Đồ án Dùng PLC lập trình điều khiển gara ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THÀNH ĐƠ KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ ----0o0---- ĐỒ ÁN BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN CƠNG NGHIỆP Giáo viên hướng dẫn : Thạc sĩ NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG Sinh viên thực hiện : - Đơ Quang Bách - Nguyễn Xuân VŨ Lớp : CĐ CN TĐH2 Khĩa : V Hà Nội, tháng 10-2010 ĐỀ TÀI Dùng PLC lập trình điều khiển gara ơ tơ với yêu cầu sau : Xe được chia làm 2 bãi đỗ riêng và số lượng là hữu hạn: chiều cao =2m đỗ bãi 2. Mỗi bãi xe cĩ 2 cửa ra vào được điều khiển độc lập: Cửa vào bị đống khi bãi đỗ đã đầy, cửa ra dĩng khi bãi đỗ xe trống. Hai cửa này khi nâng, hạ đều cĩ hạn định. Cĩ một màn hình HMI dung để hiển thị số xe thực tế đang cĩ trong bãi. LỜI NĨI ĐẦU Cùng với sự phát triển của ngành cơng nghiệp đất nước đặc biệt là sự phát triển của Cơng nghệ điện tử - tin học. Cĩ thể coi là một cuộc cách mạng cơng nghệ trên tồn thế giới. Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kĩ thuật vi xử lí. Hiện nay, người ta đã sản xuất ra những thiết bị cĩ thể lập trình được. Đĩ chính là thiết bị điều khiển cĩ lập trình Programable Logic Controlle viết tắt là PLC. Ra đời năm 90, PLC cĩ thể coi là một ứng dụng điển hình của mạch vi xử lí, chiếm đến 80% và trở thành xu thế mới trong điều kiện cơng nghiệp đang phát triển ở Việt Nam. So với quá trình điều khiển bằng mạch điện tử thơng thường thì PLC cĩ nhiều ưư điểm hơn hẳn, ví dụ như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt cơng trình, dễ dàng thay đổi cơng nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng, độ tin cậy cao... Hiện nay trên thế giới cĩ rất nhiều hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình (Omron, Siemens, ABB, Misubishi..) với nhiều ứng dụng: Tự động hố quá trình cơng nghệ cung cấp vật liệu cho quá trình sản xuất, tự động hố các máy gia cơng cơ khí, điều khiển hệ thống trạm bơm, điều khiển các thiết bị thuỷ lực và khí nén, tự động hố quá trình lắp ráp các linh kiện điện - điện tử, điều khiển thang máy, hệ thống đèn giao thơng...Ngày nay cĩ rất nhiều nhà cao tầng, hầm mỏ… xuất hiện làm cho diện tích đất ở ngày càng thu hẹp, xe ngày càng nhiều vì vậy khơng cĩ diện tích để xe .Để giải quyết vấn đề này người ta xây dựng các ga ra với các hệ thống điều khiển khác nhau.Trong phạm vi đồ án mơn học này tái dựng thiết bị lập trình PLC để viết chương trình cho hệ thống điều khiển ga ra. Thiết bị khả trình PLC mà tơi sử dụng để viết chương trình điều khiển trong đồ án này là PLC của Siemens. Trong quá trình làm đồ án cũng gặp nhiều khĩ khăn, nhưng được sự hướng dẫn cơ Nguyễn Thị Thúy Hằng em đã hồn thành đồ tơi đã án này. Xin chân thành cảm ơn! Chương I GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.1. Đặt vấn đề Trong cơng cuộc hiện đại hố đất nước thì việc đất ở ngày càng thu hẹp,nên xe cũng ngày càng nhiều,mặt khác các loại xe tụ lại chiếm diện tích khá lớn,mà xe tụ ngày càng nhiều.Vì vậy để cĩ chỗ đậu cho xe ơ tơ thì người ta thiết kế các ga ra ơ tơ điều khiển bằng hệ thống PLC.Nĩ thường được xây dựng ở dưới các nhà cao tầng,khách sạn nhà hàng… 1.2– Khái niệm chung về Ga ra ơ tơ. -Ga ra: là nơi đậu xe rãi cho ơ tơ. Trong thực tế ga ra được sử dụng rộng rãi và điều khiển bằng hệ thống PLC. -Các bộ phận chủ yếu: động cơ, cảm biến,cơng tắc hành trình. 1.3 – Yêu cầu chung của ga ra: - Dễ điều khiển, làm việc tin cậy. - Các thiết bị phải cĩ độ bền cao và tuổi thọ vận hành lớn . - Đảm bảo an tồn tuyệt đối cho người và thiết bi. - Các cảm biến phải báo chính xác - Vốn đầu tư phù hợp. - Chi phí vận hành thấp. 1.4 – Yêu cầu cơng nghệ Với yêu cầu của bài tốn lập trình điều khiển gara : - Xe được chia làm 2 bãi đỗ riêng và số lượng là hữu hạn: chiều cao =2m đỗ bãi 2. -Mỗi bãi xe cĩ 2 cửa ra vào được điều khiển độc lập: Cửa vào bị đống khi bãi đỗ đã đầy, cửa ra dĩng khi bãi đỗ xe trống. Hai cửa này khi nâng, hạ đều cĩ hạn định. Cĩ một màn hình HMI dung để hiển thị số xe thực tế đang cĩ trong bãi. Giải quyết bài tốn :với yêu cầu của bai tốn như trên ta làm như sau : - Phân luồng xe : + Để phân loại xe ta dùng 1 cảm biến quang CBQ1 dặt ở độ cao 2m. + Ta sử dụng một hệ thống cửa như sau:cửa này cĩ tác dụng là phân luồng xe,cửa này khi hệ thống bắt đầu hoạt động thì nĩ đang ở vị trí đĩng cửa khơng cho xe vào bãi 2,mở cho xe vào bãi 1.Khi xe vào gara cĩ chiều cao nhỏ hơn 2m thì xe khơng bị cảm biến quang phát hiện, xe sẽ đi vào được bãi 1.khi xe cĩ chiều cao bằng hoăc lớn hơn 2m thì bị cam biến quang phát hiện,cảm biến này sẽ tác động tơi động cơ 1 mở cửa bãi 2 cho xe vào bãi 2,đồng thời cửa này cũng đĩng cửa bãi 1 lại khơng cho xe vào. Để hạn chế đĩng mở cửa này ta dùng 2 cơng tăc hành trình,cơng tắc hành trình CTHT 1(thường đĩng), cơng tắc hành trình CTHT 2(thường mở).Khi xe đi vào bãi 2 thì cảm biến quang CBQ2 phat hiện ra lệnh cho PLC đĩng cửa lại - Xử lý cho bãi 1 :để nhận biết số xe trong bãi 1 ta lắp hai cảm biến CBQ3 ở cổng vào và CBQ4 ở cổng ra.Để đĩng mở vào cửa bãi 1 ta dùng hệ thơng cửa cuốn.Để hạn chế đĩng mở vào ta dùng hai cơng tắc hành trình CTHT 3 (thường đĩng), CTHT 4(thường mở).Nếu trong bai cĩ đủ 10 xe thì PLC ra lệnh đĩng cửa vào (giả sử bãi chứa 10 xe).Khi cửa đĩng đến CTHT 4 thì dừng đĩng .Nếu trong bãi cĩ ít hơn 10 xe thì PLC ra lệnh mở cửa vào.Nếu trong bãi trống thì PLC ra lệnh đĩng cửa ra bãi 1,,tương tư cửa vào để khống chế đĩng .mở cửa ra ta dùng hai cơng tắc hành trình CTHT 5 (thường đĩng), CTHT 6(thường mở). Khi cửa ra đĩng đến CTHT 6 thì dừng đĩng .Nếu trong bãi cĩ xe thì PLC ra lệnh mở cửa ra,khi cửa mở tới CTHT 5 thì dừng mở. Xử lý cho bãi 2 cũng tương tự bãi 1 : để nhận biết số xe trong bãi 1 ta lắp hai cảm biến CBQ5 ở cổng vào và CBQ6 ở cửa ra.Để đĩng mở vào cửa bãi 1 ta dùng hệ thơng cửa cuốn.