Điều khiển hệ thống nhiệt độ lò nung bằng PLC s7 300

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.1 MB, 128 trang )

Ch-ơng 1: Giới thiệu về lò nung

1
CHƯƠNg1
giới thiệu về lò Nung
1.1-Cấu tạo hệ thống lò nung công nghiệp.
Lò lung công nghiệp là loại lò dùng nhiên liệu khí gas, kích th-ớc và khối l-ợng lớn. Cấu
tạo của lò gồm 3 bộ phận chính :
+ Vỏ lò ( phần cơ khí)
+ Lớp bảo ôn
+ Hệ thống đ-ờng ống dẫn khí và đầu đốt
Kích th-ớc khuôn khổ của lò:
Dài x rộng x cao = a x bx h = 59 x 1,2 x 2 (m)
trong đó:
a- Chiều dài của lò.
b- Chiều rộng của lò.
h- Chiều cao của lò.
Nhiệt độ nung: T
max
=1300
0
C , T
min
= 300
0
C.
Thời gian nung của lò có thể liên tục nhiều giờ mà vẫn đảm bảo độ an toàn lao động cũng
nh- các chỉ số an toàn nói chung của một lò nung.
Phần vỏ lò làm bằng thép (chủ yếu là C45) có kích th-ớc và khối l-ợng lớn nhất bao quanh
toàn bộ lò, do làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất lớn, nên trong lòng của lò đ-ợc

bọc một lớp bảo ôn. Lớp bảo ôn này bao gồm gạch chịu lửa và bông thuỷ tinh, đây là một loại
vật liệu hoá học chịu đ-ợc nhiệt độ cao, khi làm việc ngọn lửa từ các đầu đốt sẽ phun vào lòng
lò lúc đố nhiệt độ trong lòng lò rất cao (trên 1300
0
C). Lớp bảo ôn còn có tác dụng giữ nhiệt độ
của lò luôn ổn định không bị thoát nhiệt ra vỏ lò, chiều dày của lớp bảo ôn là d=300 (mm).
Về cơ bản vỏ lò nung công nghiệp đ-ợc cấu tạo bởi 4 phần chính là:Thân lò(1), buồng điều
hoà (2), ống khói (3), hệ thống đ-ờng ống dẫn khí và nhiên liệu(4).
Trong 4 cụm này thì cụm thân lò có khối l-ợng và kích th-ớc lớn nhất đồng thời đây cũng
là cụm chi tiết quan trọng nhất, vì tất cả các chi tiết khác sẽ đ-ợc lắp lên cụm thân lò.
1.1.1- Cấu tạo cụm thân lò TL-01-00-00.
Thân lò là cụm chi tiết chính dùng để lắp toàn bộ các cụm chi tiết khác nh-: buồng điều
hoà, ống khói, toàn bộ đ-ờng ống dẫn khí và nhiên liệu. Chính vì vậy cụm thân lò sẽ chịu nhiệt
độ cao và tải trọng lớn nhất, trên hình 1.1 sẽ giới thiệu về cụm thân lò.
Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC

13
ch-ơng 2
giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC
2.1. Các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình
2.1.1. Giới thiệu chung về PLC
PLC là bộ điều khiển lập trình đ-ợc.
Trong cạnh tranh công nghiệp thì hiệu quả sản xuất nói chung là chìa khoá của sự
thành công. Hiệu quả của sản xuất bao chùm những lĩnh vực nh-:
- Tốc độ sản xuất của một sản phẩm của thiết bị dây chuyền phải nhanh
- Giá nhân công và vật liệu phải hạ.
- Chất l-ợng sản phẩm phải đáp ứng đ-ợc yêu cầu của ng-ời tiêu dùng và sản phẩm
phế phẩm là ít nhất
- Thời gian chết của máy móc là ít nhât

