›
›

Giáo trình Lý thuyết điều khiển logic - Nguyễn Bá Hội

pdf 124 trang ngocly 2450
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Lý thuyết điều khiển logic - Nguyễn Bá Hội", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_ly_thuyet_dieu_khien_logic_nguyen_ba_hoi.pdf

Nội dung text: Giáo trình Lý thuyết điều khiển logic - Nguyễn Bá Hội

  1. GIÁO TRÌNH LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC ThS. Nguyễn Bá Hội Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách khoa hoinb@ud.edu.vn Giáo trình đầy đủ bao gồm 3 phần: 1. Giáo trình lý thuyết 2. Giáo trình tập lệnh 3. Giáo trình bài tập
  2. nguyen ba hoi Chương 1 Giới thiệu 4 1.1. PLC 4 1.2. Thế hệ PLC S7-200 4 1.3. Thuật ngữ 5 Chương 2 Bắt đầu với S7-200 6 2.1. Hình dáng bên ngoài 6 2.2. Các thành viên họ S7-200 7 2.3. Module mở rộng 10 2.4. Chuẩn bị khi lập trình 14 Chương 3 Đấu nối S7-200 14 3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều 14 3.2. PLC sử dụng nguồn nuôi một chiều 15 3.3. Bảo vệ đầu ra PLC 16 3.4. Sơ đồ đấu nối chi tiết 17 Chương 4 Ngôn ngữ lập trình 20 4.1. Statement List (STL) 20 4.2. Ladder Logic (LAD) 20 4.3. Function Block Diagram (FBD) 21 4.4. Phân biệt SIMATIC với IEC 1131-3 21 Chương 5 Khái niệm, qui ước và đặc điểm lập trình 24 5.1. Cấu trúc chương trình 24 5.2. Phân loại lệnh 24 5.2.1 Lệnh cơ bản 24 5.2.2 Lệnh đặc biệt 24 5.2.3 Lệnh tốc độ cao 25 5.3. Qui ước 25 5.4. Ký hiệu 25 5.4.1 Contact 25 5.4.2 Coil 25 5.4.3 Box 25 5.5. Bài toán AND, OR 25 5.6. Trạng thái chương trình 26 5.7. Forcing 26 5.8. Bài toán logic tổng quát 27 Chương 6 STEP7-MicroWIN 31 6.1. Giao tiếp máy tính và PLC S7-200 (b2) 31 6.1.1 Đặt cấu hình cho cáp PC/PPI 31 6.1.2 Đặt cấu hình truyền thông cho CPU S7-200 32 6.2. Cách thức S7-200 lưu và phục hồi dữ liệu (b6) 32 6.2.1 Download và Upload 33 6.2.2 Lưu trữ vùng nhớ M khi mất nguồn 33 6.2.3 Phục hồi dữ liệu khi có nguồn trở lại 33 6.3. Mật khẩu (b6) 34 6.4. Gỡ rối (Debug) (b6) 34 6.5. Thông báo và xử lý lỗi (Troubleshooting) (b6) 35 Chương 7 I/O 36 7.1. Vào ra số (b3) 36 7.1.1 Nối dây và chương trình điều khiển 36 7.1.2 Ví dụ điều khiển motor 36 7.1.3 Mở rộng 38 7.2. Vào ra tương tự (b3) 40 7.2.1 Vào tương tự 40 7.2.2 Ví dụ ứng dụng 40 7.2.3 Ra tương tự 40 Trang 2
  3. nguyen ba hoi 7.3. I/O cục bộ và mở rộng (b3) 40 7.4. Lọc đầu vào số (b3) 41 7.5. Lọc đầu vào tương tự (b3) 41 7.6. Bắt xung vào (b3) 42 7.7. Bảng đầu ra (b3) 42 7.8. Vào ra tốc độ cao (b5) 43 7.8.1 HSC 43 7.8.2 PTO 44 7.8.3 PWM 44 7.9. Đinh chỉnh tương tự (b5) 44 Chương 8 Vòng quét 45 Chương 9 Bộ nhớ dữ liệu và cách định địa chỉ 48 9.1. Định địa chỉ trực tiếp 48 9.1.1 Vùng ảnh các đầu vào I 48 9.1.2 Vùng ảnh các đầu ra Q 49 9.1.3 Vùng nhớ các biến V 49 9.1.4 Vùng nhớ các bit M 49 9.1.5 Vùng nhớ các rơ le điều khiển tuần tự S 49 9.1.6 Vùng các bit đặc biệt SM 49 9.1.7 Vùng nhớ cục bộ L 50 9.1.8 Vùng các bộ định thời T 50 9.1.9 Vùng các bộ đếm C 51 9.1.10 Vùng các đầu vào tương tự AI 51 9.1.11 Vùng các đầu ra tương tự AQ 51 9.1.12 Các accumulator AC 52 9.1.13 Các bộ đếm tốc độ cao HC 52 9.1.14 Các hằng số 52 9.2. Định địa chỉ gián tiếp 53 9.3. Không gian địa chỉ các vùng nhớ 54 9.4. Bảo toàn dữ liệu 55 Chương 10 Timer và Counter 57 10.1. Các loại timer (b3) 57 10.2. TON (b3) 57 10.3. TONR (b4) 58 10.4. TOFF (b4) 