Nghiên cứu hệ thống tưới hoa lan tự động sử dụng PLC S7 – 1200

ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................

1

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG

ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm trở lại đây, nghề trồng cây, hoa cảnh rất phát triển mang lại
nguồn lợi kinh tế cao mà không đòi hỏi nhiều công lao động, chăm sóc. Nhưng
lại cần sự tỉ mỉ là chính xác cao trong quá trình chăm sóc. Hoa lan là loại cây
cảnh có giá trị về thẩm mỹ và kinh tế rất cao không chỉ trong nước mà còn có
thể xuất khẩu ra thị trường nước ngoài. Hiện nay, nghề trồng hoa lan rất phô
biến, đa số mọi vùng đều có thể trồng được. Trồng hoa lan không đòi hỏi diện
tích quá rộng nhưng đòi hỏi cao vầ kỹ thuật trồng và chăm sóc. Người trồng
phải tuân thủ những quy tắc khắt khắt khe khi trồng. Tuy khó khăn là vậy nhưng
không ít người đã đi lên làm giàu từ hai bàn tay trắng nhờ những cành lan.
Trong thể kỳ XX và XXI chúng ta đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc của
công nghệ trong nhiều lĩnh vực. Các ngành tự động hóa cũng nằm trong số đó,
xu thế của hiện tại là giảm tối đa sức lao động của con người vào quá trình sản
xuất. Thay vào đó là những hệ thống, cơ cấu được điều khiển tự động do con
người lập trình, thay con người làm việc. Góp phần giải phóng sức lao động. Tự
động hóa đã góp phần không nhỏ thúc đẩy sự phát triển của nông nghiệp, hướng
đến một ngành nông nghiệp không còn sự tham gia trực tiếp của con người vào
quá trình sản xuất. Ứng dụng các loại cảm biến và hệ thống tự động hóa vào quá
trình chăm sóc cây trồng không còn gì xa lạ mà ngày càng được ưa chuộng để
hướng đến một ngành nông nghiệp hoàn toàn tự động.
Tuy nhiên, việc ứng dụng một hệ thống tự động vào việc chăm sóc và nuôi trồng
hoa chưa phô biến ở Việt Nam. Chính vì những lý do đó, chúng em đã quyết
định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống tưới hoa lan tự động sử dụng PLC
S7 – 1200” để làm đề tài cho học phần: Đồ án tự động hóa trong Công Nghiệp.
Vì kiến thức và thời gian hoàn thành báo cáo còn hạn hẹp nên kính mong thầy

thông cảm và bô sung thêm những kiến thức em còn thiếu. Em xin chân thành
cảm ơn thầy Nguyễn Đăng Khang đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đúng tiến độ
báo cáo này!
THAY MẶT NHÓM THỰC HIỆN

2

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 – 300 CỦA SIEMENS
PLC viết tắt của Progammable Logic Control là thiết bị điều khiển logic khả
trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một
ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Trên
cơ sở phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật tin học, cụ thể là kỹ thuật máy tính, kỹ
thuật điều khiển lôgíc khả lập trình đã phát triển mạnh và ngày càng chiếm vai
trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, không những thay thế cho kỹ thuật
điều khiển bằng cơ cấu cam, kỹ thuật Rơle trước kia mà chiếm lĩnh nhiều chức
năng phụ khác như chức năng chuẩn đoán v.v Kỹ thuật này điều khiển có hiệu
quả với từng máy làm việc độc lập cũng như với các hệ thống máy sản xuất linh
hoạt phức tạp khác .Căn cứ theo lịch sử phát triển của kỹ thuật máy tính và cấu
trúc chung của một bộ điều khiển khả trình PLC (dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý)
chúng ta có thể thấy rằng kỹ thuật điều khiển sử dụng PLC ra đời vào khoảng
những năm 1960 - 1970. Và từ đó kỹ thuật này đã từng bước phát triển và tiếp
cận dần tới các nhu cầu công nghiệp. Trong giai đoạn đầu thì các thiết bị khả