- Máy móc sản xuất phải có giá rẻ.
Hầu hết các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình đều đáp ứng đ-ợc các yêu cầu trên ngày
càng nâng cao hiệu quả sản xuất.
Bộ điều khiển bằng ch-ơng trình ngày càng đa dạng và phong phú nh- các thiết bị điều
khiển số, các robốt công nghiệp, máy tính, PLC vv
Các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình ngày nay đã hầu hết thay thế cho các phần tử điều
khiển nh-: trục cam, công tắc khống chế hình tang trống, rơle điện từ thay thế vào đó là
các vi mạch có chất l-ợng cao, đáp ứng đ-ợc yêu cầu đặt ra trong các môi tr-ờng khác nhau
và các yêu cầu mà các phần tử khác không có đ-ợc.
2.1.2. Nhiệm vụ đặt ra cho các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình.
* Điều khiển chuyên gia, giám sát.
- Thay thế cho điều khiển bằng rơle
- Thời gian đếm
- Thay thế cho các panel điều khiển bằng mạch in
- Điều khiển tự động, bán tự động, bằng tay các máy và các quá trình
* Điều khiển dãy:
- Các phép toán số học
- Cung cấp thông tin
- Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất )
- Điều khiển PID
- Điều khiển các thiết bị chấp hành

Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC

14
- Điều khiển động cơ b-ớc
* Điều khiển liên tục:
- Điều hành các quá trình, báo đông
- Phát hiện lỗi và xử lí

- Ghép nối với các máy tính thông qua cổng RS232
- Mạng tự động hoá xí nghiệp
- Mạng cục bộ
- Mạng mở rộng
2.1.3. Lợi thế của việc dùng PLC trong tự động hoá
- Thời gian lắp đặt các công trình ngắn hơn so với các thiết bị có linh kiện rời.
- Dễ dàng thay đổi ch-ơng trình ma không gây tổn thất về tài chính.
- Có thể tính đ-ợc chính xác giá thành
- Cần ít thời gian h-ờng dẫn xử dụng
- Dễ dàng thay đổi cấu trúc nhờ phần mềm.
- ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng
- Dễ bảo trì các thiết bị vào ra, giúp xử lí sự cố một cách dễ dàng và nhanh gọn.
- Độ tin cậy cao
- Chuẩn hoá đ-ợc các phần cứng điều khiển
- Thích ứng các môi tr-ờng khắc nhiệt nh- : nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng
ồn mà các phần tử khác không thích nghi đ-ợc.
2.2. Cấu trúc của các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình.
Cấu trúc chung của các bộ điều khiển bằng ch-ơng trình hiện nay đã thay thế hầu hết
các bộ điều khiển ch-ơng trình cũ, việc thay đôi đ-ợc minh hoạ nh- bảng d-ới đây.
Các phần tử đầu vào
Bộ điều khiển
Phần tử chấp hành
Nút ấn
Công tắc hành trình
Bánh xe
Công tắc mức
Rơle
Cuộn dây
Cuộn dây chốt
Đồng hồ

Động cơ
Trục lăn
Bộ sấy
Đèn báo

Bộ điều khiển ch-ơng trình hiện nay:
Các phần tử đầu vào
Bộ điều khiển bằng ch-ơng trình
Phần tử chấp hành
Nút ấn
Công tắc hành trình
Bánh xe
Công tắc mức
PLC
Mạch phần mềm
Giản đồ thang

Động cơ
Trục lăn
Bộ sấy
Đèn báo
Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC

