Ky thuat lap trinh PLC s7 200 lam quoc hung

TỦSÁCH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ CƠNG NGHỆ TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Giáo trình

KỸ THUẬT LẬP TRÌNH
PLC S7 – 200
Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hưng

Lưu hành nội bộ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2009


TỦSÁCH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CAO ĐẲNG KINH TẾ CÔNG NGHỆ TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Giáo trình

KỸ THUẬT LẬP TRÌNH
PLC S7 – 200
Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hưng

Lưu hành nội bộ
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2009


Mục lục

MỤC LỤC
Chương 1
Tổng quát về PLC ............................................................................................ 5
I. Khái niệm chung .................................................................................... 5
II. Cấu trúc vànguyên lý hoạt động của PLC ............................................ 6
1. Cấu trúc PLC ....................................................................................... 6
2. Nguyên lý hoạt động của PLC ............................................................ 7
III. Các hoạt động xư û lý bên trong PLC ..................................................... 10
1. Xư û lý chư ơng trình ............................................................................. 10
2. Xư û lý xuất nhập ................................................................................. 11
IV. Các dạng chư ơng trình của PLC ........................................................... 12
V. Các loại PLC ........................................................................................ 13
Chương 2
PLC Siemens S7 – 200.................................................................................... 16
I. Cấu trúc phần cư ùng S7 – 200 .............................................................. 16
II. Cấu trúc bộnhớ.................................................................................... 19
III. Mở rộng cổng và
o ra ............................................................................ 22
IV. Cấu trúc chư ơng trình PLC S7 – 200.................................................... 24
V. Thư ïc hiện chư ơng trình của PLC S7 – 200........................................... 25
VI. Các vù
ng nhớ PLC S7 – 200 ................................................................ 26
1. Các vù
ng nhớ..................................................................................... 26
2. Đònh dạng dư õliệu .............................................................................. 26
Chương 3
Các tập lệnh của PLC S7 – 200 ....................................................................30
I. Phư ơng pháp lập trình........................................................................... 30
II. Các tập lệnh của PLC S7 – 200 ........................................................... 30

1. Lệnh cơ bản ....................................................................................... 30
2. Lệnh so sánh ...................................................................................... 39
3. Lệnh đònh thì vàđếm ......................................................................... 40
4. Lệnh sốhọc ....................................................................................... 54
5. Lệnh di chuyển .................................................................................. 57
6. Lệnh đổi............................................................................................. 60
7. Lệnh ghi dờ
i ....................................................................................... 62
8. Lệnh quay .......................................................................................... 64
9. Lệnh logic .......................................................................................... 65
BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG 3 .........................................................................68

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

3


Mục lục
Chương 4
Các lệnh điều khiển chương trình ................................................................ 83
I. Gọi chư ơng trình con ............................................................................ 83
II. Lệnh điều khiển chư ơng trình ............................................................. 84
1. Lệnh nhảy JMP .................................................................................. 84
2. Lệnh lặp FOR NEXT ......................................................................... 84
III. Lệnh ngắt ............................................................................................. 86
1. Ngắt thờigian .................................................................................... 88
2. Ngắt truyền thông .............................................................................. 89
3. Đếm vận tốc cao ................................................................................ 99
IV. Xư û lý tín hiệu analog .......................................................................... 105
1. Đọc tín hiệu analog tư øModul EM231 ............................................. 105

2. Xuất tín hiệu analog qua Modul EM232 ......................................... 107
3. Modul EM235 .................................................................................. 107
V. Lệnh PID ............................................................................................ 108
VI. Lệnh đồng hồ..................................................................................... 115
1. Lệnh đọc thờ
i gian thư ïc READ_RTC .............................................. 115
2. Lệnh ghi thờigian SET_RTC .......................................................... 116
BÀI TẬP CUỐI CHƯƠNG 4 .......................................................................118
HƯỚNG DẪN VÀ GIẢI BÀI TẬP ............................................................. 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................212

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

4


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC

Chương 1: Tổng quát về PLC
I. Khái niệm chung:
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , làthiết bò điều khiển lập
trình đư ợc (khả trình) cho phép thư ïc hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển
logic thông qua một ngôn ngư õlập trình. Ngư ờ
i sư û dụng có thểlập trình đểthư ïc
hiện một loạt trình tư ïcác sư ïkiện. Các sư ïkiện nà
y đư ợc kích hoạt bởi tác nhân
kích thích (ngõvà
o) tác động và
o PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời
gian đònh thì hay các sư ïkiện đư ợc đếm. Một khi sư ïkiện đư ợc kích hoạt thật sư ï,

