Đồ án thiết kế hệ thống tự động hoá máy phay ( có link ggdrive mô phỏng cuối bài hoặc liên hệ 0799008541)

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
MỤC LỤC
Lời nói đầu……………………………………………………………………….
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

1

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
Chương I.Tổng quan về máy phay……………………………………………...
1.1.Khái niệm chung………………………………………………………………
1.2.Phân loại máy phay……………………………………………………………
1.3.Yêu cầu truyền động điện của máy phay……………………………………...
1.3.1.Truyền động trục chính……………………………………………………...
1.3.2.Truyền động ăn dao………………………………………………………….
1.3.3.Các truyền động phụ…………………………………………………………
Chương II.Tổng quan về thiết bị khả trình PLC S7 200……………………….
2.1.Giới thiệu tổng quan về PLC…………………………………………………...
2.1.1.Khái niệm về PLC……………………………………………………………
2.1.2.Cấu trúc,nguyên lý hoạt động của PLC………………………………………
2.1.3.Các hoạt động xử lý bên trong PLC………………………………………….
2.2..Tập lệnh PLC trong S7 200……………………………………………………
2.2.1.Các lệnh vào ra……………………………………………………………….
2.2.2.Các lệnh logic đại số Boolean………………………………………………..
2.2.3.Các lệnh so sánh……………………………………………………………...
2.2.4.Lệnh truy cập đồng hồ thời gian thực………………………………………...
Chương III.Xây dựng sơ đồ kết nối PLC và lập bảng địa chỉ vào ra…………..
3.1.Xây dựng sơ đồ kết nối PLC…………………………………………………....
3.1.1.Ngõ vào………………………………………………….................................
3.1.2.Ngõ ra…………………………………………………....................................
3.2.Sơ đồ kết nối PLC…………………………………………………....................
3.3.Bảng địa chỉ vào ra…………………………………………………...................
Chương IV.Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển……………………………..
4.1.Khái niệm lưu đồ thuật toán…………………………………………………......

4.2.Các ký hiệu…………………………………………………................................
4.3.Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển………………………………………….
Chương V.Điều khiển máy phay bằng PLC S7 200……………………………...
5.1.Chương trình điều khiển…………………………………………………............
5.2.Phần mềm mơ phỏng S7 200 Simulator…………………………………………
5.2.1.Giới thiệu phần mềm mơ phỏng……………………………………………….
5.2.2.Trình tự thực hiện mơ phỏng…………………………………………………..

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

2

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay, dưới sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con người địi hỏi về trình
độ tự động hóa ngày càng phát triển hơn nữa để đáp ứng nhu cầu của mình. Tự
động hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội,
tự động hóa trở thành mũi nhọn cho sự phát triển của thế giới nói chung và trong
cơng nghiệp nói riêng. Trình độ tự động hóa của mỗi quốc gia đánh giá sự phát
triển nền kinh tế của quốc gia đó. Chính vì lẽ đó mà việc phát triển tự động hóa là
một việc hết sức cần thiết.
Việc tạo ra các sản phẩm tự động hóa khơng chỉ trong công nghiệp mà trong
cả đời sống hàng ngày là một việc hết sức quan trọng. Hầu như trong tất cả các lĩnh
vực đều thấy sự cần thiết của tự động hóa.
Trong q trình học mơn Thiết kế Hệ Thống Tự Động Hóa Qúa Trình e được
giao đồ án với đề tài:“Điều khiển động cơ hệ truyền động máy phay bằng thiết bị

PLC ”
Nội dung của đề tài gồm 4 chương:
- Chương I: Tổng quan về máy phay
- Chương II: Tổng quan về thiết bị khả trình PLC S7-200.
- Chương III: Xây dựng sơ đồ kết nối với PLC và lập bảng địa chỉ vào/ra.
- Chương IV: Lưu đồ thuật tốn điều khiển
- Chương V: Viết chương trình điều khiển
Trong thời gian thực hiện đề tài của mình, em đã nhận được sự giúp đỡ của
thầy cô và các bạn, đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy Trần Duy Trinh để em
có thể hồn thành đề tài của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Việc hồn thành đề tài này sẽ không tránh khỏi sự sai lầm và thiếu xót nên em
rất mong nhận được sự đánh giá và phê bình của các thầy cơ để em có thế rút được
kinh nghiệm và bổ sung kiến thức cho mình.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY
1.1:Khái niệm chung
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

