Tài liệu Giới thiệu về thiết bị điều khiển khả trình PLC pptx

Giới thiệu về thiết bị điều khiển khả
trình PLC
A - GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC:
Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bò máy
móc công nghiệp … người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (rơle,
timer, contactor …) lại với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện
điều khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa bảo trì do đó giá
thành cao. Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó.
Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điều khiển cho
một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa
chữa, chất lượng làm việc ổn đònh linh hoạt … Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập
trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đã giải quyết được vấn đề
trên.
Thiết bò điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời
năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản
và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì
vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành,
nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bò lập
trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình.

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay
(programmable controller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Trong giai
đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ
thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành,
các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu
chuẩn đó là: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Trong những năm đầu thập
niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật
toán hổ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cậ
p nhật” (data manipulation).
Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT),
nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên
thuận tiện hơn. Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ
thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ
thống riêng lẻ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh
hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng
ra/vào lớn.
Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ đònh thời, các thanh ghi
(register) và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác
nhau. Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ,
nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra.





Những đặc điểm của PLC:
• Thiết bò chống nhiễu.
• Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào/ra.
• Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
• Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình hoặc máy

tính cá nhân.
• Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
• Bảo trì dễ dàng.
Do các đặc điểm trên, PLC cho phép người điều hành không mất nhiều thời
gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập chương
trình mới thay cho chương trình cũ.
Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thông dụng, để
đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đã đưa ra hàng loạt các
dạng PLC với nhiều mức độ thực hiện đủ để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của
người sử dụng.
Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính:
• Dung lượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó.
• Các chức năng như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập
trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra.
Với PLC việc giải quyết các bài toán tự động hoá khác nhau hầu như không
biến đổi gì về cơ cấu ngoài việc phải thay đổi chương thình điều khiển sao cho phù
hợp.PLC có khả năng tuyệt đối về khả năng linh động,mềm dẻo và hiệu quả về giải
quyết các bài toán cao hơn so với các kỹ thuật cổ điển.

Bảng sau đây chỉ sự so sánh giữa kỹ thuật điều logíc cổ điển và kỹ thuật điều
khiển chương trình hoá:


§iỊu khiĨn logic cỉ ®iĨn §iỊu khiĨn ch−¬ng tr×nh
logic
PhÇn tư ®iỊu khiĨn phÇn
cøng
Mơc ®Ých ®Ỉc biƯt Mơc ®Ých chung
Ph¹m vi ®iỊu khiĨn Nhá vμ trung b×nh Trung b×nh vμ lín
Thay ®ỉi hc thªm bít Khã DƠ

Thêi gian giao hμng Vμi ngμy Ngay lËp tøc
B¶o tr×, b¶o d−ìng Khã DƠ
§é tin cËy Phơ thc thiÕt kÕ vμ chÕ
t¹o
Cao
HiƯu qu¶ kinh tÕ C«ng st nhá C«ng st nhá, trung
b×nh vμ lín



B – CẤU HÌNH PHẦN CỨNG S7-300:

Thiết bò điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu
module.Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau.Việc xây dựng PLC
theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dể
dàng cho việc mở rộng hệ thống.













5. Ngn cung cÊp.

6. Ngn dù tr÷.
7. Chỉ nèi ngn 24 V DC.
8. Nót chän mode ho¹t ®éng.
9. C¸c ®Ìn LED b¸o tr¹ng th¸I
vμ lçi.

1. Card nhí (CPU 313 trë lªn).
2. MPI (cỉng nèi nhiỊu ch©n).
3. Giao diƯn cđa thiÕt bÞ nèi kÕt.
4. N¾p ®Ëy thiÕt bÞ nèi kÕt








H×nh 1: ThiÕt bÞ ®iỊu khiĨn logic kh¶ tr×nh SIMATIC S7_300


I . Module ngn PS307 cđa S7_300 :

H×nh 2 : Module ngn cđa S7_300

Module PS307 có nhiệm vụ chuyển nguồn xoay chiều 120/230V thnh
nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của khối PLC. Ngoi ra
module nguồn còn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các sensor v các thiết bị
truyền động kết nối với PLC.
Module nguồn

thờng đợc đặt bên trái của khối CPU.


Mặt trớc của module nguồn bao gồm:

Một đèn led báo hiệu điện áp ra 24 V DC.
Một nút dùng để chọn điện áp đầu vo l 120 V AC hoặc 230 V AC.
Một công tắc dùng để tắt/bật diện áp ra.


Mặt sau của module nguồn bao gồm:

Các lổ để nhận điện áp vo v ra.
Khe dùng để gắn module lên panel.

Module nguồn PS307 có 3 loại: PS307-1B, PS307-1E, PS307-1K. Sự khác nhau
giữa 3 loại ny thể hiện ở cờng độ dòng vo v dòng ra của module.


