GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200 docx

GIỚI THIỆU BỘ PLC CỦA SIMATIC S7-200
I. Tổng quát về PLC
1. Giới thiệu PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập trình
được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua
một ngôn 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
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 do “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 thỏa mãn các yêu cầu sau :
• Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học .
• Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
• Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
• Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp .
• Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các
môi Modul mở rộng.
• Giá cả cá 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 đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và
tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm 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 công 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 lớùn … Sự phát triển các máy
tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn.
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 này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC

sẽ thực hiện viêïc điều khiểûn dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi
hay mở rộng chức năng của qui trình công 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 dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay
Relay .



2. Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của PLC
a. Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :
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 ghép nối với PLC .
Các Modul vào /ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môït 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 hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị
xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã
được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC . Đối với các
PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra
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 thứ tự 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 hoạt động 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 đến các Modul khác nhau.
Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển
đồng bộ các hoạt động 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 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu môït modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ
chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu
ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data
bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động
của PLC .
Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian
hạn chế.
Hêï thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O . Bên
cạch đó, CPU được cung 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 các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong
bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ .
Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử
lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo . Với
một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này

được gọi là quá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả
năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như
RAM, EPROM đều được sử dụng .
RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội
dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất . Để
tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp
năng 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 (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử
dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được . Nội dung của
EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã được nhà sản
xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ
thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi
và xóa EPROM.
Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng trong máy
lập trình . Đĩa cứng hoăïc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu
những chương trình lớn trong một thời gian dài .
Kích thước bộ nhớ :
• Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế
tạo .
• Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000
÷16000 dòng lệnh.
Ngoài 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 hiêïu xử lý là
12/24VDC 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 bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động
nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản .
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng
hay ngắt mạch ở đầu ra .
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 trong
một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ .
PLC có bộ đếm địa 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 . Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ
thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ
lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau :
• Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ
công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành .
• Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình. Trong
ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép
toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các 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 việc xử lý I / O trong PLC :
 Cập nhật liên tục
Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngỏ vào (mà chúng xuất hiện trong chương
trình ), khoảng thời gian Delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có
những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngỏ ra được
lấùy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động 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.

 Chục ảnh quá trình xuất nhập
Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I / O, vì thế CPU chỉ có thể xử lý
một lệnh ở một thời điểm . Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhập phải
được xét đến riêng lẻ nhằm dò 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 trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào.
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I / O được cập nhật tới một vùng
đặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một bộ
đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I / O. Mỗi 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 trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình
điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 110 s.
II. PLC SIMATIC S7-200 CPU 214
1. Cấu trúc phần cứng của CPU 214
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMNS (CHLB
Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử
dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối
vi xử lý CPU-214.
• CPU-214 bao gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng thêm 7 modul mở
rộng.
• 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc miền nhớ đọc / ghi non-volatile để lưu chương
trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM).
• 2.048 từ đơn (4 Kbyte) thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512 từ đầu
thuộc miền non-volatile.
• Tổng số ngõ vào / ra cực đại là 64 ngõ vào và 64 ngõ ra.
• 128 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 4 Timer 1ms, 16 Timer
10ms và 108 Timer 100ms.
• 128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi.

• 688 bít nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.
• Các chế độ xử lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc xuống,
ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.
• 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2Khz và 7 Khz.
• 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.
• 2 bộ điều chỉnh tương tự
• Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ
khi PLC bị mất nguồn cung cấp.
Các đèn báo trên S7-200 CPU214
• SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.
• RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực
hiện chương trình được nạp vào trong máy.
• STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng
chương trình và đang thực hiện lại.
 Cổng vào ra
• Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x.
Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc.
• Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.x.
Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.



 Chế độ làm việc
PLC có 3 chế độ làm việc:
• RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ
RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP.
• STOP: Cưởng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ
STOP.
• TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc
RUN hoặc STOP.

 Cổng truyền thông
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ
cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ truyền
cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu
tự do là 300 38.400 baud.
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình thuộc họ
PG7xx có thể dùng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đó đi kèm với máy lập trình.
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC / PPI với bộ
chuyển đổi RS232 / RS485.
Chân Giải thích







2. Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong
một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao,
đọc, ghi được trong toàn vùng, loại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ
có thể truy nhập để đọ

EEPROM MIỀN NHỚ NGOÀI

Chương trình Chương trình Chương trình
Tham số Tham số Tham số
Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu
Vùng đối tượng