3

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
Phay là một phương pháp gia cơng cắt gọt cho năng suất cao, chiếm
khoảng 10% tổng khối lượng công việc cắt gọt kim loại. Trong việc gia
cơng mặt phẳng có khả năng thay thế hồn tồn cho cơng việc bào. Dao
phay thuộc loại dụng cụ cắt dạng trụ, có nhiều răng (răng ở mặt trụ hoặc
mặt đầu).

Máy phay là một loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết trên
một hay nhiều mặt phẳng với độ chính xác cao. Trên máy phay, phôi được
kẹp chặt trên bàn máy sau đó dao sẻ tiến hành cắt phơi.
Máy phay là loại máy cắt gọt kim loại phổ biến, thông dụng trong các
phân xưởng, nhà máy cơ khí (chiếm khoảng 15% đến 20%). Máy phay
dùng gia công các mặt phẳng, rãnh, lỗ, góc, các bề mặt định hình (răng,
ren, cam, cánh quạt, …), cắt đứt với độ chính xác cấp 2 ÷ cấp 8, độ nhám
bề mặt cấp 4 ÷ 6 bằng các loại dao phay trụ (răng thẳng hoặc
nghiêng),dao phay mặt đầu, dao phay ngón, dao phay đĩa, dao phay lăng
răng, dao phay môđun, dao phay răng liền hay răng chắp, dao phay định
hình. Trên máy phay, phơi được kẹp chặt trên bàn máy sau đó dao sẽ tiến
hành cắt phơi.

 Các bộ phận chính của máy phay:
− Thân máy dùng để đỡ tất cả các bộ phận khác của máy.
− Cần máy là chi tiết được đúc bằng gang có dạng hình hộp, trên cần máy có

đường trượt đứng và đường trượt ngang dùng để dẫn hướng cho các
chuyển động của bàn máy.
− Sống trượt là bộ phận trung gian giữa công-xôn và bàn máy, bàn máy dịch

chuyển ngang trên đường trượt của cơng-xơn.
− Trục chính gắn đầu kẹp dao truyền chuyển động từ hộp số đến trục dao

phay.
− Hộp tốc độ trục chính điều chỉnh các tốc độ khác nhau cho trục chính.

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

4

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
− Hộp tốc độ ăn dao: có tác dụng cấp các lượng chạy dao khác nhau cũng

như lượng chạy dao nhanh cho bàn máy và thay đổi chiều chuyển động
của bàn máy.

Hình 1.1: Cấu tạo máy phay.
1.2:Phân loại máy phay
Căn cứ vào hình dáng và tính năng sử dụng của máy, máy phay được
chia thành hai nhóm chính như sau:
•

Máy phay dùng chung:
o Máy phay đứng: Có trục chính thẳng đứng dễ thao tác và
điều chỉnh có loại đơn giản và loại vạn năng. Loại vạn năng đầu
máy có thể quay một góc so với phương thẳng đứng.
o Máy phay ngang: Loại này có trục chính nằm ngang. Bàn
máy có 3 chuyển động vng góc với nhau dọc, ngang và đứng.

o Máy phay giường: Loại này có bàn máy rộng, thích hợp khi
phay các chi tiết có kích thước và khối lượng lớn, thường dùng trong gia công
hàng loạt.