trình yêu cầu người sử dụng phải nắm vững kỹ thuật điện tử, phải có trình độ
cao như ngày nay thì các thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phô
cập cao và đang dần được thay thế cho hệ thống điều khiển Rơle và các hệ thống
điều khiển lôgíc cô điển khác. Ngày nay khi lĩnh vực điều khiển được mở rộng
đến cả quá trình sản xuất phức tạp, đến các hệ thống điều khiển tông thể với các
mạch vòng kín, đến các hệ thống xử lý số liệu và điều khiển kiểm tra tập trung
hoá. Hệ thống điều khiển lôgíc thông thường không thể thực hiện điều khiển
tông thể được. Do vậy các bộ điều khiển khả lập trình hoặc điều khiển bằng máy
vi tính đã trở nên cần thiết và chúng ta sẽ gặp nhiều ứng dụng của các thiết bị
này trong các thiết bị sản xuất tự động cũng như những hệ thống điều khiển hiện
đại khác. Đặc trưng của kỹ thuật PLC là việc sử dụng vi mạch để xử lý thông
tin. Các ghép nối logic cần thiết trong quá trình điều khiển được xử lý bằng phần
mềm do người sử dụng lập nên và cài đặt vào. Chính do đặc tính này mà người
3

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

sử dụng có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hóa khác nhau trên cùng một
bộ điều khiển và hầu như không phải biến đôi gì ngoài việc nạp những chương
trình khác nhau. Với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ
điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đôi thuật toán và đặc biệt dễ trao đôi thông tin
với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ
chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối
chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu kỳ của

vòng quét (scan). Để thực hiện một chương trình điều khiển tất nhiên PLC phải
có chức năng như một máy tính nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ
điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các công
vào ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đôi thông tin với
môi trường xung quanh. Bên cạnh đó để phục vụ bài toán điều khiển số, PLC
còn cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như là bộ đếm (Counter),
bộ thời gian (Timer) và các khối hàm chuyên dụng.
Bộ nhớ chương trình

Bộ đệm
vào/ ra

Khối vi xử lý trungtâm
+ Hệ điều hành

Timer
Bộ đếm
Bit cờ

Bus của PLC

Cổng vào ra
onboard

Quản lý ghép nối

Cổng ngắt và đếm tốc độ
cao

4

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Hình 1.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của PLC
1.1 Cấu tạo chung của PLC
1.1.1 Cấu tạo của PLC
PLC có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modulle nối ghép:
- Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới
dạng
ổ cáp nối với bên ngoài
oooooooooooo

Chân cắm vào

oooooooooooo

Chân cắm ra

Hình1.2: Cấu tạo PLC kiểu hộp đơn
nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện
vào/ra. Kiểu hộp đơn thường vẫn có khả năng ghép nối được với các module
ngoài để mở rộng khả năng của PLC. Kiểu hộp đơn như hình 1.2
- Kiểu module gồm các module riêng cho mỗi chức năng như module nguồn,
module xử lý trung tâm, module ghép nối, module vào/ra, module mờ, module

PID... các module được lắp trên các rãnh và được kết nối với nhau. Kiểu cấu tạo
này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với mọi kích cỡ, có
nhiều bộ chức năng khác nhau được gộp vào các module riêng biệt. Việc sử
dụng các module tuỳ thuộc công dụng cụ thể. Kết cấu này khá linh hoạt, cho
phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cách bô sung các module vào/ra
hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ (Hình 1.3).

Bộ nguồnBộ xử lýCác module5 vào/ra...
GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG
Hình 1..4 Kiểu module


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

1.1.2 Cấu hình phần cứng
Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ,
bộ nguồn, giao diện vào/ra và thiết bị lập trình. Sơ đồ hệ thống như Hình 46
Thiết bị lập trình

Bộ nhớ
Giao diện vào

Giao diện ra

Bộ xử lý

Nguồn cung cấp

Hình 1.4: Cấu hình phần cứng
1.1.3 Giao diện vào/ra
Giao diện vào là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền
thông tin đến các thiết bị bên ngoài.
Nút bấm và Bộ
cácchuyển
công tắcmạch,
logic côngCác
tắc tham
hành trình,
giới
hạnnhư t0
số điều
khiển
áptín
suất,
ápbáo
lực động ...
Các
hiệu

Bộ PLC

Các cuộn hút

Các van

Các đèn

Hình 1.5: Sơ đồ khối tín hiệu vào/ra PLC

6

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Tín hiệu vào có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang
điện.... Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các
van điện từ, các động cơ nhỏ... Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu
liên tụctín hiệu logic... Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện như hình 3-14
Các kênh vào/ra đã có các chức năng cách ly và điều hoá tín hiệu sao cho các
bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần
thêm mạch điện khác.

