Đồ án Nâng cấp hệ thống đo lường và điều khiển máy nén khí UK135/8T nhà máy xi măng Bỉm Sơn

ới vỏ, ống nhôm 3 bảo vệ dây điện trở và các tấm mica khỏi sự tác động cơ học. Hai dây dẫn được cách điện bằng các ống 5, còn đầu cuối của chúng được nối vào hai cốt đấu 8 để nối với mạch ngoài vỏ bảo vệ bằng kim loại 6 được gắn chặt lên đầu nối 9 của can nhiệt điện trở. Hệ thống dây điện trở, dây dẫn và cốt đấu được gắn chặt lên đầu nối qua tấm lót cách điện 7. Tấm lót này có vai trò ngăn không cho nước vào can nhiệt điện trở 10 là nắp đậy của can nhiệt điện trở. Trong một số can nhiệt điện trở người ta ghép thêm các lá đủa mỏng đàn hồi vào giữa các lá mica để giảm quán tính nhiệt và tăng khả năng truyền nhiệt từ vỏ bảo vệ vào dây điện trở. Can nhiệt điện trở dùng trong máy nén là can nhiệt điện trở bạch kim TCП100( hoặc PT-100) có điện trở R 0 = 100Ω. 3.2.2. Đo áp suất chất lưu Các thông số áp suất cần đo trong máy nén khí: 9 Áp suất dầu trong ống chính. 9 Áp suất khí trên đường ống xả, ống hút. 23 9 Áp suất dầu trong ống góp. Áp suất là một trong các thông số quan trọng nhất của chất lưu. Đo áp suất chất lưu chuyển động: Khi chất lưu chuyển động cần phải tính đến ba dạng áp suất cùng tồn tại : áp suất tĩnh Ps của chất lưu không chuyển động, áp suất động Pd do chuyển động với vận tốc V của chất lưu gây nên và áp suất tổng cộng Pt là tổng của hai áp suất trên: Pt = Ps + Pd. Áp suất động tác dụng lên mặt phẳng đặt vuông góc với dòng chảy sẽ làm tăng áp suất tĩnh và có giá trị tỷ lệ với bình phương vận tốc. Nghĩa là: Pd = 2 2vρ . Trong đó ρ là khối lượng riêng của chất lưu. Đo các áp suất chất lưu chuyển động được thực hiện bằng cách nối hai đầu ra của ống Pitot hai cảm biến, một cảm biến đo áp suất tổng cộng và một cảm biến đo áp suất tĩnh, trang bị trực tiếp một ăngten là ống Pitot với hai cảm biến áp suất kích thước nhỏ để đo áp suất động. Các màng của cảm biến này được đặt sao cho một màng vuông góc với dòng chảy và màng thứ hai song song với trục ống. Phương pháp chuyển đổi tín hiệu: Bộ chuyển đổi áp điện. 24 Khi sử dụng vật trung gian là một cấu trúc áp điện, ta có thể chuyển đổi trực tiếp ứng lực dưới tác dụng của lực F (do áp suất chất lưu gây nên) thành tín hiệu điện Q. Thí dụ, nếu tạo điện cực kim loại trên một phiến mỏng cắt từ tinh thể thạch anh theo hướng vuông góc với một trong ba trục điện rồi tác dụng lên nó một lực cơ học thì sẽ xảy ra hiện tượng phân cực điện: Trên các bản cực kim loại xuất hiện các điện tích Q. Điện tích này tỷ lệ với lực tác dụng: Q = kF Trong đó k là hằng số áp điện và F là lực tác động. Trường hợp thạch anh, k = 2,32 .10 12− culong/newton. Cấu trúc của phần tử áp điện dạng ống cho phép tăng diện tích bằng cách đơn giản hoá kiểu kết hợp các phần tử. Đối với cấu trúc loại này, điện tích trên các bản cực được tính từ biểu thức: Q = kF 22D 4 d dh − . Trong đó D và d là đường kính trong và đường kính ngoài của ống, h là chiều cao của phần phủ kim loại. Ống được làm bằng cách kết hợp hai phần tử phân cực ngược với mặt đối xứng. Các cảm biến áp điện có thể được giảm thiểu kích thước một cách dễ dàng. Trong trường hợp ống dạng hình trụ có thể giảm đường kính xuống vài mm. 25 Dải áp suất đo được của cảm biến áp điện nằm trong khoảng từ vài mbar đến hàng ngàn bar. Độ nhạy của cảm biến thay đổi trong khoảng từ 0,05 pC/bar đến 1 pC/bar phụ thuộc vào hình dạng phần tử áp điện và dải đo. Độ tuyến tính thay đổi trong phạm vi từ ±0,01 đến ±1% của dải đo với độ trễ nhỏ hơn 0,0001% và độ phân giải 0,001%. Độ lớn của tín hiệu đầu ra thay đổi từ 5 đến 100mV. 3.2.3. Đo lưu lượng Các thông số lưu lượng cần đo trong máy nén khí: 9 Lưu lượng nước. 9 Lưu lượng khí. Đo lưu lượng bằng Rôtamét công nghiệp. Nguyên lý đo lưu lượng bằng Rôtamét công nghiệp: Lưu lượng của dòng chảy khi đi qua bộ phận thu hẹp của dòng chảy tỷ lệ với căn bậc hai của hiệu áp suất hai bên bộ phận thu hẹp và tỷ lệ bậc nhất với diện tích thoát của dòng chảy tại vị trí thu hẹp. Nghĩa là: q = C.F. PΔ với C- hệ số tỷ lệ. Như vậy nếu tạo ra được một thiết bị thay đổi được F khi q thay đổi và bảo đảm ΔP = const thì sẽ có mối liên hệ gần như tuyến tính giữa q và. Lưu 26 