ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GARAGE XE TỰ ĐỘNG

100 MB Bao gồm tất cả file,.lưu đồ giải thuật... thuyết minh, bản vẽ nguyên lý, bản vẽ thiết kế, FILE lập trình, ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN tử ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GARAGE XE TỰ ĐỘNG

PHẦN A

GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC

 

CHƯƠNG I:

TỔNG QUAN VỀ PLC

 

I.GIỚI THIỆU:

Bộ điều khiển lập trình PLC (programmable logic controller) là thiết bị điều khiển logic lập trình được hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kĩ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là một giải pháp lý tưởng cho việc tự động hoá các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính cho đến nay, bộ điều khiển lập trình (PLC) đã đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp.

 

II. SO SÁNH PLC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN THÔNG THỪƠNG KHÁC:

Hiện nay các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho các hệ thống điều khiển bằng relay, contactor thông thường. Ta hãy thử so sánh ưu khuyết điểm của hai hệ thống trên:

            Hệ thống điều khiển thông thường:

            _ Thô kệch do quá nhiều dây dẫn và relay trên bản điều khiển.

            _ Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế và lắp đặt.

            _ Tốc độ hoạt đông chậm.

            _ Công suất tiêu thụ lớn.

            _ Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại toàn bộ,tốn rất nhiều thời gian.

            _ Khó bảo quản và sửa chữa.

            Hệ thống điều khiển bằng PLC:

            _ Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn.

            _ Công suất tiêu thụ ít hơn.

            _ Sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính hay trên console.

            _ Tốc độ của hệ thống nhanh hơn.

            _ Bảo trì và sữa chữa dễ dàng.

            _ Độ bền, độ tin cậy và vận hành cao.

            _ Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng.

            _ Có thiết bị chống nhiễu.

            _ Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.

            _ Dễ lập trình và có thể lập trình trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện các lệnh tuần tự của nó.

            _ Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết.

Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với các thiết bị điều khiển thông thường khác. PLC còn có khả năng thêm vao hay thay đổi các lệnh tùy theo yêu cầu của công nghệ. Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó,điều này nói lên tính năng điều khiển khá linh động của PLC.

_ Các ứng dụng của PLC:

            _ Điều khiển các quá trình sản xuất: bia, giấy, ximăng, linh kiện điện tử……

            _ Rửa xe ôtô tự động.

            _ Thiết bị khai thác.

            _ Giám sát hệ thống, an toàn nhà xửơng.

            _ Hệ thống báo động.

            _ Điều khiển thang máy.

            _ Điều khiển động cơ.

III. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC

            Để thiết kế một chương trình điều khiển cho một hoạt động bao gồm những bước sau:

a. Xác định qui trình công nghệ:

            Trước tiên, ta phải xác định thiết bị hay hệ thống nào muốn điều khiển. Mục đích cuối cùng  của bộ điều khiển một hệ thống hoạt động.

            Sự vận hành của hệ thống được kiểm tra bởi các thiết bị đầu vào. Nó nhận tín hiệu và gởi tín hiệu đến CPU, CPU xử lý tín hiệu và gởi nó đến tín hiệu xuất  để điều khiển sự hoạt động của hệ thống như lập trình sẳn trong chương trình.

b. Xác định ngõ vào ngõ ra :

            Tất cả các thiết bị xuất, nhập bên ngoài đều được kết nối với bộ điều khiển lập trình. Thiết bị nhập là những công tắc, cảm biến…Thiết bị xuất là những cuộn dây, vale điện từ, motor, bộ hiển thị .

            Sau khi xác định tất cả các thiết bị xuất nhập cần thiết, ta định vị các thiết bị vào ra tương ứng cho từng ngõ vào, ra trên PLC trước khi viết chương trình.

c. Viết chương trình:

            Khi viết chương trình theo sơ đồ hình bậc thang( lader) phải theo sự hoạt động tuần tự từng bước của hệ thống.

d. Nạp chương trình vào bộ nhớ:

            Bây giờ chúng ta có thể cung cấp nguồn cho bộ điều khiển có lập trình thông qua cổng I/O. Sau đó nạp chương trình vào bộ nhớ thông qua một console lập trình hay máy tính có chứa phần mềm lập trình hình thang. Sau khi nạp xong, kiểm tra lại bằng hàm chuẩn đoán. Nếu được mô phỏng toàn bộ hoạt động của hệ thống để chắc chắn rằng chương trình đã hoạt động tốt.

e. Chạy chương trình:

            Trước khi nhấn nút start, phải chắc chắn rằng các dây dẫn nối các ngõ vào, ra đến các thiết bị xuất, nhập đã được nối đúng theo chỉ định. Lúc đó PLC mới bắt đầu hoạt động thực sự. Trong khi chạy chương trình, nếu bị lỗi thì máy tính hoặc bộ consle sẻ báo lỗi, ta phải sữa lại cho tới khi nó hoạt động an toàn.

IV.CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC:

            Cấu trúc phần cứng của tất cả các PLC đều có các bộ phận sau:bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nhập, xuất.

