CHÖÔNG 1: GIÔÙI THIEÄU

1.1 Giôùi thieäu PLC S7-300

1.1.1 Thieát bò ñieàu khieån logic khaû trình.

Thieát bò ñieän ñieàu khieån logic (Programmable Logic Controller) laø loaïi thieát bò thöïc hieän linh hoaït caùc thuaät toaùn ñieàu khieån soá thoâng qua ngoân ngöõ laäp trình, thay vì phaûi thöïc hieän thuaät toaùn ñoù baèng maïch soá. Nhö vaäy, PLC laø moät boä ñieàu khieån goïn, nheï vaø deã trao ñoåi thoâng tin vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi (vôùi caùc PLC khaùc hoaëc maùy tính). Toaøn boä chöông trình ñieàu khieån ñöôïc löu tröõ trong boä  nhôù cuûa PLC di daïng caùc khoái chöông trình vaø ñöôc thöïc hieän theo chu kyø cuûa voøng queùt (scan). 

Hình1.1. Caáu truùc cuûa moät PLC

Ñeå thöïc hieän ñöôïc moät chöông trình ñieàu khieån, taát nhieân PLC phaûi coù tính naêng nhö moät maùy tính, nghóa laø phaûi coù moät boä vi xöû lyù (CPU), moät heä ñieàu haønh, boä nhôù ñeå löu chöông trình ñieàu khieån, döõ lieäu vaø taát nhieân phaûi coù caùc coång vaøo/ra ñeå giao tieáp ñöôïc vôùi ñoái töôïng ñieàu khieån vaø ñeå trao ñoåi thoâng tin vôùi moâi tröôø ng xung quanh. Beân caïnh ñoù nhaèm phuïc baøi toaùn ñieàu khieån soá, PLC coøn phaûi coù theâm moät soá khoái chöùc naêng ñaëc bieät khaùc nhö boä ñeám (Counter), boä ñònh thôøi (Timer) … vaø nhöõng khoái haøm chuyeân duøng.

Öu ñieåm cuûa boä ñieàu khieån laäp trình ñöôïc so vôùi ñieàu khieån noái  daây:

-  Tính naêng môû roäng: khaû naê ng môû roäng xöû lyù baèng caùch thay ñoåi chöông trình laäp trình moät caùch deã daøng.

- Ñoä tin caäy cao.

- Caùch keát noái caùc thieát bò ñieàu khieån ñôn giaûn.

- Hình daùng PLC goïn nheï.

- Giaù thaønh vaø chi phí laép ñaët thaáp.

- Phuø hôïp vôùi moâi tröôøng coâng nghieäp.

Caùc öùng duïng cuûa PLC trong saûn xuaát vaø trong daân duïng:

- Ñieàu khieån caùc Robot trong coâng nghieäp.

- Heä thoáng xö lyù nöôùc saïch.

- Coâng ngheä thöïc phaåm.

- Coâng ngheä cheá bieán daàu moû.

- Coâng ngheä saûn xuaát vi maïch.

- Ñieàu khieån caùc maùy coâng cuï.

- Ñieàu khieån vaø giaùm saùt  daây chuyeàn saûn xuaát.

- Ñieàu khieån heä thoáng ñeøn giao thoâng.

- ...

1.1.2 Caùc module cuûa PLC S7-300.

            Trong caùc öùng duïng thöïc teá maø ôû ñoù phaàn lôùn caùc ñoái töôïng ñieàu khieån soá tín hieäu ñaàu vaøo, ñaàu ra cuõng nhö caùc loaïi tín hieäu vaøo/ra khaùc nhau maø caùc boä ñieàu khieån PLC ñöôïc thieát keá khoâng bò coá ñònh phaàn cöùng veà caáu hình. Chuùng ñöôïc chia nhoû thaønh caùc module. Soá cac module ñöôïc söû duïng nhieàu hay ít tuyø thuoäc vaøo töøng baøi toaùn, song toái thieåu bao giôø cuõng coù module chính (module CPU, module nguoàn). Caùc module coøn laïi laø nhöõng module truyeàn nhaän tín hieäu vôùi caùc ñoái töôïng ñieàu khieån, chuùng ñöôïc goïi laø caùc module môû roäng. Taát caû caùc module ñeàu ñöôïc laép treân moät thanh Rack.

Module CPU:

Ñaây laø loaïi module coù chöùa boä vi xöû lyù, heä ñieàu haønh, boä nhôù, caùc boä thôøi gian, boä ñeám, coång truyeàn thoâng,… vaø coù theå coù caùc coång vaøo/ra soá (digital). Caùc coång vaøo/ra tích hôïp treân CPU goïi laø coång vaøo ra onboard.

