Tải bản đầy đủ
1, Giới thiệu chung:

1, Giới thiệu chung:

Tải bản đầy đủ

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

+ Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.
+ Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn.
+ Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.
+ Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động,
tiếng ồn.
 Cấu trúc chung của một hệ thống PLC được thể hiện trên sơ đồ

Page
2

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC

2, Cấu tạo:
a, Bộ nguồn:

Page
3

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

- Bộ nguồn cung cấp điện cho PLC hoạt động, việc chọn bộ nguồn dựa trên dòng
tiêu thụ của điện áp một chiều (5 VDC hoặc 24 VDC). Dòng tiêu thụ của các phân tử
PLC phải nhỏ hơn dòng điện cấp của bộ nguồn để không bị quá tải.
b, CPU:
- Thành phần cơ bản của PLC là khối vi xử lý CPU. Sản phẩm của mỗi hãng có đặc
trưng cho tính linh hoạt, tốc độ xử lý khác nhau. Về hình thức bên ngoài, các hệ CPU
của cùng một hãng có thể được phân biệt nhờ các đầu vào, ra và nguồn cung cấp.
- Tốc độ xử lí của CPU là tốc độ xử lý từng bước lệnh của chương trình. PLC đòi hỏi
CPU phải có tốc độ xử lý nhanh để có thể mô phỏng các hiện tượng logic vật lý xảy
ra nhanh trong thế giới thực, CPU có tần số nhịp càng cao thì xử lí càng cao. Tuy
nhiên tốc độ cũng bị ảnh hưởng bởi cách lập trình cho PLC.
c, 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 còn có một vài cổng vào ra số.
Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard.
- PLC S7_300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ vi
xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315…
- Những module cùng sử dụng 1 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 việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau
trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module).
Ví dụ như Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM…

Page
4

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

- Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 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 này phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ
DP (Distributed Port) như là module CPU315-DP.

Hình 1.2: Module CPU
d, Module mở rộng:
- Thiết bị 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 dễ dàng cho việc
mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng
nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU, các module
còn lại là những module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài
như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ. Chúng được gọi chung là các module
mở rộng.
+ Các module mở rộng chia thành 5 loại chính:
• Module nguồn nuôi (PS – Power supply):
Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
• Module xử lý vào/ra tín hiệu số( SM- Signal module)
Page
5

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra có 6 loại:
+ DI (Digital input ): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng
có thể là 8, 16, 32 tùy vào từng loại module.
+ DO (Digitial output ): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng vào số mở rộng
có thể là 8, 16, 32 tùy vào từng loại module.
+ DI/DO (Digitial input/Digitial output): Module mở rộng các cổng vào/ra số … Số
các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy từng loại
module.
+ AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào tương
tự có thể là 2, 4, 8 tùy từng loại module.
+ AI/AO (Analog input/Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.
Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tùy từng loại module.
- Các CPU của S7-300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog đều
phải được chuyển đổi lại thành tín hiệu số. Cũng như các module số, người sử dụng
cũng có thể thiết lập các thông số cho các module analog.
• Module ghép nối (IM – Interface module);
- Module ghép nối các module mở rộng với nhau thành một khối và được quản lý
chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gắn liền với
nhau trên một thanh đỡ được gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất 8 module mở
rộng ( không kể module CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU S7 – 300 có
thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này được nối với nhau bằng
module IM.
- Các module ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7 – 300 theo nhiều cấu
hình. S7 – 300 cung cấp 3 loại module ghép nối sau:

Page
6

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

+ IM 360: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứ 8 module trên đó
với khoảng cách tối đa là 10m lấy từ CPU.
+ IM 361: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8
module với khoảng cách tối đa là 10m đòi hỏi cung cấp 1 nguồn 24 VDC cho mỗi
tầng.
+ IM 365: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 module trên đó
với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.
• Module chức năng( FM – Function module):
- Module có chức năng điều khiển riêng, như module PID, module điều khiển động
cơ bước,…
• Module truyền thông ( CP – Communication module):
- Module phục vụ truyền thông giữa trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc PLC
với máy tính.

Hình 1.3: Nguồn và các module mở rộng

Page
7

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

3, Bộ nhớ:
- Dung lương bộ nhớ nói lên khả năng nhớ của PLC đo bằng đơn vị Kbyte nhưng
cũng có thể là số tối đa dòng lệnh có khi được viết chương trình.
- Bộ nhớ của S7 -300:
Bộ nhớ được chia làm ba vùng:
+ Vùng chương trình: là miền nhớ để lưu giữ các lệnh chương trình.Vùng này
thuộckiểu non-volatile đọc ghi được. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:
• 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 chưa 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 (gọi là DB).
+ Vùng chưa tham số các hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân
chia thành bảy kiểu khác nhau:








I(Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.
Q(Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.
M: Miền biến cờ
T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (timer)
C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm ( counter)
PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự(I/O External input)
PQ: Miền địa chỉ cổng ra các module tương tự (I/O External output)
+ Vùng dữ liệu: là miền để sử dụng để cất giữ các khối dữ liệu của chương

trình bao gồm kết quả các phép tính , hằng số được định nghĩa trong chương trình bộ
đệm truyền thông. Một phần của bộ nhớ này thuộc kiểu đọc ghi được.
+ Vùng dữ liệu chia thành 2 loại:
Page
8

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

• DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích
thước cũng như khối lượng do người sử dụng quy định.
• L( Local data block): 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 dữ liệu trong
miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình tương ứng trong khối OB, FC, FB.

