ĐẠI HỌC NHA TRANG PLC (30 tiết) GV: Bùi Thúc Minh buithucminh@gmail.com Bộ môn: Điện công nghiệp NHA TRANG 2014 Mục tiêu Sau khi học xong, sinh viên có khả năng: Biết cách kết nối thiết bị vào PLC. Thiết kế, lựa chọn thiết bị và lập trình điều khiển dùng PLC S7-200, 300 Sử dụng phần mềm WINCC tạo giao diện điều khiển, giám sát hoạt động của hệ thống 2 1
NỘI DUNG Phần 1 Simatic S7-300 Chương 1. Tổng quan về Simatic S7-300 Chương 2. Tập lệnh của S7-300 Phần 2 WinCC Phần 3 Bài tập ứng dụng ĐÁNH GIÁ (Thang điểm 10) Bài tập, kiểm tra & báo cáo: 50% tổng điểm Thi kết thúc môn: 50% tổng điểm Hình thức thi: viết (không dùng tài liệu) Thời gian: 60 phút 4 2
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Simatic S7-300 Điều khiển hệ thống, Trung tâm Việt-Đức [2] Điều khiển lập trình 2, ĐHNT 2011 [3] SIMATIC, Ladder Logic (LAD) for S7-300 and S7-400 Programming, Reference Manual [4] SIMATIC, Working with STEP 7 [5] Trần Thu Hà, Lập trình với S7&WINCC, NXB Hồng Đức 2008 [6] Internet 5 Nhắc lại lưu đồ Ký hiệu 6 3
Chương 1. Tổng quan về Simatic S7-300 1. Các module của PLC S7-300 2. Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ 3. Vòng quét chương trình. 4. Những khối OB đặc biệt 5. Ngôn ngữ lập trình của S7-300 7 Chương 1. Tổng quan về Simatic S7-300 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control), là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình. S7-300 là PLC cỡ vừa của hãng Siemens 8 4
1. Các module của PLC S7-300 9 1. Các module của PLC S7-300 (tt) Module CPU Module mở rộng Các module mở rộng được chia thành 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 - IM (Interface module): module ghép nối. - FM (Function module): module có chức năng điều khiển riêng - CP (Communication module): module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính 10 5
10/10/14 11 Hình ảnh một số module 12 6
Mặt trước của PLC S7-300 13 Đèn báo chế độ hoạt động 14 7
Đèn báo các trạng thái hoạt động của PLC 15 2. KIỂU DỮ LIỆU VÀ PHÂN CHIA BỘ NHỚ Một chương trình ứng dụng trong S7-300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau: - BOOL: với dung lượng một bit có giá trị 0 hoặc 1. Đây là kiểu dữ liệu cho biến hai trị. BYTE: dung lượng 8 bit, thường dùng biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến 255, mã BCD của số thập phân 2 chữ số, mã ASCII của ký tự, WORD: dung lượng 2 byte, biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến 65535. 16 8
2. KIỂU DỮ LIỆU VÀ PHÂN CHIA BỘ NHỚ INT: dung lượng 2 byte, biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767. DINT: dung lượng 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147483648 đến 2147483647. REAL: dung lượng 4 byte, biểu diễn số thực có dấu phẩy. S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mili 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) 17 Cấu trúc bộ nhớ của CPU Vùng chương trình ứng dụng Vùng hệ thống: chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng Vùng chứa các khối dữ liệu 18 9
Cấu trúc bộ nhớ của CPU Vùng chương trình ứng dụng OB (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 bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (DB - data block). 19 Cấu trúc bộ nhớ của CPU Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng: được chia thành 7 miền khác nhau: I (Process image input): miền bộ đệm các dữ liệu của cổng vào số. Q (Process image output): miền bộ đệm các dữ liệu của cổng ra số. M: miền các biến cờ. (tham số) T: miền nhớ phục vụ các bộ thời gian. C: miền nhớ phục vụ bộ đếm. PI: miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự. PQ: miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự. 20 10
Cấu trúc bộ nhớ của CPU Vùng chứa các khối dữ liệu: được chia thành 2 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 quy định phù hợp với từng bài toán điều khiển. L (Local data block): miền dữ liệu cục bộ, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến tạm thời. 21 3. Vòng quét chương trình 22 11
4. Cấu trúc chương trình Lập trình tuyến tính Lập trình có cấu trúc 23 4. Cấu trúc chương trình Lập trình tuyến tính Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại điển hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán phù hợp nhỏ, không phức tạp. 24 12
Pr ogr am bl ock): khối 10/10/14 Cấu trúc chương trình Lập trình có cấu trúc Chương trình (CT) được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp 25 Cấu trúc chương trình Loại khối OB (Organization block): khối tổ chức quản lý CT điều khiển. Loại khối FC ( chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (CT con có biến hình thức). Loại khối FB (Function block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Loại khối DB (Data block): khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện CT. Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối 26 13
