Tài liệu Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động pptx

Đồ án tốt nghiệp

Bộ mụn điều khiển tự động






Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

4

CHƯƠNGI: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN CƠ SỞ HỆ SIMATIC

Giới thiêụ tổng quan về hệ Simatic
Trước hết ta sẽ tìm hiểu SIMATIC là gì? SIMATIC _tự động hoá được
tích hợp một cách tổng thể . SIMATIC là một giải pháp tự động hoá toàn
diện được xây dựng và phát triển bởi hãng Simens. Một hệ thống trong đó

kết hợpp tất cả các thiết bị phần cứng và phần mềm nhằm đáp ứng các nhiệm
vụ, yêu cầu về tự động hoá khác nhau.
Trước đây SIMATIC thường được hiể
u một cách đơn thuần là thiết bị
diều khiển khả trình. Hiện nay SIMATIC được coi như một giảI pháp bao
gồm các yếu tố như: các bộ điều khiển, hệ thống bus truyền thông, phần
mềm kỹ thuật, HMI, các thiết bị vào/ra phân tán,IPC…
Vậy SIMATIC là giải pháp tự động hoá tổng thể nhờ các yếu tố nào?
-Phần quản lí dữ liệu: Dữ liệu chỉ cần đư
a vào một lần và trở thành thông
tin chung cho toàn nhà máy.Điều này cho phép hạn chế những lỗi truyền
thông và sự bất ổn định trước đây.
-Phần cài đặt cấu hình và lập trình: Tất cả các thiết bị và hệ thống của các
giải pháp tự động hoá được cài đặt lập trình, khởi động thử nghiệm và được
điều khiển nhờ sử dụng quá trình tích hợp toàn tổng thể thống nh
ất và hệ
thống được theo module hoá. Tất cả sẽ hoạt động dưới 4 giao diện với người
vân hành và các công cụ kỹ thuật thích hợp.
I. Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng PLC
1. Tổng quan về PLC:

1.1. Xuất xứ:
PLC viết tắt của từ Progammable Logic Control, là thiết bị điều khiển
logic khả trình xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1969 tại một hãng ôtô củaMỹ.
Bắt đầu chỉ đơn giản là một bộ logic thuần tuý ứng dụng để điều khiển các quá
trình công nghệ, chủ yếu là điều khiển ON/OFF giống như hệ thống rơle, công
tắc t
ơ thông thường mà không điều khiển chất lượng hệ.
Từ khi xuất hiện PLC đã được cải tiến với tốc độ rất nhanh .
- năm 1974 PLCđã sử dụng nhiều bộ vi xử lý như mạchđịnh thời gian, bộ

đếm dung lượng nhớ.
- Năm 1976 đã giới thiệu hệ thống đưa tín hiệu vào từ xa.
- Năm 1977 đã dùng đến vi xử lý.
- Năm 1980 PLC phát tri
ển các khối vào ra thông minh nâng cao điều
khiển thuận lợi qua viễn thông, nâng cao phát triển phần mềm, lập trình dùng
máy tính cá nhân.
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

5
- Năm 1985 PLC đã được ghép nối thành mạng PLC.
Ngày nay PLCđã được cải tiến nhiều và đáp ứng tất cả các yêu cầu điều
của khiển như:
Điều khiến số lượng (ON/OFF).
Điều khiển chất luợng( thực hiện các mạch vòng phản hồi: U, I,ω, S).
Thực chất PLC là một máy tính công nghiệp mà quá trình điều khiển
được thể hiện bằng chươ
ng trình. PLC thay thế hoàn toàn các phương pháp điều
khiển truyền thống dùng rơ le, công tắc tơ.
Chính vì vậy PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nó được xem
như là một giải pháp điều khiển lý tưởng các quá trình sản xuất.

1.2. Vị trí, nhiệm vụ của bộ PLC trong hệ thống điều khiển:
Trong hệ thống điều khiển PLC là một khâu trung gian có nhiệm vụ xử lý
các thông tin đầu vào rồ

i đưa tín hiệu ra tới các thiết bị chấp hành.

1.3. Ưu -nhược điểm của PLC.
Ngày nay hầu hết các máy công nghiệp được thay thế các hệ điều khiển
rơ le thông thường, sử dụng bán dẫn bằng các bộ điều khiển lập trình.
Ưu điểm:
Giảm bớt quá trình ghép nối dây vì thế giảm giá thành đầu tư .
Giảm diện tích lắp đặt, ít hỏng hóc, làm vi
ệc tin cậy, tốc độ quá trình điều
khiển nhanh, khả năng chống nhiễu tốt, bảo trì bảo dưỡng tốt hơn vì nó có
module chuẩn hoá.
Nhược điểm:
Chưa thích hợp cho quá trình điều khiển nhỏ (một vài đầu ra) vì thế nếu
dùng giá thành rất cao.
Ngôn ngữ hệ đóng ( ngôn ngữ của các hãng riêng ) nên khó thay thế.

1.4. Cấu trúc PLC:

Thiết bị điều khiển logic khả trình (P
rogrammable Logic Control), viết
tắt thành PLC, là thiết bị 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. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình, PLC
trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ
trao đổi thông tin v
ới môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với
máy tính). Toàn bộ chương trình được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới
dạng các khối chương trình (khối OB, FC hay FB) và được thực hiện lặp theo
chu kỳ của vòng quét (scan).

Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

6

Hình 1.1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC

Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC
phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một
hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và t
ất nhiên phải có
cổng vào/ ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông
tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều
khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ
đếm (Counter), bộ thời gian (Timer)và những khối hàm chuyên dụng.
Thông thường để 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/ra khác nhau mà các
bộ điều khiển PLC được thiết kế không được cứng hoá về cấu hình. Chúng
được chia nhỏ thành các module. Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ
theo từng bài toán, song tối thiểu phải có một module chính là module CPU.
Các module còn lại là các module nhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển,
các module chức năng chuyên dụng như các module PID, đ
iều khiển động
cơ....Chúng được gọi chung là modul mở rộng. Tất cả các module được gá trên
những thanh ray (Rack).

Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

7

Hình1.2: Câú hình một thanh rack của một PLC S7-300

1.5. Ngôn ngữ lập trình phần mềm

Phần mềm PLC có các loại ngôn ngữ khác nhau như:
+ Danh sách lệnh: STL.
+ Sơ đồ bậc thang: LAD DE R.
+ Sơ đồ khối chức năng: Block Function.
+ Ngôn ngữ bậc cao.

II.Các giải pháp thiết kế điều khiển trên cơ sở hệ SIMATIC


1. Cấu trúc điều khiển tập trung


MTĐK
I/O
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
S A S
A

S
A
Phân đoạn2 Phân đoạn n
…
Phân đo
ạn 1
Phòng điều khiển
trung tâm
Hiện trường
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

8
Hình 1.3: cấu trúc điều khiển tập trung
Khái niệm điều khiển tập trung là việc sử dụng 1 thiết bị điều khiển duy
nhất để điều khiển toàn bộ quá trình kĩ thuật. Một hệ có cấu trúc tập trung là
một hệ thống mà các quá trình đo lường, điều khiển, cảnh báo, lưu trữ số liệu,
chuẩn đoán được thực hiện t
ại trung tâm điều khiển. Trung tâm điều khiển có
thể là các bộ điều khioển số trực tiếp, máy tính lớn, máy tính cá nhân hoặc các
thiết bị điều khiển khả trình, ta sẽ dùng thống nhất bằng thuật ngữ thiết bị điều
khiển.
Hệ thống điều khiển tập trung bao gồm các thiết bị điều khiển, các bộ thu
thập có ch
ức năng thu nhận tín hiệu trường đưa lên máy tính trung tâm. Các quá
trình thu nhận tín hiệu, xử lí thông tin, giám sát quá trình điều khiển đều do

trung tâm quyết định. Thông thường thiết bị điều khiển trung tâm cách xa hiện
trường. Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp, điểm -
điểm vào thiết bị điều khiển tập trung qua các cổng vào/ra của nó. Thiết bị đi
ều
khiển tập trung ngoài việc thu nhận tín hiệu đo và đưa ra các quyết định điều
khiển còn đảm nhận rất nhiều các chức năng khác như chức năng nhận dạng,
chuẩn đoán quá trình, lưu giữ số liệu…
Ưu –nhược điểm của cấu trúc tập trung
Ưu điểm
Thích ứng cho các ứng dụng tự động hoá quy mô vừa và nhỏ, đ
iều khiển
máy móc và thiết bị khoong mang tính chất quá phức tạp .
Cấu trúc đơn giản,dễ thực hiện, điểm đáng chú ý là sự tập trung chức
năng xử lí thông tin trong một thiết bị điều khiển duy nhất, phát huy được điểm
mạnh của bộ điều khiển
Nhược điểm
Độ tin cậy thấp do sự phụ thuộc vào một thiế
t bị điều khiển duy nhất, có
thể dùng giải pháp lắp thêm thiết bị điều khiển dự phòng nhưng sẽ dẫn đến chi
phí cao.
Công việc nối dây phức tạp,giá thành cao.
Độ linh hoạt không cao, việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn.
Phạm vi ứng dụng hạn hẹp.

2 . Cấu trúc điều khiển phân tán

Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

9

Hình 1.4: Cấu trúc điều khiển phân tán

Do cấu trúc tập trung có những hạn chế nên một dây truyền sản xuất
thường được chia thành nhiều phân đoạn khác nhau, sử dụng nhiều thiết bị điều
khiển, mỗi phân đoạn được điều khiển bằng 1 hoặc nhiều thiết bị cục bộ. Các
thiết bị cục bộ này được đặt rả
i rác tại các phòng điều khiển của từng phân
đoạn, phân xưởng, ở vị trí không xa với quá trình kĩ thuật, bên cạnh đó quá trình
điều khiển tổng hợp cần sự phối hợp điều khiển giữa các máy tính điều khiển.
Các máy tính được nối mạng với nhau và với một hoặc nhiều máy tính
giám sát trung tâm qua bus hệ thống. Một hệ thống như vậy được gọi là h
ệ
thống có cấu trúc điều khiển phân tán hay còn gọi là hệ điều khiển phân tán
(DCS). Hệ thống bao gồm các module phân tán có chức năng điều khiển phân
tán được liên kết với nhau theo một hệ thống mạng tuân theo các giao thức
truyền thông công nghiệp. Các module này có nhiệm vụ thu thập các tín hiệu đo
lường, sử dụng hệ thống bus trường với kĩ thuật truyền tin số để truyền số li
ệu
lên cấp điều khiển giám sát và ngược lại.
Các module này đồng thời nhận các yêu cầu từ cấp điều khiển giám sát
như gửi số liệu quá trình để lưu trữ số liệu ở trên, điều khiển trực tiếp đối tượng
khi cần, thực hiện các chức năng phân tán trên các công đoạn phân tán, các máy
tính điều khiển. Trạm điều khiển trung tâm có nhiệm v
ụ điều khiển, ra nhiệm vụ
cho các phần điều khiển riêng biệt sau đó giám sát quá trình đó hoặc trực tiếp

điều khiển 1 thiết bị hoặc 1 quá trình nào đó .
Ưu điểm của cấu trúc điều khiển phân tán
MTĐK Phòng điều khiển trung tâm
Bus hệ thống
I/O
A S
I/O
A S
A S
Quá trình kĩ thuật
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

10
Độ linh hoạt cao hơn so với cấu trúc điều khiển truyền thống, dễ dàng mở
rộng và phát triển hệ thống.
Hiện năng và độ tin cậy tổng thể của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân
tán chức năng xuống các cấp dưới.
Nâng cao tính năng thời gian thực, tiết kiệm dây dẫn, tính ổn định bền
vững của hệ thống tốt hơ
n.
Sự phân tán chức năng xử lí thông tin và phối hợp điều khiển có sự giám
sát từ các trạm vận hành trung tâm mở ra các khả năng ứng dụng mới, tích hợp
tổng thể trong hệ thống như lập trình cao cấp, điều khiển trình tự, điều khiển
theo công thức và ghép nối với cấp điều hành sản xuất.
Do những ưu điểm trên mà điề

u khiển phân tán ngày càng phát triển và
được ứng dụng ngày càng nhiều trong lĩnh vực khác.

