mechatronics department

Ban Cơ điện tử

Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khí

Mechatronics Department

BAN CƠ-ĐIỆN TỬ

TRUNG TÂM THỰC HÀNH CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CƠ KHÍ



PLC S7 200Progammable Logic Controller



PLC CƠ BẢN



PLC (Programmable Logic Controller) là bộ điều khiển logic lập trình được, được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và các thiết bị rời cồng kềnh khác, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình trên các thuật toán logic cơ bản. Ngoài ra nó còn có thể thực hiện những tác vụ khác như: định thời gian trễ, đếm, tính toán, v.v…

1. Giới thiệu chung về PLC



Ngày nay PLC được sản xuất bởi rất nhiều hãng khác nhau trên thế giới như: FESTO, MITSUBISHI, OMRON, ALLEN BRADLEY, LG …và SIEMENS. Các thiết bị phần cứng và phần mềm của hãng SIEMENS ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các quá trình tự động ở trong các nhà máy. Chúng bao gồm PG (thiết bị lập trình), họ SIMATIC S5, S7, M5, M7… các bộ phần mềm lập trình, điều khiển, giám sát, lập cấu hình mạng, giao diện người-máy như: Step7 MicroWin, Step7, WinCC,…




Thang máy

Một số ứng dụng PLC trong công nghiệp




Tủ điện:

Một số ứng dụng PLC trong công nghiệp




Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu Relay.

Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, muốn thay đổi phương pháp điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển.

Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống.

Nhiều chức năng điều khiển.

Tốc độ xử lý thời gian thực tương đối cao.

Công suất tiêu thụ nhỏ

Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt.

Ưu điểm của PLC




PLC Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì:

Bền trong môi trường công nghiệp.

Giao diện không thân thiện với người sử dụng.

Tốc độ xử lý tương đối cao.

Có nhiều loại khác nhau để lựa chọn tùy nhu cầu sử dụng và độ phức tạp của hệ thống điều khiển.

Có khả năng mở rộng số đầu vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều khiển bằng cách nối thêm các khối vào ra chức năng.

Dể dàng điều khiển và giám sát từ máy tính.

Giá thành hợp lý tùy vào từng loại PLC




So với một hệ thống máy tính, PLC khác ở cả hardware (phần cứng), firmware (chương trình) và software (phần mềm). Tuy vậy về cơ bản, PLC dựa trên cơ sở một microcomputer.

Hardware: bao gồm các thiết bị công nghệ, bảng mạch in, các mođun tích hợp, pin, vỏ…

Firmware: là một bộ phận phần mềm, nó được cài đặt sẵn và được cung cấp bởi nhà sản xuất. Nó bao gồm hệ thống lịch trình, được sử dụng cho việc khởi động sau khi có nguồn cấp vào. Hơn nữa, một PLC còn có một hệ điều hành, nó được lưu ở trong ROM (bộ nhớ chỉ đọc) hoặc trong EPROM.

Software: là chương trình do người sử dụng viết. Chúng thường được cài ở trong RAM (Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên) để có thể chỉnh sửa được.

Kết cấu của PLC:




Các thành phần của PLC:

Bộ Vi xử lý (CPU: Central Processing Unit)

Một hệ điều hành (software) để quản lý và thực hiện chương trình.

Bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và dữ liệu vào ra.

Các đầu vào, đầu ra để nhập dữ liệu từ cảm biến và xuất dữ liệu ra cơ cấu chấp hành.




Nguyên lý hoạt động của PLC:




LOGO:

Ứng dụng cho các hệ thống nhỏ khoảng vài chục I/O.




Simatic S7-200: - Ứng dụng cho các hệ thống nhỏ có số lượng khoảng 148 I/O

S7-200 gồm các loại sau:

S7-200 CPU 214 S7-200 CPU 221 S7-200 CPU 222 S7-200 CPU 224 S7-200 CPU 224-XP S7-200 CPU 226




Simatic S7-300: Ứng dụng cho các hệ thống vừa có số lượng vài ngàn I/O. - Bộ S7-300 CPU 318 có khả năng quản lý: 65,536 đầu vào số, 65,536 đầu ra

số, 4096 đầu vào tương tự, 4096 đầu ra tương tự.

- Simatic S7-300 có các loại CPU sau: CPU 312; CPU 313; CPU314; CPU 315; CPU 317; CPU 318;

PLC của SIEMENS



Cấu tạo: Bộ PLC gồm các phần sau.

Modul nguồn

Bộ xử lý trung tâm CPU

Bộ xử lý truyền thông CP

Các đầu vào/ra (số và tương tự)

Các Module đặc biệt.




Module đầu vào tín hiệu số:

Mô đun đầu vào của một PLC kết nối với cảm biến. Tín hiệu từ cảm biến được đưa vào bộ điều khiển trung tâm. Mô đun đầu vào có các chức năng quan trọng sau:

Nhận biết tín hiệu

Biến đổi điện áp vào thành tín hiệu logic

Bảo vệ cảm ứng điện từ điện áp bên ngoài

Thể hiện tín hiệu




Module đầu ra tín hiệu số:

Mô đun đầu ra đưa tín hiệu của khối điều khiển trung tâm đến phần tử điều khiển cuối cùng, nó được thực hiện theo nhiệm vụ điều khiển. Nhìn từ khía cạnh ứng dụng PLC, mô đun đầu ra có các chức năng sau:

Biến điện áp logic thành điện áp điều khiển.