15

Cấu trúc của PLC: PLC gồm có 4 thành phần cơ bản

1. Input area: Các tín hiệu nhận vào từ các thiết bị đầu vào bên ngoài sẽ đ-ợc l-u
trong vùng nhớ này.
2. Output area : Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ đ-ợc l-u tạm trong vùng nhớ này. Các
mạch điện tử trong PLC sẽ xử lí lệnh và đ-a ra tính hiệu điều khiển thiết bị ngoài
3. Bộ xử lí trung tâm CPU : là nơi xử lí mọi hoạt động của PLC, Bao gồm việc thực
hiện ch-ơng trình.
4. Bộ nhớ Memory : Là nơi l-u ch-ơng trình điều khiển và các trạng thái nhớ trung
gian trong quá trình thực hiện.
- Mạch đầu vào (Input Unit)
Là các mạch điện tử phối ghép chuyển giữa tín hiệu đầu vào và tín xử dụng bên
trong PLC. Kết quả của việc xử lí sẽ đ-ợc l-u ở vùng nhớ input area. Mạch đầu vào
đ-ợc cách ly về điện với các mạch bên trong của PLC nhờ các điốt quang. Bởi vậy h-
hỏng mạch đầu vào sẽ không ảnh h-ởng đến hoạt động của CPU.
- Mạch đầu ra ( Output Unit)
Mạch điện tử đầu ra sẽ biến đổi các lệnh mức logic bên trong PLC thành các tín
hiệu điều khiển nh- đóng mở rơle.
Tuỳ theo dung l-ợng và tốc độ xử lí của PLC mà các hãng chế tạo phân ra 3 loại
PLC chính.
PLC loại nhỏ

INPUT
AREA

CPU

OUPUT
AREA
MEMORY
AREA
POWER
SUPLY

INPUT DEVICES
OUTPUT
Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC

16
PLC loại trung bình
PLC loại lớn
+ Các PLC loại nhỏ có dung l-ợng quản lí tối đa là 64 I/O. Cấu trúc thành một
khối gồm 4 phần (xử lí trung tâm, nguồn, đầu ra, đầu vào) nó th-ờng đ-ợc ứng dụng
trong điều khiển một máy sản xuất hoặc dây chuyền sản xuất cỡ nhỏ.
+ Các PLC loại trung bình th-ờng có dung l-ợng quản lí 192 I/O. Nó có cấu
trúc thành từng khối riêng biệt (khối nguồn, khối xử lí trung tâm, khối đầu vào và ra).
PLC loại trung bình đ-ợc xử dụng cho một dây chuyền sản xuất cở nhỏ, hoặc một
công đoạn của một dây chuyền sản xuất cỡ lớn.
+ Các PLC loại lớn có dung l-ợng quản lí tối đa là 1024 I/O. Có nhiều loại
khối vào ra đặc biệt , nó quản lí cho dây chuyền sản xuất lớn có nhiều công đoạn
khác nhau.

* Các vấn đề chính khi xử dụng PLC
1. Đầu vào:
- Số l-ợng đầu vào: thông th-ờng một bộ PLC có số l-ợng đầu vào xác định.
- Các loại đầu vào: đầu vào của PLC là đầu vào tín hiệu một chiều.
2. Đầu ra:
- Số l-ợng đầu ra đ-ợc xác định, nh- đầu ra của PLC hãng Simen (có 8 đầu ra
từ 1000 1007)
3. Bộ nhớ:
- RAM : bộ nhớ có thể ghi vào hoặc đọc
- Memory : bộ nhớ có thể lặp lại bằng ch-ơng trình bằng thiết bị chuẩn CTR
hoặc bằng tay.
4. Ngoại vi:
- Thiết bị lập trình bằng tay.
- Bộ lập trình PROM EPROM
5. Thời gian quét
Thời gian quét là th-ời gian mà quá trình các đầu đọc vào qua xử lí các
ch-ơng trình định tr-ớc, sau đó đ-a ra tín hiệu đầu ra. Thời gian quét thực
hiện liên tục và tuần tự các lệnh điều khiển của ch-ơng trình để đ-a tín hiệu
ra.
Các yếu tố ảnh h-ởng đến thời gian quét : thời gian quét cần thiết cho một lần quét
thay đổi tử 3 30 ms. Thời gian quét cần thiết phụ thuộc vào độ dài của ch-ơng trình điều
khiển.
* Khối đầu vào ra của PLC
Khối đầu vào ra của PLC có nhiều loại khác nhau
Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC

17
1. Khối vào/ ra logic: bao gồm khối vao/ra rơle, tranristor NPN, PNP.
2. Khối vào/ra t-ơng tự : bao gồm các tín hiệu vào/ra điện áp chuẩn 0 10 V, dòng

điện chuẩn từ 4 20 mA.
3. Các khối vào/ra đặc biệt: Có rất nhiều loại vào/ra đặc biệt nh- :
- Khố vào/ra điều khiển nhiệt độ.
- Khối vào/ra cho sensor với các bộ khuếch đại
- Khối vào ra xung
4. Các lệnh cơ bản trong lập trình PLC
* Các phím lệnh:
FUN : Các lệnh ứng dụng đặc biệt gọi là lện chức năng, có thể đ-a đ-ợc
vào khi đóng điện .
LD : Nhập các điểm vào ch-ơng trình và cho ta ý nghĩa của điểm phân
nhánh.
OR : Cho phép các điểm đ-ợc nối vào mạch để hình thành nối song
song.
AND : Cho phép các điểm đ-ợc ghép nối với nhau để hình thành mạch
nối tiếp
OUT : Các lệnh ra
TIM : Bộ nhớ thời gian - đó là các bộ trễ thời gian.
HR : Thiết lập rơle l-u trữ
TR : Thiết lập các rơle tạm thời
SET : Chỉ thị vận hành của bộ ghi dịch
SHIFT: Dùng cho các chức năng thay đổi bàn phím
END : Dùng để kết thúc một ch-ơng trình
* Các lệnh phần mềm.
Trong đồ án này chỉ giới thiệu các lệnh cơ bản ứng dụng trong phần mềm điều khiển
PLC cho mô hình.
+ Bộ định thời gian: TIM
Lệnh TIM dùng để đặt thời gian giống nh- mạch rơle thời gian. Thời gian đặt đ-ợc từ
0000 999,9 s
Đồ thị thời gian
Vào

Ra th-ờng mở Tđặt

Ch-ơng 2: Giới thiệu bộ điều khiển lập trình PLC

18
Ra th-ờng đóng
Hình 6.1. Giản đồ ON/OFF của bộ định thời gian TIM
+ Rơle chốt KEEP (11):
Lệnh keep dùng làm chốt, nó duy trì trạng thái on/off của một bit cho đến khi một
trong 2 đầu vào của nó tác động đặt hoặc hồi phục nó. Nếu chức năng keep đ-ợc dùng với
rơ le HR thì trạng thái của đầu ra chốt vẫn đ-ợc giữ lại ngay cả khi mất nguồn.
+ DIFU (13) và DIFD (14) :
DIFU và DIFD kích thích đầu ra lên on sau mỗi lần quét.
DIFU cho đầu ra của nó lên on khi nó phát hiện ra sự chuyển từ off sang on ở đầu vào
tín hiệu của nó.
DIFD cho đầu ra của nó lên on khi nó phát hiện ra sự chuyển từ on sang off ở đầu vào
tín hiệu của nó
INPUT

DIFU

DIFD
Hình 6.2. Giản đồ on/off của lệnh DIFU và DUFD

Ch-¬ng 2: Giíi thiÖu bé ®iÒu khiÓn lËp tr×nh PLC

19

Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300

19
ch-ơng 3
Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền
PLC S7 300
3. Giới thiệu về PLC S7 300
3.1. Các module của PLC S7 300
Là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm,
cổng truyền thông(RS485) và có thể còn có 1 vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có

trên module CPU đ-ợc gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng đ-ợc
đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó nh- module CPU312, module CPU314, module
CPU315 Ngoài ra còn có module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền
thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ ghép nối mạng phân tán. Kèm theo các cổng
truyền thông thứ 2 này là những phần mềm tiện dụng đ-ợc càI sẵn trong hệ điều hành. Ví dụ
nh- module CPU 315-DP,CPU3xx IFM.
Cấu trúc module của CPU:

Cấu trúc của PLC: PLC gồm có 4 thành phần cơ bản

CPU
Bộ
đệm
vào/ra
Bộ nhớ ch-ơng trình

Khối vi xử
lý trung
tâm & Hệ
điều hành
Timer
Counte
r
Bít cờ
Cổng vào ra
onboard
Cổng ngắt
và đếm tốc
độ cao

Bus của
PLC
Quản lý
ghép nối
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300

20
*Bộ nhớ của S7-300 đ-ợc chia làm 3 vùng chính:
- Vùng chứa ch-ơng trình ứng dụng.
Vùng nhớ ch-ơng trình đ-ợc chia làm 3 miền:
+/OB(Organisation block): Miền chứa ch-ơng trình tổ chức
+/FC(Function): Miền chứa ch-ơng trình con đ-ợc tổ chức thành hàm có biến hình
thức để trao đổi dữ liệu với ch-ơng trình đã gọi nó.
+/FB(Function block): Miền chứa ch-ơng trình con,đ-ợc tổ chức thành hàm và có khả
năng trao đổi dữ liệu với bất cứ 1 khối ch-ơng trình nào khác. Các dữ liệu này phải đ-ợc xây

dung thành 1 khối dữ liệu riêng(gọi là DB_Data block).
Vùng chứa tham số của hệ điều hành và ch-ơng trình ứng dụng.
đ-ợc chia thành 7 miền khác nhau:
+/I: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.Tr-ớc khi bắt đầu thực hiện ch-ơng
trình,PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất chúng trong vùng nhớ
I.Thông th-ờng ch-ơng trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số
mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.
+/Q: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.Kết thúc giai đoạn thực hiện ch-ơng
trình.PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới cổng ra số.Thông th-ờng ch-ơng trinh
không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.
+/M: Miền các biến cờ.Ch-ơng trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để l-u giữ các
tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit(M),byte(MB),từ(MW),từ kép (MD)
+/T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc l-u giữ giá trị thời gian đặt
tr-ớc(PV),giá trị đếm thời gian tức thời(CV) cũng nh- giá trị logic đầu ra của bộ thời gian
+/ C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc l-u giữ giá trị đặt tr-ớc
(PV),giá trị đếm tức thời (CV) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm
+/PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module t-ơng tự(I/O).Các giá trị t-ơng tự tại cổng
vào của module t-ơng tự sẽ đ-ợc module đọc và chuyển tự dộng theo những địa chỉ.Ch-ơng
trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte(PIB),từng từ(PIW),từ kép(PID)
+/PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module t-ơng tự.Các giá trị theo những địa chỉ này
sẽ đ-ợc các module t-ơng tự chuyển tới các cổng ra t-ơng tự.Ch-ơng trình ứng dụng có thể
truy nhập miền nhớ PQ theo từng byte(PQB),từ(PQW),từ kép(PQD).
Vùng chứa các khối dữ liệu,đ-ợc chia làm 2 loại:
+DB(Data block): Miền chứa dữ liệu đ-ợc tổ chức thành khối,các khối đ-ợc đánh từ
DB0- DB255.Kích th-ớc cũng nh- số l-ợng khối do ng-ời sử dụng quy định,phù hợp với
từng bàI toán điều khiển.Ch-ơng trình có thể truy nhập miền này theo từng
bit(DBX),byte(DBB),từ(DBW),từ kép(DBD)
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300

