MỤC L ỤC MỤC L ỤCBài gi ảng MTCN & LTCN Bộ môn CN K ỹ thu ật máy tính - 4 - CH ƯƠ NG 1 TỔNG QUAN V Ề ĐIỀU KHI ỂN L ẬP TRÌNH 1.1. Nh ững khái ni

Bài giảng MTCN & LTCN Bộ môn CN Kỹ thuật máy tính

- 1 -

MỤC LỤC

MỤC LỤC..............................................................................................................1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH .........................4

1.1. Những khái niệm cơ bản về PLC.............................................................4

1.1.1. PLC là gì? ........................................................................................4

1.1.2. Sự ra đời và phát triển của PLC ......................................................5

1.1.3. Ưu nhược điểm của PLC.................................................................6

1.1.4. Các họ PLC hiện có trên thị trường quốc tế....................................6

1.2. Hệ thống điều khiển công nghiệp điển hình ............................................7

1.2.1. Hệ thống thu thập số liệu, giám sát và điều khiển (Supervisory

Control And Data Aquirition - SCADA) .........................................................7

1.2.2. Hệ thống điều khiển phân tán (DCS) ..............................................8

1.2.3. Các hệ thống điển hình khác.........................................................10

1.3. Ngôn ngữ lập trình trên PLC.................................................................10

CHƯƠNG 2 LẬP TRÌNH CHO PLC S7X00 VÀ LOGO .............................13

2.1. PLC S7 - 200 ...........................................................................................13

2.1.1. Giới thiệu chung về PLC S7-200 ...................................................13

2.1.2. Cấu trúc chung ..............................................................................14

2.1.3. Mô tả các khối chức năng phần cứng ...........................................15

2.1.4. Cấu trúc của bộ nhớ ......................................................................21

2.1.5. Phần mềm Lập trình cho PLC S7-200 ..........................................26

2.2. Ngôn ngữ lập trình của Simatic .............................................................32

2.2.1. Phân tích đối tượng và hệ thống điều khiển..................................32

2.2.2. Phương pháp lập trình ..................................................................37

2.2.3. Cú pháp hệ lệnh của S7-200 (Phụ lục) .........................................41

2.3. Kết nối hệ thống .....................................................................................41


- 2 -

2.3.1. Mô tả hệ thống kỹ thuật.................................................................41

2.3.2. Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi .............................................44

2.3.3. Kiểm lỗi kết nối bằng Step 7-MicroWin.........................................48

2.4. PLC LOGO.............................................................................................54

2.4.1. Giới thiệu chung ............................................................................54

2.4.2. Đấu nối logo ..................................................................................54

2.4.3. Các thao tác chung trên logo.........................................................54

2.4.4. Lập trình cho logo .........................................................................54

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH CHO PLC EASY VÀ ZEN .................................55

3.1. PLC Easy ................................................................................................55

3.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................55

3.1.2. Đấu nối PLC Easy .........................................................................55

3.1.3. Các thao tác chung trên PLC Easy................................................55

3.1.4. Lập trình cho PLC Easy ................................................................55

3.2. PLC ZEN ................................................................................................55

3.2.1. Giới thiệu chung ............................................................................55

3.2.2. Đấu nối PLC ZEN .........................................................................55

3.2.3. Các thao tác chung trên PLC ZEN................................................55

3.2.4. Lập trình cho PLC ZEN ................................................................55

CHƯƠNG 4 MẠNG PLC ...............................................................................56

4.1. Hình trạng mạng ....................................................................................56

4.2. Các vấn đề quan tâm khi ghép nối mạng PLC......................................56

CHƯƠNG 5 CASE STUDY ...........................................................................57

5.1. Dây chuyền đóng gói tự động.................................................................57

5.2. Điều khiển bơm nước .............................................................................58

5.3. Điều khiển động cơ .................................................................................58


- 3 -

5.4. Điều khiển đóng mở cửa tự động...........................................................58

5.5. Điều khiển băng tải.................................................................................58

5.6. Điều khiển thang máy ............................................................................58

THỰC HÀNH VÀ BÀI TẬP LỚN .....................................................................59


- 4 -

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

1.1. Những khái niệm cơ bản về PLC

1.1.1. PLC là gì?

PLC là viết tắt của ba từ tiếng anh: Programmable Logic Controller- có nghĩa

là bộ điều khiển logic có khả năng thích ứng với nhiều chương trình điều khiển

khác nhau.

Chương trình điều khiển của PLC do người lập trình tạo ra nhờ máy tính với

sự trợ giúp của phần mềm hoặc thiết bị lập trình cầm tay do các hãng chế tạo PLC

cung cấp rồi nạp vào PLC.

Khi cần thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển, người lập trình chỉ

cần lập trình lại rồi nạp chương trình điều khiển mới vào PLC. bộ điều khiển sẽ làm

việc theo chương trình mới ngay sau khi khởi động.

Như vậy PLC thực chất là một thiết bị điều khiển đã được module hoá để sản

xuất hàng loạt. Nó là một bộ điều khiển đa năng, được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực

công nghệ khác nhau nhờ khả năng thích ứng của nó với các chương trình điều

khiển khác nhau.


- 5 -

1.1.2. Sự ra đời và phát triển của PLC

Trước khi có PLC đã có những bộ điều khiển tự động bằng các mạch rơle-

công tắc tơ hoặc các mạch rơ le số/tương tự không tiếp điểm. Các bộ điều khiển này

ngày nay được gọi là các bộ điều khiển cứng.

Khi cần phải thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển thì các bộ điều

khiển cứng sẽ không thích ứng được, do đó cần thiết kế và chế tạo lại bộ điều khiển

để thay thế bộ điều khiển cũ, hoặc chí ít cũng cần thay đổi lại cách ghép nối các

phần tử của bộ điều khiển cũ cho phù hợp với chương trình điều khiển mới.

Việc thay đổi như vậy dẫn đến hiệu quả kinh tế bị giảm sút, thời hạn cải tạo

thiết bị công nghệ kéo dài. Năm 1969, hãng sản xuất ôtô GM đề xuất thiết kế các bộ

điều khiển ứng dụng công nghệ điện tử và công nghệ máy tính có khả năng thích

ứng với nhiều chương trình điều khiển khác nhau với các điều kiện sau:

a) Dễ dàng thay đổi được chương trình điều khiển

b) Đơn giản cho việc thay thế và sửa chữa.

c) Độ tin cậy cao so với các bộ điều khiển cứng truyền thống.

d) Nhỏ gọn hơn so với các bộ điều khiển thuyền thống.

e) Dữ liệu gửi ra ở đầu ra phải được đưa tới các dụng cụ điều khiển trung

tâm.

f) Giá thành tốt hơn các bộ điều khiển rơ le.

g) Đầu vào có khả năng nhận điện xoay chiều điện áp 115 v.

h) Đầu ra có dòng cực tiểu là 2a và điện áp xoay chiều cực tiểu là 115 v.

i) Bộ điều khiển phải có khả năng mở rộng các chức năng bằng cách nối

ghép thêm các module.

PLC đã ra đời như thế do tính thích ứng với nhiều chương trình điều khiển,

việc thay đổi chương trình dễ dàng và không đòi hỏi những chuyên gia lập trình và

điều khiển có trình độ chuyên môn cao nên nó nhận được nhu cầu rất lớn trong thực

tế. PLC sinh ra trên cơ sở của công nghệ máy tính và vật liệu bán dẫn, có thể giải

quyết được bài toán điều khiển với nhiều chương trình khác nhau nên ngày càng

được phát triển và ứng dụng vào tất cả các ngành công nghiệp và dân dụng.


- 6 -

1.1.3. Ưu nhược điểm của PLC

Các điều kiện đưa ra để chế tạo PLC chính là các đặc điểm mang tính ưu việt

của PLC so với các bộ điều khiển truyền thống, trong đó ưu điểm lớn nhất là khả

năng thích ứng với các chương trình điều khiển khác nhau của PLC. Trong PLC khi

thay đổi chương trình điều khiển, do dùng các vi mạch để xử lý thông tin cho nên

các ghép nối cần thiết trong quá trình lập chương trình điều khiển không phải là các

ghép nối cơ học mà là các ghép nối Logic được người lập trình tạo ra bằng phần

mềm (Software) và được cài đặt vào bộ nhớ.

PLC có tốc độ xử lý cao, thường xử lý một lệnh trong khoảng thời gian

0,64µs. Nó còn là thiết bị tiêu tốn ít năng lượng so với các bộ điều khiển truyền

thống. nó nhỏ, gọn, trọng lượng nhẹ, dễ dàng lắp đặt trong các tủ điều khiển, dễ

dàng ghép nối với các thiết bị khác của hệ thống.

Sử dụng PLC trong điều khiển tự động chúng ta dễ dàng thiết lập được sự

trao đổi thông tin với các PLC khác thông qua các mạng LAN (Local Area

Network).

Việc lập chương trình và cài đặt chương trình cho PLC không phức tạp,

không đòi hỏi người lập trình có trình độ chuyên môn cao về PLC, về hệ thống tự

động. Các PLC hiện nay không những chỉ nhận các tín hiệu số ở các cổng vào và

cho ra các tín hiệu số ở các cổng ra mà còn có thể tiếp nhận các tín hiệu tương tự tại

các cổng vào để cho ra các tín hiệu tương tự trên các cổng ra. Tuy vậy tên gọi PLC

vẫn đúng, bởi vì quá trình xử lý trong CPU của nó vẫn là các quá trình xử lý logic.

