Giao Trinh Ly Thuyet Plc S7-200

1. Tæng quan vÒ PLC 1 2 3 4

PLC lµ g×? PhÇn cøng PhÇn mÒm Mét sè PLC th­êng gÆp

PLC lµ g× ? ■

PLC (Programmable Logic Controller) lµ mét hÖ vi xö lý chuyªn dông nh»m môc tiªu ®iÒu khiÓn tù ®éng tæ hîp c¸c thiÕt bÞ ®iÖn hoÆc c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp. ◆ LËp tr×nh mÒm dÎo ◆ Phèi ghÐp ®¬n gi¶n thuËn tiÖn gi÷a hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ hÖ thèng ®éng lùc

PhÇn cøng ■

■

CPU (§¬n vÞ xö lý trung t©m) ◆ Tèc ®é tÝnh to¸n, xö lý th«ng tin ◆ Kh¶ n¨ng qu¶n lý c¸c Module më réng ◆ Kh¶ n¨ng qu¶n lý bé nhí ◆ Kh¶ n¨ng kÕt nèi m¹ng Bé nhí (ROM, RAM, EEPROM) ◆ L­u gi÷ tr¹ng th¸i biÕn vµo vµ ra ◆ L­u gi÷ kÕt qu¶ ch­¬ng tr×nh tÝnh, kÕt qu¶ trung gian ◆ L­u gi÷ ch­¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn, hÖ ®iÒu hµnh

PhÇn mÒm ■

■

HÖ ®iÒu hµnh (H§H) vµ tËp lÖnh ◆ H§H n»m trong bé nhí ROM ◆ TËp lÖnh ®­îc xö lý trong RAM vµ EEPROM d­íi d¹ng m· lÖnh Ch­¬ng tr×nh so¹n th¶o, gì rèi vµ c¸c tiÖn Ých ◆ N»m trong gãi phÇn mÒm, cung cÊp kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn vµ giao tiÕp gi÷a ng­êi víi m¸y, ®i kÌm víi thiÕt bÞ phÇn cøng.

C¸c kiÓu ®Çu vµo sè ■

KiÓu ®Çu vµo AC/DC

■

KiÓu ®Çu vµo DC

■

KiÓu ®Çu vµo AC/DC c¸ch li

KiÓu ®Çu vµo AC/DC TÝn hiÖu vµo

CÇu chØ nh luu

Läc nhiÔu vµ nÈy phÝm

CÇu chØnh l­ u TÝn hiÖu vµo

M¹ ch dß nguì ng

Läc nhiÔ u

C¸ch li quang

Dß ng­ ìng

L«gic

C¸ch li b»ng ghÐp quang

Tí i CPU

Nèi d©y phÇn cøng Nguån DC

Nguån xoay chiÒu

Nguån mét chiÒu

KiÓu §Çu vµo DC (sink/source)

ThiÕt bÞ DC

§Çu vµo cho thiÕt bÞ nguån DC sourcing

KiÓu §Çu vµo DC (sink/source)

DC ThiÕt bÞ

§Çu vµo cho thiÕt bÞ nguån DC sinking

Nèi d©y phÇn cøng

Sourci ng D C

Sinkin g 3 d©y

Sinkin g

KiÓu ®Çu vµo AC/DC c¸ch li

DC

KiÓu ®Çu vµo AC/DC c¸ch li

C¸c kiÓu ®Çu ra sè ■

KiÓu ®Çu ra xoay chiÒu AC

■

§Çu ra mét chiÒu DC

■

KiÓu ®Çu ra AC/DC c¸ch li

■

KiÓu ®Çu ra r¬le

kiÓu ®Çu ra xoay chiÒu AC Tõ CPU

L«gic

C¸ch li quang

TiÕp ®iÓm

Läc

Tí i t¶i

Tõ nguån

Tõ m¹ch l«gic

§Õn t¶i

Nèi d©y phÇn cøng

Tõ CPU

T¶i

kiÓu ®Çu ra mét chiÒu DC

T¶i Sourcin g

T¶i Sinkin g

T¶i Sinkin g DC

kiÓu ®Çu ra AC/DC c¸ch li

kiÓu ®Çu ra r¬le

Tõ CPU

L«gic

Mét sè PLC th­êng gÆp N­ í c s¶n xuÊt

NhËt

H· ng s¶n xuÊt

Ph¸p

Hitachi Omron mitsubishi Siemens ABB Rockwell General Electric Shneilder

§ an M¹ ch

Danffort

¸o

B&G system2000

Anh

Allen Bradley

§ øc Mü

2. Giíi thiÖu vÒ PLC S7-200 (Siemens) 1 VÞ trÝ cña PLC trong m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp ◆ 2 Giíi thiÖu tæng qu¸t vÒ hä PLC S7 ◆ 3 §Æc tr­ng kü thuËt cña PLC S7-200 ◆