• Vùng chương trình
Là nguồn nhờ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc
kiểu non-volatile đọc / ghi được.
• Vùng tham số
Là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ trạm, … cũng giống như vùng
chương trình, thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi được.
• Vùng dữ liệu
Là miền nhớ động được sử dụng để cất giữ các dữ liệu của chương trình. Nó có
thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (W-Word) hoặc theo từ kép
(DW_ Double Word), vùng dữ liệu được chia thành những miền nhớ nhỏ với các công
dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu theo từ tiếng Anh, đặc trưng
cho công dụng riêng của chúng như sau:
V : Variable Memory.
I : Input image register.
O : Output image regiter.
M : Internal Memory bits.
SM : Special Memory bits.
Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng từ (word)
hoặc từ kép (double word).
• Vùng đối tượng
Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC.
Vùng này không thuộc kiểu Non-Volatile nhưng đọc / ghi được .
3. Mở rộng cổng vào ra
CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Modul. Các modul mở rộng tương tự và
có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở
rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích . Địa chỉ của các vị trí của
các modul được xác định cùng kiểu . Ví dụ như một modul cổng ra không thể gán địa
chỉ của một modul cổng vào, cũng như một modul tương tự không thể có địa chỉ như
một modul số và ngược lại .
Các modul mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương tự với số

đầu vào/ra của modul .






Sau đây là địa chỉ của một số modul mở rộ
ng trên CPU214

CPU214 Modul 0
4vào/4a Modul 1
8 vào Modul 2
3vào/1a
Analog Modu3
8 ra Modul 4
3vào/1a
I0.0 Q0.0
I0.1 Q0.1
I0.2 Q0.2
I0.3 Q0.3
I0.4 Q0.4
I0.5 Q0.5
I0.6 Q0.6
I0.7 Q0.7
I1.0 Q1.0
I1.1 Q1.1
I1.2
I1.3
I1.4

I1.5
I2.0
I2.1
I2.2
I2.3
Q2.0
Q2.1
Q2.2
Q2.3 I3.0
I3.1
I3.2
I3.3
I3.4
I3.5
I3.6
I3.7 AIW 0
AIW 2
AIW 4


AQW 0 Q3.0
Q3.1
Q3.2
Q3.3
Q3.4
Q3.5
Q3.6
Q3.7 AIW8
AIW12
AQW 4

4. Cấu trúc chương trình của S7-200
Có thể được lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong các phần mềm :
Step 7 – Micro / Dos
Step 7 – Micro / Win
Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ
PG 7xx và các máy tính cá nhân.
Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main
program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt.
Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).
Chương trình con là một bộ phận của chương trình, các chương trình phải được viết
sau lệnh kết thúc chương trình đó là lệnh MEND.
Các chương trình xử lý ngắt cũng là một bộ phận của chương trình. Nếu cần sử
dụng phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính (MEND).
Các chương trình được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính, sau
đó đến các chương trình xử lý ngắt. Cũng có thể do trộn lẫn các chương trình con và
chương trình xử lý ngắt ở sau chương trình chính











5. Thực hiện chương trình của S7-200
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét

(scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào
vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét,
chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc MEND.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi.
Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các
cổng ra.



.


Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra thông thường lệnh không làm việc
trực tiếp cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.
Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn (1) và (4) do CPU
quản lý. Khi gặp lệnh vào / ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác,
ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp với cổng vào và ra.
Nếu sử dụng các chế độ ngắt chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được
soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử lý ngắt chỉ
được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất
cứ điểm nào trong vòng quét.
6. Các toán hạng lập trình cơ bản
Có 6 phần tử lập trình cơ bản, mỗi phần tử có công dụng riêng. Để dễ dàng xác
định thì mỗi phần tử được gán cho mộ ký tự:
• I : Dùng để chỉ ngõ vào vật lý nối trực tiếp vào PLC.
• Q : Dùng để chỉ ngõ ra vật lý nối trực tiếp từ PLC.
• T : Dùng để xác định phần tử định thời có trong PLC.
• C : Dùng để xác định phần tử đếm có trong PLC.
• M và S : Dùng như các cờ hoạt động như bên trong PLC.
Tất cả các phần tử (toán hạng) trên có hai trạng thái ON hoặc OFF (1 hoặc 0).

