ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC

(1)

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC

(30 tiết)

GV: Bùi Thúc Minh buithucminh@gmail.com Bộ môn: Điện công nghiệp ĐẠI HỌC NHA TRANG

NHA TRANG 2014

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

Mục tiêu

• Sau khi học xong, sinh viên có khả năng:

– Biết cáchkết 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 sáthoạt động của hệ thống

(2)

NỘI DUNG

Phần 1 Simatic S7-300

Chương 1.Tổng quan vềSimatic S7-300 Chương 2.Tập lệnh của S7-300

Phần 2 WinCC

Phần 3 Bài tập ứng dụng

4

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

(3)

5

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

Nhắc lại lưu đồ

• Ký hiệu

(4)

7

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

8

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

(5)

9

1. Các module của PLC S7-300

1. Các module của PLC S7-300 (tt)

• Module CPU

• Module mở rộng

– Các module mở rộng đượcchia thành 5loạichính:

- PS (Power Supply): modulenguồnnuôi: có 3loại2A, 5A, 10A.

- SM (Signal module): modulemở rộng cổngtínhiệuvào/ra baogồm

- IM (Interface module): module ghépnối.

- 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

(6)

11

Hình ảnh một số module

(7)

13

Mặt trước của PLC S7-300

Đèn báo chế độ hoạt động

(8)

15

Đèn báo các trạng thái hoạt động của PLC

16

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 làkiểu dữ liệu cho biếnhai trị.

– BYTE: dung lượng 8 bit, thường dùng biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến 255, mã BCD của số thập phân 2chữ số, mã ASCIIcủa kýtự,…

– WORD: dung lượng 2 byte, biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến65535.

(9)

17

2. KIỂU DỮ LIỆU VÀ PHÂN CHIA BỘ NHỚ

– INT: dunglượng2 byte,biểu diễn sốnguyêntừ -32768 đến32767.

– DINT: dunglượng4 byte,biểu diễn sốnguyêntừ -2147483648đến2147483647.

– 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)

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

(10)

19

Cấu trúc bộ nhớ của CPU

• Vùng chương trình ứng dụng

– OB (Organisation block): miền chứa chươngtrìnhtổ chức.

– FC (Function): miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm cóbiến hìnhthức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọinó.

– 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).

20

Cấu trúc bộ nhớ của CPU

• Vùng chứa tham sốcủa hệ điều hành và chương trình ứng dụng: được chia thành 7miền khác nhau:

– I (Process image input): miền bộ đệm các dữ liệu của cổng vàosố.

– Q (Process image output): miền bộ đệmcácdữ liệu của cổng rasố.

– M:miềncácbiến cờ. (thamsố) – T:miền nhớ phục vụcácbộ thờigian.

– C:miền nhớ phục vụ bộ đếm.

– PI:miền địa chỉ cổngvàocủacác module tương tự.

– PQ:miền địa chỉ cổngracủacác module tương tự.

(11)

21

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 thànhkhối. Kíchthước 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 cácbiến tạm thời.

3. Vòng quét chương trình

(12)

23

4. Cấu trúc chương trình

• Lập trình tuyến tính

• Lập trình có cấu trúc

24

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.

(13)

25

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

Cấu trúc chương trình

– Loại khối OB (Organization block): khối tổ chức quản lý CT điều khiển.

– Loại khối FC ( Pr ogr am bl ock): khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (CT con có biếnhình thức).

– Loại khối FB (Function block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với cáckhối chương trình khác.

– Loại khối DB (Data block): khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện CT.

(14)

27

28

Những khối OB đặc biệt

(15)

29

Ngôn ngữ lập trình của S7-300

• Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list).

Đâylà dạngngônngữ lậptrình thôngthường 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 cấutrúc chung “tênlệnh”+ “toánhạng”.

• Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic).

Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quenthiết kế mạch điều khiển logic.

• Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function block diagram).Đây cũng là ngônngữ đồ họa dành chongười có thói quenthiết kế mạch điều khiển số.

Ngôn ngữ lập trình của S7-300

LAD STL FBD

(16)

31

Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả

• Toán hạng là địa chỉ

– Địa chỉtrongbộ nhớ PLC S7-300 gồm2 phần:phần chữ và phần số.

• Phần chữ:chỉ vịtrí và kíchthước củavùng nhớ.

• Phần số:chỉ địa chỉ của vùngnhớtrongmiền đã đượcxác định.

Vídụ:địa chỉngõ vào I0.1

32

Cấu trúc lệnh và trạng thái kết quả

– M:chỉônhớtrongmiềncácbiến cờcó kíchthướclà 1 bit.