Bảo vệ điện tử cảm ứng từ điện áp nhiễu từ bộ điều khiển.

Khuyếch đại công suất để đáp ứng công suất cho phần tử tự động cuối cùng.

Bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ quá tải.

Có 2 cách để đạt được những chức năng trên: là sử dụng rơle hoặc sử dụng điện tử công suất.




Khối xử lý trung tâm- Thành phần cơ bản của S7 - 200 là khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) bao gồm hai chủng loại: CPU 21x và CPU 22x. Mỗi chủng loại có nhiều CPU. Loại CPU 21x ngày nay không còn sản xuất nữa, tuy nhiên hiện vẫn còn sử dụng rất nhiều trong các trường học và trong sản xuất. Tiêu biểu cho loại này là CPU 214.

2. PLC S7 200 của SIEMENS



CPU 214 có cấu hình như sau:




Mô tả các đèn báo trên CPU 214:

- SF (Đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF sáng lên khi PLC có lỗi.

- RUN ( Đèn xanh): cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong bộ nhớ chương trình của PLC.

- STOP (Đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại.

- I x.x (Đèn xanh): Đèn xanh ở đầu vào chỉ định trạng thái tức thời của đầu vào ( x.x = 0.0 - 1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của đầu vào.

- Qy.y (Đèn xanh): Đèn xanh ở đầu ra chỉ định trạng thái tức thời của đầu ra (y.y = 0.0 - 1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của đầu ra.




Chọn chế độ làm việc cho PLC

Công tắc chọn chế độ làm việc nằm ở phía trên, có ba vị trí cho phépchọn các chế độ làm việc khác nhau của PLC:

- RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7-22x 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.

- STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh, nạp, xóa một chương trình.

- TERM: Cho phép người dùng từ máy tính quyết định chọn một trong hai chế độ làm việc cho PLC hoặc RUN hoặc STOP.




CPU 214 có các đặc tính như sau:

- Bộ nhớ chương trình (chứa trong EEPROM): 4096 Byte (4 kByte)

- Bộ nhớ dữ liệu: 4096 Byte (trong đó 512 Byte chứa trong EEPROM)

- Số lượng đầu vào: 14 đầu vào tích hợp trong CPU

- Số lượng đầu ra: 10 đầu ra digital tích hợp trong CPU

- Số module mở rộng: tối đa 7 module gồm cả module analog

- Số lượng cổng vào/ra số cực đại: 64

- Số lượng Timer :128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau:

4 Timer 1ms, 16 Timer 10 ms và 108 Timer có độ phân giải 100ms.

- Số lượng Counter: 128 bộ đếm chia làm hai loại: 96 Counter Up và

32 Counter Up/Down.




CPU 214 có các đặc tính như sau:

- Bit memory (Vùng nhớ M): 256 bit

- Special memory (SM) : 688 bit dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ

làm việc.

- Có phép tính số học

- Bộ đếm tốc độ cao: 2 counter 2KHz và 1 counter 7KHz

- Đầu vào analog tích hợp sẵn: 2.

- Các chế độ ngắt và 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.Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi.




Truyền thông CPU 214:

- S7-214 sử dụng 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.

- Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua đầu RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 và qua đầu USB ta có cáp USB/PPI.




Truyền thông giữa máy tính, PLC và cơ cấu chấp hành




Các module mở rộng được chia thành 4 loại chính:

- Module nguồn nuôi (PS: Power Supply): được sử dụng để biến đổi điện áp 220V thành 24V để cung cấp cho các module khác.

- Module ghép nối (IM: Interface Module): đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một CPU.

- Module chức năng (FM: Function Module): là loại module chức năng điều khiển riêng như: module điều khiển động cơ, module PID, module điều khiển vòng kín,…

- Module truyền thông (CP: Communication Module): phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

Mô đun mở rộng:




Module mở rộng vào/ra tín hiệu số:

- Module mở rộng các đầu vào số (DI: Digital Input): Số các đầu vào số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy loại module.

- Module mở rộng các đầu ra số (DO: Digital Output): Số các đầu ra số có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy loại module.

- Module mở rộng các đầu vào/ra số (DI/DO: Digital Input/Digital Output): Số các đầu vào/ra số có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy loại module.




Module A/D:

- Module mở rộng các đầu vào tương tự (AI: Analog Input): chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bit (AD). Số các đầu vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy loại module.

- Khối đầu vào tương tự AI (Analog Input): Tín hiệu analog đầu vào có thể là tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Tùy thuộc vào tín hiệu analog cần đọc là loại nào mà người sử dụng có thể cài đặt cho phù hợp bằng các công tắc được gắn trên module. Hiện có các khối đầu vào: 4AI, 8AI. Đối với tín hiệu analog được tạo ra bởi thermocoupe (cặp nhiệt) và RTD thì sử dụng các module đo nhiệt tương ứng.

