi và thực hiện chương trình con tương ứng. 2.4. Giới thiệu về màn hình OP3 và phần mềm Protool. 2.4.1. Giới thiệu về màn hình OP3. Thiết bị SIMATIC HIM OP3 cho phép hình dung các trạng thái hoạt động và các giá trị tiến trình của kết nối SIMATIC S7 PLC . Thêm các đầu vào có thể được thực hiện ở trên OP3 và giá trị sẽ được ghi vào PLC. Các chức năng kết nối tới máy tính phân tích có thể được thực hiện ở trên OP3. 2.4.1.1. Cấu hình và các giai đoạn điều khiển tiến trình. Tạo các vùng dữ liệu: Để OP3 có thể hoạt động thì nó cần phải được chuẩn bị vùng dữ liệu liên kết từ PLC. Vùng dữ liệu này cần phải được cấu hình và nó được tạo ra ở trong bộ nhớ của PLC. Cấu hình với ProTool: Trên máy tính có thể sử dụng phần mềm ProTool để định ._.