27 Những khối OB đặc biệt 28 14
Ngôn ngữ lập trình của S7-300 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 ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung tên lệnh + toán hạng. Ngôn ngữ hình thang, ký hiệu là LAD (Ladder logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic. Ngôn ngữ hình khối, ký hiệu là FBD (Function block diagram). Đây cũng là ngôn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. 29 Ngôn ngữ lập trình của S7-300 LAD STL FBD 30 15
Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả Toán hạng là địa chỉ Địa chỉ trong bộ nhớ PLC S7-300 gồm 2 phần: phần chữ và phần số. Phần chữ: chỉ vị trí và kích thước của vùng nhớ. Phần số: chỉ địa chỉ của vùng nhớ trong miền đã được xác định. Ví dụ: địa chỉ ngõ vào I0.1 31 Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả M: chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 1 bit. MB: chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 1 byte (8 bit). MW: chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 2 byte (16 bits). M: chỉ ô nhớ trong miền các biến cờ có kích thước là 4byte (32 bits). I: chỉ ô nhớ có kích thước là 1 bit trong miền bộ đệm cổng vào số. IB: chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte trong miền bộ đệm cổng vào số. IW: chỉ ô nhớ có kích thước là 1 từ trong miền bộ đệm cổng vào số. ID: chỉ ô nhớ có kích thước là 2 từ trong miền bộ đệm cổng vào số. Q: chỉ ô nhớ có kích thước là 1 bit trong miền bộ đệm cổng ra số. QB: chỉ ô nhớ có kích thước là 1 byte trong miền bộ đệm cổng ra số. QW: chỉ ô nhớ có kích thước là 1 từ trong miền bộ đệm cổng ra số. QD: chỉ ô nhớ có kích thước là 2 từ trong miền bộ đệm cổng ra số. T: chỉ ô nhớ trong miền nhớ của bộ thời gian (Timer). 32 16
Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả Thanh ghi trạng thái: khi thực hiện lệnh, CPU sẽ ghi lại trạng thái của phép tính trung gian cũng như ghi lại kết quả vào 1 thanh ghi đặc biệt 16 bit. 33 Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả FC (Fisrt Check): khi thực hiện các lệnh logic liên tiếp nhau gồm các phép tính ^ (VÀ), V (HOẶC), ĐẢO thì bit FC=1. Khi kết thúc các lệnh thì FC=0. 34 17
Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả RLO (Result of logic operation): Kết quả tức thời của phép tính logic vừa được thực hiện. Ví dụ lệnh: A I0.3 Nếu trước khi thực hiện lệnh bit FC = 0 thì có tác dụng chuyển nội dung của cổng vào số I 0.3 vào bit trạng thái RLO. Nếu trước khi thực hiện bit FC = 1 thì có tác dụng thực hiện phép tính giữa RLO và giá trị logic cổng vào I 0.3. Kết quả của phép tính được ghi lại vào bit trạng thái RLO. 35 Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả STA (Status bit): Bit trạng thái này luôn có giá trị logic của tiếp điểm được chỉ định trong lệnh. Ví dụ cả hai lệnh: A I0.3 AN I0.3 đều gán cho bit STA cùng một giá trị là nội dung của cổng vào số I 0.3. 36 18
Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả OR: Ghi lại giá trị của phép tính logic cuối cùng được thực hiện để phụ giúp cho việc thực hiện phép toán sau đó. Điều này là cần thiết vì trong một biểu thức hàm giá trị, phép tính bao giờ cũng phải được thực hiện trước các phép tính. OS (Stored overflow bit): Ghi lại giá trị bit bị tràn ra ngoài mảng ô nhớ. OV (Overflow bit): Bit báo kết quả phép tính bị tràn ra ngoài mảng ô nhớ. 37 Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả CC0 và CC1 (Condition code): Hai bit báo trạng thái của kết quả phép tính với số nguyên, số thực, phép dịch chuyển hoặc phép tính logic trong ACCU Cụ thể là: Khi thực hiện lệnh toán học như cộng, trừ, nhân, chia với số nguyên hoặc số thực. 38 19
Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả Khi thực hiện lệnh toán học với số nguyên nhưng kết quả bị tràn ô nhớ. 39 40 20
Một số nhóm lệnh Nhóm lệnh tiếp điểm Các lệnh ghi/xóa cho tiếp điểm Các lệnh tiếp điểm đặc biệt Lệnh Timer Lệnh đếm Các lệnh so sánh Các lệnh dịch chuyển Các lệnh có chức năng biến đổi Các lệnh có chức năng toán học 41 Nhóm lệnh tiếp điểm 42 21
Các lệnh ghi/xóa cho tiếp điểm Lệnh ghi Lệnh xóa 43 RS Flip Flop Ưu tiên SET 44 22
SR Flip Flop Ưu tiên RESET 45 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt 46 23
Ví dụ Viết chương trình điều khiển như sau: Hệ thống gồm 1 nút nhấn và một bóng đèn. Yêu cầu: Nhấn lần lẻ thì đèn sáng, lần chẵn đèn tắt. 47 TIMER 48 24
Overview of Timer Instructions 49 Choosing the right Timer 50 25
1. S_PULSE (Pulse S5 Timer) 51 52 26
