Luận văn Nghiên cứu ứng dụng PLC trong công nghệ sản xuất tại nhà máy xi măng la hiên Thái Nguyên

độ mở của cửa gió... - Điều khiển tốc độ biến tần chuyền động hai đoạn thân ghi chính của máy làm nguội kiểu ghi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21 - Kiểm tra tham số nhiệt công của quá trình sản xuất như nhiệt độ công đoạn lọc bụi gió thừa, áp lực, vòng quay, điện lưu, độ mở của của gió... - Điều khiển điều tốc biến tần công đoạn ra liệu silô clinker. - khống chế điều tiết tự động cấp than đầu lò. - khống chế điều tiết tự động cấp than lò phân giải đuôi lò. * Trạm thao tác. - Sử dụng sơ đồ lưu trình công nghệ một cách hình tượng, trực quan, toàn diện, phong phú; Lưu trình công nghệ quá trình sản xuất hiển thị chia tầng, chia công đoạn, và luôn hiển thị rõ ràng trạng thái vận hành của các thiết bị điện từng công đoạn và các tham số công nghệ của dây chuyền sản xuất. - Sử dụng sơ đồ xu thế chia nhóm chỉ đạo thực tế giá trị, hiển thị chia nhóm xu thế biến đổi có tính chất lịch sử ở từng nhóm thiết bị với các tham số tương quan giữa các nhóm trong quá trình sản xuất, chỉ đạo thao tác từng vị trí. - Sử dụng sơ đồ bảng biểu để liệt kê các tham số một cách hoàn chỉnh, trực quan; Chia trang hiển thị tham số công nghệ của lưu trình công nghệ. - Sử dụng menu dừng - khởi động thiết bị một cách rõ ràng, đơn giản, chia đoạn để thực hiện dừng - khởi động máy đơn và dừng - khởi động liên kết các thiết bị điện, và điều khiển quá trình dừng - khởi động thiết bị, hiển thị thời gian thực chỉ thị phương thức điều khiển khởi động công đoạn. - Sử dụng menu khởi động - dừng thiết bị kiểu bật lên, thực hiện nhiệm vụ dừng - khởi động thiết bị. - Sử dụng menu mặc định tham số kiểu bật lên, trạm điều khiển thiết kế thời gian thực và giá trị các tham số điều khiển hệ số PIĐ tự động điều khiển... - Tham số công nghệ quá trình sản xuất sẽ báo động khi bị vượt giới hạn và báo động sự cố thiết bị trong quá trình sản xuất. - Hoàn thành hình thức điều khiển phức tạp ( mà trạm điều khiển PLC không thể hoàn thành được) bao gồm: +) Điều khiển phối liệu sống. +) Điều khiển cân bằng gió máy làm nguội kiểu ghi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22 +) Điều khiển cấp than đuôi lò. +) Căn cứ hàm lượng CO điều khiển tự động dừng máy điện trường cao áp của lọc bụi tĩnh điện. - Báo động kịp thời khi các tham số công nghệ bị vượt và các thiết bị gặp sự cố trong quá trình sản xuất. - Ghi nhớ toàn bộ số liệu quá trình sản xuất, bao gồm báo động và kiểm tra số liệu tham số công nghệ. - Sử dụng menu ghi nhớ số liệu và sơ đồ xu thế, có thể dùng để phân tích sự cố và phân tích sự thay đổi của quá trình sản xuất. - In ra báo cáo của quá trình sản xuất. * Trạm công trình sư: - Hoàn thành những nhiệm vụ cơ bản của trạm thao tác. - Quản lý bảo dưỡng hệ thống. - Lập trình hệ thống - Thao tác bố trí quyền hạn. - Kiểm tra dữ liệu quản lý thiết bị. * Mạng công nghiệp: - Trao đổi các số liệu giữa cấp thao tác và cấp điều khiển. - Dự phòng hỗ trợ và cắt đổi giữa các trạm thao tác. - Phần mềm ứng dụng trạm công trình sư đến trạm thao tác, trạm điều khiển. * Điều khiển dòng: - Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp liệu đuôi lò. - Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than đầu lò. - Dòng điều khiển điều tiết tự động cấp than lò phân giải đuôi lò. - Dòng điều khiển điều tiết tự động cửa van hồi nước tháp gia ẩm. - Dòng điều khiển điều tiết tự động phối liệu sống. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23 Tóm lại Trong công nghệ sản xuất xi măng có rất nhiều công đoạn có thể được tự động hoá và xây dựng thành một hệ điều khiển DCS mà trong đó phải sử dụng các thiết bị điều khiển thích hợp. Hiện nay có rất nhiều thiết bị điều khiển phục vụ cho các bài toán tự động hoá quá trình đã được sản xuất và bán ra ở rất nhiều nước, một trong những thiết bị đó là thiết bị điều khiển khả trình PLC, thiết bị điều khiển PLC ra đời đã khắc phục được rất nhiều những nhược điểm của hệ thống điều khiển cổ điển điều khiển kiểu Rơle, bản chất của các thiết bị điều khiển PLC là một hệ vi xử lý chuyên dụng phục vụ cho các bài toán điều khiển logíc, khác với điều khiển kiểu rơle thì thiết bị điều khiển PLC hoàn toàn có thể thu thập và lưu trữ dữ liệu, có khả năng điều khiển hệ thống trong nhà máy, hoặc điều khiển một công đoạn nào đó, việc thay đổi bài toán điều khiển hoàn toàn được thực hiện dễ dàng với việc thay đổi chương trình phần mềm trợ giúp… Ở Việt Nam hiện nay có một số thiết bị mang tính thương phẩm cao và được sử dụng khá nhiều, ví dụ như omron với dòng sản phẩm CPM, CQM, Siemen với dòng sản phẩm S5, S7-200, S7-300, S7-400, Mitsubishi… Hiện nay nhà máy đã và đang sử dụng một số sản phẩm của hãng SIEMENS, một sản phẩm hiện nay đang có uy tín trên thị trường Việt Nam và quốc tế, do vậy trong phạm vi đề tài tác giả ứng dụng với sản phẩm PLC S7-300 trong sản xuất là một sản phẩm của hãng SIEMENS. 