Về nhược điểm: Hiện nay do chưa được tiêu chuẩn hoá trong phạm vị quốc

tế nên mỗi hãng sản xuất PLC lại đưa ra một ngôn ngữ lập trình riêng dẫn đến thiếu

tính thống nhất toàn cục. Mỗi khi sử dụng một loại PLC khác, người lập trình lại

phải học ngôn ngữ lập trình mới. Với các mạch điều khiển đơn giản, có quy mô nhỏ

bộ điều khiển PLC có giá thành đắt hơn so với các bộ điều khiển truyền thống vì

vậy không phải lúc nào cũng chọn lựa sử dụng PLC.

1.1.4. Các họ PLC hiện có trên thị trường quốc tế

Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất và cung cấp các PLC. Hãng SIEMENS

là một tập đoàn đa quốc gia về điện và điện tử hàng đầu thế giới, có doanh số đạt

gần 100 tỷ mác Đức và hiện có mặt trên 190 nước trên toàn cầu. SIEMENS đầu tư

phát triển họ PLC SIMATIC S7.


- 7 -

PLC S7 hiện có ba dòng: dòng SIMATIC S7-200 dùng cho các đối tượng

điều khiển quy mô nhỏ, đơn giản; dòng SIMATIC S7-300 dùng cho các đối tượng

điều khiển quy mô vừa; dòng SIMATIC S7-400 dùng cho các đối tượng điều khiển

quy mô lớn, phức tạp. Hãng OMRON của nhật bản có các dòng Micro PLC CPM

và dòng PLC cỡ nhỏ mạnh mẽ và mềm dẻo CQM. ngoài ra còn có các họ PLC của

Misubishi, Allen Bradley, Telemecanicque...

1.2. Hệ thống điều khiển công nghiệp điển hình

1.2.1. Hệ thống thu thập số liệu, giám sát và điều khiển (Supervisory Control

And Data Aquirition - SCADA)

Hệ thống điều khiển kiểu thu thập, giám sát và điều khiển SCADA ra đời từ

những năm 1980, song song với việc ra đời các thiết bị Logic lập trình được (PLC).

SCADA chủ yếu sử dụng PLC để điều khiển hệ thống. SCADA thích hợp cho việc

quản lý và điều khiển hệ thống sản xuất cỡ nhỏ với cấu trúc cơ bản như sau:

Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống SCADA

Trong đó:

- PC: Professional Computer (Máy tính chuyên dụng).

- LAN: Local Area Network (Mạng máy tính nội bộ).

- PLC: Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic lập trình được).


- 8 -

- I/O: Input/Output (Thiết bị vào/ra).

- UT: Unit Terminator (Thiết bị đầu cuối – hoặc RTU-Remote Terminator

Unit).

- Si: Sensor (Thiết bị đo lường).

- CCCH: Cơ cấu chấp hành (Động cơ, van, rơ le, ...).

Trong hệ thống này, các bộ PLC thu thập số liệu, xử lý kết quả đo và đưa ra quyết

định điều khiển, đồng thời gửi kết quả đo về máy tính trung tâm. Máy tính trung

tâm có nhiệm vụ hiển thị kết quả đo và cho phép vận hành hệ thống với yêu cầu từ

máy tính. Người điều khiển thông qua bàn phím và chuột có thể điều khiển hệ

thống, máy tính truyền lệnh điều khiển xuống PLC thông qua các module vào ra

(I/O), hệ thống thực hiện các công đoạn cần thiết để điều khiển quá trình sản xuất.

Hệ thống kiểu này giá thành rẻ, thích hợp cho các hệ thống vừa và nhỏ. Tuy nhiên

có hạn chế là: Khi áp dụng cho hệ thống lớn thì khó khăn; không có phần mềm

chuyên dụng cho dự phòng; khả năng cho phép mở rộng các điểm đo bị hạn chế;

tính ổn định thấp; tính năng thời gian thực chưa đáp ứng được.

1.2.2. Hệ thống điều khiển phân tán (DCS)

Hệ DCS (Distributed Control System) khắc phục được các nhược điểm của

hệ SCADA trên, đặc biệt là việc xử lý tập trung thông tin ở trung tâm điều khiển, do

đó lượng thông tin truyền đi và kênh truyền sẽ rất lớn đòi hỏi phần xử lý trung tâm

phải có dung lượng cùng với tốc độ cao làm cho toàn hệ thống cồng kềnh phức tạp,

chi phí lớn. Cấu trúc của hệ DCS về cơ bản được bố trí như hình 1.2 sau đây.


- 9 -

Phân cấp của hệ thống như sau:

• Cấp tiếp xúc gần nhất với đối tượng điều khiển: Gồm các cảm biến, Module

chuẩn hoá tín hiệu, các van điều khiển, các Module I/O, các Module truyền

thông và các khối xử lý trung tâm của từng nhóm tín hiệu và thường gọi là các

khối xử lý phân tán. Tập hợp của nhóm các thiết bị đó gọi là các thiết bị hiện

trường.

• Cấp điều khiển cục bộ (local control): Gồm các Module I/O, PLC, PC công

nghiệp...

• Cấp điều khiển giám sát: Gồm các máy tính với giao diện quan sát lớn, các

bảng hiển thị thông số lớn, các thiết bị giám sát khác và máy in. Cấp này có

nhiệm vụ giám sát, điều khiển, lưu giữ, in ấn, hiển thị tức thời (động) các sơ đồ

công nghệ và các thông số chính của quá trình sản xuất...

• Cấp quản lý: Gồm các máy tính được nối mạng, làm nhiệm vụ thống kê số liệu

sản xuất, lập bảng biểu, lưu trữ, tính toán tối ưu quá trình sản xuất...

Hệ thống có ưu điểm như sau:

- Giao diện người dùng và các thông tin hiển thị rõ ràng.

- Có chức năng dự phòng linh hoạt.


- 10 -

- Có thể thay đổi quy trình công nghệ bằng phần mềm tương đối dễ.

- Tính năng tác động nhanh được cải thiện.

- Độ ổn định khá cao.

- Thuận tiện cho việc kết nối với các hệ thống khác và dễ sử dụng.

Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống:

- Giá thành đắt.

- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ cao, hiểu biết về công nghệ PLC,

PC, Controller,...

Trong đó, PLC đóng một vai trò quan trọng nhờ các ưu điểm vượt trội của nó

so với các bộ điều khiển kiểu xử lý thông thường (vi xử lý).

1.2.3. Các hệ thống điển hình khác

- Hệ thống tích hợp: Từ năm 1998 đến nay trên thị trường công nghệ quốc tế

và trong nước đã dần dần triển khai hệ thống điều khiển công nghiệp kiểu tích hợp

với tên gọi là Hệ thống thông tin tích hợp (Integrated Information Systems – IIS).

Hệ này có cấu trúc gần tương tự với kiểu DCS nhưng được tích hợp nhiều chức

năng hơn. Ngoài chức năng điều khiển phân tán và tính năng mở còn có chương

trình điều khiển theo quy trình công nghệ đảm bảo sản xuất tối ưu. Trên hệ thống

còn tích hợp các chương trình tổ chức, lập kế hoạch sản xuất, tính toán lỗ lãi,

marketing, thương mại điện tử,... nhằm đem lại lợi nhuận cao cho sản xuất.

- Các ứng dụng thông thường: Ngoài những ứng dụng của PLC trong các hệ

thống điều khiển công nghiệp với quy mô lớn mà chúng ta đã xét, PLC còn có thể

ứng dụng vào các công đoạn tự động hoá từng phần, từng mảng công việc khác

nhau tuỳ từng điều kiện cụ thể về tính chất công việc, kinh tế,... Chẳng hạn, PLC

ứng dụng điều khiển hoạt động cửa tự động, tự động hoá toà nhà, cầu thang máy,

trạm trộn bê tông, điều khiển Gara tự động, điều khiển Robot, điều khiển đèn đường

giao thông, điều khiển hệ thống báo động, ....

1.3. Ngôn ngữ lập trình trên PLC

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các

đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 5 ngôn ngữ lặp trình cơ bản. Đó là:

- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic).


- 11 -

Đây là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic.

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list).

Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình

được ghép gởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một

hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”.

- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).

Đây cũng là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều

khiển số.

- Ngôn ngữ GRAPH.


- 12 -

Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ hoạ. Cấu trúc chương trình rõ ràng,

chương trình ngắn gọn. Thích hợp cho người trong ngành cơ khí vốn quen với giản

đồ Grafcet của khí nén.

- Ngôn ngữ High GRAPH


- 13 -

CHƯƠNG 2 LẬP TRÌNH CHO PLC S7X00 VÀ LOGO

2.1. PLC S7 - 200

2.1.1. Giới thiệu chung về PLC S7-200

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình (lập trình được) loại nhỏ của

hãng Siemens (CHLB Đức). Thiết bị này cho phép thực hiện linh hoạt các thuật

toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện

thuật toán bằng mạch số.

Với chương trình điều khiển bên trong, PLC trở thành một bộ điều khiển số

nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường

xung quanh (các PLC khác hoặc máy tính). Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng

thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra

cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết

kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các mô đun. Số các

mô đun được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, dự án cụ thể, song tối

thiểu bao giờ cũng phải có một mô đun chính là mô đun CPU. Các mô đun còn lại

là các mô đun nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các mô đun chức năng

chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ... các mô đun này được gọi chung là

môđun mở rộng. Cụ thể, cấu trúc của một bộ PLC S7-200 có thể gồm các mô đun

sau:

+ Mô đun nguồn PS (Power supply).

+ Mô đun CPU (Central processing unit).

+ Các mô đun tín hiệu SM (Signal module). Có chức năng mở rộng số cổng tín

hiệu vào/ra.