21
+L (Local data block): miền dữ liệu địa ph-ơng,đ-ợc các khối ch-ơng trình OB,FC,FB
tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với
những khối ch-ơng trình đã gọi nó.Nội dung của 1 số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá
khi kết thúc ch-ơng trình t-ơng ứng trong OB,FC.FB.Miền này có thể đ-ợc truy nhập từ
ch-ơng trình theo bit(L),byte(LB),từ(LW),từ kép(LD)
Các thanh ghi trong CPU:
gồm có các thanh ghi tổng(Accumulator:ACCU1,ACCU2),thanh ghi địa chỉ (Address
register:AR1,AR2)và thanh ghi trạng tháI (Status word :STW)
Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các Module mở rộng
PLC có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thông qua bus nội
bộ.Ngay tại đầu vòng quét các dữ liệu tại cổng vào của các module số(DI) đã đ-ợc CPU
chuyển tới bộ đệm vào số.Cuối mỗi vòng quét nội dung của bộ đệm ra số lại đ-ợc CPU
chuyển tới cổng ra của các module ra (DO).Việc thay đổi nội dung 2 bộ đệm này đ-ợc thực
hiện bởi ch-ơng trình ứng dụng.
Trong ch-ơng trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc giá trị cổng vào số thì cho dù giá trị
logic thực có của cổng vào có thể đã bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét,ch-ơng
trình vẫn luôn đọc đ-ợc 1 giá trị tới I và giá trị đó chính là giá trị cổng vào có tại thời điểm
đầu vòng quét,nếu ch-ơng trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho 1 cổng ra số thì nó
chỉ thay đổi nội dung bit nhớ t-ơng ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở lần thay đổi cuối cùng
mới thực sự đ-ợc đ-a tới cổng ra vật lý của module DO.
Khác hẳn với việc đọc/ghi vào cổng số ,việc truy nhập cổng vào ra t-ơng rự lại đ-ợc
module thực hiện trực tiếp với module mở rộng(AI/AO).Nh- vậy mỗi lệnh đọc giá trị từ địa
chỉ thuộc vùng PI sẽ thu đ-ợc 1 giá trị đúng bằng giá trị thực có ở cổng ở thời điểm thực
hiện lệnh.T-ơng tự khi thực hiện lệnh gửi 1 giá trị(số nguyên 16bits) tới địa chỉ của vùng PQ
giá trị đó sẽ đ-ợc gửi ngay đến cổng ra t-ơng tự của module.Chỉ có các module vào ra số
mới có bộ đệm còn các module t-ơng tự thì không,chúng chỉ đ-ợc cung cấp địa chỉ để truy
nhập(PI,PQ).
Miền địa chỉ PI,PQ đ-ợc cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào ra t-ơng tự có thể có
của 1 trạm.Thực chất các cổng vào t-ơng tự chỉ có từ địa chỉ PIB256 đến PIB 767 nh-ng

miền địa chỉ của PI và PQ lại từ 0 đến 65535.Điều này tạo khả năng kết nối vào ra số với
những địa chỉ dôi ra trong PI/PQ giúp ch-ơng trình ứng dụng có thể truy nhập trực tiếp với
các module DI/DO để mở rộng đ-ợc giá trị tức thời tại cổng mà không cần thông qua bộ
đệm I và Q.
*Hoạt động của PLC S7-300
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300

22
PLC thực hiện ch-ơng trình theo chu trình lặp.Mỗi vòng lặp đ-ợc gọi là vòng
quét(scan).Mỗi vòng quét đ-ợc bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới
vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện ch-ơng trình.Trong mỗi vòng quét ch-ơng
trình đ-ợc thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.Sau giai đoạn thực hiện
ch-ơng trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số.Vòng
quét đ-ợc kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi.