59 10.5. Bài tập Timer (b4) 60 10.6. Chú ý khi dùng Timer với độ phân giải khác nhau (b4) 60 10.7. Counter (b5) 60 10.8. Counter tốc độ cao (b5) 60 Chương 11 Giải bài toán có cấu trúc 62 11.1. GBT bằng giản đồ thời gian (Timing diagram) 62 11.2. GBT bằng lưu đồ (flowchart) và các bit tuần tự (sequence bits) 62 11.3. GBT bằng sơ đồ trạng thái (state diagram) 62 11.4. Các lệnh còn lại trong tập lệnh 62 Chương 12 Ngắt 63 Chương 13 PID, Freeport 65 13.1. PID 65 13.2. Freeport 65 Chương 14 Các phương thức truyền thông 66 14.1. PPI 67 14.2. MPI 67 14.3. PROFIBUS 67 Trang 3
  4. nguyen ba hoi Chương 1 Giới thiệu 1.1. PLC PLC (Programmable Logic Controllers) là những bộ điều khiển lập trình được. Chúng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hay trong thương mại. PLC theo dõi các trạng thái ngõ vào, ra các quyết định theo chương trình định sẵn và xuất các tín hiệu điều khiển ra ngõ ra để tự động hóa quá trình (process) hay máy móc (machine). Hoạt động của PLC Ưu điểm của PLC so với đấu dây thuần túy · Kích cỡ nhỏ hơn · Thay đổi thiết kế dễ hơn và nhanh hơn khi có yêu cầu · Có chức năng chẩn đoán lỗi và ghi đè · Các ứng dụng có thể dẫn chứng bằng tài liệu · Các ứng dụng được nhân bản nhanh chóng và thuận tiện 1.2. Thế hệ PLC S7-200 S7-200 là PLC thuộc họ Micro Automation của hãng SIEMENS, có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá. Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S7-200 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động vừa và nhỏ. PLC S7-200 cho phép tự động hoá tối đa với chi phí tối thiểu. - Cài đặt, lập trình và vận hành rất đơn giản. - Các CPU có thể sử dụng trong mạng, hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn lẻ. - Có khả năng tích hợp trên quy mô lớn. - Ứng dụng cho những điều khiển đơn giản và phức tạp. - Truyền thông mạnh (PPI, Profibus-DP, AS- Trang 4
  5. nguyen ba hoi i). 1.3. Thuật ngữ Cảm biến Thiết bị chấp hành CPU, RAM, ROM, Firmware Ngõ vào rời rạc Ngõ ra rời rạc Ngõ vào tương tự Ngõ ra tương tự Trang 5
  6. nguyen ba hoi Chương 2 Bắt đầu với S7-200 2.1. Hình dáng bên ngoài Chỉ thị trạng thái Đánh số các ngõ vào ra Chuyển chế độ và hiệu chỉnh tương tự Cartridge Trang 6
  7. nguyen ba hoi Input Simulator Removable Terminal Strip 2.2. Các thành viên họ S7-200 Trang 7
  8. nguyen ba hoi Trang 8
  9. nguyen ba hoi Trang 9
  10. nguyen ba hoi 2.3. Module mở rộng Lắp đặt CPU và module Trang 10
  11. nguyen ba hoi Trang 11
  12. nguyen ba hoi Trang 12
  13. nguyen ba hoi Trang 13
  14. nguyen ba hoi 2.4. Chuẩn bị khi lập trình · PLC S7-200 CPU từ 221 đến 226XM · Máy tính (PC hoặc PG) · Phần mềm lập trình STEP7- MicroWin · Cáp truyền thông PC/PPI Chương 3 Đấu nối S7-200 3.1. PLC sử dụng nguồn nuôi xoay chiều [a] Công tắc ngắt nguồn cho CPU, toàn bộ mạch vào và ra của PLC. [b] Thiết bị chống quá dòng cho CPU, các mạch vào và ra. Có thể sử dụng cầu chì riêng cho từng phần (CPU, mạch vào, mạch ra) để bảo vệ tốt hơn. [c] Bảo vệ quá dòng cho mạch vào không cần thiết nếu các đầu vào sử dụng nguồn 24VDC do PLC cung cấp. Nguồn này (gọi là nguồn cảm biến) đã được thiết kế chống ngắn mạch. Trang 14