+ Các mô đun chức năng FM (Function module) phục vụ cho các điều khiển

chuyên dụng.

+ Các mô đun ghép nối IM (Interface module). Đây là loại mô đun chuyên dụng

có nhiệm vụ nối từng nhóm các mô đun mở rộng lại với nhau thành một khối và

được quản lý chung bởi một mô đun CPU.

+ Mô đun CP (Communicate module) phục vụ cho việc truyền thông trong mạng

được sử dụng để ghép nối giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.


- 14 -

Hình 2.1: Bộ điều khiển lập trình được S7-200

2.1.2. Cấu trúc chung

Cũng như các bộ PLC khác, PLC S7-200 có các thành phần chính là bộ xử lý

trung tâm (Central Processing Unit) với bộ vi xử lý, các bộ nhớ làm việc và bộ nhớ

chương trình, các giao diện vào ra (I/O modules), hệ thống bus (bus system) và khối

nguồn cấp điện (Power Supply). Hình 2.2 minh hoạ các thành phần chức năng chính

của một bộ điều khiển lập trình được và quan hệ tương tác giữa chúng.

Bộ xử lý trung tâm bao gồm một hoặc nhiều vi xử lý, bộ nhớ chương trình, bộ

nhớ làm việc, đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bị lập trình, được liên kết với

nhau thông qua một hệ thống bus nội bộ. Nhiệm vụ chính của CPU là quản lý các

cổng vào ra, xử lý thông tin, thực hiện các thuật toán điều khiển. Bộ nhớ chương

trình thường có dạng EPROM (Erasable and Programmable Read Only Memory)

hoặc EFPROM (Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory),

chứa hệ điều hành và mã chương trình ứng dụng. Dữ liệu vào/ ra cũng như dữ liệu

tính toán khác được lưu trong bộ nhớ làm việc RAM (Random Acess Memory).

Đồng hồ nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển chương trình theo chu kỳ,

thông thường trong khoảng từ 0,01giây tới 1000 phút.

Các thành phần vào/ ra (Input/Ouput, I/O) đóng vai trò là giao diện giữa CPU và

qúa trình kỹ thuật. Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu và cách

điện giữa các thiết bị ngoại vi (các cảm biến, cơ cấu chấp hành) và CPU. Các thành

phần vào/ra được liên kết với CPU thông qua một hệ thống bus.

Hệ thống bus (system bus) là tuyến để truyền các tín hiệu gồm nhiều đường tín

hiệu song song:

- Tuyến địa chỉ (address bus) dùng để chọn địa chỉ trên các khối khác nhau

- Tuyến dữ liệu (data bus): mang dữ liệu


- 15 -

- Tuyến điều khiển (control bus): truyền các tín hiệu điều khiển dùng để đồng bộ

các hoạt động trong PLC.

Bộ cung cấp nguồn (POWER SUPPLY, PS) có vai trò biến đổi và ổn định nguồn

nuôi (thông thường 5V cho CPU) và các thành phần chức năng khác từ một nguồn

xoay chiều (110V, 220V,...) hoặc một chiều (12V, 24V,...).

Bên cạnh các thành phần chính nêu trên, một hệ thống PLC có thể có các thành

phần chức năng khác như ghép nối mở rộng, điều khiển chuyên dụng và xử lý

truyền thông.

Hình 2.2 Các thành phần chức năng chính của một PLC

2.1.3. Mô tả các khối chức năng phần cứng

2.1.3.1. Module CPU

CPU của S7-200 bao gồm: CPU212, CPU214, CPU 215 hoặc CPU 216. Về hình

thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ kích thước,

số đầu vào ra và nguồn cung cấp.

- CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng mở rộng được thêm bằng 2

modul mở rộng.

- CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng mở rộng được thêm bằng

7 modul mở rộng.




- 16 -



Hình sau chỉ ra các phần tử điều khiển và hiển thị của CPU 214:

Hình 2.3: Mô tả các phần tử trên CPU 214

Đặc điểm của các phần tử trên module CPU:

- Các đèn (LED) hiển thị chế độ hoạt động và lỗi:

SF (đỏ) SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC có hỏng hóc.

RUN (xanh) chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được

nạp vào trong máy.

STOP (vàng) STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình

đang thực hiện lại.

- Các đèn hiển thị trạng thái vào/ra:

Ix.x (xanh) ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo

hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.

Qy.y (xanh) ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y. Đèn này báo

hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.

- Bộ lựa chọn chế độ hoạt động (Mode selector):

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 chế độ làm việc khác nhau của PLC


- 17 -

RUN mode: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLCS7-200 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 mode: cưỡng bức PLC dừng công việc 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 chế độ làm việc cho PLC

ở chế độ RUN hoặc STOP.

- 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.

Hình 2.4: Sơ đồ chân của cổng

Tốc độ truyền thông là 9.6 kbaud hoặc 19.2 kbaud (tốc độ kbaud tương ứng với số

bit được truyền trong mỗi giây).

Để ghép nối S7-200 với một thiết bị lập trình (ví dụ các máy lập trình thuộc họ

PG7xx) có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua giao diện đa điểm MPI (Multipoint

Interface) của CPU. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình, độ dài của cáp là 50m.


- 18 -

Hình 2 5: Kết nối thiết bị lập trình tới một PLC S7-200

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ

chuyển đổi RS232/RS485.

Cáp nối PC/PPI cho phép nối cổng RS232 của máy tính PC với cổng RS485 của

PLC qua giao diện điểm điểm PPI (Point to Point Interface).

Hình 2.5: Kết nối máy tính PC tới một PLC S7-200

- Pin và nguồn nuôi bộ nhớ (cho phép lưu giữ các dữ liệu quan trọng khi cắt

nguồn cấp cho PLC):

Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

Nguồn pin được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu trong bộ

nhớ. Nguồn pin tự động 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.


- 19 -

Hình 2.6: Lắp nguồn pin lưu giữ vào CPU

- Thẻ nhớ (Memory card):

Mục đích dùng memory card: Với memory card ta có thể mở rộng vùng nhớ

cho CPU. Có thể ghi chương trình ứng dụng và các tham số cài đặt tương ứng cho

CPU và các mô đun trên memory card. Cũng có thể lưu giữ hệ điều hành CPU tới

một memory card. Nếu ghi một chương trình ứng dụng trên memory card, nó sẽ còn

lại trong CPU khi tắt nguồn thậm chí với cả trường hợp không có pin lưu giữ.

Hình 2.7: Lắp memory card vào CPU

2.1.3.2. Các Môđul vào/ra mở rộng

CPU 212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 mô đun và các CPU214, CPU 215,

CPU216 nhiều nhất 7 mô đun. Các mô đun mở rộng tương tự và số đều có trong S7-

200.

Có thể mở rộng cổng vào ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các môđun

mở rộng về phía bên phải của CPU.


- 20 -

Hình 2.8: Cách ghép nối mô đun CPU với mô đun mở rộng

- Mô đun vào/ra số (Digital module):

Mô đun vào số (DI module) chứa các đầu vào số dùng cho PLC S7-200. Các

sensor số có thể được nối với PLC S7-200 thông qua mô đun này. Mô đun vào số

chuyển đổi mức tín hiệu số được truyền từ hệ thống bên ngoài thành mức tín hiệu

bên trong PLC S7-200.

Môđun ra số (DO module) chứa các đầu ra số dùng cho PLC S7-200. Các cơ cấu

chấp hành số có thể được nối với PLC S7-200 thông qua mô đun này. Mô đun ra số

chuyển đổi mức tín hiệu số bên trong PLC S7-200 thành mức tín hiệu số cần cho hệ

thống bên ngoài.

- Mô đun tương tự (Analog Module):

Các mô đun mở rộng vào/ra tương tự chuyển đổi dữ liệu đầu vào tương tự sang

giá trị số. Giá trị số phụ thuộc vào dải tín hiệu đầu vào (0 đến 5 VDC, 1 đến 5 VDC,

0 đến 10VDC, -10 đến 10 VDC, 0 đến 4mA hoặc 4 đến 20 mA). Các dữ liệu đầu ra

số thì được chuyển đổi sang các giá trị tương tự (1 đến 5 VDC, 0 đến 10VDC, -10

đến 10 VDC, 0 đến 4mA hoặc 4 đến 20 mA).

- Xác định địa chỉ cho các module mở rộng:

Một trạm PLC được hiểu là một mô đun CPU ghép nối cùng với các mô đun mở

rộng khác ( module DI, DO, AI, AO, CP, FM) trong đó việc truy nhập của CPU vào

các mô đun mở rộng được thực hiện thông qua địa chỉ của chúng. Tuỳ vào vị trí lắp

đặt của mô đun mở rộng mà các mô đun có những địa chỉ khác nhau. Hình sau là

một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho môđun mở rộng trên CPU 214:


- 21 -

- Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các môđun mở rộng:

Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và các mô đun mở rộng

thông qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các mô

đun vào số (DI) đã được CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input table

- I). Cuối mỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số (process image output table - Q)

lại được CPU chuyển tới cổng ra của các mô đun ra số (DO). Việc thay đổi nội

dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng (user program).

Điều này cho thấy nếu trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc giá trị cổng

vào số thì cho dù giá trị logic thực của cổng vào này có thể đã bị thay đổi trong quá

trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I

và giá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét. Cũng như

vậy, nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra số thì do

nó chỉ thay đổi nội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay đổi

cuối cùng mới thực sự được đưa tới cổng ra vật lý của mô đun DO.

Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được

CPU thực hiện trực tiếp với mô đun mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi lệnh đọc giá trị

từ địa chỉ thuộc vùng PI (peripheral input) sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị

thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh. Tương tự khi thực hiện lệnh gửi một

giá trị (số nguyên 16 bit) tới địa chỉ của vùng PQ (peripheral output), giá trị đó sẽ

được gửi ngay tới cổng ra tương tự của mô đun.

Sở dĩ có sự khác nhau như vậy là do đặc thù về sự tổ chức bộ nhớ và phân chia

địa chỉ của S7-200. Chỉ có các mô đun vào/ra số mới có bộ đệm còn các mô đun

vào/ra tương tự thì không, chúng chỉ được cung cấp địa chỉ để truy nhập (địa chỉ PI

và PQ).

2.1.4. Cấu trúc của bộ nhớ


- 22 -

2.1.4.1. Phân chia bộ nhớ

Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu

trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn.

Hình 2.9:Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200

Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương

trình. Ngôn ngữ lập chương trình cho PLC là ngôn ngữ đồ thị hình thang (LAD)

hoặc danh sách lệnh (STL). Chương trình được lưu giữ trong bộ nhớ Non – valatile

đọc/ ghi do đó không bị ảnh hưởng khi mất nguồn. Khi muốn thay đổi vùng chương

trình thì phải sử dụng một dụng cụ nạp chương trình. Chương trình có thể được chia

ra làm hai phần: Chương trình “chính” thực hiện theo chu kỳ và “ chương trình

ngắt” chỉ hoạt động khi có phát sinh ngắt tương ứng.

Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm...

Vùng dữ liệu: được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết

quả của phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền

thông.

Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự

đặt trong vùng nhớ cuối cùng.

Vùng chương trình, vùng tham số và một phần dữ liệu được lưu giữ trong

EEPROM của CPU.

2.1.4.2. Vùng dữ liệu

Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy nhập theo từng bit, từng

byte, từng từ đơn hoặc theo từng từ kép và được sử dụng để làm miền lưu trữ dữ


- 23 -

liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay

vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ...

Hình sau mô tả vùng dữ liệu của CPU 212 và CPU 214

Vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau,

Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của

chúng như sau:

• V - Variable memory (miền nhớ thay đổi được)

• I - Input image register (thanh ghi đệm cổng vào)


- 24 -

• O - Output image register (thanh ghi đệm cổng ra)

• M - Internal memory bits (các bít nhớ nội)

• SM - Special memory bits (các bít nhớ đặc biệt)

Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ

đơn hoặc từng từ kép.

a) Định nghĩa về Bit, Byte, Word, Double word

Bit là một đơn vị thông tin, nó có hai giá trị 0 hay 1.

Byte là một nhóm 8 bit liên tiếp:

Trong PLC S7 -200 người ta dùng IB để chỉ byte vào (Input Byte) và QB để chỉ

byte ra (Out Byte).

Word là kết hợp của 16 bit hay 2 byte.

Trong PLC S7 -200 người ta dùng IW để chỉ word vào (Input word) và QW để

chỉ word ra (Out word).

Double Word là kết hợp của 32 bit hay 4 byte hay 2 word

Trong PLC S7 - 200 người ta dùng ID để chỉ double word vào (Input Double

word) và QD để chỉ double word ra (Out Double word).

Thí dụ: Địa chỉ vùng nhớ được qui định như sau:


- 25 -

b) Cách đánh địa chỉ bit, byte và word trong PLC S7-200

Các miền nhớ trong CPU (miền V, I, Q, M, SM) đều có thể được truy nhập thông

qua địa chỉ bit, địa chỉ byte, địa chỉ word và địa chỉ double word.

-Địa chỉ bit : Tên miền (+) x(+) • y(+)

Với x là địa chỉ của byte (x: 0 - 255) và y là thứ tự của bit trong byte (y: 0 - 7)

Ví dụ : Truy nhập cổng vào theo địa chỉ bit

- Địa chỉ byte: Tên miền (+) B(+) x

Với x là địa chỉ của byte (x: 0 -127)

Ví dụ : Truy nhập miền nhớ V theo địa chỉ byte

- Địa chỉ word: Tên miền (+) W(+) x

Với x là địa chỉ của word (x: 0 -126). Và word thứ x tạo bởi byte thứ x (byte

cao) và byte thứ (x+1) ( byte thấp)

Ví dụ : Truy nhập miền V theo địa chỉ word

- Địa chỉ double word: Tên miền (+) D(+) x

Với x là địa chỉ của word (x: 0 -124). Và double word thứ x tạo bởi byte thứ x

(byte cao nhất), byte thứ (x+1), byte thứ (x+2) và byte thứ (x+3) ( byte thấp nhất).

Ví dụ : Truy nhập miền V theo địa chỉ double word


- 26 -

2.1.4.3. 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 các thanh ghi của Timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đếm vào ra

tương tự và các thanh ghi Accumulator (Acc).

Kiểu dữ liệu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được

ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó.

Vùng nhớ đối tượng được phân chia như sau:

2.1.5. Phần mềm Lập trình cho PLC S7-200

2.1.5.1. Cài đặt phần mềm

Step7 là một phần mềm hỗ trợ:


- 27 -

- Khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC thuộc họ Simatic.

- Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-200 cũng như thủ tục truyền

thông giữa chúng.

- Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hoặc nhiều trạm.

- Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối

chương trình.

Ngoài ra Step7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích,

phần trợ giúp online rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của người sử dụng về

cách sử dụng Step7, về cú pháp lệnh trong lập trình, về xây dựng cấu hình cứng của

một trạm cũng như của một mạng gồm nhiều trạm PLC.

Các bước cài đặt phần mềm STEP7 V3.2 như sau: Cho đĩa CD STEP7 vào ổ

đĩa CD. Nhấn đúp phím trái chuột vào tệp Setup.exe. Quá trình cài đặt bắt đầu được

thực hiện. Công việc cài đặt Step7, về cơ bản, không khác nhiều so với việc cài đặt

các phần mềm ứng dụng khác (như Windows, Office...), tức là cũng bắt đầu bằng

việc chọn ngôn ngữ trong cài đặt (mặc định là tiếng Anh), chọn thư mục đích trên ổ

cứng kiểm tra dung tích còn lại trên ổ đích, chọn ngôn ngữ sẽ được sử dụng trong

quá trình làm việc với Step7 sau này.

2.1.5.2. Các khối chức năng trên giao diện PLC


- 28 -

Sau khi cài đặt xong STEP7, trên màn hình (desktop) sẽ xuất hiện

biểu tượng (icon) của nó như hình bên. Đồng thời trong Menu Start

của Windows cũng có thư mục Simatic với tất cả các tên của các

thành phần liên quan, từ các phần mềm trợ giúp đến các phần mềm đặt cấu hình,

chế độ làm việc của Step7.

Ngay sau khi STEP7 vừa được cài đặt xong, bằng cách mở đối tượng ta được màn

hình chính của STEP 7. Màn hình này có dạng như sau:

Mô tả các khối chức năng trên giao diện phần mềm PLC:

- Thanh tiêu đề :gồm cửa sổ và các nút điều khiển cửa sổ (đóng, mở cửa sổ)

- Thanh thực đơn: gồm các danh mục cho cửa sổ đang mở:

- Thanh công cụ: gồm các thao tác thường dùng nhất dưới dạng ký hiệu

Ví dụ: cách soạn thảo một project:

Để khai báo một Project, từ màn hình chính của Step7 ta chọn File→New hoặc

kích chuột vào biểu tựơng “ New Project/Library”. Trong trường hợp muốn mở một

Project đã có, ta chọn File→Open hoặc kích chuột vào biểu tượng “Open

Project/Library” từ cửa sổ chính của Step7 rồi chọn tên Project muốn mở.


- 29 -

2.1.5.3. Thực hiện chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng

quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào

vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng

quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc

(MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và

kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm

ảo tới các cổng ra

- Nhập dữ liệu vào:

Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào số đã được CPU chuyển tới bộ

đệm vào số (process image input register). Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào

thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào số mà chỉ thông qua bộ

đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.

CPU không thể tự động truy nhập dữ liệu tại các cổng vào tương tự, mà truy

nhập trực tiếp bằng lệnh vào của chương trình.

- Thực hiện chương trình:

Trong mỗi vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc

bằng lệnh cuối cùng. 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 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


- 30 -

ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể

xẩy ra ở bất cứ thời điểm nào trong vòng quét.

- Truyền thông và kiểm tra lỗi:

Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU

quản lý.

Trong suốt giai đoạn này của mỗi vòng quét, CPU sẽ kiểm tra chương trình, bộ nhớ

chương trình cũng như trạng thái của các mô đun vào ra

- Chuyển dữ liệu ra ngoài:

Cuối mỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số (process image output register) lại

được CPU chuyển tới cổng số. Tương tự CPU không làm việc trực tiếp với cổng ra

số mà cũng chỉ thông qua bộ đệm ảo, nhưng việc truy nhập cổng ra tương tự lại

được CPU thực hiện trực tiếp.

Ví dụ: Minh hoạ chu kỳ quét của CPU

CPU sẽ kiểm tra tình trạng cổng vào và cổng ra trong mỗi chu kỳ. Những dữ

liệu nhị phân của mô đun vào/ra được lưu trữ vào các cùng nhớ riêng biệt của các

bộ đệm ảo của cổng vào/ra.

Bộ đệm cổng vào: nằm trong vùng nhớ của CPU. Nó lưu trữ tình trạng tín hiệu của

tất cả các cổng vào.

Bộ đệm cổng ra: chứa tất cả các giá trị của cổng ra là kết quả của quá trình xử lý

chương trình. Chúng được chuyển tới cổng ra vào cuối chu trình.