24 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-300 2.1 Mở đầu Ở hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất trong công nghiệp trước đây, các hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch điện tử logic kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống. Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và có tính độc lập thì việc sử dụng các phần tử logic có sẵn liên kết cứng với nhau rất có ưu điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các hệ thống điều khiển phức tạp, nhiều chức năng thì việc cấu trúc theo kiểu liên kết cứng có nhiều nhược điểm như: - Hệ thống cồng kềnh, đấu nối phức tạp dẫn tới độ tin cậy kém. - Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng sẽ rất khó khăn và mất nhiều thời gian nếu hệ thống là phức tạp, số lượng rơle là lớn. Sự phát triển của máy tính điện tử, sự phát triển của tin học cùng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động, dựa trên cơ sở tin học gắn liền với hàng loạt những phát minh liên tiếp như mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959, bộ vi xử lý - năm 1974... những phát minh đó đã đóng góp một vai trò quan trọng và quyết định trong việc phát triển mạnh mẽ kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó trong khoa học kỹ thuật như PLC, CNC... Thiết bị điều khiển khả trình PLC ra đời cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây và việc sử dụng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hóa. PLC (Programmable Logic Controler) là thiết bị điều khiển lập trình được (hay còn gọi là khả trình), cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình, PLC thực chất là một máy tính, nhưng điểm khác ở đây là nó được thiết kế chuyên cho lĩnh vực điều khiển và làm việc được trong điều kiện phức tạp với sự thay đổi của nhiệt độ, độ ẩm, hay nói một cách khác nó là một máy tính chuyên dụng. 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Đặc điểm của PLC: - Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt độ, độ ẩm và tiếng ồn. - Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra. -Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết được các phép toán logic. Đến nay các thiết bị và kỹ thuật PLC đã phát triển rất mạnh mẽ, những người sử dụng không cần kiến thức về điện tử cũng như kiến thức về máy tính mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất, nắm vững phương pháp lập trình để chọn thiết bị cho phù hợp là có thể đưa vào để tự động hóa dây truyền sản xuất đó. 2.2 Các thành phần cơ bản của một PLC 2.2.1 Cấu hình cứng Hình 2.1 trình bày những thành phần cơ bản của bộ điều khiển PLC * Bộ vi xử lý Bộ xử lý (còn gọi là bộ xử lý trung tâm CPU là hạt nhân của PLC) thực hiện các phép toán logic, số học và điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống. Thiết bị lập trình Bộ nhớ Giao diện đầu vào Giao diện đầu ra Bộ xử lý Nguồn cung cấp Hình 2.1. Các thành phần cơ bản của một bộ điều khiển PLC 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Bộ xử lý làm việc theo tuần tự từng bước, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình và chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu lạ và thực hiện các phép tính toán rồi đưa kết quả tới đầu ra. Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ, chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan), thời gian quét phụ thuộc vào dung lương bộ nhớ, phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, phụ thuộc vào tốc độ của CPU. Chu kỳ một vòng quét trong PLC được trình bày như hình 2.2. * Bộ nguồn Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC 220v hoặc 110v )6050( Hz thành điện áp thấp cho vi xử lý (5v hoặc 24v) và cho các modul còn lại. * Thiết bị lập trình Thiết bị lập trình được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được nạp vào PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng hoặc có thể là thiết bị lập trình bằng tay, có thể là máy tính cá nhân có phần mềm được cài đặt trên đó. Hình 2.2. Chu kỳ làm việc của PLC Đưa dữ liệu tới ngoại vi Truyền thông nội bộ Thực hiện chương trình Nhập dữ liệu từ đầu vào 27 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Thiết bị lập trình cầm tay chỉ có thể dùng cho những bài toán đơn giản ngắn gọn, còn với những bài toán phức tạp và số lệnh là nhiều thì phải sử dụng những máy lập trình chuyên dụng hoặc có thể sử dụng phần mềm trên máy tính cá nhân để lập trình, chương trình sau khi viết được nạp xuống PLC qua thiết bị ghép nối. * Bộ nhớ Bộ nhớ PLC thường có các bộ nhớ như: RAM và ROM... có dung lượng tùy thuộc vào thiết kế riêng của từng loại PLC, có thể phân chia bộ nhớ của PLC ít nhất thành các vùng sau: - Bộ nhớ điều hành: Hệ điều hành thường nằm trong vùng nhớ của ROM, do được phát triển bởi nhà sản xuất nên ít khi cần thay đổi, hệ điều hành là một chương trình ngôn ngữ máy đặc biệt để chạy PLC, nó chỉ dẫn cho vi xử lý đọc và hiểu các lệnh, các biểu tượng do người sử dụng lập trình, theo dõi mọi trạng thái vào/ra và duy trì giám sát các trạng thái hiện tại của hệ thống. -Bộ nhớ hệ thống Khi hệ điều hành thực hiện nhiệm vụ của mình thường cần một số vùng để lưu giữ kết quả và thông tin trung gian, do đó một phần của bộ nhớ RAM được dùng cho mục đích này. -Bộ nhớ đệm vào/ra CPU không lấy dữ liệu trực tiếp từ đầu vào thiết bị đầu vào cũng như không đưa kết quả đến trực tiếp thiết bị đầu ra ngoại vi, mà nó sẽ đưa các tín hiệu đó đến bộ đệm vào/ra. - Bộ nhớ chương trình Vùng nhớ này dùng để chứa chương trình ứng dụng, đây là vùng nhớ mà hệ điều hành sẽ chỉ cho CPU đọc và thực hiện các lệnh của chương trình, vùng bộ nhớ chương trình nằm trong RAM, lưu ý rằng bộ nhớ RAM có đặc điểm là nội dung bộ nhớ thay đổi nhanh, nội dung bộ nhớ sẽ bị xóa khi có lỗi của nguồn cung cấp và không có nguồn dự phòng, để lưu giữ một cách an toàn thì chương trình điều khiển phải được ghi vào bộ nhớ ERPOM hay EEPROM. 28 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên *Giao diện vào/ra Giao diện này thực hiện công việc ghép nối giữa các thiết bị công nghiệp công suất lớn với điện tử công suất nhỏ, phần lớn các PLC thực hiện với các điện áp từ V155 DC (điện áp TTL và CMOS). Trong khi tín hiệu từ thiết bị vào có thể lớn hơn rất nhiều từ 24V DC đến 240V AC với dòng một vài ampe. Như vậy giao diện này là bộ ghép nối giữa mạch điện tử PLC với thế giới thực bên ngoài do đó phải đảm bảo được trạng thái tín hiệu cần thiết với tính chất cách ly, điều này cho phép PLC có thể được nối trực tiếp với các cơ cấu chấp hành, các thiết bị vào/ra. -Tín hiệu vào được cách ly nhờ linh kiện quang (hình 2.3.a). - Tín hiệu ra được cách ly kiểu rơle và cách ly quang (hình 2.3.b,c). Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic, ví dụ như tín hiệu vào có thể là từ các công tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào Ghép nối quang Tín hiệu đến CPU Diode bảo vệ Mạch phân áp Tín hiệu vào a) PLC Ghép nối quang Tín hiệu ra c) PLC Cầu chì Tín hiệu ra PLC Rơle b) Hình 2.3. Các phương pháp ghép nối giữa PLC với thế giới bên ngoài 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên quang điện, thiết bị ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ, động cơ nhỏ. 2.2.2. Cấu tạo chung của PLC Kết cấu của PLC thường có 2 kiểu cơ bản là: kiểu modul hóa và kiểu hộp đơn. - Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình, chúng được chia nhỏ thành các modul (hình 2.4), tối thiểu phải có modul CPU, các modul còn lại là các modul nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các modul có chức năng chuyên dụng như modul mờ, modul PID... chúng được gọi là các modul mở rộng, việc sử dụng các modul nào là tùy thuộc vào công việc cụ thể. - Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn ( hình 2.5), bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện vào/ra onboard được tích hợp trong một modul, kiểu hộp đơn vẫn có khả năng ghép nối được với các modul ngoài để mở rộng khả năng của PLC. Hình 2.4. Cấu trúc PLC kiểu modul Nguồn CPU IM SM SM SM SM SM CP FM FM Slot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Hình 2.5. Cấu trúc PLC kiểu hộp đơn Công tắc nút bấm Sensor nhiệt độ Mạch ghép nối PLC Đầu vào Đầu ra Cuộn hút Đèn chỉ thị Van Mạch phối ghép 2.3. Lập trình cho PLC 2.3.1. Các phƣơng pháp lập trình Từ các cách mô tả hệ tự