Bài tập lớn: Hệ thống SCADA, DCS và mạng truyền thông công nghiệp

BỘ CÔNG THƯƠNG

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ
NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bài tập lớn môn học : Hệ thống SCADA, DCS và mạng truyền thông
công nghiệp
Họ và tên HS-SV : Nhóm 9
1. ………………………
2. ………………………
3. ……………………....
Lớp : ĐH TĐH1
Khoá : 7

Khoa : Điện

Giáo viên hướng dẫn : Hoàng Quốc Xuyên
NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống đo tốc độ cho động cơ sử dụng PLC S7-200, Bộ mã hóa vòng
quay Encoder và phần mềm WinCC
PHẦN THUYẾT MINH
Chương 1- Giới thiệu về mô hình đo tốc độ động cơ
Chương 2- Giới thiệu về các bộ đếm tốc độ cao HSC trong S7-200
Chương 3- Lập trình đo lường tốc độ trên S7-200
Chương 4- Thiết kế giao diện
Ngày giao đề : 5/10/2015 Ngày hoàn thành : 10/12/2015
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hoàng Quốc Xuyên

Nhóm 9

Page 1


Mục Lục
Lời nói đầu .....................................................................................................3
Chương 1: Giới thiệu về mô hình đo tốc độ động cơ......................................4
1.1 Các phương pháp đo tốc độ động cơ.........................................................4
1.2 Đo tốc độ động cơ dùng Encoder và PLC.................................................4
Chương 2 : Giới thiệu về các bộ đếm tốc độ cao HSC trong S7-200.............9
2.1 Tìm hiểu về PLC.......................................................................................9
2.1.1 Giới thiệu chung về PLC....................................................................9
2.1.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC.........................................10
2.1.3 Tìm hiểu về PLC S7-200....................................................................14
2.2 Các loại bộ đếm của S7200 (ngắn gọn )....................................................18
2.3 Bộ đếm tốc độ cao S7200 (chi tiết)...........................................................18
Chương 3 : Lập trình đo lường tốc độ trên S7-200.........................................29
3.1 Xây dựng thuật toán đo dùng S7200.........................................................29
3.2 Xây dựng chương trình..............................................................................30
Chương 4 : Thiết kế giao diện.........................................................................34

Nhóm 9

Page 2

Lời nói đầu
Hiện nay trong công nghiệp hóa đất nước.yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày
càng cao vào trong đời sống sinh hoạt,sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động,gọn
nhẹ,linh hoạt và hiệu quả….) mặt khác nhờ các công nghệ thông tin,công nghệ
điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả
trình là PLC.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm
lớn,nhanh mà lại tiện lợi cho kinh tế. Các công ty,xí nghiệp sản xuất thường sử
dụng công nghệ lập trình PLC S7200 sử dụng các loại phần mềm tự động.Dây
truyền sản xuất có sư dụng PLC S7200 để giảm sức lao động của công nhân mà
sản xuất đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội.qua đó để thể
hiện thêm vai trò của các phần mềm ứng dụng tốt cho công việc.
Qua bài tập lớn của đồ án môn học chúng em đã hiểu thêm phần nào đó về lập
trình của PLC S7200 và những ứng dụng cụ thể của nó vào sử dụng sản xuất
cũng như các ứng dụng khác.
Bài tập lớn thực hiện dưới sự chỉ dẫn tận tình của thầy Hoàng Quốc Xuyên
Tuy nhiên bài tập lớn còn gặp nhiều khó khăn về tài liệu cũng như hiểu biết ,
mặc dù đã cố gắng nhưng khả năng , thời gian và kinh nghiệm còn thiếu nhiều
nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ xung
của thầy giáo để đồ án này được hoàn thiện hơn.

Nhóm 9

Page 3


Chương 1: Giới thiệu về mô hình đo tốc độ động cơ
1.1 : Các phương pháp đo tốc độ động cơ
Theo cách thức đo và quá trình đo ta có thể phân ra hai phương pháp đo.
Phương pháp đo trực tiếp:

Khái niệm: Đây là cách đo mà kết quả nhận trực tiếp từ một phép đo duy nhất.
Cách đó này cho ta kết quả ngay giá trị của đại lượng cần đo. Dụng cụ đo của
phép đo này mang tính chuyên dùng,nó được thiết kế phù hợp với đại lượng cần
đo.
Phương pháp đo gián tiếp:
Khái niệm: ở phương pháp này đại lượng cần đo được qua bộ cảm biến chuyển
đổi đại lượng cần đo sang một đại lượng điện và được bộ chế biến xử lý tín
hiệu,chỉnh sửa để tạo ra được quan hệ: giá trị cần đo bằng K nhân với tín hiệu
điện. Tín hiệu điện sau đó được chuyển đến cơ cấu chỉ thị dưới dang kết quả là
giá trị của đại lượng cần đo.
1.2 : Đo tốc độ động cơ dùng Encoder và PLC
1.2.1 Phân tích bài toán
Mạch gồm các thiết bị : máy tính, động cơ ba pha không đồng bộ, encoder, bộ
PLC S7 – 200 hãng Siemens , bộ nguồn S,.
Nguyên lý : Ta gắn đĩa quay encoder trên trục động cơ, khi động cơ quay
encoder sẽ lấy tín hiệu xung và đưa lên counter bộ đếm tốc độ cao của PLC S7
200 ( cho timer điều khiển đếm xung trong thời gian 1s rồi ngắt )
Kết quả được hiện trên máy tính. Lấy kết quả xung chia cho 100 ta được tốc độ
động cơ ( vòng/ giây) vì là encoder 100 xung/vòng.Sau đó nhân nhân với 60 ra
số vòng / phút
Công thức tính : V=60X/100 (vòng /phút)

Nhóm 9

Page 4


Hình 1.1 sơ đồ các thiết bị
1.2.2 Tìm hiểu về ENCODER
1.2.2.1: Giới thiệu và phân loại

Encoder là tên gọi chung để chỉ các thiết bị mã hóa (là cảm biến quang ). Trong
thực tế có rất nhiều loại và hình thức encoder khác nhau.
Thông thường, đối với các chuyển động quay, encoder dùng để quản lý vị trí
góc của một điã quay, bánh xe, hay trục động cơ, hoặc bất kì thiết bị quay nào
cần xác định góc của nó.
Encoder được chia làm 2 loại: absolute encoder và incremental encoder.
Absolute encoder là encoder tuyệt đối, nghĩa là tính hiệu ta nhận được chỉ rõ
ràng vị trí của encoder, không cần phải xử lý thêm.
Incremetal encoder là encoder mã hóa gia tăng (encoder tương đối), thường chỉ
có tối đa là 3 vòng lỗ. Nếu encoder có càng nhiều lỗ trên đĩa thì thông tin nhận
được càng chính xác.

Nhóm 9

Page 5


1.2.2.2: Nguyên lý hoạt động cơ bản của encoder
Nguyên lý cơ bản của encoder là một đĩa tròn xoay quay quanh trục, trên đĩa có
các lỗ (hoặc rãnh). Dùng đèn led chiếu lên mặt đĩa. Khi quay, chỗ không có lỗ
(rãnh) thì đèn không thể chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh) thì đèn sẽ chiếu
xuyên qua. Phía mặt bên kia của đĩa được đặt một cảm biến thu. Với các tín
hiệu có hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có
chiếu qua lỗ hay không.

Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động của encoder
Giả sử trên đĩa có n lỗ, thì mỗi lần cảm biến thu nhận được n lần tín hiệu đèn
led thì có nghĩa là đĩa đã quay được một vòng.
Nguyên lý hoạt động của incremetal encoder: incremetal encoder sẽ tăng một
đơn vị khi có một lần lên xuống của cạnh xung, nghĩa là khi led quét qua một lỗ

thì encoder sẽ tăng một đơn vị trong biến đếm. Để đếm được số vòng động cơ
đã quay và hạn chế sai số xung tích lũy (trong trường hợp có rung động không
thể kiểm soát có thể gây ra sai số xung đếm được ở encoder), một lỗ định vị
được thêm vào để đếm số vòng quay của encoder (hình dưới)

Nhóm 9

Page 6


Hình1.3: các lỗ định vị trên encoder
Người ta đặt hai đèn led lệch nhau ở vòng lỗ hoặc sử dụng 2 vòng lỗ và 2 cảm
biến thu phát để xác định chiều quay của động cơ

Hình 1.4 : Xác định chiều quay của encoder

Nhóm 9

Page 7


1.3 : Động cơ không đồng bộ 3 pha

Hình 1.5 : Động cơ không đồng bộ 3 pha
Công suất định mức : Pđm = 11kW
Điện áp định mức : Uđm = 380/220
Tổ đấu dây : Y/ Δ
Tần số làm việc : f = 50Hz
Số đôi cực : 2p=2 ,
Hệ số cos u =0,9

Hiệu suất động cơ : n=0,875

Nhóm 9

Page 8


Chương 2 : Giới thiệu về các bộ đếm tốc độ cao HSC trong S7-200
2.1: Tìm hiểu về PLC
2.1.1 Giới thiệu chung
PLC viết tắt của Programmable Logic Controlle, 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.
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 lớn … 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 viêc điều khiển 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 .
Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo
các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic
có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều
nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở
nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm
chính của việc sử dụng PLC gồm:
-

Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ
điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây.

