BIẾN TẦN VÀ PLC S7 - 200





Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp



Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



3.1. GIỚI THIỆU PLC S7-200

3.1.1 - Giới thiệu phần cứng.

PLC, viết tắt của Programmaable Logic Control, là thiết bị điều khiển

logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển

thông qua ngôn ngữ lập trình.

S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình loại nhỏ của hang siemens có

cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử

dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau.

3.1.1.1 - Sơ đồ cấu trúc.



Hình 4.1: Cấu trúc của PLC.

Cấu trúc PLC S7-200 gồm 3 phần chính:

+ Bộ xử lý trung tâm (CPU)

+ Bộ nhớ (Memory Area)

+ Bộ vào và ra (Input Area và Output Area)

 Bộ xử lý trung tâm (CPU).

Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214 vv...

SVTK: Lê Hữu Thành



- 43 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



+) CPU 212 bao gồm.



Hình 4.2: CPU 212 họ S7-200 của SIEMENS.

- 512 từ đơn tức là 1kbyte để lưu giữ chương trình thuộc miền nhớ đọc

ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM.

Vùng nhớ với tính chất như vậy gọi là vùng nhớ non-volatile.

- 8 cổng vào và 6 cổng ra logic

- Có thể ghép nối mở rộng thêm hai modul mở rộng để tăng thêm số

cổng vào ra, bao gồm cả cổng vào ra tương tự.

- Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 64 bộ định thời gian (timer) trong đó có 2 bộ có độ phân giải là 1ms, 8

bộ có độ phân giải 10ms và 54 bộ có độ phân giải 100ms.

- 64 bộ đếm (counter) chia làm hai loại : loại chỉ đếm tiến là loại vừa

đếm tiến vừa đếm lùi.

- 368 bit nhớ đặc biệt, sử dụng các bít trạng thái hoặc các bit đặt chế độ

làm việc.



SVTK: Lê Hữu Thành



- 44 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên







Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp



Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



- Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác bao gồm : ngắt truyền

thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt

báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2kHz).

- Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50 giờ kể từ khi

PLC bị mất nguồn nuôi.

+) CPU 214.



Hình 4.3: CPU 214 họ S7-200 của SIEMENS.

CPU 214 bao gồm :

- 4 kbyte từ đơn thuộc bộ nhớ đọc ghi được (non-volatile) để lưu

chương trình ( nhờ có giao diện với bộ nhớ EPROM).

- 4 kbyte từ đơn thuộc bộ nhớ đọc ghi được để lưu dữ liệu, trong đó

1kbyte từ đầu thuộc vùng nhớ non-volatile.

- 14 cổng vào và 10 cổng ra logic

- Có thể mở rộng được 7 modul vào ra bao gồm cả modul tương tự.

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

- 128 bộ định thời gian chia ra làm ba loại theo độ phân giải khác

nhau : 4 bộ có độ phân giải 1ms, 16 bộ có độ phân giải 10ms, 108 bộ

có độ phân giải 100ms.

- 128 bộ đếm chia làm hai loại : loại chỉ đếm tiến và loại vừa đếm tiến

vừa đếm lùi, 3 bộ đếm tốc độ cao với nhịp 2 kHz và 7 kHz

- 688 bít nhớ dùng để thay đổi trạng thái và đặt chế độ làm việc.



SVTK: Lê Hữu Thành



- 45 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên







Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp



Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



- Các chế độ ngắt và xử lý ngắt bao gồm : ngắt truyền thông, ngắt theo

sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và ngắt báo hiệu của bộ

đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung.

- 2 bộ phát xung nhanh cho kiểu xung PTO hoặc kiểu xung PWM

- Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi

PLC bị mất nguồn nuôi.

* Hệ thống các đèn báo trên CPU 214 :

- SF : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng, đèn sáng lên khi PLC có

hỏng hóc.

- RUN : đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực

hiện chương trình được nạp vào trong máy.

- STOP : đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng, dừng

chương trình đang thực hiện lại.