  15. nguyen ba hoi [d] Nối đầu đấu mát của PLC vào điểm nối đất gần nhất để chống nhiễu. Tất cả các đầu đấu mát trong một hệ thống nên được đấu vào cùng một điểm. Tốt nhất nên sử dụng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm(. [e] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng cho mạch các đầu vào. [f] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng cho mạch các đầu vào mở rộng. [g] Nguồn 24VDC do PLC cung cấp (nguồn cảm biến) có thể được sử dụng nuôi các module ra mở rộng. (Nguồn cảm biến này đã được thiết kế chống ngắn mạch.) [h] Trong đa số các trường hợp, nối đất đầu M của nguồn cảm biến 24VDC này là một trong những cách chống nhiễu tốt nhất. 3.2. PLC sử dụng nguồn nuôi một chiều [a] Công tắc ngắt nguồn cho CPU, toàn bộ mạch vào và ra của PLC. [b] Thiết bị bảo vệ quá dòng cho CPU. [c] Thiết bị bảo vệ quá dòng cho mạch vào. [d] Thiết bị bảo vệ quá dòng cho mạch ra. [e] Cần đảm bảo nguồn một chiều có đủ độ “cứng” cần thiết nhất là trong các trường hợp tải thay đổi (đóng ngắt đầu ra). Nếu cần phải đấu thêm tụ điện ngoài. [f] Trong đa số các trường hợp, nối đất đầu âm của tất cả các nguồn 24VDC là một trong những cách chống nhiễu tốt nhất. [g] Điện trở cho phép dòng điện rò chạy qua để chống hiện tượng tích điện tĩnh (thường có giá trị khoảng 1M(). Tụ điện chống các nhiễu hài bậc cao (thường có giá trị khoảng 4700 pF). Trang 15
  16. nguyen ba hoi [h] Nối đầu đấu mát của PLC vào điểm nối đất gần nhất để chống nhiễu. Tất cả các đầu đấu mát trong một hệ thống nên được đấu vào cùng một điểm. Tốt nhất nên sử dụng dây 14 AWG hay dây 1.5 mm(. Chỉ sử dụng nguồn cung cấp 24VDC có cách điện tốt với lưới điện xoay chiều cũng như với các nguồn điện khác. 3.3. Bảo vệ đầu ra PLC § B ả o vệ các đầu ra 24V một chiều (Transistors) § B ả o vệ rơ le đóng ngắt dòng điện một chiều § Bảo vệ rơ le đóng ngắt dòng điện xoay chiều Trang 16
  17. nguyen ba hoi 3.4. Sơ đồ đấu nối chi tiết Trang 17
  18. nguyen ba hoi Trang 18
  19. nguyen ba hoi Trang 19
  20. nguyen ba hoi Chương 4 Ngôn ngữ lập trình Có 03 ngôn ngữ lập trình thông dụng cho PLC, (ta tạm dùng chữ “ngôn ngữ” để chỉ môi trường (editor) lập trình cho PLC). 03 ngôn ngữ thông dụng đó là: Statement List (STL), Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD) Với S7-200, mỗi ngôn ngữ có thể sử dụng tập lệnh SIMATIC hay tập lệnh theo chuẩn IEC 1131-3, riêng STL chỉ có thể sử dụng tập lệnh SIMATIC. 4.1. Statement List (STL) STL cho phép tạo chương trình bằng cách viết từng câu lệnh, khác với hai ngôn ngữ kia là dạng đồ họa. Chính vì thế trong STL có thể viết những chương trình mà trong hai ngôn ngữ còn lại không viết được, bởi vì nó sát với ngôn ngữ máy hơn, không bị giới hạn bởi các qui tắc đồ họa. STL thường dành cho các lập trình viên giàu kinh nghiệm. STL có nhiều nét tương tự ngôn ngữ lập trình Assembler. Một khái niệm rất quan trọng trong STL là Ngăn xếp (Stack), khái niệm này không có trong LAD và FBD. Ngăn xếp trong STL về kích thước nhỏ hơn nhiều so với khái niệm ngăn xếp trong Assembler, chỉ bao gồm 09 bits. Tuy nhiên nó lại đóng vai trò lớn hơn, ảnh hưởng tới sự thực hiện của hầu hết các lệnh và các lệnh cũng luôn tác động tới nội dung ngăn xếp. STL thường dành cho các lập trình viên giàu kinh nghiệm; STL có thể giải quyết được một số vấn đề không thể giải quyết dễ dàng trong LAD và FBD; STL chỉ có thể sử dụng với tập lệnh SIMATIC; Mọi chương trình viết bằng LAD hay FBD đều có thể chuyển