động kể trên các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các phương pháp lập trình khác nhau, các phương pháp lập trình đều được thiết kế sao cho đơn giản, gần với cách mô tả đã được biết đến. Có 3 phương pháp lập trình cơ bản là: - STL (Statement List) ngôn ngữ liệt kê lệnh. - LAD (Ladder Logic) ngôn ngữ hình thang. - CSF (Control System Flowchart) ngôn ngữ hình khối. * Phương pháp STL Đây là phương pháp lập trình thông thường của máy tính, một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, các lệnh được liệt kê thứ tự, để phân biệt các đoạn chương trình người ta dùng mã nhớ, khởi đầu mỗi đoạn người ta dùng lệnh khởi đầu như: LD, L, A, O. 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Kết thúc mỗi đoạn thường là lệnh gán cho đầu ra, đầu ra có thể là cho các thiết bị ngoại vi hay hoặc là các rơle nội. * Phương pháp hình thang LAD Đây là ngôn ngữ đồ họa thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic (hình 2.6). Mạng Lad là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh, theo thứ tự từ trái sang phải, từ trên xuống dưới. Một sơ đồ LAD có nhiều nấc thang, trên mỗi phần tử của biểu đồ hình thang LAD có các tham số xác định tùy thuộc ký hiệu của từng hãng sản xuất PLC. * Phương pháp CSF (Control System Flow) Phương pháp lưu đồ điều khiển CSF trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ họa đã được tiêu chuẩn hóa ( hình 2.7). Phương pháp lưu đồ điều khiển thích hợp với người đã quen với điều khiển bằng đại số Booole. So sánh các phương pháp biểu diễn: Nhìn chung, mỗi phương pháp biểu diễn kể trên đều có khả năng riêng của nó, tuy nhiên phương pháp STL là vạn năng hơn cả bởi vì nó có thể biểu diễn mọi lệnh trong mọi khối của các phương pháp điều khiển. Trong khi 2 phương pháp CFS và LAD bị hạn chế trong một số lệnh thuộc một số khối nhất định. Chương I0.0 I0.2 I0.1 Q3.0 ( ) Hình 2.6. Ngôn ngữ lập trình dạng LAD  I0.0 I0.1 Q0.0 Hình 2.7. Ngôn ngữ lập trình dạng CSF 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trình được viết dưới dạng CFS hoặc LAD thì bao giờ cũng có thể chuyển sang dạng dạng STL sang dạng CFS và LAD được, ví dụ: - Nhóm lệnh cơ bản dùng trong tất cả các loại khối và có thể được biểu diễn trong cả 3 phương pháp là STL, CFS, và LAD. - Một số nhóm lệnh hệ thống và nhóm lệnh bổ trợ chỉ được dùng trong các khối chức năng và chỉ có thể biểu diễn bằng phương pháp STL. 2.3.2. Thiết bị lập trình Để lập trình cho PLC, ta có thể lập trình trên máy lập trình chuyên dụng (được dùng cho các bài toán phức tạp, cỡ lớn), thiết bị lập trình cầm tay (dùng cho các bài toán cỡ nhỏ và trung bình) hoặc trên máy tính PC (dùng cho các bài toán cỡ trung bình, phức tạp) Mỗi thiết bị PLC đều có một phần mềm chuyên dụng riêng biệt có thể chạy trên hệ điều hành Windown: chẳng hạn với OMRON là phần mềm syswins, s7-200 là phần mềm Microwin, s7-300, 400 là phần mềm Step 7. 2.4. Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của PLC 2.4.1. Ƣu điểm Hiện nay với sự phát triển của công nghệ điện tử đã cho phép chế tạo các hệ xử lý tiên tiến, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điều khiển logic lập trình đã cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây. Có thể liệt ra một số ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt được việc nối dây khi kiến tạo hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây. - Tính mềm dẻo cao, trong hệ thống dùng PLC các phần tử điều khiển đã được mô tả sẵn, mối liên kết giữa các phần tử được mô tả bằng chương trình, do vậy khi cần sự thay đổi trong cấu trúc điều khiển thì chỉ cần thay đổi chương trình trong hệ thống. - Không gian lắp đặt nhỏ hơn, PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với hệ điều khiển rơle tương đương. - Dải chức năng rộng. 33 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Tốc độ làm việc cao. - Công suất tiêu thụ giảm. - Lắp đặt đơn giản. - Hệ thống được mở rộng theo khối. - Về giá trị kinh tế: khi xét về giá trị kinh tế của PLC ta phải đề cập đến số lượng đầu ra và đầu vào, số lượng đầu vào/ra mà quá ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, những khi số lượng đầu vào/ra tăng lên thì hệ PLC sẽ kinh tế hơn hệ rơle. 2.4.2 Nhƣợc điểm Giá của các bộ điều khiển PLC hiện nay vẫn còn đắt, việc sử dụng và chọn lựa PLC phải phù hợp với từng bài toán, nếu không sẽ dẫn đến việc gây lãng phí khi đầu tư không cần thiết. 