1. Đơn vị xử lý trung tâm( CPU):

            Là bộ xử lý, liên kết các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện cgương trùnh, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bị bên ngoài.

2. Bộ nhớ(memory):

            Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Đây là nơi lưu trữ trạng thái hoạt động của hệ thống và bộ nhớ của người sử dụng. Để đản bảo cho PLC hoạt động, cần phải có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác nhau:

_ Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của kênh xuất, nhập được gọi là RAM xuất nhập.

_ Lưu trữ tạm thời các trạng thái chức năng bêb trong: Timer, counter, relay.

            Bộ nhớ gồm có những loại sau:

            + Bộ nhớ chỉ đọc(ROM:Read only memory): ROM không phải là bộ nhớ khả biến ,nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó khônh thích hợp cho việc điều khiển phần mềm của PLC. ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.

            + Bộ nhớ ghi đọc( RAM:Random access memory): RAM là bộ nhớ thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện bị mất. Tuy nhiên vấn đề này được giải quyết bằng cách gắn thêm vào RAM một nguồnđiện dự phòng. Ngày nay trongkỹ thuật phát triển PLC, người ta dùng CMSRAM nhờ sự tiêu tốn năng kượng khá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các RAM này khi mất nguồn. Pin dự phòng có tuổi thọ ít nhất, hoặc ta chọn pin sạcgắn với hệ htống, pin sẽ được sạc khi cấp nguồn cho PLC.

            + Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được( EPROM: Erasable programmable read only memory):EPROM chỉ lưu trữ dữ liệu giống như rom, tuy nhiên nội dung của nó có thể bị xóa nếu bị phóng tia tử ngoại vào, gười ta phải viết lại chương trình trong bộ nhớ.

            + Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được bằng điện( EEPROM: Electric eresable progammable read only memory): EEPROM kết hợp khả năng truy linh động của RAM và tính khả biến của EPROM, nội dung trên EEPROM có thể bị xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất định.

SƠ ĐỒ KHỐI BÊN TRONG PLC

            CPU212                                                          CPU214

                                   7  6  5  4  3  2   1    0                                         7  6  5  4  3  2   1   0

Miền V(đọc/ghi)	V0		V0
	:		:
	V1023		V4095
Vùng đệm cổng	I0.x(x=0÷7)		I0.x(x=0÷7)
Vào(I)	:		:
(đọc/ghi)	I7.x(x=0÷7)		I7.x(x=0÷7)
Vùng đệm cổng	Q0.x(x=0÷7)		Q0.x(x=0÷7)
Ra(Q)	:		:
(đọc/ghi)	Q7.x(x=0÷7)		Q7.x(x=0÷7)
Vùng nhớ nội(M)	M0.x(x=0÷7)		M0.x(x=0÷7)
(đọc/ghi)	:		:
	M15.x(x=0÷7)		M31.x(x=0÷7)
Vùng nhớ đặt	SM0.x(x=0÷7)		SM0.x(x=0÷7)
Biệt (SM)	:		:
(chỉ đọc)	SM29.x(x=0÷7)		SM29.x(x=0÷7)
Vùng nhớ đặt	SM30.x(x=0÷7)		SM30.x(x=0÷7)
biệt	:		:
(đọc/ghi)	SM45.x(x=0÷7)		SM85.x(x=0÷7)

                                                                         

V       _ Variable memory(vùng đọc /ghi).

I        _ Input image register(vùng đệm ngõ vào).

O       _ Out image register(vùng đệm ngõ ra).

M      _ Internal memory bits(vùng nhớ nội).

SM    _ Special memory bits(vùng nhớ đặt biệt).

      MỞ RỘNG CỔNG RA VÀO:  

_ CPU 214 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 modul. Các modul mở rộng tương tự và số đều có trong S7-200.

_ Có thể mở rộng cổng vào ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU làm thành một móc xích địa chỉ của các vị từ của modul được xác định bằng kiểu vào ra và vị trí của modul trong móc xích

Modul 1

Modul 3

Modul 2

Modul 4

Modul 0

  CPU214                   

                           (4 vào/4ra)       8 vào            3 vào /1 ra             8 ra                3 vào/1 ra

                                                                            analog                                     analog.

I0.0        Q0.0 I0.1        Q0.1 I0.2        Q0.2 I0.3         Q0.3 I0.4         Q0.4 I0.5         Q0.5 I0.6         Q0.6 I0.7         Q0.7 I1.0         Q1.0 I1.1         Q1.1 I1.2         I1.3 I1.4 I1.5

I2.0 I2.1 I2.2 I2.3   Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3

I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7

AIW0 AIW2 AIW4   AIW0

Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7

AIW8 AIW10 AIW12   AIW4

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC:

a. Cấu trúc chương trình:

 _ Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm: chương trình chính( main program) và sau đó đến các chương trình con và chương trình xử lý ngắt.

b. Thực hiện chương trình :

_ PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét, mỗi vòng quét bao gồm các bứơc sau:

       _ Đọc các ngõ vào ra bộ đện.