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

5

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
•

Máy phay chun dùng:

o Máy phay chép hình: Dùng để phay một chi tiết theo hình dạng cả

vật mẫu bằng cách sử dụng hệ thống đầu dò.
o Máy phay bánh răng: Trên máy này được thiết kế bàn máy có bộ

phận điều chỉnh góc nhằm tạo thuận lợi cho việc phay bánh răng,
then răng.
1.3: Yêu cầu truyền động điện của máy phay
1.3.1: Truyền động trục chính
− Là truyền động quay dao yêu cầu đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ
được. Phạm vi điều chỉnh tốc độ là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất và nhỏ
nhất.
− Truyền động trục chính của máy phay thường là động cơ khơng đồng
bộ rơto lồng sóc đảo chiều quay được và điều chỉnh bằng hộp tốc độ số.
− Q trình khởi động có thể được thực hiện đổi nối sao – tam giác hoặc
sử dụng bộ ly hợp để tách trục chính ra để quá trình khởi động nhẹ hơn.
− Khi dừng máy để dừng máy nhanh người ta sử dụng biện pháp hãm
động năng, hãm ngược, phanh điện từ.
1.3.2: Truyền động ăn dao
−

Là truyền động di chuyển của bàn máy trong quá trình phay. Lực ăn
dao được xác định bằng biểu thức:
Fad = kFx + Fms + FN
Trong đó:
Fx: thành phần lực cắt theo hướng di chuyển của bàn dao.
k: 1.2 ÷ 1.5: hệ số.
Fms: lực ma sát trượt.
FN: lực dính.

Fad: lực ăn dao.
− Truyền động ăn dao của máy phay thường là động cơ không đồng bộ

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

6

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
rơto lồng sóc đảo chiều quay được và điều chỉnh tốc độ bằng hộp số.
−

Hệ thống di chuyển bàn máy phải bảo đảm di chuyển được hai chiều
theo các phương dọc, ngang và đứng ở chế độ làm việc và chế độ di
chuyển nhanh.

−

Yêu cầu việc di chuyển bàn máy phải chính xác, để thực hiện được

phải đảm bảo tính ổn định của quá trình khởi động và dừng động cơ di
chuyển bàn máy

−

Việc chọn đúng công suất của động cơ truyền động là hết sức quan
trọng. Ta phải quan sát và tìm hiểu kỹ các thơng số của chế độ làm
việc đối với máy cần chọn công suất, kết cấu cơ khí của máy bao gồm
sơ đồ động học và trọng lượng các bộ phận chuyển động

1.3.3:Các truyền động phụ
Bao gồm các chuyển động bơm dầu thủy lực, dầu bôi trơn, bơm nước làm mát.
Tất cả các chuyển động phụ đều dùng động cơ không đồng bộ Roto lồng sóc.

1.4:Phân tích sơ đồ ngun lý

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

7

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

Ký Hiệu
− M1: Động cơ trục chính
− M2: Động cơ dịch chuyển bàn
− M3: Động cơ bơm
− K1M: Công tắc tơ hãm

− K2M: Cơng tắc tơ trục chính
− K3M: Cơng tắc tơ chạy bàn thuận
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

8

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

K4M: Cơng tắc tơ chạy bàn ngược
S1: Nút ấn dừng
S2: Nút ấn nhã phanh
S3: Nút ấn dừng bàn
S4: Nút ấn dừng bàn
S5: Cơng tắc hành trình cuối thuận