Các thông số kỹ thuật cụ thể của các loại module nguồn của S7-300

PS 307- 1B 1E 1K PS 307- 1B 1E 1K
Đầu vo
Điện áp đầu vo
- Các mức điện áp
- Giới hạn cho
phép
Tần số dòng điện
- Các mức giá trị
- Giới hạn cho
phép
Dòng vo
Dòng ứng với điện
áp vo 230V
Dòng ứng với điện
áp vo 120V


120/230 V AC
93ữ132V
AC/187ữ254V AC

50/60 Hz
47 đến 63 Hz

0,5 A 1 A 1,7 A

0,8 A 2 A 3,5 A
Đầu ra
Điện áp đầu ra
- Mức điện áp

- Giới hạn cho phép
Dòng ra
- Các mức giá trị
Các thông số chung
Hiệu suất
Hao phí điện năng


24 V DC
24V+5%, lúc
không tải

2 A 5 A 10A
83% 87% 89%
10W 18W 30W



Bảng 1: các thông số kỹ thuật cụ thể của 3 loại module .





II . Khèi xư lý trung t©m -Module CPU:

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý,hệ điều hành, bộ nhớ,các bộ
thời gian.bộ đếm,cổng truyền thông (RS485)…và có thể có một vài cổng vào ra
số.Các cổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổng vào ra onboard.

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau,được đặt tên theo
bộ vi xử lý có trong nó như module CPU 312, module CPU 314, module CPU 315…

Những module này cùng sử dụng một bộ vi xử lý nhưng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặt biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của
hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này được phân biệt với
nhau trong tên gọi bằng cụm từ chữ cái IFM (Intergrated Funtion Module) nh−
CPU 312 IFM, CPU 313, CPU 314IFM, CPU 314, CPU 215...












H×nh 3 : CPU 314 vμ CPU 314IFM .


Ngoài còn có các loại module 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.Các loại
module CPU này được phân biệt với các loại CPU khác bằng thêm cụm từ DS
(Distributed Port).

C¸c CPU nμy ®−ỵc chÕ t¹o theo møc ®é t¨ng dÇn vỊ tÝnh n¨ng sư dơng:

• CPU 312 IFM, lμ sù tÝch hỵp gi÷a khèi CPU víi c¸c ®Çu vμo/®Çu ra sè
(digital inputs/outputs) dïng ®Ĩ ®iỊu khiĨn nh÷ng hƯ thèng nhá kh«ng xư
lý c¸c tÝn hiƯu t−¬ng tù.

• CPU 313 dïng ®Ĩ ®iỊu khiĨn nh÷ng hƯ thèng lín h¬n ®ßi hái ph¶i lËp tr×nh
phøc t¹p h¬n.


• CPU 314 IFM, lμ sù tÝch hỵp gi÷a khèi CPU víi c¸c ®Çu vμo/®Çu ra t−¬ng
tù vμ sè (digital and analog inputs/outputs) dïng ®Ĩ ®iỊu khiĨn nh÷ng thiÕt
bÞ ®ßi hái thêi gian ®¸p øng nhanh vμ c¸c chøc n¨ng riªng biƯt

• CPU 314 ®−ỵc dïng ®Ĩ ®iỊu khiĨn nh÷ng hƯ thèng lín ®ßi hái ph¶i lËp
tr×nh phøc t¹p vμ xư lý c¸c lƯnh víi tèc ®é lín.

• CPU 315/315_2 DP ®−ỵc dïng cho c¸c c«ng viƯc phøc t¹p ®ßi hái ph¶i lËp
tr×nh nhiỊu vμ ph©n chia cÊu tróc tù ®éng.

1.
Module mở rộng: có 5 loại chính:

 PS (Power Supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.

 SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
• DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số.
•
DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số.
•
DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số.
• AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.

•
AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.
•
AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.


IM (Interface module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên
dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau
thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Các
module mở rộng được gá trên một thanh rack. Trên mỗi rack có thể
gá được tối đa 8 module mở rộng (không kể module CPU và module
nguồn nuôi). Một module 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
module IM.

 FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ
như module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ
servo, module PID, module điều khiển vòng kín,...


CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong
mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.







2. Cấu tạo bên ngoi của CPU SIMATIC S7-300:

SIEMENS
CPU 314
SF
BATF
DC5V
FRCE
RUN
STOP
RUN-P
STOP
MRES
RUN
M
L+
M
Các đèn LED

hiển thị các
trạng thái v lổi

Nút chọn
Mode hoạt
động
Ngăn chứa pin
dự phòng
Điện cực dùng
cho nguồn cấp
v điện trở nối
đất
Khe cắm
memor
y card

MPI
(Multipoint
Interface
)




Hình 4 : Cấu tạo bên ngoi của CPU 314.



Nút chọn Mode hoạt động cho phép chúng ta lựa chọn bốn trạng thái hoạt
động của CPU.

Mode Mô tả
RUN-P
(Run
Program)
CPU thực hiện quét chơng trình.
Chơng trình có thể đợc đọc từ CPU ra thiết bị lập trình v
cũng có thể nạp vo CPU.
RUN CPU thực hiện quét chơng trình.
Chơng trình có thể đợc đọc từ CPU ra thiết bị lập trình
nhng không thể thay đổi chơng trình đã đợc nạp vo bộ nhớ
của CPU
STOP CPU không thực hiện quét chơng trình.
Chơng trình có thể đợc đọc từ CPU ra thiết bị lập trình v
cũng có thể nạp vo CPU.
MRES
(Memory
Reset)
Mode thực hiện reset bộ nhớ của CPU.
Đối với CPU 312 IFM v CPU 314 IFM khi chúng ta thực hiện
reset bộ nhớ của CPU thì các vùng nhớ tích hợp giữ nguyên
không thay đổi.