lượng của dòng chảy được xác định thông qua giá trị diện tích F. Thiết bị này được gọi là Rôtamét và phương pháp đo lưu lượng bằng Rôtamét được gọi là phương pháp đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi. Nguyên tắc làm việc của Rôtamét công nghiệp: Rôtamét công nghiệp là cảm biến đo lưu lượng theo độ giảm áp không đổi có trang bị các bộ chuyển đổi sang tín hiệu điện hoặc tín hiệu khí nén để truyền đi xa. Các Rôtamét này được chế tạo với thân bằng kim loại, còn phao gắn liên động với chuyển đổi đo. Các Rôtamét công nghiệp sử dụng chuyển đổi đo là biến áp vi sai.Phao của Rôtamét được lồng trong tấm lỗ 2 (hình vẽ dưới), tiết diện của dòng chảy là khe hở giữa thành phao và miệng lỗ. Đồng thời phao cũng được gắn cố định với lõi ferit3 của biến áp vi sai, phao có thể có hai loại: Phao hình côn hoặc phao hình nấm.. Khi trong đường ống có lưu lượng chảy qua thì dưới tác động của áp lực dòng chảy phao sẽ được đẩy lên, tiết diện thoát của dòng chảy tăng lên, áp lực của dòng chảy lên phao giảm xuống. Cho đến khi áp lực của dòng chảy lên phao cân bằng với trọng lượng hệ thống phao thì phao ngừng chuyển động và lõi ferit sẽ có một vị trí xác định trong biến áp vi sai. Điện áp Ur là đại lượng biểu thị lưu lượng của dòng chảy trong đường ống. Cấp chính xác của Rôtamét là 1,5 và 2,5. 27 28 CHƯƠNG 4 Những hạn chế trong đo lường và điều khiển máy nén khí UK135/8T và phương hướng nâng cấp hệ thống. 4.1. Những hạn chế Về mặt điều khiển toàn bộ hệ thống hoạt động là các thiết bị rất cũ của nga, vận hành đều bằng tay, tác động trực tiếp lên thiết bị điều khiển, độ chính xác điều chỉnh không cao vì tất cả các thao tác đều là do trực quan quan sát sau đó điều khiển, độ linh hoạt hệ thống chưa cao, chủ yếu dựa vào chủ quan của người vận hành máy. Do điều chỉnh thủ công nên hiệu suất làm việc của máy chưa cao, đảm bảo máy hoạt động cần có công nhân kỹ sư nhiều kinh nghiệm nên rất khó, vì điều chỉnh thủ công bằng các tiếp điểm cơ khí rất cồng kềnh. Về hệ thống đo chưa được số hoá, các đầu ra của thiết bị đo là các tín hiệu chưa được chuẩn hoá để đưa đi điều khiển chỉ dừng lại ở mức độ đo để kiểm tra các thông số và sau đó điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí, chưa tự động hoá được quá trình đo và điều khiển hệ thống. 4.2. Ý tưởng nâng cấp hệ thống và các phuơng án nâng cấp 4.2.1 Các phương án nâng cấp hệ thống Dựa vào yêu cầu điều khiển của bài toán và các yêu cầu kỹ thuật đặt ra, dựa vào số đầu vào điều khiển và số đầu ra điều khiển em xin đưa ra các phương án có thể thực hiện nhiệm vụ đặt ra như sau: 1.Phương án 1: Sử dụng LOGO230RLC để viết chương trình và điều khiển máy nén khí đảm bảo đúng yêu cầu kỹ thuật của hệ thống, sử dụng một Screen để theo dõi hoạt động hệ thống bằng chương trình riêng. 29 +)Ưu điểm của phương án : -Giá thành nâng cấp rẻ. -Ngôn ngữ lập trình khá đơn giản. +)Nhược điểm của phương án: -Độ tin cậy hoạt động không cao, không linh hoạt trong việc viết chương trình điều khiển. -Hoạt động của hệ thống chưa được tối ưu hoá. -Không thể tiến hành điều khiển trực tiếp trên một màn hình máy tính vì không có phần mềm tích hợp các chương trình điều khiển giám sát hệ thống. 2.Phương án 2: Sử dụng PLCS7-200 để viết chương trình và điều khiển hệ thống theo đúng yêu cầu đặt ra vì số đầu vào và đầu ra của hệ thống không quá lớn và chương trình điều khiển cũng không quá phức tạp. +)Ưu điểm của phương án: -Giá thành nâng cấp khá rẻ. -Chương trình điều khiển linh hoạt khắc phục được các lỗi điều khiển và các sự cố được khắc phục và cảnh báo hoàn toàn. -Có phần mềm theo dõi và giám sát hoạt động hệ thống trực tiếp được trên một máy tính trung tâm. +)Nhược điểm của hệ thống: -Chỉ ứng dụng được trong các hệ thống điều khiển nhỏ không đáp ứng được cho các hệ thống lớn. 3.Phương án 3: Sử dụng PLCS7-300 để viết chương trình điều khiển cho máy nén, toàn bộ quá trình giám sát và điều khiển có thể được tiến hành trên máy tính trung tâm bằng phần mềm công nghiệp tích hợp cho hệ thống PCS7. 