Nhóm 9

Page 9


-

Tính mềm dẻo cao trong hệ thống.

-

Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm.

-

Hệ điều hành Bộ đếm vào – ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra
Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC - Bộ nhớ vào ra

2.1.2 Cấu trúc , nguyên lý hoạt động của PLC
2.1.2.1 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 môt 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, …
Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có
một số hãng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn
cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu
ứng dụng. Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất
của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau:
•

Moudule nguồn :

Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt

động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp24V một chiều. Tuy
nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều
•

Moudule CPU

Bao gồm bộ xử lý và bộ nhớ
•

Nhóm 9

Moudule nhập

Page 10


Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng
tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn
điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy
trình công nghệ,…Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện
áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ
máy phát tốc, cảm biến.
Moudule xuất

•

Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập.
Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng
có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với
những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới

26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module
xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống
chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT.
Aptomat. Triac
2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC

Hình 2.1 Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC
Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra.
Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi.
Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại
vi. Những trường hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình
thực hiện chương trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều
này. Tập lệnh của PLC chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời
Nhóm 9

Page 11


dừng hoạt động bình thường của chương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ
quay lại thực hiện chương trình. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một
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 được thực hiện trong một khoảng
thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực
hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối
lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng quét chiếm thời
gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiện càng nhanh. Nguyên
lý hoạt động dựa trên các bộ phận sau
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 môt 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.

Nhóm 9

Page 12


Hê 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 118 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 chỉở 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 hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được
dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài
Nhóm 9

Page 13


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 hiêu 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

2.1.3 Tìm hiểu về PLC S7200 của SIEMEN
2.1.3.1 Giới thiệu về PLC S7-200
PLC S7-200 là một loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens. Cấu trúc S7-200
gồm 1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau.S7-200 gồm
nhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226..có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu
cầu: tổng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng ( AS-I, Profibus ).
2.1.3.2 Cấu trúc phần cứng

Nhóm 9

Page 14


Hình 2.2 cấu trúc phần cứng PLC S7-200
Nguồn vào : nguồn 24VDC
Module : đơn vị xử lí trung tâm
Module : bộ nhớ chương trình và dư liệu
Module vào /ra : có 6 đầu vào /4 đầu ra (cpu 221), 24/16 (cpu 226) , có thể được
mở rộng thêm nhờ module mở rộng . Các đầu vào S7-200 sử dụng mức 24VDC
thích hợp cho việc ghép nối với cảm biến tiệm cận và cảm biến quang.
Module đầu ra : Đầu ra có hai sự lựa chọn: đầu ra transistor cho ra điện áp DC
phù hợp với các ứng dụng như hút van 24 VDC chiều công suất nhỏ, relay trung
gian.
Nổi bật nhất là dòng cpu 224 với nhiều đặc điểm ưu việt ;

Nhóm 9

Page 15


Hình 2.3 : S7-200 cpu 224
•
-

Cấu trúc của CPU 224
4096 từ đơn để lưu bộ nhớ chương trình thuộc bộ nhớ đọc/ghi và không bị
mất dữ liệu nhờ giao diện EEPROM.
2560 từ đơn để lưu trữ dữ liệu.

14 cổng vào và 10 cổng ra logic.
Có thể ghép thêm 7 modul mở rộng.
Tổng số cổng vào ra cự đại là 128 cổng vào và 128 cổng ra.