Bảng 2: Các chế độ hoạt động của CPU.



 C¸c ®Ìn LED thĨ hiƯn tr¹ng th¸i ho¹t ®éng vμ lçi.

LED
ý nghÜa
M« t¶
SF (®Ìn ®á) HƯ thèng bÞ
lỗi
(System
Fault).
§Ìn s¸ng nÕu cã c¸c sù cè sau:
 C¸c lỗi phÇn cøng.
 C¸c lỗi phÇn mỊm hƯ thèng.
 C¸c lỗi lËp tr×nh.
 NhËp sai c¸c th«ng sè.
 C¸c lỗi sè häc.
 C¸c lỗi vỊ thêi gian.
 Memory card cã vÊn ®Ị.
 Ngn dù phßng háng hc kh«ng cã.
 Vμo/ra më réng bÞ lỗi.
Sư dơng thiÕt bÞ lËp tr×nh ®Ĩ cã thĨ biÕt chÝnh
x¸c lỗi nμo ®ang x¶y ra.
BATF (®Ìn
®á)
(kh«ng cã
trªn CPU
312 IFM)
Lỗi ngn.
§Ìn s¸ng nÕu:
 Ngn u.
 Kh«ng cã ngn.
 Ngn bÞ háng.
5 VDC

(green)
5 VDC cung
cÊp cho CPU
vμ cho bus
cđa S7_300.
§Ìn s¸ng nÕu ngn cung cÊp tèt.
FRCE
(yellow)
Thùc hiƯn
ch−¬ng tr×nh.
§Ìn s¸ng nÕu ®ang tiÕn hμnh thùc hiƯn c«ng
viƯc.
RUN (green) CPU ®ang ë
chÕ ®é RUN.
§Ìn nh¸y trong qu¸ tr×nh CPU restart.
§Ìn s¸ng trong st qu¸ tr×nh CPU thùc hiƯn
vßng qt.
STOP
(yellow)
CPU ®ang ë
chÕ ®é STOP.
§Ìn s¸ng nÕu CPU kh«ng thùc hiƯn vßng qt.
§Ìn nh¸y kho¶ng mét hai gi©y nÕu CPU yªu
cÇu reset bé nhí.


B¶ng 3:m« t¶ ý nghÜa cđa LED.

3. Các đặc tính chủ yếu của các CPU trong họ S7_300:


312IFM 313 314 314IFM 315 315-2DP 316
RAM 6 KB 12 KB 24 KB 32 KB 48 KB 64 KB 128 KB
Vùng nhớ chơng
trình
Ton phần



Mở rộng bằng
card nhớ

20 KB
RAM;
20 KB
EEPROM
-


20 KB
RAM;

512 KB


40 KB
RAM;


512 KB


48 KB
RAM;
48 KB
EEPROM
-


80 KB
RAM;


512 KB


96 KB
RAM;


512 KB

80 KB
RAM;


512 KB

Thời gian thực hiện
Phép toán bit
Phép toán Word
Phéptoán
Timer/counter
Phép cộng số
nguyên
Phép cộng số thực

0,6s
2 s
15 s
3 s
60 s

0,6s
2 s
15 s
3 s
60 s

0,3ữ0,6
s

1 s
12 s
2 s
50 s

0,3ữ0,6s
1 s
12 s
2 s
50 s

0,3ữ0,6
s
1 s
12 s
2 s
50 s

0,3ữ0,6
s
1 s
12 s
2
s
50 s

0,3ữ0,6s
1 s
12 s
2 s

50 s
Thời gian vòng quét
Thiết lập sẳn
Ci đặt

150 ms
1ữ6000 ms

150 ms
1ữ6000
ms

150 ms
1ữ6000
ms

150 ms
1ữ6000 ms

150 ms
1ữ6000
ms

150 ms
1ữ6000
ms

150 ms
1ữ6000 ms
Tổng cộng bit nhớ 1024 2048

Couter 32 64
Timer 64 128
Vùng nhớ dữ liệu
(max)
72 bytes 4736
bytes
144 bytes 4736 bytes
Digital input/output Input: 128
+10 on-
board
Output:
128
+6 on-
board
128 512 Input:
496
+20 on-
board
Output:
496
+16 on-
board
1024
Analog input/output 32 64 Input: 62
+4 on-
board
Output:
62
+1 on-
board

128
Vùng đệm xử lý
vo/ra
32 bytes + 4
bytes on
board
128 bytes 128 bytes
+ 4 bytes
on board
128 bytes










Vùng dữ liệu cục bộ


512 bytes;
256 bytes
cho mỗi lớp
u tiên


Tổng cộng l1536 bytes;

256 bytes cho mỗi lớp u tiên
Đồng hồ Đồng hồ đợc tạo
bằng phần mềm
Đồng hồ đợc tạo bằng phần cứng
MPI interface
Tốc độ truyền
Số trạm tối đa

19,2 v 187,5 kbaud
32 (127 nếu có trạm lặp)

Baỷng 4:Các đặc tính chủ yếu của các CPU trong họ S7_300 .
4. Module xử lý vo/ra tín hiệu số của S7_300














Hình 5 : Input/Output Digital Module

SIMENS cung cấp 3 loại module xử lý vo/ra của tín hiệu số chính đó l:

Inputs Digital module: Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ thiết bị
ngoại vi vo vùng đệm để xử lý.