nó bật ON hay OFF thiết bò điều khiển bên ngoài đư ợc gọi làthiết bò vật lý.
Một bộ điều khiển lập trình sẽliên tục “lặp” trong chư ơng trình do “ngư ời s ư û
dụng lập ra” chờtín hiệu ở ngõvà
o vàxuất tín hiệu ở ngõra tại các thờ
i điểm
đãlập trình.
Đểkhắc phục như õng như ợc điểm của bộ điều khiển dù
ng dây nối ( bộ điều
khiển bằng Relay) ngư ờ
i ta đãchếtạo ra bộ PL C nhằm thỏa mãn các yêu cầu
sau :
 Lập trình dểdàng , ngôn ngư õ lập trình dễhọc .
 Gọn nhẹ, dểdà
ng bảo quản , sư ûa chư õa.
 Dung lư ợng bộ nhớ lớn đểcó thểchư ùa đư ợc như õng chư ơng trình phư ùc
tạp.
 Hoà
n toà
n tin cậy trog môi trư ờ
ng công nghiệp .
 Giao tiếp đư ợc với các thiết bò thông minh khác như : máy tính , nối
mạng , các môi Modul mở rộng.
 Giá cả cá thểcạnh tranh đư ợc.
Các thiết kếđầu tiên lànhằm thay thếcho các phần cư ùng Relay dây nối
vàcác Logic thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cư ờ
ng dung
lư ợng nhớ vàtính dểdà
ng cho PLC màvẫn bảo đảm tốc độ xư û lý cũng như giá
cả … Chính điều này đãgây ra sư ïquan tâm sâu sắc đến việc s ư û dụng PLC trong
công nghiệp . Các tập lệnh nhanh chóng đi tư øcác lệnh logic đơn giản đến các

lệnh đếm , đònh thờ
i , thanh ghi dòch … sau đó làcác chư ùc năng là
m toán trên
các máy lớùn … Sư ïphát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lư ợng
lớn , sốlư ợng I / O nhiều hơn.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

5


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC
Trong PLC, phần cư ùng CPU vàchư ơng trình làđơn vò cơ bản cho quá trình
điều khiển hoặc xư û lý hệ thống. Chư ùc năng màbộ điều khiển cần thư ïc hiện sẽ
đư ợc xác đònh bởi một chư ơng trình . Chư ơng trình nà
y đư ợc nạp sẵn và
o bộ
nhớ của PLC, PLC sẽthư ïc hiện viêïc điều khiểûn dư ïa và
o chư ơng trình này. Như
vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chư ùc năng của qui trình công nghệ , ta chỉ
cần thay đổi chư ơng trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở
rộng chư ùc năng sẽđư ợc thư ïc hiện một cách dểdà
ng màkhông cần một sư ïcan
thiệp vật lý nà
o so với các bộdây nối hay Relay .
II. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC:
1) Cấu trúc PLC:
PLC gồm các thà
nh phần chính sau:
 Khối CPU (vi xư û lý).

 Khối nhớ RAM, ROM, EPROM, EEPROM.
 Khối nhập.
 Khối xuất.
 Bộlập trình cầm tay.
 Nguồn.
 Pin nuôi.
 Thẻ nhớ.
 Module mở rộng.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

6


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC

Máy tính

Bộlập trình

Cổng truyền
thông nối tiếp

Đè
n báo

CPU

Tín hiệu và
o

On/Off
Analog

Tín hiệu ra
On/Off
Analog

Bộnhớ
Contact chọn chế
độlà
m việc
RUN,MONITOR,
STOP

Module
nhập
Thẻ nhớ

Nguồn
Pin nuôi

Module
xuất

220VAC 220VDC

Hình 1.1: Cấu trúc PLC
2) Nguyên lý hoạt động của PLC:
a) Đơn vò xử lý trung tâm: (CPU)
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC theo tư øng bư ớc:



Bộxư û lý sẽđọc vàkiểm tra chư ơng tr ình đư ợc chư ùa trong bộnhớ.



Thư ïc hiện thư ù tư ïtư ø
ng lệnh trong chư ơng trình , se õđóng hay ngắt
các đầu ra.



Các trạng thái ngõra ấy đư ợc phát tới các thie át bòliên kết đểthư ïc
thi.

Vàtoà
n bộcác hoạt động thư ïc thi đó đều phụthuộc vào chư ơng trình
điều khiển đư ợc giư õtrong bộnhớ.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

7


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC
b) Hệ thống bus:
Hệ thống Bus làtuyến dù
ng đểtruyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều
đư ờ
ng tín hiệu song song :

Address Bus : Bus đòa chỉ dù
ng đểtruyền đòa chỉ đến các Modul khác
nhau.
Data Bus

: Bus dù
ng đểtruyền dư õliệu.