3. Các thành phần của một hệ điều khiển phân tán
Cấu hình cơ bản của một hệ điều khiển phân tán bao gồm các thành phần
sau: trạm điều khiển cục bộ (Local Control Station, LCS), các khối điều khiển
cục bộ (Local Control Unit, LCU), hoặc các trạm quá trình (Prcess Station, PS).
Các trạm vận hành (Operator Station, OS). Trạm kĩ thuật (Engieering Station,
ES) và các công cụ phát triể
n. Hệ thống truyền thông (Industrial Ethernet bus,
system bus). Ngoài ra còn có thể thêm các thành phần khác như trạm vào/ra từ
xa (Remote I/O station, các bộ điều khiển chuyên dụng).

3.1. Trạm điều khiển cục bộ
Các trạm điều khiển cục bộ được xác định theo cấu trúc module gồm các
thành phần chính.
Bộ cung cấp nguồn, khối xử lí trung tâm thông thường có dự phòng.
Giao diện với bus hệ thống (cần có dự phòng).
Giao diện với bus tr
ường.
Các module vào/ra số và tương tự, các module vao/ra an toàn cháy nổ.
Một trạm điều khiển cục bộ thường được cài giao diện HART và các
module ghép với phụ kiện. Các thiết bị này được lắp trong tủ điều khiển cùng
với các linh kiện khác. Các tủ điều khiển thường được đặt trong phòng điều
khiển, phòng điện, ở bên cạnh phòng điều khiển trung tâm hoặc rải rác gần các
khu vực hiện trường.
Trạm điều khiển cục bộ đảm nhiệm các chức năng như: Điều khiển quá
trình, điều khiển các mạng vòng kín bằng các thuật toán PID, điều khiển tầng,
các hệ thống hiện đại còn cho phép điều khiển mờ, thích nghi, điều khiển dựa
mô hình. Điều khiển trình tụ, điều khiển logic, điều khi

ển công thức, lưu giữ xử
lí các tín hiệu quá trình, tạo các thông báo …
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

11
Đây là các thành phần quan trọng nhất trong hệ thống nên đòi hỏi tính
năng kiểm tra và sửa lỗi cũng như cho phép lựa chọn cấu hình dự phòng. Các
yêu cầu quan trọng nhất về mặt kĩ thuật cho một trạm điều khiển cục bộ là:
Tính năng thời gian thực.
Độ tin cậy và tính sẵn sàng.
Lập trình thuận tiện, cho phép sử dụng/cài đặt các thuật toán cao cấp.
Khả n
ăng điều khiển lai ( liên tục, trình tự và logic).

3.2. Trạm vận hành
Trạm vân hành cũng như trạm kĩ thuật được đặt tại phòng điều khiển
trung tâm, các trạm vận hành có thể hoạt động song song và độc lập với nhau.
Trạm OS thực hiện chức năng giao diện người máy HMI, bao gồm các máy tính
cá nhân (PC), bao gồm các hệ thống phụ nối với DCS (như máy in, Card mạng
…)
Trạm vận hành cho phép hi
ển thị các hình ảnh của hệ thống, hiển thị các
hình ảnh đồ hoạ như lưu đồ công nghệ, các phím điều khiển, hỗ trợ vận hành hệ
thống qua các công cụ thao tác điều khiển, các hệ thống hướng dẫn chỉ đạo và
hoạt động trợ giúp, tạo quản lí các công thức điều khiển. Xử lí các sự kiện, sự

cố, xử lí, lư
u trữ và quản lí dữ liệu, chuẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành
và bảo trì hệ thống, hỗ trợ lập báo cáo tự động.
Đa số các trạm vận hành chạy trên nền Windows NT/2000 hoặc Unix.
Một trạm vân hành có thể bố trí theo kiểu một người sử dụng. Các phần mềm
trên trạm vận hành thường phải đi kèm đồng bộ với hệ thống, hỗ
trợ chuẩn phần
mềm, chuẩn giao tiếp công nghiệp như: TCP/IP, DDE, OLE, ODBC, OPC.

3.3 Trạm kỹ thuật và các công cụ phát triển
Trạm kỹ thuật cho phép đặt cấu hình hệ thống, cài đặt các công cụ phát
triển, tạo và theo dõi các cấu hình ứng dụng điều khiển và giao diện Người –
Máy, đặt cấu hình tham số hoá các thiết bị trường, có thể sử dụng các khối chức
năng sẵn có trong thư vi
ện để tạo các ứng dụng điều khiển theo phương pháp
khai báo, đặt tham số và ghép nối các khối chức năng.
Một trạm kỹ thuật có các tính chất như: tính hợp sẵn các công cụ phát
triển trong hệ thống, cho phép sử dụng các ngôn ngữ lập trình như FBD, CFC,
SFC, cho phép giao diện với các hệ thống cấp trên, cần có các thư viện khối
hàm chuyên dụng giúp cho việc thiết kế và phát triển hệ thống
ES thực hiện được chức năng phân vùng quản lý hệ thống. Máy tính thực
hiện chức năng của ES có thể dùng chung với trạm vận hành. Thực chất khi cần
mở rộng hệ thống thì trạm ES chính là công cụ đắc lực để thực hiện.

3.4. Bus hệ thống
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

12
Bus hệ thống có chức năng nối mạng các trung tâm điều khiển cục bộ với
nhau và các trạm vận hành, trạm kĩ thuật, thường cần có cấu hình dự phòng.
Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus hệ thống là lưu lượng thông tin lớn
dẫn tới yêu cầu tốc độ đường truyền phải tương đối cao, đòi hỏi cả về tính năng
thời gian thự
c nhưng không quá nghiêm ngặt như bus trường, thời gian phản
ứng thường chỉ yêu cầu trong phạm vi 0,1s trở lên.