Outputs Digital module: Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùng
đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi.

Input/Outputs Digital module: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại
module nói trên.
a . Input Digital Modules

Tơng ứng với số lợng đầu vo v hiệu điện thế của đầu vo SIMENS cung
cấp một số loại module sau:
SM 321; DI 8ì120/230 VAC
SM 321; DI 16ì24 VDC.


SM 321; DI 16ì24 VDC; có xử lý v chuẩn đoán các ngắt.
SM 321; DI 16ì24 VDC; có nguồn vo.
SM 321; DI 16ì120 VAC
SM 321; DI 32ì24 VDC.
Bảng 5:các đặc trng kỹ thuật cụ thể của module SM 321; DI 16ì24 VDC.
Các số liệu cụ thể

Số đầu vo 16
Độ di của cable
Không bảo vệ
Có bảo vệ

Max: 600 m

Max: 1000 m
Số liệu lựa chọn cảm biến

Điện áp đầu vo
Giá trị điện áp
Mức tín hiệu 1
Mức tín hiệu 0

24 VDC
13
ữ
30 V
-3
ữ
5 V
Dòng vo 7 mA
Thời gian trễ
Từ 0 lên 1
Từ 1 xuống 0

1,2 đến 4,8 ms
1,2 đến 4,8 ms
Trạng tháI, các ngắt, chuẩn đoán

Hiển thị trạng các tháI Đèn LED (xanh)
Các ngắt Không có
Các hm chuẩn đoán Không có
Điện áp, dòng, điện thế
Mức điện áp vo L+
Bảo vệ sự đảo cực

24 VDC
có
Số đầu vo có thể điều khiển cùng một lúc 16
Khả năng cách điện
Giữa kênh truyền v mặt dẫn thân máy
Giữa các kênh truyền
Có
Không
Các mức điện thế cho phép 75 VDC
60 VAC
Kiểm tra cách điện 600 VDC
Cờng độ dòng điện
Của backplane bus
Lấy từ chân L+

Max, 25 mA
Max, 25 mA

b . Digital Output Modules:
Căn cứ vo số đầu ra v điện áp đầu ra SIMENS cung cấp một số module đầu ra
tín hiệu số nh sau:
SM322; DO 32ì24 VDC/0,5 A: module có 32 đầu ra điện áp một chiều 24
VDC.
SM322; DO 16ì24 VDC/0,5 A: module có 16 đầu ra điện áp một chiều 24
VDC.
SM322; DO 8ì24 VDC/0,5 A: module có 8 đầu ra điện áp một chiều 24
VDC, có thiết lập các hm chuẩn đoán ngắt.
SM322; DO 8ì24 VDC/2 A: module có đầu ra điện áp một chiều 24
VDC/2A.
SM322; DO 16ì120 VAC/1 A: module có 16 đầu ra điện áp xoay chiều 120

VAC/1A.
SM322; DO 8ì120/230 VAC/2 A: module có 8 đầu ra điện áp xoay chiều
120/230 VAC/2A.

Các số liệu cụ thể
Số đầu ra 16
Độ di của cable
Không bảo vệ
Có bảo vệ

Max: 600 m
Max: 1000 m
Số liệu lựa chọn để dẫn động
Điện áp đầu ra
Mức tín hiệu 1

Min, L+(-0,8 V)
Dòng ra
Mức tín hiệu 1
Cờng độ dòng điện
Phạm vi cho phép
Mức tín hiệu 0
Dòng d


0,5 A
5 mA đến 0,6 A

max, 0,5 A
Trở kháng tảI

48 đến 4k
TảI của đèn Max, 5 W

Nối song song 2 đầu ra
Để có nhiều đầu kích hoạt
Tăng dòng

Có thể (các đầu ra ny cùng nhóm)
Không thể.
Kích hoạt các đầu vo số Có thể
Tần số chuyển mạch
Điện trở tải
Cảm ứng tải
Trở đèn

Max, 100 Hz
Max, 0,5 Hz
Max, 10 Hz
Bảo vệ ngắn mạch Có
Ngỡng đáp ứng 1 A
Trạng thái, các ngắt, chuẩn đoán
Hiển thị trạng các tháI Đèn LED (xanh)
Các ngắt Không có
Các hm chuẩn đoán Không có
Mức điện áp vo L+ 24 VDC
Tổng dòng các đầu ra cùng một nhóm
Hệ thống máy nằm ngang
Lên đến 20
0
C/68

0
F
Lên đến 60
0
C/140
0
F
Hệ thống máy nằm dọc
Lên đến 40
0
C/104
0
F


Max, 4 A
Max, 2 A

Max, 2 A
Khả năng cách điện
Giữa kênh truyền v mặt dẫn thân máy
Giữa các kênh truyền

Có
Có
Khả năng cách điện
Giữa kênh truyền v mặt dẫn thân máy
Giữa các kênh truyền