Mô đun mở rộng analog:




Nối nguồn cung cấp điện cho CPU:

- Xoay chiều: 85...264 VAC, f = 47...63 Hz

- Một chiều: 20,4 ... 28,8 VDC

- Để có thể nhận biết việc cấp nguồn cho CPU, khối vào, khối ra số ta căn cứ vào các chữ số đi kèm theo CPU như sau:

CPU 2xx DC/DC/DC: Nguồn cấp cho CPU là DC, nguồn cho cổng vào là DC, nguồn cấp cho cổng ra là DC.

CPU 2xx AC/DC/Relay: Nguồn cấp cho CPU là AC, nguồn cho cổng vào là DC, cổng ra là Relay có thể cấp nguồn là DC hoặc AC.




Kết nối các đầu vào số với thiết bị ngoại vi:

a. Nút nhấn và cảm biến có cổng ra là relay nối với cổng vào loại sinking.

b. Nút nhấn và cảm biến loại PNP nối với cổng vào loại sinking.

c. Nút nhấn và cảm biến loại NPN nối với cổng vào loại sourcing.




Kết nối các đầu ra số với thiết bị ngoại vi:

Nguồn cung cấp cho các khối ra của họ S7-200 có thể là:

- Xoay chiều: 20...264 VAC, f = 47...63 Hz;

- Một chiều: 5...30 VDC đối với cổng ra rơ le; 20.4 ... 28.8 VDC đối với cổng ra transistor;

Các khối ra tiêu chuẩn của PLC thường có 8 đến 32 cổng ra theo cùng loại và có dòng định mức khác nhau. cổng ra có thể là rơ le, transistor hoặc triac.

- Rơ le là cổng ra linh hoạt nhất. Chúng có thể là cổng ra AC và DC. Tuy nhiên đáp ứng của cổng ra rơ le chậm, giá thành cao và bị hư hỏng sau vài triệu lần đóng cắt.

- Đầu ra transistor thì chỉ sử dụng với nguồn cung cấp là DC và cổng ra triac thì chỉ sử dụng được với nguồn AC. Tuy nhiên đáp ứng của các cổng ra này nhanh hơn.




Kết nối các đầu ra số với thiết bị ngoại vi:

• Hình a là một ví dụ cho các khối ra sử dụng 24VDC với mass chung. Tiêu biểu cho loại này là cổng ra transistor. Trong ví dụ này các cổng ra được kết nối với tải công suất nhỏ là đèn báo và cuộn dây relay. Quan sát mạch kết nối này, đèn báo sử dụng nguồn cung cấp là 24VDC.

- Nếu cổng ra .6 ở mức logic “1” (24VDC) thì dòng sẽ chảy từ cổng ra .6 qua đèn H1 và xuống Mass (M), đèn sáng. Nếu cổng ra ở mức logic “0” (0V), thì đèn H1 tắt.

- Nếu cổng ra .4 ở mức logic “1” thì cuộn dây rơ le có điện, làm tiếp điểm của nó đóng lại cung cấp điện 220 Vac cho động cơ.

• Hình b là một ví dụ cổng ra relay sử dụng nguồn cấp là 24 VDC,

• Hình c là ví dụ cổng ra triac sử dụng nguồn xoay chiều 24 VAC.




Sơ đồ nối dây CPU 214 DC/DC/DC với nguồn và thiết bị ngoại vi:




Sơ đồ nối dây CPU 224 AC/DC/rơle với nguồn và thiết bị ngoại vi:




Các phần tử cơ bản trong một chương trình PLC S7-200:

1. Chương trình chính (main program)

2. Chương trình con (subroutine)

3. Chương trình ngắt (interrupt rountine)

4. Khối hệ thống (system block)

5. Khối dữ liệu (data block)

3. Phần mềm lập trình cho PLC



Chương trình chính OB1 (main program):

- Đây là phần khung của chương trình, chứa các lệnh điều khiển

chương trình ứng dụng. Với một số chương trình điều khiển nhỏ,

đơn giản chúng ta có thể viết tất cả các lệnh trong khối này.

Chương trình ứng dụng được xử lý bắt đầu từ chương trình chính,

các lệnh được xử lý lần lượt từ trên xuống dưới và chỉ một lần ở

mỗi vòng quét. Trong S7-200 chương trình được chứa trong khối

OB1.




Chương trình con SUB (subroutine):

- Các lệnh viết trong chương trình con chỉ được xử lý khi chương trình con được gọi (Call) từ chương trình chính, từ một chương trình con khác hoặc từ một chương trình ngắt. Sử dụng chương trình con khi chúng ta muốn phân chia nhiệm vụ điều khiển. Mỗi một chương trình con viết cho một nhiệm vụ nhỏ hoặc khi có các yêu cầu điều khiển tương tự nhau thì chúng ta chỉ cần tạo ra chương trình con một lần và có thể gọi ra nhiều lần từ chương trình chính khác nhau.

Sử dụng chương trình con có một số ưu điểm sau:

- Chương trình điều khiển được chia theo nhiệm vụ điều khiển nên có cấu trúc rõ ràng, rất thuận tiện cho việc chỉnh sửa hay kiểm tra chương trình.

- Giảm thời gian vòng quét của chương trình. CPU không phải liên tục xử lý tất cả các lệnh của chương trình mà chỉ xử lý chương trình con khi có lệnh gọi tương ứng.