- Ix. x : đèn xanh ở cổng nào chỉ định trạng thái tức thời ở cổng Ix. x,

đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng vào.

- Qx. x : đèn xanh ở cổng nào chỉ định trạng thái tức thời ở cổng Q x. x,

đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng ra.

* Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC :

Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC nằm phía trên, bên cạnh các

cổng ra của CPU, có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau

cho PLC.

Các cổng ra



SIEMENS

SF

RUN

STOP



SIMATIC

S7-200



SVTK: Lê Hữu Thành



- 46 -



I0. 0

I0. 1

IO. 2

I0. 3

I0. 4

I0. 5

I0. 6

I0. 7



I1. O

I1. 1

I1. 2

I1. 3

I1. 4

I1. 5



Q0. 0

Q0. 1

Q0. 2

Q0. 3

Q0. 4

Q0. 5

Q0. 6

Q0. 7



Q1. 0

Q1. 1



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



SIMATIC Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên

Các cổng vào

Cổng truyền thông(RS485)

UUS-Protocal

Analog out



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



Hình 4.4: Bộ điều khiển khả lập trình S7-200 với khối vi xử lý CPU214.

- RUN : cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC sẽ 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.

- STOP : cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy

mà chuyển sang chế độ STOP. ở chế độ này PLC cho phép hiệu chỉnh lại

chương trình hoặc nạp một chương trình mới.

- TERM : cho phép máy lập trình quyết định một chế độ làm việc cho PLC

hoặc ở RUN hoặc ở STOP.



Hình 4.5: Sơ đồ các chân đầu vào và ra của CPU 214 AC/DC/Relay.

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI và

cạc chuyển đổi RS-232 /RS-485



SVTK: Lê Hữu Thành



- 47 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



Hình 4.6: Kết nối CPU 214 với máy tính qua cáp PC/PCI.

* Pin và các nguồn nuôi:

Sử dụng nguồn nuôi để ghi chương trình hoặc nạp chương trình mới có

thể là nguồn trên mạng hoặc nguồn pin.

* Nút điều chỉnh tương tự :

Điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh các biến cần thay đổi và sử

dụng trong chương trình. Nút chỉnh Analog được nắp dưới nắp đậy bên cạnh

các cổng ra. Thết bị chỉnh định có thể quay 270 độ.

 Bộ nhớ.

* Bộ nhớ của S7-200 được chia làm 4 vùng có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong

một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn nuôi. Bộ nhớ S7-200 có tính

năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng loại trừ phần bit nhớ đặc biệt

ký hiệu bởi SM (Specical memory) có thể truy nhập để đọc.

* Phân chia bộ nhớ gồm :

+) Vùng chương trình có tác dụng lưu chương trình điều khiển (chỉ có 1

chương trình)

- Vùng dữ liệu có tác dụng lưu giữ các dữ liệu trong quá trình tính toán

cũng như các kết quả trung gian. Dữ liệu có thể ghi ở dạng bit, byte, word, từ

kép tuỳ theo kiểu tín hiệu thông qua kí hiệu địa chỉ.

- Vùng dữ liệu được chia làm nhiều vùng nhỏ:

+ Vùng nhớ biến (variable memory): V

+ Vùng nhớ đầu vào (input image register): I

+ Vùng nhớ đầu ra (input image register): Q

+ Vùng nhớ lưu giữ (Intermal memory bits): M

+ Vùng nhớ đặc biệt (Spencia memory): SM

* Để truy cập vùng nhớ ta phải tuân thủ theo đúng quy ước:

SVTK: Lê Hữu Thành



- 48 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



+) Dữ liệu kiểu bit quy ước như sau:

- Kí hiệu vùng nhớ + chỉ số byte + (.) + chỉ số bit

Ví dụ: V150.4 : Chỉ bits 4của byte 150 thuộc miền V.