Cuộn dây có thể được dùng để điều khiển trực tiếp ngõ ra từ PLC (như phần tử Q)
hoặc có thể điều khiển bộ định thì, bộ đếm hoặc cờ (như phần tử M, S). Mỗi cuộc dây
được gắn với các công tắc. Các công tắc này có thể là thường mở hoặc thường đóng.
Các ngõ vào vật lý nối đến bộ điều khiển lập trình (phần tử I) không có cuộn dây để
lập trình. Các phần tử này chỉ có thể dùng ở dạng các công tắc mà thôi (loại thường
đóng và thường mở).
III. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7-200 CPU 214
1. Phương pháp lập trình
S7-200 biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. Chương
trình bao gồm một dãy các tập lệnh. S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập
trình đầu tiên và kết thúc ở lập trình cuối trong một vòng quét (scan).
Một vòng quét (scan cyele) được bắt đầu bằng một việc đọc trạng thái của đầu vào,
và sau đó thực hiện chương trình. Vòng quét kết thúc bằng việc thay đổi trạng thái đầu
ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo S7-200 thực thi các nhiệm vụ bên trong
và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp.
Cách lập trình cho S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên hai phương
pháp cơ bản. Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê
lệnh (Statement list, viết tắt là STL).
Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự dộng tạo ra
một chương trình theo dạng STL tương ứng. Ngược lại không phải mọi chương trình
viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD.
 Phương pháp hình thang (LAD): LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa,
những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng
điều khiển bằng rơ le. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn
lệnh logic như sau:
• Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le
Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thương đóng
• Cuộn dây (coil): Là biểu tượng   mô tả rơ le được mắc theo chiều

dòng điện cung cấp cho rơ le.
• Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng
điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời
gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải mắc
đúng chiều dòng điện.
Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đường
nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn bên trái là dây pha, đường
nguồn bên phải là dây trung hòa và cũng là đường trở về nguồn cung cấp (thường
không được thể hiện khi dùng chương trình tiện dụng STEPT MICRO / DOS hoặc
STEPT – MICRO/WIN. Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây
hoặc các hộp trở về bên phải nguồn.
 Phương pháp liệt kê lệnh (STL): Là phương pháp thể hiện chương trình dưới
dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả những lệnh hình
thức biểu diễn một chức năng của PLC.
2. Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 214

Phương pháp truy nhập Giới hạn cho phép của các toán hạng
Truy nhập bit (địa chỉ byte, chỉ số bit) V (0.0  4095.7)
I (0.0  7.7)
Q (0.0 7.7)
M (0.0 31.7)
SM (0.0 85.7)
T (0 127)
C (0 127)
Truy nhập bitVB (0 4.095)
IB (0 7)
MB (0 31).
SMB (0 85)
AC (0 3)
Hằng số

Truy nhập từ đơn VW (0 4094)
T (0 127)
C (0 127)
IW (0 6)
QW (0 6)
MW (0 30)
SMW (0 84)
AC (0 3)
AIW (0 30)
AQW (0 30)
Hằng số
Truy nhập từ kép VD (0 4092)
ID (0  4)
QD (0  4)
MD (0  28)
SMD (0  82)
AC (0  3)
HC (0  2)
Hằng số.

3. Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình
3.1. Các lệnh vào ra
* Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bít đầu tiên của
ngăn xếp (xem hình a), các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bít.
• Load Not (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm
vào trong bít đầu tiên của ngăn xếp (xem hình b), các giá trị còn lại trong ngằn xếp bị
đẩy lùi xuống một bít.
Trước LD Sau
c0

M
c1
c0
c2 c1
c3 c2
c4 c3
c5 c4
c6 c5
c7 c6
c8
c7
Hình a: Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh LD
Trước LDN Sau
c0
m
c1
c0
c2 c1
c3 c2
c4 c3
c5 c4
c6 c5
c7 c6
c8
c7
Bị đẩy ra khỏi ngăn xếp
Hình b: Trạng thái của ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh LDN.
Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho LAD như sau:
LAD Mô tả Toán hạng
LD n Tiếp điểm thường mở sẽ được đóng nếu n = 1. n: I, Q, M, SM, T, C, V

(bit)







LDN n Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi n = 1.
LDI n Tiếp điểm thường mở sẽ đóng tức thời khi n = 1 n: I
LDNI n Tiếp điểm thường đóng sẽ mở tức thời khi n = 1




Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho STL như sau:
Lệnh Mô tả Toán hạng
LD n
Lệnh nạp giá trị logic của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. n (bít): I, Q,
M, SM, T, C, V

LDN n Lệnh nạp giá trị logic nghịch đảo của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn
xếp.
LDI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic của điểm n vào bít đầu tiên trong ngăn xếp. n: I
LDNI n Lệnh nạp tức thời giá trị logic nghịch đảo của điểm n vào bít đầu tiên
trong ngăn xếp.

OUTPUT (=)
Lệnh sao chép nội dung của bít đầu tiên trong ngăn xếp vào bít được chỉ định trong
lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi.