- Chương trình con cho phép giảm công việc soạn thảo khi có các yêu cầu điều khiển tương tự nhau.




Chương trình ngắt INT (interrupt routine)

- Chương trình ngắt được thiết kế để sử dụng cho một sự kiện ngắt

được định nghĩa trước. Bất cứ khi nào sự kiện ngắt xác định xảy

ra, thì S7-200 thực hiện chương trình ngắt.

- Chương trình ngắt không được gọi bởi chương trình chính mà

theo sự kiện ngắt xảy ra. Chương trình ngắt sẽ chỉ được xử lý mỗi

khi sự kiện ngắt xảy ra.




Khối hệ thống (system block):

- System block cho phép ta cấu hình các tùy chọn phần cứng khác

nhau cho S7-200.

Khối dữ liệu (data block)

- Data block lưu trữ các giá trị biến khác nhau (vùng nhớ V) được

sử dụng trong chương trình. Giá trị ban đầu của các dữ liệu có

thể nhập vào trong khối dữ liệu.




Những vấn đề cần hiểu khi lập trình với S7-200:

Bộ nhớ

Các kiểu dữ liệu

Các phép toán logic

Các phép toán so sánh ....




Bộ nhớ


• Bộ nhớ RAM: Ký hiệu là vùng nhớ M (ví dụ: M0.0,MB0, MW0, MD0): là những loại bộ nhớ mà khi mất điện thì giá trị của chúng bằng 0.

• Bộ nhớ ROM: Ký hiệu là vùng nhớ V (ví dụ: VB0.0, VB0, VW0, VD0): là những loại bộ nhớ mà khi mất điện giá trị của chúng không đổi.

• Bộ nhớ đặc biệt: Ký hiệu là vùng nhớ SM ( ví dụ SM0.0, SM0.1…) là những vùng nhớ đặc biệt. Ví dụ SM0.0 luôn bằng 1, SM0.1 có giá trị bằng 1 với vòng quét đầu tiên của PLC dùng để khởi tạo tham số cho quá trình điều khiển.



Các kiểu dữ liệu


• Kiểu logic(Kiểu Boolean) : Có giá trị 0 và 1. Lưu trữ bằng 1 bit .Ví dụ M0.0, M0.1,VB0.0, SM0.0…

• Kiểu Integer: Có giá trị từ -32768 đến 32768, Lưu trữ bằng ô nhớ 16Bit. Ví dụ MW0, MW2, VW0, AIW0, AQW0…

• Kiểu Double Integer: Có giá trị từ -65536 đến 65536, Lưu trữ bằng ô nhớ 32Bit. Ví dụ MD0, MD4, VD0.

• Kiểu Real( Số thực): Lưu trữ bằng 32Bit,ví dụ MD0, MD4, VD0…

• Kiểu BCD: Lưu trữ bằng 1Byte, ví dụ MB0,VB0,VB1,…



Các phép toán logic




Timer


S7-200 CPU 224 có 256 Timer gồm các loại sau:

• TON: Bộ tạo thời gian trễ không có nhớ (On DelayTimer)

• TONR: Bộ tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On DelayTimer)

• TOF: (Of Delay Timer)

Số Timer Độ phân giải Thời gian trì hoãn tối đa

T32, T96 1ms 32,767s

T33 … T36, T97 … T100 10ms 327,67s

T37 … T63, T101 … T255 100ms 3276,7s

Chú ý: Vì TON và TOF s d ng cùng s ử ụ ố Timer, nên không th đ t cho c haiể ặ ả có cùng s ốTimer. Ví d đã đ t TON là T37 thì không đ c đ t TOF là T37.ụ ặ ượ ặ



Timer TON


• Giá trị của bộ đếm 0 - 32767 kiểu integer:

Qua giản đồ trên ta nhận thấy để timer TON đóng trễ được hết thời gian đặt trước (ví dụ 10s) thì trạng thái tín hiệu tại cổng vào IN cần được duy trì ở mức 1 trong suốt khoảng thời gian này. Nếu sau 10s mà cổng vào IN vẫn duy trì ở mức 1 thì giá trị hằng số thời gian trong timer sẽ tiếp tục tăng cho tới khi đạt giá trị tối đa là 32767. Để xóa Timer, có thể sử dụng lệnh Reset (R). Lệnh Reset sẽ làm cho Timer Bit ở mức logic “0” và giá trị hiện hành của Timer (Timer Current) =0.



Timer TOFF



Sử dụng timer này khi cần trễ thêm một khoảng thời gian rồi mới tắt cổng ra kể từ khi tín hiệu cổng vào IN xuống “0”. Timer TOF chỉ thực hiện đếm thời gian khi IN chuyển từ “1” xuống “0”. Khi cổng vào IN của Off-Delay Timer (TOF) ở logic “1”, thì Timer Bit ngay lập tức được đặt lên mức logic “1” và giá trị hiện hành được xóa về 0. Khi cổng vào IN xuống “0”, thì timer đếm cho đến khi thời gian trôi qua đạt đến giá trị thời gian đặt trước. Khi đạt đến giá trị đặt trước, Timer Bit được đặt về “0” và giá trị hiện hành dừng đếm. Nếu cổng vào IN ở “0” trong khoảng thời gian ngắn hơn giá trị đặt trước, thì Timer Bit giữ ở “1”.