Chu trình vòng quét
Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào ra t-ơng tự nên các lệnh truy nhập cổng
t-ơng tự đ-ợc thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện đ-ợc 1 vòng quét gọi là thời gian vòng quét(Scan
time).Thời gian vòng quét không cố định,tức là không phải vòng quét nào cũng đ-ợc thực
hiện trong 1 khoảng thời gian nh- nhau.Có vòng quét đ-ợc thực hiện lâu,có vòng quét đ-ợc
thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong ch-ơng trình đ-ợc thực hiện,vào khối l-ợng dữ
liệu đ-ợc truyền thông trong vòng quét đó.
Nh- vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối t-ợng để xử lý,tính toán và việc gửi tín hiệu điều

khiển tới đối t-ợng có 1 khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét.Nói cách
khác,thời gian vòng quét quyết định thời gian thực của tr-ơng trình điều khiển trong
PLC.Thời gian vòng quét càng ngắn tính thời gian thực của tr-ơng trình càng cao.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào ,ra thông th-ờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng
vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc truyền thông gi-a
bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý.ở 1 số
module CPU khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức,hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác,ngay
cả ch-ơng trình xử lý ngắt,để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
- Module nguồn_Module PS(Power supply):
Module nguồn nuôi.Có loại 2A,5A và 10A

Vòng
quét
Stop
Start
Chuyển dữ liệu từ Q
tới cổng ra
Chuyển dữ liệu
từ cổng vào tới I
Truyền thông và
kiểm tra lỗi
Thực hiện ch-ơng
trình
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300

23
-Thẻ nhớ(Memory card):
Mục đích dùng memory card: Với memory card ta có thể mở rộng vùng

nhớ cho CPU của bạn. Bạn có thể ghi ch-ơng trình ứng dụng và các
tham số cài đặt t-ơng ứng cho CPU và các môđun trên memory card. Ta
cũng có thể l-u giữ hệ điều hành CPU cuả bạn tới một memory card.
Nếu bạn ghi một ch-ơng trình ứng dụng trên memory card, nó sẽ còn
lại trong CPU khi tắt nguồn thậm chí với cả tr-ờng hơp không có pin l-u
giữ.
- Module tín hiệu _Module SM(Signal module):
Module mở rộng cổng tín hiệu vào ra,bao gồm:
-DI(Digital input):Module mở rộng các cổng vào số.Số các cổng vào số có thể là 8,16,32 tuỳ
thuộc vào từng loại module
-DO(Digital output):Module mở rộng các cổng ra số.Số các cổng ra số có thể là 8,16,32 tuỳ
thuộc vào từng loại module
-DI/DO:Module mở rộng các cổng vào/ra số.Số các cổng vào/ra số có thể là
8vào/8ra,16vào/16ra tuỳ thuộc vào từng loại module
-AI(Analog input):Module mở rộng các cổng vào t-ơng tự.Số cổng vào t-ơng tự có thể là
2,4,8 tuỳ thuộc vào từng loại module
-AO(Analog output):Module mở rộng các cổng ra t-ơng tự.Số cổng ra t-ơng tự có thể là
2,4,8 tuỳ thuộc vào từng loại module
-AI/AO:Module mở rộng các cổng vào/ra t-ơng tự.Số cổng vào/ra t-ơng tự có thể là 4vào/2
ra,4vào/4ra tuỳ thuộc vào từng loại module.
- Module chức năng_Module FM(Function module):
Module có chức năng điều khiển riêng,ví dụ nh- module điều khiển động cơ b-ớc,module
điều khiển động cơ servo,module PID,module điều khiển vòng kín
- Module ghép nối truyền thông nội_Module IM(Interface module):
Module ghép nối.Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các
module mở rộng lại với nhau thành 1 khôi và đ-ợc quản lý chung bởi 1 module CPU.Thông
th-ờng các module mở rộng đ-ợc gá liền với nhau trên 1 thanh đỡ gọi là rack.Trên mỗi 1
rack chỉ có thể gá đ-ợc nhiều nhất 8 module mở rộng.Một module CPU S7-300 có thể làm
việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này phải đ-ợc nối với nhau bằng module
IM.