Control Bus : Bus điều khiển dùng đểtruyền các tín hiệu đònh thì và
điểu khiển đồng bộcác hoạt động trong PLC .
Trong PLC các số liệu đư ợc trao đổi giư õa bộ vi xư û lý vàcác modul và
o
ra thông qua Data Bus.
Address Bus vàData Bus gồm 8 đư ờ
ng, ở cù
ng thờ
i điểm cho phép
truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thờihay song song.
Nếu môït modul đầu và
o nhận đư ợc đòa chỉ của nó trên Add ress Bus , nó
sẽchuyển tất cả trạnh thái đầu và
o của nó và
o Data Bus. Nếu một đòa chỉ byte
của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tư ơng ư ùng sẽnhận đư ợc
dư õliệu tư øData bus. Control Bus sẽchuyển các tín hiệu điều khiển và
o theo dõi
chu trình hoạt động của PLC .
Các đòa chỉ vàsốliệu đư ợc chuyển lên các Bus tư ơng ư ùng trong một thời
gian hạn chế.
Hêïthống Bus sẽlàm nhiệm vụtrao đổi thông tin giư õa CPU, bộ nhớ và

I/O . Bên cạch đó, CPU đư ợc cung cấp một xung Clock có tần sốtư ø1 8 MHZ.
Xung này quyết đònh tốc độhoạt động của PLC vàcung cấp các yếu tốvềđònh
thời, đồng hồcủa hệthống.
c) Bộ nhớ:
PLC thư ờng yêu cầu bộnhớ tron g các trư ờ
ng hợp :


Là
m bộđònh thờicho các kênh trạng thái I/O.



Là
m bộ đệm trạng thái các chư ùc năng trong PLC như đònh thời,
đếm, ghi các Relay.

Mỗi lệnh của chư ơng trình có một vò trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vò
trí trong bộnhớ đều đư ợc đánh số, như õng sốnà
y chính làđòa chỉ trong bộnhớ .
Đòa chỉ của tư øng ônhớ sẽđư ợc trỏ đến bởi một bộ đếm đòa chỉ ở bên
trong bộvi xư û lý. Bộvi xư û lý sẽtăng giá tròtrong bộđếm này lên một trư ớc khi
Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

8


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC
xư û lý lệnh tiếp theo . Với một đòa chỉ mới , nội dung của ônhớ tư ơng ư ùng sẽ
xuất hiện ở đầu ra, quá trình nà

y đư ợc gọi làquá trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC đư ợc tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch
nà
y có khả năng chư ùa 2000 ÷ 16000 dò
ng lệnh , tù
y theo loại vi mạch. Trong
PLC các bộnhớ như RAM, EPROM đều đư ợc sư û dụng .
RAM (Random Access Memory ) có thểnạp chư ơng trình, thay đổi hay
xóa bỏ nội dung bất kỳlúc nà
o. Nội dun g của RAM sẽbò mất nếu nguồn điện
nuôi bò mất . Đểtránh tình trạng này các PLC đều đư ợc trang bò một pin khô,
có khả năng cung cấp năng lư ợng dư ïtrư õcho RAM tư øvài tháng đến vài năm.
Trong thư ïc tếRAM đư ợc dù
ng đểkhởi tạo vàkiểm tra chư ơng trình. Khuynh
hư ớng hiện nay dù
ng CMOSRAM nhờkhả năng tiêu thụthấp vàtuổi thọlớn .
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) làbộ nhớ mà
ngư ời sư û dụng bình thư ờ
ng chỉ có thểđọc chư ù không ghi nội dung và
o đư ợc .
Nội dung của EPROM không bò mất khi mất nguồn , nó đư ợc gắn sẵn trong
máy , đãđư ợc nhàsản xuất nạp vàchư ùa hệ điều hà
nh sẵn. Nếu ngư ời sư û dụng
không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPRO M gắn bên trong PLC .
Trên PG (Programer) có sẵn chổghi vàxóa EPROM.
Môi trư ờ
ng ghi dư õliệu thư ù ba làđóa cư ùng hoạc đóa mềm, đư ợc sư û dụng
trong máy lập trình . Đóa cư ùng hoăïc đóa mềm có dung lư ợng lớn nên thư ờ
ng
đư ợc dù

ng đểlư u như õng chư ơng trình lớn trong một thờ
i gian dà
i.
Kích thư ớc bộnhớ :
 Các PLC loại nhỏ có thểchư ùa tư ø300 ÷1000 dò
ng lệnh tù
y vào công
nghệchếtạo .
 Các PLC loại lớn có kích thư ớc tư ø1K ÷ 16K, có khả năng chư ùa tư ø
2000 ÷16000 dòng lệnh.
Ngoà
i ra cò
n cho phép gắn thêm bộnhớ mở rộng như RAM , EPROM.
d) Các ngỏ vào ra I / O :
Các đư ờ
ng tín hiệu tư øbộ cảm biến đư ợc nối và
o các modul ( các đầu
và
o (Input) của PLC ) , các cơ cấu chấp hành đư ợc nối với các modul ra ( các
đầu ra (Output) của PLC ) .
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là5V , tín hiêïu xư û lý là
12/24VDC hoặc 100/240VAC.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

9


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC
Mỗi đơn vò I / O có duy nhất một đòa chỉ, các hiển thò trạng thái của các

kênh I / O đư ợc cung cấp bỡi các đè
n LED trên PLC , điều này là
m cho việc
kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dểdàng vàđơn giản .
Bộ xư û lý đọc vàxác đònh các trạng thái đầu và
o (ON,OFF) đểthư ïc hiện
việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra .
III.