S6: Cơng tắc hành trình cuối thuận
S7: Nút ấn chạy phải và lùi
S8: Cơng tắc cuối hành trình thuận
S9: Cơng tắc cuối hành trình ngược
S10: Nút ấn chạy trái và tiến
S20: Cơng tắc bơm
Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Đầu vào của nguồn ta có 3 cầu chì 2,4,6 bảo vệ q tải và ngắn mạch. Tiếp
đó cầu chì F1, F4 bảo vệ cho mạch điều khiển và động cơ bơm. Động cơ
trục chính và bàn lần lượt có 2 rơ le nhiệt bảo vệ F2,F3. Khi dòng điện quá
tải của một trong 2 động cơ này vượt quá, tiếp điểm thường đóng 91 – 92 sẽ
ngắt ra và bảo vệ cho động cơ cũng như mạch điều khiển.
Khi ấn S2 nhả phanh, tiếp điểm 13 – 14 đóng lại, cấp điện cho contactor
hãm K1M, tiếp điểm thường mở của K1M đóng lại duy trì nguồn điện cho
nó. Tiếp theo khi ấn S3 cấp điện cho contactor trục chính K2M, tiếp điểm
thường mở của K2M đóng lại duy trì nguồn điện cho mạch. Đối với động cơ
quay bàn, tiếp điểm 13 – 14 của S7 đóng lại cấp nguồn cho contactor K3M,
động cơ quạy thuận bàn phay chạy sang phải và lùi, nguồn cũng được duy trì
bởi tiếp điểm của K3M. Khi gặp cơng tắc hành trình S5 hoặc S6 thì động cơ
dừng và tiến hành quá trình quay ngược. Ấn S10 cấp điện cho contactor
chạy bàn ngược và cũng được duy trì bởi tiếp điểm của K4M. Tương tự khi
bàn chạy trái và tiến gặp cơng tắc hành trình hành trình thì động cơ dừng.
S1 là nút ấn thường đóng khi tác động sẽ ngắt tồn bộ mạch điều khiển. Cịn
S4 là nút ấn dừng động cơ bàn. Để đảm bảo an tồn cho động cơ bàn, tiến
hành khóa chéo quay thuận và quay ngược. S20 là công tắc bật tắt bơm
trong quá trình phay. Y1 và Y2 là 2 nam châm điện dùng để giữ vật trong
quá trình phay.
CHƯƠNG II:

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

9

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KHẢ TRÌNH PLC_S7.200
2.1. Giới thiệu tổng quan về PLC
2.1.1. Khái niêm về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller,là thiết bị điều khiển lập trình
được Giá cả có thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay, dây nối và các
logic thời gian.Tuy nhiên, bên cạnh đó việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý cũng như giá cả ... Chính điều
này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong cơng nghiệp.Các
tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời,
thanh ghi dịch … Sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát
triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC.
Cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn
ngữ lập trình.Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự
kiện.Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích(ngõ vào) tác động vào
PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

10

GVHD:Trần Duy Trinh

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự,nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển
bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý.Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp”
trong chương trình đó “người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu
ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối(bộ điều khiển
bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thoả mãn những yêu cầu sau:
• Lập trình dễ dàng,ngơn ngự lập trình dễ học.
• Gọn nhẹ,dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
• Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được nhựng chương trình phức tạp.
• Hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.
• Giao tiếp được với các thiết bị thơng minh khác như:máy tính,nối mạng, các
Modul mở rộng.
Giá cả có thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay, dây nối và các
logic thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý cũng như giá cả ... Chính điều
này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong cơng nghiệp. Các
tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời,
thanh ghi dịch … Sau đó là các chức năng làm tốn trên các máy lớn … Sự phát
triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình
điều khiển hoặc xử lý hệ thống.Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được
xác định bởi một chương trình. Chương trình được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này.Như vậy muốn thay
đổi chức năng của quy trình cơng nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong
bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách
dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay các

Relay.
2.1.2. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC
a. Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần là:
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

11

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong(có thể mở rộng thêm một số bộ
nhớ ngoài EPROM)
Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc kết nối PLC.
Các Modul vào/ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hồn chỉnh cịn đi kèm theo một 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 dạng hồn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình
là xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phịng, chỉ khi nào chương trình
đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đồi với
PLC lớn thường được lập trình máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết đọc và kiểm tr
chương trình.Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458 …
b. Nguyên lý hoạt động của 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 chứa trong bộ nhớ,sau đó sẽ thực hiện từng lệnh trong chương
trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết
bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các bộ phận thực thi đó đều phụ thuộc vào
chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.