- 31 -

Đầu tiên CPU sẽ kiểm tra tình trạng những tín hiệu ở đầu vào và cập nhật bộ đệm

cổng vào. Sau đó thực hiện chương trình theo từng lệnh. Và cuối cùng là ghi các giá

trị từ bộ đệm cổng ra đến các mô đun cổng ra.

2.1.5.4. Các chế độ hoạt động

CPU của bộ điều khiển lập trình S7-200 có hai chế độ hoạt động STOP và RUN.

• Chế độ STOP: chương trình không thể thực hiện ở chế độ này. Chế độ này được

dùng để thực hiện các bước chuẩn bị cho việc thực hiện chương trình như: viết, nạp

hay kiểm tra chương trình hoặc đặt các thông số hoạt động cho CPU.

• Chế độ RUN: Chương trình được chạy ở chế độ này. Ta không thể tiến hành các

bước hoạt động như viết, nạp chương trình hay thay đổi các giá trị đặt nhưng vẫn có

thể theo dõi được tình trạng các bit vào ra.

2.1.5.5. Tổ chức chương trình

Tất cả chương trình của S7-200 phải cố định theo cách tổ chức thân chương trình

chính và sau đó là các chương trình con và các thủ tục ngắt như sau:

- Chương trình chính được gọi một lần trong mỗi vòng quét và kết thúc bởi lệnh kết

thúc MEND.

- Chương trình con là một bộ phận của chương trình, được thực hiện khi được gọi

từ chương trình chính. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc

chương trình chính đó là lệnh MEND. Sử dụng lệnh RET để thoát khỏi chương

trình con.

- Thủ tục ngắt cũng là một bộ phận của chương trình được thực hiện theo sự xuất

hiện ngắt. Nếu sử dụng thủ tục ngắt phải theo sau sự kết thúc của chương trình

chính. Lệnh RETI được sử dụng để thoát khỏi chương trình xử lý ngắt và trả điều

khiển về chương trình chính.

Nhóm tất cả các chương trình con với nhau theo sau chương trình chính và các

chương trình ngắt theo sau chương trình con, ta có một cấu trúc chương trình dễ

dàng đọc và hiểu. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý

ngắt đằng sau chương trình chính.


- 32 -

2.2. Ngôn ngữ lập trình của Simatic

2.2.1. Phân tích đối tượng và hệ thống điều khiển

Để lập trình cho PLC, điều trước tiên là phải hiểu được các đối tượng mà chúng ta

sẽ điều khiển là những gì. Với mỗi đối tượng như các thiết bị, các cơ cấu, ... đều có

các thông số, đặc điểm riêng. Để tính toán tối ưu các phương pháp, cách thức thiết

kế và điều khiển cấp cao, người ta phải khảo sát đối tượng, thu thập các thông tin

liên quan đến đối tượng rồi xây dựng mô hình ảo trên máy tính. Công việc tiếp theo

là sử dụng mô hình ảo đó để chạy thử – mô phỏng và tính toán. Cuối cùng mới đưa

ra các giải pháp tổng thể để chế tạo ra các bộ điều khiển, các thiết bị mà chúng ta

đang sử dụng. Khi đó, công việc của người điều khiển hệ thống các thiết bị đã được

mô đun hoá không còn khó khăn, phức tạp nữa.

Việc phân tích đối tượng và hệ thống điều khiển của chúng ta đơn thuần là xem

xét đối tượng, lấy thông số đối tượng. Trên cơ sở những công việc mà bộ điều khiển

PLC có thể đảm nhận để tính toán lựa chọn các thiết bị chấp hành phù hợp với đối

tượng đó.

Để minh hoạ, ta xét một ví dụ đơn giản sau: Dùng PLC điều khiển một bình trộn.

Các bước tiến hành như sau:

1. Bố trí đầu vào/ra cho hệ thống cần mô phỏng

Bài ví dụ này chỉ sử dụng các đầu vào/ra số, cụ thể chúng được bố trí nhiệm vụ như

sau:

+ Các đầu vào số:


- 33 -

1) I0.0: Đầu vào Sensor báo bình đầy.

2) I0.1: Đầu vào Sensor báo mức dưới.

3) I0.2: Đầu vào Sensor báo bình rỗng.

4) I0.3: Đầu vào Sensor báo có chất lỏng A chảy vào bình.

5) I0.4: Đầu vào Sensor báo có chất lỏng B chảy vào bình.

6) I1.0: Đầu vào cho phép trộn chất lỏng tự động.

+ Các đầu ra số:

1) Q1.0: Mở động cơ trộn chất lỏng trong bình.

2) Q1.1: Mở van xả chất lỏng đã được trộn ra khỏi bình.

3) Q1.2: Mở động cơ bơm chất lỏng A.

4) Q1.3: Mở van bơm chất lỏng A.

5) Q1.4: Mở động cơ bơm chất lỏng B.

6) Q1.5: Mở van bơm chất lỏng B.

7) Q1.6: Đèn báo sự cố bơm.

Hình 3.1 mô tả các địa chỉ của tín hiệu từ sensor, tín hiệu điều khiển đóng/mở van

và bơm:

Hình3.1: Bài toán điều khiển bình trộn


- 34 -

+ Mô tả qui trình điều khiển bình trộn:

1) Quá trình trộn chất lỏng tự động chỉ được thực hiện khi có tín hiệu lệnh cho

phép: I1.0 = 1.

2) Hai chất lỏng A và B cùng được bơm vào bình để trộn nhờ các động cơ bơm. Các

động cơ bơm chỉ được khởi động (Q1.2 = 1, Q1.4 = 1) sau khi đã mở van (Q1.3 = 1,

Q1.5 = 1) được 2 giây.

3) Nếu sau khi đã khởi động động cơ bơm được 5 giây mà vẫn không có tín hiệu

báo đã có chất lỏng chảy vào bình (I0.3 = 1, I0.4 = 1) thì dừng tất cả các quá trình

lại, đồng thời thông báo sự cố ra ngoài bằng đèn báo sự cố bơm (Q1.6 = 1).

4) Khi bình đã được bơm đầy (I0.0 =1) thì dừng cả hai động cơ bơm. Quá trình

dừng bơm được thực hiện theo thứ tự dừng bơm trước (Q1.2 = 0, Q1.4 = 0), sau đó

2 giây thì khoá các van bơm (Q1.3 = 0, Q1.5 = 0). Chất lỏng trong bình được khuấy

đều bằng động cơ trộn (Q1.0 = 1). Quá trình trộn được bắt đầu khi đã có tín hiệu

báo trong bình đủ chất lỏng (I0.1 =1) và kết thúc sau 10 giây khi có tín hiệu báo

bình đầy (I0.0 = 1).

5) Sau khi đã được trộn đều thì chất lỏng được tháo ra khỏi bình nhờ van xả (Q1.1 =

1). Chất lỏng trong bình được xả ra ngoài cho tới khi có tín hiệu báo đã xả hết chất

lỏng trong bình (I0.2 = 0), lúc đó đóng van xả lại (Q1.1= 0).

6) Khi đã xả xong mà vẫn còn tín hiệu lệnh (I1.0 = 1) thì quay lại bước 2.

Nếu trong quá trình thực hiện việc trộn tự động (từ bước 2 đến bước 6) mà tín hiệu

lệnh cho phép không còn nữa (I1.0 = 0) thì vẫn thực hiện tiếp cho tới cuối chu kì

trộn, tức là xong bước 6, rồi mới dừng máy.

Hình 3.2 biểu diễn giản đồ thời gian các tín hiệu I1.0, Q1.3, Q1.2, I0.3, I0.1, I0.0,

I0.2, Q1.0, Q1.1 cho việc điều khiển bơm chất lỏng A, trộn và xả hỗn hợp trong

trong một chu kỳ trộn. Giản đồ qui trình điều khiển bơm chất lỏng B cũng có dạng

tương tự.


- 35 -

Hình 3.2 Biểu đồ thời gian

2) Chuẩn bị và nối mạch

- Nối cáp truyền thông (MPI) giữa máy tính (hoặc thiết bị lập trình) với PLC (nếu

đã nối, hãy kiểm tra xem đã chắc chắn chưa).

- Đây là bài thí nghiệm đơn giản. Để mô phỏng tín hiệu từ các sensor ta sử dụng các

công tắc được gắn trên các đầu vào số. Trong quá trình mô phỏng khi một sensor

tác động thì ta sẽ bật công tắc tương ứng với đầu vào sensor đó lên “1”, khi sensor

thôi tác động thì ta bật công tắc đó về “0”. Các đèn LED gắn trên các đầu vào số

tương ứng sẽ sáng khi công tắc gắn với đầu vào đó được bật lên “1” và tắt khi công

tắc được bật về “0”. Để biểu thị cho sự hoạt động của các cơ cấu chấp hành (các

van, bơm) ta sử dụng các LED được gắn trên các đầu ra tương ứng. Khi một cơ cấu

chấp hành được phép hoạt động thì LED trên đầu ra tương ứng với cơ cấu đó sẽ

sáng, khi cơ cấu chấp hành không được phép hoạt động thì LED trên đầu ra tương

ứng tắt.

- Nối dây cho các đầu vào: Cấp nguồn 24V DC cho các đầu vào.

- Nối dây cho các đầu ra: Cấp nguồn 24V DC cho các đầu ra.

- Để tránh xảy ra tình trạng báo lỗi ở các module AI/AO bạn hãy cấp nguồn cho

chúng.

- Cấp nguồn 220V cho bộ thí nghiệm.

3) Khai báo phần cứng và viết chương trình cho ví dụ

a) Mở và đặt tên cho ví dụ (Project).

b) Khai báo cấu hình phần cứng.