30 +)Ưu điểm của phương án: -Thoả mãn hoàn toàn yêu cầu của bài toán. -Linh hoạt trong điều khiển. -Có thể ứng dụng cho một hệ thống lớn cho nhiều máy nén. -PLCS7-300 được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong các nhà máy hiện nay nên việc học tập và sử dụng nó cho người điều khiển dễ dàng. +)Nhược điểm hệ thống: -Giá thành đắt hơn các phương án trên. 4.2.2 Lựa chọn phương án nâng cấp Dựa vào các phân tích và yêu cầu đặt ra em chọn phương án 3 để nâng cấp hệ thống bởi các lý do sau: -Bài toán được giải quyết một cách tối ưu. -Tiện lợi trong sử dụng vì các lệnh lập trình không phức tạp, hệ thống đơn giản. -Sử dụng cho một máy nén khí thì giá thành nâng cấp đắt nhưng cho nhiều máy nén thì giá thành lại rẻ. -Để giúp cho việc nghiên cứu và sử dụng nó trong điều khiển bởi nó rất phổ biến hiện nay. -Và mục đích chính là cho việc học tập và tìm hiểu nó trong đề tài tốt nghiệp của em. 4.3. Tổng hợp lại yêu cầu bài toán và các công việc nâng cấp Số đầu vào điều khiển là 22 đầu vào, số đầu ra điều khiển là 31 đầu ra, các công việc cần làm: Thứ nhất: sử dụng hệ lại thống cảm biến cũ nhưng chuẩn hoá các đầu ra cho phù hợp đầu vào PLC, giữ lại mạch điều khiển rơ le, thay bộ chỉnh điện điều chỉnh áp suất bằng chương trình viết sẵn. 31 Thứ hai: thay thế các tiếp điểm cơ khí bằng các tiếp điểm mềm, bằng cách sử dụng PLCS7-300, tự động hoá quá trình vận hành và điều khiển bằng các chương trình phần mềm được viết sẵn. Thứ ba: ngoài chương trình điều khiển viết cho PLC cần phải có một chương trình giúp ta theo dõi hoạt động của máy đồng thời có thể điều khiển máy tại một trung tâm điều khiển xa hiện trường ,bao quát toàn bộ hoạt động của máy tại một máy tính trung tâm. 32 Phần II NÂNG CẤP HỆ THỐNG DÙNG PLCS7-300 CHƯƠNG 1 Xây dựng mô hình hệ thống 1.1. Mô hình hệ thống Hoạt động của hệ thống được mô tả như sau: Tín hiệu đầu vào của PLC được lấy từ thiết bị hiện trường là máy nén khí: bao gồm tín hiệu của các cảm biến, tín hiệu các khoá đóng mở khởi động và dừng máy, các tín hiệu này phải được đưa qua các bộ chuẩn hoá chuẩn điện áp để phù hợp với chuẩn đầu vào của PLC là 24V. Tín hiệu đầu ra của PLC đưa đi điều khiển các quá trình khởi động, dừng máy nén khí, điều chỉnh lưu lượng, đóng mở các van, bảo vệ hay đưa ra các tín hiệu cảnh báo khi có sự cố, khắc phục sự cố bằng chương trình sự cố. Các tín hiệu này được đưa tới mạch điện điều khiển là các mạch rơle. Như vậy hoạt động của máy nén khí được viết sẵn bằng chương trình điều khiển lưu trong bộ nhớ của PLC. Phần giao tiếp giữa PLC và máy tính giám sát (MT) giúp ta theo dõi trạng thái hoạt động của máy nén khí một cách trực tiếp trên màn hình giám sát, phần mềm sử dụng mô phỏng hệ thống được dùng là WCC. 33 CHƯƠNG 2 Giới thiệu tổng quan về họ PLCS7- 300 cùng với ngôn ngữ lập trình của nó Điều khiển dùng PLC nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ngõ vào, được đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần có mạch giao tiếp hay rơle trung gian. Tuy nhiên cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn. Việc sử dụng PLC cho phép hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua lập trình chuyên dùng. Hơn nữa chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào sử dụng nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. 2.1.Giới thiệu thiết bị logic khả trình (PLCS7- 300) Thiết bị điều khiển logic khả trình viết tắt PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số. Như vậy với chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương 34 trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và được thực hiện lặp theo chu trình của vòng quét (scan). Nguyên lý chung của PLC: Để có thể thực hiện được chương trình điều khiển PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên là phải có các cổng vào/ra để giao tiếp với các đối tượng điều khiển và để giao tiếp với môi trường xung quanh… 2.1.1. Các module của PLCS7- 300 Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế, PLC được thiết kế sao cho không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module, số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU. Các module còn lại là 35 các module truyền/ nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ…Chúng được gọi chung là các module mở rộng. Tất cả các module được gá trên những thanh ray (Rack). 