- Module truyền thông _Module CP(Communication module):
Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300

24
Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với
máy tính
3.2.Cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung
- CPU đảm bảo quản lý đ-ợc toàn bộ các cảm biến và thiết bị chấp hành của quá trình
công nghệ
- CPU đảm bảo thực hiện toàn bộ các luật điều khiển của quá trình
- Các cảm biến và thiết bị chấp hành phân bố tập trung về mặt địa lý(Khoảng cách từ
chúng tới CPU < 100m)
- CPU đảm bảo tính thời gian thực
Slot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Rack 0

Rack 1

Rack 2

Rack 3

PS

CPU
IM
DI
DO
AI
AO
CP
DO

IM
DI/DO
AI/AO
CP
FM

IM
DI
DO
CP
FM
DI/DO
AI/AO

IM
DI
DO
CP
FM
DI/DO
AI/AO

Ch-ơng 3: Thiết kế hệ điều khiển cho lò nung trên nền PLC S7- 300

25
3.2.1. Hệ thống điều khiển tập trung và địa chỉ các cổng vào ra t-ơng tự
Địa chỉ đ-ợc đánh theo các khe,mỗi khe gồm 4 byte địa chỉ,tăng từ thấp đến cao.Với
S7-300 từ rack 3.Rack 0 địa chỉ bắt đầu từ khe 4 trở đi,còn rack 1 thì địa chỉ từ khe thứ 2

3.2.2. Hệ thống điều khiển tập trung và địa chỉ các cổng vào ra số

IM
nhận
IM
nhận
IM
nhận
IM
gửi
CPU
nguồn
64
0-
65
5

65
6-
67
1
67
2-
68

7
68
8-
70
3
70
4-
71
9
72
0-
73
5
73
6-
75
1
75
2-
76
7
51
2-
52
7
52
8-
54
3
54

4-
55
9
56
0-
57
5
57
6-
59
1
59
2-
60
7
60
8-
62
3
62
4-
63
9
38
4-
39
9
40
0-
41

5
41
6-
43
1
43
2-
44
7
44
8-
46
3
46
4-
47
9
48
0-
49
5
49
6-
51
1
25
6-
27
1
27

2-
28
7
28
8-
30
3
30
4-
31
9
32
0-
33
5
33
6-
35
1
35
2-
36
7
36
8-
38
3
Rack0
Rack1
Rack2

Rack3
IM
nhận
IM
nhận
IM
gửi
CPU
nguồn
64.0
-
67.7
68.0
-
71.7
72.0
-
75.7
76.0
-
79.7
80.0
-
83.7
84.0
-
87.7
88.0
-
91.7

92.0
-
95.7
32.0
-
35.7
36.0
-
39.7
40.0
-
43.7
44.0
-
47.7
48.0
-
51.7
52.0
-
55.7
56.0
-
69.7
60.0
-
63.7
0.0
-
3.7

4.0
-
7.7
8.0-
11.7
12.0
-
15.7
16.0
-
19.7
20.0
-
23.7
24.0
-
27.7
28.0
-
31.7
IM
nhận
96.0
-
99.7
100.0
-
103.7
104.0
-

107.7
108.0
-
111.7
112.0
-
115.7
116.0
-
119.7
120.0
-
123.7
124.0
-
127.7
Rack0
Rack1
Rack2
Rack3
Ch-¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho lß nung trªn nÒn PLC S7- 300

26
3.3. CÊu tróc ®iÒu khiÓn ph©n t¸n
3.3.1.HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n vµo ra

Communication Cable

3.3.2. HÖ th«ng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n c¸c tr¹m ®iÒu khiÓn

Communication Cable

3.3.3. HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n kÕt hîp

Communication Cable

CPU
RTU1
TBCB/
TBCH

RTU2
TBCB/
TBCH
RTU3
TBCB/
TBCH
CPU1
CPU2
CPU3
CPU4
RTU1
1
CPU1
RTU10
CPU2
RTU1
RTU2
CPU3
CPU4
RTU4
1
RTU4
2
Ch-¬ng 3: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn cho lß nung trªn nÒn PLC S7- 300

27