Hình 1.6: Nguyên lý cách ly tín hiệu vào của PLC

7

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Hình 1.7: Nguyên lý cách ly tín hiệu ra

Tín hiệu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang như
hình 3-15. Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V,
220V. Các PLC cơ nhỏ thường chỉ nhận tín hiệu 24V.
Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiểu rơle như Hình 49a,
cách ly kiểu quang như hình 49b. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch
24v, 100mA; 110v, 1A một chiều; thậm chí 240v, 1A xoay chiều tuỳ loại PLC.
Tuy nhiên, với PLC cỡ lớn dải tín hiệu ra có thể thay đôi bằng cách lựa chọn
các module ra thích hợp.
1.1.2 Các modul của PLC S7-300
PLC Step 7-300 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC
đa khối. Thông thường dể tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó
phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào đầu ra cũng như chủng
loại tín hiệu vào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị
cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các modul. Số các modul
được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán . Song tối thiểu bao giờ cũng
phải có một modul chính là modul CPU. Còn modul còn lại là những modul
nhận , truyền tín hiệu với đối tượng điêù khiển ác modul chức năng chuyên dụng
như PID, điêù khiển động cơ .. Chúng được gọi chung lá modul mở rộng . Tất cả
các modul được giá trên những thanh ray ( Rack ).
Các module mở rộng

Giá đỡ (Rack)
Module CPU

Cổng nối tiếp RS485
8

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Hình 1.8: PLC S7-300 bao gồm nhiều Module
1.1.2.1 Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điêù hành, bộ nhớ, các bộ
thời gian, bộ đếm , công truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài công
vào ra số. Các công vào ra số có trên modul CPU được gọi là công vào ra
onboard. Trong họ PLC S7 – 300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Nói
chung chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul CPU 312,
modul CPU 314, modul CPU 315. Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử
lý nhưng khác nhau về công vào ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt
được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các
công vào ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm
cụm chữ cái IFM ( viết tắt của
Intergated Function Modul ).
RUN-P
Simatic

RUN

Ngoài ra còn cóS7các
loại modul CPU với hai công truyền thông, trong đó công
- 300

truyền thông thứ 2 có chứcSTOP
năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Tất
314-1AE00-OABO
nhiên
kèm theo

MRES

công truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện dụng

thích hợp cũng đã được cài trong hệ điêù hành. Các loại modul CPU được phân
biệt với những modul CPU khác bằng thêm cụm từ DP trong tên gọi.
Modul CPU 314:

siemens

9

CPU 314
SF
BAF
DC 5v
FRCE
RUN
STOP

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG

Hình 1.9: Hình khối mặt trước CPU 314

ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Trong đó:
1. Các đèn báo:

+ Đèn SF: báo lỗi CPU.
+ Đèn BAF: Báo nguồn ắc qui.
+ Đèn DC 5v: Báo nguồn 5v.
+ Đèn RUN: Báo chế độ PLC đang làm việc.
+ Đèn STOP: Báo PLC đang ở chế độ dừng.

2. Công tắc chuyển đôi chế độ:
+ RUN-P: Chế độ vừa chạy vừa sửa chương trình.
+ RUN: Đưa PLC vào chế độ làm việc.
+ STOP: Để PLC ở chế độ nghỉ.
+ MRES: Vị trí chỉ định chế độ xoá chương trình trong
CPU. (Muốn xoá chương trình thì giữ nút bấm về vị trí MRES để đèn STOP
nhấp nháy, khi thôi không nhấp nháy thì nhả tay. Làm lại nhanh một lần nữa
(không để ý đèn STOP) nếu đèn vàng nháy nhiều lần là xong, nếu không thì
phải làm lại).

1.1.2.2 Modul mở rộng
Các modul mở rộng được chia làm 5 loại chính:
1, PS ( Powe supply ) : Modul nguồn nuôi .Có ba loại 2A, 5A và 10A
2, SM ( Signal module ) : Modul mở rộng công tín hiệu vào ra bao gồm :
- DI ( Digital input ) : Modul mở rộng các công vào số . Số các công vào số

mở rộng có thể là 8 , 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại modul .

