Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------***----------------

PHẠM TIẾN TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG THỦY LỰC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HỐ

THÁI NGUN - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM TIẾN TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG THỦY LỰC
Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
Mã số: 6052 0216

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

PHÒNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

KHOA CHUYÊN MÔN
TRƢỞNG KHOA

THÁI NGUYÊN - 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3
MỞ ĐẦU

Tên đề tài: “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực”
1. Tổng quan
Nước ta hiện nay đang trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước
để từng bước bắt kịp sự phát triển các nước trong khu vực và trên thế giới. Công
nghiệp sản xuất hàng hóa đóng vai trị quan trọng trong việc phát triển kinh tế. Việc
ứng dụng tự động hóa là sự lựa chọn tất yếu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm
có chất lượng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.
Tự động hóa và điều khiển hệ thống thủy lực đã được phát triển rất mạnh mẽ ở
các nước công nghiệp phát triển, hệ thống thủy lực được sử dụng để điều khiển các
thiết bị như máy ép, rô bốt công nghiệp, máy CNC hoặc trong các dây truyền sản xuất
tự động… Ngày nay, công nghệ điện tử và tin học ngày càng phát triển, đã góp phần
nâng cao năng suất lao động một cách đáng kể. Đặc biệt là các bộ điều khiển chương
trình được tích hợp cao đã đáp ứng hầu hết các yêu cầu đề ra của nền sản xuất hiện đại
với tốc độ sản xuất nhanh, chất lượng sản phẩm cao, ít phế phẩm, giá thành sản xuất

hạ... PLC là một bộ điều khiển chương trình như thế, nó được dùng để thay thế các
thiết bị điều khiển cổ điển có tốc độ chậm và kém chính xác.
Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) được
phát triển từ những năm 1968 - 1970. Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu
cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử có trình độ cao. Ngày nay các thiết bị PLC
đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao. Thiết bị điều khiển logic lập trình
được PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập
trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn, cho phép tính
logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các q trình
cơng nghệ.
Vì thế đề tài “Nghiên cứu điều khiển tự động hệ thống thủy lực” có tính cấp
thiết và khả năng ứng dụng cao.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học:
- Đề tài giới thiệu tổng quan về PLC và điều khiển lập trình, từ đó xác định được
đối tượng nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

4
- Mơ tả thiết kế được bàn thí nghiệm phục vụ cho việc mơ phỏng giải các bài tốn
điều khiển tự động thủy lực.
- Sử dụng các phần mềm điều khiển PLC tự động điều khiển các thiết bị thủy lực,
sau đó mơ phỏng các trạng thái trên máy tính, mô phỏng hệ thống điều khiển.
b) Ý nghĩa thực tiễn:
Khi đề tài hoàn thành sẽ là một tài liệu tham khảo giúp các cán bộ kỹ thuật nắm rõ
và làm chủ được cơng nghệ trong q trình vận hành, giám sát và khắc phục sửa
chữa, lắp đặt…
Trên mơ hình thực nghiệm, đề tài có thể giúp cho học sinh sinh viên đang học ở

các trường nghề tham khảo vận dụng trong quá trình thực tập.
Đề tài nghiên cứu điều khiển tự động của hệ thống thủy lực hồn tồn có thể áp
dụng trong các nhà máy, công xưởng điều khiển các máy cơng cụ, máy ép thủy lực...
3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài này đặt mục tiêu chính là nghiên cứu điều khiển tự động của hệ thống
thủy lực, nghiên cứu cấu trúc bàn thí nghiệm điều khiển thủy lực, các thiết bị trong bàn
thí nghiệm, thiết kế và điều khiển hệ thống theo các chu trình làm việc của hệ thống
thủy lực chính xác, gọn nhẹ. Các mục tiêu cụ thể là:
- Nghiên cứu bài toán điều khiển tự động hệ thống thủy lực; Nghiên cứu sơ đồ
điều khiển hệ thống thủy lực, thiết lập hệ thống điều khiển thủy lực;
- Nghiên cứu bộ điều khiển PLC; Cấu hình phần cứng, các vùng đối tượng, các
bộ phận CPU và chế độ làm việc; Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình S7-200 và các
phương pháp lập trình.
- Nghiên cứu các thiết bị của hệ thống thủy lực có thể tự động hóa như cảm
biến áp suất, cơng tắc hành trình, các van điều khiển thủy lực… Thiết kế sơ đồ nguyên
lý điều khiển hệ thống và sơ đồ lắp đặt PLC; Lập trình điều khiển tự động hệ thống
theo các chu trình.
- Tiến hành thử nghiệm để phân tích đưa ra những kết quả đánh giá mức độ
hoàn thiện và khả năng phát triển, ứng dụng các kết quả đạt được vào thực tiễn.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
Lý thuyết tổng quan về PLC và điều khiển lập trình.
Mơ hình thực nghiệm hệ thống điện – thủy lực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

