Bài thực tập chuyên đề: Thử nghiệm lập trình cho bộ điều khiển khả lập trình (PLC)

105
- -
Bài thực tập chuyên đề

tHử NGHIệM LậP TRìNH CHO Bộ điều khiển
khả lập trình (PLC)

1. Mc ớch
Các bộ điều khiển khả lập trình (PLC) hiện nay đã đợc ứng dụng khá rộng rãi:
trong sản xuất, trong nghiên cứu khoa học để tự động hoá nhiều quá trình. Trong
nhà trờng, nhiều trờng Đại học đã dạy trong giáo trình về "Điện tử công nghiệp",
về "Tự động hoá các quá trình". Thậm chí nhiều nơi đã mở những lớp đào tạo theo
chứng chỉ chuyên về "ứng dụng và lập trình cho PLC". Nhiều sinh viên các trờng
Công Nghệ sau khi ra trờng đã "làm việc" chỉ trên các hệ thống PLC. Vì vậy, trong
khuôn khổ các bài thực tập chuyên đề cho sinh viên những năm cuối một phần về
thực tập lập trình để đa một hệ thống PLC vào hoạt động là rất cần thiết. Trong
khuôn khổ bài viết này, những vấn đề sẽ đợc trình bày nh sau:
Những hiểu biết chung về PLC
Những thông số kỹ thuật của PLC SIEMENS S7 200
Tập lệnh dùng cho PLC SIEMENS S7 200
Những việc phải làm trong khuôn khổ bài thực tập
2. Dng c thc nghim
PLC SIEMENS S7 200
Tập lệnh dùng cho PLC SIEMENS S7 200
A. C S Lí THUYT
1. Lp trỡnh v d liu
Một PLC có thể đợc sử dụng một cách kinh tế hay không chịu ảnh hởng
lớn của những thuận tiện và dễ dàng sẵn có và thờng trực trên panen lập trình. Trái
với điều khiển số, chỉ có thể dùng đợc bộ điểu khiển khả lập trình nếu có một
panen lập trình luôn sẵn sàng. Nh vậy khi trang bị một bộ PLC cũng đồng thời phải

trang bị một panen lập trình của cùng một nhà chế tạo. Ngay cả khi môđun đầu vào
đợc tiêu chuẩn hoá, thì vẫn đòi hỏi bộ PLC phải có những bộ đầu ra khác nhau và
đặc biệt.

106
- -
Sự khác nhau chính giữa bộ điều khiển khả lập trình và công nghệ rơle hoặc
bán dẫn là ở chỗ kỹ thuật nhập chơng trình vào bộ điểu khiển nh thế nào (hình 1).
Trong điều khiển rơle, bộ điểu khiển chuyển đổi bao gồm một cách cơ học những
môđun cá thể phù hợp với chơng trình mạch và dãy điều khiển đợc kiểm soát
bằng tay thông qua việc nối dây do đó mà có từ kỹ thuật: điều khiển cứng. Trái
lại, việc nhập một dãy điều khiển vào một PLC đợc thực hiện thông qua một panen
lập trình và một ngoại vi chơng trình, có thể chỉ ra mọi phơng pháp và qui trình có
thể để nhập lôgic vào các bộ phận lu trữ điện tử.

Hình 1: Sự khác biệt giữa điều khiển bằng mạch cứng và PLC.
Hình 1 la sơ đồ khối trình bày sự khác biệt giữa PLC và bộ điểu khiển bằng
mạch cứng trên phơng diện quá trình hình thành và chuẩn bị.
Để lập trình ngời ta có thể sử dụng một trong những mô hình sau đây:
Mô hình khuôn khổ dây lu đồ
Mô hình khuôn khổ chức năng liệt kê các nhiệm vụ
Mô hình sơ đồ biểu đồ nối dây hoặc biểu đồ mạch công tắc
Mô gình lợc đồ phép tính khuôn khổ logic
Việc lựa chọn mô hình trong số bốn mô hình trên đây cho thích hợp là tuỳ thuộc
vào loại PLC và điều quan trọng đối với ngời dùng là lựa chọn loại PLC nào cho
phép sự giao lu t liệu không gặp khó khăn và tránh đợc những chi phí không cần

107
- -
thiết. Đa số các thiết bị lu hành trên thị trờng hiện nay là dùng mô hình khuôn

