giáo trình PLC S7-300

- 1 - VÕ ANH HUY

PHẦN I
I- Giới Thiệu Bộ Điều Khiển Lập Trình PLC Siemens
1.1 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình PLC siemens
1.1.1 Qui Tắc Thực Hiện Chương Trình Của PLC S7-300
Trong tất cả các khối chương trình thì chỉ có duy nhất một khối OB1 thực hiện trực
tiếp theo vòng quét. Nó được hệ điều hành gọi theo chu kỳ lặp với khoảng thời gian không
cách đều nhau (phụ thuộc vào độ dài chương trình). Các khối OB khác không tham gia trực
tiếp vào vòng quét mà được gọi bằng những tín hiệu báo ngắt.
Hình 1: Sơ đồ biểu diễn quá trình thực hiện chương trình của PLC S7-300



Hình 2: Quá trình thực hiện chương trình của PLC S7-300
1.1 2 CHU KỲ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC












OB1 thực
hiện theo
vòng quét

OB100 start up cycle
OB82: Module
chẩn đoán lỗi
INPUT SCAN
START
PROGRAM SCAN


OUTPUT SCAN
COMMUNICATION
HOUSEKEEPING
- 2 - VÕ ANH HUY

1.1.3 CẤU TRÚC PLC

Hình 3: Sơ đồ cấu trúc một PLC

• Chương trình khởi động
Hệ điều hành của CPU S7-300 cung cấp khối OB100 cho phép ta thực hiệc các công
việc khởi động cho chương trình điều khiển. Khi chuyển CPU từ chế độ Stop sang chế
độ Run, hệ điều hành bao giờ cũng gọi và thực hiện chương trình trong khối OB100
trước, sau đó mới thực sự bắt đầu vòng quét với việc gọi khối OB1




C

Isolation
Barrier



Isolation

Barrier
Central
Processor
MEMOR
Y

program
data

Low Voltage
AC Power Supply
85-264 VAC, 50/60Hz


Output
DC Power Supply

or
Communications
Port


Input
- 3 - VÕ ANH HUY



Hình 4: Lưu đồ khởi động của PLC S7

CPU chuyển từ chế độ Stop sang Run
OB100
Đọc các ngõ vào số vào
bộ đệm vào số
OB1
Chuyển bộ đệm ra số tới
các ngõ ra số
Kiểm tra lỗi và truyền
thông
- 4 - VÕ ANH HUY


1.2 Module Input /Output của PLC (trên các thiết bò phần cứng)
(sensor, contactor v.v…)

1.3 CPU















CPU
Module mở rộng
- 5 - VÕ ANH HUY


1.4 TỔ CHỨC VÙNG NHỚ CỦA CPU
Bộ nhớ CPU của PLC bao gồm các vùng nhớ sau:

- Vùng nhớ chứa các thanh ghi.
- Vùng System Memory.
- Vùng Load Memory.
- Vùng Work Memory.
Kích thước các vùng nhớ này phụ thuộc vào từng loại module CPU.
A. Vùng nhớ chứa các thanh ghi
Vùng này chứa các thanh ghi sau:
thanh ghi tích lũy (ACCU1, ACCU2), thanh
ghi đòa chỉ (AR1, AR2), thanh ghi chỉ số
khối dữ liệu (DB, DI), thanh ghi trạng thái
(Status Word).

B. Vùng Load Memory
Là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng,
bao gồm tất cả các khối chương trình ứng
dụng: OB, FC, FB, SFC, SFB và các khối
dữ liệu DB. Vùng nhớ này được tạo bởi
một phần bộ nhớ RAM của CPU và
EEPROM (nếu có).
C. Vùng Work Memory
Là vùng nhớ chứa các khối DB
đang được mở, khối chương trình đang
được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp
phát cho những tham số hình thức để các
- 6 - VÕ ANH HUY

khối chương trình này trao đổi tham trò với hệ điều hành và với các khối chương trình khác.
Tại một thời điểm, vùng này chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó
thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xóa nó khỏi Work Memory và nạp vào đó khối chương
trình kế tiếp được thực hiện.

D. Vùng System Memory
Là vùng chứa các bộ đệm vào ra số, các biến cờ, thanh ghi T-Word, T-bit của Timer,
thanh ghi C-Word, PV, C-bit của counter. Việc truy cập vùng nhớ này được phân chia bởi hệ
điều hành hay chương trình ứng dụng.