5
NỘI DUNG

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
1.1. PLC VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN
1.1.1. Giới thiệu chung về PLC
Trong kỹ thuật tự động điều khiển, các bộ điều khiển chia làm hai loại.
-

Điều khiển nối cứng.

-

Điều khiển logic khả trình (PLC).

Một hệ thơng bất kỳ được tao thành từ các thành phần :
-

Khối vào.

-

Khối xử lý - điều khiển.

-

Khối ra.
Khèi vµo

Khèi xư lý

Bộ chuyển đổi
tín hiệu đầu vo

Xử lý điều
khiển

Khối ra
Cơ cấu
tác động

Hình 1.1: Các thành phần trong hƯ thèng ®iỊu khiĨn
* Khối vào:
Để chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi
có thể là nút ấn, cảm biến... và tuỳ thuộc theo bộ chuyển đổi tín hiệu ra khỏi khối vào
có dạng ON /OFF ( Binary) hoặc liên tục (analog).
* Khối xử lý:
Khối này thay thế người vận hành thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt
động. Từ tín hiệu khối vào hệ thống điều khiển phải tạo ra những tín hiệu ra cần thiết
để đáp ứng yêu cầu điều khiển đã xác định trong phần xử lý. Tín hiệu điều khiển được
thực hiện theo 2 cách.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

6
-

Dùng mạch điện nối cứng.

-

Dùng chương trình điều khiển.

* Khối ra:
Tín hiệu ra là kết quả của q trình xử lý của hệ điều khiển. Các tín hiệu này
được sử dụng để tạo ra ngững hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ngõ ra như : Động cơ
điện, xy lanh, piston, van, rơle..
1.1.2. Bài toán điều khiển và giải quyết bài toán điều khiển.
* Điều khiển nối cứng :
- Là các thiết bị được nối cứng cố định với nhau. Toàn bộ chức năng điều
khiển, cách tiến hành chương trình được xác định qua các cách thức nối các rơle, cơng
tắc... với nhau theo sơ đồ thiết kế.

ON

OFF

K

K
§

K

Hình 1.2: Bộ điều khiển rơle
* Điều khiển lập trình :
Trong cơng nghiệp ngày nay đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng yêu cầu
sau :
-

Dễ dàng thay đổi chức năng điều khiển dựa trên các thiết bị cũ.

-

Thiết bị điều khiển dễ dàng làm việc với các dữ liệu, số liệu.

-

Kích thước vật lý gọn gàng, dễ bảo quản, dễ sửa chữa.

-

Hồn tồn tin cậy trong mơi trường cơng nghiệp.

Từ các yêu cầu trên lên điều khiển lập trình ngày càng phát triển và ứng dụng
rộng rãi. Mà điển hình là bộ điều khiển logic khả trình PLC ( Programable Logic
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