Counter


• Ứng dụng: Đếm sườn xung của các tín hiệu đầu vào

• S7-200 có 256 counter: C0 đến C255

• Phân loại:

1) CTU (Up Counter): Bộ đếm tăng dần

2) CTD (Down Counter): Bộ đếm giảm dần

3) CTUD (Up/Down Counter): Bộ đếm tăng dần và bộ đếm giảm dần

4) HSC: Bộ đếm tốc độ cao đếm tín hiệu xung đến 30KHZ



Bộ đếm tăng dần CTU



Mỗi khi tín hiệu tại CU từ mức “0” lên “1” thì bộ đếm sẽ tăng giá trị hiện hành của nó lên 1 đơn vị. Khi giá trị hiện hành của bộ đếm (Cxxx) lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước tại cổng vào PV (Preset Value) thì cổng ra bit của counter (counter bit) sẽ lên mức “1”. Giá trị đếm lên tối đa là 32.767. Bộ đếm sẽ bị xóa về 0 khi cổng vào Reset (R) lên mức “1”, hoặc khi sử dụng lệnh Reset để xóa bộ đếm.



Bộ đếm giảm dần CTD



Mỗi khi tín hiệu tại CD từ mức “0” lên “1” thì bộ đếm sẽ giảm giá trị hiện hành của nó xuống 1 đơn vị. Khi giá trị hiện hành của bộ đếm (Cxxx) bằng 0, thì Counter Bit Cxxx lên “1”. Bộ đếm xóa Counter Bit Cxxx và nạp giá trị đặt trước ở PV khi cổng vào LD (load) lên mức “1”. Bộ đếm sẽ dừng đếm khi giá trị hiện hành bằng 0 và counter bit Cxxx lên “1”.Khi xóa bộ đếm bằng lệnh Reset, counter bit bị xóa và giá trị hiện hành được đặt về 0.



Step7 MicroWinV4.0. Cable PC/PPI (cho S7-200)

3. Phần mềm lập trình cho S7-200 Micro/Win



Màn hình chính của Micro/Win




Qui ước địa chỉ trong PLC S7-200:

- Truy xuất theo bit:

Để truy xuất địa chỉ theo dạng Bit chúng ta xác định vùng nhớ, địa chỉ

của Byte và địa chỉ của Bit (từ 0 đến 7).




Theo yêu cầu điều khiển cụ thể chúng ta sẽ chọn truy xuất theo dạng nào phù hợp.

- Kiểm tra trạng thái của các tín hiệu được tạo ra từ các ngoại vi nối

với đầu vào số như nút nhấn, cảm biến, công tắc hành trình… thì sẽ

chọn truy xuất là bit, trong trường hợp này thì chọn địa chỉ đầu vào

tương ứng được kết nối ví dụ như I0.0, I0.5, I1.1…

- Xuất tín hiệu ra các cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu nhị phân như

relay, đèn báo, van từ … thì sẽ chọn truy xuất là bit, trong trường

hợp này thì chọn địa chỉ đầu ra tương ứng được kết nối ví dụ như

Q0.0, Q0.2, Q1.0…




Các ngôn ngữ lập trình PLC

• Là ngôn ngữ lập trình kiểu hình thang phù hợp với tư người thiết kế mạch điện logic rơ le.

• Ngôn ngữ lập trình dạng đồ họa. Các thành phần của sơ đồ hình thang là công tắc (thường đóng/thường mở) và cuộn dây. Chúng nằm ở trên một thanh ngang được giới hạn bởi hai thanh nguồn dọc nằm bên trái và bên phải.

Lập trình kiểu LAD (Ladder logic):




• Là ngôn ngữ lập trình sử dụng các hàm logic cơ bản AND, OR, XOR.. phù hợp với những người đã thiết kế mạch điện tử số. Trong sơ đồ khối hàm, các hàm và khối hàm được thể hiện dưới dạng đồ hoạ và được nối với nhau thành mạng (network)

• Hướng đi của tín hiệu trong mạng là từ trái qua phải. Nếu khối tổ chức chương trình bao gồm nhiều mạng, chúng được xử lý theo hướng từ trên xuống dưới. Có thể sử dụng phần tử điều khiển quá trình thực hiện chương trình để điều khiển trình tự xử lý chương trình

Lập trình kiểu khối hàm FBD (Function Block Diagram):





• Là ngôn ngữ lập trình kiểu liệt kê gồm danh sách các câu lệnh, phù hợp với những người đã quen với lập trình vi xử lý.

• Ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính.• Chương trình được ghép nối bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất

định. Mỗi lệnh là một hàng và có cấu trúc: “Tên lệnh” + “Toán hạng”

Lập trình kiểu STL (Statement List):





• Cấu tạo của một lệnh có một khuôn dạng cố định. Một lệnh bắt đầu với một toán tử với bổ nghĩa tuỳ chọn và nếu cần có thể thêm một hoặc nhiều toán hạng, được phân cách nhau bởi dấu phẩy, với mỗi toán tử cụ thể. Trước các lệnh có thể là các nhãn và dấu 2 chấm. Nhãn đó hoạt động như một địa chỉ nhẩy. Các nhãn được nhận ra như là 1 ký hiệu. Nếu có chú thích thì phải để ở cuối dòng lệnh. Một chú thích được bắt đầu bởi dấu (*, và kết thúc bởi dấu *).

