BÀI 10: CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA PLC 1. Sơ đồ cấu trúc của phần tử: 1. Giới thiệu sơ đồ cấu trúc PLC Thiết bị lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm là CPU trong đó có chứa các chương trình điều khiển và các modul giao tiếp vào\ ra các khối chức năng như timer, bộ đếm, bộ đệm và không thể thiếu đó là bộ nhớ. Sơ Đồ Khối cấu trúc PLC + CPU : Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như thực hiện chương trình , xử lý vào ra và truyền thông với các thiết bị bên ngoài.
+ Bộ nhớ : Gồm nhiều bộ nhớ khác nhau với các chức năng khác nhau như bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ đệm, bộ nhớ hệ điều hành. Tùy theo yều cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau như : Bộ nhớ ROM : Là loại bộ nhớ không thay đổi được bộ nhớ này chỉ thay đổi được một lần. Bộ nhớ RAM : Là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong RAM sẽ bị mất khi bị mất điện, điều này có thể khắc phục bằng cách sử dụng pin. Bộ nhớ EPROM : Gần giống như ROM nhưng nguồn nuôi của EPROM không cần dùng pin, tuy nhiên nội dung của nó có thể bị xóa nếu chiếu tia cực tím vào cửa sổ nhơ trên EPROM và có thể nạp lại nội dung bằng Mạch nạp Bộ nhớ EEPROM : Là sự kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM loại này có thể nạp và xóa bằng tín hiệu điện nhưng số lần nạp có giới hạn.
+ Các khối Timer, Couter có chức năng tạo thời gian trễ và đếm tín hiệu xung điện. 64 + Bộ đệm : Trước khi các tín hiều số đưa vào cổng vào ra từ các thiết bị ngoại vi được đưa và CPU thì chúng đước lưu vào bộ đệm vào ra. + Khối ngắt có tác dụng ưu tiên thực hiện chương trình ngắt khi có sự kiện cần ưu tiên trong chương trình chính. Các thông số kỹ thuật Hiện nay Siemen được coi là một trong những hãng điện tử hàng đầu về công nghệ tự động hóa có chất lượng cao và được sản xuất với công nghệ mới nhất và rất đa dạng.
Từ công tắc tơ rơle, các bộ định giờ, cảm biến nút ấn biến tần v.v … cho tới các thiết bị điều khiển khả trình như PLC. Tuy nhiên Siemen sản xuất rất nhiều bộ điều khiển lập trình khác nhau. Tuy nhiên thông dụng hơn cả là CPU S7_200 Tìm hiểu bộ lập trình điều khiển PLC S7_200 CPU 224. + Điện áp nguồn cung cấp : AC 85÷264 V, Hoặc DC từ 20.8V + Điện áp nguồn cho đầu vào : 24V + Số lượng đầu vào ra : 24 đầu vào ra trong đó có 14 đầu vào và 10 đầu ra có khả năng kết lối thêm 7 modul vào ra mở rộng.
+ Dòng điện đầu ra : 0,7A với loại DC/DC/DC và 2A với loại AC/DC/Rơle trong đó tương ứng là : Điện áp nguồn/Điện áp đầu vào/Đầu ra + Dung lượng bộ nhớ : 4096 Word chương trình, 2560 Word dữ liệu + Các chế độ làm việc : Có 3 chế độ làm việc Run : Là chế độ PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ Stop : Cưỡng bức PLC dừng chương trình dang chạy và chuyển sang chế độ stop, PLC sẽ tụ động chuyển từ RUN sang STOP nếu chương trình gặp sự cố hoặc trong chương trình có lệnh STOP. TERM : cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC là RUN hoặc STOP. Cổng truyền thông S7_200 : Dùng cổng truyền thông nối tiếp RS485 để phục vụ cho việc phục vụ cho thiết bị ghép nối lập trình hoặc với trạm PLC khác. Sử dụng cáp PPI đi kèm với máy tính để ghép nối truyền thông vơi PLC.
