Ứng dụng PLC s7 200 trong mô hình điều khiển công nghiệp

Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PLC......................................................................4
1.1. Giới thiệu về PLC.....................................................................................4
1.2. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC ....................................................5
1.2.1. Cấu trúc .............................................................................................5
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của PLC............................................................5
1.3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC ..........................................................8
1.3.1. Xử lý chương trình.............................................................................8
1.3.2. Xử lý nhập xuất..................................................................................9
Chương 2. PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC CỦA SIEMENS .......10
2.1. Cấu trúc phần cứng của CPU 224 DC/DC/DC ........................................10
2.2. Cấu trúc ..................................................................................................12
2.3. Mở rộng cổng vào ra...............................................................................13
2.4. Cấu trúc chương trình của S7-200...........................................................14
2.5. Thực hiện chương trình của S7-200 ........................................................15
2.6. Các toán hạng lập trình cơ bản ................................................................16
Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH “STEP 7-MICRO/WIN”........................18
3.1. Làm quen với giao diện lập trình của Step 7- Micro/Win ........................18
3.2. Phương pháp lập trình.............................................................................20
3.3. Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 224 ..................................21
3.4. Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình..................................................22
3.4.1. Các lệnh vào ra ................................................................................22
3.4.2. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm SET(S)/RESET(R)................23
3.4.3 Các lệnh logic đại số (BOOLEAN) ...................................................24
3.4.4. Các lệnh tiếp điểm đặc biệt ..............................................................31
3.4.5. Các lệnh so sánh ..............................................................................32
3.4.6. Lệnh nhảy chương trình con.............................................................33
3.4.7. Các lệnh can thiệp vào thời gian vòng quét ......................................36
3.4.8. Các lệnh điều khiển Timer ...............................................................37
3.4.9. Các lệnh điều khiển Counter ............................................................39

3.4.10. Các lệnh số học ..............................................................................39
3.4.11. Các lệnh dịch chuyển nội dung ô nhớ.............................................41
3.4.12. Các lệnh dịch chuyển thanh ghi......................................................42
3.4.13. Đồng hồ thời gian thực...................................................................45
3.5. Thực hành với STEP 7 MICRO/WIN 32 trên WINDOW........................47
3.5.1. Khởi động chương trình STEP7 MICRO/WIN 32............................47
3.5.2. Khởi tạo Project ...............................................................................49
3.5.3. Viết/sửa chương trình.......................................................................50
3.5.4. Các chú thích của chương trình ........................................................50
3.5.5. Dịch lệnh (compile) và gỡ rối (debug) chương trình.........................51
3.5.6 Lưu giữ chương trình ........................................................................51
3.5.7. Nạp chương trình vào CPU của PLC................................................51
3.5.8. Kiểm tra sự vận hành của chương trình ............................................52
Chương 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ....53


4.1. Mục đích.................................................................................................53
4.2. Bài toán trong thực tế..............................................................................53
4.3. Phân tích bài toán trong thực tế và các cách giải quyết............................53
4.4. Bài toán mô hình, mô phỏng quá trình phân loại sản phẩm .....................54
4.5. Mô hình mô phỏng quá trình phân loại sản phẩm....................................55
4.5.1 Cấu tạo..............................................................................................55
4.5.2. Tín hiệu vào/ra.................................................................................55
4.5.3. Mô tả quá trình phân loại sản phẩm..................................................56
4.5.4. Sơ đồ nối dây các mạch trong thực tế...............................................59
LỜI KẾT ...........................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................64