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 được gọi là cổng vào ra onboard. Có rất nhiều loại module khác nhau chúng được đặt theo tên như CPU312, CPU314,… Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện 36 của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated Funtion Module) ví dụ CPU312IFM… Ngoài ra 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 được phân biệt với những module CPU khác bằng thêm cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi ví dụ CPU315-DP… Các module mở rộng: Các module mở rộng chúng thường được chia làm 5 loại chính: +) Module PS (Power Supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại 2A, 5A, và 10A. +) Module SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm: -DI (Digital Input) Module mở rộng các cổng vào số, tuỳ vào từng loại module số các cổng có thể là 8, 16, hoặc 32. -DO (Digital Output) Module mở rộng các cổng ra số. -DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số, số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8/8 hoặc 16/16 tuỳ vào từng loại module. -AI (Analog Input) module mở rộng các cổng vào tương tự, về bản chất chúng chính là những bộ chuyển đổi tương tự/số 12 bits (AD), tức là mỗi tín hiệu được chuyển thành một tín hiệu số có độ dài 12 bits. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module. -AO (Analog Output) module mở rộng các cổng ra tương tự, chúng chính là các bộ chuyển đổi số tương tự . -AI/AO module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. +) Module IM (Interface Module): Module ghép nối. Đây là module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng với nhau thành một 37 khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Thông thường các module mở rộng được gá liền nhau trên một thanh đỡ gọi là Rack. Trên mỗi rack có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU và module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp được nhiều nhất với 4 racks và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM. 2.1.2 Cấu trúc bộ nhớ của CPU S7- 300 +) Vùng chứa chương trình ứng dụng .Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền : (Load memory). • OB (Organiation block): Miền chứa chương trình tổ chức. • FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chứa 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 chương trình nào khác .Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-data block). +) Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau bao gồm: (System memmory) 38 • I (Process image input):Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I • Q (Proces image output):Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình , PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số .thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng rầm chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q • M: Miền các biến cờ .Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nhóm theo bit (M),byte (MB),từ (MW) hay từ kép (MD). • T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer )bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV-Preset value) , giá trị đếm thời gian tức thời (CV-current value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian. • C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước (PV-Preset value) ,giá trị đếm tức thời (CV-Current value) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm. • PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input). Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được module đọc và chuyển tự động theo các địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW), từng từ kép (PID). • PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự, các giá trị theo những địa chỉ này sẽ được module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW), từng từ kép (PQD). +) Vùng chứa các khối dữ liệu, được chia thành hai loại: (Work memmory) 39 • 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. Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), từ kép (DBD). • 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 một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể được truy cập từ chương trình theo bit (L), theo byte (LB), theo từ (LW), hoặc theo từ kép (LD). 2.2.3. Vòng quét chương trình PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block end). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. 40 Bộ đệm I và Q không liên quan đến cổng vào/ra tươngtự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với các cổng vật lý chứ không qua bộ đệm. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (scan time), thời gian vòng quét không cố định tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện và khối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó . Giữa việc gửi tínhiệu để đối tượng xử lý, tính toán đến việc gửi lệnh đến đối tượng điều khiển có một thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt ở chế độ ngắt, PLC sẽ ưu tiên chương trình ngắt được thực hiện cho dù nó đang làm bất cứ việc gì (trừ một số CPU). Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện trực tiếp với cổng vào/ra. 41 2.2.4. Cấu trúc chương trình Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập ở hai dạng khác nhau: +) Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ, khối được chọn là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay trở lại lệnh đầu tiên. +) Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. PLCS7-300 có 4 loại khối cơ bản: • Loại khối OB (Organization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển. Có nhiều loại khối OB mỗi khối có những chức năng khác nhau. Chúng được phân biệt bằng các số nguyên đi sau, ví dụ OB1, OB35, OB40… 42 • Loại khối FC (Program block): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC các khối này được phân biệt với nhau bằng số nguyên sau nó ví dụ FC1, FC2… • Loại khối FB (Funtion block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên là Data block. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB, mỗi khối này được phân biệt bằng số nguyên đứng sau nó FB1, FB2… • Loại khối DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các tham số của khối do người dùng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB. Chúng được phân biệt bằng số nguyên đứng sau DB1, DB2… • UDT (User Define Data Type): Là một kiểu dữ liệu đặc biệt do người sử dụng tự định nghĩa. Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng lệnh gọi khối, chuyển khối. Xem các phần trong các khối như những chương trình con thì S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là chương trình con này gọi một chương trình con khác và từ một chương trình con được gọi lại gọi tới một chương trình con thứ 3. Số các lệnh gọi lồng nhau tuỳ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Nếu số lần gọi lồng nhau vượt quá giới hạn cho phép PLC sẽ tự chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi. 43 2.2.5. Những khối OB đặc biệt 1. OB1: Chương trình trong khối OB1 được gọi đều đặn trong một vòng quét. Các bước thực hiện khi khối OB1 được gọi: • Hệ điều hành bắt đầu một vòng quét. • CPU ghi tất cả các biến trong bộ đệm cổng ra của "Process Image" tới các module ra. • CPU đọc trạng thái của tất cả các module vào, và cập nhật giá trị các biến vào bộ đệm cổng vào của "Process Image". • CPU xử lý chương trình người sử dụng và thực thi các lệnh có trong chương trình. • Vào cuối vòng quét, hệ điều hành thực hiện những việc còn lại, chẳng hạn như download hoặc xoá các block, nhận và gửi các dữ liệu toàn cục. • Cuối cùng CPU trở lại trạng thái bắt đầu một vòng quét mới. "Process Image": Để CPU có một hình ảnh nhất quán về các tín hiệu quá trình trong vòng quét, CPU không đặt địa chỉ các đầu vào/ra một cách trực tiếp tại các module vào/ra mà sẽ kết nối tới một vùng nhớ trong của CPU có 44 chứa bản sao của tất cả các biến vào/ra. Vào đầu mỗi vòng quét, các giá trị biến ra trong "Process Image" sẽ được đưa tới các cổng ra, và trạng thái các cổng vào được đọc và cập nhật các biến trong "Process Image". 2. OB10-17 (Time of day Interrupt): Chương trình trong các khối OB loại này sẽ được thực hiện khi giá trị của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã được quy định. OB10 có thể đư