Để hạn chế đĩng mở vào ta dùng hai cơng tắc hành trình CTHT 7 (thường đĩng), CTHT 8 (thường mở).Nếu trong bãi cĩ đủ 10 xe thì PLC ra lệnh đĩng cửa vào (giả sử bãi chứa 10 xe).Khi cửa đĩng đến CTHT 8 thì dừng đĩng .Nếu trong bãi cĩ ít hơn 10 xe thì PLC ra lệnh mở cửa vào,cưa vào bai 2 đong mở đến CTHT 7 thì dừng mở.Nếu trong bãi trống thì PLC ra lệnh đĩng cửa ra bãi 2 ,tương tự cửa vào để khống chế đĩng ,mở cửa ra ta dùng hai cơng tắc hành trình CTHT 9 (thường đĩng), CTHT 10 (thường mở). Khi cửa ra đĩng đến CTHT 10 thì dừng đĩng .Nếu trong bãi cĩ xe thì PLC ra lệnh mở cửa ra,khi cửa mở tới CTHT 9 thì dừng mở. Khi nhấn stop thì hệ thống dừng. Sơ đồ cơng nghệ của bãi đỗ xe Chương 2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 2.1-Lựa chọn thiết bị Các thiết bị sử dụng trong hệ thống gồm cĩ: - Động cơ một chiều: dùng để đĩng mở các cửa vào ra. - Cảm biến quang: để nhận biết số xe vào ra. - Cơng tắc hành trình:dung để hạn chế quá trình đĩng mở cửa. - Màn hình hiển thị TD200 2.1.1- Động cơ một chiều 2.1.1.1-Cấu tạo của động cơ một chiều Kết cấu của động cơ điện một chiều cĩ thể phân thành hai thành phần chính là: phần tĩnh và phần quay . ŸPhần tĩnh hay Stato (phần cảm) . Đây là thành phần đứng yên của động cơ.Phần tĩnh gồm các bộ phận chínhsau : - Cực từ chính : Cực từ chính là bộ phận sinh ra từ trường gồm cĩ lõi sắt cực từ và dâyquấn kích từ lồng ngồi lõi sắt kích từ. Lõi sắt cực từ làm bằng những láthép kỹ thuật điện hoặc thép khối gia cơng thành dạng cực từ rồi cố định vàovở máy. Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗicuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điệntrước khi đặt trên các cực từ. Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ nàyđược nối nối tiếp với nhau . Nhiệm vụ chính của cực từ chính và dây quấn kích từ tạo ra từ thơng chính trong máy . - Cực từ phụ : Cực từ phụ thường làm bằng thép khối đặt xen kẽ giữa các cực từ chínhvà dùng để cải thiện đổi chiều (đặt trên đường trung tính hình học). Xungquanh cực từ phụ cĩ dây quấn cực từ phụ . Dây quấn cực từ phụ được đấunối tiếp với dây quấn phần ứng (dây quấn Roto) . Nhiệm vụ của cực từ phụ là để làm giảm sự xuất hiện tia lửa điện trên bềmặt chổi than và cổ gĩp . -Vỏ máy (gơng từ) : Gơng từ dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ , đồng thời làm vỏ máybảo vệ các bộ phận bên trong vỏ máy. Vỏ máy điện một chiều được làmbằng thép dẫn từ . - Chổi than: Chổi than dùng để điện áp từ bên ngồi vào động cơ. Cơ cấu chổi than gồm cĩ chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ một lị xo tì chặt lên cổgĩp . Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện vớigiá.Chổi than thường đượclàm bằng bột đồng bột than và một số phụ gia chống mài mịn khác .Chổi than được đặt trên đường trung tính hình học . Ÿ Phần quay hay Roto (phần ứng) . - .Lõi sắt phần ứng . Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ . Thường làm bằng lá thép kĩ thuật điện dầy 0.5(mm) phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn haodo dịng điện xốy gây nên.Trên lá thép cĩ dập hình dạng rãnh để sau khi éplại thì đặt dây quấn vào . - Dây quấn phần ứng . Dây quấn phần ứng là thành phần sinh ra sức điện động và cĩ dịng điệnchạy qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng cĩ bọc cách điện.Dây quấn được bọc cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép . - Cổ gĩp . Cổ gĩp (cịn gọi là vành gĩp hay vành đổi chiều) dùng để đổi chiều dịngđiện xoay chiều thành một chiều .Cổ gĩp gồm nhiều phiến đồng ghép cáchđiện với nhau. Bề mặt cổ gĩp phải được gia cơng với độ nhẵn bang cao để đảm bảo tiêp xúc giũa chổi than và cổ gĩp . Cổ gĩp đặt đồng tâm với trụcquay để hạn chế phát sinh tia lửa điện . - Các bộ phận khác: + Cánh quạt : dùng để quạt giĩ làm nguội máy . + Trục máy : Trên đĩ đặt lõi sắt phần ứng, cổ gĩp cánh quạt và ổ bi.Trụcmáy thường làm bằng thép cácbon tốt . 2.1.1.2-Nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều . Động cơ điện một chiều hoạt đơng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.Khi đặt vào trong từ trường một dây dẫn và cho dịng điện chạy qua dây dẫn thì từ trường sẽ tác dụng một lực từ vào dịng điện (vào dây dẫn) và làm chodây dẫn chuyển động ,chiều của từ lực được xác định bằng quy tắc bàn tay trái . * Nguyên lý: Khi cho dịng điện chạy qua cuộn dây kích từ , sẽ tạo ra từtrường tác dụng một lực từ vào các dây dẫn của rơto khi cĩ dịng chạy qua sẽtạo mơ men làm quay rơto . 2.1.1.3-Điều khiển tốc độ động cơ một chiều Từ phương trình đặc tính cơ : Ta cĩ ba phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều : Ÿ Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng động cơ Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm điện áp phần ứng động cơ và giữ từ thơng φ = φđm = const , điện trở R = Rư . Khi giảm điện áp thì : Hinh 1: + Nhận xét : Khi ta giảm điện áp đặt vào phần ứng động cơ thì tốc độkhơng tải giảm xuống,cịn độ xụt tốc độ khơng đổi. Điện áp phần ứng càng song song với đường đặc tính cơ tự nhiên ,tức độ cứng đặc tính cơ khơngđổi. Do đĩ ta thu được họ các đường đặc tính cơ song song với đường đặc tính cơ tự nhiên ,tức độ cứng đặc tính cơ khơng đổi. Ÿ Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng thay đổi từ thơng trong mạch kích từ động cơ . Muốn thay đổi từ thơng động cơ, ta tiến hành thay đổi dịng điện kích từcủa động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp mạch kích từ .Trong thực tế người ta thường dùng phương pháp giảm từ thơng φ và vẫn giữ điện áp U = Uưđm , điện trở R = Rư và cũng khơng được giảm từ thơng φgần về 0 . Khi từ thơng φ giảm thì : Hình 2 + Nhận xét : Như vậy khi giảm từ thơng thì tốc độ khơng tải tăng lênnhưng độ xụt tốc độ tăng gấp 2 lần. Do đĩ ta thu được họ các đường đặc tínhcơ cĩ độ dốc hơn và cĩ tốc độ khơng tải lớn hơn. Vì vậy càng giảm từ thơngthì tốc độ khơng tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ cànglớn . Độ cứng đặc tính cơ giảm .Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dịng kích từ là (1 ÷ 10)% dịng định mức phần ứng . Ÿ Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ . Trong thực tế người ta thêm điện trở phụ vào mạch phần ứng động cơ : R = RƯ + Rf , và giữ điện áp U = Uđ m , từ thơng φ = φđm = const . Ta cĩ : Hinh 3 + Nhận xét : Khi tăng điện trở phụ trong mạch phần ứng động cơ thì độ dốc đặc tính cơ càng lớn ,đặc tính cơ mềm và độ ổn định tốc độ càng kém sai số tốc độ càng lớn. Tốc độ khơng tải khơng đổi và = ω 0, cịn độ xụt tốc độ Δω tăng. Khi đĩ ta được họ các đường đặc tính cơ nhân tạo cùng đi qua điểm tốc độ khơng tải (0, ω 0) và độ rốc tăng khi điện trở Rf càng lớn,tức là độ cứng của đặc tính cơ giảm . KẾT LUẬN : Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh được tốc độ động cơ điện một chiều nhưng chỉ cĩ phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp Uư đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng nhất vì nĩ thu được đặc tính cơ cĩ độ cứng khơng đổi ,điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và khơng bị tổn hao . 