Nhóm 9

Page 16


-

256 bộ tạo thời gian trễ trong đó có 4 timer có độ phân giải 1ms, 16 timer
có .độ phân giải 10ms, 236 timer có độ phân giải 100ms.
256 bộ đếm được chia làm 2 loại, 1 loại là bộ đếm chỉ đếm lên (CTU), 1
loại là vừa đếm lên vừa đếm xuống (CTDU).
256 bit nhớ đặc biệt và 112 bit dùng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt
chế độ làm việc.
2 đầu vào tương tụ độ phân giải 8 bit..
Tốc độ thực hiện lệnh xấp xỉ 0,37 µs cho 1 lệnh logic.
Tích hợp đồng hồ thời gian thực và cổng truyền thông RS-485.
Có các chế độ ngắt như : ngắt truyền thông, ngắt theo sườn xung,…

-

-

Các dữ liệu không bị mất trong vòng 190 giờ khi PLC bị mất điện.
• Mô tả các đèn báo trên CPU:
SF ( đèn đỏ ) : đèn đỏ SF sáng lên báo hiệu hệ thống bị lỗi.
RUN ( đèn xanh ) : RUN cho biết hệ thống đang làm việc và thực hiện

chương trình được nạp vào PLC
STOP ( đèn vàng ) : báo hiệu PLC đang ở chế độ dừng làm việc.
I x.x ( đèn xanh ) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của
cổng .Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
Q y.y ( đèn xanh ) : đèn xanh ở cổng ra chỉ định giá trị tức thời của
cổng.Đèn này báo hiệu trạng thái tín hiệu theo logic của cổng.
• 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 đến 38.400

Hình 2.4 : Sơ đồ chân của cổng truyền thông RS-485
Nhóm 9

Page 17


2.2. Các loại bộ đếm của S7 200
Chia làm 2 loại : bộ đếm thường và bộ đếm tốc đọ cao
* Bộ đếm thường: chỉ đếm được các sự kiện xảy ra với tần số thấp (Chu kì xuất
hiện của sự kiện nhỏ hơn chu kì quét của PLC). Bao gồm :
-Bộ đếm sườn lên Counter up (CTU)
-Bộ đếm sườn xuống Couter Down (CTD)
-Bộ đếm sườn lên xuống (CTUD)
* Bộ đếm tốc độ cao ( high speed counter – HSC ) : được sử dụng để đếm
những sự kiện xảy ra với tần số lớn mà các bộ đếm thông thường trong
PLC không đếm được ,Bao gồm :
-HCS0
-HSC1

-HSC2
-HSC3
-HSC4
-HSC5
Riêng bộ đếm HSC0 có 1 mod đếm (Mod 0 ) còn lại các bộ dếm kia có 12
mod đếm.
2.3. Bộ đếm tốc độ cao của S7 – 200
2.3.1. Định nghĩa bộ đếm tốc độ cao
Lệnh dùng định nghĩa bộ đếm tốc độ cao HDEF (Highspeed counter definition )
sẽ cho phép chế độ hoat động của một bộ đếm tốc độ cao cụ thể (HSCx). Chế
độ hoạt động sẽ quyết định xung vào, chiều đếm, tín hiệu bắt đầu, và chức năng
reset của một bộ đếm tóc độ cao. Bạn sử dụng một lệnh định nghĩa bộ đếm tốc
độ cao cho mỗi bộ đếm tốc độ cao. Các điều kiện gây ra lỗi sẽ set bit ENO =0
0003 ( đầu vào xung đột ) 0004 ( lệnh trong chương trình ngắt không hợp lệ )
000A ( bộ đếm cần định nghĩa lại )
2.3.2 Bộ đếm tốc độ cao (high speed counter – HSC ):
Lệnh khai báo bộ đếm tốc độ cao HSC cấu hình và điều khiển bộ đếm tốc độ
cao nhờ vào các bit nhớ đặc biệt của bộ đếm tốc độ cao đó. Tham số N chỉ ra bộ
đếm tóc độ cao đang sử dụng là bộ đếm bao nhiêu. Bộ đém tốc độ cao có thể
được câu hình lên tới 12 chế độ hoạt động khác nhau

Nhóm 9

Page 18


Mỗi bộ đếm được cung cấp đầu vào cho xung clock, điều khiển hướng đến, tín
hiệu reset và bắt đầu mà bộ đếm đó hỗ chợ. Đối với những bộ đếm 2 pha thì cả
2 xung có thể chạy ở tốc độ cực đại của chúng. Trong chế độ nhân tốc thì bạn có
thể chọn chế độ nhân 1 hoặc nhân 4 tốc độ cực đại. tất cả các bộ đếm chạy ở tốc