3.5. Bus trường và các trạm vào/ ra từ xa
Đối với cấu trúc vào/ra phân tán, các trạm điều khiển cục bộ được bổ
xung thêm các module giao diện bus để nối với các trạm vào/ra từ xa (remote
I/O station) và một số thiết bị trường thông minh. Các yêu cầu chung là tính
năng thời gian thời gian thực, mức độ đơn giản, giá thành thấ
p.
Ngoài ra, trong môi trường dễ cháy nổ còn đòi hỏi các yêu cầu kiểm tra
khác như về chuẩn truyền dẫn, tính năng điện học, cáp truyền …Một trạmvào/ra
từ xa có cấu trúc khôngkhác nhiều so với một trạm điề khiển cục bộ, chỉ khác ở
điểm không có khối xử lí trung tâm cho chức năng điều khiển. Thường các trạm
vào/ra từ xa được đặt gần với quá trình k
ỹ thuật, do vậy tiết kiệm cáp truyền và
đơn giản hoá cấu trúc của hệ thống.

4. Các cấu trúc phân tán
Tuỳ theo từng quan điểm mà có thể nhìn nhận khái niệm phân tán dưới
nhiều góc độ khác nhau, ở đây ta sẽ phân tích cấu trúc phân tán dưới theo 3 cấu
trúc:
Vào/ra phân tán

Bộ điều khiển phân tán
Cấu trúc lai

4.1. Vào/ra phân tán
Cấu trúc vào/ra tập trung với cách ghép nối điểm -điểm thể hiện một
nhựơc điểm cơ bản là cần số lượng các cáp nối lớn và phương pháp truyền dẫn
tín hiệu giữa các thiết bị trường và thiết bị điều khiển dễ bị ảnh hưởng của
nhiễu, dẫn đến sai số, không chính xác. Chính vì vậy sử dụng cấu trúc vào/ra
phân tán cùng với phương pháp bus trường khắc phục được những nhược điểm
đó. Cấu trúc vào/ra phân tán có nghĩ
a là các module vào/ra được đẩy xuống cấp
trường gần kề với các cảm biến và cơ cấu chấp hành vì vậy được gọi là vào/ra
phân tán hoặc vào/ra từ xa (remote I/O).
Ngoài ra còn có thể sử dụng một cách ghép nối khác là dùng các cảm
biến, hoặc cơ cấu chấp hành thông minh có khả năng nối mạng trực tiếp mà
không cần dùng qua các module vào/ra. Các thiết bị thông minh này có khả
năng xử lí giao thức truyền thông, đảm nhiệm một số ch
ức năng xử lí tại chỗ
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

13
như lọc nhiễu, chỉnh định hay tự đặt chế độ, điểm làm việc, thậm chí còn có thể
thực hiện nhiệm vụ điều khiển đơn giản.
Cấu trúc vào/ra phân tán, cùng phương pháp sử dụng bus trường đem lại
những ưu điểm như: tiết kiệm dây dẫn, công lắp đặt nối dây cũng như giảm kích

thước hộp điề
u khiển, tránh sự cồng kềnh, phức tạp khi có quá nhiều đầu vào/ra.
Cấu trúc này còn có ưu điểm như khả năng ghép nối đơn giản cũng như tăng độ
linh hoạt mà hệ thống nhờ sử dụng các thiết bị có giao thức chuẩn. Tuy nhiên
vẫn có những mặt hạn chế như sự phụ thuộc vào thiết bị điều khiển duy nhất
dẫn
đến độ tin cậy không cao, cũng như cấu trúc chưa đem lại độ linh hoạt cao,
khả năng mở rộng hệ thống hạn chế…
Trong cấu trúc điều khiển tập trung, hạn chế lớn nhất là sự phụ thuộc vào
một máy tính trung tâm để điều khiển. Trong khi đó một dây truyền sản xuất
thường bao gồm nhiều phân đoạn nằm ở nhữ
ng vị trí khác nhau. Với những ứng
dụng quy mô lớn, sự tập trung quá lớn truyền điều khiển vào một máy tính trung
tâm là rất khó nên sự phân chia điều khiển là cần thiết. Điều này tăng hiệu suất
của toàn thể hệ thống nhờ sự phân chia điều khiển cho những thiết bị điều khiển
khác, ta có thể thấy rõ độ tin cậy và tính linh hoạt của hệ th
ống đựợc tăng lên rõ
rệt.
Các thiết bị điều khiển trung tâm được đặt ở nhiều nơi trong các phòng
điều khiển, phòng điện của các phân xưởng, các phân đoạn khác và ở vị trí
không xa với quá trình kĩ thuật. Các thiết bị điều khiển phối hợp bởi các máy
tính điều khiển, giám sát trung tâm thông qua bus hệ thống, mạng Ethernet.
Sự phân tán chức năng điều khiển
đem lại lợi ích cơ bản: hiện năng và độ
tin cậy tổng thể của hệ thống được tăng lên rõ rệt. Nhưng tất nhiên ở đây cấu
trúc này phù hợp với các ứng dụng quy mô lớn do giá thành của giải pháp, còn
với những ứng dụng nhỏ không đòi hỏi cao thì vẫn có thể dùng bộ điều khiển
tập trung.
Như vậy ta thấy cả hai cấu trúc ch
ưa thực sự đem lại chức năng phân tán

một cách toàn diện, chưa đem lại tất cả các lợi thế và ưu điểm của một hệ thống
điều khiển phân tán. Để thể hiện rõ các ưu điểm như độ tin cậy, độ linh hoạt
cao, ta sử dụng cấu trúc lai: là cấu trúc kết hợp cả hai cấu trúc trên nghĩa là sử
dụng các bộ
điều khiển phân tán kết hợp với cấu trúc vào/ra phân tán (sử dụng
bus hệ thống để kết nối các bộ điều khiển phân tán và các máy tính điều khiển
giám sát còn bus trường để kết nối với các module vào/ra phân tán hay các thiết
bị vào/ra phân tán).

III.Giới thiệu về bộ PLC S7-300:

PLC: Thiết bị điều khiển logic khả trình (P
rogrammable Logic Control) là
loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

14
một ngôn ngữ lập trình. PLC là một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật
toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC
khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ
nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình ( Khối OB, FC hoặc FB) và được
thực hiện theo chu kỳ vòng quét.
Để thực hiện được chươ
ng trình thì PLC phải có tính năng như một máy
tính, nghĩa là phải có CPU, hệ điều hành, bộ nhớ, các cổng vào ra. Ngoài ra

PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như Counter, Timer...và
những khối hàm chuyên dụng như bộ đệm vào /ra, bit cờ .