-1-

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa, trước sự phát triển rất nhanh
của khoa học, kỹ thuật, nhằm đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất con người đã
thay đổi phương thức sản xuất từ máy móc điều khiển thủ công sang các hệ thống
điều khiển tự động- tự động hóa. Trong các dây truyền sản xuất công nghiệp,
những ứng dụng của tự động hóa giúp tiết kiệm tối đa sức lao động của con
người làm tăng hiệu quả kinh tế so với phương thức sản xuất cũ.
Một trong những hệ thống tự động hóa được sử dụng nhiều hiện nay là hệ
thống sử dụng PLC trong điều khiển máy công nghiệp và các quá trình tự động.
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển khả
lập trình dễ sử dụng và linh hoạt trong việc điều khiển máy móc hay các quá
trình tự động trong công nghiệp. PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp
điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị rời cồng kềnh dựa trên việc lập trình
các lệnh logic cơ bản. PLC có thể thực hiện những tác vụ như: định thì, đếm,…
làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp.
Nguyên tắc hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu đầu
vào được đưa về từ qúa trình điều khiển sau đó thực hiện logic được lập trình
trong bộ nhớ để đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Hệ
thống điều khiển sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh một cách linh hoạt
mà không cần có sự thay đổi nào về kết nối phần cứng, chúng ta chỉ cần thay đổi
chương trình điều khiển bên trong bộ nhớ của PLC để hiệu chỉnh hệ thống.
Nhận thức được tầm quan trọng của tự động hóa trong công nghiệp và
được sự hướng dẫn, chỉ bảo của thầy giáo Phạm Đức Long, em đã chọn đề tài:
“Ứng dụng PLC S7-200 trong mô hình điều khiển công nghiệp” với mục đich
tìm hiểu, nghiên cứu những ứng dụng của loại PLC này trong công nghiệp và tự
động hóa. Ứng dụng những gì đã tìm hiểu để xây dựng một mô hình phân loại
sản phẩm tự động trong công nghiệp sử dụng PLC S7-200 của hãng điện tử
SIEMENS.

-2-


PLC SIMATIC S7-200 là họ PLC do hãng SIEMENS sản xuất, được sử
dụng nhiều trong các dây truyền sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ. Ngoài tính dễ
sử dụng, giá thành rẻ nó còn có một số điểm nổi bật sau:
- Khả năng chống nhiễu tốt (ổn định)
- Cấu trúc dạng module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng bằng
việc nối thêm các module mở rộng vào, ra và các module chức năng chuyên dùng
- Kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở đầu vào và đầu ra được chuẩn hóa
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu và dễ sử dụng
- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng
Bố cục đề tài bao gồm những phần chính sau:
Chương 1. Tổng quan về PLC
Chương 2. PLC Simatic S7- 200 CPU 224 DC/DC/DC của SIEMENS
Chương 3. Ngôn ngư lập trình “STEP 7 MICRO/WIN 32”
Chương 4. Xây dựng mô hình băng tải phân loại sản phẩm
Trong thời gian làm đồ án, em đã cố gắng để hoàn thành tốt đề tài của
mình nhưng do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài không thể
tránh được những sai sót và khuyết điểm, em rất mong đươc các thầy, cô trong
bộ môn và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn nữa.
Qua đây, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Phạm Đức Long, cảm ơn
thầy đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong thời gian làm đồ án vừa qua!

Thái Nguyên, Ngày 5 tháng 5 năm 2008

-3-


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ PLC

1.1. Giới thiệu về PLC
PLC là viết tắt của cụm từ Programmable Logic Controller, có nghĩa 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 (cổng 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 cổng vào và xuất tín hiệu ở cổng 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 dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình
phức tạp
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính,
nối mạng, các Module mở rộng.
- Giá cả có 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 dễ 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…

-4-

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 dễ dàng mà không cần một sự can thiệp
vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay.

1.2. Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC
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 Module vào/ra.
Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một 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 sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền
sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ
trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC
qua cổng RS232, RS422, RS458…
1.2.2. 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

-5-


lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái cổng 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 Module
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 module 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 một module 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, module 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.
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 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.

-6-


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 đầu
ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi 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 chỗ 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.
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.

-7-


- Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM,
EPROM.
- Các cổng vào ra I/O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các
đầu vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra
của PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử
lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, trạng thái của các kênh I/O
được cung cấp bỡi các đèn LED hiển thị trên PLC, điều này làm cho việc kiểm
tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ 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.

1.3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC
1.3.1. Xử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được

lưu trữ trong một vùng địa chỉ riêng 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 từng 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.

-8-


- Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại
các module đầu ra.
1.3.2. Xử lý nhập xuất
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC:
- Cập nhật liên tục
Điều này đòi hỏi CPU quét các lệnh ở cổng 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 cổng ra được đưa trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic
của chương trình, khi lệnh OUT được thực hiện thì các cổng ra cài lại vào đơn vị
I/O, vì thế nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới lần cập nhật kế tiếp.
- Quá trình xuất nhập
Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trăm I/O, mà CPU chỉ có

thể xử lý một lệnh ở một thời điểm. Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi
cổng nhập phải được xét riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương
trình. Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi cổng vào, nên tổng thời gian cho
hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất lớn và tăng theo số cổng vào.
Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các cổng 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 cổng 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 trong một chu kỳ chương
trình (từ Start đến End).
Thời gian cập nhật tất cả các cổng vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O
được copy thường là vài ms. Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào độ
dài chương trình điều khiển tương ứng, mỗi lệnh mất khoảng từ 110 s.