Các module của PLC S7-300
Để tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế, các bộ PLC được thiết kế không cứng
hóa về cấu hình, chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều
hay ít là tuỳ thuộc vào từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng có một module chính là
module CPU. Các module còn lại là những module truyền/nhận tín hiệu với các đối tượng điều
khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ, chúng được gọi
chung là các module mở rộng.
Module CPU:
Là loại module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ đònh thời, bộ đếm, cổng
truyền thông,… và có thể có một vài cổng vào/ra (các cổng vào ra onboard).
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Nói chung chúng được đặt
tên theo bộ vi xử lý chứa trong nó như CPU312, CPU313, CPU314, CPU315,

Các module chuyên dùng


Module mở rộng: Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:
1. Module nguồn nuôi (PS: Power Supply): được sử dụng để biến đổi điện áp 220V thành
24V để cung cấp cho các module khác. Hiện nay có 3 loại module PS: 2A, 5A và 10A.
2. Module ghép nối (IM: Interface Module): đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ
nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi
- 7 - VÕ ANH HUY

một CPU.

3. Module chức năng (FM: Function Module): là loại module chức năng điều khiển riêng
như: module điều khiển động cơ, module PID, module điều khiển vòng kín,…
4. Module truyền thông (CP: Communication Module): phục vụ truyền thông trong mạng
giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
Một trạm PLC là một hoặc nhiều module CPU ghép nối cùng với các module mở rộng
khác (như module DI, DO, AI, AO, FM, CP,…) trên những giá đỡ (thanh rack). Trong đó việc
truy nhập của module CPU vào các module mở rộng được thực hiện thông qua đòa chỉ của
chúng. Một module CPU có khả năng quản lý được 4 thanh rack với tối đa là 8 module mở
rộng trên mỗi thanh.

Module số


a. Module tín hiệu (SM: Signal Module): bao gồm:
b. Module mở rộng các cổng vào số (DI: Digital Input): Số các cổng vào số mở
rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy loại module.
c. Module mở rộng các cổng ra số (DO: Digital Output): Số các cổng ra số mở
rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy loại module.
d. Module mở rộng các cổng vào/ra số (DI/DO: Digital Input/Digital Output): Số
các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy loại
module.
Module .A/D
e. Module mở rộng các cổng vào tương tự (AI: Analog Input): chúng chính là
những bộ chuyển đổi tương tự số 12 bit (AD). Số các cổng vào tương tự có thể
là 2, 4 hoặc 8 tùy loại module.
Module D/A
f. Module mở rộng các cổng ra tương tự (AO: Analog Output): chúng chính là
những bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự có thể là 2
hoặc 4 tùy loại module.
g. Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự (AI/AO: Analog Input/Analog Output):

số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy từng loại
module.

- 8 - VÕ ANH HUY

QUI TẮC XÁC ĐỊNH ĐỊA CHỈ CÁC MODULE MỞ RỘNG

Qui tắc xác đònh đòa chỉ các module số















Qui tắc xác đònh đòa chỉ các module tương tự

TRAO ĐỔI DỮ LIỆU GIỮA CPU VÀ CÁC MODULE MỞ RỘNG

- 9 - VÕ ANH HUY

Trong một trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng
thông qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào các module số (DI)
được CPU chuyển đến bộ đệm vào số. Cuối mỗi vòng quét, nội dung của bộ đệm ra số lại
được CPU chuyển tới các module ra số (DO). Sự thay đổi nội dung của hai bộ đệm này được
thực hiện bởi chương trình ứng dụng.
Sự truy nhập cổng vào/ra tương tự được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng
(AI/AO). Nguyên nhân là do đặc thù về tồ chức bộ nhớ và phân chia đòa chỉ của S7-300, tức
là chỉ có các module số mới có bộ đệm còn các module tương tự thì không (chúng chỉ được
cung cấp đòa chỉ để truy cập).





Hình 5: Truyền thông giữa máy tính, PLC và cơ cấu chấp hành

- 10 - VÕ ANH HUY

II- Mạng Truyền Thông Bus
2.1 MPI
Các loại mạng mà hãng Siemens hỗ trợ (dùng cho các PLC Siemens)
 MPI (M
ultipoint Interface): mạng MPI được dùng ở mức độ “field” và “cell” với số
lượng ít. MPI là giao diện nhiều điểm trong hệ thống SIMATIC S7/M7 và C7. Mạng
MPI dùng cho những mạng với số lượng nhỏ CPU và trao đổi dữ liệu ít.