về xem và sửa trong STL nhưng không phải tất cả những chương trình viết trong STL đều có thể xem bằng LAD hoặc FBD. 4.2. Ladder Logic (LAD) Một chương trình viết trong LAD rất giống với một sơ đồ điện, vì thế được rất nhiều người lựa chọn khi lập trình cho PLC nói chung. Chương trình thường được chia thành nhiều phần nhỏ, rất dễ hiểu và tương đối độc lập gọi “network”. Những thành phần cơ bản của một chương trình trong LAD là các tiếp điểm (contacts) - đại diện cho các đầu vào như nút bấm, tiếp điểm, điều kiện, . . . các cuộn dây (coils) - đại Trang 20
  21. nguyen ba hoi diện cho các đầu ra như đèn, van, cuộn hút, . . và các hộp (box) - đặc trưng cho các phép tính, các bộ định thời, các bộ đếm, . . . Những lý do chính để LAD được yêu thích là: dễ hiểu cho người mới bắt đầu; dễ sử dụng và thông dụng trên toàn thế giới; bao gồm tập lệnh SIMATIC và cả IEC 1131-3; dễ dàng chuyển sang dạng STL. 4.3. Function Block Diagram (FBD) Ví dụ chương trình trong FBD cho thấy nó rất giống với một sơ đồ mạch điện tử số. Đó là ưu điểm của FBD. FBD bao gồm cả tập lệnh SIMATIC và IEC 1131-3 và dễ dàng chuyển sang STL. 4.4. Phân biệt SIMATIC với IEC 1131-3 Tập lệnh SIMATIC được thiết kế dành cho S7-200. Tập lệnh này có vẻ riêng và hoạt động cũng có hơi khác so với các tập lệnh dành cho các loại PLC khác. Tuy nhiên hầu hết các loại PLC trên thế giới đều sử dụng những tập lệnh có rất nhiều nét tương đồng như tập lệnh này, với đôi nét khác biệt nhỏ giữa các nhà sản xuất PLC khác nhau. Đối với S7-200, các lệnh SIMATIC là tối ưu về mặt thời gian (thực hiện nhanh nhất). Ngoài ra tập lệnh SIMATIC sử dụng được trong cả ba ngôn ngữ STL, LAD và FBD. Tập lệnh IEC 1131-3, đối lại, tuân thủ theo đúng chuẩn qui định bởi Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (International Electrotechnical Commission). Ủy ban này là một tổ chức có hoạt động rộng rãi cũng như có uy tín cao trên thế giới. Trong vài năm trở lại đây, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của PLC, IEC cố gắng đưa ra một chuẩn chung nhằm thống nhất các nhà sản xuất PLC khắp nơi trên toàn cầu, để xây dựng một tập lệnh có hình thức cũng như cách hoạt động giống nhau cho mọi loại PLC, tạo dễ dàng cho người sử dụng. Như vậy, tập lệnh IEC 1131-3 bị giới hạn trong số các lệnh chung nhất của các nhà sản xuất PLC khác nhau trên thế giới. Nhiều lệnh bình thường trong SIMATIC không còn là lệnh chuẩn trong hệ IEC 1131-3. Tất nhiên, người sử dụng vẫn có thể dùng những lệnh này trong IEC 1131-3 như các lệnh ‘ngoại chuẩn’, nhưng khi đó chương trình không còn hoàn toàn tương thích với chuẩn IEC 1131-3 nữa. Một số lệnh trong IEC 1131-3 chấp nhận nhiều dạng dữ liệu. Ví dụ lệnh cộng số học trong SIMATIC có nhiều kiểu lệnh: ADD_I để cộng các số nguyên, ADD_R dành cho các số thực; Trong khi đó chỉ có một lệnh cộng ADD trong IEC 1131-3, lệnh này tự động kiểm tra dạng dữ liệu của các toán hạng và biên dịch thành lệnh thích hợp cho CPU. Điều này, cũng được gọi là “overloading”, tiết kiệm thời gian quí giá cho người lập trình. Các lỗi cú pháp ít hơn trong IEC 1131-3 vì dạng dữ liệu được tự động kiểm tra. Tóm lại với tập lệnh theo chuẩn IEC 1131-3, người sử dụng dễ dàng hơn trong việc làm quen với PLC nói chung. Số lệnh được sử dụng cũng ít hơn, tuy nhiên các lệnh SIMATIC vẫn có thể được sử dụng. Nhiều lệnh khác với những lệnh tương ứng trong SIMATIC như các bộ định thời, bộ đếm, các lệnh nhân, chia, . . . Các lệnh trong IEC 1131-3 có thể có thời gian thực hiện lâu hơn. Các lệnh này chỉ có trong LAD và FBD (không áp dụng được trong STL). IEC 1131-3 chỉ định rằng phải định nghĩa dạng dữ liệu cho các biến và cung cấp khả năng kiểm tra tính hợp lệ của các biến. Trang 21