+ Hệ thống bus
Hệ thống bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín
hiệu song song:
Address Bus: bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các Modul khác nhau.
Data Bus: bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus: bus điều khiển dùng để truyền các các tín hiệu định thì và điều
khiển đồng bộ 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 đường, ở cùng thời điểm cho
phép truyền 8 bít của 1 byte một cách đồng thời hoặc song song. Nếu một Modul
đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, Modul đầu ra tương ứng sẽ
nhận được địa dữ liệu từ địa chỉ Data Bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu vào
theo dõi chu trình hoạt động của PLC.
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

12

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các bus tương ứng trong một thời gian
hạn chế.
Hệ thống bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O.
Bên cạnh đó, CPU được cấp một xung Clock có tần số từ 1 -:- 8 MHZ. Xung này
quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ
của hệ thống.
+ Bộ nhớ
PLC 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 trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả các vị trí
trong bộ nhớ đều được đánh số, nhựng số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ.
Địa chỉ của tường ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong
bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ có giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh
tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của địa chỉ ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở
đầu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có
khả năng chứa từ 2000-:-16000 dịng lệnh, tuỳ theo loại vi mạch. Trong PLC các
bộ nhớ RAM, EPROM đều được sử dụng.
RAM (Random Access Memory) có thể nạp chương trình thay đổi hay xố
bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn ni bị mất.
Để tránh những tình trạng này các PLC được trang bị một pin khơ, có khả năng
cung cấp ngăng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế
RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay
dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn.
EPROM(Electricall Programmble Read Only Memory) bộ nhớ mà người sử
dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ khơng ghi nội dung vào được. Nội dung của
EPROM không bị mất khi mất nguồn ni, nó được gắn sắn trong máy, đã được
nhà sản xuất nạp và chữa hệ điều hành sắn. Nếu người sử dụng không muốn mở
rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (progammer)
có sắn chố ghi và xố EPROM.
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

13

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

Mơi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoặc đĩa mềm được sử dụng trong
máy lập trình. Đĩa cứng hoặc địa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng
để lưu trữ những chương trình lớn trong một thời gian dài.
+ Kích thước bộ nhớ:
• Các PLC loại nhỏ có thể chứa 300-:-1000 dịng lệnh tuỳ vào cơng nghệ chế
tạo.
• Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K-:-16K, có khả năng chứa từ 2000-:16000 dịng lệnh.
Ngồi ra còn cho phép gắn thêm bộ 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 đầu vào của
PLC) các cơ cấu chấp hành được nối với các Modul ra (các đầu ra của PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là
12/24DVC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh
I/O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC điều náy làm cho việc kiểm tra hoạt
động nhập xuất trở nên dệ dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện đóng
hay ngắt ở mạch đầu ra.
2.1.3.Các hoạt động xử lý bên trong PLC
a. Xử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được lưu
trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ.
PLC có bộ đếm dịa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong
bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho
đến cuối chương trình. Mội lần thực hiện chương trình từ đầu cho đến cuối được
gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tuỳ thuộc vào tốc độ
xử lý của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu kỳ hoạt dộng gồ o phần
chương trình phục vụ cơng việc này có sắn trong PLC và được gọi là hệ điều hành.

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

14

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
• Tiếp theo, bộ vi xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một chương trình trong
ghi đọc và xử lý lệnh, Bộ vi xử lý sẽ đọc tí hiệu các đàu vào, thực hiện các phép
tốn logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của đầu ra.
• Cuối cùng bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các modul
đầu ra.
b. Xử lý xuất nhập
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho xử lý I/O trong PLC:
+ Cập nhật liên tục
Điều này đòi hỏi CPU quét các lệnh ngỏ vào(mà chúng xuất hiện trong
chương trình) khoảng thời gian Delay được xây dựng trong để chắc chắn rằng chỉ
có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ vi xử lý. Các lệnh ngỏ ra được
lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt đọng logic của chương trình, khi lệnh OUT
được thực hiện thì các ngỏ ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế nên chúng vẫn giữ được
trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp.
+ Chụp ảnh quá trình xuất nhập
Hầu hết PLC loại lớn có thể co vài trăm I/O, vì thể CPU chỉ có thể xử lý một
lệnh ở một thời điểm.Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngỏ nhập phải
được xét đến riêng lẻ nhằm dị tìm các tác động của nó trong chương trình do
chúng ta yêu cầu Relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy
mẫu liên tục và trở nên rất dài tăng theo số ngõ vào.
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ vào ra được cập nhật tới một
vùng đặc biệt trong chương trình. Ở đây vùng Ram đặc biệt này được dùng như bộ
đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I/O. Mọi ngõ vào ra đều có một