7
Contronller) là loại thiết bị cho phép thực hiên linh hoạt các thuật tốn thơng qua các
ngơn ngữ lập trình.

Cỉngvµo Input
Ch-ơng trình

Bộ nhớ

Cổng ra Output

Hình 1.3: Bộ điều khiển logic khả trình

1.1.3. So sỏnh PLC vi cỏc thit b iu khiển thông thƣờng khác.
- Hiện nay các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ
thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường. Ta sẽ so sánh ưu và khuyết điểm
của hai hệ thống trên.
- Hệ thống điều khiển thơng thường:
+ Thơ kệch do có quá nhiều dây dẫn relay trên bảng điều khiển.
+ Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế lắp đặt.
+ Tốc độ hoạt động chậm.
+ Công suất tiêu thụ lớn.
+ Mỗi lần thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại tồn bộ, tốn nhiều thời gian.
+ Khó bảo quản và sửa chữa.
- Hệ thống điều khiển bằng PLC:
+ Những dây kết nối trong hệ thống giảm đáng kể nên nhỏ gọn.
+ Cơng suất tiêu thụ ít.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8
+ Sự thay đổi các ngõ vào ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ
phần mền điều khiển bằng máy tính.
+ Tốc độ hoạt đơng của hệ thống nhanh hơn.
+ Độ bền và độ tin cậy cao.
+ Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng.
+ Có thiết bị chống nhiễu.
+ Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu.
+ Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc lập trình tuần
tự của nó.
+ Các mơ đun rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết.
+ Chương trình có thể in ra giấy chỉ trong vài phút thuận tiện cho việc bảo trì.

+ PLC cịn có khả năng thêm và hay thay đổi lệnh tuỳ theo yêu cầu công nghệ.
1.1.4. Các ứng dụng của PLC trong thực tế.
Do những đặc điểm nổi bật của PLC trong điều khiển, nên ngày nay nó được sử
dụng rất rộng rãi xử lý các giải pháp tự động hố trong cơng nghiệp và rất nhiều lĩnh
vực khác:
- Điều khiển thang máy, thiết bị nâng, hạ hàng.
- Điều khiển quy trình sản xuất: Đóng gói bao bì, xi măng, bia...
- Tự động hố các hệ thống dịch vụ: Trạm xăng, trạm rửa xe ôtô, máy bơm
nước, máy bán nước tự động...
- Tự động hoá các máy cơng cụ: Máy tiện, phay, máy ép, lị sấy, làm gạch...
1.2. ĐẠI CƢƠNG VỀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
1.2.1. Cấu trúc của một PLC.
- Để thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có chức
năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một bộ điều hành, bộ nhớ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

9
để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu... PLC phải có cổng vào, ra để giao tiếp với các
đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh.
- Trong PLC có nhiều thiết bị điều khiển được phân biệt qua các chức năng sau.
+ Các cổng vào ra.

+ Bít nhớ.

+ Dung lượng nhớ.

+ Các chức năng đặc biệt.

+ Bộ đếm (couter).

+ Tốc độ xử lý.

+ Bộ định thời (timer).

+ Loại xử lý chương trình.

- Các thiết bị điều khiển lớn còn được lắp thành các mô đun riêng. đối với các
thiết bị điều khiển nhỏ, chúng được lắp đặt chung trong một bộ. Các bộ điều khiển này
có số lượng đầu vào ra cố định.
Cấu trúc một PLC có thể được mơ tả như hình v sau :

Bộ nhớ ch-ơng trình

Bộ
đệm
vào ra

Khối vi xử lý
trung tâm
+
Hệ điều hành

Cổng vào ra
Cổng ngắt và
đếm tốc độ cao

Timer

Bộ đếm
Bit cờ
Bus của PLC
Quản lý
ghép nối

Hình 1.4 : Cấu trúc cđa mét PLC

- Thơng tin xử lý trong PLC được lưu trữ trong bộ nhớ của nó. Mỗi ơ nhớ chứa
1 bit dữ liệu. Bit dữ liệu ( data Binary digital) là một chữ số nghị phân, chỉ có chứa gái
trị 0 hoặc 1. Chuỗi 8 bit dữ liệu gọi là 1 byte, được xác nhận bởi một con số gọi là địa
chỉ (address). Byte nhớ đầu tiên có địa chỉ 0.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10
- Địa chỉ của một byte nhớ là cố định và mỗi byte nhớ trong PLC có một địa chỉ
riêng. Nội dung chứa trong byte nhớ có thể thay đổi được. Nội dung byte nhớ chính là
dữ liệu được lưu trữ tức thời trong bộ nhớ.
- Khi 1 byte nhớ khơng chứa hết nội dung thì PLC cho phép 1 cặp byte nhớ
cạnh nhau được xem xét là một đơn vị nhớ gọi là một từ đơn (Word). Địa chỉ thấp hơn
trong hai byte nhớ được dùng làm địa chỉ từ đơn.
Ví dụ : Từ đơn có địa chỉ là 2 thì các byte nhớ có địa chỉ là 2 và 3 với 2 là địa
chỉ byte cao và 3 là địa chỉ byte thấp.