  22. nguyen ba hoi Trong nội dung tài liệu này chúng ta sẽ không đi sâu hơn về vấn đề đang nêu mà chỉ điểm qua một số khái niệm cơ bản. Trước hết là những dạng dữ liệu cơ bản: Có 03 mức kiểm tra tính hợp lệ của dữ liệu: kiểm tra chặt chẽ (strong data type checking), kiểm tra đơn giản (simple data type checking) hoặc không kiểm tra (no data type checking). Trong IEC 1131-3 áp dụng mức kiểm tra chặt chẽ còn trong SIMATIC chỉ kiểm tra đơn giản. Kiểm tra chặt chẽ nghĩa là dạng dữ liệu phải tuyệt đối phù hợp, thường thì mỗi lệnh yêu cầu đúng một loại dữ liệu nào đó và điều này phải được đáp ứng (tất nhiên không kể trường hợp các lệnh “overloading” như đã nêu ở trên). Trong khi đó kiểm tra đơn giản chỉ kiểm tra dung lượng bộ nhớ của biến (số bit mà biến đó chiếm), ví dụ biến dạng WORD (không dấu) và dạng INT (có dấu) không bị phân biệt vì đều chiếm 16 bit trong bộ nhớ. Lưu ý trong kiểm tra đơn giản, dạng REAL vẫn được phân biệt riêng dù cũng chiếm 32 bit như các dạng DWORD và DINT. Không kiểm tra dạng dữ liệu áp dụng cho các biến chung (global) trong SIMATIC, ví dụ VD100 chiếm 32 bit có thể được hiểu như DWORD, DINT hay REAL. Sau đây là các dạng dữ liệu tổng hợp: Việc kiểm tra tính hợp lệ của dữ liệu hay không kiểm tra đóng vai trò rất quan trọng. Ví dụ trong các lệnh so sánh số nguyên (>I, <I), nếu số dạng WORD được hiểu là số dạng INT thì PLC có thể cho rằng 40000 nhỏ hơn 1. Do việc kiểm tra tính hợp lệ của dữ liệu trong IEC 1131-3 và SIMATIC khác nhau nên không thể chuyển đổi chương trình giữa hai dạng lệnh này được. Cần phải lựa chọn một tập lệnh duy nhất để sử dụng ngay từ đầu, khi bắt đầu tạo chương trình. Như trên có nhắc đến các lệnh “overloading”, sau đây là một ví dụ đơn giản về việc kiểm tra dạng dữ liệu cho những lệnh này: ta thực hiện lệnh cộng ADD hai toán hạng IN1 (dạng INT) và IN2 (dạng WORD), lưu kết quả vào OUT (dạng INT). Trong IEC 1131-3 sẽ báo lỗi biên dịch (kiểm tra chặt chẽ) còn với kiểm tra bình thường thì lệnh trên được hiểu là lệnh ADD_I (cộng số nguyên). Khi kiểm tra bình thường (đơn giản), lệnh cộng ADD hai số 40000 và 1 sẽ cho kết quả là một số âm chứ không phải là 40001. Một điều cũng nên nhắc đến là các lệnh “overloading” sử dụng cách đánh địa chỉ gián tiếp. Do cách đánh địa chỉ gián tiếp không xác định dạng dữ liệu của toán hạng nên lệnh thực hiện tự xác định theo dạng của các toán hạng còn lại. Khi không làm được điều này (toàn địa chỉ gián tiếp hay sử dụng accumulator chẳng hạn) thì sẽ báo lỗi biên dịch. Điều cuối cùng cần nói đến trong phần này là việc chuyển dạng dữ liệu. Tồn tại các lệnh riêng để chuyển số liệu từ dạng này sang dạng khác, chẳng hạn chuyển số -5 (dạng INT) thành -5.00 (dạng REAL). Một cách chuyển dạng dữ liệu khá thông dụng là bằng lệnh Trang 22
  23. nguyen ba hoi “overloading” MOVE, cho phép chuyển số liệu khác dạng nhưng cùng kích thước (chiếm cùng số bit trong bộ nhớ, ví dụ như INT và WORD, DWORD và DINT). Trang 23
