TRÌNH BÀY VỀ CÁC MODUL S7-300

GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Đề bài:
Trình bày về module analog trong PLC S7 200.
Vẽ sơ đồ kết nối phần cứng và viết chương trình điều khiển nhiệt khuôn gia nhiệt ổn
định nhiệt độ từ 115 đến 120 độ
1
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Phần I: LÝ THUYẾT
I: TÍN HIỆU ANALOG
1.1 Tín hiệu analog và bộ A/D
Khác với tín hiệu số, ngõ vào và ngõ ra chỉ có hai trạng thái là ON hoặc OFF (mức 1
hoặc 0), tín hiệu analog có biên độ liên tục theo thời gian.
Hình 1.1: Sự khác biệt giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự
Phần lớn những hiện tượng xảy ra trong thực tế đều ở dạng analog. Các cảm biến ngõ
có tín hiệu ra dạng analog như: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất, cảm biến dòng
chảy, cảm biến mức… Những cơ cấu chấp hành có tín hiệu điều khiển dạng analog:
Vale tuyến tính, biến tần
1.2 Thời gian lấy mẫu, tần số lấy mẫu.
Đối với ngõ vào của PLC hay máy tính, tín hiệu analog không được đọc liên tục mà
sẽ được lấy mẫu vào những khoảng thời gian nhất định. Sau đó tín hiệu analog được
chuyển đổi sang tín hiệu số nhờ bộ A/D. Trong một khoảng thời gian nhất định, nếu
số mẫu lấy càng nhiều thì độ chính xác càng tăng. Tuy nhiên mỗi bộ A/D chỉ có thể
thu thập được một số mẫu nhất định trong một giây. Đối với PLC thì tần số lấy mẫu
có thể đạt 20hZ.
2
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Hình 1.2: Cách lấy mẫu tín hiệu tương tự
1.3 Các thông số của bộ A/D.
Một bộ A/D được đánh giá dựa vào các thông số như: Số bit chuyển đổi, thời gian lấy
mẫu, tốc độ chuyển đổi, sai số chuyển đổi, tầm điện áp hoặc dòng điện mà bộ A/D có
thể chuyển đổi. Các thông số này thường được cho bởi nhà sản xuất. Hình 8.3thể hiện

các thông số của bộ A/D.
3
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Hình 1.3: Các thông số cần quan tâm của bộ A/D
4
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Hình 1.4: Quan hệ giữa các thông số trong bộ A/D
Ghi chú:
Công thức 1: Quan hện giữa số lượng bit và độ phân giải của timer Công thức 2: Sai
số lượng tử. Công thức 3: Quan hệ giữa giá trị số nguyên của bộ A/D với Vin, Vmin,
Vmax, Vmin, R. Công thức 4: Quan hệ giữa điện áp đưa vào với N , Vmax, Vmin, R.
1.4 A/D trong PLC S7 200.
Đối với PLC thì bộ chuyển đổi A/D thường sử dụng 8 bit, 12 bit, 16 bit. Tùy theo yêu
cầu kỹ thuật, độ chính xác, tính kinh tế mà người lập trình chọn bộ A/D nào cho phù
hợp.
1.4.1 Cấu trúc dữ liệu của bộ A/D trong PLC S7 200.
Module analog trong S7 200 thường sử dụng loại 12 bit. Tín hiệu vào của module
analog ở dạng điện áp hoặc dòng điện, điện áp có thể dương hoặc âm, dữ liệu chuyển
đổi có thể ở dạng đơn cực hoặc lưỡng cực. Tùy thuộc vào dạng Trang 104
chuyển đổi mà cách sắp xếp các bit dữ liệu cũng có sự khác nhau. Hình …. Trình bày
cách sắp xếp các bit dữ liệu dạng đơn cực và lưỡng cực.
5
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Hình 1.5: Cách định dạng các bit dữ liệu trong module analog của S7 200
II: MỘT SỐ MODULE ANALOG THÔNG DỤNG CỦA S7-200
Các modunle analog của họ S7-200 có rất nhiều loại Module nhưng vẫn hoạt
động trên nguyên tắc.
Module ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, cặp nhiệt
Module ngõ vào analog: Áp, dòng
2.1 Module analog EM231