+ Số lượng timer : 256 bộ timer chia làm 3 loại với các giải khác nhau : 4 timer 1ms, 16 timer 10ms, và 236 timer 100ms Số lượng bộ đếm : 256 chia làm 3 loại bộ đếm : Bộ đếm tiến, bộ đếm lùi, bộ đếm tiến lùi. + 256 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đạt chế độ làm việc. + 6 bộ đếm tốc độ cao 20khz và 30khz + 2 kiểu phát xung nhanh ( tần số cao ) cho dãy kiểu xung PTO và PWM + 2 bộ điều chỉnh tương tự. Ngôn ngữ lập trình của PLC: 2.
Các ký hiệu phần tử trong PLC Trong ngôn ngữ lập trình LAD LAD laø moät ngoân ngöõ laäp trình baèng ñoà hoïa, nhöõng thaønh phaàn cô baûn duøng trong LAD töông öùng vôùi caùc thaønh phaàn cuûa 65 baûng ñieàu khieån baèng rô le. Trong chöông trình LAD, caùc phaàn töû cô baûn duøng ñeå bieåu dieãn leänh logic nhö sau: Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đóng Cuoän daây (coil): Laø bieåu töôïng moâ taû rô le ñöôïc maéc theo chieàu doøng ñieän cung caáp cho rô le. Hoäp (Box): Laø bieåu töôïng moâ taû caùc haøm khaùc nhau, noù laøm vieäc khi coù doøng ñieän chaïy ñeán hoäp. Nhöõng daïng haøm thöôøng ñöôïc bieåu dieãn baèng hoäp laø caùc boä thôøi gian (Timer), boä ñeám (counter) vaø caùc haøm toaùn hoïc.
Cuoän daây vaø caùc hoäp phaûi maéc ñuùng chieàu doøng ñieän. Maïng LAD: Laø ñöôøng noái caùc phaàn töû thaønh moät maïch hoaøn thieän, ñi töø ñöôøng nguoàn beân traùi sang ñöôøng nguoàn beân phaûi. Ñöôøng nguoàn beân traùi laø daây pha, ñöôøng nguoàn beân phaûi laø daây trung hoøa vaø cuõng laø ñöôøng trôû veà nguoàn cung caáp (thöôøng khoâng ñöôïc theå hieän khi duøng chöông trình tieän duïng STEPT MICRO / DOS hoaëc STEPT – MICRO/WIN. Doøng ñieän chaïy töø traùi qua tieáp ñieåm ñeán ñoùng caùc cuoän daây hoaëc caùc hoäp trôû veà beân phaûi nguoàn.
Trong ngôn ngữ lập trình FBD Là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số. Tập lệnh là tập hợp các hàm khối với tín hiệu số Trong ngôn ngữ lập trình STL Laø phöông phaùp theå hieän chöông trình döôùi daïng taäp hôïp caùc caâu leänh. Moãi caâu leänh trong chöông trình, keå caû nhöõng leänh hình thöùc bieåu dieãn moät chöùc naêng cuûa PLC. Một chương trình được được ghép bởi 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 ) 66 2.
Ngôn ngữ lập trình. Các loại PLC thường cò nhiều loại ngôn ngữ lập trình khác nhau nhằm phục vụ cho nhiều đối tượng sử dụng khác nhau. PLC s7_200 có 3 loại ngôn ngữ lập trình cơ bản : Ngôn ngữ hình thang : LAD Ngôn ngữ hình khối : FBD Ngôn ngữ máy tính : STL 3. Kết nối với phần tử ngoại vi: Việc kết nối giữa PLC với ngoại vi rất quan trọng.