Có

Có
Các mức điện thế cho phép 75 VDC
60 VAC
Kiểm tra cách điện 600 VDC
Cờng độ dòng điện
Của backplane bus
Lấy từ chân L+

Max, 80 mA
Max, 120 mA
Tổn thất công suất của module 4,9 W


Bảng 6:Các đặc trng kỹ thuật của module SM 322; DO 16ì24 VDC.

c. Digital input/output modules:
Ngoi những module xử lý vo tín hiệu số v những module xử lý ra tín
hiệu số chuyên biệt SIMENS còn đa ra một số module tích hợp hai nhiệm vụ nói
trên tạo thnh module xử lý vo/ra tín hiệu số (Digital input/output modules).
Dới đây l một số module loại ny:

SM323;DI 16/DO 16 ì 24 VDC/0,5 A: L module có 16 đầu vo 24 VDC/0,5
A v 16 đầu ra 24 VDC/0,5 A.

SM323;DI 8/DO 8 ì 24 VDC/0,5 A: L module có 8 đầu vo 24 VDC/0,5 A
v 8 đầu ra 24 VDC/0,5 A.
d . Các module tích hợp các ngắt chuẩn đoán v xử lý lỗi:
Các module ny có khả năng ci đặt các thông số để chuẩn đoán các lỗi. Để
thiết lập các thông số ny đợc thực hiện bằng cách sử dụng STEP7. Việc ci đặt
các thông số ny đợc thực hiện khi CPU ở trạng thái STOP, các thông số ny

đợc chuyển từ thiết bị lập trình vo trong CPU v đợc lu trữ ở đây. CPU có
nhiệm vụ chuyển giao các thông số ny đến các digital module.



Ngời lập trình cũng có thể thay đổi các thông số ny trong chơng trình
bằng cách sử dụng các khối SFC (System Function). Nếu sử dụng các module loại
ny m không thiết lập các thông số thì các thông số mặc định sẽ đợc thực thi.


SM231; DI 16 ì 24 VDC
có tích hợp các ngắt chuẩn đoán v xử lý

loói

Thông số

Giới hạn giá trị Giá trị mặc
định
Kiểu Phạm vi
Thời gian trễ của đầu
vo (ms)
0,1/0,5/3/15/20 3 Static Module
Thiết lập
Ngắt xử lý
Ngắt chuẩn đoán

Yes/no
Yes/no

No
No

Dynamic
Dynamic

Module
Module
Chuẩn đoán
Loói sensor supply

Yes/no

No

Static

Nhóm
kênh
Lúc thực hiện xử lý
ngắt
Sờn lên
Sờn xuống

Yes/no
Yes/no

No
No

Dynamic
Dynamic

Nhóm
kênh
Nhóm
kênh

Bảng 7: Các tham số của module SM231; DI 16 ì 24 VDC.
Ngắt chuẩn đoán: Khi có một loói xảy ra trong module, module ny thực
hiện một ngắt chuẩn đoán. Điều ny có nghĩa l CPU ngắt việc thực hiện
chơng trình hoặc các lớp có độ u tiên thấp hơn để cho phép thực hiện
khối chơng trình xử lý ngắt chuẩn đoán.

Ngắt xử lý: Tuỳ thuộc vo việc thiết lập cấu hình, các module ny có thể
tiến hnh mỗi nhóm kênh một ngắt xử lý tại thời điểm sờn lên, sờn xuống
hoặc vừa sờn lên vừa sờn xuống của tín hiệu trạng thái.
Trong lúc đang thực hiện chơng trình ngắt xử lý thì CPU ngắt việc thực
hiện chơng trình hoặc các lớp có độ u tiên thấp hơn.
Các tín hiệu ngắt khác, nếu xuất hiện đợc chứa trong vùng đệm của
module v đợc thực hiện tuần tự theo thứ bậc u tiên của chúng.

d . Caực module input/output Analog S7_300:














Hình 6 : Analog Input module.

SIMENS cung cấp 3 loại module input/output Analog chính đó l:

Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tơng tự
từ các thiết bị ngoại vi thnh các tín hiệu số để tiến hnh xử lý bên trong
S7_300.

Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu
số của S7_300 thnh các tín hiệu tơng tự để phục vu các quá trình hoạt
động của thiết bị ngoại vi.

Input/Outputs Analog module: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại
module nói trên.

Các CPU của S7_300 chỉ xử lý đợc các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu
analog đều phải đợc chuyển đổi thnh tín hiệu số. Một tín hiệu analog đợc số
hoá thnh hai phần: phần dấu v phần giá trị của tín hiệu.

Bit dấu: dấu của giá trị tín hiệu analog đợc lu ở bit thứ 15.
0 ặ +
1 ặ
-


Giá trị của tín hiệu: Phần ny có độ lớn luôn nhỏ hơn 15 bit, các bit mã hoá
ny lấp đầy các bit trích luỹ theo chiều từ trái sang.









Giá trị Analog
Số thứ tự của
các bit
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Giá trị analog
15 bit (+S)
0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0
Giá trị analog
12 bit (+S)

0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0
Giá trị analog
8 bit (+S)
0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Bảng 8:Việc lu trử các giá trị tín hiệu có độ rộng 15 bit, 12 bit v 8 bit.