  24. nguyen ba hoi Chương 5 Khái niệm, qui ước và đặc điểm lập trình STEP7-MicroWIN là phần mềm được sử dụng với PLC S7-200 để tạo ra chương trình điều khiển PLC. Sắp xếp các lệnh theo một trật tự logic hợp lí để tạo nên một đoạn chương trình vận hành PLC mong muốn. Các lệnh được chia thành 3 nhóm lệnh như sau: lệnh cơ bản, lệnh đặc biệt và lệnh tốc độ cao. 5.1. Cấu trúc chương trình Cấu trúc một chương trình trong PLC khá đơn giản, chương trình được tạo thành từ 03 thành phần cơ bản: một chương trình chính (main program); có thể có một hay nhiều chương trình con (subroutines); các chương trình con xử lý ngắt (interrupt routines) có thể có hoặc không. · Chương trình chính bao gồm các lệnh điều khiển ứng dụng. Các lệnh này được thực hiện tuần tự một cách liên tục, cứ mỗi vòng quét một lần. · Các chương trình con, có thể có hoặc không tùy yêu cầu, chỉ được thực hiện nếu được gọi đến từ chương trình chính. · Các chương trình con xử lý ngắt (có thể có hoặc không) được thực hiện khi xảy ra sự kiện gắn với ngắt tương ứng. Sự kiện đó có thể là sự thay đổi mức ở một đầu vào, bộ định thời đếm đủ hay nhận được dữ liệu trên cổng truyền thông, . . . 5.2. Phân loại lệnh 5.2.1 Lệnh cơ bản Là những lệnh được tìm thấy trong hầu hết các chương trình như: timer, counter, math, logical, increment/decrement/invert, move, & block instructions. 5.2.2 Lệnh đặc biệt Dùng để thao tác dữ liệu: shift, table, find, conversion, for/next, & real-time instructions. Trang 24
  25. nguyen ba hoi 5.2.3 Lệnh tốc độ cao Cho phép các sự kiện hoặc ngắt xảy ra độc lập với thời gian một vòng quét. Bao gồm high-speed counters, interrupts, output & transmit instructions. 5.3. Qui ước #, “?.?”, “????”, >>, EN, ENO 5.4. Ký hiệu Ngôn ngữ LAD bao gồm các ký hiệu thông dụng đại diện cho các thành phần điều khiển. 5.4.1 Contact 5.4.2 Coil Coil đại diện cho relay. Được cấp năng lượng khi có nguồn cung cấp. Khi có năng lượng nghĩa là ngõ ra thay đổi trạng thái sang ON, và bit trạng thái lên 1. Bit trạng thái này có thể được sử dụng để điều khiển NO hay NC ở bất cứ đâu trong chương trình. 5.4.3 Box Box = function, các box chứa bên trong nhiều câu lệnh để thực thi nhiệm vụ của một khối chức năng. Các box có thể là timer, counter hay các phép toán học. 5.5. Bài toán AND, OR Trang 25
  26. nguyen ba hoi 5.6. Trạng thái chương trình 5.7. Forcing Trang 26
  27. nguyen ba hoi 5.8. Bài toán logic tổng quát Trang 27
  28. nguyen ba hoi Trang 28
  29. nguyen ba hoi Hệ thống cảnh báo trộm (Burglar Alarm System): Đơn giản biểu thức và viết chương trình LAD: Trang 29
  30. nguyen ba hoi Đơn giản biểu thức và viết chương trình LAD: Viết chương trình LAD khi trước và sau khi tối giãn: Bảng Karnagh: Trang 30
  31. nguyen ba hoi Chương 6 STEP7-MicroWIN STEP 7–Micro/WIN là phần mềm của hãng SIEMENS chạy được trên các hệ điều hành Windows 95/98/Me/NT/2000/XP hỗ trợ việc lập trình và cấu hình PLC họ S7- 200 từ đơn giản đến phức tạp. Ngoài ra, nó còn có thể cấu hình cho một số màn hình giao diện người-máy (HMI), truyền thông giữa các thiết bị trong họ MICROMASTER. Với STEP 7–Micro/WIN, người lập trình tiết kiệm rất nhiều thời gian, có thể chuyển đổi giữa các kiểu soạn thảo tiêu chuẩn STD, LAD và FBD; tạo được các thư viện người dùng