CPU 224 ◆

4 Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ së cña PLC S7-200

M¹ng PLC ®iÓn h×nh

Giíi thiÖu tæng qu¸t vÒ PLC S7 ■

■ ■

■

Hä PLC S7 lµ mét hä PLC m¹nh, tèc ®é xö lý cao, kh¶ n¨ng qu¶n lý bé nhí tèt, kÕt nèi m¹ng c«ng nghiÖp. HiÖn nay hä PLC S7 gåm cã S7-200, S7-300, S7-400 Mçi mét thÕ hÖ PLC l¹i cã nhiÒu chñng lo¹i CPU kh¸c nhau. §èi víi PLC S7, cã thÓ thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n l«gÝc, ®Õm, ®Þnh thêi, c¸c thuËt to¸n phøc t¹p vµ thùc hiÖn truyÒn th«ng víi c¸c thiÕt bÞ kh¸c.

■ ■

Mét sè th«ng sè kü thuËt cña S7-200 CPU22x

§Æc tr­ng kü thuËt cña PLC S7-200 CPU 224 ■

§Þa chØ c¸c vïng nhí cña S7-200 CPU 224 §Çu vµo (Input): I0.0→I0.7; I1.0→I1.5; I2.0→I2.7 ◆ §Çu ra (Output): Q0.0→Q0.7; Q1.0→Q1.1 ◆ Bé ®Öm ¶o ®Çu vµo: I0.0→I15.7 (128 ®Çu vµo) ◆ Bé ®Öm ¶o ®Çu ra: Q0.0→Q15.7 (128 ®Çu ra) ◆ §Çu vµo t­¬ng tù: AIW0→AIW62 ◆ §Çu ra t­¬ng tù: AQW0→AQW62 ◆ Vïng nhí V: VB0→VB5119 ◆ Vïng nhí L (®Þa ph­¬ng) LB0→LB63 ◆

Vïng nhí M: M0.0→M31.7 ◆ Vïng nhí SM: SM0.0→549.7 SM0.0→SM29.7 (read-only) ◆ ◆ Vïng nhí Timer: T0→T255 ◆ Vïng nhí Counter: C0→C255 ◆ Vïng nhí bé ®Õm tèc ®é cao: HC0→HC5 ◆ Vïng nhí tr¹ng th¸i (L«gÝc tuÇn tù): S0.0→S31.7 ◆ Vïng nhí thanh ghi tæng: AC0→AC3 ◆ Kh¶ n¨ng qu¶n lý Label: 0→255 ◆ Kh¶ n¨ng qu¶n lý ch­¬ng tr×nh con: 0→63 ◆ Kh¶ n¨ng më réng ch­¬ng tr×nh ng¾t: 0→127 ◆

■

CÊu h×nh vµo ra cña S7-200 CPU224 AC/DC/Relay

Nh÷ng kh¸i niÖm c¬ së cña PLC S7 -200 ■ ■

■

Kh¸i niÖm vßng quÐt cña PLC Truy cËp d÷ liÖu t¹i c¸c vïng nhí kh¸c nhau cña S7-200 Lùa chän ng«n ng÷ lËp tr×nh

Kh¸i niÖm vßng quÐt cña PLC

a)

b) c) vµ d) e)

■

■

■

■

a) §äc d÷ liÖu ®Çu vµo: §äc c¸c tr¹ng th¸i vËt lý (Input) vµo bé ®Öm ¶o (IR - Input Register) b) Thùc thi ch­¬ng tr×nh: CPU ®äc d÷ liÖu tõ IR, thùc hiÖn ch­¬ng tr×nh phÇn mÒm, kÕt qu¶ ®­îc l­u l¹i ë c¸c vïng nhí thÝch hîp vµ bé ®Öm ¶o ®Çu ra (OR - Output Register) c) Xö lý c¸c yªu cÇu truyÒn th«ng (option): NÕu cã yªu cÇu truyÒn th«ng vµ xö lý ng¾t d) Tù chÈn ®o¸n lçi: CPU kiÓm tra lçi cña hÖ ®iÒu hµnh trong ROM, c¸c vïng nhí vµ c¸c tr¹ng th¸i lµm viÖc cña c¸c module më réng

■

e) XuÊt kÕt qu¶ ë ®Çu ra: CPU ®äc kÕt qu¶ tõ OR, vµ xuÊt kÕt qu¶ ra c¸c cæng vËt lý.