- 36 -

c) Qui định chế độ làm việc cho các mô đun.

- Đây là một ví dụ đơn giản, chỉ cần sử dụng chế độ làm việc mặc định của các

module nên ta không cần thay đổi các tham số quy định chế độ làm việc của các

module.

d) Soạn thảo chương trình (sẽ trình bày ở bài sau).

e) Nạp chương trình và cấu hình phần cứng vào CPU.

Sau khi soạn thảo xong chương trình, trở về cửa sổ chính của Step7 chọn thư mục

SIMATIC 200 (1). Để Download chương trình và cấu hình phần cứng vào CPU ta

chọn PLC→Download hoặc kích chuột tại biểu tượng “Download”.

f) Chạy chương trình.

- Kiểm tra lại tất cả các dây đấu nối xem đã nối đúng chưa, nếu chưa đúng nối lại

cho đúng. Bật tất cả các công tắc ở các đầu vào số về vị trí “0”.

- Chuyển chế độ CPU từ Stop→?Run. Và quá trình mô phỏng sẽ diễn ra như sau:

1. Lúc này các LED trên các đầu ra Q1.0, Q1.1, Q1.2, Q1.3, Q1.4, Q1.5, Q1.6 đều

tắt, chứng tỏ các động cơ bơm và các van đều chưa được mở. Bật công tắc tương

ứng với đầu vào I1.0 lên “1” để cho phép “Bình trộn” bắt đầu hoạt động.

2. Lúc này các LED tương ứng với các đầu ra Q1.3 và Q1.5 sáng lên chứng tỏ hệ

điều khiển đã tác động mở các van bơm chất lỏng A và B.

3. Sau 2 giây kể từ khi các LED Q1.3 và Q1.5 sáng thì các LED tương ứng với các

đầu ra Q1.2 và Q1.4 sáng chứng tỏ hệ điều khiển đã tác động mở các động cơ bơm

chất lỏng A, B.

4. Sau một khoảng thời gian nhỏ hơn 5giây kể từ khi LED Q1.2 và Q1.4 sáng ta bật

công tắc tương ứng với các đầu vào I0.3 và I0.4 lên “1” để mô phỏng các sensor báo

các chất lỏng A,B chảy vào bình đã tác động.

5. Bật công tắc tương ứng với đầu vào I0.2 lên “1” để mô phỏng sensor báo bình

rỗng đã tác động (lúc này bình không rỗng nữa).

6. Bật công tắc tương ứng với đầu vào I0.1 để mô phỏng sonsor báo mức dưới đã

tác động (chất lỏng chảy vào bình đã đến mức dưới). Khi đó LED tương ứng với

đầu ra Q1.0 sáng lên, chứng tỏ hệ điều khiển đã tác động mở động cơ trộn chất

lỏng.


- 37 -

7. Sau một khoảng thời gian nào đó ta bật công tắc tương ứng với đầu vào I0.0 lên

“1” để mô phỏng sonsor báo bình đầy tác động (chất lỏng trong bình đã dâng lên

đến mức trên). Khi đó các LED Q1.2 và Q1.4 đang sáng sẽ tắt đi, chứng tỏ hệ điều

khiển đã tác động tắt các động cơ bơm chất lỏng A, B.

8. Sau 2 giây kể từ khi các LED Q1.2 và Q1.4 tắt thì các LED Q1.3 và Q1.5 cũng bị

tắt theo chứng tỏ hệ điều khiển đã tác động đóng các van bơm chất lỏng A và B sau

giây kể từ khi ngừng bơm.

9. Bật các công tắc I0.3, I0.4 xuống mức “0” để mô phỏng các sensor báo có chất

lỏng A, B chảy vào bình ngừng tác động.

10. Sau thời gian 10 giây kể từ khi bật I0.0 lên “1”, LED Q1.0 đang sáng sẽ bị tắt đi

chứng tỏ hệ điều khiển đã tác động tắt động cơ trộn. Đồng thời LED Q1.1 sáng lên

chứng tỏ hệ điều khiển đã tác động mở van xả chất lỏng đã được trộn ra khỏi bình.

11. Bật công tắc I0.0 xuống “0” để mô phỏng sensor báo bình đầy ngừng tác động

(chất lỏng trong bình đã được xả xuống dưới mức trên).

12. Bật công tắc I0.1 xuống “0” để mô phỏng sensor báo mức dưới ngừng tác động

(chất lỏng trong bình đã được xả xuống dưới mức dưới).

13. Bật công tắc I0.2 xuống “0” để mô phỏng sensor báo bình rỗng ngừng tác động

(chất lỏng trong bình đã được xả hết ra ngoài). Khi đó LED Q1.1 đang sáng sẽ tắt

chứng tỏ hệ điều khiển đã tác động đóng van xả, kết thúc một chu kỳ trộn. Đồng

thời các LED Q1.3 và Q1.5 sáng lên tiếp tục một chu kỳ trộn mới (từ bước 2 đến

bước 13).

- Nếu trong quá trình thực hiện việc trộn tự động (từ bước 2 đến bước 13) mà tín

hiệu lệnh cho phép không còn nữa (bật công tắc I1.0 xuống “0”) thì khi thực hiện

đến bước 13 hệ thống sẽ dừng ở đó (các LED Q1.3 và Q1.5 sẽ không sáng khi bật

công tắc I0.2 xuống “0”).

2.2.2. Phương pháp lập trình

S7-200 biểu diễn một mạch logic cũng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương

trình bao gồm một tập dãy các lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh

lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối trong một vòng. Một vòng như

vậy được gọi là vòng quét (scan).


- 38 -

Một vòng quét (scan cycle) được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu

vào và sau đó thực hiện chương trình. Một vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi

trạng thái đầu ra. Trước khi thực hiện 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 dựa trên hai phương pháp cơ bản: Phương pháp

hình thang (Ladder Logic viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement

List viết tắt thành STL).

2.2.2.1. Thiết kế chương trình

Phương pháp thiết kế bao gồm các bước sau:

1. Khảo sát phân tích đối tượng điều khiển.

2. Chọn luật điều khiển phù hợp.

3. Xác định số đầu vào cần dùng.

- Cần bao nhiêu đầu vào số.

- Số lượng đầu vào tương tự.

4. Xác định số đầu ra cần dùng:

- Số lượng cơ cấu chấp hành số.

- Số lượng cơ cấu chấp hành tương tự.

Từ đó ta xác định được số môđun ra số và tương tự cần dùng.

5. Lựa chọn các thiết bị phụ trợ cần thiết cho đối tượng điều khiển.

6. Lắp ráp, nối dây các thiết bị phục vụ.

7. Tổ chức và viết chương trình điều khiển bao gồm thiết kế các chức năng và lập

trình.


- 39 -

8. Cài đặt chương trình vào thiết bị điều khiển. Chạy chương trình: thay đổi trạng

thái các đầu vào, quan sát trạng thái các đầu ra từ đó so sánh với các trạng thái hoạt

động tương ứng của đối tượng cần mô phỏng. Từ đó tìm ra những sai sót và chỉnh

định lại để hệ thống hoạt động đúng với các chỉ tiêu đặt ra.

2.2.2.2. Ngôn ngữ lập trình Ladder

Ngôn ngữ lập trình LAD là ngôn ngữ bậc thang, có dạng đồ hoạ, cho phép nhập

chương trình có dạng như một sơ đồ mạch điện logic, dùng các ký hiệu điện để biểu

diễn các công tắc logic. Ngôn ngữ này gần gũi với chúng ta và được xem như một

ngôn ngữ cấp cao. Phần mềm lập trình sẽ biên dịch các ký hiệu logic thành mã máy

và lưu vào bộ nhớ của PLC. Sau đó PLC sẽ thực hiện các thao tác điều khiển theo

logic thể hiện trong chương trình.

Một số phần tử cơ bản sử dụng mô tả logic dùng trong LAD:

- Thành phần luôn phải có trong sơ đồ gọi là power bus, là nơi dẫn nguồn điện đi

vào và đi ra sơ đồ.

Ký hiệu:

- Contact (tiếp điểm): Một contact là biểu tượng của một chuyển mạch. Khi đóng thì

có dòng điện chạy qua.

Contact thường mở ký hiệu:

Contact thường đóng ký hiệu:

- Coil: Coil là một cuộn dây có ký hiệu

Coil sẽ hoạt động khi có dòng điện chạy qua.

- Box: Box là một biểu tượng để mô tả chức năng khác nhau và thực hiện khi có

dòng điện nguồn. Các chức năng được mô tả kiểu box là các bộ thời gian (timer), bộ

đếm (counter) và các bộ thuật toán. . .

- 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 hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp.

2.2.2.3. Ngôn ngữ lập trình STL (STATEMENT

LIST)


- 40 -

Phương pháp liệt kê lệnh (STL) là phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng

tập hợp các câu lệnh. Trong đó mỗi lệnh sử dụng một chữ viết tắt bằng tiếng Anh dễ

nhớ cho các phép toán logic để mô tả cho một chức năng của PLC. Các phép toán

logic thực hiện các giá trị đúng sai (0 hoặc 1).

Sử dụng các lệnh này cũng có chức năng tương đương với các chức năng của

CONTACT, COIL, BOX được sử dụng trong LADDER. Ngoài ra, sử dụng ngôn

ngữ STL có thể biểu diễn một số hàm đặc biệt mà trong LADDER không biểu diễn

được.