Lập trình kiểu STL (Statement List):





Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang dạng STL, nhưng ngược lại thì không vì trong ngôn ngữ STL có nhiều lệnh không có trong ngôn ngữ LAD hay FBD.

STL

LAD FBD





4.1. Bài tập thực hành 1: Bit logic

Viết chương trình PLC điều khiển thiết bị sau:

Tác động vào nút ấn (S1) làm đèn (H1) sáng. Đèn phát sáng chừng nào nút ấn vẫn được nhấn. Khi thả nủt nhấn ra, đèn tắt

H 1

S1

4. Thực hành lập trình PLC với S7-200 Micro/Win



• Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch PLC.

• Mô tả các nhiệm vụ điều khiển bằng bảng chức năng và phương trình đại

số Boolean.

• Khai báo biến chương trình PLC.

• Trình bày chương trình PLC trong ngôn ngữ lập trình LD.

• Chạy thử chương trình PLC và vận hành hệ thống.

Nhiệm vụ và các bước thí nghiệm của sinh viên





Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch điện với PLC



24 V

0 V

24V

I

Q

0.0

0 V PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.7

S1

H1



Mô tả các nhiệm vụ điều khiển bằng bảng chức năng và phương trình đại số Boolean


S1 (Nút ấn) H1 ( Đèn)0 01 1

- Phương trình đại số Boolean: H1 = S1

Khai báo biến chương trình PLC:




Trình bày chương trình PLC trong ngôn ngữ sơ đồ hình thang:





4.2. Bài tập thực hành 2: Logic AND


Chỉ khi nào tác động cùng một lúc vào cả 2 nút ấn (S1) và nút ấn (S2), đèn (H1) sáng. Nếu chỉ có một nút được nhấn, đèn (H1) tắt.




Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch điện



24 V

0 V

24V

I

Q

0.0

0 V PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.7

H1

S2S1





- Phương trình đại số Boolean: H1 = S1 S2



S1 (nút ấn) S2 (nút ấn) H10 0 00 1 01 0 01 1 1





4.9. Thực hành lập trình PLC với S7-200 Micro/Win



4.3. Bài tập thực hành 3: Logic OR


Khi tác động ít nhất một trong 2 nút ấn (S1) hoặc nút ấn (S2), đèn (H1) sáng. Nếu không có nút nào được nhấn, đèn (H1) tắt.







24 V

0 V

24V

I

Q

0.0

0 V PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.7

H1

S2S1





- Phương trình đại số Boolean: H1 = S1 v S2 Khai báo biến chương trình PLC:


S1 (nút ấn) S2 (nút ấn) H10 0 00 1 11 0 11 1 1



4.4. Bài tập thực hành 4: Điều khiển động cơ một chiều Viết chương trình PLC cho thiết bị sau: Tác động vào nút ấn (S1) làm động cơ điện DC quay. Khi nhả nút ấn ra, động cơ vẫn quay. Khi nhấn nút ấn thứ hai (S2), động cơ mới dừng lại.



24 V

0 V

24V

I

Q

0.0

0 V PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.7

DC

S2S1

M




4.4. Bài tập thực hành 4: Điều khiển động cơ một chiều



S1 (Start) S2 (Stop) Động cơ DC0 0 01 0 10 1 0



Mạch tự duy tri:

4.4. Bài tập thực hành 4: Điều khiển động cơ một chiều




4.5. Bài tập thực hành 5: Điều khiển đảo chiều động cơ một chiều

Viết chương trình PLC cho thiết bị sau: Động cơ một chiều được điều khiển bằng PLC qua 2 rơle trung gian. Tác động vào nút ấn (S1) làm động cơ điện DC quay. Khi nhả nút ấn ra, động cơ vẫn quay. Khi nhấn nút ấn thứ hai (S2), động cơ DC đảo chiều quay.







R1

24V

I

Q

0.0

0 V PLCS7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.70.2

S1

R2

S2

24 V

0 V



4.6. Bài tập thực hành 6: Timer TOF


Tác động vào nút ấn (S1) làm đèn (H1) sáng. Đèn phát sáng chừng nào nút ấn vẫn được nhấn. Khi thả nủt nhấn ra, đèn tắt sau 10 giây

H 1

S1




Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch điện với PLC



24 V

0 V

24V

I

Q

0.0

0 V PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.7

S1

H1



4.7. Bài tập thực hành 7: Điều khiển xy lanh

Xy lanh của máy ép đi ra nếu nút ấn S1 được tác động và hệ thống bảo vệ được kích hoạt. Nếu các điều kiện đó không thoả mãn thì đầu ép sẽ quay lại ngay lập tức.

Vị trí lưới bảo vệ B1 được điều khiển qua một cảm biến tiệm cận.



1A 1

S 1

B 1



Chú ý: Trước khi nối dây: - Tắt nguồn điện!- Ngắt nguồn cấp khí nén!

Thiết lập các kết nối điện.Thiết lập mạch khí nén.