10

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

- DO ( Digital output ) : Modul mở rộng các công ra số . Số các công ra số
mở rộng có thể là 8 , 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại modul .
- DI/DO : Modul mở rộng các công vào ra số . Số các công vào ra số mở
rộng có thể là 8vào 8ra, 16vào 16ra tuỳ thuộc vào từng loại modul.
- AI ( Analog input ) : Modul mở rộng các công vào ra tương tự về bản chất
chúng chính là những bộ chuyển đôi tương tự số 12 bít ( AD ). Tức là mỗi tín
hiệu tương tự được chuyển thành một tín hiệu số nguyên có độ dài 12 bít .Số các
công vào tương tự có thể là 2 , 4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul
- AO ( Analog output ) : Modul mở rộng các công tương tự . Về bản chất
chúng chính là những bộ chuyển đôi số 12 bít ( AD ). Số các công ra tương tự có
thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại modul .
- AI/AO : Modul mở rộng các công vào , ra tương tự số . Số các công ra
tương tự có thể là 4vào 2 ra hoặc 4vào 4ra tuỳ theo từng loại modul .
3, IM (Interfac modul): Modul ghép nối. Đây là modul chuyên dụng có nhiệm
vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản
lý chung bởi một modul CPU.Thông thường các modul mở rộng được gá liền
nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá nhiều nhất 8
modul mở rộng (Không kể modul CPU, modul nguồn nuôi ). Một modul CPU

S7 -300 có thể làm việc trực tiếp được với nhiều nhất 4 racks và các racks này
phải được nối với nhau bằng modul IM .
4, FM ( Function modul ) : Modul có chức năng điêù khiển riêng ví dụ : modul
điêù khiển động cơ bước , modul điều khiển động cơ secvo , modul PID.
5, CP (Comminiction modul): Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các
PLC vớiNguồn
nhau hoặcCPU
PLC vớiIM
máySM
tính.SM SM SM SM CP

FM FM

Slot 1
2
3
4 5 6 711 8GVHD:
9 Th.S
10 PHẠM
11 VĂN HÙNG
Hình 1.10: Cấu hình một thanh rack của trạm PLC S7-300


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Xác định địa chỉ cho modul mở rộng
Một trạm PLC được hiểu là một modul CPU ghép nối cùng với các modul

mở rộng khác (modul DI, AI, DO, AO, CP, FM) trên những thanh rack (giá đỡ),
trong đó việc truy cập của CPU vào các modul mở rộng được thực hiện thông
qua địa chỉ của chúng. Một mudul CPU có khả năng quản lý được 4 thanh rack
với tối đa 8 Modul mở rộng trên mỗi thanh. Tùy vào vị trí lắp đặt của modul mở
rộng trên những thanh rack mà các modul có những địa chỉ khác :

Rack 3

IM
Nhận

Rack 2

Rack 1

CPU +
Nguồn
Nuôi

Rack3

IM
Nhận
IM
Nhận
IM
Gửi

640

656

672

689

704

720

736

752

655

671

687

703

719

735

751

765

512

528

544

560

576

592

608

624

527

543

559

575

591

607

623

639

384

400

416

432

448

464

480

496

399

415

431

447

463

479

495

511

256

272

288

304

320

336

352

368

271

287

303

319

335

351

367

383

Hình IM
1.11: Quy
tắc100.0
xác định104.0
địa chỉ108.0
cho các
modul
tương120.0
tự
116.0
96.0
112.0
Nhận

Rack2

Rack1

CPU +
Nguồn
Nuôi

99.7

IM
Nhận
IM
Nhận
IM
Gửi

124.0

103.7
107.7

111.7

115.7

119.7

123.7

127.7

64.0

68.0

72.0

76.0

80.0

84.0

88.0

92.0

67.7

71.7

75.7

79.7

83.7

87.7

91.7

95.7

32.0

36.0

40.0

44.0

48.0

52.0

56.0

60.0

35.7

39.7

43.7

47.7

51.7

55.7

59.7

63.7

0.0

4.0

8.0

16.0

20.0

24.0

28.0

3.7

7.7

11.7

19.7

23.7

27.7

31.7

12.0

12

15.7

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Hình 1.12 Quy tắc xác định địa chỉ cho các modul số
1.1.3 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ
1.1.3.1 Kiểu dữ liệu
Một chương trình ứng dụng trong S7 - 300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu
sau:
1, BOOL: với dung lượng một bit và có giá trị là 0 hoặc 1 (đúng hoặc sai).
Đây là kiểu dữ liệu cho hai biến trị.
2, BYTE: gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương
trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII một ký tự. Ví dụ:
L B#16#14

// Nạp số nguyên 14 viết theo hệ cơ số 16 độ dài 1 byte vào

ACCU1.
3, WORD: Gồm 2 bytes, để biểu diễn một số nguyên dương từ 0 đến 65535.
Ví dụ:
L 930.
L W#16#3A2.
4, INT: Cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên
trong khoảng -32768 ÷32767. Ví dụ:
L 930.
L W#16#3A2.