Nó quyết định đến việc PLC có thể giao tiếp với thiết bị lập trình( máy tính ) cũng như hệ thống điều khiển có thể hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế hay không. Ngoài ra việc kết nối còn ảnh hưởng tới độ an toàn cho PLC cũng như hệ thống điều khiển Sơ đồ bề mặt của bộ điều khiển PLC s7_200 CPU 224 Kết nối các ngõ vào với ngoại vi : Các ngõ vào của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng hoặc được tích hợp trên CPU. Trong trường hợp nào thì các ngõ vào này cũng cần được cấp nguồn riêng với điện áp tùy thuộc vào loại CPU. Xoay chiều: 15…35VAC , f = 47… 63 HZ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA 67 79…135VAC, f = 47… 63 HZ ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC Một chiều : 15… 35VDC ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA Mạch điện 1 ngõ vào số sử dụng nguồn cấp AC Tùy theo yêu cầu mà có thể quyết định sử dụng ngõ vào nào : Ngõ vào DC : - Điện áp thường thấp do đó an toàn hơn - Đáp ứng ngõ vào DC rất nhanh - Điện áp DC có thể kết nối với nhiều phần tử khác nhau trong hệ thống Đối với các ngõ vào ra của các CPU 214 là : DC/DC/DC CPU 224 là : AC/DC/ relays Kết nối các ngõ ra với ngoại vi : Các ngõ vào của PLC có thể được chế tạo là một khối riêng hoặc được tích hợp trên CPU.
Trong trường hợp nào thì các ngõ vào này cũng cần được cấp nguồn riêng với điện áp tùy thuộc vào loại CPU. Xoay chiều: 20…264VAC , f = 47… 63 HZ; dòng cần thiết nhỏ nhất là 4mA Một chiều : 5…30VDC 20.8 VDC đối với ngõ ra trsnsistor Các khối ra tiêu chuẩn của PLC thương có từ 8 đến 32 ngõ ra cùng loại và có dòng định mưc khác nhau. ngõ ra có thể là rơle , transistor hoặc triac rơle là ngõ ra linh hoạt nhất. Chúng có thể là AC hoặc DC.
Tuy nhiên đáp ứng ngõ ra chậm, giá thành cao và bị hư hỏng sau vài triệu lần đóng cắt 68 Sơ đồ ngõ ra transistor Sơ đồ ngõ ra relay 3. Kết nối với máy tính Muốn nạp chương trình từ Máy tính vào PLC người sử dụng phải soạn thảo chương trình từ máy tính sau đó kết nối với PLC bằng các kết nối trực tiếp máy tính với PLC thông qua giao thức RS 232 qua cáp PC/PPI 69 Kết nối máy tính với CPU S7_200 RS 232 /PPI MULTI_ MASTER Công tắc chọn chế độ điều khiển kết nối 3. Kết nối với cơ cấu chấp hành Kết nối ngõ ra PLC với cơ cấu chấp hành : Ngõ ra DC kết nối vỡi cơ cấu chấp hành 70 Ngõ ra AC kết nối vỡi cơ cấu chấp hành 4. Nạp chạy chương trình lập trình: 4.1 Nạp chương trình từ PLC vào PC Trong STEP 7 – Micro/Win mở một dự án để giữ các khối sẽ được upload từ PLC Nếu muốn upload vào một dự án rỗng , chọn File > New hoặc sử dụng biểu tượng New Project trên toolbar Nếu muốn up load vào một dự án tồn tại , chọn File > Open hoặc sử dụng biểu tượng trên toolbar Chọn File > Upload hoặc sử dụng biểu tượng Upload trên toolbar Hộp thoại Upload xuất hiện để yêu cầu chọn các khối : Program Block hoặc Data Block , and System Block.
Chọn các khối muốn Upload sau đó nhấn OK 4. Nạp chương trình từ PC vào PLC Khi truyền thông giữa PLC và máy tính đước kết nối ta còn có thể download chương trình đã lập trình từ máy tính xuống PLC và cần lưu ý thêm rằng khi download một Program Block hay Data Block , System Block thì nội dung của các khối mới sẽ đè lên các khối lệnh cũ trong PLC.