       _ Thực hiên chương trình.

       _ Xử lý yêu cầu.

       _ CPU tự kiểm tra và chuẩn đoán lỗi.

       _ Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ra các ngõ ra.

 

c. Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC:

   Để chương trình gọn gàng, dễ quan sát và không nhầm lẫn địa chỉ trong quá trình thảo chương trình, thực hiện các yêu cầu sau:

          _ Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống.

          _ Xác định có bao nhiêu ngõ ra/vào.

          _ Lập bảng phân phối nhiệm vụ I/O.                                          

          _ Xây dựng giải thuật.

          _ Lập chương trình.

 

CHƯƠNG II:

THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7-200

 

 

I. CẤU HÌNH PHẦN CỨNG:

 

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả năng loại nhỏ của hãng Siemens( CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214. Về hình thức bên ngoài sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ ra và nguồn cung cấp.

            _ CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra, có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng.

            _ CPU 214 có14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng được mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng.

S7-200 có nhiều loại mở rộng khác nhau.

SƠ LƯỢC VỀ CPU 214:

            + 2084 từ đơn( 4K byte) thuộc miền nhớ đọc ghi non-voatile để lưu chương trình .

            + 2048 từ đơn( 4K byte) thuộc miền nhớ đọc ghi để lưu trữ dữ liệu, trong đó 512 từ đầu thuộc miền non-volatile.

            + 14 cổng vào và 10 cổng ra logic.

            + Có 7 modul mở rộng thêm.

            + Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.

            + 128 timer chia làm 3 loại thoe độ phân giải khác nhau: 4 timer 1ms, 16 timer 10ms, và 108 timer 100ms.

            + 688 bit nhớ đặc biệt dùng để thông báo trạng thái và đặt chế độ làm việc.

            + Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm: ngắt truyền thông và ngắt theo sườn lên, xuống, ngắt thời gian, ngắt của đếm tốc độ cao và ngắt ruyền xung.

            + 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2KHz và 7KHz.

            + 2 bộ phát xung nhanh cho dãy xung kiểu PTO, PWM.

            + 2 bộ điều chỉnh tương tự.

            + Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ khi PLC bị mất nguồn nuôi.

Mô tả các đèn trên PLC S7-200 CPU 214:

            _ SF(đèn đỏ)             Báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên khi PLC có hỏng hóc.

            _ RUN(đèn xanh)     Chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.

            _ STOP(đèn vàng)    Chỉ địh rằng PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại.

            _ Ix.x(đèn xanh)       Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x(x.x=0.0÷1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.

            _ Qy.y(đèn xanh)     Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y(y.y=0.0÷1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.

 

II. CỔNG TRUYỀN THÔNG:

S7- 200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300 38.400

                                                                              Chân            Giải thích

 

5           4          3         2        1                9          8           7          6

                                                                              1                      Đất                                                                        4                Không sử dụng

                                                                              5                            Đất

                                                                              6                5 VDC(R=100W)

                                                                              7                24 VDC(Imax=120mA)

    Sơ đồ chân của cồng truyền thông            8              Truyền và nhận dữ liệu

                                                                              9              Không sử dụng

                                                                                              

            Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thể sữ dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình.

            Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

 

III. CÔNG TẮC CHỌN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CHO PLC

            Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên, bên cạnh các cổng ra của S7-200 có 3 vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC.

            RUN cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7-200 sẻ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố, hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN. Nếu quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.

            STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ơ chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp chương trình mới.

            TERM cho phép máy lập trình tự quyết một chế độ làm việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc STOP.

* Chỉnh định tương tự:

            Điều chỉnh tương tự(1 bộ trong CPU 212 và 2 bộ trong CPU 214) cho phép điều chỉnh các biến cần thay đổi và sử dụng trong chương trình. Núm chỉnh analog được lắp đặt bên cạnh các cổng ra.

* Pin và nguồn nuôi bộ nhớ.

            + Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

            + Nguồn pin có thể sử dụng để mở rộng thời gian lưu trữ cho các dữ liệu trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.

            Các phương pháp truy nhập:

            _ Truy nhập theo bit:

            Tên miền+địa chỉ byte+chỉ số bit

            _ Truy nhập theo byte:

            Tên miền + B + địa chỉ byte.

            _ Truy nhập theo từ:

            Tên miền + W + địa chỉ byte thấp của từ trong miền.

            _ Truy nhập theo từ kép:

            Tên miền + D + địa chỉ byte thấp của từ trong miền.

­ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA PLC S7 200- CPU 224

CÁC TÍNH NĂNG KỸ THUẬT:

 

	Loại DC/DC/DC	Loại AC/DC/Rơle
Nguồn	24 VDC	100tới 230 VAC
Đầu vào	24 VDC	24 VDC
Đầu ra	24 VDC	Rơle
Số đầu vào được tích hợp sẵn	14	14
Cách điện *Trong những nhóm	Cách ly quang 6 và 8	Cách ly quang 6 và 8
Độ dài cáp *Không có vỏ bọc kim (không dùng cho tín hiệu cao) *Có vỏ bọc kim _Đầu vào thường _Bộ đếm tốc độ cao	300m     500m 50m	300m     500m 50m
Số đầu vào được tích hợp sẵn	10(trasistor) Có thể mắc song song để tăng dòng ra.	10(rơle)
Cách điện *Trong những nhóm	Cách ly quang 5 và 5	Rơle 3,3 và 4
Độ dài cáp *Không có vỏ bọc kim *Có vỏ bọc kim.	150m 500m	150m 500m
Kích thước(W´H´D)mm	120.5´80´62	120.5´80´62
Khối lượng(xấp xỉ)	360g	410g
Mã hiệu đặt hàng	6ES7 214-1AD22-0XB0	6ES7 214-1AD22-0XB0

 

CÁC TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CHUNG:

 

Bộ nhớ chương trình	8 KB
Bộ nhớ dữ liệu	5 KB
Card nhớ( tuỳ chọn)	1 modul nhớ loại EEPROM
Lưu giữ chương trình	Toàn bộ chương trình lưu giữ được tích hợp trong EEPROM
Lưu giử dữ liệu	Toàn bộ DB 1được nạp từ PG/PC xuống EEPROM. Dữ liệu của DB 1 trong RAM, cờ nhớ, timer, couter…được lưu giữ qua tụ lớn hoặc pin.
Thời gian lưu giữ	190 h( nhỏ nhất 120h ở 400c) 200 ngày nếu chọn modul pin
Ngôn ngữ lập trình	LAD, FBD và stl
Tổ chức chương trình	1OB, 1DB, 1SDB;chương trình con có /không truyền tham số.
Thực hiện chương trình	Chu kỳ thay đổi được( OB 1) * Điều kiệu theo ngắt * Điều kiện theo thời gian(1 tới 255ms)
Số chương trình con tối đa	64
Bảo vệ chương trình	3 cấp độ mật khẩu bảo vệ
Thời gian thực hiện lệnh bit	0.37ms
Chu kỳ quét	300ms, có thể thay đổi
Vùng nhớ bit	256
* Khả năng nhớ cùa vùng này	Từ 0 tới 112 trong EEPROM, từ bit 0 tới 256, sử dụng tụ lớn hoặc pin
Bộ đếm * Khả năng nhớ của các bộ đếm * Dải đếm	256 256, sử dụng tụ lớn hoặc pin 0 tới 32767
Bộ định thời * Khả năng nhớ của các bộ định thời * Dải thời gian	256 64, sử dụng tụ lớn hoặc pin 4 timers, 1ms tới 30ms 16 timers, 10ms tới 5min 236 timers, 100ms tới 54min

 

 

Các chức năng tốc độ cao Đầu vào ngắt   Bộ đếm   Đầu ra xung	4( 4 đầu vào tích cực theo sườn dương và/hoặc đầu vào tích cực theo sườn )âm 6 bộ đếm nhanh(30 KHz), 32-bit( bao gồm cả bit đầu) 2 đầu ra nhanh, 20KHz, có khả năng ngắt; độ rộng và tần số có thể điều biến được.
Giao diện	1 cổng RS 458 Giao diện PPI với giao thức PPI cho chức năng lập trình, chức năng HMI (TD  200, OP), truyền thông S7 200 CPU; tốc độ truyền 19.2/187.5 kbit/s Hoặc như MPI slave trao đổi dữ liệu vớiMPI master (S7-300/ S7-400 CPUs, Ops, TDs, bảng các nút ấn); CPU S7-200, tốc độ truyền 19.2/187.5kbit/s Hoặc giao diện do người lập trình định nghĩa, có khả năng ngắt để trao đổi  dữ liệu nối tiếp với thiết bị của hãng khác với giao thức ASCII tốc độ truyền 0.3/0.6/1.2/2.4/4.8/6/19.2/38.4 kbit/s; Ở dải tốc độ từ 1.2 tới 38.4 kbit/s cáp PC/PPI  có thể sử dụng như bộ chuyển đổi RS232/RS485Bus mở rộng Chỉ module mở rộng S7-22x EM mới có thểsử dụng được
Máy tính lập trình	SIMATIC PG/PC, PC tiêu chuẩn
Số đầu vào /ra sẵn có trên CPU Đầu nối vào/ ra có thể tháo rời Số đầu vào số Số đầu ra số Chiết áp tương tự	Có 14 10 2 chiết áp tương tự; độ phân giải 8 bit
Số đầu vào/ ra lớn nhất : Đầu vào /ra số Đầu vào /ra tương tự   Giao diên AS-i	94 đầu vào  74 đầu ra 28 đầu vào 7 đầu ra (EM) hoặc 0 đầu  vào và 14 đầu ra (EM) 31 AS-i slave( CP 243-2)
Số module mở rộng tối đa	7 bộ, chỉ các module mở rộngS7-22X mới được sử dụng
Cấp bảo vệ	IP 20  theo tiêu chuẩn IEC 529
Nhiệt độ bảo vệ Khi lắp đặt nằm ngang Khi lắp đặt theo chiều đứng	tới 550c 0 tới 450c
Độ ẩm tương đối	5 tới 95%;( RH cấp 2 theo tiêu chuẩn IEC 1131-2)
Ap suất không khí	860 tới 1080 hPa

* MỞ RỘNG CỔNG RA/ VÀO

_ CPU 214 cho phép mở rộng  nhiều nhất 7 module. Các modul mở rộng tương tự  và số đều có trong S7- 200.

_ Có thể mở rộng cổng vào /ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các module mở rộng về phía bên phải của CPU làm thành 1 móc xích địa chỉ của các vị từ của module được xác định bằng kiểu vào/ ra và vị trí của module trong móc xích.

CPU 214	Module 0 4/4	Module 1 8 vào	Module 2 3/1 Analog	Module 3 8 ra	Module 4 3/1 Analog
I0.0    Q0.0	I2.0	I3.0	AIW 0	Q3.0	AIW 8
I0.1    Q0.1	I2.1	I3.1	AIW 2	Q3.1	AIW 10
I0.2    Q0.2	I2.2	I3.2	AIW 4	Q3.2	AIW 12
I0.3    Q0.3	I2.3	I3.3		Q3.3
I0.4    Q0.4	Q2.0	I3.4	AQW 0	Q3.4	AQW 4
I0.5    Q0.5	Q2.1	I3.5		Q3.5
I0.6    Q0.6	Q2.2	I3.6		Q3.6
I0.7    Q0.7	Q2.3	I3.7		Q3.7
I1.0    Q1.0
I1.1    Q1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
I1.6
I1.7

IV. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC

a. Cấu trúc chương trình:

            Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm: chương trình chính( main program) và sau đó đến các chương trình con và chương trình xử lý ngắt.

b. Thực hiện chương trình:

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét, mỗi vòng quét bao gồm các bước sau:

            _ Đọc các ngỏ vào/ ra bộ đếm

            _ Thực hiện chương trình

            _ Xử lý yêu cầu

            _ CPU tự kiểm tra và chuan đoán lỗi

            _ Chuyển dữ liệu từ bộ đếm ra các ngõ ra

c. Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC:

            Để chương trình gọn gàng, dễ quan sát và không nhầm lẫn địa chỉ trong quá trình thảo chương trình, thực hiện các yêu cầu sau:

            _ Hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống.

            _ Xác định có bao nhiêu ngõ vào/ ra

            _ Lập bảng phân phối nhiệm vụ I/O

            _ Xây dựng giải thuật

            _ Lập chương trình

CHƯƠNG III :

NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CỦA S7- 200

 

I. Phương pháp lập trình:

            Cách lập trình cho S7- 200 nói riêng và cho các PLC của SIEMENS nói chung dựa trên 2 phương pháp cơ bản:

            Phương pháp hình thang( Ladder Logic ) viết tắc là LAD.

            Phương pháp liệt kê( Statement List) viết tắc là STL

Nếu chương trình được viết theo kiểu LAD, thiết bị lập trình sẽ tự tạo ra 1 chương trình theo kiểu STL tương ứng. Ngược lại không phải mọi chương trình được viết theo kiểu STL cũng có thể chuyển sang được dạng LAD.

II. Định nghĩa về LAD.

            LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ. Những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rờle. Trong chương trình LAD  các phần tử cơ bản dùng để biểu diển lệnh logic như sau:

_ Tiếp điểm: là biểu tượng ( Symbol) mô tả các tiếp điểm của rờle, các tiếp điểm đó có thể là thường đóng hoặc thường mở.

_ Cuộn dây( Coil): Là biểu tượng mô tả rờle được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rờle.

_ Hộp (Box): Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải được mắc đúng theo chiều dòng điện.

_ Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nối nguồn bên trái là dây nóng, đường nối nguồn bên phải là dây trung hoà hay là đường trở về nguồn cung cấp. Đường nguồn bên phải thường không được thể hiện khi dùng S7- 200.

III. Định nghĩa về STL:

            Phương pháp liệt kê lệnh và phương pháp thể hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh. Mỗi câu lệnh trong chương trình, kể cả các lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC.