Danh sách các phần tử cho thực hành


Số lượng Mô tả1 Bộ điều khiển logic khả lập trình - PLC 1 Cáp điện nối thiết bị 1 Bộ cấp nguồn khí nén 5-6 bar1 Xy lanh tác dụng kép 1 Van điện từ 5/2 đơn 1 Nút ấn1 Cảm biến an toàn

Ống nhựa PVC dẫn khí nén




Thiết kế sơ đồ mạch khí nén và xây dựng mạch khí nén :








24V

I

Q

0.0

0 V

24 V

0 V

PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.70.4

0.0 0.1 0.5 0.6 0.70.4

0 V B1S1

Y1



4.8. Bài tập thực hành 8: Timer TON

Hai chi tiết được ép dán với nhau bằng sự trợ giúp của xy lanh 1A1. Để làm điều này, bề mặt liên kết được ép với nhau bằng lực của xy lanh trong vòng 5 giây. Thời gian được bắt đầu khi piston xy lanh chuyển động tiến ra đến vị trí cuối hành trình phía trước được xác định bằng công tắc giới hạn hành trình B2 (cảm biến =1). Ngay khi 5 giây vừa hết, xy lanh co lại vị trí ban đầu. Thiết bị ép dán được khởi động lại bằng một nút ấn S1.


S1

1A1




Chú ý: Trước khi nối dây: - Tắt nguồn điện!- Ngắt nguồn cấp khí nén!

Thiết lập các kết nối điện.Thiết lập mạch khí nén.

Danh sách các phần tử cho thực hành


Số lượng Mô tả1 Bộ điều khiển logic khả lập trình - PLC 1 Cáp điện nối thiết bị 1 Bộ cấp nguồn khí nén 5-6 bar1 Xy lanh tác dụng kép 1 Van điện từ 5/2 đơn 1 Nút ấn1 Công tắc hành trình

Ống nhựa PVC dẫn khí nén




Thiết kế sơ đồ mạch khí nén và xây dựng mạch khí nén :








24 V

0 V

24V

I

Q

0.0

0 V PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.7

S1B2

Y1 Y2



4.9. Bài tập thực hành 9: Counter (Bộ đếm)

Sản phẩm đã đóng gói được đưa vào một thùng chứa bằng một băng tải (dẫn động bằng động cơ M). Mỗi thùng chứa được 10 sản phẩm. Khi sản phẩm đã được đếm đủ thì băng tải dừng lại đề cho người vận hành đưa một thùng rỗng vào. Sau khi người vận hành ấn nút S1 (NO) để tiếp tục thì băng tải hoạt động.

Quá trình cứ lặp đi lặp lại cho đến khi nào ấn nút dừng S0 (NC).

Sản phẩm trước khi đưa vào thùng sẽ đi qua cảm biến quang S2 (NC).


Viết chương trình PLC điều khiển thiết bị đếm sản phẩm được đóng gói:



Thiết kế sơ đồ:








24 V

0 V

24V

I

Q

0.0

0 V PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.60.4

0.7

0.7

S20 V S0 S1

MDong co1



4.9. Bài tập thực hành 9:

- Sản phẩm sau khi gia công được cấp vào băng chuyền đi đến khu vực phân loại. Trong khu phân loại, sản phẩm kim loại được đẩy vào thùng chứa kim koại bằng 1 xy lanh khí nén, sản phẩm phi kim mầu xanh và mầu trắng được đẩy vào các thùng chứa tương ứng bằng các xy lanh khí nén khác. Sử dụng 3 xy lanh khí nén khác nhau để phân loại sản phẩm. Mặc định khi không làm việc các piston của xy lanh ở vị trí co vào hết. Băng tải được khởi động bằng 1 nút ấn E1 (Nút ấn thường mở (NO), không có nhớ) và dừng lại bằng nút ấn thứ khác E2 (Nút ấn thường mở (NO), không có nhớ).

Viết chương trình PLC cho thiết bị phân loại các dạng sản phẩm: Kim loại và phi kim





Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch.

Thiết kế sơ đồ mạch khí nén và xây dựng mạch khí nén.

Khai báo biến chương trình PLC.

Trình bày chương trình PLC trong ngôn ngữ lập trình LAD bằng phần

mềm MicroWin4.0 trên máy tính.

Download chương trình vào PLC.

Chạy thử chương trình PLC và vận hành hệ thống.






- Chúng ta sử dụng 3 cảm biến: cảm biến cảm ứng từ, cảm biến màu và cảm

biến quang để phân loại sản phẩm

- Sử dụng 3 van đảo chiều điện từ đơn 5/2, hồi bằng lò xo để điều khiển 3 xy

lanh khí.

- Băng chuyền được dẫn động bằng 1 động cơ điện 24VDC.

Phân tích bài toán







24V

I

Q

0.0

0 V

0 V

PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.70.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.70.4

0 V E1S3S2S1

M

E2

Y1 Y2 Y3Bang_tai



Sơ đồ mạch điện-khí nén





Khai báo biến chương trình PLC

Trình bày chương trình PLC trong các ngôn ngữ Sơ đồ hình thang(Mở chương trình trong MicroWin 4.0)





Trước khi đưa vào vận hành hệ thống:

- Kiểm tra mạch lắp ráp với trợ giúp của sơ đồ mạch.

- Bật nguồn điện có điện áp tiêu chuẩn 24 VDC.