Các hoạt động xử lý bên trong PLC:

1) Xử lý chương trình:
Khi một chư ơng trình đãđư ợc nạp và
o bộnhớ của PLC , các lệnh sẽđư ợc
trong một vùng đòa chỉ riêng lẻ trong bộnhớ .
PLC có bộ đếm đòa chỉ ở bên trong vi xư û lý, vì vậy chư ơng trình ở bên trong
bộ nhớ sẽđư ợc bộ vi xư û lý thư ïc hiện một cách tuần tư ïtư ø
ng lệnh một, tư øđầu
cho đến cuối chư ơng trình . Mỗi lần thư ïc hiện chư ơng trình tư øđầu đến cuối
đư ợc gọi làmột chu kỳthư ïc hiện. Thờigian thư ïc hiện một chu kỳtù
y thuộc vào
tốc độxư û lý của PLC vàđộlớn của chư ơng trình. Một chu lỳthư ïc hiện bao gồm
ba giai đoạn nối tiếp nhau :
- Giai đoạn 1: Đầu tiên, bộxư û lý đọc trạng thái của tất cả đầu và
o. Phần
chư ơng trình phục vụcông việc nà
y có sẵn trong PLC vàđư ợc gọi làhệ điều
hà
nh .
- Giai đoạn 2: Tiếp theo, bộxư û lý sẽđọc vàxư û lý tuần tư ïlệnh một trong

chư ơng trình. Trong khi đọc vàxư û lý các lệnh, bộ vi xư û lý sẽđọc tín hiệu các
đầu và
o, thư ïc hiện các phép toán logic vàkết quả sau đó sẽxác đònh trạng thái
của các đầu ra.
- Giai đoạn 3: Cuối cù
ng, bộ vi xư û lý sẽgán các trạng thái mới ch o các
đầu ra tại các modul đầu ra.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

10


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC

Đọc trạng thái ngõvà
o

Thư ïc hiện lệnh 1
Thư ïc hiện lệnh 2

…
Thư ïc hiện lệnh n

Xuất tín hiệu ngõra

Hình 1.2: Sơ đồxư û lý chư ơng trình trong PLC
2) Xử lý xuất nhập:
Gồm hai phư ơng pháp khác nhau dù
ng cho việc xư û lý I / O trong PLC :

a) Cập nhật liên tục:
Điều nay đò
i hỏi CPU quét các lệnh ngỏ vào (màchúng xuất hiện trong
chư ơng trình ), khoảng thờ
i gian Delay đư ợc xây dư ïng bên trong đểchắc chắn
rằng chỉ có như õng tín hiệu hợp lý mới đư ợc đọc và
o trong bộ nhớ vi xư û lý. Các
lệnh ngỏ ra đư ợc lấùy trư ïc tiếp tới các thiết bò. Theo hoạt động logic của chư ơng
trình , khi lệnh OUT đư ợc thư ïc hiện thì các ngỏ ra cài lại và
o đơn vò I / O, vì
thếnên chúng vẫn giư õđư ợc trạng thái cho tới khi lần cập nhật kếtiếp.
b) Chụp ảnh quá trình xuất nhập
Hầu hết các PLC loại lơn có thểcó và
i trăm I / O, vì thếnếu CPU quét
hết tất cả các ngỏ và
o thì tốc độxư û lý chư ơng trình rất chậm.
Đểlàm tăng tốc độ thư ïc thi chư ơng trình, các ngõI / O đư ợc cập nhật tới
một vù
ng đặc biệt trong chư ơng trình. Ơ Ûđây, vù
ng RAM đặc biệt nà
y đư ợc
dù
ng như một bộ đệm lư u trạng thái các logic điều khiển vàcác đơn vò I / O.
Mỗi ngõvào ra đều có một đòa chỉ I / O ởRAM nà
y. Suốt quá trình copy tất cả
Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

11

Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC
các trạng thái và
o trong I / O RAM. Quá trình nà
y xảy ra ở một chu kỳchư ơng
trình (tư øStart đến End ).
Thời gian cập nhật tất cả các ngõvà
o ra phụthuộc vào tổng sốI/O đư ợc
copy tiêu biểu làvài ms. Thờ
i gian thư ïc thi chư ơng trình phụthuộc và
o chiều
dà
i chư ơng trình điều khiển tư ơng ư ùng mỗi lệnh mất khoảng tư ø1 10 s.
IV.Các dạng chương trình của PLC:
Chư ơng trình PLC đư ợc viết dư ới 3 dạng:
-

Giản đồ thang (ladder diagram - LAD): tư ơng tư ïnhư sơ đồrơle.

-

Khối hàm ( control system flowchart – CSF, FBD function block
diagram): dạng FBD tư ơng tư ïnhư các sơ đồtrong kỹthuật số.