Mét sè l­u ý ◆

§Çu vµo sè: NÕu kh«ng dïng tÝnh n¨ng I (Immediately) th× d÷ liÖu ®Çu vµo ®­îc cËp nhËt t¹i bé ®Öm ¶o ✦ NÕu dïng tÝnh n¨ng nµy, ch­¬ng tr×nh bá qua bé ®Öm ¶o ✦

◆

§Çu vµo t­¬ng tù: NÕu bá qua tÝnh n¨ng läc t­¬ng tù, th× ch­ ¬ng tr×nh sÏ lÊy trùc tiÕp d÷ liÖu t¹i cæng vËt lý ✦ NÕu dïng tÝnh n¨ng nµy, th× ch­¬ng tr×nh sÏ ®äc c¸c gi¸ trÞ ®­îc l­u l¹i ✦

M« t¶ vßng quÐt ■

Mçi mét vßng quÐt c¬ b¶n cña PLC mÊt tõ 3ms 10ms, tuú thuéc vµo sè l­ îng còng nh­ kiÓu lÖnh viÕt Thay ®æi trong ch­¬ng tr×nh møc l«gÝc ®Çu vµo 1

1/ Thêi gian cËp nhËt bé ®Öm ®Çu vµo 2/ Thêi gian thùc thi ch­¬ng tr×nh 3/ Thêi gian xuÊt kÕt qu¶ ra cæng vËt lý

2 3

Truy cËp d÷ liÖu t¹i c¸c vïng nhí cña S7200 ■

■

■

C¸ch truy cËp d÷ liÖu trùc tiÕp Ph©n chia vïng nhí trong S7-200 C¸ch truy cËp d÷ liÖu gi¸n tiÕp th«ng qua con trá.

C¸ch truy cËp d÷ liÖu trùc tiÕp

Truy cËp theo bit Vïng nhí bé ®Öm ¶o ®Çu vµo (IR)

§Þa chØ bit DÊu ph©n c¸ch (b¾t buéc) §Þa chØ byte Tªn vïng nhí

Truy cËp theo byte §Þa chØ byte KiÓu truy cËp Tªn vïng nhí

Truy cËp theo word (tõ) §Þa chØ byte cao KiÓu truy cËp Tªn vïng nhí

Truy cËp theo Double Word (Tõ kÐp)

§Þa chØ byte cao KiÓu truy cËp Tªn vïng nhí

Ph©n chia vïng nhí trong S7-200 ■

Vïng ®Öm ¶o ®Çu vµo (I; I0.0I15.7) CPU sÏ truy cËp c¸c ®Çu vµo vËt lý t¹i ®Çu mçi chu kú quÐt vµ ghi d÷ liÖu t­¬ng øng vµo bé ®Öm ¶o. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

■

Vïng ®Öm ¶o ®Çu ra (Q; Q0.0-Q15.7) Cuèi mçi chu kú quÐt, CPU S7-200 sÏ truy cËp d÷ liÖu tõ bé ®Öm ¶o xuÊt ra c¸c ®Çu ra vËt lý. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

■

Vïng nhí biÕn (V; VB0-VB5119) Vïng nhí nµy th­êng ®Ó l­u c¸c kÕt qu¶ trung gian cña ch­¬ng tr×nh. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

■

■

Vïng nhí bÝt (M; M0.0-M31.7) ◆ Vïng nhí nµy th­êng ®Ó l­u c¸c kÕt qu¶ trung gian cña mét thao t¸c hoÆc c¸c th«ng tin ®iÒu khiÓn kh¸c. Tr¹ng th¸i nguån cung cÊp kh«ng ¶nh h­ëng tíi vïng nhí nµy ◆ §Þnh d¹ng truy cËp:

Vïng nhí bé ®Õm tèc ®é cao (HC; HC0-HC5) ◆ Bé ®Õm tèc ®é cao ho¹t ®éng ®éc lËp víi chu kú quÐt cña PLC. Current value lµ mét gi¸ trÞ ®Õm 32 bit cã dÊu, lµ gi¸ trÞ chØ ®äc vµ ®­îc g¸n ®Þa chØ d­íi d¹ng double word ◆ §Þnh d¹ng truy cËp:

■

Vïng nhí thêi gian (T; T0-T255) Vïng nhí nµy dïng cho c¸c bé thêi gian cña S7-200. §èi víi mét bé timer cã hai h×nh thøc truy cËp vïng nhí, truy cËp theo timer bit hoÆc current value. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

◆Tuú

theo lÖnh sö dông trong ch­¬ng tr×nh mµ cho phÐp ta truy cËp theo timer bit hay current value

■

Vïng nhí bé ®Õm (C; C0-C255) Vïng nhí nµy dïng cho c¸c bé ®Õm cña S7-200. §èi víi mét bé counter cã hai h×nh thøc truy cËp vïng nhí, truy cËp theo counter bit hoÆc current value. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

◆Tuú

theo lÖnh sö dông trong ch­¬ng tr×nh mµ cho phÐp ta truy cËp theo counter bit hay current value

■

Vïng nhí thanh ghi tæng (AC; AC0-AC3) Thanh ghi tæng th­êng ®­îc dïng ®Ó truyÒn tham sè vµo vµ ra cho c¸c thñ tôc, l­u tr÷ c¸c kÕt qu¶ trung gian cña mét phÐp tÝnh. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

■

Vïng nhí ®Æc biÖt (SM) Vïng nhí nµy cung cÊp c¸c bit truyÒn th«ng gi÷a CPU vµ ch­¬ng tr×nh. C¸c bÝt nµy ®­îc dïng ®Ó lùa chän vµ ®iÒu khiÓn mét sè chøc n¨ng ®Æc biÖt cña CPU S7-200. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

■

Vïng nhí tr¹ng th¸i ®iÒu khiÓn tuÇn tù (S) Vïng nhí nµy ®­îc dïng khi cÇn lËp ch­¬ng tr×nh theo l«gic ®iÒu khiÓn tuÇn tù. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

■

Vïng nhí ®Çu vµo t­¬ng tù (AI) S7-200 chuyÓn mét gi¸ trÞ t­¬ng tù thµnh mét gi¸ trÞ sè cã ®é lín 16 bÝt. Do ®é lín d÷ liÖu truy cËp lµ mét tõ, mÆt kh¸c khi truy cËp ®Çu vµo t­¬ng tù lu«n sö dông ®Þnh d¹ng theo tõ do vËy ®Þa chØ byte cao lu«n lµ sè ch½n . VÝ dô AIW0, AIW2, AIW4. Gi¸ trÞ ®Çu vµo analog d­íi d¹ng chØ ®äc. ◆ §Þnh d¹ng truy cËp: ◆

■

Vïng nhí ®Çu ra t­¬ng tù (AQ) ◆

◆

S7-200 chuyÓn mét gi¸ trÞ sè cã ®é lín 16 bÝt thµnh mét gi¸ trÞ t­¬ng tù d­íi d¹ng dßng ®iÖn hoÆc ®iÖn ¸p tû lÖ víi gi¸ trÞ sè ®ã. Do ®é lín d÷ liÖu chuyÓn ®æi lµ mét tõ, nªn ®Þa chØ byte cao lu«n lµ sè ch½n . VÝ dô AQW0, AQW2, AQW4. Gi¸ trÞ ®Çu ra analog d­íi d¹ng chØ ghi. §Þnh d¹ng truy cËp:

Truy cËp gi¸n tiÕp th«ng qua con trá ■

Con trá (pointer) lµ mét « nhí cã kÝch th­íc 1 tõ kÐp (double word) chøa ®Þa chØ cña mét « nhí kh¸c. Khi ta truy cËp vµo « nhí cña con trá cã nghÜa ta ®ang ®äc ®Þa chØ cña « nhí mong muèn. Cã 3 vïng nhí trong S7-200 cho phÐp dïng lµm con trá: V, L, AC1, AC2, AC3 ◆ S7-200 cho phÐp dïng con trá ®Ó truy cËp c¸c ®Þa chØ nhí sau: I, Q, V, M, S, T (current value), C (current value) ◆

S7-200 kh«ng cho phÐp dïng con trá ®Ó truy cËp c¸c ®Þa chØ nhí AI, AQ, HC, SM, L vµ ®Þa chØ d­íi d¹ng bit. ◆ Khi sö dông c¸ch truy cËp d÷ liÖu th«ng qua con trá, trong S7-200 sö dông hai ký tù & vµ * ◆

✦

Ký tù &: Dïng ®Ó khëi t¹o con trá. • VÝ dô: MOVD &VB200, AC1 • ChuyÓn ®Þa chØ VB200 (kh«ng chuyÓn néi dung) vµo thanh ghi AC1. Thanh ghi AC1 trë thµnh con trá.