Các thông số kỹ thuật
Cách kết nối ngõ vào
6
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Switch chọn giá trị ngõ vào và độ phân giải.
7
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Lưa ý: Dòng điện ngõ vào: 0 đến 20mA. Độ phân giải: 5uA hay từ 1,25mV đến
2,5mV. Giá trị số ngõ vào: -32000 đến 32000(lưỡng cực) hay từ 0 đến 32000(đơn
cực).
Mạch ngõ vào của Module EM231.
2.2 Module analog EM235
Các thông số kỹ thuật.
8
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Cách kết nối ngõ vào, ngõ ra.
9
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Switch chọn giá trị ngõ vào và độ phân giải.
Lưa ý: Độ phân giải: 5uA hay từ 12,5uV đến 5mV. Giá trị số ngõ vào: -32000 đến
32000 hay từ 0 đến 32000. Mạch ngõ vào của Module EM235.
10
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
2.3 Module analog EM232
Các thông số kỹ thuật.
Một vài thông số chi tiết.
11
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Cách kết nối ngõ ra.
2.4 Hiệu chỉnh giá trị analog.

Module analog thường có nhiều tầm đo khác nhau, tín hiệu ngõ vào có thể là dòng
điện hoặc điện áp. Việc chuyển đổi từ tầm đo này sang tầm đo khác thì kết quả
chuyển đổi thường có những sai số nhất định do cấu trúc của mạch chuyển đổi. Do
12
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
vậy thông thường khi sử dụng module analog, người lập trình cần phải hiệu chỉnh
trước khi sử dụng để kết quả chuyển đổi được chính xác hơn. Viêc hiệu chỉnh có thể
dùng 2 cách. Đó là dùng phần cứng hay phần mềm.
Dùng phần cứng. có thể dùng các mạch dịch mức để sao cho tín hiệu thấp nhất của
ngõ vào ứng với giá trị 0 của ngõ vào chuyển đổi AIW0.
Dùng phần mềm. Dưới đây trình bày việc hiệu chỉnh cho ngõ vào là điện áp, tầm đo
10V, ngõ vào chuyển đổi là AIW0.
- Cấp điện cho module analog hoạt động khoảng 10 phút.
- Chọn điện áp vào là 10V ( độ phân giải 2,5mV)
- Chỉnh biến trở tại ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 0V.
- Dùng chương trình đọc giá trị analog vào và quan sát giá trị. Nếu chưa bằng không
thì hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 0.
- Chỉnh biến trở tại ngõ vào AIW0 để ngõ vào đạt giá trị 10V.
- Dùng chương trình đọc giá trị analog vào và quan sát giá trị. Nếu chưa bằng 32000
thì hiệu chỉnh độ lợi (Gain) để đạt giá trị = 32000.
13
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Phần 2: THỰC HÀNH
I: THIẾT KẾ VÀ CHỌN LINH KIỆN CHO THI CÔNG MÔ HÌNH
1.1 Chọn phần tử điều khiển (chọn loại PLC)
Đặc tính kỹ thuật của PLC S7-200
• Hệ thống điều khiển kiểu Module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp
• Có nhiều loại CPU
• Có nhiều Module mở rộng
• Có thể mở rộng đến 7 Module

• Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau
• Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus
• Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module
• Không qui định rãnh cắm
• Phần mềm điều khiển riêng
• Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module
• “Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp
Trên thực tế nhà sản xuất SIMEN đã đưa ra rất nhiều loại PLC trong họ S7-200
với bộ xử lý trung tâm khác nhau. Dưới đây là một PLC điển hình của dòng S7-
200 với CPU-214
Hình dáng của PLC S7-200 có sử dụng CPU-214
Trên 1 module đã đc tích hợp CPU, I/O ngồn cung cấp và một số Module. Có nhiều
loại CPU: CPU212, CPU215, CPU216… Hình dáng CPU 214 thông dụng được mô
tả như ở hình trên 2.1
Trong bài mô phỏng chọn loại PLC có CPU224
14
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ
1.2.1 Khái niệm chung về đo nhiệt độ
Trong nghiên cứu khoa học, trong sản xuất cũng như trong đời sống sinh
hoạt hằng ngày luôn luôn cần xác định nhiệt độ của môi trường hay của một
vật nào đó. Vì vậy việc đo nhiệt độ đã trở thành một việc làm vô cùng cần
thiết. Đo nhiệt độ là một trong những phương thức đo lường không điện. Nhiệt
độ cần đo có thể rất thấp (một vài độ Kelvin), cũng có thể rất cao (vài ngàn, vài
chục ngàn độ Kelvin). Độ chính xác của nhiệt độ có khi cần tới một vài phần
ngàn độ, nhưng có khi vài chục độ cũng có thể chấp nhận được. Việc đo nhiệt
độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt như cặp nhiệt điện, nhiệt
điện trở, Diode và Transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh . Tùy
theo khoảng nhiệt độ cần đo và sai số cho phép mà người ta lựa chọn các loại
cảm biến và phương pháp đo cho phù hợp :

Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện
là từ 200°C→1000°C. Độ chính xác có thể đạt tới ±l% → ±0.1%.
Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng cặp nhiệt điện (cặp
nhiệt ngẫu) là từ -270°C bến 2500°C. Với độ chính xác có thể đạt tới ±l%→±0
1%.
Khoảng nhiệt độ đo bằng phương pháp tiếp xúc và dùng các cảm biến tiếp giáp
P-N (Diode, Transistor, IC) là từ -200°C bến 200°C, với sai số ±0.1%.
Các phương pháp đo không tiếp xúc như bức xạ,quang phổ . có khoảng đo từ
1000°C đến vài chục ngàn °C với sai số ±l% → ±10%.
Thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celcius(°C), thang đo Kelvin (°K), thang đo
Fahrenheit (°F), thang đo Rankin (°R).
T(°C)=T(°K)-273.15
T(°F)=T(°R)-459.67
T(°C)=[T(°F)-32]×5/9
Cảm biến nhiệt độ:
Cảm biến nhiệt độ là cảm biến có khả năng nhận biết được tín hiệu nhiệt độ
một cách chính xác và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp, dòng điện, điện trở .
Các thông số của cảm biến nhiệt độ:
Thông số cấu tạo: phụ thuộc vào từng loại cảm biến, cũng như cách chế tạo và
phương thức chuyển đổi của loại cảm biến đó.
Thông số sử dụng bao gồm các thông số sau:
Khoảng làm việc: là khoảng nhiệt độ mà cảm biến có khả năng hoạt động khi
chưa bị vượt qua giá trị giới hạn. Khoảng làm việc cao hay thấp tùy theo tín
chất cấu tạo và tính chất lý hoá của từng loại cảm biến qui định.
Độ nhạy: S=dF/dx Với:
15
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
dF: Sự thay đổi đại lượng của cảm biến dx: Sự thay đổi đại lượng vật lý
Ngưỡng độ nhạy: là mức thấp nhất mà cảm biến có thể phát hiện được
Tính trễ : còn gọi là quán tính của cảm biến và là nguyên nhân gây ra sai số

của phép đo. Tốc độ thay đổi của đại lượng đo phải phù hợp với tính trễ của
cảm biến. Nếu đại lượng đo thay đổi quá nhanh mà quán tính của cảm biến lớn
thì không thể đo chính xác được. Mọi cảm biến đều có tính trễ do ảnh hưởng
của vô bảo vệ.
Có các phương pháp đo nhiệt độ khác nhau ứng với các thiết bị đo khác nhau
như:
a. Nhiệt điện trở:
Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ của hơi nước, khí than trong
các đường ống, các lò phản ứng hóa học, các nồi hơi, lò nhiệt, không khí
trong phòng
b. Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện (Thermocouple):
Cấu tạo gồm hai dây kim loại khác nhau được hàn với nhau ở một đầu
gọi là đầu nối nóng hay nối đo, hai đầu dây còn lại là đầu nối lạnh hay
đầu nối chuẩn.
c. Cảm biến nhiệt độ bằng vi mạch:
Cảm biến nhiệt độ vi mạch chế tạo từ chất bán dẫn có nhiệt độ tỉ lệ độ C,
F hay K tùy loại. Tầm đo nhiệt độ giới hạn từ -55°C đến 150°C, ở độ
chính xác từ 1°C đến 2°C tùy loại.
d. Cảm biến nhiệt bằng bán dẫn. dùng các khối bán dẫn để làm cảm biến
khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp chênh lệch giữa các khối bán dẫn sẽ
khác nhau dẫn đến việc ta có thể đo được nhiệt độ chuẩn dựa vào 1 nhiệt
độ làm mẫu
Và còn rất nhiếu các loại cảm biến khác trên thị trường
1.2.2 Chọn cảm biến nhiệt
Chọn cảm biến nhiệt LM35 với các thông số kỹ thuật
* LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ : 10mV/1(0C)
* Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25(0C) nó có sai
số không quá1%. Với tầm đo từ 0(0C) đến 128(0C) , tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên
tục với những thay đổi của tínhiệu nhõ vào.
* Thông số kỹ thuật:

- Tiêu tán công suất thấp .
- Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA.
- Dòng ngược 15mA.
16
Cảm biến
Nhiệt độ
Module
analog
PLC Cơ cấu chấp hành
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
- Dòng thuận 10mA.
- Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 25(0C) với dòng làm việc 1mA thì điện áp
ngõ ra từ 2,94V đến3,04V.
* Đặc tính điện:
- Theo thông số của nhà sản xuất LM35, quan hệ giữa điện áp và ngõ ra như sau:Vout
=0.01*T(0K)=2,73+0,01*T(0C).
- Độ nhạy của cảm biến LM35 là 10mv
- Tầm đo của cảm biến từ -55(0C) đến 150 (0C)
-Tại mức nhiệt độ 1 (0C) thì điện áp ngõ ra là 10mV
1.3 Sơ đồ khối của mô hình
17
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
II: KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH
2.1 Mô hình kết nối giữa LM35 và Module analog EM231
18
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
2.2 Sơ đồ kết nối giữa LM35 và hệ thống điều khiển PLC
19
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
Giới thiệu chức năng các linh kiện

Khối điều khiển PLC
Cảm biến nhiệt độ LM35
Nút nhấn cho phép hoạt động Star
Nút nhấn tắt hoạt động Stop
Đèn Đ sáng nhấp nháy khi khuôn gia nhiệt đc cấp ngồn điện
Contactor K điều khiển việc cấp điện kho khuôn gia nhiệt
2.3 Chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt
viết chương trình điều khiển nhiệt khuôn gia nhiệt ổn định nhiệt độ từ 115 đến 120 độ
như ta đã nói ở trên. LM35 có tầm đo từ -55(0C) đến 150(0C) và dải đo tuyến tính từ
0(0C) đến 128(0C) là tuyến tính. Nhiệt độ của khuôn gia nhiệt từ 115(0C) đến
120(0C) là hoàn toàn nằm trong vùng tuyến tính của đặc tuyến LM35. Độ nhạy cảu
cảm biến là 10mV vì thế
Điện áp ngõ ra của LM35 tại: 0(0C) là 0mV
115(0C) là 1150mV
120(0C) là 1200mV
Chọn module analog có EM231 và chọn tầm đo từ 0 đến 5V
Tại 5V ứng với 32000 trong vùng nhớ AIW0
Tại 1,150 ứng với 7360 trong vùng nhớ AIW0
Tại 1.2 ứng với 7680 trong vùng nhớ AIW0
20
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt
21
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
KẾT LUẬN
Trên đây là tìm hiểu của em về chuyên đề các module analog của plc S7-200
Cũng như cách thức thực hiện một ứng dụng nhỏ của chúng vào thực tế.
Trong quá trình tìm hiểu và làm bài ko thể tránh khỏi thiếu xót. Mong thầy cô và các
bạn đưa ra lời nhận xét để em có được cái nhìn hoàn chỉnh hơn về chuyên đề này.
Một lần nữa em xin cảm ơn cô Nguyễn Trần Minh Nguyệt và các bạn đã giúp

em hoàn thành chuyên đề này.
Em xin chân thành cảm ơn
22
GVHD: Th.S Nguyến Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Văn Tuyến
MỤC LỤC
trang
Phần I: LÝ THUYẾT
I: TÍN HIỆU ANALOG ……………………………………………… 2
1.1 Tín hiệu analog và bộ A/D ………………………………………… 2
1.2 Thời gian lấy mẫu, tần số lấy mẫu………………………………… 2
1.3 Các thông số của bộ A/C……………………………………………. 3
1.4 A/D trong PLC S7-200……………………………………………….5
II: MỘT SỐ MODULE ANALOG THÔNG DỤNG CỦA S7-200… 6
2.1 Module analog EM231 ………………………………………………6
2.2 Module analog EM235……………………………………………….8
2.3 Module analog EM232………………………………………………11
2.4 Hiệu chỉnh giá trị analog………………………………………… 14
Phần II: THỰC HÀNH
I:THIẾT KẾ VÀ CHỌN LINH KIỆN……………………………… 14
1.1 chọn phần tử điều khiển…………………………………………… 14
1.2 các phương pháp đo nhiệt độ……………………………………… 15
1.3 Sơ đồ khối của mô hình…………………………………………… 17
II: KẾT NỐI PHẦN CỨNG VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH………….18
2.1 Mô hình kết nối giữa LM35 và Module analog EM231…………… 18
2.2 Sơ đồ kết nối giữa LM35 và hệ thống điều khiển PLC……………….19
2.3 Chương trình điều khiển khuôn gia nhiệt…………………………… 20
23