khổ dãy hoặc là khuôn khổ biểu đồ nối dây. Những thiết bị hiện đại nhất cho phép
ngời dùng chuyển đổi từ một phơng pháp nhập này sang một phơng pháp nhập
khác ngay cả trong quá trình nhập, Bởi vì độc lập với phơng pháp đợc dùng,
khuôn khổ khác đợc tạo ra đồng thời. Kinh nghiệm cho thấy lập tình với khoá ký
hiệu và chức năng sẽ gây ra một số vấn đề nếu lập trình viên đã quen với điều khiển
bằng rơle và nếu biểu đồ mạch công tắc hiện ra trên màn hình trong quá trình lập
trình giống hệt nh biểu đồ mạch sử dụng trong kỹ thuật rơle. Mặt khác những
ngời dúng đã có sẵn những hiểu biết cơ bản về ngôn ngữ lập trình phát hiện đợc
rằng sẽ dễ dàng hơn nhiều nếu dùng mô hình khuôn khổ dãy.
Những chữ viết tắt giúp trí nhớ đợc dùng trong kỹ thuật có u điểm là chúng
không thu nhỏ khả năng của PLC. Do có nhiều đòi hỏi khác nhau mà các thiết bị lập
trình phải thoả mãn cho nên đa phần các nhà chế tạo đã cung cấp nhiều loại thiết bị
với những khả năng khác nhau. Những mô hình đơn giản nhất là thích hợp đối với
thiết bị thử nghiệm cho giai đoạn khởi động của lần lắp đặt, bảo quản và sửa lỗi
chơng trình. Chúng có những chức năng cơ bản sau đây:
Lập trình và soạn thảo khuôn khổ dãy lu đồ.
Tìm kiếm và hiển thí các đoạn bớc của chơng trình, các lệnh và các địa chỉ.
Biểu thị tín hiệu đầu vào đầu ra và kết quả.
Xoá boe, thay đổi và lập trình cho EPROM các dòng lệnh,
Nhiều thiết vị kiểu mới thờng đợc lắp thêm một màn hình hiển thị và mạch
phối ghép cho băng ghi catxet, máy in băng và bộ dẫ động đĩa trong và ngoài.
Những thiết bị tối tân nhất đã xuất hiện trên thị trờng bao gồm một trạm lập trình
tiện nghi, cung cấp cho lập trình viên những chỉ dẫn, những t liệu chơng trình có
thể tra cứu tự động, cho phép nhập trực tiếp các lệnh và t liệu mà không cần dùng
bất kỳ một ngôn ngữ lập trình nào. Vì mục đích đó còn có thể dùng máy tính cá
nhân nếu có trang bị phần mềm cần thiết và sự lựa chọn phần cứng nh hớng dẫn
lập trình EPROM, khoá chức năng và đầu nối một đờng với PLC cho thao tác quan
sát và soạn thảo chơng trình nếu RAM đợc sử dụng
Một khi chơng trình đã đợc lập ra thì thiết bị lập trình còn phải thực hiện
những nhiệm vụ khác nh:

In khuôn khổ lu đồ dãy với những chú giải và tên thiết bị đợc điều khiển
In danh sách đối chiếu chỉ ra những liên hệ của các bộ nhớ phụ, bộ thời gian,
và những bộ điều khiển với các môđun trong và ngoài.

108
- -
In danh sách địa chỉ có kèm theo chi tiết chỉ ra những địa chỉ đó đợc gắn với
đầu vào đầu ra; bộ nhớ phụ; bộ thời gian...
In biểu đồ mạch công tắc chỉ ra đợc hình dạng và mã hiệu của các công tắc,
cộng thêm một số thông tin phụ.
Mỗi nhà chế tạo có những thiết kế và phơng thức thao tác thiết bị lập trình
riêng của mình. Những nhân viên kỹ thuật cha có kinh nghiệm với PLC thờng đòi
hỏi hai hoặc ba tuần lễ để làm quen với panen lập trình mới và để hiểu đợc nó.
Ngay cả những thao tác viên có kinh nghiệm cũng cần khoảng một tuần lễ huấn
luyện mới có thể làm việc trên loại PLC mới một cách đáng tin cậy.
2. B nh chng trỡnh
Chỉ có thông qua chơng trình máy tính thì bộ PLC mới trở nên hữu dụng. Đa
số các bộ nhớ hiện dùng là những bộ nhớ bán dẫn và bảng dới đây liệt kê ra những
đặc trng chính của bốn loại bộ nhớ thờng dùng nhất
Thế mạnh của điều khiển khả lập trình so với các phơng pháp điều khiển mạch
cứng là ở chỗ trong bộ PLC dễ dàng thay chơng trình, bỏ chơng trình cũ nạp
chơng trình mới trong một thời gian ngắn và ít tốn kém. Tuỳ thuộc vào việc sự thay
đổi chơng trình đó đợc thực hiện bằng cách thay bộ phận của bộ nhớ hay là bằng
cách thực tiếp lập trình lại, ngời ta phân biệt hai loại bộ nhớ: bộ nhớ thay đợc và
bộ nhớ lập trình tự do.
Những bộ điều khiển sử dụng kỹ thuật lập trình loại thứ nhất chủ yếu dùng các
bộ nhớ có thể xoá bằng tia cực tím (EPROM). Sau khi xoá phải đợi khoảng một giờ
mới nhập đợc các thông tin mới.
Những bộ điều khiển có thể lập trình tự do thờng chứa RAM với một bộ nguồn
điện dự trữ để bảo vệ chơng trình khi mất điện. Gần đây ngời ta phát triển loại bộ