Example 53 2. S_PEXT (Extended Pulse S5 Timer) 54 27
55 56 28
3. S_ODT (On-Delay S5 Timer) 57 58 29
59 4. S_ODTS (Retentive On-Delay S5 Timer) 60 30
61 62 31
5. S_OFFDT (Off-Delay S5 Timer) 63 64 32
65 6. Pulse Timer Coil 66 33
6. Pulse Timer Coil 67 7. Extended Pulse Timer Coil 68 34
7. Extended Pulse Timer Coil 69 8. On-Delay Timer Coil 70 35
8. On-Delay Timer Coil 71 9. Retentive On-Delay Timer Coil 72 36
9. Retentive On-Delay Timer Coil 73 10. Off-Delay Timer Coil 74 37
10. Off-Delay Timer Coil 75 76 38
77 COUNTER 78 39
COUNTER APPLICATIONS 79 COUNTER APPLICATIONS 80 40
COUNTER APPLICATIONS 81 COUNTER APPLICATIONS 82 41
COUNTER APPLICATIONS 83 COUNTER APPLICATIONS 84 42
Overview of Counter Instructions Counters have an area reserved for them in the memory of your CPU. This memory area reserves one 16-bit word for each counter address. The ladder logic instruction set supports 256 counters. 85 Counter instructions 86 43
1. S_CU (Up Counter) Symbol 87 1. S_CU (Up Counter) 88 44
1. S_CU (Up Counter) S_CU (Up Counter) is preset with the value at input PV if there is a positive edge at input S. The counter is reset if there is a "1" at input R and the count value is then set to zero. The counter is incremented by one if the signal state at input CU changes from "0" to "1" and the value of the counter is less than "999". 89 1. S_CU (Up Counter) If the counter is set and if RLO = 1 at the inputs CU, the counter will count once in the next scan cycle, even if there was no change from a positive to a negative edge or viceversa. The signal state at output Q is "1" if the count is greater than zero and "0" if the count is equal to zero. 90 45
1. S_CU (Up Counter) Example If I0.2 changes from "0" to "1", the counter is preset with the value of MW10. If the signal state of I0.0 changes from "0" to "1", the value of counter C10 will be incremented by one - unless the value of C10 is equal to "999". Q4.0 is "1" if C10 is not equal to zero. 91 2. S_CUD (Up-Down Counter) Symbol 92 46
2. S_CUD (Up-Down Counter) 93 2. S_CUD (Up-Down Counter) S_CUD (Up-Down Counter) is preset with the value at input PV if there is a positive edge at input S. If there is a 1 at input R, the counter is reset and the count is set to zero. The counter is incremented by one if the signal state at input CU changes from "0" to "1" and the value of the counter is less than "999". The counter is decremented by one if there is a positive edge at input CD and the value of the counter is greater than "0". 94 47
2. S_CUD (Up-Down Counter) If there is a positive edge at both count inputs, both instructions are executed and the count value remains unchanged. If the counter is set and if RLO = 1 at the inputs CU/CD, the counter will count once in the next scan cycle, even if there was no change from a positive to a negative edge or viceversa. The signal state at output Q is "1" if the count is greater than zero and "0" if the count is equal to zero. 95 2. S_CUD (Up-Down Counter) Example 96 48
2. S_CUD (Up-Down Counter) If I0.2 changes from "0" to "1", the counter is preset with the value of MW10. If the signal state of I0.0 changes from "0" to "1", the value of counter C10 will be incremented by one - except when the value of C10 is equal than "999". If I0.1 changes from "0" to "1", C10 is decremented by one - except when the value of C10 is equal to "0". Q4.0 is "1" if C10 is not equal to zero. 97 Example 98 49
3. S_CD (Down Counter) Symbol 99 3. S_CD (Down Counter) 100 50
3. S_CD (Down Counter) Example 101 4. Set Counter Value Symbol Example 102 51
5. Up Counter Coil Symbol Example 103 6. Down Counter Coil Symbol 104 52
Example 105 Bài tập 1. Viết chương trình điều khiển thuận nghịch động cơ không đồng bộ 3 pha (gián tiếp và trực tiếp) 2. Viết chương trình điều khiển khởi động sao-tam giác động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc. 3. Viết chương trình điều khiển khởi động sao-tam giác thuận nghịch động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc. 4. Viết chương trình điều khiển hệ thống đèn giao thông ngã tư. 5. Viết chương trình điều khiển chương báo giờ 106 học tại trường ĐHNT. 53
Các thiết bị vào/ra? Phân địa chỉ vào/ra? Sơ đồ kết nối PLC? Mạch động lực? Soạn thảo chương trình. lựa chọn cách lập trình: lập trình dạng tuyến tính hay dạng có cấu trúc? Ngôn ngữ lập trình: LAD, STL hay FBD? Download chương trình xuống PLC. Chạy thử. 107 Các lệnh so sánh 108 54
Các lệnh dịch chuyển 109 Các lệnh có chức năng biến đổi 110 55
Các lệnh có chức năng toán học 111 Bài tập ứng dụng 112 56
WINCC điều khiển, giám sát 113 114 57