-

Bảng phát biểu (statement list - STL): tư ơng tư ïnhư các dòng lệnh của
vi xư û lý.

Ví dụ: Viết chư ơng trình PLC đểthư ïc hiện công việc sau:
220VAC

K1

K3

K2
Đè
n sáng hay tắt tùy thuộc và
o
việc đóng mở các công tắc
K1,K2,K3,K4

K4

Đè
n
N
Quy đònh các công tắc K1, K2, K3, K4 lần lư ợt làcác ngõvà
o I0.0, I0.1,
I0.2, I0.3. Đè
n quy đònh làngõra Q0.0.
Ta có thểbiểu thòchư ơng trìn h bằng 3 dạng như sau:

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

12


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC

I0.0

Q0.0

I0.1

I0.2

LD
A
LD
A
OLD
=

I0.3

a)
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3

I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
Q0.0
c)

AND

OR

Q0.0

AND
b)

Hình 1.3: a) Dạng LAD; b) Dạng FBD;

c) Dạng STL

Việc viết chư ơng trình bằng dạng nà
o không quan trọng vì hiện nay có
chư ơng trình chuyển hóa qua lại giư õa các dạng.Vì vậy chỉ cần vi ết bằng một
dạng làđủ.Hiện nay, dạng LAD đang đư ợc sư û dụng phổbiến nhất nên trong tà
i
tiệu này sẽviết bằng dạng LAD. Đểbiết thêm vềcác dạng cò
n lại các em hãy
tư ïtìm hiểu thêm.
Việc lập trình cho PLC đư ợc thư ïc h iện theo các bư ớc sau:
-

Xác đònh thư ù tư ïlà
m việc của máy.

-

Vẽlư u đồlàm việc của hệthống.

-

Gán các đòa chỉ xuất nhập cho các thành phần của hệthống.

-

Viết chư ơng trình dạng LAD hay STL vànạp và
o PLC .

-

Kiểm tra chư ơng trình vàsư ûa lỗi.

-

Gán các ngõnhập vàxuất cho PLC.

-

Chạy chư ơng trình vàsư ûa lỗi.

-

Lư u lại chư ơng trình trên đóa hay giấy.

V. Các loại PLC:

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

13

Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC với nhiều kiểu khác nhau vàkhó
màliệt kêhết đư ợc:
SIEMENS:

LOGO, S5-90U, S5-95U, S5-115U, S5-135U;
S5-155U, S7-200, S7-300, S7-400.

OMRON:

ZEN, CMP1A, CMP2, C200H, CQM1H, CS1

ALLEN-BRADLEY:

Micrologic1000, SCL500, PLC5, LOGIX.

MITSUBISHI:

Alpha, FX, Melsec – Q.

SCHNEIDER:

TSX

a) LOGO

b) PLC S7-200

c) PLC S7-300

Hình 1.4: PLC hãng SIEMENS

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

14


Chư ơng 1: Tổng quát vềPLC

a) ZEN

b) PLC CPM2A

c) PLC CP1L
Hình 1.5: PLC hãng OMRON

Hình 1.6: PLC hãng Mitsubishi
loại Alpha1

Trong phần sau chúng ta sẽđi phân tích sâu họat động của PLC hãng
SIEMENS.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

15


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200

Chương 2: PLC SIEMENS S7 – 200

Trong các PLC hiện nay, phổbiến ngoàithòtrư ờ
ng nhất làhai hãng PLC
Siemens vàOmron. Vềcấu trúc vàtập lệnh, tất cả các PLC đều tư ơng đồng
nhau. Như ng đểphân biệt làloại PLC nà
o thì dư ïa vào chư ùc năng, cách quy ư ớc
tập lệnh vàcách kết nối… của chúng.Trong tà
i liệu này sẽđềcập chuyên về
PLC S7-200 làloại thông dụng nhất đểcác em tìm hiểu. Với như õng PLC khác,
các em có thểtham khảo trên cơ sở nền tảng đãhọc vềPLC này.
I. Cấu trúc phần cứng S7-200:
PLC S7 – 200 có một sốloại sau:

CPU 221
(10 I/O Points)

CPU 224XP
(24 I/O Points)

CPU 222
(14 I/O Points)

CPU 224
(24 I/O Points)

CPU 226
(40 I/O Points)

Hình 2.1: Các loại PLC S7 – 200 của hãng Siemens

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

16


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200

Sơ đồcấu trúc của PLC S7 – 200 (CPU 224):

Hình 2.2: Cấu trúc phần cư ùng của PLC S7 -200

S7-200 làthiết bò điều khiển logic k hả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS
(CHLB Đư ùc) có cấu trúc theo kiểu Module vàcó các module mở rộng. Các
module nà
y đư ợc sư û dụng cho nhiều ư ùng dụng lập trình khác nhau. Thà
nh phần
cơ bản của S7-200 làkhối vi xư û lý CPU-224.
 CPU-224 bao gồm 14 ngõvà
o và10 ngõra, có khả năng thêm 7
module mở rộng.
 8/12 Kbyte thuộc miền nhớ đọc / ghi non -volatile đểlư u chư ơng trình
(vù
ng nhớ có giao diện với EEPROM).
 8 Kbyte thuộc kiểu đọc ghi đểlư u dư õliệu, trong đó một sốbyte đầu
thuộc miền non-volatile.
 Tổng sốngõvà
o / ra cư ïc đại là168 ngõvà
o và168 ngõra.
 256 Timer chia là
m 3 loại theo độ phân giải khác nhau:1ms, 10ms và
100ms.