13

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

5, DINT: Gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên từ -2147483648
đến 2147483647.
Ví dụ:
L L#930
L DW#16#3A2.
6, REAL: Gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động.
Ví dụ:
L 1.234567e+13
L 930.0
7,

S5T

(hay

S5TIME):

Khoảng

thời

gian,

được

tính

theo

giờ/phút/giây/miligiây. Ví dụ:
L S5T#2h_1m_0s_5ms.
Là lệnh tạo trễ khoảng thời gian là 2 tiếng một phút và 5 miligiây.
8, TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.
Ví dụ:
L TOD#5: 45: 00
Là lệnh khai báo giá trị thời gian trong ngày 5 giờ 45 phút.
9, DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.
Ví dụ:
L DATE#1999 - 12 - 8
là lệnh khai báo ngày mùng 8 tháng 12 năm 1999.
10, CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự).
14

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Ví dụ:
L 'ABCD '.
L 'E'
1.1.3.2 Cấu trúc bộ nhớ CPU
Bộ nhớ của S7 – 300 được chia làm 3 vùng chính:
1, Vùng chứa chứa chương trình ứng dụng: Vùng nhớ chương trình được
chia thành 3 miền:
a, OB ( Organisation block ) : Miền chứa chương trình tô chức .
b, FC ( Function ) : Miền chứa chương trình con được tô chức thành hàm có
biến hình thức để trao đôi với chương trình đã gọi nó
c, FB (funtion block): miền chứa chương trình con,được tô chức thành hàm
và có khả năng trao đôi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.Các
dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng(gọi là DB-Data
block)
2, Vùng chứa tham số của hệ điêù hành và chương trình ứng dụng , được
phân chia thành 7 miền khác nhau :
a, I ( Process image input ) : Miền bộ đệm các dữ liệu công vào số. Trước khi
bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các công đầu
vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I .Thông thường chương trình ứng dụng
không đọc trực tiếp trạng thái logic của công vào ra số mà chỉ lấy dữ liệu của
công vào từ bộ đệm I.
b, Q ( Process image output ) : Miền bộ đệm các dữ liệu công ra số. Kết thúc
giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới
các công ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới công
ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm.

15

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

c, M : Miền các biến cờ . Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để
lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bít ( M) byte ( MB ) từ
( M W) hay từ kép ( MD ).
d, T : Miền nhớ phục vụ bộ thời gian ( Timer ) bao gồm việc lưu giữ giá trị
thời gian đặt trước ( PV – preset value ) giá trị đếm của thời gian tức thời ( CV –
Current value ) cũng như giá trị logic của bộ thời gian .
e, C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm ( Counter ) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt
trước ( PV ) , giá trị đếm tức thời ( CV ) và giá trị đầu ra của bộ đếm .
f, PI: Miền địa chỉ công vào của các modul tương tự ( I/O External input ) .
Các giá trị tương tự tại công vào của modul tương tự sẽ được modul đọc và
chuyển tự động theo những địa chỉ . Chương trình ứng dụng có thể truy cập
miền nhớ PI theo từng byte ( PIB) từng từ ( PIW) hoặc theo từng từ kép (PID).
g, PQ: Miền địa chỉ công ra cho các modul tương tự (I/O External output ) .
Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được các modul tương tự chuyển các công
ra tương tự . Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte
( PQB ) từng từ ( PQW ) hoặc theo từng từ kép ( PQD ) .
3, Vùng nhớ các khối dữ liệu được chia làm hai loại :
a, DB ( Data block ): Miền chứa các dữ liệu được tô chức thành khối. Kích
thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định , phù hợp với từng bài
toán điêù khiển. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bít ( DBX )
byte ( DBB ) từng từ ( DBW ) hoặc từng từ kép ( DBD ) .
b, L ( Local data block ): Miền dữ liệu địa phương được các khối chương

trình OB, FC, FB, tô chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đôi dữ
liệu của biến hình thức và những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của một
số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình ứng dụng
trong OB, FC, FB. Miền này có thể được truy cập từ chương trình theo bít ( L)
byte ( LB ) từ ( LW ) hoặc từ kép ( LD ).
16