3.1. Các module của PLC S7 - 300:

Thông thường, để 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 đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết
kế cũng khác nhau về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các Module. Số
các số Module được sử dụng nhiều hay ít tùy theo từng bài toán, song tối thiểu
bao giờ cũng phải có một Module chính là Module CPU. Các Module còn lại
là những Module nhận/truyền tín hiệu với số lượng điều khiển, các Module
chức năng chuyên d
ụng như PID, điều khiển động cơ. Chúng được gọi chung
là Module mở rộng. Tất cả các Module được gá trên những thanh ray (Rack).
1. Module nguồn-PS (Power Supply)
Có chức năng cung cấp nguồn cho các module của hệ Simatic S7_300.
Module nguồn có 3 loại : 2A, 5A, 10A

*PS 307 2A dòng ra 2A
Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch
Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz)

*PS 307 5A dòng ra 5A
Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch
Nối với h
ệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz)

*PS 307 10A dòng ra 10A

Điện áp ra: 24VDC, chống ngắn mạch
Nối với hệ thống AC một pha (điện áp vào 120/230 VAC tần số 50/60 Hz)
2. Module CPU
Modul CPU là modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ
thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS 485)... và có thể còn có một vài
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

15
cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên modul CPU được gọi là cổng
vào/ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau. Nói chung chúng
được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul 312, modul 314, modul
315...
Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về
cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong
thư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard
này sẽ
được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM
(Intergrated Function Module). Ví dụ modul 312 IFM, modul 314 IFM...
Ngoài ra còn có các loại modul CPU với hai cổng truyền thông, trong đó
cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân
tán. Tất nhiên kèm theo cổng truyền thông thứ hai này là những phần mềm tiện
dụng thích hợp cũng đã được cài sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU được
phân biệt với những modul CPU khác bằng thêm cụ
m từ DP (Distributed Port)

trong tên gọi. Ví dụ modul 315-DP, 315-2DP

2.1 Đặc điểm của các họ CPU S7-300
• Tốc độ xử lí:
Nhanh, chu kì vòng quét ngắn, tốc độ xử lý lệnh từ 0.1
ss
μμ
2.0−
. tập lệnh
mạnh và hoàn chỉnh đáp ứng các nhiệm vụ phức tạp. Có thẻ nhớ (MMC-
flash Eprom) để mở rộng bộ nhớ hoặc backup dữ liệu.
• Truyền thông:
S7-300 sử dụng các mạng truyền thông sau INDUSTRIAL ERTHER
NET cho cấp giám sát, PROFIBUS cho cấp truờng, AS-i: cảm biến thiết bị
chấp hành, MPI nối giữa các CPU, PG/PC, TD/OP. Sử dụng các loại hình
mạng điểm-điểm hoặc bus truyền thông qua giao diệ
n tích hợp trên bus
trường sử dụng CPU hoặc qua IM (module giao diện, hoặc FM, CP)
• Giao diện MPI
MPI là giao diện thích hợp để nối giữa hệ thống PG/PC, HMI với hệ
thống SIMATIC S7/C7/WinAC có thể noối tối đa 125 điểm MPI với tốc
độ truyền 187.5Kbit/s. Thông qua MPI có thể truyền dữ liệu giữa các bộ
điều khiển khác nhau, có nghĩa là 1 CPU có thể truy cập các đầu vào/ra
của bộ điều khiển khác. Ngoài các chứ
c năng HM được tích hợp sẵn
trong hệ điều hành S7-300 và truyền dữ liệu đến các trạm vận hành mà
không cần lập trình giúp điều khiển vận hành và giao diện.
• Giao diện PROFIBUS-DP
S7-300 có thể nối vào hệ thống bus trường PROFIBUS có thể dễ dàng tạo
ra chương trình phân tán giúp truyền thông với các thiết bị trường. Các

Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

16
module I/O phân tán được thiết lập bằng STEP7 tương tự như các I/O
module tập trung,do vậy S7-300 có thể được sử dụng làm master hoặc
slave.
• Tính năng chia sẻ
Có thể điều khiển vận hành, giám sát và lập trình thông qua cả hai giao
diện (MPI, DP) ví dụ cho 1 thiết bị PG có thể lập trình, hoặc vận hành
nhiều CPU, hoặc nhiều PG có thể truy cập 1 CPU.
• Giao diện phụ
Ngoài giao diện MPI hay DP, S7 -300 còn có thêm 1 số cổng serial (PtP-
point to point), nối các máy quét. Đây là giao diệ
n RS422/485 cho phép
tốc độ truyền 38.4Kbit/s.
Một số CPU có cấu trúc các đầu vào /ra đặc biệt để đếm hoặc đo những
máy phát xung, hoặc có các chức năng tích hợp để điều khiển vị trí với
những đầu ra đặc biệt.

2.2. Các họ CPU S7-300 và các Modul

Có nhiều loại CPU khác nhau để lựa chọn tuỳ theo các yêu cầu khác nhau
từ đơn giản đến phức tạp. Từ những CPU chỉ
có chức năng cơ bản (thực hiện
lệnh, I/O nối trực tiếp qua MPI) đến các CPU có module I/O và giao diện truyền

thông thích hợp.
Các CPU chỉ khác nhau về hiệu suất như bộ nhớ, số lượng module, số
đầu vào/ra có thể quản lí, khoảng địa chỉ và thời gian xử lí cũng như một số tính
năng thích hợp. Các CPU S7-300 có thể chia ra thành các loại như sau:
CPU 312, 313, 314, 315
CPU 312C, 313C.
CPU312IFM, 314IFM.
CPU35-2DP, 316-2DP, 318-2DP, 313C-2PtP, 314-2PtP, 313-2DP, 314C-
2DP.