IB2

IB3

IW2
IW2 là từ đơn có địa chỉ 2
IB2 là byte có địa chỉ 2
IB3 là byte có địa chỉ 3
- Khi 1 từ đơn khơng chứa hết nội dung thì cho phép ghép 4 byte nhớ cạnh
nhau được xem xét là một đơn vị nhớ gọi là một từ kép (Double Word). Địa chỉ thấp
hơn trong 4 byte nhớ được dùng làm địa chỉ từ kép.
Ví dụ : Từ kép có địa chỉ là 2 thì các byte nhớ có địa chỉ là 2,3,4, 5 với 2 là địa
chỉ byte cao và 5 là địa chỉ byte thấp.

IB2

IB3 IB4

IB5

DW2
Trong PLC bộ xử lý trung tâm có thể thực hiện một số thao tác như:
- Đọc nội dung các vùng nhớ ( Bit, Word, Double word).
- Ghi dữ liệu vào vùng nhớ ( Bit, Word, Double word).
Trong thao tác đọc, nội dung vùng nhớ không thay đổi mà chỉ lấy bản sao của
dữ liệu để xử lý.
Trong thao tác ghi, dữ liệu được ghi vào trở thành nội dụng của vùng nhớ và dữ
liệu ban đầu bị mất đi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

11

Có hai loại bộ nhớ trong CPU của PLC:
- RAM: Bộ nhớ có thể đọc và nghi.
- ROM: Bộ nhớ chỉ đọc.
* Bộ nhớ RAM:
Có số lượng ơ nhớ xác định. Mỗi ơ nhớ có một dung lượng nhớ cố định và nó
chỉ tiếp nhận một lượng thơng tin nhất định. Các ô nhớ được ký hiệu bằng các địa chỉ
riêng của nó. Bộ nhớ này chứa các chương trình được sửa đổi hoặc dữ liệu.
- Đặc điểm của bộ nhớ RAM là nội dung chứa trong các ô nhớ của nó bị mất đi
khi mất nguồn điện.
* Bộ nhớ ROM:
Chứa các thơng tin khơng có khả năng xố hoặc khơng thể thay đổi được.
Chương trình trong bộ nhớ ROM có nhiệm vụ:
- Điều khiển và kiểm tra các chức năng hoạt động của CPU (Hệ điều hành).
- Dịch ngôn ngữ thành ngôn ngữ máy.
- Khi bị mất điện, bộ nhớ ROM vẫn giữ nguyên nội dung của nó và không bao
giờ bị mất.
* Bộ xử lý trung tâm:
Điều khiển và quản lý tất cả các hoạt động bên trong PLC. Việc trao đổi thông
tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào /ra được thực hiện thông qua hệ thống Bus dưới sự
điều khiển của PLC.
* Hệ điều hành :
Sau khi bật nguồn, hệ điều hành sẽ đặt các counter, timer và các bit nhớ về 0
(Không được nhớ bởi pin cũng như ácquy).
* Bit nhớ:
Các bit nhớ là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu.
* Bộ đệm:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

12
Bộ là một vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu ở ngõ vào và
ra nhị phân.
* Accumulator:
Là bộ nhớ trung gian mà qua đó Timer hay counter được nạp vào hay thực hiện
các phép toán số học.
* Counter, Timer:
Cũng là các vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ các giá trị đếm trong nó.
* Hệ thống Bus:
Bộ nhớ chương trình, hệ điều hành và các modul ngoại vi được kết nối với PLC
thông qua Bus. Một Bus bao gồm các dây dẫn mà các dữ liệu trao đổi. Hệ điều hành tổ
chức việc truyền dữ liểu trên các dây dẫn này.
1.2.2. Thiết bị điều khiển lập trình S7 – 200
1.2.2.1. Cấu trúc S7 – 200 và các thơng số đặc trƣng

H×nh 1.5 : Thiết bị điều khiển lập trình S7 - 200
Là thiết bị lập trình loại nhỏ của hãng Siemens (Đức) có cấu trúc kiểu modul và
các modul mở rộng. Cấu trúc S7-200 gồm 1 CPU và các

module mở

rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau. S7-200 gồm nhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226.
Có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu cầu tăng số cổng vào/ra, cổng vào/ra
Analog, kết nối mạng (AS-I, Profibus).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