Trong hoï PLC S7-300, caù c module CPU coù nhieàu loaïi vaø ñöôc ñaët teân theo boä vi xöû  lyù beân trong nhö : CPU 312, CPU 314, CPU 316,…. Nhöõ ng module cuøng moät boä vi xöû lyù nhöng khaùc nhau soá coång vaøo/ra onboard cuõng nhö caùc khoái haøm ñaëc bieät thì ñöôïc phaân bieät baèng cuïm chöõ caùi IFM (Intergrated Function Module). Ví duï nhö CPU 312IFM, CPU 314IFM,………...

            Ngoaøi ra, coøn coù loaïi module CPU coù hai coång truyeàn thoâng, trong ñoù coång thöù hai duøng ñeå noái maïng phaân taùn nhö maïng PROFIBUS (PROcess Field BUS). Loaïi naøy ñi keøm vôùi cuïm töø DP (Distributed Port) trong teân goïi. Ví duï module CPU315-DP.

Module môû roäng:

Caùc module môû roäng ñöôïc thaønh 5 loaïi :

1) PS (Power Supply): module nguoàn laø module tao ra nguoàn coù ñieän aùp 24VDC

caáp nguoàn cho caùc module khaùc. Coù 3 loaïi: 2A, 5A vaø 10A.

Hình1.2. Sô ñoà khoái vaø sô ñoà ñaáu daây cuûa module nguoàn

 PS307; 2A (6ES7307-1BA00-0AB)

1. Ñeøn chæ thò nguoàn 24Vdc                                 

2. Ñoâmino noi daây ngoõ ra ñieän aùp 24Vdc

3. Caàu chì baûo veä quaù doøng

4. Ñoâmino noi daây vôùi ñieän aùp 220Vac

            5. ON/OFF Switch 24Vdc

2) SM (Signal Module): Module môû roäng vaøo/ra, bao goàm :

a) DI (Digital Input): module môû roäng coång vaøo soá. Soá caùc coång vaøo soá môû roäng coù theå laø 8, 16 hoaëc 32 tuøy thuoäc vaøo töøng loaïi module.

         1. Soá thöù töï caùc ngoõ vaøo soá trong module                           

         2. Ñeøn chæ thò möùc logic

        3. Bus beân trong cuûa module 

b) DO (Digital Output): module môû roäng coång ra soá. Soá caùc coång vaøo soá môû roäng coù theå laø 8, 16 hoaëc 32 tuyø thuoäc vaøo töøng loaïi module.

c) AI (Analog Input): module môû roäng coång vaøo töông töï. Baûn chaát chuùng laø nhöõng boä chuyeån ñoåi töông töï sang soá (ADC). Soá caù c coång vaøo töông töï coù theå laø 2, 4 hoaëc 8 tuyø  töøng loaïi module, soá bit coù theå laø 8,10,12,14,16 tuøy theo töøng loaïi module.

Ví du: Module SM 331; AI 2 x 12 bit; (6ES7331-7KB02-0AB0)

Caùc daïng tín hieäu ñoïc ñöôc

- Ñieän aùp

- Doøng ñieän

- Ñieän trôû

- Nhieät  ñoä

Ñoä phaân giaûi 12 bit

d) AO (Analog Output): module môû roäng coång ra töông töï. Chuùng laø nhöõng boä chuyeån ñoåi töø soá sang töông töï (DAC). Soá coång ra töông töï coù theå laø 2 hoaëc 4 tuyø töøng loaïi module.

Hình 1.9. Sô ñoà ñaáu daây cuûa module

SM 332; AO 4 x 12 Bit;

(6ES7332-5HD01-0AB0)

3) IM (Interface Module): Module keát noái.

Hình 1.10.   Sô ñoà ñaáu daây cuûa module

IM 365; (6ES7365-0BA01-0AA0)

 Ñaây laø loaïi module duøng ñeå keát noái töøng nhoùm caùc module môû roäng thaønh moät khoái vaø ñöôïc quaûn lyù bôûi moät module CPU. Thoâng thöôøng caùc module môû roäng ñöôïc gaù lieàn nhau treân moät thanh rack. Moãi thanh rack chæ coù theå gaù ñöôc nhieàu nhaát 8 module môû roäng (khoâng keå module CPU vaø module nguoàn). Moät module CPU coù theå laøm vieäc nhieàu nhaát vôùi 4 thanh rack vaø caùc rack naøy phaûi ñöôïc noái vôùi nhau baèng module IM.