địa chỉ I/O RAM này. Suốt quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I/O RAM.
Quá trình này xảy ra ở một 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 biểu là vài ms. Thời gian thực thi chương trinh phụ thuộc vào chiều dài
chương trinh điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất phải từ 1-:-10 s
2.2.Tập lệnh PLC trong S7-200
2.2.1.Các lệnh vào ra
+ Lệnh Load (LD):
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

15

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp,
các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Toán hạng gồm: I, O, M, SM, V, C, T.
Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi ngõ vào PLC có 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 còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.

Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1
Dạng LAD

Dạng STL
LDN I0.0
= Q0.0

Hình 2.1: Mô tả lệnh LD và LDN [2]
Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN:
SVTH: Nguyễn Duy Hoan

16

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
STL

LAD

LD n

n
┤├
n
┤/├
n
┤I├
n

┤/I├

LDN n
LDI n
LDNI
n

Tốn
hạng
Tiếp điểm thường mở sẽ đóng nếu n: I, Q,
n=1
M, SM,
Tiếp điểm thường mở sẽ đóng nếu (bit) T, C
n=1
Tiếp điểm thường mở sẽ đóng nếu n:1
n=1
Tiếp điểm thường mở sẽ đóng nếu
n=1
Mơ tả

+ 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 N: I, Q, M, SM,
─( )
thích khi có dịng điều khiển đi qua

T, C (bit)
n
Cuộn dây đầu ra được kích thích tức N: Q (bit)
─( I )
thời khi có dịng điều khiển đi qua
2.2.2.Các lệnh logic đại số Boolean
Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập các mạch logic (khơng có
nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối
tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng hay các tiếp điểm thường mở.
Trong STL có 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.
+AND (A)
Dạng LAD

Dạng STL
LD
A
=

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

17

I0.0
I0.1
Q0.0

GVHD:Trần Duy Trinh

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
+AND NOT (AN)
Dạng LAD

Dạng STL
LD I0.0
AN I0.1
=
Q0.0

+ OR (O)
Dạng LAD

Dạng STL
LD
O
=

I0.0
I0.1
Q0.0

+OR NOT (ON)
Dạng LAD

Dạng STL
LD
O
=

I0.0
I0.1
Q0.0

2.2.3.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 có 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 (<=); so sánh bằng (=
=) và so sánh lớn hơn hoặc bằng (>=).
Khi so sánh giá trị của byte thì khơng cần thiết phải để ý đến dấu của toán hạng,
ngược lại khi so sánh các từ hay từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của toán
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

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

18

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng) hoặc bằng 1 (nếu sai) nên nó có
thể được kết hợp cùng các lệnh LD, A, O. Để tạo ra được các phép so sánh mà S7200 không có lệnh so sánh tương ứng (như so sánh khơng bằng nhau <>, so sánh
nhỏ hơn <, hoặc so sánh lớn hơn >) ta có thể kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có
(= =, >=, <=).
Bảng 2.6 - Nhóm lệnh so sánh
LAD

Mơ tả
Tốn hạng
Tiếp điểm đóng khi n1= n1, n2 (byte): VB, IB,
n2
QB, MB, SMB,AC,
B = byte
Const, *VD, *AC
I = Integer = Word
D = Double Integer
R = Real

Tiếp điểm đóng khi n1>= n1, n2 (Word): VW, T,
n2
C, QW, MW, SMW,
B = byte
AC, AIW, hằng số,
*VD, *AC
I = Integer = Word
D = Double Integer
R = Real

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

19

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

LAD

Mơ tả
Tốn hạng
Tiếp điểm đóng khi n1<= n1, n2 (Dword): VD,
n2
ID, QD, MD, SMD,
B = byte
AC, HC, hằng số,
*VD, *AC
I = Integer = Word
D = Double Integer
R = Real