Mô tả lệnh bằng LAD như sau:
LAD Mô tả Toán hạng
n
( ) Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích thích khi có dòng điều khiển đi qua.
n: I, Q, M, SM, T, C, V
(bít)
n
( ) ( ) Cuộn dây đầu ra được kích thích tức thời khi có dòng điều khiển
đi qua.n: Q
(bít)
Mô tả bằng lệnh STL như sau:
STL Mô tả Toán hạng

= n Lệnh = sao chép giá trị của đỉnh ngăn xếp tới tiếp điểm n được chỉ dẫn trong
lệnh. n: I, Q, M, SM, T, C, V
(bít)

= I n Lệnh = I (immediate) sao chép tức thời giá trị của đỉnh stack tới tiếp điểm n
được chỉ dẫn trong lệnh. n: Q
(bít)


3.2. Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm
SET (S) ; RESET (R):
Lệnh dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic
điều khiển dòng điện đóng hoặc ngắt các cuộc dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các
cuộc dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc một dãy các tiếp điểm).
Trong STL, lệnh truyền trạng thái bít đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bít
này có giá trị =1, các lệnh S và R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm
(giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này.

Mô tả bằng lệnh LAD
LAD
Mô tả Toán hạng
Đóng một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S BIT
S BIT: I, Q, M, SM, T, C, V
n(byte): IB, QB, MB, SMB, VB,AC, Hằng số, *VD, *AC

Đóng một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S BIT. Nếu S BIT lại chỉ vào Timer hoặc
Counter thì lệnh sẽ xóa bít đầu ra của Timer / Counter đó.

Đóng tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ S BIT
S BIT: Q

N(byte): IB, QB, MB, SMB, VB,AC, Hằng số, *VD, *AC

Ngắt tức thời một mảng gồm n các tiếp điểm kể từ địa chỉ S BIT

STL Mô tả Toán hạng
S S BIT n Ghi giá trị logic vào một mảng gồm n bít kể từ địa chỉ S BIT S
BIT: I, Q, M, SM, T, C, V
(bit)

n: IB, QB, MB, SMB, VB
(byte) AC, Hằng số, *VD, *AC
R S BIT n Xóa một mảng gồm n bít kể từ địa chỉ S BIT. Nếu S BIT lại chỉ vào
Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xóa bít đầu ra của Timer / Counter.
S I S BIT n Ghi tức thời giá trị logic 1 vào một mảng gồm n bít kể từ địa chỉ S
BIT S BIT: Q
(bit)

n: IB, QB, MB, SMB, VB (byte)
(byte) AC, Hằng số, *VD, *AC
R I S BIT n Xóa tức thời một mảng gồm n bít kể từ địa chỉ S BIT

3.3. Các lệnh logic đại số (BOOLEAN)
Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập được các mạch logic (không 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 và các tiếp điểm thường mở. STL có thể sử
dụng các 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.
Lệnh Mô tả Toán hạng

O n
A n Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n và giá
trị bít đầu tiên trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu trong ngăn xếp. n: I,
Q, M, SM, T, C, V
(bit)

AN n
ON n
Lệnh thực hiện toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic nghịch đảo của tiếp
điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu trong ngăn
xếp.

AI n
OI n Lệnh thực hiện tức thời toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic của tiếp điểm n
và giá trị bít đầu tiên trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu trong ngăn xếp.
n: 1
(bit)

ANI n
ONI n Lệnh thực hiện tức thời toán tử ^ (A) và V (O) giữa giá trị logic nghịch
đảo của tiếp điểm n và giá trị bít đầu tiên trong ngằn xếp. Kết quả được ghi lại bít đầu
trong ngăn xếp.

Ngoài những lệnh làm việc trực tiếp với tiếp điểm, S7-200 còn có 5 lệnh đặc biệt
biểu diễn các phép tính của đại số Boolean cho các bit trong ngăn xếp, được gọi là các
lệnh stack logic. Đó là các lệnh ALD (And load), OLD (Or load), LPS (Logic push),
LRD (Logic read) và LPP (Logic pop). Lệnh stack logic được dùng để tổ hợp, sao
chụp hoặc xóa các mệnh đề logic. LAD không có bộ đếm dành cho lệnh stack logic.
STL sử dụng các lệnh stack logic để thực hiện phương trình tổng thể có nhiều biểu
thức con.
Bảng sao tóm tắt cú pháp gọi các lệnh stack logic trong STL.
Lệnh Mô tả Toán hạng
ALD Lệnh tổ hợp giá trị của bít đầu tiên và thứ hai của ngăn xếp bằng phép tính logic.
Kết quả ghi lại vào bít đầu tiên. Giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bít.
Không có
OLD Lệnh tổ hợp giá trị của bít đầu tiên và thứ hai của ngăn xếp bằng phép tính logic
V. Kết quả ghi lại vào bít đầu . Giá trị còn lại của ngăn xếp được kéo lên một bít.
Không có
LPS Lệnh logic Push (LPS) sao chụp giá trị của bít đầu tiên vào bít thứ hai trong
ngăn xếp. Giá trị còn lại bị đẩy xuống một bít. Bít cuối cùng bị đẩy ra khỏi ngăn xếp.
Không có