– MB:chỉônhớtrongmiềncácbiến cờcó kíchthướclà 1 byte (8 bit).

– MW: chỉ ô nhớ trong miềncác biến cờ có kích thước là 2 byte (16 bits).

– M:chỉônhớtrongmiềncácbiến cờcó kíchthướclà 4byte (32 bits).

– I:chỉônhớcó kíchthướclà 1 bit trongmiền bộ đệm cổngvàosố.

– IB:chỉônhớcó kíchthướclà 1 byte trongmiền bộ đệm cổngvàosố.

– IW:chỉônhớcó kíchthướclà 1từtrongmiền bộ đệm cổngvàosố.

– ID:chỉônhớcó kíchthướclà 2từtrongmiền bộ đệm cổngvàosố.

– Q:chỉônhớcó kíchthướclà 1 bit trongmiền bộ đệm cổngrasố.

– QB:chỉônhớcó kíchthướclà 1 byte trongmiền bộ đệm cổngrasố.

– QW:chỉônhớcó kíchthướclà 1từtrongmiền bộ đệm cổngrasố.

– QD:chỉônhớcó kíchthướclà 2từtrongmiền bộ đệm cổngrasố.

– T:chỉônhớtrongmiền nhớ của bộ thờigian (Timer).

(17)

33

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.

• 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.

(18)

35

– 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 trạngthái RLO.

• Nếu trước khi thực hiện bit FC = 1 thì có tác dụng thực hiện phép tính  giữa RLO và giátrị logic cổng vào I 0.3. Kết quả của phép tính được ghi lại vào bit trạngthái RLO.

36

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 cảhai lệnh:

A I0.3

AN I0.3

đều gán cho bit STA cùng một giá trị là nội dung của cổng vào sốI 0.3.

(19)

37

– 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 trịbit bịtràn ra ngoài mảng ô nhớ.

– OV (Overflow bit): Bit báo kết quả phép tínhbị tràn ra ngoài mảng ônhớ.

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 lệnhtoán học như cộng, trừ, nhân, chia với sốnguyênhoặc số thực.

(20)

39

Khi thực hiện lệnh toán học với số nguyên nhưng kết quả bị tràn ônhớ.

40

(21)

41

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

Nhóm lệnh tiếp điểm

(22)

43

Các lệnh ghi/xóa cho tiếp điểm

• Lệnh ghi

Lệnh xóa

RS Flip Flop

Ưu tiên SET

(23)

45

SR Flip Flop

Ưu tiên RESET

Các lệnh tiếp điểm đặc biệt

(24)

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

48

TIMER

(25)

49

Overview of Timer Instructions

Choosing the right Timer

(26)

51

1. S_PULSE (Pulse S5 Timer)

(27)

53

• Example

2. S_PEXT (Extended Pulse S5 Timer)

(28)

55

(29)

57

3. S_ODT (On-Delay S5 Timer)

(30)

59

4. S_ODTS (Retentive On-Delay S5 Timer)

(31)

61

(32)

63

5. S_OFFDT (Off-Delay S5 Timer)

64

(33)

65

6. Pulse Timer Coil

(34)

67

6. Pulse Timer Coil

7. Extended Pulse Timer Coil

(35)

69

7. Extended Pulse Timer Coil

8. On-Delay Timer Coil

(36)

71

8. On-Delay Timer Coil

9. Retentive On-Delay Timer Coil

(37)

73

9. Retentive On-Delay Timer Coil

10. Off-Delay Timer Coil

(38)

75

10. Off-Delay Timer Coil

(39)

77

COUNTER

(40)

COUNTER APPLICATIONS

79

COUNTER APPLICATIONS

80

(41)

81

(42)

83

84

(43)

85

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.

Counter instructions

(44)

87

1. S_CU (Up Counter)

• Symbol

(45)

• 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

• 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.

(46)

91

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.

2. S_CUD (Up-Down Counter)

• Symbol

(47)

93

• 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".

(48)

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

(49)

• 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

(50)

99

3. S_CD (Down Counter)

• Symbol

100

(51)

101

Example

4. Set Counter Value

• Symbol

(52)

103

5. Up Counter Coil

• Symbol

• Example

6. Down Counter Coil

• Symbol

(53)

105

Example

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

(54)

107

• 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.

108

Các lệnh so sánh

(55)

109

Các lệnh dịch chuyển

Các lệnh có chức năng biến đổi

(56)

111

Các lệnh có chức năng toán học

Bài tập ứng dụng

112

(57)

113

WINCC điều khiển, giám sát