IV. Định nghĩa về ngăn xếp loại logic( logic stack):

            Để tạo một chương trình dạng STL, người lập trình phải hiểu rỏ phương thức sử dụng 9 bit chòng lên nhau. Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu hoặc bit thứ hai của ngăn xếp. Giá trị logic mới đều có thể được gởi hoặc được nối thêm vào ngăn xếp. Khi phối hợp hai bit đầu tiên của ngăn xếp sẻ được kéo theo 1 bit. Ngăn xếp và tên của từng bit trong ngăn xếp được biểu diển như sau:

	Stack 0 _ bit đầu tiên hay bit trên cùng của ngăn xếp Stack 1 _ bit thứ 2 của ngăn xếp Stack 2 _ bit thứ 3 của ngăn xếp Stack 3 _ bit thứ 4 của ngăn xếp Stack 4 _ bit thứ 5 của ngăn xếp Stack 5 _ bit thứ 6 của ngăn xếp Stack 6 _ bit thứ 7 của ngăn xếp Stack 7 _ bit thứ 8 của ngăn xếp Stack 8 _ bit thứ 9 của ngăn xếp

 

S0

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

V. Bảng lệnh của S7- 200

1. Toán hạng và tầm của các toán hạng  của CPU 214

 

Truy cập trên bit	Truy cập trên byte	Truy cập trên word	Truy cập trên Dword
V: 0.0 đến 4095.7 I: 0.0 đến 0.7 Q: 0.0 đến 0.7 M: 0.0 đến 31.7 SM: 0.0 đến 85.7 T: 0 đến 127 C: 0 đến 127	VB: 0 đến 4095 IB: 0 đến 7 MB:0 đến 31 SMB: 0 đến 85 AC: 0 đến 3 Hằng số	VW: 0 đến 4094 T: 0 đến 127 C: 0 đến 127 IW: 0 đến 6 QW: 0 đến 6 MW: 0 đến 30 SMW: 0 đến 84 AC: 0 đến 3 AIW: 0 đến 30 AQW: 0 đến 30 Hằng số	VD: 0 đến 4094 ID: 0 đến 4 QD: 0 đến 4 MD: 0 đến 28 SMD: 0 đến 82 AC 0 đến 3 HC: 0 đến 2 Hằng số

2. Tập lệnh của S7- 200:

_ Các lệnh vào/ ra của chương trình:

STT			Mô tả chức năng
	LAD	STL
		LD n	Tiếp điểm thường hở sẻ được đóng nếu gi trị logic bằng 1 v sẻ hở nếu gi trị logic bằng 0đ Toán hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V(n)
		LDN n	Tiếp điểm thường đóng sẻ đóng khi giá trị logic bit bằng 0, và sẻ mở khi giá trị logic bit bằng 1 Toán hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V(n)
		LDI n	Tiếp điểm thường hở sẻ đóng tức thời khi giá trị bit bằng 1 và sẻ mở tức thời nếu giá trị logic bit bằng 0 Toán hạng: Bit: I, Q, M, SM, CT, V(n)
		LDNI n	Tiếp điểm thường đóng sẻ mở tức thới khi giá trị logic bằng 1 và ngược lại. Toán hạng: Bit: I, M, SM, CT, V(n)
		NOT	Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng cung cấp. Nếu dòng cung cấp có tiếp điểm đảo thì nó ngắt mạch và ngược lại.
		EU	Lệnh nhận biết sự chuyển trạng thái từ 0 lên 1 trong 1 chu kỳ quét. Khi chuyển từ 0 lên 1 thì thông mạch.
		= n	Cuộn dây ở đầu ra sẻ được kích thích khi có dòng điều khiển đi ra Toán hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V
		= I n	Cuộn dây sẻ được kích thích tức thời khi có dòng điều khiển đi qua Toán hạng: Bit: Q
		LDB= n1 n2	Lệnh so sánh bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu byte).   Toán hạng: n1, n2: VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const, *VD, *AC.
		LDW= n1 n2	Lệnh so sánh bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu Word) và nguợc lại. Toán hạng: n1, n2: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, Const, T, C, *VD, *AC.
		LDD= n1 n2	Lệnh so sánh bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu Double Word) và ngược lại. Toán hạng: n1, n2: VD, ID, MD, SMD, AC, Const, HC, *VD, *AC.
		LDR= n1 n2	Lệnh so sánh bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu Real số thực) và ngược lại. Toán hạng: n1, n2: VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, *AC Const, *VD.
		LDB >= n1 n2	Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu byte). Toán hạng: n1, n2: VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const, *VD, *AC.
		LDW >= n1 n2	Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu word). Toán hạng: n1, n2: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, Const, T, C, AIW, *VD, *AC.
		LDD >= n1 n2	Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu Double Word). Toán hạng: n1, n2: VD, ID, MD, SMD, AC, Const, HC, *VD, *AC.
		LDR >= n1 n2	Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu Real số thực).   Toán hạng: n1, n2: VD, ID, QD, MD, SMD, AC, HC, *AC Const, *VD.
		LDB <= n1 n2	Lệnh so sánh nhỏ hơn hoặc bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu byte). Toán hạng: n1, n2: VB, IB, QB, MB, SMB, AC, Const, *VD, *AC.
		LDB <= n1 n2	Lệnh so sánh nhỏ hơn hoặc bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu word). Toán hạng: n1, n2: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, Const, T, C, AIW, *VD, *AC.
		LDB <= n1 n2	Lệnh so sánh nhỏ hơn hoặc bằng sẻ làm cho tiếp điểm đóng khi n1 bằng n2( n1, n2 kiểu word). Toán hạng: n1, n2: VW, IW, QW, MW, SMW, AC, Const, T, C, AIW, *VD, *AC.