-9-


Chương 2. PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC CỦA
SIEMENS
2.1. Cấu trúc phần cứng của CPU 224 DC/DC/DC
S7- 200 CPU 224 là thiết bị điều khiển logic khả lập trình loại nhỏ của
Hãng SIEMENS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Module và có các module
mở rộng. Các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.
Thành phần cơ bản của S7-200 CPU 224 DC/DC/DC là khối vi xử lý CPU- 224.
- CPU 224 bao gồm 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng thêm 7
module mở rộng.
- 4096 từ đơn thuộc miền nhớ đọc/ghi non-volatile để lưu chương
trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM).
- 2560 từ đơn thuộc kiểu đọc ghi để lưu dữ liệu.
- Tổng số cổng vào/ra cực đại là 128 cổng vào và 128 cổng ra.

- 256 Timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: Timer
1ms, Timer 10ms và Timer 100ms.
- 256 bộ đếm chia làm 3 loại: chỉ đếm tiến, chi đếm lùi và vừa đếm
tiến vừa đếm lùi.
- 688 bit 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.
- 6 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 20Khz.
- 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 CPU 224:
- 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.

- 10 -


- 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 từ bộ nhớ, PLC sẽ
chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp
lệnh STOP.
- STOP: Cưỡng 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.

- 11 -


2.2. Cấu trúc
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 đọc

- 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 bit, 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:

- 12 -


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 bit, 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.

2.3. Mở rộng cổng vào ra
CPU 224 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Module. Các module mở rộng
tương tự và có thể mở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó
các module mở rộng về phía bên phải của CPU, làm thành một móc xích. Địa chỉ
của các vị trí của các module được xác định cùng kiểu. Ví dụ như một module

cổng ra không thể gán địa chỉ của một module cổng vào, cũng như một module
tương tự không thể có địa chỉ như một module số và ngược lại.
Các module mở rộng số hay tương tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương
tự với số đầu vào/ra của module.

- 13 -


Sau đây là địa chỉ của một số module mở rộng trên CPU 224:

2.4. 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).

- 14 -


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 con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương
trình chính, sau đó đến các chương trình xử lý ngắt. Cũng có thể trộn lẫn các
chương trình con và chương trình xử lý ngắt ở sau chương trình chính.

2.5. 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.

- 15 -


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 cổng 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.

2.6. 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 một ký tự:

- I: Dùng để chỉ cổng vào vật lý nối trực tiếp vào PLC.
- Q: Dùng để chỉ cổng 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 bên trong PLC.

- 16 -


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 cổng 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 cuộn dây được gắn với các công tắc. Các công tắc này có thể là thường
mở hoặc thường đóng.
Các cổng 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 (loại
thường đóng và thường mở).

- 17 -


Chương 3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH “STEP 7MICRO/WIN”
3.1. Làm quen với giao diện lập trình của Step 7- Micro/Win

Hình 3.1 cửa sổ Program Block

- 18 -

Hình 3.2 cửa sổ Symbol Table

Hình 3.3 Data Block

Hình 3.4 cửa sổ Status Chart

- 19 -


3.2. 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 cycle) 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 động
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 rơle.
- 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.

- 20 -


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 STEPMICRO/DOS hoặc STEP– 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.

3.3. Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU 224

- 21 -


3.4. Một số lệnh cơ bản dùng trong lập trình
3.4.1. Các lệnh vào ra
3.4.1.1. Load (LD)
Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của

ngăn xếp, các giá trị cũ còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
3.4.1.2. Load Not (LDN)
Lệnh LDN nạp giá trị logic nghịch đảo của một tiếp điểm vào trong bit
đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngằn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Các dạng khác nhau của lệnh LD, LDN cho LAD:

- 22 -


3.4.1.3. OUTPUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp
vào bit được chỉ định trong lệnh. Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi.
Mô tả lệnh bằng LAD như sau:

3.4.2. 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 cuộn dây đầu ra. Khi dòng
điều khiển đến các cuộn dây thì các cuộn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm (hoặc
một dãy các tiếp điểm).
Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu của ngăn xếp đến các điểm thiết
kế. Nếu bit 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.

- 23 -


Mô tả bằng lệnh LAD:

3.4.3 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.

- 24 -