2.1.1.2-Đảo chiều động cơ một chiều Chiều từ lực tác dụng vào dịng điện được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi đảo chiều từ thơng hay đảo chiều dịng điện thì lực từ cĩ chiều ngược lại. Vậy muốn đảo chiều quay của động cơ điện một chiều ta cĩ thể thực hiện một trong hai cách sau: -Hoặc đảo chiều từ thơng(bằng cách đảo chiều dịng điện kích từ). -Hoặc đảo chiều dịng điện phần ứng. Sơ đồ nối dây động cơ điện một chiều kích từ độc lập khi đảo chiều từ thơng hoặc khi đảo chiều dịng điện phần ứng Ÿ Ở đây chúng ta sử dụng động cơ: động cơ DC EXCEM 24V 300W cĩ xuất xứ từ Excem – Korea. *Chi tiết về sản phẩm: - Động cơ điện 1 chiều 24VDC 300w. - Kích thước: vuơng 90mm. - Tốc độ: 3000v/phút. - Dịng điện định mức: 15.5A. - Momen định mức: 9.74kgf-cm. 2.1.2-cảm biến quang 2.1.2.1-Cấu tạo ,nguyên lý hoạt độngcủa cảm biến quang Ÿ Cấu tạo chung cảm các biến quang gồm:cĩ một bộ phát quang và 1 bộ thu quang. -Bộ phát quang cĩ thể sử dụng ánh tia hồng ngoại,ánh sang đỏ,lazer. -Bộ thu quang cĩ thể sử dụng tranzitor quang,diode quang. Ÿ Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang như sau:tín hiệu quang từ bộ phát quang khơng bi cản nĩ vẫn truyền tới bộ thu bộ thu giữ nguyên trạng thái đầu khi cĩ vật cản đường truyền tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu,bộ thu sẽ chuyển trạng thái đầu ra. Với yêu câu của bài đề tài ta chọn loại cảm biến quang: Hình ảnh cảm biến quang. E3JK của hãng OMRON cĩ các th ơng số kỹ thuật : Cảm biến quang điện thơng dụng loại nhỏ, đầu ra rơle, nguồn cấp dải rộng Cĩ sẵn bộ khuếch đại cho phép dải nguồn cấp rộng - Kích thước nhỏ gọn 50 x 50 x 17,4 mm. - Ngõ ra rơ-le với tuổi thọ cao và dịng đĩng mở đến 3A, 250 VAC - Loại phản xạ gương với chùm tia phân cực cho phép phát hiện vật thể bĩng lống (dạng gương). 2.1.3-Cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình hoat động dựa trên nguyên tắc điều khiển theo đường đi (hay nguyên tắc hành trình). Khi quá trình thay đổi trạng thái làm việc cĩ quan hệ chặt chẽ với vị triscuar các bộ phận động(bàn đạp,mâm cặp..) thì ta cĩ thể dung một thiết bị-gọi là cơng tắc hành trình,đặt tại những vị trí thích hợp trên đường đi của các bộ phận đĩ . Khi bộ phận đĩ di chuyển đến những vị trí này tác động tí cơng tắc hành trình,coong tắc hành trình sẽ phát những tín hiệu điều khiển hệ thống đến nhưng trạng thái làm việc mới.Ví dụ như đặt các cơng tắc hành trình cuối cùng để hạn chế hành trình may doa,cầu trục,hạn chế quá trình đĩng mở cửa…,hoăc dặt các cơng tắc hành trình để đảo chiều, giảm tốc độ cho may cắt giấy. Với yêu cầu của đề tài ta sử dụng cơng tắc hành trình :HL 5050 của hãng OMRON Thơng số sản phẩm : -Hãng sản xuất :Omron - Nguồn điện :250VAC, 15A - Tần số tác động: Cơ: 120 lần/phút ; Điện 30 lần/phút - Tốc độ tác động: 5mm/s đến 0.5m/s. - Cách điện: 100MΩ Min’ - Nhiệt độ làm việc: -5 độ C đến 65 độ C - Tuổi thọ: 10 000 000 lần 2.1.4 –Màn hình hiển thị TD 200 Hình ảnh thực tế màn hình hiển thị TD200 của hãng siemen. TD 200 là một thiết bị hiển thị text giao tiếp với người vận hành.Thiết bị này chỉ dung giao tiếp với họ PLC S7 200 TD 200 là một bộ hiển thị cĩ thể giao tiếp trực tiếp với CPU sử dụng cáp RS 485 hoặc module mở rộng EM 277. 2.1.4.1-Một số đặc tính của TD 200 -hiển thị các tin nhắn và các biến của PLC. -Cho phép điều khiển các biến trong chơng trình . -Cĩ khả năng cài đặt thơi gian thực của PLC. -Số dịng hiển thị 2. - Số kí tự hiển thị: Max 40. 2.1.4.2-Các phím chức năng của TD 200 TD 200 cĩ 9 phím bấm chia làm hai loại: phím hệ thơng và phím chức năng. + Phím hệ thống gồm cĩ 5 nút:shilf.éc enter,up,down. + Phím chức năng cĩ 4 phím gồm 8 từ F1 đền F8 .Mỗi phím được gắn với 1 bít trong vùng nhớ M của PLC,nghĩa là các phím từ F1 đến F8 được gắn với 1 byte trong vung nhớ M.Khi 1 phím được nhấn thì bít tương ứng sẽ được set,và bit này chỉ được reset bằng chương trình trong PLC. 2.1.4.3-Cổng giao tiếp TD 200 và PLC. Cổng RS485 ,9 chân giao tiếp giữa TD 200 và PLC qua cáp TD/CPU. 2.1.4.4-Nguồn cung cấp Nguồn cung cấp cho TD 200 là 24VDC.Cĩ thể cấp cho TD200 theo 2 cách: -Nguồn cấp chung:cấp nguồn cho TD 200 thơng qua cáp TD/CPU(chiều dài 2.5m) - Nguồn cấp riêng : cấp nguồn cho TD 200 thơng qua đầu nối bên ngồi TD200 đươc sử dụng khi khoang cach giữa TD200 và CPU lớn hơn 2.5m. Lưu ý khơng dùng nguồn cấp chung và cấp riêng cùng một lúc như thế sẽ làm hỏng thiết bị. 2.1.4.5-Cáp TD/CPU. Ÿ Sơ đồ cáp nguồn: Ÿ Sơ đồ cáp khơng cĩ nguồn: 2.1.4.6- Giao tiếp giữa 1 TD200 và 1CPU 2.1.4.7- Giao tiếp giữa nhiều TD200 và nhiều Cpu 2.1.4.8-Lập trình cho TD200 TD200 là màn hình giao tiếp với CPU S7_200,màn hình TD200 là màn hình dạng Text cho phép người sử dụng thay đổi dữ liệu,cảnh báo khi gặp sự cố…..Tuy nhiên loại màn hình này không có phần mềm chuyên biệt cho việc lập trình,mà việc liên kết với nó phải thông qua chương trình S7_200, Nghĩa là để có thể liên kết với TD200 ,Trong chương trình S7_200 ta phải thực hiện việc định dạng bằng Wizard. Các bước thực hiện Wizard: Bước 1: khởi động chương trình Step 7 microwin,trên thanh menu chọn tool ,chọn TD200 Wizard. Bước 2:chọn ngơn ngữ và kiểu kí tư hiển thị. Bước 3:lựa chọn các chưc năng timer,force,password. Bước 4 :chọn các bit M tương ứng với các phím chức năng và chọn tốc độ giao tiếp giữa PLC và TD200. -Tốc độ giao tiếp giữa PLC và TD200 nên chọn as fast as possible. Bước 5:chọn cửa sổ message và số kí tự hiển thị trên 1 message. Bước 6:chọn vùng sV để định dạng cho TD200 Ta cần quan tâm tới các thơng số sau: -Đia chỉ vùng định nghĩa cho các thơng số của TD200,vùng này thường chứa 12 byte hay 14 byte(tùy vao kí tự hiển thị trên TD200 ) trong vun nhớ V. -Đia chỉ vùng nhớ hiển thị message trên TD200.Mỗi message cĩ 1 bit tương ứng để cho phép message cĩ được hiển thị hay khơng.Khi bit được set băng chương trình S7 200 thì message tương ứng sẽ được hiển thị trên TD200.ngược lai khi bit bị reset thì message tương ưng sẽ bị mất. Địa chỉ vung nhớ thơng tin cuả message.Mỗi kí tự trên message se cĩ 1 địa chỉ byte tương ứng trên PLC,điêu này cĩ nghĩa la ta muốn hiển thijbao nhiêu kí tự trên message thí ta phai mất đi số byte tương ứng của vung nhớ V trên S7 200 để lưu trữ thơng tin của message. Bước 7: tạo các message. Mỗi message cĩ thể cĩ moptj trong các chức năng sau :hiển thi text,hiển thị các biến trên PLC,cho nhập các giá trị vào các biến của chương trình, yêu cầu sự xuất hiện của message. -Message 1 : gồm 40 kí tự bắt dầu từ địa chỉ VB40, bit điều khiển cho hiển thị Message là V14.7. Sau khi định dạng xong Message 1 ta nhấn vào nút next để vào Message 2. Message 2 : gồm 40 kí tự bắt dầu từ địa chỉ VB80, bit điều khiển cho hiển thị Message là V14.6 Muốn hiển thị 1 biến trong PLC ta thực hiện như sau:đặt con trỏ vào vị trí muốn hiển thị sau do nhấn nút Embedded Data. Màn hình xuất hiện như sau: Trên hộp thoại này ta phải khai bao cac phàn sau: -Định dạng dữ liệu: ở đây ta co 3 lựa chọn là khơng cĩ dữ liệu,dữ liệu dạng word và dữ liệu dạng double. - Kiểu hiển thị là cĩ dấu hoăc khơng cĩ dấu. -chọn số kí tự hiển thị bên phải dấu chấm. -cho phép nhập giá trị hayhay yeu cầu xác nhận Message hay khơng. Sau khi khi bao xong thì ta nhấn ok để trở về hơp thoại trước đĩ. Lúc này hộp thoại sẽ cĩ 4 ơ được bơi xám. Tiếp theo muốn nhập vào một biến của chương trình thì ta đặt con trỏ vào vị trí muốn nhập,sau đĩ nhấn Embedded Data, hộp thoại như trên lại xuât hiện. Như hộp thọai trên; ta chọn kiểu dữ liệu Double Word, kiểu hiển thị Real, cĩ 1 chữ số hiển thị sau dấu chấm, địa chỉ của dữ liệu là VD116. Ngồi ra, muốn nhập giá trị vào biến của chương trình thì ta check vào lựa chon cho phép nhập dữ liệu (User is allowed to edit this data). Sau khi check vào lựa chon thì hộp thoại thơng báo cho ta biết bit xác nhận sau nhập dữ liệu (trên hộp thoại là V114.2). Nếu ta muốn người vận hành cần nhập password khi thay đổi biến của chương trình thì ta check vào lựa chọn Should the user edit or data be Password-protected ? Sau khi thực hiện xong các khai báo ta nhấn OK xác nhận và trở về hộp thoại trước đĩ. Lúc này trên hộp thoại sẽ cĩ thêm 6 ơ(tức là 6 byte) bị bơi đen. Lưu ý : khi ta muốn cho hiển thị hay nhập một giá trị vào các biến của PLC thì trước tiên ta phải gắn các giá trị này vào message bằng cách đặt con trỏ vào vị trí thích hợp và nhấn nút Embedded Data trên hộp thoại. Sau đĩ khai báo kiểu dữ liệu, kiểu hiển thị và các lựa chọn ; TD200 sẽ dành 2byte để lưu những khai báo này -Message 3:yêu cầu người vận hành xác nhận khi Message xuất hiện. Message3 gồm 40 kí tự bắt dầu từ địa chỉ VB120, bit điều khiển cho hiển thị Message là V14.5: Đặt con trỏ vào mũi tên sau do nhấn Embedded Data,một hộp thoại xuất hiện. Ta check và lựa chọn yêu cầu xác nhận,sau đĩ nhấn ok dể quay về hộp thoại trước. Lúc này trên hộp thoại cĩ 2 ơ được bơi đen đây chính là hai byte dung để định nghĩa.và trên hộp thoai cung cho ta bit xác nhận là V158.1,bit nay sẽ đươc set nên 1 khi ta ấn enter để xác nhận Message. -Bước 8 :finish để kết thúc định dạng cho TD200,dể TD200 hoạt động ta phải viết trình điều khiển trên PLC 2.2.1.5- Bộ điều khiển logic khả trình Siemen PLC S7 200 CPU226 Hình ảnh thực tế của PLC S7 200 CPU226 -Nguồn cung cấp: 24 DC- Ngõ vào số: 24 DI DC- Ngõ ra số : 16 DO Relay- Bộ nhớ chương trình: 24KB -Bộ nhớ dữ liệu: 10KB 2 PPI/FREEPORT PORTS  - Điều khiển PID: Cĩ.- Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.- Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0.37ms.- Bit memory/Counter/Timer : 256/256/256.- Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 Khz.- Bộ đếm lên/xuống: Cĩ.- Ngắt phần cứng: 4.- Số đầu vào/ra cĩ sẵn: 24 DI / 16DO.- Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng: DI/DO/MAX: 128 / 120 / 248 -Số đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng: AI/AO/MAX: 28 / 7/ 35 hoặc 0 / 14 / 14.-Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 196 x 80 x 62. 2.1.5.1- Giơí thiệu chung về PLC S7 200 Trước khi cĩ PLC đã cĩ những bộ điều khiển tự động bằng các mạch rơle-cơng tắc tơ hoạc các rơle số-tương tự khơng tiếp điểm. Các bộ điều khiển này được gọi là các bộ điều khiển cứng. Khi cần phải được thay đổi hoặc mở rộng chương trình điều khiển thì các bộ điều khiển cứng khơng đáp ứng được do đĩ cần thiết kế và chế tạo lại bộ điều khiển để thay thế bộ điều khiển cũ, hoặc ít ra cũng cần thay đổi lại cách ghép nối các phần tử của các 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 cơng nghệ kéo dài. Năm 1969, hang sản xuất ơtơ GM đề xuất thiết kế các bộ điều khiển ứng dụng cơng nghệ điện tử và cơng nghệ máy tính cĩ khả năng thích ứng với nhiều chương trình điều khiển khác nhau với các điều kiện sau: - Dễ dàng thay đổi được chương trình điều khiển. - Đơn giản cho việc thay đổi và sửa chữa. - Độ tin cậy cao so với các bộ điều khiển cứng truyền thống. - Nhỏ gọn hơn so với các bộ điều khiển truyền thống. - Dữ liệu được gửi ra ở đầu ra phải được đưa tới dụng cụ điều khiển trungtâm. - Giá thành tốt hơn so với các bộ điều khiển rơle. - Đầu vào cĩ khả năng nhận điên áp xoay chiều, điện áp 115V. - Đầu ra cĩ dịng cực tiểu là 2A và điện áp xoay chiều cực tiểu 115V. - Bộ điều khiển phải cĩ khả năng mở rộng các chức năng bằng cách ghép nối thêm các module. Chính vì thế PLC đã ra đời. Do tính thích ứng với nhiều chương trìnhđiều khiểu, việc thay đổi chương trình dễ dàng và khơng địi hỏi nhữngchuyên gia lập trình và điều khiển cĩ trình độ chuyên mơn cao nên nĩnhận được nhu cầu rất lớn trong thực tế. PLC sinh ra trên cơ sở cơngnghệ của máy tính và vật liệu bán dẫn, cĩ thể giải quyết được các bàitốn điều khiển với nhiều chương trình khác nhau nên ngày càng đượcphát triển và ứng dụng vào tất cả các ngành cơng nghiệp và dândụng. PLC ngày càng trở nên hồn thiện và đa năng. Các PLC ngày nay khơng những cĩ khả năng thay thế hồn tồn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà cịn cĩ khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự. Các PLC được sử dung rộng rãi trong cơng nghiệp. Ứng dụng của PLC trong cơng nghiệp. Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong cơng nghiệp ơtơ vào năm 1969 ddaxddem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơle. Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, khơng chiếm nhiều khơng gian trong các xưởng sản xuất và cĩ độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơle. Các ứng dụng của PLC đã nhanh chĩng mở rộng ra tất cả các ngành sản xuất cơng nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản chỉ cĩ chức năng đĩng mở(ON/OFF)thơng thường đến các ứng dụng cho Các lĩnh vực phức tạp, địi hỏi độ chính xác cao, ứng dụng các thuật tốn trong quá trình sản xuất. Bộ nhớ chương trình Đơn vị điều khiển Khối ngỏ vào Mạch giao tiếp cảm biến Panel lập trình Bộ nhớ dữ liệu . Khối ngỏ ra Mạch cơng suất & cơ cấu tác động Sơ đồ khối bên trong PLC . Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ quá trình điều khiển,thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngồi tương ứng.Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nĩ kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) cĩ cơng suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào ,mà khơng cần cĩ các mạch giao tiếp hay rơle trung gian.Tuy nhiên,cần phải cĩ mạch điện tử cơng suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị cĩ cơng suất lớn. Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà khơng cần cĩ sự thay đổi nào về mặt kết nối dây;sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thơng qua thiết bị lập trình chuyên dùng.Hơn nữa ,chúng cịn cĩ ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền thống mà địi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành cơng của PLC đĩ chính là độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán dẫn được thiết kế thích ứng với mơi trường cơng nghiệp. Các mạch vào ra được thiết kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu độ ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao. Ngày nay, ta cĩ thể thấy PLC cĩ hàng nghìn ứng dụng trong cơng nghiệp. Chúng được sử dụng trong cơng nghiệp hĩa chất, chế biến dầu, thực phẩm, cơ khí, dược phẩm, dệt may, khai khống, giao thơng vận tải, hệ thống điều khiển máy cơng cụ CNC, nhà máy điện hạt nhân…Các PLC cĩ thể được kết nối với máy tính đẻ truyền, thu thập và lưu trữ số liệu bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, thay đổi chương trình từ xa. Ngồi ra PLC cịn được dùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện mơi trường điều khiển trong các hệ thống phục vụ sản xuất. 2.1.5.1-Cấu trúc PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tĩan điều khiển thơng qua một ngơn ngữ lập trình. PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào/ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thơng qua chương trình trạng thái ngỏ ra được cập nhật và lưu trữ vào bộ nhớ đệm sau đĩ trạng thái ngỏ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đĩng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng, như vậy sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hồn tồn tự động theo chương trình trong bộ nhớ, chương trình được nạp vào PLC thơng qua thiết bị lập trình chuyên dùng . 2.1.5.2-Các khối chức năng phần cứng của PLC Bộ nhớ chương trình EEPROM tuỳ chọn Bộ nhớ chương trình EPROM Nguồn pin CPU bộ vi xử lý Clock Bộ nhớ hệ thống ROM Bộ nhớ dữ liệu RAM Khối vào ra Mạch cách ly Bộ đệm Bus Địa chỉ Bus Điều khiển Bộ đệm Bộ đệm Mạch chốt Bộ đệm Bộ lọc Pannsel lập trình Bus Dữ Liệu Bus hệ thống (Vào/Ra) Mạch giao tiếp S7 – 200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, cĩ cấu trúc theo kiểu modul và cĩ các modul mở rộng. Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7 – 200 là khối vi xử lý gồm cĩ: CPU 212, CPU 214, CPU 224, CPU 226… Về hình thức bên ngịai, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ra và nguồn cung cấp. -CPU 212 cĩ 8 cổng vào, 6 cổng ra và cĩ khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng. -CPU 214 cĩ 14 cổng vào, 10 cổng ra và cĩ khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng. -CPU 224 214 cĩ 14 cổng vào, 10 cổng ra và cĩ khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng. S7 – 200 cĩ nhiều loại modul mở rộng khác nhau. Cổng truyền thơng : S7 – 200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38.400. 5 4 3 2 1 9 8 7 6 Hình 2 : Sơ đồ chân của cổng truyền thơng Trong đĩ : Chân Giải thích 1 Đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Khơng sử dụng 5 Đất 6 5 VDC (điện trở trong 100Ù) 7 24 VDC (120 mA 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 Khơng sử dụng Để ghép nối S7 – 200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ. PG7xx cĩ thể sử dụng cáp nối thẳng qua MPI .Cáp đĩ đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7 – 200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần cĩ cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. Cơng tắc chọn chế độ làm việc của PLC Cơng tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7 – 200 cĩ ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC. -RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7 – 200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy cĩ sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi cơng tắc ở chế độ RUN. Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. STOP cưỡng bức PLC dừng thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ Stop. Ở chế độ Stop PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. -TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ StopChỉnh định tương tự -Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình. Núm chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra. Thiết bị chỉnh định cĩ thể quay 270o. Pin và nguồn nuơi bộ nhớ Nguồn nuơi dùng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu cĩ trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nĩ phải thay thế vào vị trí đĩ để dữ liệu trong bộ nhớ khơng bị mất đi. 2.1.5.3- Cấu trúc bộ nhớ: Phân chia bộ nhớ: Bộ nhớ của S7 – 200 được chia thành 4 vùng với một tụ cĩ nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Vùng chương trình: là miền nhớ được sử dụng để lưu các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khĩa, địa chỉ trạm … cũng như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. Vùng dữ liệu: dùng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thơng … một phần của vùng nhớ này thuộc kiểu non-volatile. Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng.Vùng này khơng kiểu non-volatile nhưng đọc/ghi được. Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nĩ cĩ thể được truy nhập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật tĩan các hàm truyền thơng, lập bảng các hàm dịch chuyển, xoay vịng thanh ghi, con trỏ địa chỉ … Vùng dữ liệu lại được chia thành các miền nhớ nhỏ với các cơng dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiếng Anh, đặc trưng cho từng cơng dụng của chúng như sau: V - Variable memory. I - Input image register. O - Output image register. M - Internal memory. SM - Speacial memory bits. Tất cả các miền này đều cĩ thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word 2byte) hoặc từ kép (2 word). Địa chỉ truy nhập được qui ước theo cơng thức: -Truy nhập theo bit: Tên miền (+) địa chỉ byte (+)•(+) chỉ số bit. Ví dụ: V150.4 chỉ bit 4 của byte 150 thuộc miền V. -Truy nhập theo byte: Tên miền (+) B (+) địa chỉ của byte trong miền. Ví dụ: VB150 chỉ 150 thuộc miền V. -Truy nhập theo từ: Tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ: VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte150 và 151 thuộc miền V, trong đĩ byte 150 cĩ vai trị byte cao trong từ. -Truy nhập theo từ kép: Tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ trong miền. Ví dụ: VD150 chỉ từ kép gồm 4 byte150, 151, 152 và 153 thuộc miền V, trong đĩ byte 150 cĩ vai trị byte cao và byte 153 là thấp trong từ kép. bit 63 32 31 16 15 8 0 VB150 VB151 VB152 VB153 VD150 Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều cĩ thể truy nhập được bằng con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1, AC2 và AC3. Mỗi con trỏ địa chỉ chỉ gồm 4 byte (từ kép). Vùng đối tượng: Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay Timer. Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm của thanh ghi của Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Accumulator (AC). Kiểu 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 của đối tượng đĩ. 2.1.5.6-Mở rộng ngõ vào ra: Cĩ thể mở rộng ngõ vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nĩ các modul mở rộng về phía bên phải của CPU (CPU 224 nhiều nhất 7 modul), làm thành một mĩc xích, bao gồm các modul cĩ cùng kiểu. Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào/ra của các modul. 2.1. Thực hiện chương trình: PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vịng lặp được gọi là một vịng quét (scan). Mỗi vịng quét được bắt đầu bằng gian đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vịng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là gian đoạn truyền thơng nội bộ và kiểm tra lỗi. Vịng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. 4.Chuyển dữ liệu 1.Nhập dữ liệu từ bộ đếm ảo từ ngoại vi vào ra ngoại vi bộ đệm ảo 3.Truyền thơng 2.Thực hiện và tự kiểm chương tra lỗi trình Hình 6: Vịng quét (scan) trong S7- 200. Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thơng thường lệnh khơng làm việc mà chỉ thơng qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thơng giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi cơng việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với cổng vào/ra. Nếu sử dụng các chế độ xử lý ngắt, chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vịng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và cĩ thể xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vịng quét. Cấu trúc chương trình của S7 – 200 Cĩ thể lập trình cho S7 – 200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau đây: STEP 7 – Micro/DOS STEP 7 – Micro/WIN Những phần mềm này đều cĩ thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). Các chương trình cho S7 – 200 phải cĩ cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program)và sau đĩ đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt được chỉ ra sau đây: -Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND) -Chương trình con là một bộ phận của chương trình. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính, đĩ là lệnh MEND. -Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND. Các chương trình con được nhĩm lại thành một nhĩm ngay sau chương trình chính. Sau đĩ đến các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy, cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Cĩ thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính. 2.2 –Giới thiệu phần mềm step 7 microwin V4.0 2.2.1-Tập lệnh của s7 200 2.2.1.1Lệnh vào / ra. Ÿ Lệnh Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cịn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. Tốn hạng gồm: I, O, M, SM, V, C, T. Tiếp điểm thường mở sẽ đĩng khi ngõ vào PLC cĩ địa chỉ là 1. Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 = Q0.0 Lệnh Load Not (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị cịn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. Tiếp điểm thường đĩng sẽ mở khi ngõ vào PLC cĩ địa chỉ là 1 Dạng LAD Dạng STL LDN I0.0 = Q0.0 Các dạng khác nhau của lệnh LD,LDN: STL LAD Mơ tả Tốn hạng LD n n ┤├ Tiêp điểm thường mở sẽ đĩng nếu n=1 n: I, Q, M, SM, (bit) T, C LDN n n ┤/├ Tiêp điểm đĩng sẽ mở khi n=1 LDI n n ┤I├ Tiêp điểm thường mở sẽ đĩng tức thời nếu n=1 n:1 LDNI n n ┤/I├ Tiêp điểm đĩng sẽ mở tức thời khi n=1 OUTPUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh. Nội dung ngăn xếp khơng bị thay đổi. LAD Mơ tả Tốn hạng n ─( ) Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi cĩ dịng điều khiển đi qua n: I, Q, M, SM, T, C (bit) n ─( I ) Cuộn dây đầu ra được kích thích tức thời khi cĩ dịng điều khiển đi qua n: Q (bit) 2.2.1.2-Các lệnh ghi/xĩa giá trị cho tiếp điểm: - Lệnh SET (S) -Lệnh RESET (R) Hai lệnh này dùng để đĩng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dịng