2.2.1. Các họ CPU bình thường

Loạ
i CPU313 CPU314 CPU315
Bộ nhớ chính 12K 24K 48K
Số khối 128FC
128FB
127DB
128FC
128FB
127DB
192FC
192FB
255DB
Thời gian xử lí
1Klệnh
0.6ms 0.3ms 0.3ms
Bít nhớ 2048 2048 2048
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

17
Bộ đếm 64 64 64
Bộ thời gian 128 128 128
Số module 8 8 8
Số CC/CE 1/0 1/3 1/3
Số đầu vào/ra 256 1024 1024
Số đầu vào/ra
tương tự
64/32 256/128 256 hoặc 128 O
tập trung
Giaodiện truyền
thông
MPI MPI MPI
Mạng làm việc PROFIBUS
INDUSTRIAL
ETHRNET
PROFIBUS
INDUSTRIAL
ETHRNET
PROFIBUS
INDUSTRIAL
ETHRNET

2.2.2. Các họ CPU tích hợp module chức năng

Loại CPU312C CPU313C CPU312-IFM CPU314-IFM
Bộ nhớ
chính
16K 32K 6K 32K
Số khối 66FC
64FB
62B
128FC
128FB
127DB
32FC
32FB
63DB
128FC
128FB
127DB
Thời gian
xửlí
1Klệnh
0.2ms 0.1ms 0.6ms 0.3ms
Bít nhớ 1024 2048 1024 2048
Bộ đếm 128 256 32 64
Bộ thời
gian
128 256 64 128
Số
module
8 31 8 31
Số
CC/CE

1/0 1/3 1/0 1/3
Số đầu
vào/ra
256 1024 256 1024
Số đầu
vào/ra
tương tự
64/32 256/128 640/32 256/128
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

18
Hàm chức
năng

Hai bộ gỉai mã
2 kênh điều
chế xung
3 bộ giải mã
3 kênh điều
chế xung
Điều khiển
PID

1 Bộ đếm
1 kênh đo tần

số
1 Bộ đếm với
4 đầu vào
1Kênh đo tần
số, điều khiển
vị trí
Đầuvào/ra
tích hợp
sẵn
10 đầu vào số
6 đầu ra số
24DI/16DO
4AI/2AO
10 DI/6DO 20DI/16DO
4AI/10 AO
Giaodiện
truyền
thông
MPI MPI MPI
Mạng làm
việc
PROFIBUS
INDUSTRIAL
ETHRNET
PROFIBUS
INDUSTRIAL
ETHRNET
PROFIBUS
INDUSTRIAL
ETHRNET

PROFIBUS
INDUSTRIAL
ETHRNET

2.2.3. Các module tích hợp thêm giao diện khác

CPU 313C-2PtP và CPU314-PtP có thêm cổng serial (point to point) cho
phép nối thêm với một số thiết bị ngoại vi. CPU 313C-2DP và CPU 314C-2DP
là loại CPU vừa tích hợp các hàm chức năng,các đầu vào/ra và có thêm giao
diện PROFIBUS-DP.
CPU315-2DP,CPU316-2DP,CPU318-2DP: Có thêm một giao diện
PROFIBUS –DP ngoài giao diện MPI có sẵn. Ngoài ra riêng với 318-2DP có
thể dùng giao diện MPI như giao diện PROFIBUS-DP.

Loại CPU312C
-2PtP
CPU314C
-2PtP
CPU313
-2DP
CPU314
-2DP
CPU315
-2D
CPU316
-2DP
CPU318
-2DP
Bộ
nhớ

chính
32K 48K 32K 48K 66K 128K 512K
Số
khối
128FC
128FB
127DB
128FC
128FB
127DB
128FC
128FB
127DB
128FC
128FB
127DB
192FC
192FB
256DB
512FC
266FB
511DB
1024FC
1024FB
2047DB
Thời
gian
xử lí
1K
0.1ms 0.1ms 0.1ms 0.1ms 0.3ms 0.3ms 0.1ms

Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

19
lệnh
Bít
nhớ
2048 2048 1024 2048 2048 2048 8192
Bộ
đếm
256 256 256 256 64 64 512
Bộ
thời
gian
256 256 256 256 128 128 512
Số
modul
e
31 31 31 31 32 32 32
Số
CC/C
E
1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3 1/3
Số đầu
vào/ra
số

1024 1024 1024 1024 8192(10
24 tập
trung)
16384(1
024 tập
trung)
65536
(1024
tập
trung)
Số đầu
vào/ra
tương
tự
256/128 256/128 256/128 256/128 512
256/128
tập trung
1024

256/128
tập trung
4096

256/128
tập trung
Hàm
chức
năng

Ba bộ gảI
mã
Ba kênh
điều chế
xung
Ba kênh
đo tần
Điều
khiển PID
Bốn bộ
giải mã
Bốn kênh
điều chế
xung
Bốn kênh
đo tần
Điều
khiển vị
trí PID

Ba bộ
gảI mã
3 kênh
điều chế
xung
3 kênh
đo tần
Điều
khiển
PID

4 bộ giả
mã
4kênh
điều chế
xung
4 kênh
đo tần
Điều
khiển
PID

Không Không Không
Đầu
vào/ra
tích
hợp
sẵn
16
DI/16DO
24DI/16D
O
4AI/2AO
16
DI/16D
O
24DI/16
DO
4AI/10
AO
Không Không Không

Giao
diện
MPI
RS485/42
MPI
RS485/42
MPI
PROFIB
MPI
PROFIB
MPI
PROFIB
MPI
PROFIB
32
(MPI)
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

20
truyền
thông
2 2 US-DP
số slave/
trạm 32
US-DP

số slave/
trạm 32
US-DP
sốslave/
trạm 64
US-DP 125
(DP)