Cũng nh các module số, ngời sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho
các module analog.
Đối với các kênh đầu vo, các thông số có thể l:
Thiết lập ngắt.
Ngắt xử lý giới hạn các giá trị.
Ngắt chuẩn đoán lỗi.
Phép đo.
Đối với các kênh đầu ra, các thông số có thể l:
Thiết lập ngắt.
Ngắt chuẩn đoán lỗi.
Các giá trị thay thế.
Tín hiệu ra.

SM 332; AO 4ì 12Bit v SM 332; AO 2ì
12Bit
Thông số
Các giá trị của thông số Mặc định
Kiểu
thông số
Phạm vi
Thiết lập
Ngắt chuẩn
đoán

Yes/no

No

Dynami
c

Module
Triệu chứng
Nhóm các
triệu chứng

Yes/no

No

Static

Channe
l
Đáp ứng của
CPU ở trạng thái
STOP
LWH giữ lại giá trị cuối
ASS hạn chế đầu ra
-

Dynami
c

Channe
l

Khử hoạt tính
Điện áp
dòng điện
U
Dynami
c
Channe
l
Tín hiệu đầu ra
Kiểu đầu ra


Phạm vi đầu
ra
Phụ thuộc vo từng
module cụ thể.
+/
-
10V
Dynami
c
Channe
l

Bảng 9:các thông số có thể thiết lập cho một module Analog Output.

5. Module ghép nối (Interface modules - IM):

Hình 7:Interface modules .

C¸c module ghÐp nèi (IM) cho phÐp thiÕt lËp hƯ thèng S7_300 theo nhiỊu cÊu
h×nh (chØ t−¬ng thÝch víi c¸c CPU trë lªn). S7_300 cung cÊp 3 lo¹i module ghÐp
nèi sau:

 IM 360: Lμ module ghÐp nèi cã thĨ më réng thªm mét tÇng chøa 8 module
trªn ®ã víi kho·ng c¸ch tèi ®a lμ 10 m lÊy ngn tõ CPU.

 IM 361: Lμ module ghÐp nèi cã thĨ më réng thªm ba tÇng, víi mét tÇng
chøa 8 module víi kho·ng c¸ch tèi ®a lμ 10 m ®ßi hái cung cÊp mét ngn 24
VDC cho mçi tÇng.


 IM 365: Lμ module ghÐp nèi cã thĨ më réng thªm mét tÇng chøa 8 module
trªn ®ã víi kho·ng c¸ch tèi ®a lμ 1m lÊy ngn tõ CPU.

C¸c module ghÐp nèi IM 365 IM 360 IM 361
Sè module cho mçi
CPU
Mét cỈp 1 3
Ngn cung cÊp
-

-

24V DC
§iƯn n¨ng tiªu thơ
 Tõ ®−êng 24V DC
 Tõ bus néi tun 5V
DC

-
100 mA

-
350 mA

0,5 A
-

Tỉn thÊt ®iƯn n¨ng 0,5 W 2 W
5 W

B¶ng 10:c¸c th«ng sè kü tht cơ thĨ cđa các module .

C – CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH TRÌNH PLC S7-300:


I . Vòng quét chương trình của S7-300:

PLC thực hiện chương trình theo một chu trình lặp được gọi là vòng quét
(scan).Một vòng lặp được gọi là một vòng quét.Có thể chia một chu trình thực hiện
của S7-300 ra làm 4 giai đoạn.giai đoạn một là giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng
vào,các dữ liệu này sẽ được lưu trữ trên vùng đệm các đầu vào.Tiếp theo là giai
đoạn thực hiện chương trình,trong từng vòng quét chương trình lần lượt thực hiện
tuần tự từ lệnh đầu tiênvà kết thúc ở lệnh cuối cùng tiếp đến là giai đoạn truyền
thông nội bộ và kiểm tra lỗi.Giai đoạn cuối cùng là giai đoạn chuyển nội dung các
bộ đệm ảo tới cổng ra.Đến đây một vòng quét được hoàn thành và một vòng quét
mới được tiếp tục tạo nên một chu trình lặp vô hạn.


1. Truyền thông và
kiểm tra nội bộ
2. Chuyển dữ liệu từ
cổn
g vào tới I

H×nh 8:Chu tr×nh thùc hiƯn ch−¬ng tr×nh trong S7_300.

Một điểm cần chú ý là tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường các
lệnh không làm việc trực tiếp với các cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của
cổng trong vùng nhớ tham số.Chỉ khi gặp lệnh yêu cầu truy xuất các đầu váo/ra
ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng các công việc khác,ngay cả chương trình xử lý
ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với các cổng vào/ra.Các chương trình
con xử lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất tín hiệu báo ngắt và có
thể xảy ra bất cứ thời điểm nào trong vòng quét.

Bộ đệm I và Q không liên quan đến các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh
truy nhập không tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không qua bộ
đệm




Thời gian cần thiết để PLS thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian
vòng quét (Scan Time).Thời gian vòng quét không cố đònh,tức là không phải vòng
quét nào cũng được thực hiện theo một khoảng thời gian như nhau.

Các vòng quét nhanh,chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được
thực hiện,vào khối lượng dữ liệu được truyền thông…trong vòng quét đó.

Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để sử lý,tính toán và việc gữi tín
hiệu điều khiển đến đối tượng đó có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian
vòng quét.Thời gian vòng quét càng ngắn,tính thời gian thực của chương trình càng
cao.

Nếu sử dụng các khối chương trình đặt biệt có chế độ ngắt,ví dụ như là OB40
, OB80…chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất
hiện tính hiệu báo ngắt cùng chủng loại.
Nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang trong giai đoạn truyền
thông và kiểm tra nội bộ,PLC sẽ dừng công việc truyền thông,kiểm tra để thực hiện
khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó.Với hình thức tín hiệu sử lý
ngắt như vậy,thời gian của vòng quét càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất
hiện trong vòng quét.
Do đó,để nâng cao tính thời gian thực của chương trình điều khiển,tuyệt đối
không nên viết chương trình sử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế
độ ngắt trong chương trình điều khiển.


II . CÊu tróc ch−¬ng tr×nh cđa S7_300:
C¸c ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn PLC S7_300 ®−ỵc viÕt theo mét trong hai d¹ng
sau:
 Ch−¬ng tr×nh tun tÝnh (ch−¬ng tr×nh ®¬n khèi).

 Ch−¬ng tr×nh cã cÊu tróc (ch−¬ng tr×nh nh¶y khèi).

. Lập trình tuyến tính (liner):
1
Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại hình
cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp.
Khối được chọn phải là khối OB 1, là khối mà CPU luôn quét và thực hiện các lệnh
trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại từ lệnh đầu
tiên.

vòng quét
Lệnh 1
Lệnh 2
Lệnh cuối cùng
OB1









Hình 9: lập trình tuyến tính.

2 . Lập trình có cấu trúc (structured) :
Trong PLC Siemens S7 tổ chức theo các khối mà có thể lập trình được với
từng nhiệm vụ riêng. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển
nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản:

Khối tổ chức OB (Oganization block) : Khối tổ chức và quản lý
chương trình điều khiển.


Khối hàm chức năng FB (Function block) : Là loại khối FC đặc

biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối chương trình
khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có
tên gọi là Data block .


Khối hàm (Function) : Khối chương trình với những chức năng
riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm.


Khối dữ liệu (Data block) : Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực
hiện chương trình. Các tham số khối do ta tự đặt.


Ngoài ra còn có các khối hệ thống như : SFB, SFC, SDB.

Chương trình trong các khối được liên kết lại với nhau bằng các lệnh gọi
khối,chuyển khối.



Xem những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con thì
S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau,tức là chương trình con này gọi từ
một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi đến chương trình
con thứ 3…Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU
khác nhau mà ta đang sử dụng.Ví dụ như đối với module CPU 314 thì số lệnh gọi
lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8.Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt quá
con số giới hạn cho phép,PLC sẽ chuyễn sang chế độ Stop và đặt cờ báo lỗi.

FC7

FC1
FB2
OB1
FC3
FB5
FB9












H×nh 10:Ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn cã cÊu tróc .

Khối OB1 luôn được PLC quét và thực hiện các lệnh từ đầu tiên đền lệnh cuối
cùng và quay lại lệnh đầu tiên.

 ViƯc lËp tr×nh ®¬n gi¶n, râ rμng h¬n khi gi¶i qut c¸c ch−¬ng tr×nh ®iỊu
khiĨn lín.

 T¹o kh¶ n¨ng tiªu chn ho¸ tõng phÇn cđa ch−¬ng tr×nh ®Ĩ cã nh÷ng khèi
ch−¬ng tr×nh chn.

 DƠ dμng thay ®ỉi ch−¬ng tr×nh.

 ViƯc kiĨm tra ch−¬ng tr×nh dƠ dμng vμ thn tiƯn h¬n.

 Khëi ®Çu ®¬n gi¶n.


 Cho phÐp sư dơng c¸c kü tht ch−¬ng tr×nh con (gäi khèi tõ nhiỊu vÞ trÝ
kh¸c nhau).


III . C¸c khèi chøc n¨ng:

Mét ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn cđa S7_300 gåm cã c¸c khèi logic (logic blocks)
vμ c¸c khèi d÷ liƯu (data blocks). C¸c khèi logic lμ nh÷ng khèi cã chøa c¸c ®o¹n
m·, c¸c khèi lo¹i nμy gåm cã:
• Khèi tỉ chøc (Organization Block - OB).
• Khèi hμm (Function Block - FB).
• Khèi hμm (Function - FC).
• Khèi DB (Data block).
1. Khèi tỉ chøc (Organization Block - OB):
C¸c OB thùc hiƯn viƯc giao tiÕp gi÷a hƯ ®iỊu hμnh vμ ch−¬ng tr×nh ®iỊu khiĨn.
Mçi OB cã mét nhiƯm vơ cơ thĨ kh¸c nhau. §Ĩ t¹o mét ch−¬ng tr×nh cho S7_300,

ng−êi lËp tr×nh thùc hiƯn chän c¸c OB cÇn thiÕt mμ c«ng viƯc ®ßi hái, nh÷ng c«ng
viƯc c¬ b¶n mμ mét ch−¬ng tr×nh yªu cÇu th−êng lμ:
 Khëi ®éng (Startup): c¸c khèi thùc hiƯn c¸c c«ng viƯc nμy lμ OB100 vμ
OB101.
 Thùc hiƯn vßng qt (Scan cycle): c«ng viƯc nμy ®−ỵc thùc hiƯn bëi OB1.
 Xư lý c¸c lỗi: ®Ĩ CPU kh«ng chun vỊ mode dõng (stop mode) khi cã c¸c
lỗi xt hiƯn, ng−êi lËp tr×nh sư dơng c¸c khèi sau: OB80, OB87, OB121,
OB122.
 Ngoμi ra c¸c CPU cßn tÝch hỵp c¸c OB xư lý ng¾t.