- Dữ liệu kiểu byte quy ước như sau:

Tên miền + B +địa chỉ byte trong miền

Ví dụ: QB6, MB14

- Dữ liệu kiểu Word quy ước như sau:

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

Ví dụ: VW12 (lấy địa chỉ ở byte 12, 13)

- Muốn truy nhập 32 bit ta kí hiệu như sau:

Tên miền + D + chỉ số byte cao

Ví dụ: MD1 (lấy địa chỉ ở byte 1, 2, 3, 4)

- Vùng tham số có tác dụng chứa các kí hiệu của câu lệnh các kí hiệu địa

chỉ và các từ khoá.

- Vùng đối tượng có tác dụng tạo ra các rơle thời gian, các bộ đếm, mỗi

rơle thời gian và bộ đếm có một vùng nhớ 16 bit để ghi số đếm thời gian, và 1

bit để ghi giá trị logic vì vậy số đếm trong thanh ghi tối đa là 32767. Ngoài ra

vùng này còn chứa vùng nhớ đệm cửa vào ra tương tự, và các thanh ghi cũng

như các bộ đếm tốc độ cao và được kí hiệu các vùng theo các chữ:

+ Rơle thời gian: T

+ Bộ nhớ : C

+ Đệm cửa vào tương tự: AIW

+ Vùng đệm cửa ra tương tự: AQW

+ Thanh ghi: AC

+ Bộ đếm tốc độ cao: HC

 Bộ vào ra.

PLC S7- 200 bao gồm các đầu vào tín hiệu số, các đầu ngắt và các đầu

vào tương tự . Các đầu ra tín hiệu số kiểu rơ le và đầu ra tương tự .

- Các cổng truyền thông :

SVTK: Lê Hữu Thành



- 49 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



PLC S7-200 sử dụng cổng truyền thống 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. Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PC 702 hoặc với máy thuộc

họ PC7 xx khác có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua cổng MPI.



5 4



3 2



9 8



ChânChức năng1Đất2Nguồn 24

VDC3Truyền nhận dữ liệu 4Không

sử dụng 5Đất6Nguồn 5

VDC7Nguồn 24 VDC8Truyền

nhận dữ liệu9Không sử dụng



1



7 6



Hình 4.8: Sơ đồ chân cổng truyền

thông RS 485.



Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 với cáp nối PC/PPI

và cạc chuyển đổi RS-232 /RS-485

3.1.1.2 - Mở rộng vào ra cho PLC.



Hình 4.9 : Modul mở rộng EM 222 của PLC.

Để tăng số lượng đầu vào đầu ra hoặc các cửa vào ra tương tự ta sử

dụng thêm khối mở rộng. Số lượng khối mở rộng được quyết định bởi CPU,

SVTK: Lê Hữu Thành



- 50 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên







Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp



Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



các khối này luôn được ghép bên phải khối cơ sở thông qua giắc cắm. Trên

khối mở rộng không ghi địa chỉ mà địa chỉ phải được xác định thông qua kiểu

khối mở rộng và vị trí của khối mở rộng với các khối cùng loại về phía bên

trái. Vì vậy cách xác định địa chỉ như sau:

- Địa chỉ được tính tăng dần chỉ số bắt đầu từ khối cơ sở.

- Các byte đã sử dụng nhưng chưa hết các bít khi chuyển ra khối mới

bắt đầu tính từ byte tiếp theo. Với các khối vào ra tương tự luôn để hai

byte để phân cách.

CPU 214 được lắp cố định chắc chắn trên rail cùng với các modul mở

rộng kết nối với nhau bằng hệ thống bus.



Hình 5.1: CPU 214 với các modul mở rộng.

Địa chỉ đặt cho các modul mở rộng trên CPU 214 cho theo bảng dưới đây :

Modul 0

CPU 214

I0. 0

...

I0. 7



4



vào/4



ra

Q0. 0 I2. 0

...

Q0. 7 I2. 3



SVTK: Lê Hữu Thành



Modul 1

8 vào



Modul 2

3 vào analog/



I3. 0



1 ra analog

AIW0



...

I3. 7

- 51 -



Modul 3

8 ra



Modul 4

3 vào analog/



Q3. 0



1 ra analog

AIW8



AIW2



...