Định nghĩa về ngăn xếp logic

Để rạo ra một chương trình dạng STL, người lập trình phải hiểu rõ phương

thức sử dụng 9 bit ngăn xếp logic của S7-200. Ngăn xếp logic là một khối gồm 9 bit

chồng lên nhau. Tất cả các thuật toán có liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc

với bit đầu tiên hoặc với 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. Ngăn xếp và tên từng bit của ngăn xếp được

biểu diễn trong hình 3.2.

Hình 3.2: Ngăn xếp logic

Ta có hình minh hoạ của hai phương pháp biểu diễn như sau:


- 41 -

Chú ý:

- 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 tất cả các

chương trình ở STL có thể chuyển sang LAD.

- Số lượng các điều kiện mà có thể được sử dụng trong sơ đồ hình thang là không

giới hạn nếu dung lượng bộ nhớ chưa bị vượt quá giới hạn cho phép.

2.2.3. Cú pháp hệ lệnh của S7-200 (Phụ lục)

Mặc dù S7-200 có một khối lượng lệnh tương đối lớn thể hiện các thuật toán

của đại số Boolean, song chỉ có một vài kiểu lệnh khác nhau. Sau đây, từng lệnh

của S7- 200 được mô tả chi tiết về cách sử dụng chức năng và tác động của chúng

vào nội dung ngăn xếp.

2.3. Kết nối hệ thống

2.3.1. Mô tả hệ thống kỹ thuật

PLC là một bộ phận của hệ thống điều khiển quá trình kỹ thuật hay hệ thống

điều khiển sản xuất công nghiệp. Thao tác thiết kế chương trình, lập trình trên ngôn

ngữ của PLC nhằm mục đích điều khiển các công đoạn hoạt động bộ phận. Vậy, để

chúng thực sự hoạt động được thì hệ thống phải được kết nối sao cho hợp lý và ăn

khớp với nhau. PLC phải được nối với các thiết bị ngoại vi đầu vào, đầu ra một

cách hợp lý. Chúng ta lập trình để điều khiển thì rõ ràng phải biết được là điều

khiển những gì, hay đối tượng để điều khiển là gì, kết nối như thế nào? Do vậy,

chúng ta cần phải xét đến các khâu khác liên quan đến PLC trong hệ thống điều

khiển sản xuất.


- 42 -

Hệ thống điều khiển sản xuất trong đó có sử dụng đến bộ điều khiển PLC

bao gồm các máy tính được nối mạng với nhau, các máy tính được kết nối với các

PLC, các PLC thông qua các module vào/ra để nối tới các thiết bị đo lường, rồi nối

tới cơ cấu chấp hành để điều khiển hoạt động của chúng.

Hình 4.1: Hệ thống điều khiển và giám sát sử dụng PLC

Một hệ thống kỹ thuật hoàn chỉnh bao gồm nhiều khâu được lắp ráp tương

thích với nhau. Máy tính nối mạng để quản lý các số liệu, thông số điều khiển cũng

như các số liệu của quá trình sản xuất. Các máy tính này hoạt động theo nguyên lý

của một mạng máy tính nội bộ thông thường được đặt trong phòng riêng gọi là

phòng điều khiển trung tâm (Centre Control Room - CCR). Hệ máy tính trong CCR

sẽ được nối tới các máy tính trạm hay các máy tính vận hành (Operation Station -

OS).

Các máy tính vận hành này có thể là nơi chứa sẵn chương trình lập trình cho

thiết bị điều khiển như PLC chẳng hạn. Công việc lập trình cho các PLC được diễn

ra tại một số máy tính trạm và đổ chương trình vào PLC để điều khiển các quá trình

kỹ thuật ở cấp dưới.

Tóm lại, hệ thống kỹ thuật thường bao gồm các phần riêng biệt như hệ thống

máy tính nối mạng, hệ thống máy trạm, hệ các PLC, hệ các thiết bị đo lường và điều

khiển cùng với các cơ cấu chấp hành, được nối với nhau bằng các loại cáp nối đặc

biệt gọi là các Bus (ví dụ: bus trường – fieldbus, bus hệ thống – systembus, bus nối

mạng nội bộ – Ethernet...).


- 43 -

Đối với điều khiển đơn giản sử dụng PLC có thể chỉ gồm:

- Nguồn điện.

- Khối PLC.

- Cáp nối.

- Các thiết bị đo lường (Cảm biến, Rơ le, ....).

- Các thiết bị chấp hành (Động cơ, Rơ le, Bóng đèn, ...).

- Máy tính (để lập trình).

Hệ có thể tách rời thiết bị lập trình cho PLC, bởi trước khi đổ chương trình

cho PLC hoặc khi muốn thay đổi chương trình trong PLC thì sử dụng cáp nối từ

máy tính cá nhân hoặc bộ lập trình cầm tay vào PLC, khi nạp xong thì tháo cáp.

Một hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng PLC được mô tả như hình 4.2.


- 44 -

Hình 4.2: Hệ thống điều khiển sử dụng PLC đơn giản

2.3.2. Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi

2.3.2.1. Kết nối PLC với PC hoặc thiết bị cầm tay

Để việc lập trình và đổ chương trình vào PLC, cần một cáp nối giữa thiết bị

lập trình hoặc máy tính nối tới PLC.

a, Nếu sử dụng máy tính để lập trình, có cáp PPI/PC. Trên cáp PPI/PC, đầu

PC sẽ được nối vào cổng COM của máy tính, còn đầu PPI được nối vào cổng

Address # (hoặc Peripheral nếu là PLC - Omron) của PLC.

Hình 4.3: Nối PLC với PC

Vào View > Component > Communications trên giao diện chính của Step 7

– Microwin, cửa sổ Comunications (Kết nối) sẽ hiện ra như sau:


- 45 -

Hình 4.4: Cửa sổ kết nối trong Step 7 – MicroWin32

Trường hợp trên, nhìn vào thông số mạng (network parameters):

- Giao diện: cáp PC/PPI nối cổng COM1 của máy tính.

- Giao thức: nối điểm - điểm (point to point).

Lưu ý địa chỉ mặc định:

Sau đó kích đúp chuột vào biểu tượng: sẽ hiện ra cửa sổ:


- 46 -

Hình 4.5: Cửa sổ thiết lập giao diện PG/PC

Trường hợp nối máy tính với PLC thì kích đúp chuột vào , xuất

hiện cửa sổ:

Hình 4.6: Đặc tính cáp

Trong mục này, cần đặt địa chỉ các thiết bị và tốc độ truyền (rate với đơn vị

baud - đơn vị truyền tin). Địa chỉ thường để mặc định, tuy nhiên phải kiểm tra tốc

độ truyền phải như nhau cho các thiết bị truyền nhận, địa chỉ từng thiết bị phải là

duy nhất.

Cài đặt tốc độ và địa chỉ cho CPU:

vào View>Component>System block, cửa sổ sau xuất hiện:

Hình 4.7: Cài đặt tốc độ và địa chỉ cho CPU


- 47 -

địa chỉ mặc định cho CPU là 2; tốc độ truyền mặc định là 9.6kbps. Nếu thay

đổi tốc độ và địa chỉ thì cần đảm bảo tính duy nhất của chúng trên tất cả các thiết bị

trong mạng được nối (PLC, Step 7, Giao diện).

b, Trường hợp sử dụng thiết bị lập trình cầm tay

Tương ứng với PLC S7-200, thiết bị lập trình cầm tay là PG-702. Sử dụng

cáp MPI với một đầu cáp cắm vào cổng PPI của PG-702, 1 đầu cắm vào cổng

Address # (hoặc Peripheral của Omron) của PLC. Sau khi cắm cáp và bật nguồn của

PLC và PG702, chúng sẽ tự động cấu hình và chỉ việc viết chương trình trên PG-

702, sau đó tải vào PLC. Trong qúa trình thử chương trình, nếu luôn nối cáp giữa

PG-702 với PLC thì có thể giám sát chương trình hoạt động của PLC, thể hiện trên

màn LED của PG-702.

Hình 4.8: nối PG-702 với PLC

2.3.2.2. Kết nối PLC với các phần chức năng

khác

Các đầu vào/ ra của PLC tương ứng sẽ được thiết lập liên hệ tín hiệu với các

thiết bị đầu vào(như các rơ le, cảm biến, công tắc hành trình, các bộ biến đổi tương

tự/ số…), đầu ra (các rơ le, công tắc tơ, mạch chuyển đổi, bóng đèn, động cơ, …).

Đầu ra và đầu vào của PLC có điện áp 24VDC, với dòng điện khá nhỏ. Vì

thế thường phải có cách ly dòng giữa thiết bị chấp hành với các tiếp điểm vào /ra

của PLC.

Đầu vào lấy từ tín hiệu ra của các cảm biến nếu điện áp cảm biến đạt xấp xỉ

24VDC. Nếu không, có thể phải bố trí khuyếch đại tín hiệu áp. Có thể đầu vào từ

các công tắc hành trình, điện áp từ các công tắc hành trình cũng cần đảm bảo xấp xỉ

24VDC…

Đầu ra là tín hiệu điện áp 24VDC ứng với mức logic “1”, và 0 V ứng với

mức logic “0”. Để điều khiển được các thiết bị chấp hành, ta đưa đầu ra của PLC

với mỗi tiếp điểm qua một rơ le trung gian 24VDC. Đầu ra của rơ le được lựa chọn

dòng cực đại ghi trên vỏ rơ le, hoặc nối tiếp điểm đầu ra của PLC với mạch cách ly

Opto Coupler,… Nếu trường hợp tải sử dụng dòng và công suất nhỏ thì có thể đấu


- 48 -

trực tiếp với tiếp điểm ra của PLC (Ví dụ LED nhỏ). Tuy nhiên cần tìm hiểu kỹ đặc

tính vào ra của PLC, của thiết bị ngoại vi trước khi lắp đặt.