nhớ dùng bán dẫn oxit kim loại bổ sung (CMOS) có mức tiêu thụ năng lợng nhỏ tới
mức một nguồn pin nhỏ cũng có thể nuôi bộ nhớ hơn một năm. Nếu nguồn năg
lợng dự trữ sắp cạn thì có một mạch điện tử báo hiệu và ngăn cản việc mở máy cho
đến khi thay bộ nguồn mới. Kỹ thuật PLC cũng đợc hởng lợi ích của việc giảm
giá các thành phần rút ngắn chiều dài chơng trình không còn quan trọng lắm nh
trớc đây khi khả năng lu trữ của bộ nhớ có tầm quan trọng lớn.
Những chỉ tiêu chơng trình khác đợc coi quan trọng là:
- Ch
ơng trình có cấu trúc rõ ràng để tránh nhầm lẫn
- Chơng trình dễ thay thế hoặc dễ soạn thảo
- Có u thế trong việc sử dụng các chơng trình con

109
- -
- Dễ phát hiện lỗi
Điểm cuối cùng này đợc coi là có ý nghĩa đặc biệt giữ thời gian máy ở mức tối
thiểu. Ngoài bản thân chơng trình điểu khiển, còn phải có các chơng trình chẩn
đoán đặ biệt để
- Quan sát thời gian chu trình máy
- So sánh các qui trình hiện hành và sẽ lập
- Tạo biểu đồ phát triển
- Giải mã các thông báo lỗi
- Chỉ ra một số chỉnh lý sửa chữa cần thiết
- Điều khiển máy công cụ và ngời máy
Một trong những đòi hỏi quan trọng đối với các chơng trình chẩn đoán là tác
dụng có hiệu quả trong việc tránh và khử các lỗi (pan) của các môđun đầu vào đầu
ra và các khâu nối của chúng. Những thành phần chẩn đoán đặc biệt của bộ điều
khiển dòng chơng trình đã đợc phát triển để có thể sử dụng ngay cả khi cha biết
chơng trình điều khiển hoặc dòng thông tin của nó. Chúng có thể tự học, nghĩa là
dòng chảy chuẩn xác của chơng trình làm biệc đợc lu trữ bằng thiết bị ngắt,

đợc hiện lên màn hình. Ưu điểm của các chơng trình chẩn đoán này là:
- Không cần phải lập trình.
- Chúng không ảnh hởng đến khả năng bộ nhớ của PLC
- Tác dụng chẩn đoán có hiệu lực trớc khi soạn thảo xong chơng trình, nghĩa
là trong giai đoạn thử máy.
3. Lý do s dng PLC
Trớc kia bộ PLC giá rất đắt, khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập
trình rất phức tạp. Vì những lý do đó mà nó chỉ đợc dùng cho những máy và thiết
bị đặc biệt có sự thay đổi thiết kế cần phải tiến hành ngay cả trong giai đoạn lập
bảng nhiệm vụ và lập luận chứng. Do giảm giá liên tục, kèm theo tăng khả năng của
PLC dẫn đến kết quả là sự phát triển rộng rãi của việc áp dụng kỹ thuật PLC. Bây
giờ nó thích hợp cho một phạm vi rộng các loại thiết bị máy móc.
Các bộ PLC đơn khối với 24 kênh đầu vào và 16 kênh đầu ra là thích hợp với
những máy tiêu chuẩn đơn, hệ thông gia tải- bỏ tải và nhng trang thiết bị liên hợp.
Xử lý tự liệu tự động là không cần thiết phải dùng PLC trên các mày tiêu chuẩn bởi
vì ít có khả năng phải chịu một sự thay đổi. Hơn nữa các viểu đồ mạch tiêu chuẩn đã
đủ cho việc xử lý t liệu. Sự hấp dẫn của PLC trên thị trờng đợc khẳng định cho

110
- -
những ứng dụng đơn giản nói trên là bởi vì nó có độ tin cậy cao, chiếm ít chỗ và loại
bỏ đợc nhu cầu nối dây, ghép các rơle và các bộ thời gian.
Những bộ PLC với nhiều khả năng ứng dụng và lựa chọn đợc dùng cho những
nhiệm vụ phức tạp hơn, cho nên ngời ta mong muốn có cả một loạt PLC có thể
đợc lập trình qua một panen kích cỡ chung và dùng một quy trình lập trình chung.
Hình 2 dới đây cho thấy các nhu cầu điều khiển điện tử và phạm vi điểu khiển
các loại máy móc thiết bị
Những u điểm của việc ứng dụng kỹ thuật PLC là:
Chuẩn bị vào hoạt động nhanh. Thiết kế môđun cho phép thích nghi đơn giản
với bất kỳ mọi chức năng điểu khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ kiện đã đợc lắp

ghép thì bộ PLC vào t thế sẵn sàng làm việc ngay. Ngoài ra, nó còn có thể đợc sử
dụng lại cho những ứng dụng khác.