- Tổ chức bộ nhớ CPU : là cách phân chia bộ nhớ cho các vùng nhớ khác nhau. Cấu
trúc bộ nhớ CPU của PLC S7-300 bao gồm:
+ Vùng nhớ chứa các thanh ghi
+ Vùng system memory
+ Vùng Load memory
+ Vùng Work memory
Kích thước các vùng nhớ này phụ thuộc vào chủng loại của từng module CPU.
Load memory: là vùng nhớ chương trình ứng dụng ( do người sử dụng viết ) bao
gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình trong
thư viện hệ thống được sử dụng( SFC,SFB) và các khối dữ liệu DB.
System memory: Là vùng nhớ chưa các khối DB đang được mở, khối chương trình
(OB, FC, FB, SFC hoặc SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho
những tham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ điều
hành và với khối chương trình khác( Local Block). Tại mỗi thời điểm nhất định vùng
work memory chỉ chứa 1 khối chương trình . Sau khi khối chương trình đó được thực
Page
9

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

hiện xong thì hệ điều hành sẽ xóa nó khỏi Work memory và nạp vào đó khối chương
trình kế tiếp đến lượt thực hiện.
4, Truyền thồng với thiết bị khác:
a, Giớí thiệu chung:
- Truyền thồng là phần khá phức tạp trong việc làm chủ PLC. PLC họ s7 sử dụng
cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích căm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối
với thiết bị lập trình (PC) hoặc với trạm PLC khác. Ghép nối PLC qua cổng RS232
cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.
- Truyền thông là 1 quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể với nhau. Đối tác này
có thể điều khiển đối tác kia, hoặc quan sát trạng thái của đối tác.Các đối tác truyền
thông người hoặc hệ thống kỹ thuật là các thiết bị phần cứng ( đối tác vật lý) hoặc các
chương trình phần mềm( đối tác logic).
b, Các phương thức truyền thông:
• Phương thức PPI:
PPI là phương thức chủ tớ. Các thiết bị chủ (CPU, thiết bị lập trình…) gửi yêu cầu
đến các trạm và các trạm trả lời. Các trạm không bao giờ tự gửi thông tin lên mạng
mà chỉ chờ nhận các yêu cầu của các thiết bị chủ để trả lời.
• Phương thức MPI:
MPI có thể là phương thức chủ/tớ hay chủ/chủ. Cách thức hoạt động phụ thuộc vào
loại thiết bị. Nếu thiết bị đích là CPU S7-300 thì MPI tự động trở thành chủ/chủ vì
các CPU S7-300 là các thiết bị chủ trong mạng. Nếu thiết bị đích là CPU S7-200 thì
MPI lại là chủ/tớ vì các CPU S7-200 lúc đó được coi như là trạm.
Page
10

BTL HỆ THU THẬP DỮ LIỆU

GV: Bùi Văn Huy

Khi hai thiết bị trong mạng kết nối nhau bằng phương thức MPI, chúng tạo nên một
liên kết riêng, không thiết bị chủ khác nào có thể can thiệp vào liên kết này. Thiết bị
chủ trong hai thiết bị kết nối thường giữ mối liên kết đó trong một khoảng thời gian
ngắn hoặc huỷ liên kết vô thời hạn (giải phóng đường truyền). Mạng MPI có giá
thành thấp, được ứng dụng với số lượng đối tác truyền thông ít (tối đa 32 trạm),
lượng dữ liệu nhỏ.
+ Phương pháp truy cập:
MPI sử dụng phương thức truy cập Token-Passing. Token là một bức điện
ngắn không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc biệt với các bức điện mang thông tin
nguồn, được dùng tương tự như một chìa khoá. Một trạm được quyền truy cập bus
và gửi thông tin đi chỉ trong thời gian nó được giữ Token.

+ Môi trường truyền dẫn:
MPI sử dụng cáp hai dây. Chiều dài tối đa của cáp cho một đoạn bus là 50m.
Sử dụng bộ lặp RS-485 làm tăng chiều dài tối đa lên đến 1100m. Tốc độ truyền
thường là 187.5 Kbit/s.
• Phương thức PROFIBUS:
Phương thức PROFIBUS được thiết kế cho việc truyền tốc độ cao với các thiết bị
phân phối vào ra, thường cũng được gọi là các đầu vào/ra từ xa. Mạng PROFIBUS
thường bao gồm một thiết bị chủ và nhiều trạm vào/ra. Thiết bị chủ được đặt cấu hình
để nhận biết loại cũng như địa chỉ của các trạm nối vào nó.Sau đó nó tự kiểm tra các
trạm theo cấu hình được đặt. Thiết bị chủ ghi vào các trạm và đọc dữ liệu từ đó một
Page
11