13
Bảng 1.1: Các thông số đặc trưng của các mô đun S7 -200

* Các đèn báo: Có 3 loại đèn báo hoạt động:
+ RUN: đèn xanh - báo hiệu PLC đang hoạt động.
+ STOP: đèn vàng - báo hiệu PLC dừng
+ SF (System Failure): đèn đỏ - báo hiệu PLC bị sự cố.
Có 2 loại đèn chỉ thị:
+ Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào.
+ Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra.
* Đặc điểm ngõ vào:
+ Mức logic 1: 24VDC/7mA
+ Mức logic 0: đến 5VDC/1mA
+ Đáp ứng thời gian: 0.2ms
+ Cách ly quang: 500ACV
+ Địa chỉ cổng vào: Ix.x
* Đặc điểm cổng ra:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

14
+ Cổng ra Relay hoặc transistor Sourcing
+ Điện áp tác động: 24 -28VDC/2A
+ Chịu quá dòng đến 7A
+ Điện trở cách ly nhỏ nhất: 100MΩ
+ Điện trở công tắc: 200mΩ
+ Thời gian chuyển mạch tối đa 10ms
+ Địa chỉ cổng ra: Qx.x
+ Khơng có chế độ bảo vệ ngắn mạch!
* Nguồn cung cấp:
+ Điện áp nguồn 20 - 24DCV

+ Dòng tối đa 900mA
+ Thời gian duy trì khi mất nguồn 10ms
+ Cầu chì bên trong 2A/250V
+ Khơng có cách ly nguồn điện
* Cổng truyền thông:
+ Sử dụng cổng RS485 để ghép nối với máy tính hoặc thiết bị khác.
+ Tốc độ truyền là 9600 bauds

H×nh 1.6 : Vị trí các chân của cổng truyền thơng RS485
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

15
1.2.2.2. Địa chỉ các cổng vào ra:
Địa chỉ ô nhớ S7 - 200 gồm 2 phần: Phần chữa và phần s.
Vớ d:

Q 0.0
Phần chữ

Phần số

M 0.0
Phần chữ

Phần số

1.2.2.3. Phn ch chỉ vị trí và kích thƣớc của ơ nhớ:
M

: Chỉ ơ nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 1 bit

MB : Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 1 byte (8bit)
MW : Chỉ ơ nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 2 byte (16bit)
MD : Chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 4 byte (32bit)
I

: Chỉ ơ nhớ có kích thước là 1 bit trong miền bộ đệm ngõ vào số

IB

: Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte trong miền bộ đệm ngõ vào số

IW : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 2 byte (1từ) trong miền bộ đệm ngõ vào số
ID : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 4 byte (2từ) trong miền bộ đệm ngõ vào số
Q

: Chỉ ơ nhớ có kích thước là 1 bit trong miền bộ đệm ngõ ra số

QB : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 1 byte trong miền bộ đệm ngõ ra số
QW : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 2 byte trong miền bộ đệm ngõ ra số
QD : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 4 byte trong miền bộ đệm ngõ ra số
T

: Chỉ ô nhớ trong miền nhớ của bộ thời gian (Timer)

C

: Chỉ ô nhớ trong miền nhớ của bộ đếm (counter)

PIB : Chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte thuộc vùng Peripheral Input, thường là
địa chỉ cổng vào của các modul tương tự
PIW : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 2 byte thuộc vùng Peripheral Input, thường là
địa chỉ cổng vào của các modul tương tự