- Tăng nguồn cấp khí nén của bộ xử lý khí tới áp suất hoạt động (Xem bảng thông số kỹ thuật của hệ thống khí nén, thông thường từ 4-6 bar)! Nạp chương trình vào PLC. Tiến hành kiểm tra chức năng. Sửa các lỗi xuất hiện trong chương trình PLC. Vận hành hệ thống lắp đặt.

Kiểm tra chương trình PLC và đưa hệ thống vào hoạt động






Viết chương trình PLC điều khiển đèn tín hiệu giao thông tại ngã tư giao thông đường bộ

- Mỗi cột đèn có ba màu khác nhau, sáng theo thứ tự: Xanh, đỏ và vàng. Yêu cầu đèn xanh hướng A sáng 60 giây (TxanhA), đèn xanh hướng B sáng 70 giây (TxanhB), đèn vàng sáng 10 giây (Tvàng).

Hướng A

Hướng A

Hướng B


Ứng dụng Bộ định thời (Timer) và các phép toán so sánh (Compare) để điều khiển trực tiếp các đèn báo tín hiệu giao thông



Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch.











Các ngã tư thường có 4 cột đèn giao thông, mỗi cột có 3 đèn sang theo thứ tự

Xanh-Đỏ-Vàng. Các cột đèn chéo nhau phải thỏa mãn quy luật: Cột đèn này

có đèn xanh sáng thì cột đèn kia có đèn đỏ hoặc vàng sáng và ngược lại.

Như vậy hệ thống chỉ gồm 2 pha ( Quy ước Pha A tương ứng hướng A, pha B

tương ứng hướng B) đan xen nhau, nên thực chất chỉ có 2 cột đèn cần điều

khiển, còn 2 cột đèn chéo nhau mắc song song.






Thời gian đèn xanh pha A sáng là: 0 ÷ TxanhA = 0÷60s

Thời gian đèn vàng pha A sáng là: TxanhA ÷ TxanhA + Tvàng = 60 ÷ 70s

Thời gian đèn đỏ pha A sáng là : TxanhA + Tvàng ÷ TxanhA + Tvàng + TxanhB +

Tvàng =70÷150s

Thời gian đèn đỏ pha B sáng là: 0 ÷ TxanhA+ Tvàng = 0÷70s

Thời gian đèn xanh pha B sáng là: TxanhA+ Tvàng ÷ TxanhA + TxanhB + Tvàng =

70 ÷140s

Thời gian đèn vàng pha B sáng là: TxanhA + TxanhB + Tvàng ÷ TxanhA + Tvàng +

TxanhB + Tvàng =140÷150s







24V

I

Q

0.0

0 V

24 V

0 V

PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.70.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.70.4

XanhA VangA DoA XanhB VangB DoB



Viện Cơ khí - Trung tâm thực hành công nghệ cơ khíHướng A

Trình bày chương trình PLC trong các ngôn ngữ Sơ đồ hình thang








Nạp chương trình vào PLC.

Tiến hành kiểm tra chức năng.

Sửa các lỗi xuất hiện trong chương trình PLC.

Vận hành hệ thống lắp đặt






4.11. Bài tập thực hành 11: Ứng dụng Bộ counter quản lý bãi đỗ xe ô tô

Nhiệm vụ:

Hệ thống điều khiển bãi đỗ xe chứa tối đa 12 chiếc ô tô mô tả như hình vẽ. Mỗi lần xe vào, PLC tự động tăng thêm 1 bởi cảm biến phát hiện xe S1. Bất kỳ một chiếc xe nào đi ra khỏi bãi, PLC sẽ tự động giảm đi 1 bởi cảm biến phát hiện S4. Khi bài đỗ xe chứa đủ 12 chiếc xe, bảng báo hiệu hiệu bãi đỗ xe đã đầy xe (thông qua đèn báo và còi báo) sẽ được sáng lên, thông báo các xe không được vào bãi đỗ xe nữa.Cổng vào và cổng ra được điều khiển bởi xy lanh khí nén hoặc động cơ điện, ở trạng thái mặc định cổng đóng, khi có xe vào hoặc xe ra thì cổng sẽ tự động mở.

Hướng A




Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch điện.

Thiết kế sơ đồ mạch khí nén và xây dựng mạch khí nén.











Sử dụng bộ đếm CTUD để giải quyết bài toán với giá trị PV=12

- Cảm biến S1 điều khiển của vào mở và dùng làm biến đếm.

- Cảm biến S2 điều khiển của vào đóng

- Cảm biến S3 điều khiển của ra mở

- Cảm biến S4 điều khiển của ra mở và dùng làm biến đếm.






Thiết kế sơ đồ mạch điện và xây dựng mạch điện:

Hướng A



24V

I

Q

0.0

0 V

24 V

0 V

PLC S7-200

0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.70.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.70.4

0 V Sht S4S3S2S1

M M

Dong co2 Dong co1 Dendo

Denxanh



Trình bày chương trình PLC trong các ngôn ngữ Sơ đồ hình thang








Nạp chương trình vào PLC.

Tiến hành kiểm tra chức năng.

Sửa các lỗi xuất hiện trong chương trình PLC.

Vận hành hệ thống lắp đặt






Thank you

mechatronics department

Documents