3. Module tín hiệu – SM
SM (Signal modul): modul mở rộng cổng tín hiện vào/ra bao gồm:
-DI (digital input): modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số
mở rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại module.
-DO (digital output): modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số
mở rộng có thể là 8, 16, hoặc 32 tuỳ theo từng loại modul
-DI/DO (digital input/digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra
số. Số các cổng vào/ra số mở r
ộng có thể là 8vào/8ra, 16vào/16 ra theo từng
loại modul.
-AI (analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Về bản chất
chúng chính là các bộ chuyển đổi tương tự số12 bit (AD), tức là mỗi tín hiệu
tương tự được chuyển thành một tín hiệu số (nguyên) có độ dài 12 bit. Số các
cổng vào tương tự có thể là 2,4 hoặc 8 tuỳ từng loại modul.
-AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Về bản chấ
t
chúng chính là các bộ chuyển đổi số tương tự (DA). Số các cổng ra tương tự
có thể là 2 hoặc 4 tuỳ từng loại modul.
-AI/AO (analog input/analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4vào/4 ra tuỳ
từng loại modul.
4. Module chức năng - FM (Function modul): Modul có chức năng điều

khiển riêng, ví dụ như module điều khiển động cơ bước, modul
điều khiển
động cơ servo, modul PID, modul điều khiển vòng kín.
5. Module ghép nối - IM (interface modul): modul ghép nối. đây là loại
modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng lại với
nhau thành một khối và được quản ly chung bởi modul CPU. Thông thường
các modul mở rộng được gá liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên
mỗi một rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 modul mở rộng (không kể
modul CPU, modul nguồn nuôi. M
ột 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.
6. Module truyền thông – CP ( Communication modul): Phục vụ truyền
thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

3.2. Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ:
3.2.1. Kiểu dữ liệu:
Một chương trình ứng dụng S7 – 300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau:
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

21
- BOOL: Với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 ( đúng hoặc sai ). Đây là
kiểu dữ liệu cho biến hai trị.
- BYTE: Gồm 8 bits, thường được dùng để biểu diễn một số nguyên dương
trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ký tự.

- WORD: Gồm 2 bytes để biểu diễn 1 số nguyên dương từ 0 đến 65535.
- INT: Cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn số nguyên trong
khoảng – 32768 đến 32767.
- DINT: gồm 4 bytes, dùng để biể
u diễn một số nguyên từ – 2147483648 đến
2147483647.
- REAL: gồm 4 byte dùng để biểu diễn một số thực dấu phẩy động.
- S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo
giờ/phút/giây/mini giây.
- TOD: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.
- DATE: Biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.
- CHAR: Biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự)

3.2.2. Cấu trúc bộ nhớ của CPU:
Bộ nhớ củ
a S7–300 được chia làm 3 vùng chính:
* Vùng chứa chương trình ứng dụng
Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:
Organisation Block ): Miền chứa chương trình tổ chức.
- FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm
có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
- FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành
hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bấ
t cứ một khối chương trình nào khác.
Các dữ liệu này phải được xây dựng thành khối dữ liệu riêng (gọi là DB – Data
Block).
* Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng
+ I ( Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước
khi bắt đầu thực hiện chương trình PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng
đầu vào và cất giữ chúng tại vùng nh

ớ I, thông thường chương trình ứng dụng
không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng
vào từ bộ đệm I.
+. Q ( Process image output): Miền bộ nhớ đệm các dữ liệu cổng ra số.
Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ
đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiế
p gán giá trị
tới cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ nhớ đệm Q.
+ 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 bit(M) byte(MB), từ
(MW) hay từ kép (MD).
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

22
+ T : Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer ) bao gồm việc lưu trữ giá trị
thời gian đặt trước ( PV - Preset value ) ,giá trị đếm thời gian tức thời ( CV -
Current value ) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.
+ C : Miền nhớ phục vụ bộ đếm ( Counter ) bao gồm việc lưu giữ giá trị
đặt trước ( PV - Preset value ),giá trị đếm tức thời (CV - current value ) và giá
trị logic đầu ra của bộ đếm.
+ PI: Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự (I/O: external input
).Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module 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 từng kép (PID).
+ PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O - external

output). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tươ
ng tự chuyển tới
các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo
từng byte (PQB), từng từ kép (PQD).

3. 2.2.1. Vùng chứa các khối dữ liệu: Chia thành hai loại:
* DB (Data block). Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối, kích
thước cũng như số lượng, khối do người sử dụng qui định và phù hợp với từng
bài toán điều khi
ển. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX),
byte (DBB), từ (DBW), từ kép (DBD).
* L ( Local data block ): Đây là miền dữ liệu địa phương được các khối
chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao
đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung
của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kế
t thúc chương trình tương
ứng trong OB, FC. FB.
Miền nhớ này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ
(LW) hoặc từ kép (LD).
3.2.2.2. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng:
Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở
rộng thông qua bus nội bộ. Ngay tại vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các
module số (DI) đã được CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input
table - I). Cuối mỗi vòng quét nội dung c
ủa bộ đệm ra số (process image input
table - Q) lại được CPU chuyển tới cổng ra của các module ra số (DO). Việc
thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng
(user program). Điều này cho thấy nếu trong chương trình ứng dụng có nhiều
lệnh đọc giá trị cổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của cổng vào này có
thể đã bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ v

ẫn luôn
đọc được cùng một giá trị từ I và giá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại
thời điểm đầu vòng quét. Cũng như vậy, nếu chương trình ứng dụng nhiều lần
thay đổi giá trị cho một cổng ra số thì do nó chỉ thay đổi giá trị cho một cổng ra
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

23
số thì do nó chỉ thay đổi nội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị ở
lần thay đổi cuối cùng mới thực sự được đưa tới cổng ra vật lý của module DO.
Khác hẳn với việc đọc/ ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ ra tương tự
lại được CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi
lệnh đọc giá tr
ị từ địa chỉ thuộc vùng PI sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị
thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh. Tương tự khi thực hiện lệnh gửi
một giá trị (số nguyên 16 bits) tới địa chỉ của vùng PQ (Periphenal Output), giá
trị đó sẽ được gửi ngay tới cổng ra tương tự của module. Do sự phân chia địa
chỉ và đặ
c thù về tổ chức bộ nhớ của
S7-300 chỉ có các module vào/ ra số mới có bộ đệm còn các module vào/ ra
tương tự thì không, chúng chỉ được cung cấp địa chỉ để truy nhập (địa chỉ PI và
PQ). Tuy nhiên PI và PQ được cung cấp nhiều hơn AI/AO nên tạo khả năng kết
nối các cổng vào / ra số với những địa chỉ dôi ra trong PI/PQ giúp chương trình
ứng dụng có thể truy nhập trực tiếp các module DI/DO mở rộng để có giá trị t
ức
thời tại cổng mà không cần thông qua bộ đệm I, Q.