Hình 6: Sơ đồ kết nối mạng MPI

2.2 PROFILBUS–DP: CPU 315-2DP, CPU 313C–2DP, CPU 314C-2DP
 PROFIBUS (PROcess Field BUS): là mạng dùng ở mức độ “cell” và “field” trong hệ
thống truyền thông SIMATIC. Có hai loại PROFIBUS:
o PROFIBUS DP: truyền thông tốc độ cao với khối lượng dữ liệu nhỏ.
PROFIBUS (cell level): truyền được khối lượng dữ liệu lớn
- 11 - VÕ ANH HUY


Hình 7: Sơ đồ kết nối mạng PROFIBUS

2.3.Industrial Ethernet:
Là mạng dùng ở mức độ “management” và “cell” trong hệ thống truyền thông
SIMATIC “multi-vendor”. Mạng Industrial Ethernet thích hợp với việc truyền dữ liệu với
khối lượng lớn và tương đối dễ dàng giữa một một cổng này và một cổng khác.

Hình 8: Sơ đồ kết nối mạng Industrial Ethernet công nghiệp
 Point-to-Point Link (Kết nối điểm sang điểm): đây không phải là một mạng thực
sự mà nó chỉ liên kết điểm-điểm giữa hai bộ xử lý truyền thông khi mà hai trạm đã
được kết nối.



- 12 - VÕ ANH HUY



Hình 9: Sơ đồ kết nối mạng P-to-P Link

2.4 Module –AS-Interface(342)
 AS-Interface (Actuator/Sensor Interface) - Giao diện cơ cấu chấp hành và cảm
biến: là một mạng cho mức độ thấp nhất trong hệ thống tự động. Nó đặc biệt được
thiết kế cho việc kết nối giữa cảm biến và cơ cấu chấp hành. Khối lượng dữ liệu
giới hạn đến 4 bits trên trạm con(Slave).

Hình 10: Mô hình một mạng AS-I công nghiệp



- 13 - VÕ ANH HUY

III . CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC SIEMENS
3.1 Phần Mềm Simatic S7 –300
Phần mềm SIMATIC Manager






Phần mềm STEP 7
STEP 7 là phần mềm hỗ trợ:
 Khai báo cấu hình phần cứng cho một trạm PLC thuộc họ SIMATIC S7-300/400.
 Xây dựng cấu hình mạng gồm nhiều trạm PLC S7-300/400 cũng như thủ tục truyền
thông giữa chúng.
 Soạn thảo và cài đặt chương trình điều khiển cho một hay nhiều trạm.

 Quan sát việc thực hiện chương trình điều khiển trong một trạm PLC và gỡ rối
chương trình.
Ngoài ra STEP 7 còn có cả một thư viện đầy đủ với các hàm chuẩn hữu ích, phần trợ
giúp “ONLINE” rất mạnh có khả năng trả lời mọi câu hỏi của người sử dụng về cách sử
dụng STEP 7, về cú pháp lệnh trong lập trình, về xây dựng cấu hình phần cứng của một
trạm cũng như một mạng gồm nhiều trạm PLC.









- 14 - VÕ ANH HUY

3.2Phần mềm mô phỏng SIMATIC WINCC

Giao diện wincc giám sát hoạt động trong quá trình sản xuất



















- 15 - VOế ANH HUY


Maứn hỡnh laọp trỡnh OP-4T(heọ HMI)

Giao dieọn laọp trỡnh
3.4 PC Cable RS232, RS485
3.3 Maựy tớnh PC/PG
- 16 - VÕ ANH HUY




IV-Giới thiệu Phần Mềm SIMATIC S7- 300

4.1 Cài đặt phần mềm SIMATIC –S7



Step-1: Chọn ngôn ngữ lập trình, → Next

- 17 - VÕ ANH HUY



Step-2: Chọn các thành phần cần cài đặt, → Next

Step-3: các thành phần được cài dặt.














- 18 - VOÕ ANH HUY

Step-4: → Next


















Step-5: → Next

- 19 - VOÕ ANH HUY

Step-6: → Next


















Step-7: → Yes

- 20 - VÕ ANH HUY

Step-8: Nhập số series (tùy theo từng số series trên từng loại version)
→ Next

Step-9: → Next

















- 21 - VOế ANH HUY

Step-10: choùn STANDAR, Next
















Step-11: choùn ngoõn ngửừ laọp trỡnh English, Next

- 22 - VÕ ANH HUY

Step-12: → Next


















Step-13: chọn “Authoriese” trên Simatic

Step-14 : chờ nhận dạng đăng ký bản quyền từ ổ đóa mềm (đóa A)
- 23 - VÕ ANH HUY

Step-15: chọn các thành phần cần đăng ký bản quyền, chọn biểu tượng → để cài đặt























Step-16

- 24 - VÕ ANH HUY




















Step-17: chọn loại PC adapter, → instal

Step-30: chọn “Properties” để khai báo thuộc tính cho “PC adapter”
- 25 - VÕ ANH HUY

















Step-31: chọn COM _1, tốc độ truyền có giá trò là 19.200 hoặc 38.400