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

16
PID : Chỉ ơ nhớ có kích thớc là 4 byte thuộc vùng Peripheral Input, thường là
địa chỉ cổng vào của các modul tương tự
PQB : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 1 byte thuộc vùng Peripheral Output, thường
là địa chỉ cổng ra của các modul tương tự
PQW : Chỉ ơ nhớ có kích thước là 2 byte thuộc vùng Peripheral Output, thường
là địa chỉ cổng ra của các modul tương tự
PQD : Chỉ ơ nhớ có kích thớc là 4 byte thuộc vùng Peripheral Output, thường là
địa chỉ cổng ra của các modul tơng tự
1.2.2.4. Phần số chỉ địa chỉ của byte hoặc bit trong miền nhớ đã xác định.
Nếu ô nhớ đã được xác định thông qua phần chữ là có kích thước 1 bit thì phần
số sẽ là địa chỉ của byte và số thứ tự của bit trong byte đó, được tách với nhau bằng
dấu chấm.
Ví dụ: I 0.0 : Chỉ bit 0 của byte 0
Q 0.0 : Chỉ bit 0 của byte 0
M 0.0 : Chỉ bit 0 của byte 0
Trong trường hợp ô nhớ đã xác định là byte, từ hoặc từ kép thì phần số sẽ là địa
chỉ của byte đầu tiên trong mảng byte của ơ nhớ đó.
Ví dụ: QB 0 chỉ ơ nhớ có kích thước 1 byte ( byte 0) trong bộ đệm ngõ ra số
1.2.2.5. Cấu trúc bộ nhớ của S7 - 200:

Bộ nhớ S7 -200 được chia làm 3 vùng: vùng nhớ chương trình, vùng nhớ dữ
liệu và vùng nhớ thơng số.
+ Vùng nhớ chương trình, vùng nhớ thông số và một phần vùng nhớ dữ liệu
được chứa trong ROM điện EEPROM.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

17

Bộ nhớ trong

C

Ch-ơng trình
Vùng nhớ
thông số
ROM
Vùng nhớ dữ
liệudữ liệu
Vùng nhớ
(Timer, counter..)

EEPROM

Khối mở rộng
CPU 224

Ch-ơng trình

Vùng nhớ
thông số
ROM Vùng
nhớ dữ liệu

Ch-ơng trình
Vùng nhớ
thông số
ROM Vùng
nhớ dữ liệu

Hình 1.7 : Cấu trúc bé nhí cđa S7- 200
* Vùng nhớ chƣơng trình:
Chứa các chỉ thị điều khiển vi xử lý để thực hiện yêu cầu điều khiển chương
trình ứng dụng sau khi soạn thảo và được nạp vào ROM và vẫn tồn tại khi mất điện.
* Vùng nhớ thông số:
Gồm các ô nhớ chứa các thông số cài đặt, mật khẩu, địa chỉ các thiết bị điều
khiển và các thông tin về các vùng trống có thể sử dụng. Nội dung của vùng nhớ này
được chứa trong ROM giống như vùng nhớ chương trình.
* Vùng nhớ dữ liệu:
Là nơi làm việc, vùng này gồm các địa chỉ để lưu dữ các phép tính, lưu trữ tạm
thời các kết quả trung gian và chứa các hàng số sử dụng trong các chỉ dẫn hoặc các
thơng số điều chỉnh khác. Ngồi ra trong vùng này cịn có các phần tử và đối tượng
như: Bộ định thời, bộ đếm, các bộ đếm xung tốc độ cao và các ngõ vào/ra analog.
Vùng nhớ dữ liệu gòm các biến, vùng đệm của các ngõ vào/ra, vùng nhớ trong
và vùng nhớ đặc biệt.
1.2.3. Xử lý chƣơng trình:
1.2.3.1. Vịng qt chƣơng trình:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

18

a
)

b
)
c) và d)
e
)

Hình 1.8: Vòng quét (scan) trong S7-200
CPU S7 – 200 được thiết kế để thực hiện một chuỗi các công việc, lặp đi lặp lại.
Việc thực hiện một cách có chu kỳ gọi là chu kỳ vịng qt.
Trong 1 chu kỳ vòng quét, CPU thực hiện các nhiệm vụ sau :
- Đọc các dữ liệu đầu vào.
- Thực thi chương trình.
- xử lý các u cầu truyền thơng.
- Tự chuẩn đoán lỗi.
- Xuất kết quả đầu ra.
* Đọc dữ liệu đầu vào :
Mỗi chu kỳ quét bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của các đầu vào số và sau đó
tới vùng nhớ đệm đầu vào.
* Thực thi chƣơng trình :