 256 bộ đếm chia là
m 3 loại: chỉ đếm tiến, chỉ đếm lùi vàvư ø
a đếm
tiến vư ø
a đếm lùi.
 688 bít nhớ đặc biệt dù
ng đểthông báo trạng thái vàđặt chếđộ làm
việc.
Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

17


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200
 Các chếđộ xư û lý ngắt gồm: ngắt truyền thông, ngắt theo sư ờ
n lên
hoặc xuống, ngắt thờ
i gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao vàngắt
truyền xung.
 6 bộđếm tốc độcao.
 2 bộphát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO hoặc kiểu PWM.
 2 bộđiều chỉnh tư ơng tư ï
 Toà
n bộ vùng nhớ không bò mất dư õliệu trong k hoảng thời gian 190
giờkểtư økhi PLC bòmất nguồn cung cấp.
Các đèn báo trên S7-200 CPU224:
 SF (đè
n đỏ): Đè
n đỏSF báo hiệu hệthống bòhỏng.
 RUN (đè

n xanh): Đèn xanh RUN chỉ đònh PLC đang ở chếđộ là
m
việc vàthư ïc hiện chư ơng trình đư ợc nạp vào trong máy.
 STOP (đè
n vàng): Đèn và
ng STOP chỉ đònh rằng PLC đang ở chếđộ
dư ø
ng chư ơng trình vàđang thư ïc hiện lại.
Cổng vào ra:
 Ix.x (đè
n xanh): Đè
n xanh ở cổng và
o báo hiệu trạng thái tư ùc thời của
cổng Ix.x. Đè
n nà
y báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trò Logic
của công tắc.
 Qx.x (đè
n xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tư ùc thời của
cổng Qx.x. Đè
n này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trò logic
của cổng.
Chế độ làm việc:
PLC có 3 chếđộlàm việc:
 RUN: cho phép PLC thư ïc hiện chư ơng trình tư ø
ng bộ nhớ, PLC sẽ
chuyển tư øRUN sang STOP nếu trong máy có sư ï cố hoặc trong
chư ơng trình gặp lệnh STOP.
 STOP: Cư ởng bư ùc PLC dư ø
ng chư ơng trình đang chạy vàchuyển sang

chếđộSTOP.
 TERM: Cho phép máy lập trình tư ïquyết đònh chếđộ hoạt động cho
PLC hoặc RUN hoặc STOP.
Cổng truyền thông:

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

18


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200
S7-200 sư û dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân
đểphục vụcho việc ghép nối với thiết bòlập trình hoặc với các trạm PLC
khác. Tốc độtruyền cho máy lập trình kiểu PPI là9600 baud. Tốc độtruyền
cung cấp của PLC theo kiểu tư ïdo là300 38.400 baud.
Đểghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc các loại máy lập trình
thuộc họPG7xx có thểdù
ng một cáp nối thẳng MPI. Cáp đó đi kè
m với
máy lập trình.
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC /
PPI với bộchuyển đổi RS232 / RS485.

Pin 1

Pin 5

Pin 6

Pin 9

Pin Number
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Signal
Đất
24 VDC Return
RS-485 signal Đ
Request – to – Send
5V Return
+5 VDC
+24 VDC
RS-485 signal A
Không sư û dụng

Hình 2.3: Sơ đồchân kết nối giao tiếp PLC với máy tính
II. Cấu trúc bộ nhớ:
Bộnhớ S7-200 đư ợc chia thà
nh 4 vù
ng với 1 tụcó nhiệm vụduy trì dư õliệu
trong một khoảng thời gian nhất đònh khi mất nguồn. Bộnhớ S7 -200 có tính
năng động cao, đọc, ghi đư ợc trong toàn vùng, loại trư øcác bit nhớ đặc biệt SM

(Special memory) chỉ có thểtruy nhập đểđọc

Hình 2.4: Sơ đồcấu trúc bộnhớ của PLC S7 – 200.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

