GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 (2011) part 1

Chia sẻ: Pham Duong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

305
lượt xem 119
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 I. Tổng quát về PLC 1. Giới thiệu PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 (2011) part 1

GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 Tổng quát về PLC I. 1. Giới thiệu PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập trình được (kh ả trình) cho phép thực hiện linh ho ạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để th ực hiện một lo ạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện nà y được kích hoạt b ởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC ho ặc qua các hoạt động có trễ như thời gian đ ịnh thì hay các sự kiện được đ ếm. Mộ t khi sự kiện được kích ho ạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển b ên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở n gõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhược điểm củ a bộ đ iều khiển dùng dây n ối ( b ộ đ iều kh iển b ằng Relay) ngư ời ta đã chế tạo ra bộ PLC nh ằm thỏ a mãn các yêu cầu sau : Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình d ể học . • Gọn nh ẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa. • Dung lượng bộ nh ớ lớn để có th ể chứa được những chương trình phức tạp . • Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp . • Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nố i m ạng , các • môi Modul mở rộng. Giá cả cá thể cạnh tranh được. • Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây n ối và các Logic thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính d ể dàng cho PLC mà vẫn bảo đ ảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đ ã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử d ụng PLC trong công nghiệp . Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi d ịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớùn … Sự phát triển các máy tính d ẫn đến các bộ PLC có dung lư ợng lớn , số lượng I / O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình đ iều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần th ực hiện sẽ được xác đ ịnh bởi một chương trình . Chương trình này được n ạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêïc điều khiểûn dựa vào chư ơng trình này. Nh ư vậy nếu muốn thay đổi h ay mở rộng chức năng củ a qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổ i chương trình bên trong bộ nhớ củ a PLC . Việc thay đổi hay m ở rộng chứ c năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nố i hay Relay . 2. Cấu trúc , nguyên lý hoạt động củ a PLC Cấu trúc a. Tất cả các PLC đều có thành phần chính là : Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm mộ t số bộ nhớ n goài EPROM ). Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nố i với PLC . Các Modul vào /ra. Bên cạnh đó, một bộ P LC hoàn chỉnh còn đ i kèm thêm môït đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới d ạng hoàn thiện hay b ổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đ ã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụ ng thì nó mới truyền sang bộ n hớ P LC . Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọ c và kiểm tra chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, … b. Nguyên lý hoạt động củ a PLC Đơn vị xử lý trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứ a trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đ ầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn b ộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộ c vào chương trình điều khiển được giữ trong b ộ nhớ. Hệ thống bus Hệ thống Bus là tuyến dùng đ ể truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song : Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau. Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu. Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu đ ịnh thì và điểu khiển đồng bộ các ho ạt động trong PLC . Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đư ờng, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte m ột cách đồng thời hay song song. Nếu môït modul đ ầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đ ầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa ch ỉ b yte củ a 8 đầu ra xu ất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC . Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một th ời gian h ạn ch ế. Hêï thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữ a CPU, bộ nhớ và I/O . Bên cạch đó, CPU được cung cấp mộ t xung Clock có tần số từ 1 8 MHZ. Xung này quyết đ ịnh tốc độ ho ạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống. Bộ nh ớ
P LC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp : Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các ch ức năng trong PLC như đ ịnh thời, đếm, ghi các Relay. Mỗ i lệnh củ a chương trình có mộ t vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đ ều đư ợc đánh số , những số n ày chính là địa ch ỉ trong bộ nhớ . Địa ch ỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đ ến bởi mộ t bộ đếm địa ch ỉ ở b ên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo . Với một đ ịa ch ỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đ ấu ra, quá trình này được gọ i là quá trình đọc . Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi m ạch bán dẫn, mỗi vi m ạch này có khả n ăng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đ ều được sử dụng . RAM (Random Access Memory ) có th ể nạp chương trình, thay đ ổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị m ất . Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp n ăng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùn g đ ể khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổ i thọ lớn . EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là b ộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọ c chứ không ghi nộ i dung vào được . Nội dung của EPROM không b ị mất khi m ất nguồn , nó đư ợc gắn sẵn trong máy , đ ã được nhà sản xuất nạp và chứ a h ệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ d ùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi và xóa EPROM. Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình . Đĩa cứng hoăïc đ ĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng đ ể lưu những chương trình lớn trong mộ t th ời gian dài . Kích thước bộ nh ớ :
Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế • tạo . Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 • ÷16000 dòng lệnh. Ngoài ra còn cho phép gắn thêm b ộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM. Các ngỏ vào ra I / O Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đ ầu vào của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra củ a PLC ) . Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêïu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗ i đơn vị I / O có duy nhất một đ ịa ch ỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở n ên dể dàng và đơn giản . Bộ xử lý đọ c và xác đ ịnh các trạng thái đ ầu vào (ON,OFF) để thự c hiện việc đóng h ay ngắt m ạch ở đầu ra . 3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC Xử lý chương trình a. Khi một chương trình đã đ ược nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong b ộ nhớ . P LC có bộ đếm đ ịa chỉ ở b ên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở b ên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện mộ t cách tu ần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuố i chương trình . Mỗ i lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuố i được gọi là một chu k ỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tố c độ xử lý củ a PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đo ạn nối tiếp nhau : Đầu tiên, bộ xử lý đ ọc trạng thái của tất cả đ ầu vào. Phần chương trình phụ c vụ • công việc này có sẵn trong PLC và được gọ i là hệ điều hành .
Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình. Trong • ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đ ầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết qu ả sau đó sẽ xác đ ịnh trạng thái củ a các đ ầu ra. Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các modul • đ ầu ra. b. Xử lý xu ất nhập Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I / O trong PLC : Cập nhật liên tụ c Điều nay đòi hỏ i CPU quét các lệnh ngỏ vào (mà chúng xuất hiện trong chương trình ), kho ảng th ời gian Delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng ch ỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngỏ ra được lấùy trực tiếp tới các thiết b ị. Theo hoạt động logic của chương trình , khi lệnh OUT được thự c hiện thì các ngỏ ra cài lại vào đơn vị I / O, vì th ế nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp. Chục ảnh quá trình xu ất nhập Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I / O, vì thế CPU ch ỉ có th ể xử lý một lệnh ở một thời điểm . Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nh ập ph ải được xét đ ến riêng lẻ nh ằm dò tìm các tác động củ a nó trong chương trình. Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho h ệ thống lấy mẫu liên tụ c trở nên rất dài và tăng theo số n gõ vào. Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I / O được cập nhật tới một vùng đ ặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đ ặc biệt này được dùng như một bộ đ ệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I / O. Mỗi ngõ vào ra đều có một đ ịa ch ỉ I / O RAM này. Suố t quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I / O RAM. Quá trình này xảy ra ở m ột chu kỳ chương trình (từ Start đến End ). Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy tiêu b iểu là vài ms. Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình đ iều khiển tương ứng mỗ i lệnh mất khoảng từ 1 10 s.
II. PLC SIMATIC S7-200 CPU 214 Cấu trúc phần cứng của CPU 214 1. S7 -200 là thiết bị điều khiển logic kh ả trình loại nhỏ của Hãng SIEMNS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ b ản của S7-200 là khối vi xử lý CPU-214. CPU-214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở • rộng. 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thu ộc miền nhớ đọc / ghi non -volatile để lưu chương • trình (vùng nh ớ có giao diện với EEPROM). 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thu ộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512 từ đ ầu • thuộ c miền non-volatile. Tổng số ngõ vào / ra cự c đ ại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra. • 128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16 Timer • 10ms và 108 Timer 100ms. 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đ ếm lùi. • 688 bít nhớ đặc biệt dùng đ ể thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc. • Các ch ế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc xuống, • n gắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2Khz và 7 Khz. • 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO ho ặc kiểu PWM. • 2 bộ điều chỉnh tương tự • Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ • khi PLC bị m ất nguồn cung cấp. Các đèn báo trên S7-200 CPU214 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. •
RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ đ ịnh PLC đang ở chế độ làm việc và th ực • h iện chương trình đ ược nạp vào trong máy. STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng • chương trình và đang thực hiện lại. Cổng vào ra Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x. • Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc. Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời củ a cổng Qx.x. • Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Ch ế độ làm việc PLC có 3 chế độ làm việc: RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ n hớ, PLC sẽ chuyển từ • RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố ho ặc trong chương trình gặp lệnh STOP. STOP: Cưởng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang ch ế độ • STOP. TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc • RUN hoặc STOP. Cổng truyền thông S7 -200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nố i 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. Tố c độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 38.400 baud. Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các lo ại máy lập trình thuộ c họ PG7xx có thể dùng một cáp nối th ẳng MPI. Cáp đó đi kèm với máy lập trình.
Ghép nối S7 -200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC / PPI với bộ chuyển đổi RS232 / RS485. Giải thích Chân Cấu trúc bộ nhớ 2. Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùn g với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một kho ảng thời gian nhất đ ịnh khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc, ghi đư ợc trong toàn vùng, loại trừ các bit nh ớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ có thể truy nhập để đọ MIỀN NHỚ NGOÀI EEPROM Chương trình Chương trình Chương trình Tham số Tham số Tham số Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Vùng đối tượng Vùng chương trình • Là nguồn nhờ được sử dụng đ ể lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi được.
Vùng tham số • Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa ch ỉ trạm, … cũng giống như vùng chương trình, thuộc kiểu non -volatile đọ c / ghi được. Vùng dữ liệu • Là miền nhớ động đư ợc sử dụng để cất giữ các dữ liệu củ a chương trình. Nó có th ể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word) hoặc theo từ kép (DW_ Double Word), vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đ ầu theo từ tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng củ a chúng như sau: V : Variable Memory. I : Input image register. O : Output image regiter. M : Internal Memory bits. SM : Special Memory bits. Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từ ng byte, từng từ (word) hoặc từ kép (double word). Vùng đối tượng • Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC. Vùng này không thuộc kiểu Non -Volatile nhưng đọc / ghi được . Mở rộng cổng vào ra 3. CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nh ất 7 Modul. Các modul mở rộng tương tự và có thể mở rộng cổng vào của PLC b ằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích . Địa chỉ củ a các vị trí của các modul đư ợc xác đ ịnh cùng kiểu . Ví dụ như một modul cổng ra không th ể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng như mộ t modul tương tự không th ể có địa ch ỉ như một modul số và ngược lại .