.......................................................................

PHẦN B

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH GARAGE XE  SỬ DỤNG PLC S7- 200

CHƯƠNG I:

GIỚI THIỆU MÔ HÌNH GARAGE XE

 

I. GIỚI THIỆU:

            Garage xe, có khả năng chứa được 100 xe, hoạt động 24/ 24. Garage xe có 2 cửa( 1 cửa vào và 1 cửa ra ) tự động đóng mở khi có xe vào và xe ra. Khi garage xe đã chứa đủ 100 xe, đèn báo đầy sẽ nhấp nháy và cửa vào của garage xe sẽ tự động bị khoá, cửa tự động mở lại khi có xe đến với điều kiện trong bãi xe chứa ít hơn 100 xe. Ngoài hệ thống mở cửa tự động còn có hệ thống chiếu sáng trong,  ngoài garage xe và hệ thống thông gió hoạt động theo giờ đã được định trước.

II. CẤU TẠO GARAGE XE.

1. HỆ THỐNG CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐÔNG.

            Gồm một cửa xe vào và một cửa xe ra trên hai làn xe, được kéo trượt trên đương ray bằng động cơ, công tắc hành trình(LSW) được đặt trên hai đầu thanh ray để chặn đóng mở cửa. Khi xe vào, sensor( cảm biến) phát hiện xe ở cửa vào bị tác động Þ cửa xe vào sẽ tự động mở và khi xe ra thì sensor( cảm biến) phát hiện xe ra ở cửa ra sẽ bị tác động Þ cửa ra sẽ tự động mở. Khi xe đi qua khỏi cửa vào hoặc cửa ra sensor( cảm biến) đếm xe sẽ hoạt động, đếm số xe vào ra trong bãi xe, sau 10s cửa vào/ ra tự động đóng lại. Trường hợp cửa vào/ ra đang đóng lai mà có xe thì cửa sẻ mở tiếp.

            Khi garage đã đầy xe( đủ 100 xe ) đèn báo đầy (car park full) ngoài garage sẽ báo cho những xe muốn vào biết đã hết chỗ và cữa  vào sẽ tự động khoá. Cửa vào sẽ mở lại khi trong garage chứa ít hơn 100 xe.

2. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO GARAGE XE

            Để sử dụng điện năng một cách tiết kiệm và hợp lý, hệ thống chiếu sáng của garage xe được thiết kế theo chế độ định giờ sẵn.

a. Hệ thống chiếu sáng ngoài garage:

            Từ 6 giờ sáng đến 18 giờ( 6 giờ chiều) thì đèn tắt.

            Từ 18 giờ (6 giờ chiều) đến 6 giờ sáng thì đèn sáng.

b. Hệ thống chiếu sáng trong garage:

_ Từ thứ hai đến thứ sáu

            + Từ 6 giờ sáng đến 24 giờ( 12 giờ đêm) tất cả đèn đều sáng

            + Từ 24 giờ( 12 giờ đêm) đến 3 giờ sáng 50% đèn sáng, 50% đèn tắt:

                        Þ Đèn 1, 3, 5, 7, 9, 11 sáng

                        Þ Đèn 2, 4, 6, 8, 10, 12 tắt

            + Từ 3 giờ sáng đến 6 giờ sáng thì thay đổi

                        Þ Đèn 1, 3, 5, 7, 9, 11 tắt

                        Þ Đèn 2, 4, 6, 8, 10, 12 sáng

_ Từ thứ bảy đến chủ nhật thì tất cả các đèn trong garage đều sáng

c. Hệ thống thông gió:

            Vì mô hình không quá lớn nên chỉ đặt 4 quạt thông gió

_ Từ thứ hai đến thứ sáu

            + Từ 6 giờ sáng đến 24 giờ( 12 giờ đêm) tất cả các quạt đều hoạt động

            + Từ 24 giờ( 12 giờ đêm) đến 3 giờ sáng thì

 50% quạt hoạt động(quạt 1, 3)                 

 50% quạt nghỉ( quạt 2, 4)

            + Từ 3 giờ sáng đến 6 giờ sáng thì thay đổi

50% quạt hoạt động(quạt 2, 4)                  

50% quạt nghỉ( quạt 1, 3)

            + Từ thứ bảy đến chủ nhật thì tất cả các quạt đều sáng

d. Hệ thống sensor( cảm biến) của garage:

            Sensor tác động khi tia sáng bị ngắt quãng

            + Một sensor phát hiện xe vào và một sensor phát hiện xe ra.

            + Một sensor đếm xe vào và một sensor đếm xe ra.

e. Công tắc hành trình( LSW):

            Khi có xe tác động vào sensor phát hiện xe thì cửa sẽ mở cho tới khi tác động vào công tắc hành trình chặn mở cửa. Cửa sẽ tự động đóng lại sau 10s cho tới khi gặp công tắc hành trình chặn đóng cửa.

f. Đèn báo đầy:

            Khi trong garage đã chứa đủ 100 xe cùng lúc cửa vào sẽ bị khoá đồng thời đèn báo đầy ngoài cửa garage xe sẽ sáng nhấp nháy với chu kỳ 2s.