AIW10



AIW4



Q3. 7



AIW12



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp



I1. 0







Q1. 0 Q2. 0



...



...



I1. 5



Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



AQW0



AQW4



Q1. 1 Q2. 3



3.1.2 - Giới thiệu ngôn nhữ lập trình của S7-200.

3.1.2.1 - Phương pháp lập trình.

- S7-200 biểu diễn một mạch vòng logic cứng khác một dãy các lệnh lập

trình. Chương trình bao gồm 1 tập dãy các lệnh S7-200 thực hiện chương

trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở tập lệnh cuối trong một

vòng. Một vòng như vậy gọi là vòng quét (Scan). Chu trình thực hiện là một

chu trình lặp .

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 (Laddes logic:viết tắt là LAD)

- Phương pháp liệt kê lệnh (Statement List: Viết tắt là STL)

Nếu chương trình viết tắt 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 dạng LAD được. Bộ

lệnh của phương pháp STL có chức danh tương ứng như các tiếp điểm, các

cuộn dây và các trường hợp dùng trong LAD.

Những lệnh này phải độc và phối hợp được trang thái đầu ra hoặc 1 giá

trị logic cho phép, hoặc không cho phép thực hiện chức năng của một hay

nhiều hộp.

• Phương pháp lập trình 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 kiểu role.

Trong chương trình LAD các phần tử biểu diễn lệnh như sau :

- Tiếp điểm là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm kiểu role. Các

tiếp điểm đó có thể là thường đóng hoặc thường mở.

SVTK: Lê Hữu Thành



- 52 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên



Thuyết Minh Đồ án Tốt Nghiệp







Ứng Dụng PLC Vào Điều Khiển Thang Máy



- Cuộn dây (Coil) là biểu tượng mô tả rơ le được mắc theo chiều dòng

điện cung cấp cho role .

- Hộp (Box) là biểu tượng mô tả hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng

điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ

thời gian, bộ đếm và các hàm toán học. Cuộn dây và các hộp phải được mắc

đúng chiều dòng điện.

Mạng LAD là đường nối các phần tử thành 1 mạch hoàn thiện đi từ

đường nguồn bên trái là dây nóng, đường nguồn bên phải là dây trung hoà

hay là đường trở về của nguồn cung cấp. Dòng điện chạy từ trái qua phải các

tiếp điểm đóng đến các cuộn dây hoặc các hộp trở về bên phải nguồn.

• Phương pháp lập trình STL.

Phương pháp liệt kê lệnh STL là phương pháp thể hiện chương trình

dưới dạng tập hợp các câu lệnh, mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả những

lệnh hình thức biểu diễn một chức năng PLC.

Để tạo ra một chương trình STL, người lập trình cần hiểu rõ phương

thức sử dụng ngăn xếp logic của S7-200. Ngăn xếp logic là một khối bit

chồng lên nhau. Tất cả các thuật toán liên quan đến ngăn xếp đều chỉ làm việc

với bit đầu tiên hoặc với đầu và bit thứ 2 của các ngăn logic.

Bit đầu tiên của ngăn xếp

Bít thứ 2 của ngăn xếp

Bít thứ 3 của ngăn xếp

Bít thứ 4của ngăn xếp

Bít thứ 5 của ngăn xếp

Bít thứ 6 của ngăn xếp

Bít thứ 7của ngăn xếp

Bít thứ 8 của ngăn xếp

Bít thứ 9 của ngăn xếp



S0

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8



Giá trị logic mới đều có thể được gửi vào ngăn xếp. Khi phối hợp 2 bit

đầu tiên của ngăn xếp thì ngăn xếp sẽ được kéo thêm 1 bit.

3.1.2.2 – Cú pháp hệ lệnh của S7-200.

• Lệnh vào/ra.

SVTK: Lê Hữu Thành



- 53 -



GVHD: T.S Đỗ Trung Hải



Trường ĐHKT Công Nghiệp Thái Nguyên