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

19
CPU được dữ liệu từ vùng nhớ đệm, bắt đầu từ câu lệnh đầu tiên cho tới câu
lệnh sau cùng trong mỗi chu kỳ quét, kết quả được lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và
bộ đệm ảo đầu ra.
* Xử lý các u cầu truyền thơng:
Nếu có u cầu trun thơng thì CPU xử lý tất cả các thơng báo được nhận từ
cổng truyền thơng.
* Tự chẩn đốn lỗi:
CPU Kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong ROM, các vùng nhớ và các trạng tháI
làm việc module.
1.2.3.2. Cấu trúc chƣơng trình của S7 -200.
Có thể lập trình cho PLC S7 – bằng một trong các phần mền sau:
- STEP7 – Micro/DOS
- STEP7 – Micro/WIN – V40(E)
Cấu trúc của một PLC bao gồm chương trình chính ( main program) và sau đó
là các chương trình con và các chương trỡnh x lý ngt.

Main Program

Thực hiện trong 1
vòng quét

MEND
SBR0 Ch-ơng trình con
thứ 1
RET

Thực hiện khi đ-ợc

ch-ơng trình chính
gọi

SBRn Ch-ơng trình con
thứ n+1
RET
INT0 Ch-ơng trình xử lý
ngắt n
RETI

Thực hiện khi có
tín hiệu báo ngắt

INTn Ch-ơng trình xử lý ngắt
thứ n+1
RETI

S húa bởi Trung tâm Học liệu

/>

20
1.2.3.3. Phƣơng pháp lập trình:
S7-200 biểu diễn chương trình dưới dạng một mạch logic cứng bằng một dãy
các lệnh và khối chương trình theo thứ tự quy định. Các lệnh và khối này sẽ lần lượt
được quét trong chương trình từ đầu đến cuối trong một vòng quét. PLC sẽ làm việc
ngay tại vịng qt đầu tiên và từ đó thực hiện liên tục chu kỳ quét. Trong mỗi vòng
quét nếu có một lệnh được gọi PLC sẽ nhận lệnh đó và thực hiện, nếu khơng qt kịp
thì tại vịng quét tiếp theo sẽ thực hiện.
Có 3 phương pháp lập trình: + Phương pháp hình thang (LAD)

+ Phương pháp liệt kê lệnh (STL)
+ Phương pháp lập trình theo sơ đồ khối (PBD)
Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD hoặc FBD thì có thể chuyển sang
dạng STL nhưng khơng phải mọi chương trình viết bằng STL đều có thể chuyển sang
hai dạng kia.
Trong chương trình ta chỉ dùng phương pháp lập trình LAD:
LAD là một ngơn ngữ lập trình đồ họa. Những thành phần cơ bản dung trong
LAD tương ứng với thành phần điều khiển Rơle.
- Tiếp điểm: Là biểu tượng các tiếp điểm thường đóng
- Cuộn dây: Là biểu tượng

thường mở

relay. Toán hạng sử dụng là bit.

- Hộp (box) : là mơ tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dịng điện chạy
đền hộp. Những dạng thờng được miêu tả bằng hoop là các bộ thời gian (Timer), bộ
đếm (Counter) và các hàm toán học.
- Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh. Thơng
thường các tín hiệu điện phải đi từ dây nóng qua thiết bị rồi đến dây trung hồ sau đó
về nguồn, tuy nhiên trong phần mềm lập trình chỉ thể hiện dây nóng và bên trái và các
đường nối đến thiết bị từ đó.
1.2.4. Kết nối giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
1.2.4.1. Giới thiệu CPU 222 và cách kết nối với thiết bị ngoại vi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

21
a) Sơ đồ bề mặt của bộ điều khiển lập trỡnh S7 -200 nh hỡnh v

Đèn báo trạng thái
làm việc

Đèn báo trạng thái
cổng vào

Cng kt ni modul
m rng

CPU 222

Cổng truyền
thông

Đèn báo trạng thái
cổng vào

Hỡnh 1.9: S b mt ca PLC S7 – 200
b) Kết nối với máy tính:

COM 2 RS 232

RS 485

Hình 1.10: Sơ đồ kết nối với máy tính
* Ghép nối PLC và máy tính: Sử dụng cáp PC/PPI để chuyển đổi giữa
RS232 và RS485.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