3.3. Vòng quét chương trình:
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là
vòng quét (scan), mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ
các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương
trình.Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên
đến
lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình
là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo Q tới các cổng ra số, vòng quét
được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm soát lỗi.














Hình 1.5. Vòng quét chương trình.


Vòng quét
Truyền thông và
kiểm tra nội bộ

Chuyển dữ liệu từ
cổng vào tới I
Chuyển dữ liệu
từ Q tới cổng ra
Thực hiện
chương trình
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

24
Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh
truy cập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông
qua bộ đệm.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian
vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định tức là không phải
vòng quét nào cũng thực hiện trong khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét
thực hiện lâu có vòng quét thực hiện nhanh tu
ỳ thuộc vào số lệnh trong chương
trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc
gửi tín hiệu điều khiển tới các đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng
thời gian vòng quét. Nói cách khác thời gian vòng quét quyết định tính thời gian
thực của ch
ương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn thì
tính thời gian thực của chương trình càng cao.
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt như khối

OB40, OB80 thì chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng
quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này
có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là ph
ải
trong giai đoạn thực hiện chương trình. Ví dụ như một tín hiệu báo ngắt xuất
hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ PLC sẽ tạm
dừng công việc truyền thông và kiểm tra để thực hiện khối chương trình tương
ứng với tín hiệu báo ngắt. Với hình thức xử lý tín hiệu báo ngắt như vậy thì thời
gian vòng quét lớn khi trong vòng quét có nhiều tín hiệu ngắ
t. Do đó để nâng
cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển thì tuyệt đối không viết
chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt
trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ ra thông thường lệnh không làm việc
trực tiếp với 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
3 do hệ thống điều hành CPU quản lý.
ở
một số module CPU khi gặp lệnh vào/
ra, ngay lập tức hệ thống cho dừng mọi công việc khác ngay cả chương trình xử
lý ngắt để thực hiện trực tiếp với cổng vào/ ra.

ChươngII: Ngôn ngữ lập trình S7 300


I.Giới thiệu chung về ngôn ngữ lập trình S7-300

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục
vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7 - 300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ

bản. Đó là:
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

25
- Ngôn ngữ "liệt kê lệnh", ký hiệu là STL (Statement list): Đây là dạng
ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được phép bởi
nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều
có cấu trúc chung "tên lệnh" + "toán dạng".
- Ngôn ngữ "hình thang", ký hiệu là LAD (Ladder logic): Đây là dạng
ngôn ngữ đồ hoạ thích h
ợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển
logic.
- Ngôn ngữ "hình khối", ký hiệu là FBD (Function block diagram): Đây
cũng là kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều
khiển số.

Hình 2.: Ba kiểu ngôn ngữ lập trình cho S7-300

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng
STL, nhưng ngược lại thì không. Trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD
hay FBD (hình 3.5). Cũng chính vì lý do đó, STL được chọn làm ngôn ngữ lập
trình minh họa trong đồ án này

1. Ngôn ngữ lập trình STL

+ Bit logic thường làm việc với RLO
Tên vùng + địa chỉ byte + số thứ tự bit
+ Word logic làm việc với thanh ghi ACCU
Địa chỉ của toán hạng trong Word logic
Tên vùng + kích thước ô nhớ + địa chỉ byte
I B, W, D địa chỉ byte đầu tiên
Q B byte W=2B
M D(double word)=4B
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

26











2. Hệ lệnh lập trình
2.1 Các lệnh cơ bản
2.2.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm

Nội dung của một toán hạng: I0.0
Giá trị logic của một toán hạng/ biểu thức: M0.0
Lệnh Cú pháp Chức năng
AND A (I0.0) FC=0
⇒
RLO= I0.0
FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∩
(I0.0)
AN AN (I0.0)
FC= 0
⇒
RLO=
)0.0( I

FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∩

)0.0( I

O O (I0.0) FC= 0
⇒
RLO= I0.0
FC= 1
⇒
RLO= (RLO)

∩
(I0.0)
ON O (I0.0) FC= 0
⇒
RLO= M0.0
FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∪
(I0.0)
Gán = (I0.0)
Lệnh thực
hiện phép
tính ^ với
giá trị của
một biểu
thức
A( FC=0
⇒
RLO= M0.0
FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∩
(M0.0)
Lệnh thực
hiện phép
tính ^ với
giá trị
nghịch

đảo của
một biểu
AN( FC=0
⇒
RLO= M0.0
FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∩
)0.0(M


STL
LAD
FBD
Hình 2.2:
STL là ngôn ngữ mạnh nhất trong ba loại ngôn ngữ
lập trình cho S7-300.
Đồ án tốt nghiệp Bộ mụn điều khiển tự động




Sinh viên thực hiện:Nguyễn Hoàng Sơn - Đỗ Thị Thà

27
thức
Lệnh thực
hiện phép
tính V với

giá trị
một biểu
thức
O( FC=0
⇒
RLO= M0.0
FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∪
(M0.0)
Lệnh thực
hiện phép
tính V với
giá trị
nghịch
đảo của
một biểu
thức
ON(
FC=0
⇒
RLO=
)0.0(M

FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∪

)0.0(M

Thực hiện
phép tính
exclusive
or
X (I0.0) FC=0
⇒
RLO= M0.0
FC= 1
⇒
Nếu nội dung của RLO khác của
M0.0 thì RLO= 1
Nếu nội dung của RLO không khác
của M0.0 thì RLO= 0



Thực hiện
phép tính
exclusive
or not
XN (I0.0)
FC=0
⇒
RLO=
)0.0(M

FC= 1
⇒

Nếu nội dung của RLO khác của
M0.0 thì RLO= 0
Nếu nội dung của RLO giống của
M0.0 thì RLO= 1

Thực hiện
phép tính
exclusive
or với giá
trị của
một biểu
thức
X( FC=0
⇒
RLO= M0.0
FC= 1
⇒
RLO= (RLO)
∪

)0.0(M

Thực hiện
phép tính
exclusive
or với giá
XN(
FC=0
⇒
RLO=

)0.0(M

FC= 1
⇒
RLO=
)(RLO
khi M0.0= 0