tổng quan về PLC S7-300

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN III : GIƠÍ THIỆU PLC S7-300
PHẦN III. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300
1. Lịch sử phát triển PLC
-Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo
ra từ ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào
năm 1968 nhằm thay thế những mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều
khiển rời rạc cồng kềnh.
-Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC nổi bật nhất là điều khiển tuần tự
theo chu kỳ và theo bít trên nền tảng của CPU. Thiết bị AMD 2901 và AMD
2903 trở nên ngày càng phổ biến. Lúc này phần cứng cũng phát triển: bộ nhớ
lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng hơn.
Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ
thuật truyền thông, khoảng 200 mét.
-Đến thập niên 80, bằng sự nỗ lực chuẩn hoá hệ giao tiếp với giao diện tự
động hoá, hãng General Motors cho ra đời loại PLC có kích thước giảm, có
thể lập trình bằng biểu tượng trên máy tính cá nhân thay vì thiết bị lập trình
đầu cuối chuyên dụng hay lập trình bằng tay.
-Đến thập niên 90, những giao diện phần mềm mới có cấu trúc lệnh giảm và
cấu trúc của những giao diện được cung cấp từ thập niên 80 đã được đổi
mới.
-Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh
(STL), sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD).
-Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Allen-Bradley,
General Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon…
-PLC của Siemens gồm có các họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic S500/505.
Mỗi họ PLC có nhiều phiên bản khác nhau, chẳng hạn như: Simatic S7 có
S7-200, S7-300, S7-400… Trong đó mỗi loại S7 có nhiều loại CPU khác nhau
như S7-300 có CPU 312, CPU 314, CPU 316, CPU 315-2DP, CPU 614…
2. Vai trò của PLC
-Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC được xem như một trái tim, với
chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC. Nó điều khiển trạng

thái của hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng
của chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến
các thiết bị đầu ra.
PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính
chủ thông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp.
3. Ưu thế của việc dùng PLC trong tự động hoá
 Thời gian lắp đặt ngắn.
 Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không gây tổn thất.
 Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng.
GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ
Trang 30
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN III : GIƠÍ THIỆU PLC S7-300
 Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.Thích ứng
trong các môi trường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,
điện áp thay đổi,…
-Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle thì hệ thống điều khiển dùng
PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo, và hiệu quả giải
quyết bài toán cao.
4. Phần cứng của PLC S7-300
-PLC S7-300 được thiết kế theo kiểu module. Các module này sử dụng cho
nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất
thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở
rộng hệ thống. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng
dụng, song tối thiểu bao giờ cũng có một module chính là module CPU. Các
module còn lại là những module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều
khiển bên ngoài, các module chức năng chuyên dụng… Chúng được gọi
chung là các module mở rộng.
 Các module mở rộng gồm có:
 Module nguồn (PS).
 Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO,

AI, AO, AI/AO.
 Module ghép nối (IM).
 Module chức năng điều khiển riêng (FM).
 Module phục vụ truyền thông (CP).
M
COIL
VALE
PS CPU
SM:
DI
SM:
DO
FM
SM:
AI
SM:
AO
IM CP
GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ
Trang 31
Hình IV.1: Cấu trúc của PLC S7-300
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN III : GIƠÍ THIỆU PLC S7-300
4.1. Module nguồn PS307 của S7-300
-Module PS307 có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn xoay chiều 120/230V thành
nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của PLC. Ngoài ra
còn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các cảm biến và các cơ cấu tác động
có công suất nhỏ.
-Module nguồn thường được lắp đặt bên trái hoặc phía dưới của CPU tuỳ
theo cách lắp đặt theo bề ngang hoặc theo chiều dọc.
-Module nguồn PS307 có 3 loại: 2 A, 5A và 10 A.

-Mặt trước của module nguồn gồm có:
 Một đèn Led báo hiệu trạng thái điện áp ra 24 V.
 Một công tắc dùng để bật / tắt điện áp ra.
 Một nút dùng để chọn điện áp đầu vào là 120 VAC
hoặc 230VAC.
 -Mặt sau của module gồm có các lỗ dùng để nhận
điện áp vào và ra.
4.2. Khối xử lý trung tâm (CPU)
-Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông (RS485)… và có
thể có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào ra số này
được gọi là cổng vào ra onboard.
-Trong họ PLC S7-300 các module CPU được đặt tên theo
bộ vi xử lí có trong nó, như : module CPU312, module
CPU314, module CPU315,…
-Ngoài ra còn có các module được tích hợp sẵn cũng như
các khối hàm đặt trong thư viện của hệ điều hành phục vụ
cho việc sử dụng các cổng vào /ra onboard, được phân biệt bằng cụm chữ
cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ module CPU312 IFM, module
CPU314 IFM… Bên cạnh đó còn có loại CPU với hai cổng truyền thông, trong
đó cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ nối mạng phân tán và kèm
theo phần mềm tiện dụng tích hợp sẵn trong hệ điều hành. Các loại module
CPU này được phân biệt bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed port) trong
tên gọi. Ví dụ: module CPU315-2DP, module CPU316-2DP.
4.3. Module mở rộng cổng tín hiệu:
-Digital Input Module: Module mở rộng các cổng vào số, có nhiệm vụ nhận
các tín hiệu số từ các thiết bị ngoại vi vào vùng đệm
để xử lý, gồm có các module sau:
 SM 321 DI16xAC120 V
 SM 321 DI16xDC24 V