2.3.3. Kiểm lỗi kết nối bằng Step 7-MicroWin

Sau khi thực hiện xong việc kết nối PLC với máy tính, việc tiếp theo là kiểm

tra việc kết nối đã đảm bảo hay chưa.

- Vào Start> Simatic>S7-MicroWIN>Step 7 MicroWIN 32.

- Vào View>Component>Comunications.

- Nháy đúp chuột vào biểu tượng để kiểm tra.

Nếu có lỗi tiếp xúc giữa PC với PLC thì biểu tượng này sẽ chuyển thành:

và nếu Nháy chuột vào OK thì sẽ có thông điệp:

tức là có lỗi xảy ra khi truyền dữ liệu tới PLC.

Trường hợp nếu ta nháy chuột vào OK ngay sau khi vào View> Component>

Comunications thì cũng sẽ có thông điệp như trên. Khi đó phải xem xét lại đường

cáp nối giữa máy tính với PLC, có thể do dắc cắm chưa khớp, có thể dây nối bị đứt

ngầm hoặc đầu chuyển đổi PC/PPI ở giữa cáp bị lỗi. Nếu chúng ta không kiểm lỗi

kết nối, sau khi lập trình và biên dịch (Compile) thành công, tải chương trình vào

PLC nếu có lỗi truyền nhận thì thông điệp sau sẽ xuất hiện:

Lúc đó cần kiểm tra lại kết nối.


- 49 -

- Trường hợp việc kết nối thành công, trong mục View> Component>

Comunications, nháy đúp chuột vào biểu tượng sẽ có kết quả kiểm tra với biểu

tượng sau:

- Khi đó, sau khi biên dịch chương trình, download (tải) chương trình vào

PLC sẽ có thông điệp:

- Nháy OK, chương trình sẽ được tải vào PLC, nếu không có lỗi gì xẩy ra, sẽ

có thông điệp khi tải xong:

2.3.4. Đi dây và bố trí tủ bảo vệ PLC

Có thể nói PLC là thiết bị quan trọng nhất trong một hệ thống điều khiển đơn

giản. Tuy nhiên, để điều khiển được các thiết bị vào ra, bắt buộc phải nối với một hệ

các thiết bị phụ trợ khác như là các Sensor (cảm biến), Rơ le, Công tắc hành trình,

Nút ấn, đèn Led,… tất cả phải được bố trí sao cho vừa đảm bảo tính kỹ thuật, mỹ

thuật và kinh tế,… Hình 4.9 đưa ra một tủ điều khiển được bố trí các thiết bị gọn

vào phía trong, các nút điều khiển, các cổng nối được đấu từ trong tủ ra ngoài một

cách hợp lý.


- 50 -

Hình 4.9: Tủ điều khiển PLC

Bây giờ chúng ta nhìn kỹ vào phần dưới tủ, hộp PLC được gá lên thanh kẹp.

Các đầu vào ra đấu với các dây dẫn và dẫn tới công tắc, led phía ngoài mặt tủ. Một

số đầu dây được đấu đến các vị trí khác tuỳ yêu cầu chức năng dự định. Khi đấu đầu

dây với các tiếp điểm của PLC, thường ta sử dụng đầu cốt để bấm vào mỗi đầu dây,

sau đó vít vào mỗi tiếp điểm trên PLC hoặc trên ổ nối đầu dây (cầu đấu). Trước khi

bấm đầu cốt, nếu số tiếp điểm vào ra sử dụng nhiều thì nên lồng đầu số vào mỗi đầu

dây để tiện kiểm soát lỗi đấu dây. Các đế rơ le, cầu đấu thường ăn khớp với thanh

kẹp, vì thế việc thiết kế tủ bảo vệ PLC – tủ điều khiển nên bố trí sử dụng các gá đỡ

phụ trợ sẽ an toàn hơn cho PLC và các thiết bị phụ trợ. Hình 4.10 thể hiện một tủ

điều khiển PLC đấu dây sử dụng máng kẹp dây.

Hình 4.10: Tủ PLC sử dụng máng kẹp dây


- 51 -

Với hệ thống càng nhiều tiếp điểm vào ra, càng phức tạp hơn. Việc bố trí tủ

điều khiển trở thành dạng điều khiển cấp cao như là điều khiển phân tán, có thể gọi

là tủ DCS. Ngoài việc sử dụng máng kẹp dây, còn phải bố trí các thiết bị theo từng

khối để dễ kiểm soát. Các khối có các đầu nối cần đánh số theo phân vùng và địa

chỉ hoá chúng.

Hình 4.11: Một góc tủ điều khiển phức tạp

2.3.5. Vận hành an toàn

Sau khi lập trình, bước tiếp theo là biên dịch (compile), nếu không có lỗi

logic thì tiếp tục test (thử) tải chương trình (download) vào PLC, chạy thử riêng

PLC bằng cách theo dõi đèn LED trên PLC hoặc theo dõi tuần tự ngay trên giao

diện LAD.

Khi chương trình đã chạy đúng như ý muốn thì tiến hành chạy PLC với đầu

vào/ ra không nối thiết bị thực, mà dùng bằng tay. Ví dụ nếu đầu vào nối công tắc

hành trình thì có thể nối 1 đầu dây với nguồn 24VDC, đầu kia khi chạm tiếp điểm

vào của PLC tức là ứng với khi đó tín hiệu ra của công tắc hành trình có mức logic

“1”, khi ngắt thì mức logic là “0”.

Để chạy thử và kiểm tra chương trình trên giao diện LAD, sau khi lập trình ở

dạng LAD, biên dịch không có lỗi, nháy chuột vào biểu tượng sau:


- 52 -

Hoặc vào Debug>Program Status:

Sau đó nháy chuột vào Download, chương trình hiện ra cửa sổ:

Nháy chuột vào OK, sẽ có biểu tượng:

Vào Debug>Program Status.

Vào PLC>RUN, thông điệp sau xuất hiện:

Nháy chuột vào Yes.


- 53 -

Theo dõi tuần tự chương trình thể hiện trên Led của PLC và tuần tự chạy trên

giao diện LAD.

Chạy thử từng phần, đo đạc, kiểm tra thông số, hiệu chỉnh.

Cuối cùng là vận hành hệ thống (demo ->không tải-> tải).

Từng khâu trong hệ thống luôn phải tính toán, bố trí hợp lý.

Tải chương trình có sẵn trong PLC ra giao diện LAD

Vào File> Upload, chương trình sẽ đọc từ PLC ra:

Nháy chuột vào OK, tiếp theo là:

Nháy Yes, được:

Nháy OK, giao diện sẽ mở ra chương trình có sẵn trong PLC.


- 54 -

2.4. PLC LOGO

2.4.1. Giới thiệu chung

Tröôùc khi söû duïng moät LOGO, ta phaûi bieát moät soá thoâng tin cô baûn veà saûn phaåm nhö caáp ñieän aùp söû duïng, ngoõ ra laø relay hay transistor…. Caùc thoâng tin cô baûn ñoù coù theå tìm thaáy ngay ôû goùc döôùi beân traùi cuûa saûn phaåm.

2.4.2. Đấu nối logo

2.4.3. Các thao tác chung trên logo

2.4.4. Lập trình cho logo


- 55 -

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH CHO PLC EASY VÀ ZEN

3.1. PLC Easy


3.1.2. Đấu nối PLC Easy

3.1.3. Các thao tác chung trên PLC Easy

3.1.4. Lập trình cho PLC Easy

3.2. PLC ZEN


3.2.2. Đấu nối PLC ZEN

3.2.3. Các thao tác chung trên PLC ZEN

3.2.4. Lập trình cho PLC ZEN


- 56 -

CHƯƠNG 4 MẠNG PLC

4.1. Hình trạng mạng

4.2. Các vấn đề quan tâm khi ghép nối mạng PLC


- 57 -

CHƯƠNG 5 CASE STUDY

5.1. Dây chuyền đóng gói tự động

Hình 5.1: Sơ đồ dây chuyền đóng gói tự động

- Nút Start: I0.0 (NO, NC tuỳ ý)

- Nút dừng khẩn cấp: I0.1 (NO, NC tuỳ ý)

- Nút Reset: I0.3 (NO, NC tuỳ ý)

Xây dựng bài toán:

• (1): Nhấn nút Start, băng tải 1 quay, van đóng mở (Q0.0) nhấp nháy 12 lần thì

băng tải 1 dừng.

• (2): Băng tải 2 làm việc trong 5 giây(led Q0.2 sáng), tức là dịch hộp chứa đi

một nấc. Tiếp tục (1), đồng thời máy đóng gói làm việc(Q0.3 sáng lên trong 5 giây)

rồi dừng.

• (3): Khi băng tải 2 làm việc đến lần thứ 12 thì boongke đầy(led Q0.4 sáng lên),

hệ thống tạm dừng cho đến khi ấn nút Reset.

Chương trình được thực hiện như sau:


- 58 -

5.2. Điều khiển bơm nước

5.3. Điều khiển động cơ

5.4. Điều khiển đóng mở cửa tự động

5.5. Điều khiển băng tải

5.6. Điều khiển thang máy


- 59 -

THỰC HÀNH VÀ BÀI TẬP LỚN

Documents

MỤC L ỤC MỤC L ỤCBài gi ảng MTCN & LTCN Bộ môn CN K ỹ thu ật máy tính - 4 - CH ƯƠ NG 1 TỔNG QUAN V Ề ĐIỀU KHI ỂN L ẬP TRÌNH 1.1. Nh ững khái ni