Các khối OB đặt biệt:

¾ OB1: lặp vòng chương trình chính (lặp vòng liên tục).
¾
OB10 (Time of Day Interrupt): ngắt thời gian trong ngày, bắt đầu
chạy ở thời điểm (được lập trình nhất đònh) đặc biệt.
¾
OB20 (Time Delay Interrupt): ngắt trì hoãn, chương trình trong khối
này được thực hiện sau một khoảng thời gian delay cố đònh.
¾
OB35 (Cyclic Interrupt): ngắt tuần hoàn, lặp lại sau khoảng thời gian
cách đều nhau được đònh trước (1ms đến 1 phút).
¾
OB40 (Hardware Interrupt): ngắt cứng, chạy khi phát hiện có lỗi trong
module ngoại vi.
¾
OB80 (Cycle Time Fault): lỗi thời gian chu trình, thực hiện khi thời
gian vòng quét vượt quá thời gian cực đại đã đònh .
¾
OB81 (Power Supply Fault): thực hiện khi CPU phát hiện thấy có lỗi

nguồn nuôi.
¾
OB82 (Diagnostic Interrupt): chương trình trong khối này được gọi khi
CPU phát hiện có sự cố từ module I/O mở rộng.



¾
OB85 (Not Load Fault): được gọi khi CPU thấy chương trình ứng dụng
có sử dụng chế độ ngắt nhưng chương trình xử lý tín hiệu ngắt lại
không có trong khối OB tương ứng.
¾
OB87 (Communication Fault): thực hiện khi có lỗi truyền thông.
¾
OB100 (Start Up Information): thực hiện một lần khi CPU chuyển
trạng thái từ STOP sang RUN.
¾
OB101 (Cold Start Up Information_chỉ có ở CPU S7-400): thực hiện
một lần khi công tắc nguồn của CPU chuyển trạng thái từ OFF sang
ON.
¾
OB121 ( Synchronous Error): được gọi khi có lỗi logic trong chương
trình.
¾ OB122 (Synchronous Error): được gọi khi có lỗi module trong chương
trình.


2 . Khối hàm chức năng FB (Function block) :
Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối
chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có

tên gọi là Data block .

3
. Khối hàm FC(Function) :
Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con
hoặc một hàm.

4 . Khối dữ liệu (Data block) : Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực
hiện chương trình. Các tham số khối do ta tự đặt.
Khèi d÷ liƯu dïng ®Ĩ chøa c¸c
d÷ liƯu cđa ch−¬ng tr×nh. Cã hai lo¹i DB: shared DB vμ instance DB.

 Shared DB lμ khèi d÷ liƯu cã thĨ ®−ỵc truy cËp bëi tÊt c¶ c¸c khèi trong
ch−¬ng tr×nh ®ã.

 Instance DB lμ khèi d÷ liƯu ®−ỵc g¸n cho mét khèi hμm duy nhÊt, dïng ®Ĩ
chøa d÷ liƯu cđa khèi hμm nμy.

Ngoài ra còn có các khối hệ thống như : SFB, SFC, SDB...

 SFC (system function): lμ c¸c hμm ®−ỵc tÝch hỵp trong hƯ ®iỊu hμnh cđa
CPU, c¸c hμm nμy cã thĨ ®−ỵc gäi bëi ch−¬ng tr×nh khi cÇn. Ng−êi lËp tr×nh
kh«ng thĨ t¹o ra c¸c SFC.
Hàm được lập trình trước và tích hợp sẵn trong CPU S7.
Ta có thể gọi SFC từ chương trình; vì những SFC là một phần của hệ điều hành, ta
không cần phải nạp chúng vào như một phần của chương trình.


 SFB (system function block): lμ c¸c khèi hμm ®−ỵc tÝch hỵp trong hƯ ®iỊu
hμnh cđa CPU. C¸c SFB cã thĨ ®−ỵc gäi bëi ch−¬ng tr×nh, ng−êi lËp tr×nh kh«ng

thĨ t¹o ra c¸c khèi nμy.Đây
là khối hàm được tích hợp trong CPU S7. Ta có thể
gọi SFB từ chương trình; vì những SFB là một phần của hệ điều hành, ta không cần
phải nạp chúng vào như một phần của chương trình. Tương tự với FB, SFB cần DB
tình huống. Ta phải tải DB này xuống CPU như một phần của chương trình.


SDB (system data block): vùng nhớ của chương trình được tạo bởi các ứng
dụng STEP7 khác nhau để chứa dữ liệu cần để điều hành PLC. Thí dụ: ứng dụng
“S7 Configuration” cất dữ liệu cấu hình và các tham số làm việc khác trong các