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Phân chia bộ nhớ cho các vùng nhớ khác nhau, bao gồm:
- Vùng nhớ chứa các thanh ghi.
- Vùng System memory.
- Vùng Load memory.
- Vùng Work memory.
Kích thước của các vùng nhớ này phụ thuộc vào chủng loại của từng modul
CPU.
+ 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 ) và các khối dữ
liệu DB. Vùng nhớ này được tạo bởi một phần bộ nhớ RAM của CPU và
EFPROM ( nếu có ). Khi thực hiện động tác xoá bộ nhớ ( MRES ) toàn bộ các
khối chương trình và các khối dữ liệu trong RAM sẽ bị xoá. Cũng như vậy khi
chương trình hay khối dữ liệu được đô ( down load ) từ thiết bị lập trình ( PG .
máy tính ) vào modul CPU chúng sẽ được ghi lên phần RAM của vùng nhớ load

memory.
+ Work memory: Là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối
chương trình ( OB, FC, SFC hoặc 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 đôi
tham trị với hệ điêù hành và các khối chương trình khác ( local block ).Tại một
thời điểm nhất định vùng work memory chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi
khối chương trình đó thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xoá nó khỏi word
memory và nạp vào đó khối chương trình kế tiếp đến lượt được thực hiện.

17

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

System memory

Accumulator
ACCU1

Bé ®Öm ra sè
Bé ®Öm vµo sè
Vïng nhí cê
Timer
Counter

ACCU2
Address register
AR1

Q
I
M
T
C

AR2
Work memory

Data block register
DB (share)

- Logic block
- Data block
- Local block, Stack

DI (instance)
Status word
Status

Load memory
- User program (RAM)
- User Program (EEPROM)

Hình 1.13: Phân chia các vùng nhớ trong CPU
+ System memory: Là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào / ra số ( Q/ I ) , các

biến cờ ( M ) thanh ghi C – Word, PV, T – bít của Timer, thanh ghi C – Word,
PV, T – bít của Counter. Việc truy cập sủa đôi dữ liệu những ô nhớ này được
phân chia hoặc bởi hệ điều hành của CPU hoặc do chương trình ứng dụng có thể
thấy rằng các vùng nhớ được trình bày trên không có vùng nhớ nào được dùng
làm bộ đệm cho các công vào ra tương tự. Nói cách khác các công vào ra tương
tự không có bộ đệm và như vậy mỗi lệnh truy cập modul tương tự ( đọc giữ các
giá trị ) đều có tác dụng trực tiếp với công vật lý của modul .
Bảng sau trình bày chi tiết hơn về ý nghĩa các vùng nhớ :
Tên gọi

Kích thước

Kích thước

Process-

truy nhập
I

tối đa
0.0 ÷ 127.7

ý nghĩa
Đối với mỗi vòng quét hệ điêù

inmage

IB

0.0 ÷ 127

hành sẽ ghi vào phần

Input ( I )

IW

0.0 ÷ 126

nhỏ này các giá trị được lấy từ

Bộ đệm vào

ID

0.0 ÷ 124

công vào số vật lý của modul mở

số

rộng

18

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Process-

Q

0.0 ÷ 127.7

Cuối mỗi vòng quét hệ

inmage

QB

0.0 ÷ 127

điều hành sẽ đọc nội dung của

Output ( Q )

QW

0.0 ÷ 126

miền nhớ này và chuyển ra công

Bộ đệm ra số

QD

ra số của modul mở rộng .

Bít memory

M

0.0 ÷ 124
0.0 ÷ 255.7

(M)

MB

0.0 ÷ 255

biến cờ cho chương trình ứng

MW

0.0 ÷ 254

dụng .

MD

0.0 ÷ 252

Vùng

nhớ

cờ

T0 ÷ T255

Timer

Được sử dụng như một miền các

Miền nhớ lưu giữ các giá trị PV,

(T)

CV và T- bít của Timer. Được
truy cập để sửa đôi bởi hệ điều

Counter

hành và chương trình ứng dụng.
Miền nhớ lưu giữ các giá trị PV,

C0 ÷ C255

(C)

CV và C- bít của Counter.