19


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200
 Vùng chương trình
Lànguồn nhờđư ợc sư û dụng đểlư u giư õcác lệnh chư ơng trình. Vù
ng này
thuộc kiểu non-volatile đọc / ghi đư ợc.
 Vùng tham số
Làmiền lư u giư õcác tham sốnhư : tư økhóa, đòa chỉ trạm, … cũng giống như
vù
ng chư ơng trình, thuộc kiểu non -volatile đọc / ghi đư ợc.
 Vùng dữ liệu
Làmiền nhớ động đư ợc sư û dụng đểcất giư õcác dư õliệu của chư ơng trình. Nó
có thểđư ợc truy cập theo tư øng bít, tư øng byte, tư ø
ng tư øđơn (W -Word) hoặc theo
tư økép (DW_ Double Word), vù
ng dư õliệu đư ợc chia thành như õng miền nhớ nhỏ
với các công dụng khác nhau. Chúng đư ợc ký hiệu bằng chư õcái đầu theo tư ø
tiếng Anh, đặc trư ng cho công dụng riêng của chúng như sau:
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 thểtruy nhập theo tư ø
ng bít, tư øng byte, tư ø
ng tư ø
(word) hoặc tư økép (double word).
Cấu trúc các kiểu ônhớ như sau:

Bit
Byte
Word

VW2

Double Word

Hình 2.5: Cấu trúc các kiểu ônhớ.
 Vùng đối tượng
Bao gồm các thanh ghi Timer, bộđếm tốc độcao, bộđệm vào ra, thanh ghi
Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

20


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200
AC. Vù
ng nà
y không thuộc kiểu Non -Volatile như ng đọc / ghi đư ợc .

Bảng 2.1: Bảng tóm tắt vềcác vù
ng nhớ:
Miêu tả

CPU221

CPU222

CPU224

C/trình ng/dù
ng

4KB

4KB

8  12 KB

Dư õliệu ng/dùng

2KB

2KB

8KB

Sốmodule mở rộng

0

2

7

Ngõvào sốI (tối đa)

I0.0… I0.5

I0.0… I15.7

I0.0… I15.7

Ngõvào I

6

8

14

(trên module CPU)

I0.0… I0.5

I0.0… I0.7

I0.0… I0.7,I1.0… I1.5

Ngõra Q (tối đa)

Q0.0… Q0.3

Q0.0… Q15.7

Q0.0… Q15.7

Ngõra Q

4

6

10

(trên module CPU)

Q0.0… Q0.3

Q0.0… Q0.5

Q0.0… Q0.7,Q1.0,Q1.1

Ngõvào analog

AIW0… AIW30

AIW0… AIW30

AIW0… AIW30

Ngõra analog

AQW0… AQW30 AQW0… AQW30 AQW0… AQW30

Bộnhớ thay đổi V

VB0… VB2047

VB0… VB2047

VB0… VB5519

Bộnhớ trong M

MB0… MB31

MB0… MB31

MB0… MB31

Bộnhớ đặc biệt SM

SMB0… SMB179 SMB0… SMB299 SMB0… SMB549

Timer

T0… T255

T0… T255

T0… T255

Counter

C0… C255

C0… C255

C0… C255

Đếm vận tốc cao

HC0… HC3

HC0… HC3

HC0… HC5

Thanh ghi ACC

AC0… AC3

AC0… AC3

AC0… AC3

Vò
ng PID

8 vò
ng

8 vò
ng

8 vò
ng



Vù
ng nhớ AI, QI: chỉ truy cập theo tư ø(16bit): AIW0, AQW10.

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

21


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200


Vù
ng nhớ V, I, Q, M, SM: có thểtr uy cập theo bit, byte, tư øhay tư økép:
I0.1, QB2, VW150, …



T, C: truy cập theo bit: T1, C15 làtrạng thái hay tư ølànội dung 16bit.



AC: truy cập theo byte, tư øhay tư økép.



HC: truy cập theo tư økép.



Vù
ng nhớ M, V, T, C có thểlư u lại kh i mất điện.



Một tư øví dụVW100 gồm 2 byte VB100 (byte cao) vàVB101 (byte
thấp).



Một tư økép VD101 gồm 2 tư øVW101 (tư øcao) vàVW103 (tư øthấp), 4 byte
VB101 (byte cao), VB102, VB103, VB104.



Đòa chỉ gián tiếp dù
ng ônhớ 32 bit (V, AC) la ø
m con trỏ, giả sư û AC1 là
con trỏ, lệnh MOVDW &VB0,AC1 đư a đòa chỉ ônhớ VB0 vào AC1,
lệnh MOVW *AC1,MW10 đư a nội dung ônhớ VW0 sang ônhớ MW10.



Số: sốnguyên không dấu 8 bit (BYTE), 16 bit (WORD), 32 bit
(DOUBLE WORD) (00… FF, 0000… FFF F, 00000000… FFFFFFFF), sốcó
dấu mãphụhai INT, DINT (80… 7F, 8000… 7FFF, 80000000… 7FFFFFFF) ,
sốthư ïc 32 bit REAL.