điện đĩng hay ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dịng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đĩng hoặc mở các tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bit này cĩ giá trị bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đĩng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp khơng bị thay đổi bởi các lệnh này. VD: Khi tiếp điểm I0.0 đĩng lệnh Set hoặc Reset sẽ đĩng (ngắt) một mảng gồm n (5) tiếp điểm kể từ Q0.0. Mơ tả lệnh S (Set) và R (Reset) : Bảng 6 - Lệnh Set(S) và Reset(R) STL LAD Mơ tả Tốn hạng S S-bit n S bit n ──( S ) Đĩng một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit S-bit: I, Q, M, SM, T, C,V(bit) n (byte): IB, QB, MB, SMB, VB, AC R S-bit n S bit n ──( R ) Ngắt một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S-bit. Nếu S-bit lại chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xố bit đầu ra của Timer/Counter đĩ. SI S-bit n S bit n ──( SI ) Đĩng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit S-bit: Q (bit) n(byte): IB, QB, MB, SMB, VB, AC RI S-bit n S bit n ──( RI ) Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S-bit 2.2.1.3-Các lệnh logic đại số Boolean: Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập các mạch logic (khơng cĩ nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thơng qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đĩng hay các tiếp điểm thường mở. Trong STL cĩ thể sử dụng lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh. Lệnh AND (A) Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 A I0.1 = Q0.0 Lệnh AND NOT (AN) Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 AN I0.1 = Q0.0 Lệnh OR (O) Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 O I0.1 = Q0.0 Lệnh OR NOT (ON) Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 O I0.1 = Q0.0 2.2.1.4Các lệnh về tiếp điểm đặc biệt: Lệnh Lệnh Tiếp điểm nào tác động cạnh xuống, tác động cạnh lên: Cĩ thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dịng cung cấp (giá trị đỉnh của ngăn xếp). LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dịng cung cấp. Các tiếp điểm đặc biệt này khơng cĩ tốn hạng riêng của chúng vì thế phải đặt chúng phía trước cuộn dây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh trước và sườn sau) cĩ nhu cầu về bộ nhớ, bởi vậy đối với CPU 224 cĩ thể sử dụng nhiều nhất là 256 lệnh. Dạng LAD Dạng STL LD I0.0 EU = Q0.0 LD I0.0 ED = Q0.1 LD I0.0 NOT = Q0.2 Biểu đồ thời gian Tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt: - SM0.0: Vịng quét đầu tiên thì mở nhưng từ vịng quét thứ 2 trở đi thì đĩng. - SM0.1: Ngược lại với SM0.0, vịng quét đầu tiên tiếp điểm này đĩng, kể từ vịng quét thứ 2 thì mở ra và giữ nguyên trong suốt quá trình hoạt động. - SM0.4: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 phút. - SM0.5: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 giây. 2.2.1.5-Các lệnh đếm (Counter) và lệnh thời gian (Timer) 2.2.1.5.1-Các lệnh điều khiển thời gian Timer : Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ. Nếu kí hiệu tín hiệu (logic) vào là x(t) và thời gian trễ tạo ra bằng Timer là τ thì tín hiệu đầu ra của Timer đĩ sẽ là x(t – τ) S7-200 cĩ 64 bộ Timer (với CPU 212) hoặc 128 Timer (với CPU 214) được chia làm 2 loại khác nhau: Timer tạo thời gian trễ khơng cĩ nhớ (On-Delay Timer), kí hiệu là TON. Timer tạo thời gian trễ cĩ nhớ (Retentive On-Delay Timer), kí hiệu TONR. Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản ứng của nĩ đối với trạng thái ngõ vào. Cả hai Timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm cĩ sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1, được gọi là thời điểm Timer được kích, và khơng tính khoảng thời gian khi đầu vào cĩ giá trị logic 0 vào thời gian trễ tín hiệu đặt trước. Khi đầu vào cĩ giá trị logic bằng 0, TON tự động Reset cịn TONR thì khơng. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thơng), cịn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phân giải 1ms, 10ms và 100ms. Thời gian trễ τ được tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer. Ví dụ cĩ độ phân giải 10ms và giá trị đặt trước 50 thì thời gian trễ là 500ms. Bảng 7 - Độ phân giải các loại Timer của S7-200 Lệnh Độ phân giải Giá trị cực đại CPU 214 TON 1ms 32,767s T32 và T96 10ms 327,67s T33 - T36, T97-T100 100ms 3276,7s T37-T63, T101-T127 TONR 1ms 32,767s T0 và T64 10ms 327,67s T1-T4, T65-T68 100ms 3276,7s T5-T31, T69-T95 Cú pháp khai báo sử dụng Timer như sau: LAD Mơ tả Tốn hạng Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TON để tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T-bit cĩ giá trị logic bằng1. Cĩ thể Reset Timer kiểu TON bằng lệnh R hoặc bằng giá trị logic 0 tại đầu vào IN. Txx (Word) CPU 214: 32-63, 96-127 PT: VW, T, (Word) C, IW, QW, MW, SMW, C, hằng số. Khai báo Timer số hiệu xx kiểu TONR để tạo thời gian trễ tính từ khi đầu vào IN được kích. Nếu như giá trị đếm tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PT thì T-bit cĩ giá trị logic bằng1. Chỉ cĩ thể Reset Timer kiểu TONR bằng lệnh R cho T-bit. Txx (Word) CPU 214: 0-31, 64-95 PT: VW, TR, (Word) C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số. Khi sử dụng Timer TONR, giá trị đếm tức thời được lưu lại và khơng bị thay đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào cĩ logic 0. Giá trị của T-bit khơng được nhớ mà hồn tồn phụ thuộc vào số kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời và giá trị đặt trước. Khi Reset một Timer, T-word và T-bit của nĩ đồng thời được xĩa và cĩ giá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng cĩ trạng thái logic 0. Timer kiểu TON(hình 4.3) LAD STL FBD LD I0.0 TON T33, 50 Timer kiểu TONR(hình 4.4) LAD STL FBD LD I0.0 TONR T33, 10 2.2.1.5.2-các lệnh đếm – Counter: Counter là bộ đếm thực chức năng đếm sườn xung, trong S7-200 các bộ đếm được chia làm 2 loại: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C- word. Nội dung của thanh ghi C- word, gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm, luơn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm, được kí hiệu PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước này thì