2.2.4.Lệnh truy cập đồng hồ thời gian thực
Trong thiết bị lập trình S7-200 từ CPU 214 trở đi thì trong CPU có một đồng hồ
ghi giá trị thời gian thực gồm các thông số về năm, tháng, giờ, phút, giây và ngày
trong tuần.
Đồng hồ được cấp điện liên tục bởi nguồn Pin 3V.
Khi thực hiện lập trình cho các hệ thống tự động điều khiển cần cập nhật giá trị
đồng hồ thời gian này ta phải thông qua 2 lệnh sau:
a. Lệnh đọc
Dạng LAD

Dạng STL
TODR VB0

Lệnh này đọc nội dung của đồng hồ thời gian thực rồi chuyển sang mã BCD và
lưu vào bộ đệm 8 byte liên tiếp nhau theo thứ tự như sau:
Byte 0

Năm ( 0 – 99)

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

Byte 4

20

Phút ( 0 – 59)

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
Byte 1

Tháng ( 1 – 12)

Byte 5

Giây (0 – 59)

Byte 2

Ngày ( 1 – 31)

Byte 6

Không sử dụng

Byte 3

Giờ ( 0 – 23)

Byte 7

Ngày trong tuần (1 - 7)

Trong đó byte đầu tiên được chỉ định bởi toán hạng T trong câu lệnh, byte 7 chỉ
sử dụng 4 bit thấp để lưu giá trị các ngày trong tuần.
b. Lệnh ghi
Dạng LAD

Dạng STL
TODW VB0

Lệnh này có tác dụng ghi nội dung của bộ đệm 8 byte với byte đầu tiên được chỉ
định trong toán hạng T vào đồng hồ thời gian thực. Trong đó T thuộc một trong
những vùng nhớ sau: VB, IB, QB, MB, SMB.
Nếu cần chỉnh sử các thông số về năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây, ngày trong
tuần thì điều chỉnh các byte như sau:
T

Byte 0

Năm ( 0 – 99)

T+1

Byte 1

Tháng ( 1 – 12)

T+2

Byte 2

Ngày ( 1 – 31)

T+3
T+4
T+5
T+6
T+7

Byte 3
Byte 4
Byte 5
Byte 6
Byte 7

Giờ ( 0 – 23)
Phút ( 0 – 59)
Giây (0 – 59)
Không sử dụng
Ngày trong tuần (1 - 7)

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

21

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

CHƯƠNG III
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC VÀ LẬP BẢNG ĐỊA CHỈ VÀO/RA
3.1. Xây dựng sơ đồ kết nối PLC
- Sơ đồ mạch lực:

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

22

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

Cho các model của S7-200 sau:

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

23

GVHD:Trần Duy Trinh

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH

Hình 3.1. Đặc điểm các module S7-200

Xác định các đặc điểm của PLC hãng Siemens:
Kết nối dây cho PLC hoạt động:

Hình 3.2. Sơ đồ nối dây của PLC S7-200

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

24

GVHD:Trần Duy Trinh


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
Cấp nguồn cho PLC: Cần chú ý nguồn ni của PLC là DC hay AC.

Hình 3.3. Nguồn ni của PLC
Loại DC nguồn ni có kí hiệu là M, L+
Loại AC nguồn ni có kí hiệu là N, L1.
3.1.1. Ngõ vào:
Các ngõ vào thường dùng là:
− Nút nhấn, công tắc gạt, ba chấu,…
− Các loại cảm biến: quang điện, tiệm cận, điện dung, từ, kim loại, siêu âm,
−
−
−
−

−

phân biệt màu sắc, cảm biến áp suất, …
Cơng tắc hành trình, cơng tắc thường.
Rorary Encoder.
Rơle điện
Sensor
Bộ kiểm

SVTH: Nguyễn Duy Hoan

25

từ.
nhiệt độ.
tra mức…

GVHD:Trần Duy Trinh