riêng. Tools: Program Block: cửa sổ soạn thảo. Data Block: Gán địa chỉ và giá trị đầu. Symbol Table: để đánh địa chỉ cho các biến. Local Variable Table: khai báo các biến địa phương cho các chương trình con hoặc chương trình con ngắt. Status Chart. System Block. Communications. Set PG/PC interface. Instructions: Bit logic, clock, comm, compare, convert, counter, floating-point math, integer math, int, logical operation, move, program control, shift/rotate, string, table, timer, call. 6.1. Giao tiếp máy tính và PLC S7-200 (b2) 6.1.1 Đặt cấu hình cho cáp PC/PPI Trang 31
  32. nguyen ba hoi Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhắp chuột lên biểu tượng Communications hoặc chọn View ® Component ® Communications. Trên hộp đối thoại xuất hiện (Communications Setup), nhắp đúp lên biểu tượng PC/PPI Cable. Xuất hiện hộp thoại Setting the PG/PC Interface, chọn nút Properties và kiểm tra các tham số. Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhắp chuột lên biểu tượng Communications hoặc chọn View ® Component ® Communications. Trên hộp đối thoại xuất hiện (Communications Setup), nhắp đúp lên biểu tượng Refresh. CPU đang được kết nối (và được cấp nguồn) sẽ xuất hiện như một biểu tượng. Có thể nhắp đúp lên biểu tượng này để kiểm tra các thông số của PLC tương ứng. 6.1.2 ặt cấu hình truyền thông cho CPU S7-200 Trong cửa sổ STEP 7 - MicroWin 32, nhắp chuột lên biểu tượng System Block hoặc chọn Menu View > Component System Block. Trên hộp đối thoại xuất hiện (System Block), chọn trang Port(s) để xem và thay đổi các tham số truyền thông. 6.2. Cách thức S7-200 lưu và phục hồi dữ liệu (b6) Trang 32
  33. nguyen ba hoi 6.2.1 Download và Upload 6.2.2 Lưu trữ vùng nhớ M khi mất nguồn 6.2.3 Phục hồi dữ liệu khi có nguồn trở lại Định nghĩa bộ nhớ dữ liệu cần lưu giữ: Trên đây chúng ta nhận thấy rằng, bộ nhớ dữ liệu không phải toàn bộ đều được lưu giữ trong EEPROM mà chỉ một phần, được định nghĩa như là phần “retentive”. Phần này được định nghĩa bằng cách chọn thực đơn View ®Component®System Block và chọn Tag Retentive Ranges: Trang 33
  34. nguyen ba hoi Chú ý: vùng M mặc định được xem là “non- retentive”, khi đó không sử dụng đặc điểm lưu giữ dữ liệu lúc mất điện có nói đến trên đây. Phần được lưu giữ trong các vùng T và C (nếu được định nghĩa) là những giá trị đếm, các bit trạng thái không được lưu giữ. Trong vùng T chỉ được phép định nghĩa những timer dạng TONR, không phải TON. 6.3. Mật khẩu (b6) Tất cả các CPU đời S7-200 đều có khả năng bảo vệ và hạn chế truy nhập bằng mật khẩu. Có 3 mức hạn chế, trong đó người sử dụng sẽ được toàn quyền nếu có mật khẩu, nếu không có, người sử dụng sẽ bị hạn chế quyền tùy theo mức được đặt mật khẩu như trong bảng dưới đây: Ta có thể thấy thực tế chỉ có 02 mức bảo vệ, mức 1 chính là mức không hạn chế gì (không có mật khẩu). Nếu quên mật khẩu, chỉ có cách xóa bộ nhớ của CPU và nạp lại chương trình. Lúc bị xóa bộ nhớ, CPU chuyển về chế độ STOP, cấu hình mặc định như khi mới xuất xưởng trừ địa chỉ CPU, tốc độ truyền thông và đồng hồ thời gian thực. Cần chú ý điều kiện an toàn khi PLC ở trong hệ thống vì tất cả các đầu ra sẽ chuyển về “0”. Để xóa, vào menu chính PLC®Clear Nếu chương trình có mật khẩu, một hộp thoại sẽ hiện ra hỏi, ta phải gõ vào mật khẩu xóa (clearplc). Động tác này không xóa chương trình trong “Cartridge”. Vì chương trình được lưu cùng với mật khẩu nên ta cũng phải nạp lại chương trình cho cartridge để xóa mật khẩu cũ. Đặt mật khẩu bằng cách vào menu chính View®Component®System Block và chọn tag Password. 6.4. Gỡ rối (Debug) (b6) Vào Menu Debug ®Multiple Scans và chọn số vòng quét muốn gỡ lỗi. Trang 34