độ cực đại mà không ảnh hưởng tới bộ đếm khác.
Điều kiện gây ra lỗi sẽ set ENO = 0
0001 ( lệnh HSC đặt trước HDEF )
0005 ( sử dụng đồng thời HSC/PLS)
Bộ đếm tốc độ cao đếm các sự kiện mà tốc độ của nó vượt khỏi tầm kiểm soát
của vòng quét S7200. Tần số đếm lớn nhất có thể của bộ đếm tùy thuộc vào loại
CPU mà bạn sử dụng. CPU 221 và CPU 222 hỗ trợ 4 bộ đếm tốc độ cao. HSC0,
HSC3, HSC4 và HSC5. Hai loại CPU này không hỗ trợ bộ đếm HSC2 và HSC1
CPU 224, CPU 224XP và CPU 226 hỗ trợ cả 6 loại bộ đếm tốc độ cao từ HSC0
đến HSC5.
Về cơ bản thì bộ đếm tốc độ cao hoat động tương tự như nguyên lý cơ bản của
bộ đếm trong S7200. Ở đây có thể tưởng tượng rằng một encoder sẽ cung cấp
đầu vào xung clock cho bộ đếm. Encoder sẽ cho ra một số lượng xung nhất định
trong một vòng quay và một xung reset sẽ được cho ra sau một vòng quay.
Xung clock và xung reset sẽ là 2 đầu vào của bộ đếm tốc độ cao. Bộ đếm tốc độ
cao sẽ được đặt trước với một hằng số và đầu ra sẽ được tích cực trong khoảng
thời gian mà giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước của bộ đếm. Bộ đếm
được thiết lập để cung cấp một ngắt khi giá trị đếm tức thời bằng với giá trị đặt
trước hoặc là khi ta reset bộ đêm.
Mỗi khi giá trị đếm tức thời bằng giá trị đặt trước một ngắt xảy ra thì một giá trị
đặt trước mới được nạp vào cho lần hoạt động tiếp theo của bộ đếm. Còn khi
một tín hiệu reset tích cực, một ngắt xảy ra thì giá trị đặt trước đầu tiên sẽ được
nạp vào bộ đếm cho chu kỳ tiếp theo.
2.3.3 Số lượng bộ đếm HSC có trong PLC và tần số tối đa cho phép:
Tùy thuộc vào loại CPU mà số lượng bộ đếm HSC và tốc độ tối đa cho phép
khác nhau.

Nhóm 9

Page 19

Bộ đếm Ngõ vào

Tần số cho phép

Loại CPUs

HSC0

I0.0

30 kHz

221,222,224,224XP,226

HSC1

I0.6

30 kHz

221,222,224,224XP,226

HSC2

I1.2

30 kHz

221,222,224,224XP,226

HSC3

I0.1

30 kHz

221,222,224,224XP,226

HSC4

I0.3

200 kHz

224XP

HSC5

I0.4

200 kHz

224XP

Bảng 2.1 Ngõ vào và tần số hoạt động của HSC
2.3.4 Vùng nhớ đặc biệt sử dụng để lập trình cho HSC:
Mỗi vùng nhớ HSC có một vùng nhớ riêng đặc biệt, vùngnhớ này được sử dụng
để khai báo chọn mode đếm, đặt giá trị, lưu giá trị cho HSC tương ứng.

STT

Bộ đếm

Vùng nhớ khai báo

Chú thích

1

HSC0

SMB36 đến SMB45

Mỗi HSC sử dụng 10 byte

2

HSC1

SMB46 đến SMB55

3

HSC2

SMB56 đến SMB65

4

HSC3

SMB136 đến SMB145

5

HSC4

SMB146 đến SMB155

6

HSC5

SMB156 đến SMB165
Bảng 2.2 Vùng nhớ cuả HSC

2.3.5 Sự khác nhau giữa các bộ đếm tốc độ cao:
Mọi chức năng của bộ đếm là như nhau cho các chế độ hoạt động giống nhau.
Có tất cả 4 chế độ cơ bản: bộ đếm một pha với tín hiệu hướng đên bên trong ,
một pha với tín hiệu điều khiển hướng bên ngoài, hai pha với 2 đầu vào clock,
A/B pha cho chế độ nhân tóc. Chú ý rằng không phải tất cả các chế độ điều
được hỗ trợ bởi một bộ đếm. Có thể sử dụng các loại điều khiển: không sử dụng
đầu vào reset và start, có đầu vào reset nhưng không có start, có cả reset và
Nhóm 9

Page 20


start.