22
c) Kết nối vào/ra với ngoại vi.
Các ngõ vào, ra của PLC cần thiết để điều khiển và giám sát q trình điều
khiển. Các ngõ vào ra có thể phân làm 2 loại cơ bản : Số (Digital) và tương tự
(Analog)
* Nối nguồn cung cấp cho PLC.
Có thể là 1 chiều hay xoay chiều độc lập tuỳ vào các họ và chức năng điều
khiển riêng:
Xoay
Adapter

U: 20...29VAC, f = 47....63Hz
85...246 VAC, f=47....63HZ
Một chiều: 20.4.....28,8 VDC.
* Kết nối cổng vào số với ngoại vi.
Có thể là điện áp 1 chiều hay xoay chiều độc lập tuỳ vào các họ và chức năng
điều khiển riêng:
Xoay chiều: 15...35VAC, f = 47....63Hz
79...135VAC, f=47....63HZ
Một chiều: 15.....30 VDC.
Sơ đồ mạch bên trong của cổng vào như hình vẽ:

+5V
optocoupler

+

DC input

COM

TTL

a,
optocoupler

AC input

b,

TTL

Hình 1.11: Sơ đồ mạch bên trong của cổng vào
a) Mạch điện của 1 cổng vào số sử dụng nguồn cung cấp DC
b) Mạch điện của 1 cổng vào số sử dụng nguồn cung cấp AC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

23
Đối với cổng vào số, khi nối với thiết bị ngoại vi, ngoại trừ trường hợp đặc biệt
thì thơng thường mỗi một cổng vào được kết nối với một bộ tạo tín hiệu nhị phân như:
Nút ấn, cơng tắc, cảm biến tiệm cận… như hình vẽ.

DC 24V
INPUTS

DC 24V

INPUTS

.0

.0

.1

.1

V+
V-

.2

V+

.3

.3
V-

.4

24V

.2

.5

24V

.4
.5

.6

.6

.7

.7

M

M

Hình 1.12: Kết nối cổng vào với ngoại vi là nút nhấn và cảm biến
có cổng ra là rơle, PNP
* Kết nối cổng ra số với ngoại vi.
Có thể là điện áp 1 chiều hay xoay chiều độc lập tuỳ vào các họ và chức năng
điều khiển riêng:
Xoay chiều: 20...264VAC, f = 47....63Hz
Một chiều: 5.....30 VDC đối với cổng ra rơle.
20.4....28.8VDC đối với cổng ra Transistor

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

24

optocoupler

V+

V+

Ngõ ra rơle
AC/DC

TTL
Output
TTL

a)

TTL

b)

AC
Output

optocoupler

c)
Hình 1.13: Mạch điện bên trong của các loại cổng ra khác nhau
a) Cổng ra Transistor
b) Cổng ra Triac

c) Cổng ra rơle
Đối với ngõ vào số, kkhi nối với thiết bị ngoại vi, ngoại trừ trường hợp đặc biệt
thì thơng thường mỗi một đầu vào được kết nối với một bộ tạo tín hiệu nhị phân như:
Nút ấn, cơng tắc, cảm biến tiệm cận… như hình vẽ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

25
RƠLE
OUTPUTS

DC 24V
OUTPUTS

AC
OUTPUTS

.0

.0

.0
.1

M

.2

220V ~

~

.3

M

.2

220V

.3

K1

.4

.1

~

~

H1

.5

.6
24V

L+

.7

M

L

.2

220V ~

~

K1

.4
.5

H1

H1

.6

.6

.7

M

.3

K1

.4

.5

.1

.7

24V

24V

~

L

Hình 1.14: Kết nối ngõ vào với ngoại vi là nút nhấn và cảm biến
có ngõ ra là rơle, PNP
L
N
G

0V
+ 24 V

Relay

Lamp

1 0.0 0.1 0.2 0.3 L 2
LRELAY
L

0.4 0.5 0.6

3
L

N L
AC POWER
SUPPLY

1.
0.7 1. 1.1
0 1

OUTPUTS

CPU 224 AC power supply,
DC input, Relay Output
DC SENSOR
SUPPLY
1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1. M L+
DC 24V

INPUTS

5

+ 24 V

Swicth

Button

0V
Hình 1.15: Cách kết nối ngõ vào/ra của CPU 222 AC/DC/Relay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>