III. SƠ ĐỒ KHỐI:

IV. QUY ĐỊNH NGÕ VÀO/ RA( INPUT/ OUTPUT )

INPUT:

                           Start                                                          I0.0

                           Stop                                                          I0.1

                           Sensor phát hiện xe vào                        I0.3

                           Sensor phát hiện xe ra                           I0.7

                           Sensor đếm xe vào                                 I0.5

                           Sensor đếm xe ra                                    I1.0

                           Công tắc hành trình( LSW)

                                 LSW chặn mở cửa vào                     I0.2

                                 LSW chặn đóng cửa vào                 I0.4

                                 LSW chặn mở cửa ra                        I0.6

                                 LSW chặn đóng cửa ra                    I1.1

OUTPUT:

                           Cửa vào mở                                             Q0.0

                           Cửa vào đóng                                          Q0.1

                           Cửa ra mở                                                Q0.2

                           Cửa ra đóng                                             Q0.3

                           Chiếu sáng bên trong garage và thông gió

                                 Đèn 2, 4, 6, 8, 10, 12, quạt 1, 3       Q0.5

                                 Đèn 1, 3, 5, 7, 9, 11, quạt 2, 4         Q0.6

                           Chiếu sáng bên ngoài garage                Q0.4

                           Dèn báo đầy                                            Q0.7

                           CAR PARK FULL

V. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ.
VI. TÍNH TOÁN MẠCH CẢM BIẾN:

 

Ta có:  R₁ = R₂

            V_d = 2V

             I_d = 10 mA =10. 10^-3 A

Theo định luật Kirchoff 2:

            Vcc = I_d. R₁+2

 Þ         R₁

                  ==1KW

5. Vậy    R₁ =R₂ =1 KW

            Do R₄, R₅ là cầu phân áp nên chọn  R₄ = R₅ = 100 KW

   I_4,5 =

                   = = 0,06 (mA)

Điện áp cấp vào ngỏ V^- của Op-amp là:

   V^-= = 6(V)

  Nhưng thực tế :V^- = 4,5 (V)

Þ  I_R5 = 0,045 (mA)

Þ    I^- = I_4,5 - I_R5 = 0,06 - 0,045

              = 0,015 (mA)

            Mà:    I⁺ = I^-

            Trường hợp Led thu không nhận được ánh sáng từ Led phát

            Þ       I₃ = I⁺ = 0,015 (mA)

            Theo định luật Kirchoff 2 ta có:

            Vcc = I₃.(R₃+V_R) + 8   (1)

            Với V⁺ = 8V ( trường hợp bão hòa dương, V⁺ > 6V. nên ta chọn

V⁺ = 8V)

            (1) Þ R₃+V_R =  266,7 KW   (chọn 300 KW)

                             Chọn: +  R₃ = 100 KW

                                                 +  V_R = 200 KW    

           Transistor loại C 828 (b = 220, I_Cdm = 50mA)

            Chọn Transistor làm việc với  I_C = = 12,5 (mA)                                                            

            I_Bbh = K . ( chọn K=2 )

                   = 2.= 0,113 (mA)

            Theo định luật Kirchoff 2 ( với ngỏ ra của Op-Amp =12v )

                 12 = I­_Bbh.R₆ + V_BE

            Þ R₆ = = 99,12 (KW)

5. Vậy chọn R₆= 100 KW

                                                                                           

VII.   NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Khi hai Led thu D3, D4 nhận được ánh sáng phát ra từ hai Led phát D1, D2 thì sẽ có dòng đi qua nó. Điện áp trên hai đầu của Led thu D3, D4 là 4vDC, ngỏ V⁺ của Op-Amp được cấp 4vDC trong khi đó điện áp ngỏ vào V^- của Op-Amp là 6vDC (do qua cầu phân áp). Vì V⁺ < V^- nên Op-Amp bão hòa âm làm cho ngỏ ra sẽ có điện áp là 0v do đó Transistor không hoạt động, điện áp tại chân C của Transistor là 12vDC nên không có dòng qua cuộn dây làm Relay không hoạt động.

Khi hai Led thu D3, D4 không nhận được ánh sáng từ hai Led phát D1, D2 thì không có dòng qua nó. Điện áp trên hai đầu Led thu sẽ lớn hơn 6vDC. Do đó ngỏ vào V⁺ lớn hơn ngỏ vào V^- nên Op-Amp bão hòa dương làm cho ngỏ ra sẽ có điện áp là 12vDC do đó Transistor hoạt động nên có dòng Ic chạy qua cuộn dây làm Relay hoạt động.

Diode D5 có nhiệm vụ bảo vệ Transistor từ chế độ dẫn sang chế độ tắt.