Khi bạn cấp tín hiệu tích cực vào đầu reset, bộ đếm sẽ bị xóa giá trị đếm tức
thời và sẽ giữ ở trạng thái này cho đến khi bạn vô hiệu hóa đâu reset. Khi bạn
cấp tin hiệu tích cực cho đầu vào start, điều này cho phép bộ đếm bắt đầu đếm.
Trong khi tín hiệu start bị vô hiệu hóa thì giá trị đếm tức thời sẽ giữ nguyên và
tín hiệu clock đầu vào sẽ bị bỏ qua.
Nếu tín hiệu reset tích cực trong khi start không tích cực thì tín hiệu reset sẽ bi
bỏ qua và giá trị đếm không thay đổi. Nếu tín hiệu start tích cực trong khi reset
cũng tích cực thì giá trị đếm sẽ bị xóa.
Trước khi bạn sử dụng một bộ đếm tốc độ cao, bạn sử dụng một lệnh định nghĩa
bộ đếm HDEF để chon chế độ hoạt động. sử dụng bit đặc biệt SM0.1 ( bit này
mở trong chu kỳ quét đầu tiên của PLC và đóng ở các chu kỳ sau đo ) để gọi
một chương trinh con khởi tạo có chứa lệnh HDEF.
2.3.6 Lập trình một bộ đếm tốc độ cao:
Bạn có thể dung HSC winzard để cấu hình cho bộ đếm tốc độ cao . HSC
winzard sử dụng các thông tin: loại và chế độ hoạt động của bộ đếm, giá trị
đặt trước của bộ đếm, giá trị tức thời của bộ đếm và khởi tao bộ đếm.Để sử
dụng HSC winzard bạn vào Tool > instruction Winzard > HSC
Để lập trình được một bộ đếm tốc độ cao bạn cần làm những bước sau đây:
B1. Chỉ định bộ đếm và chọn chế độ bộ đếm
B2. Thiết lập byte điều khiển
B3. Nạp giá trị bắt đầu chọ bộ đếm ( starting value )
B4. Nạp giá trị đặt trước cho bộ đếm ( target value )
B5. Gán và cho phép chương trình ngắt
B6. Khởi động bộ đếm ( tích cực bộ đếm )
Chỉ định chế độ hoạt động và các đầu vào:
Sử dụng lệnh định nghĩa bộ đếm tốc độ cao HDEF để chọn chế độ đếm ( mode)
và các đầu vào sử dụng

Nhóm 9

Page 21


Bảng 2.3 mô tả các đầu vào sử dụng cho xung clock, điều khiển hướng và điều
khiển bắ đầu được gắn với mỗi bộ đếm cụ thể.

Bảng 2.3 Input for the highspeed couters

Nhóm 9

Page 22


2.3.7 Các mode đếm của bộ đếm
Hoạt động ở mode 0,1 và 2
Mode 0,1,2 dùng để đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bít nội

Mode 0 : chỉ đếm tăng hoặc giảm không có nút start và reset
Mode 1 : đếm tăng hoặc giảm có nút start và không có nút reset
Mode 2 : đếm tăng hoặc giảm có bit RESET và bit START để cho phép bắt đầu
đếm cũng như bắt đầu reset.Các bit reset cũng như start là các tín hiệu INPUT
được chọn từ bên ngoài.
Hoạt động ở mode 3,4 và 5
Mode 3,4,5 dùng để đếm 1 pha với hướng đếm được xác định bởi bit ngoại tức
là có thể chọn từ ngõ vào input

Nhóm 9

Page 23

Mode 3:chỉ đếm tăng hoặc giảm không có bit START và RESET
Mode 4: đếm tăng hoặc giảm có bit RESET nhưng không có bit START
Mode 5: : đếm tăng hoặc giảm có bit RESET và bit START
Hoạt động ở mode 6,7, và 8

Nhóm 9

Page 24


Mode 6:chỉ đếm tăng hoặc giảm không có bit START và RESET
Mode 7: đếm tăng hoặc giảm có bit RESET nhưng không có bit START
Mode 8: : đếm tăng hoặc giảm có bit RESET và bit START để cho phép bắt
đầu đếm cũng như bắt đầu reset.Các bit reset cũng như start là các tín hiệu
INPUT được chọn từ bên ngoài
Hoạt động ở mode 9,10, và 11 và chế độ x1.

Mode 9,10,11 : dùng để đếm xung A/B của ENCODER có 2 dạng
Dạng 1:đếm tăng 1 khi có xung A/B quay theo chiều thuận, giảm1 khi có xung
A/B quay theo chiều nghịch
Dạng 2:đếm tăng 4 khi có xung A/B quay theo chiều thuận, giảm4 khi có xung
A/B quay theo chiều nghịch

Nhóm 9

Page 25