4) FM (Function Module): Module coù chöùc naêng ñieàu khieån rieâng nhö: module ñieàu khieån ñoäng cô böôùc, module ñieàu kieån ñoäng cô servo, module PID.

5) CP (Communication Processor): Module truyeàn troâng giöõa PLC vôùi PLC hay giöõa PLC vôùi PC.

1.2 Toå chöùc boä nhôù CPU.

ü  Vuøng nhôù chöùc caùc thanh ghi: ACCU1, ACCU2, AR1, AR2,…

ü Load memory: laø vuøng nhôù chöùa chöông trình öùng duïng (do ngöôi söû  duïng vieát)bao goàm taát caû caùc khoái chöông trình öùng duï ng OB, FC, FB, cac khoái chöông trình trong thö vieän heä thoáng ñöôï c söû duïng (SFC, SFB) vaø caùc khoái döõ lieäu DB. Vuøng nhôù naøy ñöôc taïo bôûi moät phaàn boä nhôù RAM cuûa CPU vaøEEPROM (neáu coù EEPROM). Khi thöïc hieän ñoäng taù c xoaù boä nhôù (MRES) toaønboä caùc khoái chöông trình vaø khoá i döõ lieäu naèm trong RAM seõ bò xoaù. Cuõng nhö vaäy, khi chöông trình hay khoái döõ lieäu ñöôïc ñoå (down load) töø thieát bò laäp trình (PG, maùy tính) vaøo module CPU, chuùng seõ ñöôïc ghi leâ n phaà n RAM cuûa vuøng nhôù Load memory.

ü Work memory: laø vuøng nhô ù chöùa caùc khoái DB ñang ñöôïc môû, khoái chöông trình (OB, FC, FB, SFC, hoaëc SFB) ñang ñöôïc CPU thöïc hieän vaø phaàn boä nhôù caáp phaùt cho nhöõng tham soá hình thöùc ñeå caùc khoái chöông trình naøy trao ñoåi tham trò vôùi heä ñieàu haønh vaø vôùi caùc khoái chöông trình khaùc (local block).Taïi moät thôø i ñieåm nhaát ñònh vuøng Work memory chæ chöùa moät khoái chöông trình. Sau khi khoái chöông trình ñoù ñöôïc thöïc hieän xong thì heä ñieu haønh seõ xoaù khoûi Work memory vaø naïp vaøo ñoù khoái chöông trình keá tieáp ñeán löôït ñöôïc thöc hieän.

ü System memory: laø vuøng nhôù chöùa caùc boä ñeäm vaøo/ra soá (Q, I), caùc bieán côø (M), thanh ghi C-Word, PV, T-bit cuûa timer, thanh ghi C-Word, PV, C-bit cuûa Couter. Vieäc truy caäp, söûa loãi döõ lieäu nhöõng oâ nhô ù naøy ñöôïc phaân chia hoaëc bôûi heä ñieàu haønh cua CPU hoac do chöông trình öùng duïng. Coù theå thaáy raèng trong caùc vuøng nhôù ñöôïc trình baøy ôû  tren khoâng coù vuøng nhôù naøo ñöôï c duøng laøm boä ñeäm cho cac coång vaøo/ra töông töï. Noùi caùch khaùc caùc coång vaøo/ra töông töï khoâng coù boä ñeäm vaø nhö vaäy moãi leänh truy nhaäp module töông töï (ñoïc hoaëc göûi giaù trò) ñeàu coù taùc duïng tröïc tieáp tôi caùc coång vaät lyù cuûa module.

            Tröø phaàn boä nhôù EEPROM thuoäc vuøng Load memory vaø moät phaàn RAM töï nuoâi ñaëc bieät (non-volatile) duøng ñeå  löu giöõ tham soá  caáu hình traïm PLC nhö ñòa chæ traïm (MPI address), teân caùc module môû roäng, taát caû caùc phaàn boä nhôù coøn laïi ôû cheá ñoä maëc ñònh khoâng coù khaû naêng töï nhôù (non-retentive). Khi maát nguoàn nuoâi hoaëc khi thöïc hieän coâng vieäc xoaù boä nhôù (MRES), toaøn boä noäi dung cuûa phaàn boä nhôù non-retentive seõ bò maát.