Data block

DBX

0.0 ÷ 65535.7

Được mở bằng lệnh

( DB )

DBB

0.0 ÷ 65535

“ OPN DB ”

Khối dữ liệu

DBW

0.0 ÷ 65534

Shaer

DBD

0.0 ÷ 65532

Data block

DIX

0.0 ÷ 65535.7

Là khối DB nhưng

( DI )

DIB

0.0 ÷ 65535

được mở bằng lệnh

Khối dữ liệu

DIW

0.0 ÷ 65534

“ OPN DI ”

Instance

DID

0.0 ÷ 65532

Local block

Miền nhớ được cấp phát cho các

( L)

L

0.0 ÷ 65535.7 khối OB, FC, FB

Miền nhớ địa

LB

0.0 ÷ 65535

Mỗi khi khối này được gọi để thực

phương

cho

LW

0.0 ÷ 65534

hiện. Miền nhớ này cũng sẽ được

các tham số

LD

0.0 ÷ 65532

giải

0.0 ÷ 65535

phóng khi thực hiện xong các khối
Chỉ có địa chỉ truy cập để

hình thức
Peri pheral

PIB

19

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

input
( PI )
Peri pheral
output
(PQ )

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

PIW

0.0 ÷ 65534

đọc. Không có phần bộ nhớ .

PID
PQB

0.0 ÷ 65532
0.0 ÷ 65535

Chỉ có địa chỉ truy cập để

PQW

0.0 ÷ 65534

đọc. Không có phần bộ nhớ thực sự

PQD

0.0 ÷ 65532

Trừ phần bộ nhớ EFPROM thuộc vùng Load memory và một phần RAM tự
nuôi đặc biệt ( Von – voldtile ) dùng để lưu giữ tham số cấu hình trạm PLC như
địa chỉ trạm ( MPI address ) tên các modul mở rộng tất cả các phần bộ nhớ còn
lại ở chế độ mặc định không có khả năng tự nhớ ( Non- rententive ). Khi mất
nguồn nuôi hoặc thực hiện công việc xóa bộ nhớ ( MRES ) toàn bộ nội dung bộ
nhớ ( Non- rententive ) sẽ bị mất. Tuy nhiên ta có thể sử dụng phần mềm Step
7 để chuyển những khối DB chứa những dữ liệu quan trọng, cũng như các dữ
liệu của Timer , Counter vào phần bộ nhớ RAM tự nuôi khi mất điện .

Bảng sau trình bày những dữ liệu có thể được chuyển vào phần bộ nhớ
( Non- rententive ) của CPU 314 nhờ Step 7 :
Dữ liệu thuộc miền

Phần có thể chuyển

Mặc định của Step 7

Vùng nhớ cờ ( M )

0 ÷ 256 ( byte )

16 ( Số các byte )

Timer

0 ÷ 128

0 ( Số các Timer )

Counter

0 ÷ 64

8 ( Số các Counter )

Các khối DB

0 ÷ 127

1. Có thể quy định từng phần chứ
không cần phải toàn bộ DB

1.1.4 Cấu trúc chương trình
Chương trình cho S7 – 300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành
riêng cho chương trình và có thể được lập với hai dạng cấu trúc khác nhau:
1.1.4.1 Lập trình tuyến tính
20

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Hình 1.14: Lập trình tuyến tính
Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại hình
cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ không phức
tạp . Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện
các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại
lệnh đầu tiên.
1.1.4.2 Lập trình có cấu trúc
Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và
phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại cấu trúc này phù
hợp với bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp PLC S7 – 300 có bốn
loại khối cơ bản :
+ Loại khối OB ( organization block ): Khối tô chức và quản lý chương trình
điều khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng được

phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm kí tự OB ví dụ như OB1,
OB35, OB8.
+ Loại khối FC ( Program block ): Khối chương trình với những chức năng
riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm ( chương trình con có biến
hình thức ). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC
này được phân biệt với nhau bằng các số nguyên sau nhóm ký tự FC
+ Loại khối FB ( Function block ): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao
đôi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các khối dữ liệu này
21

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

được tô chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chương
trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB các khối FB này được phân biệt với
nhau bằng các số nguyên sau nhóm ký tự FB.
+ Loại khối DB ( Data block ): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện
chương trình. Các tham số của khối do người tự đặt. Một chương trình ứng dụng
có thể có nhiều khối DB các khối DB này được phân biệt với nhau bằng các số
nguyên sau nhóm ký tự DB.

…
FC7

…

FB2
FC1

Hệ
điêù
hành

FB9

OB1
FB5

FC3

...