2.5. PLC S7- 300 2.5.1. Các module của PLC S7 300 2.5.1.1.Module CPU Module CPU là module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông... và có thể còn có một vài cổng vào/ra số. Các cổng vào/ra số có trên module CPU khác nhau, chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó. Bộ nhớ của PLC S7 300 được chia làm 3 vùng chính như sau: - Vùng chứa chương trình ứng dụng, được chia thành 3 miền: + OB (Organization Block): Miền chứa chương trình tổ chức + FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và 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, có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. - Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được chia thành 7 miền khác nhau, bao gồm: + I: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số (Process image input). Trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. + Q: Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số (Process image output). 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 ra mà 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 nó 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, giá trị đếm thời gian tức thời CV 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 những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB), từng từ (PIW), hoặc theo từng từ kép (PID). + PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O External input). 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 nhập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW), hoặc từng từ kép (PQD). - 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. Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD) 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + 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 xóa hết khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể được truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte (LB), từ LW) hoặc từ kép (LD). 2.5.1.2. Module mở rộng Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính: + Module nguồn nuôi PS (Power Supply), có 3 loại 2A, 5A, 10A + Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm: Module mở rộng các cổng vào số (DI-Digital input), Module mở rộng các cổng vào/ra số (DO-Digital output), Module mở rộng các cổng vào/ra số (DI/DO), Module mở rộng các cổng vào tương tự (AI-Analog input), Module mở rộng các cổng ra tương tự (AI-Analog input), Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự (AI/AO). + Module ghép nối IM (Interface module) có nhiệm vụ nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi module CPU. + Module có chức năng điều khiển riêng FM (Function module) + Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC hoặc giữa PLC với máy tính. 2.5.2. Cấu trúc chƣơng 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 với hai dạng cấu trúc khác nhau: - Lập trình tuyến tính (Liear programming): Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với bài toán tự động nhỏ, không phức tạp. 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Khối được chọn phải 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 lại lệnh đầu tiên (hình 2.8) - Lập trình có cấu trúc (Structure programming): chương trình được chia thành những phần nhỏ ( chương trình con FC hay FB), mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ cụ thể của bài toán điều khiển chung và toàn bộ các phần này lại được sự quản lý thống nhất bởi khối OB1. Trong OB1 có các lệnh gọi những khối chương trình con theo thứ tự phù hợp với bài toán điều khiển đặt ra. Một nhiệm vụ cụ thể có thể còn được chia thành nhiều nhiệm vụ cụ thể và nhỏ hơn nữa, do đó, một chương trình con cũng có thể được gọi từ một khối chương trình con khác. Lập trình có cấu trúc dạng như hình 2.9. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7- 300 có 4 loại khối cơ bản: Vòng quét OB1 Hình 2.8. Cấu trúc lập trình tuyến tính lệnh 1 ---------------------------- lệnh 2 ---------------------------- lệnh thứ i ---------------------------- lệnh cuối cùng Hệ điều hành OB1 FC1 FB5 FC2 FC7 FB3 FB9 ... ... Hình 2.9. Lập trình cấu trúc 37 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên + Khối OB (Organization Block): Tổ chức và quản lý chương trình điều khiển. + Khối FC (Program Block): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có nhiều biến hình thức) + Khối FB (Function Block): là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trì