Hằng sốthập phân 192, sốthư ïc  1.52E-2, nhòphân 2#11000000, Hex
16#C0, chuỗi ‘AT’

III. Mở rộng cổng vào ra:
CPU 224 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Module. Các module mở rộng
tư ơng tư ïvàcó thểmở rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm và
o
nó các module mở rộng vềphía bên phải của CPU, là
m thà
nh một móc xích .
Đòa chỉ của các vò trí của các module đư ợc xác đònh cù
ng kiểu . Ví dụnhư một
module cổng ra không thểgán đòa chỉ của một module cổng và
o, cũng như một
module tư ơng tư ïkhông thểcó đòa chỉ như một module sốvàngư ợc lại .
Các module mở rộng sốhay tư ơng tư ïđều chiếm chổtrong bộ đệm, tư ơng tư ï
với sốđầu vào/ra của module .

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

22


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200

Sau đây làđòa chỉ của một sốmodule mở rộng trên CPU224

CPU224

Module 0

Module 1

Module 2

Module3

Module 4

4và
o/4ra

8 và
o

3và
o/1ra

8 ra

3và
o/1ra
Analog

Analog
I0.0

Q0.0

I2.0

I3.0

AIW 0

Q3.0

AIW8

I0.1

Q0.1

I2.1

I3.1

AIW 2

Q3.1

AIW12

I0.2

Q0.2

I2.2

I3.2

AIW 4

Q3.2

AQW 4

I0.3

Q0.3

I2.3

I3.3

Q3.3

I0.4

Q0.4

Q2.0

I3.4

Q3.4

I0.5

Q0.5

Q2.1

I3.5

I0.6

Q0.6

Q2.2

I3.6

Q3.6

I0.7

Q0.7

Q2.3

I3.7

Q3.7

I1.0

Q1.0

I1.1

Q1.1

AQW 0

Q3.5

AQW8

I1.2
I1.3
I1.4
I1.5

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

23


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200

Sơ đồkết nối module như sau:

Hình 2.6: Sơ đồkết nối các module mở rộng.
IV.Cấu trúc chương trình PLC S7 – 200:
Có thểđư ợc lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sư û dụng một trong các
phần mềm :
Step 7 – Micro / Dos
Step 7 – Micro / Win
Như õng phần mềm nà
y đều có thểcà
i đặt đư ợc trên các máy lập trình họ
PG 7xx vàcác máy tính cá nha ân.
Các chư ơng trình cho S7-200 phải cócấu trúc bao gồm chư ơng trình chính
(main program) vàsau đó đến các chư ơng trình con vàcác chư ơng trình xư ûlý
ngắt.
Chư ơng trình chính đư ợc kết thúc bằng lệnh kết thúc chư ơng trình (MEND).
Chư ơng trình con làmột bộ phận của chư ơng trình, các chư ơng trình phải
đư ợc viết sau lệnh kết thúc chư ơng trình đó làlệnh MEND.
Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

24


Chư ơng 2: PLC SIEMENS S7 – 200
Các chư ơng trình xư û lý ngắt cũng làmột bộ phận của chư ơng trình. Nếu cần
sư û dụng phải viết sau lệnh kết thúc chư ơng trình chính (MEND).
Các chư ơng trình đư ợc nhóm lại thà
nh một nhóm ngay sau chư ơng trình
chính, sau đó đến các chư ơng trình xư û lý ngắt. Cũng có thểdo trộn lẫn các
chư ơng trình con vàchư ơng trình xư û lý ngắt ở s au chư ơng trình chính

Main program
Main
program
MEND
MEND

Thư ïc hiện trong vòng quét

SBRO Chư ơng trình con thư ù nhất
RET

Thư ïc hiện khi chư ơng trình chính gọi

SBRn Chư ơng trình thư ù n+1
RET
INT 0 Chư ơng trình xư û lý ngắt thư ù nhất

RET I
INT n Chư ơng trình xư û lý ngắt thư ù n+1
RET I

V. Thực hiện chương trình của PLC S7 – 200:
PLC thư ïc hiện chư ơng trình theo chu kỳlặp. Mỗi vòng lặp đư ợc gọi làvò
ng
quét (scan). Mỗi vò
ng quét đư ợc bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dư õliệu tư øcác
cổng vào vù
ng bộ đệm ảo, tiếp theo làgiai đoạn thư ïc hiện chư ơng trình. Trong
tư ø
ng vòng quét, chư ơng trình đư ợc thư ïc hiện bằng lệnh đầu tiên vàkết thúc tại

lệnh kết thúc MEND. Sau giai đoạn thư ïc hiện chư ơng trình làgiai đoạn truyền
thông nội bộ vàkiểm lỗi. Vò
ng quét đư ợc kết thúc bằng giai đoạn chuyển các
nội dung của bộđệm ảo tới các cổng ra.

4. Chuyển dư õliệu tư øbộ
đệm ảo ra ngoại vi

1. Nhập dư õliệu tư ø
ngoại vi vào

.
3. Truyền thông và
tư ïkiểm tra lỗi

Biên soạn: Ks. Lâm Quốc Hư ng

2.Thư ïc hiện
chư ơng trình

25