…

Hình 1.15: Lập trình có cấu trúc
Chương trình trong các khối được liên kết bằng các lệnh gọi khối, chuyển
khối. Xem những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con
thì S7 – 300 cho phép gọi các chương trình con lồng nhau, tức là từ chương trình
con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi
tới chương trình con thứ ba…Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng
chủng loại modul CPU mà ta sử dụng. Ví dụ với modul CPU 314 thì số lệnh gọi
lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8 . Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt
quá con số giới hạn cho phép PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP vá đặt cờ báo
lỗi.
1.1.4.3 Những khối OB đặc biệt

22

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Trong khi khối OB1 được thưc hiện đều đặn ở từng vòng quét trong giai
đoạn thực hiện chương trình ( giai đoạn 2 ) thì các khối OB khác chỉ thực hiện
khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt tương ứng, nói cách khác chương trình viết cho
các khối OB này chính là chương trình xử lý tín hiệu ngắt ( event ). Chúng bao
gồm:
+ OB10 ( Time of day interrupt ): Chương trình trong khối OB10 sẽ được
thực hiện khi giá trị của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian
đã được quy định OB10 có thể được gọi một lần, nhiều lần các đều nhau từng
phút từng giờ từng ngày .. Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10
được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SFC28 hoặc trong báng tham số của
modul CPU nhờ phần mềm Step7.
+ OB20 ( Time delay interrupt ): Chương trình trong khối OB20 sẽ được
thực hiện sau một thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống
SFC32 để đặt thời gian trễ .
+ OB35 ( Cyclic interrupt ): Chương trình trong OB35 sẽ được thực hiện
cách đều nhau trong một khoảng thời gian cố định, mặc định khoảng thời này sẽ
là 100ms xong ta có thể thay đôi nó trong bảng tham số của modul CPU nhờ
phần mềm Step7.
+ OB40 ( Hard ware interrupt ): Chương trình OB40 sẽ được thực hiện khi
xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào modul CPU thông qua các

công vào ra số onboard đặc biệt hoặc thông qua các modul SM, CP, FM.
+ OB80 ( Cyle Time Fault ): Chương trình OB80 sẽ được thực hiện khi thời
gian vòng quét ( Scan time ) vượt qua khoảng thời gian cực đại đã quy định hoặc
khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thúc
ở lần gọi trước. Mặc định Scan time cực đại là 150ms nhưng có thể thay đôi nó
thông qua bảng tham số của modul CPU nhờ phần mềm Step7.
+ OB81 ( Power supply interrupt ): Modul CPU sẽ gọi chương trình khong
khối OB81 khi phát hiện they có lỗi về nguồn nuôi .
+ OB82 ( Diagnostic interrupt ): Chương trình trong OB82 được gọi khi CPU

23

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

phát hiện có sự cố từ các modul mở rộng vào ra. Các modul mở rộng này phải là
những modul có khả năng tự kiểm tra mình.
+ OB85 ( Not load Fault ): CPU sẽ gọi khối OB85 khi phát hiện they chương
trình ứng dụng có sử dụng chế độ ngắt nhưng chương trình xử lý tín hiệu ngắt
lại không có trong khối OB tương ứng.
+ OB87 ( Comminication Fault ): Khối OB87 sẽ được gọi khi CPU phát hiện
thấy lỗi trong truyền thông ví dụ không có tín hiệu trả lời từ đối tác.
+ OB100 ( Start up information ): Khối OB100 sẽ được thực hiện một lần khi
CPU chuyển trạng thái từ STOP sang RUN.
+ OB101 ( Cold Start up information - Chỉ có S7 – 400 ): Khối OB101 sẽ

được thực hiện một lần khi công tắc nguồn của CPU chuyển từ trạng thái OFF
sang ON.
+ OB121 ( Synchronous error ): Khối OB121 sẽ được thực hiện khi CPU
phát hiện thấy lỗi logic trong chương trình như đôi sai kiểu dữ liệu hoặc lỗi truy
cập khối DB, FC, FB khong có trong bộ nhớ của CPU.
+ OB122 (Synchronous error ): Khối OB122 sẽ được thực hiện khi CPU phát
hiện thấy lỗi truy cập modul trong chương trình.

24

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG


ĐỒ ÁN HP 2
NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

Hình 1.16: Hình ảnh thực tế PLC s7 - 300

25

GVHD: Th.S PHẠM VĂN HÙNG