bộ đếm báo ra ngồi bằng cách đặt giá trị logic 1 vào 1 bit đặc biệt của nĩ gọi là C-bit. Trường hợp giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bit cĩ giá trị logic là 0. Khác với các bộ Timer, các bộ đếm CTU và CTUD đều cĩ chân nối với tín hiệu điều khiển xĩa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộ đếm, được kí hiệu bằng chữ cái R trong LAD, hay được qui định là trạng thái logic của bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm được Reset khi tín hiệu xĩa này cĩ mức logic là 1 hoặc khi lệnh R (Reset) được thực hiện với C-bit. Bộ đếm được Reset cả C-word, C-bit đều nhận giá trị 0. Bảng 8 - Lệnh đếm lên, đếm xuống LAD Mơ tả Tốn hạng Khai báo bộ đếm tiến theo sườn lên của CU. Khi giá trị đếm tức thời C-word, Cxx lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C-bit (Cxx) cĩ giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại. Cxx: (Word) CPU 214 : 0-47, 80-127 Pv(Word): VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số, *VD, *AC Khai báo bộ đếm tiến/lùi, đếm tiến theo sườn lên của CU, đếm lùi theo sườn lên của CD. Khi giá trị đếm tức thời của C-word Cxx lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước PV, C-bit (Cxx) cĩ giá trị logic bằng 1. Bộ đếm ngừng đếm tiến khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại 32.767 và ngừng đếm lùi khi C-word Cxx đạt được giá trị cực đại -32.768. CTUD Reset khi đầu vào R cĩ giá trị logic bằng 1. Cxx: (Word) CPU 214 : 48-79 PV (Word) : VW, T, C, IW, QW, MW, SMW, hằng số, *VD, *AC Sử dụng bộ đếm CTU: LAD STL LD I0.0 LD I0.1 CTU C40, +5 Giản đồ thời gian: Sử dụng bộ đếm CTUD: LAD STL LD I0.0 LD I0.1 LD I0.2 CTUD C48, +5 Giản đồ thời gian: Giản đồ thời gian 2.2.1.6-Các lệnh so sánh Khi lập trình, nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện dựa trên kết quả của việc so sánh thì cĩ thể sử dụng lệnh so sánh theo byte, Word hay Dword của S7-200. Những lệnh so sánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng (=). Khi so sánh giá trị của byte thì khơng cần thiết phải để ý đến dấu của tốn hạng, ngược lại khi so sánh các từ hay từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của tốn hạng là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép. Trong STL những lệnh so sánh thực hiện phép so sánh byte, Word hay Dword. Căn cứ vào kiểu so sánh (=), kết quả của phép so sánh cĩ giá trị bằng 0 (nếu đúng) hoặc bằng 1 (nếu sai) nên nĩ cĩ thể được kết hợp cùng các lệnh LD, A, O. Để tạo ra được các phép so sánh mà S7-200 khơng cĩ lệnh so sánh tương ứng (như so sánh khơng bằng nhau , so sánh nhỏ hơn ) ta cĩ thể kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã cĩ (= =, >=, <=). Bảng 9 - Nhĩm lệnh so sánh LAD Mơ tả Tốn hạng Tiếp điểm đĩng khi n1= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2 (byte): VB, IB, QB, MB, SMB,AC, Const, *VD, *AC Tiếp điểm đĩng khi n1>= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2 (Word): VW, T, C, QW, MW, SMW, AC, AIW, hằng số, *VD, *AC Tiếp điểm đĩng khi n1<= n2 B = byte I = Integer = Word D = Double Integer R = Real n1, n2 (Dword): VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, hằng số, *VD, *AC 2.3.Lập trình cho hệ thống sử dụng phần mềm step7 microwinvà phần mềm logo. 2.3.1-Sử dụng phần mềm step7 microwin Chương trình: -Q0.0 : đèn báo hệ thống đang hoạt động. -Q0.1 : đĩng cửa 1 -Q0.2 : mở cửa 1. -Q0.3 : mở cửa vào bãi 1 (cửa 2). -Q0.4 : đĩng cửa vào bãi 1 (cửa 2). -Q0.5 : mở cửa ra bãi 1 (cửa 3). -Q0.6 : đĩng cửa ra bãi 1 (cửa 3). -Q0.7 : mở cửa vào bãi 2 (cửa 4). -Q1.0 :đĩng cửa vào bãi 2 (cửa 4). -Q1.1 :đĩng cửa vào bãi 1 (cửa 5). -Q1.2 : mở cửa ra bãi 1 (cửa 5). -I0.0 :start -I0.1 :stop -I0.2 :cảm biến quang 1. -I0.3 : cơng tắc hành trình 1 -I0.4 : cơng tắc hành trình 2 -I0.5 :cảm biến quang 2. -I0.6 :cảm biến quang 3. -I0.7 : cơng tắc hành trình 3. -I1.0 : cơng tắc hành trình 4. -I1.1 :cảm biến quang 4. -I1.2 : cơng tắc hành trình 5. -I1.3 : cơng tắc hành trình 6. -I1.4 :cảm biến quang 5. -I1.5 : cơng tắc hành trình 7. -I1.6 : cơng tắc hành trình 8. -I1.7 :cảm biến quang 6. -I2.0 : cơng tắc hành trình 9. -I2.1 : cơng tắc hành trình 10. 2.3.2. Lập Trình Bằng LoGo -I1 :start -I2 :stop -I3 :cảm biến quang 1. -I4 : cơng tắc hành trình 1 -I5 : cơng tắc hành trình 2 -I6 :cảm biến quang 2. -I7 :cảm biến quang 3. -I8 : cơng tắc hành trình 3. -I9 : cơng tắc hành trình 4. -I10 :cảm biến quang 4. -I11 : cơng tắc hành trình 5. -I12 : cơng tắc hành trình 6. -I13 :cảm biến quang 5. -I14 : cơng tắc hành trình 7. -I15 : cơng tắc hành trình 8. -I16 :cảm biến quang 6. -I17 : cơng tắc hành trình 9. -I18 : cơng tắc hành trình 10. -Q1 : đèn báo hệ thống đang hoạt động. -Q2 : đĩng cửa 1 -Q3 : mở cửa 1. -Q4 : mở cửa vào bãi 1 (cửa 2). -Q5 :đĩng cửa vào bãi 1 (cửa 2). -Q6 : mở cửa ra bãi 1 (cửa 3). -Q7 :đĩng cửa ra bãi 1 (cửa 3). -Q8 : mở cửa vào bãi 2 (cửa 4). -Q9 :đĩng cửa vào bãi 2 (cửa 4). -Q10 :đĩng cửa vào bãi 1 (cửa 2). -Q11 : mở cửa ra bãi 1 (cửa 3 2.3.3 Mơ phỏng hệ thống bằng phần mềm PCsimu KẾT LUẬN Học kì vừa qua với sự giúp tận tình của cơ giáo NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG . Chúng em đã cố gắng hồn thành đồ án mơn Điều Khiển Cơng Nghiệp với đề tài “ lập trình và thiết kế Gara oto” mặc dù lúc đầu cịn bỡ ngỡ nhưng với sự giúp đỡ tận tình của cơ giáo NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG, chúng em đã hồn thành đồ án, cĩ thêm được nhiều kinh nghiệm quý báu trong thực tế. Kiến thúc về lập trình và các mơn học khác để sau nay cĩ đủ tự tin làm các đồ án khác và giúp chúng em: Hiểu được nguyên lý, cấu tạo của Gara oto Biết cách thiết kế mơ hình điều khiển và mơ hình động lực. Biết cách lập trình S7-200 và mơ phỏng PC SIMU Kết quả mơ phỏng cho thấy mơ hình điều khiển hoạt động ổn định và đạt được những yêu cầu thực tế đặt ra. Điều đĩ chứng tỏ tính đúng đắn của việc lập trình, kết quả chính là cơ sở cho việc ứng dụng đề tài vào thực tế. Tuy nhiên do thới gian làm đồ án cĩ hạn và kiến thức cịn non kém nên đồ án khơng thể tránh khỏi những thiếu sĩt. Chúng em xin chân thành cảm ơn cơ giáo NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian làm đồ án, để chúng em hồn thành đồ án này.