 SM 321 DI16x24VDC, interrupt
 SM 321 DI8xAC120/230V
 SM 321 DI32xDC24V,…
GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ
Trang 32
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN III : GIƠÍ THIỆU PLC S7-300
-Digital Output Module: Module mở rộng các cổng ra số, có nhiệm vụ xuất
các tín hiệu từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi, một số loại module ra số:
 SM 322 DO16xAC120V/0.5A
 SM 322 DO16xDC24V/0.5A
 SM 322 DO 8xAC120/230V/1A, …
-Digital Input/ Output Module: module mở rộng các cổng vào/ra số. Tích hợp
nhiệm vụ của hai loại module trên. Gồm có các loại sau:
 SM 323 DI16/DO16x24V/0.5A
 SM 323 DI8/DO8x24V/0.5A
 SM 323 DI8/DO8xDC24V/0.5A…
-Analog Input Module: Module mở rộng các cổng vào tương tự, có nhiệm vụ
chuyển các tín hiệu tương tự từ bên ngoài thành các tín hiệu số để xử lý bên
trong S7-300. Gồm các loại module sau:
 SM 331 AI2x12bit
 SM 331 AI8x12bit
 SM 331 AI8x16bit…
-Analog Output Module: Module mở rộng các cổng ra tương
tự, có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu số bên trong S7-300
thành các tín hiệu tương tự để phục vụ cho quá trình hoạt
động của các thiết bị bên ngoài. Gồm các loại module sau:
 SM 332 AO2x12bit
 SM 332 AO4x12bit
 SM 332 AO4x16bit…
-Analog Input/Output Module: là module tích hợp nhiệm vụ của hai loại trên.

Gồm có:
 SM 334 AI4/AO2
 SM 334 AI4/AO2x12bit
 SM 334 AI4/AO4x14/12bit…
4.4. Module ghép nối (Interface module-IM):
-Là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ
ghép nối từng nhóm module mở rộng lại
với nhau thành một khối và được quản lý
chung bởi một module CPU. Một module
CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với
nhiều nhất 4 racks và các racks này phải
được nối với nhau bằng module IM. Module
IM gồm có các loại:
 IM 360
 IM 361
 IM 365
GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ
Trang 33
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN III : GIƠÍ THIỆU PLC S7-300
5. Tổ chức bộ nhớ CPU của PLC S7-300
-Bộ nhớ của CPU bao gồm các vùng nhớ sau:
 Vùng nhớ chứa các thanh ghi.
 Vùng System Memory.
 Vùng Load Memory.
 Vùng Work Memory.
-Kích thước của các vùng nhớ này tuỳ thuộc vào chủng loại của từng module
CPU.
-System Memory: là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào ra số (I, Q), các biến cờ
(M), thanh ghi T-Word, PV, T- bít của Timer và thanh ghi C-Word, PV, C- bít
của Counter.

-Load Memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng do người sử
dụng viết, bao gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các
khối chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFC, SFB), các
khối dữ liệu DB. Vùng nhớ này được tạo bởi một phần bộ nhớ RAM của CPU
và EEPROM.
-Work Memory: là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối
chương trình (OB, FC, FB, SFC, SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ
nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các khối chương trình này
trao đổi tham trị với hệ điều hành và với các khối chương trình khác (local
block).
GVHD : NGUYỄN MẠNH HÀ
Systerm memory
Bộ đệm ra số Q
Bộ đệm vào số I
Vùng nhớ cờ
M
Timer T
Counter C
Work memory
• Logic block
• Data block
• Local block, Stack
Load memory
• User program (EEPROM)
• User program (RAM)
ACCU1
ACCU2
Accumulator
AR1
AR2

Address register
DB (share)
DI (instance)
Data block register
Status
Status word
Hình IV.2: Tổ chức bộ nhớ trong CPU
Trang 34