1.3. Caáu truc chöông trình.

            Chöông trình cho S7-300 ñöôïc löu trong boä nhôù cuûa PLC ôû vuøng daønh rieâng cho chöông trình. Ta coù theå ñöôïc laäp trình vôùi hai daïng caáu truùc khaùc nhau:

1.3.1 Laäp trình caáu truùc

 Chöông trình ñöôïc chia thaønh nhöõng phaàn nhoû vôùi töøng nhieäm vuï rieâng bieät vaø caùc phaàn naøy naèm trong nhöõng khoái chöông trình khaùc nhau. Loaïi laäp trình coù caáu truùc phuø hôïp vôùi nhöõng baøi toaùn ñieàu khieån nhieàu nhieäm vuï vaø phöùc taïp. Caùc khoái cô baûn :

ü Khoái OB (Organization Block): khoái toå chöùc vaø quaûn lyù chöông trình ñieàu khieån. Coù nhieàu loaïi khoái OB vôùi nhöõng chöùc naêng khaùc nhau. Chuùng ñöôc phaân bieät vôùi nhau baèng soá nguyeân theo sau nhoùm kyù töï OB, ví duï nhö OB1, OB35, OB80…

ü Khoái FC (Program Block): khoái chöông trình vôùi nhöng chöùc naêng rieâng bieät gioáng nhö moät chöông trình con hay moät haøm (chöông trình co coù bieán hình thöùc). Moät chöông trình öùng dung coù theå coù nhieàu khoái FC vaø caùc khoái FC naøy ñöôïc phaân bie ät vôùi nhau baèng soá nguyeân theo sau nhoùm ky töï FC, chaúng haïn nhö FC1, FC2.

ü  Khoái FB (Function Block): laø khoái FC ñaët bieät coù khaû naêng trao ñoåi moät löôïng döõ lieäu lôùn vôùi caùc khoái chöông trình khaùc. Caùc döõ lieäu naøy phaûi ñöôc toå chöc thaønh khoái dö lieäu rieâng ñöôïc goïi laø Data Block. Moät chöông trình öùng duïng coù theå coù nhieàu khoái FB vaø caùc khoái FB naøy ñöôïc phaân bieät vôùi nhau baèng soá nguyeân theo sau nhoùm kyù töï FB. Chaúng haïn nhö FB1, FB2

ü  Khoái DB (Data Block): khoái döõ lieäu can thieát ñeå thöï c hieän chöông trình. Caùc tham soá cuûa khoá i do ngöôø i söû duïng töï ñat. Moät chöông trình öùng duïng coù theå coù nhieàu khoái DB vaø caùc khoái DB naøy ñöôïc phaân bieät vôùi nhau baèng soá nguyeân theo sau nhoùm kyù töï DB. Chaúng haïn nhö DB1, DB2,

Chöông trình trong caùc khoái ñöôïc lieân keát vôùi nhau baèng caùc leänh goïi  khoái vaø chuyeån khoái. Caùc chöông trình con ñöôïc pheùp goïi loàng nhau, töùc töø moät chöông trình con naøy goïi moät chöông trình con khaùc vaø töø chöông trình con ñöôïc goïi laïi goïi moät chöông trình con thöù 3.

Hình 1.11. Laäp trình coù caáu truùc  

1.4 Ngoân ngöõ laäp trình.

 PLC S7-300 coù ba ngoân ngö laäp trình cô baûn sau:

1. Ngoân ngöõ laäp trình lieät keâ leänh STL (Statement List). Ñaây laø daïng ngoân ngöõ laäp trình thoâng thöôøng cuûa maùy tính. Moät chöông trình ñöôïc hoaøn chænh bôi söï gheùp noái cuûa nhieàu caâu leänh theo moät thuaät toaùn nhaát ñònh, moãi leänh chieám moät haøng vaø coù caáu truùc chung “teân leänh” + “toaùn haïng”.

2. Ngoân ngöõ laäp trình LAD (Ladder Logic). Ñaây laø daïng ngoân ngöõ ñoà hoaï, thích hôïp vôùi nhöõng ngöôøi laäp trình quen vôùi vieäc thieát keá maïch ñieàu khieån logic.

3. Ngoân ngöõ laäp trình FBD (Function Block Diagram). Ñaâ y cuõng laø daïng ngoân ngöõ ñoà hoaï, thích hôïp cho nhöõng ngöôø i quen thieát keá maïch ñieàu khieån soá.

4. Ngoân ngöõ laäp trình Graph. Ñaây cuõng laø daïng ngoân ngöõ ñoà hoaï, thích hôïp cho nhöõng heä thoáng tuaàn töï.

5. Ngoân ngöõ laäp trình SCL. Ñaây cuõng laø daïng ngoân ngöõ caáp cao, thích hôïp cho nhöõng ngöôøi  bieát vieát ngoân ngöõ caáp cao.