✦

Ký tù *: Dïng ®Ó truy cËp néi dung « nhí cã ®Þa chØ chøa trong con trá. • VÝ dô: MOVB *AC1, VB2000 • ChuyÓn néi dung « nhí cã ®Þa chØ l­u trong con trá AC1 vµo « nhí cã ®Þa chØ VB2000

VÝ dô: Con trá AC1 cã néi dung lµ 200 (byte cao cña tõ VW200) Thanh ghi AC0 cã néi dung lµ 1234 (néi dung cña « nhí cã ®Þa chØ trong con trá AC1)

§Ó truy cËp néi dung « nhí VW202 T¨ng néi dung con trá AC1 lªn 2 Thanh ghi AC0 cã néi dung lµ 5678 (néi dung cña « nhí cã ®Þa chØ trong con trá AC1)

■

L­u ý: §Ó thay ®æi néi dung con trá: Sö dông lÖnh t¨ng +D (T¨ng tõ kÐp, do con trá lµ mét thanh ghi 32 bit) ◆ NÕu truy cËp theo byte: T¨ng néi dung con trá lªn 1 ◆ NÕu truy cËp theo word: T¨ng néi dung con trá lªn 2 ◆ NÕu truy cËp theo double word: T¨ng néi dung con trá lªn 4 ◆

Lùa chän ng«n ng÷ lËp tr×nh ■

■

Trong S7-200 cho phÐp lùa chän 3 ng«n ng÷ lËp tr×nh: ◆ Ng«n ng÷ LADDER (LAD) ◆ Ng«n ng÷ STL ◆ Ng«n ng÷ FBD 3 ng«n ng÷ nµy vÒ mÆt h×nh thøc cã thÓ chuyÓn ®æi lÉn cho nhau. ViÖc lùa chän ng«n ng÷ lËp tr×nh lµ tuú theo thãi quen, së thÝch còng nh­ kinh nghiÖm cña ng­êi sö dông.

Ng«n ng÷ LADDER ■

■

Lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh ®å ho¹ dùa trªn c¬ së s¬ ®å trang bÞ ®iÖn, viÖc kÕt nèi lËp tr×nh ®å ho¹ gièng víi viÖc thiÕt lËp c¸c s¬ ®å relay-contactor. Mét ch­¬ng tr×nh nguån viÕt b»ng LAD ®­îc tæ chøc thµnh c¸c network, mçi network thùc hiÖn mét c«ng viÖc nhá. S7-200 ®äc ch­¬ng tr×nh tõ trªn xuèng d­íi, tõ tr¸i qua ph¶i, sau ®ã lÆp l¹i ë vßng quÐt tiÕp theo.

VÝ dô ng«n ng÷ LADDER

Ng«n ng÷ STL ■

■

Lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh d­íi d¹ng Text gÇn gièng víi lËp tr×nh hîp ng÷ trong vi ®iÒu khiÓn vµ vi xö lý, lµ mét ng«n ng÷ m¹nh cho phÐp t¹o ra mét ch­¬ng tr×nh mµ LAD hoÆc FBD rÊt khã t¹o ra. Mét ch­¬ng tr×nh viÕt d­íi d¹ng STL ®­îc tæ chøc thµnh c¸c network, mçi network thùc hiÖn mét c«ng viÖc nhá. S7-200 ®äc ch­¬ng tr×nh tõ trªn xuèng d­íi, sau ®ã lÆp l¹i ë vßng quÐt tiÕp theo.

VÝ dô ng«n ng÷ STL

Ng«n ng÷ FBD ■

■

Lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh ®å ho¹ dùa trªn c¬ së kÕt nèi c¸c khèi hµm, sö dông c¸c ký hiÖu l«gÝc gièng víi ®¹i sè boolean. C¸c hµm to¸n häc phøc t¹p còng ®­îc thÓ hiÖn d­íi d¹ng khèi víi c¸c ®Çu vµo ®Çu ra thÝch hîp. S7-200 ®äc ch­¬ng tr×nh tõ trªn xuèng d­íi, tõ tr¸i qua ph¶i, sau ®ã lÆp l¹i ë vßng quÐt tiÕp theo.

VÝ dô ng«n ng÷ FBD