  35. nguyen ba hoi 6.5. Thông báo và xử lý lỗi (Troubleshooting) (b6) Phần này chỉ dành cho lập trình viên có kinh nghiệm. Thông thường lỗi được chia thành 02 loại chính: nghiêm trọng và không nghiêm trọng (fatal errors & non-fatal errors). Lỗi nghiêm trọng gây ngừng chương trình và ta phải tiến hành “Reset” (bằng một trong 03 cách: tắt rồi bật nguồn, chuyển công tắc về STOP rồi bật lên lại, vào menu chính PLC®Power-Up Reset), lỗi này có thể được thông báo trên đèn LED phía trước CPU. Lỗi không nghiêm trọng bao gồm lỗi lúc chạy chương trình (run-time errors), lỗi lúc biên dịch (program-compile errors) và lỗi do chương trình thực hiện. Lỗi không nghiêm trọng không gây ngừng chương trình, trừ khi được lập trình với lệnh STOP, ví dụ: Lỗi do chương trình thực hiện là lỗi gây nên bởi lô gic của người lập trình. Ta có thể xử lý các lỗi còn lại với sự trợ giúp của phương tiện lập trình (vào menu chính PLC®information) và tra mã lỗi trong phụ lục kèm theo (C Error Codes trong System Manual). Trang 35
  36. nguyen ba hoi Chương 7 I/O Các ngõ vào ra chính là các điểm điều khiển của một hệ thống: các ngõ vào phản ảnh trạng thái các thiết bị như các đầu dò, các công tắc, và các đầu ra điều khiển những bộ phận chấp hành như mô tơ, bơm, van, 7.1. Vào ra số (b3) 7.1.1 Nối dây và chương trình điều khiển 7.1.2 Ví dụ điều khiển motor Chương trình: Trang 36
  37. nguyen ba hoi Trang 37
  38. nguyen ba hoi 7.1.3 Mở rộng Thêm chuyển mạch giới hạn Trang 38
  39. nguyen ba hoi 2 motor? Trang 39
  40. nguyen ba hoi 7.2. Vào ra tương tự (b3) Giá trị tương tự phổ biến cho S7-200 là 0-10VDC hoặc 4-20mA. Các đại lượng tương tự có thể là tốc độ, nhiệt độ, trọng lượng, mức Khi chuyển sang giá trị thì thường là giá trị số 12 bit được lưu giữ trong thanh ghi hay tại các vị trí từ đơn. Thực nghiệm tính năng Trend View để xem dạng sóng vào chân tương tự PLC. 7.2.1 Vào tương tự 1 kg = 2,2 lbs 7.2.2 Ví dụ ứng dụng 7.2.3 Ra tương tự 7.3. I/O cục bộ và mở rộng (b3) Cấu trúc MODULE của S7-200 tạo sự linh hoạt tối đa để giải quyết các bài toán, nó cho phép chúng ta chọn số đầu vào ra tối ưu về mặt kinh tế. Tăng số ngõ vào ra bằng các module mở rộng. Trang 40
  41. nguyen ba hoi Các module mở rộng này được cắm nối tiếp nhau vào bên phải CPU. Địa chỉ các đầu vào ra trên các module mở rộng được tính liên tiếp, riêng cho từng loại (vào, ra, vào tương tự, ra tương tự) không ảnh hưởng lẫn nhau. Các đầu vào ra rời rạc được định địa chỉ chẵn byte, nghĩa là trên một module phải bắt đầu bằng x.0, x.1, còn các đầu vào ra tương tự được định địa chỉ theo từ đơn, cách hai, nghĩa là bằng các số chẵn: AIW0, AIW2, AIW4, AQW0, AQW2, AQW4, 7.4. Lọc đầu vào số (b3) S7-200 có khả năng lọc các đầu vào số (chỉ các đầu cục bộ) bằng thời gian trễ để loại trừ hiện tượng nhiễu xung (có thể chọn từ 0.2 ms đến 12.8 ms). Tất nhiên, điều đó sẽ làm chậm tín hiệu vào. Chúng ta có thể đặt thời gian trễ thích hợp cho từng nhóm 04 đầu vào trong cấu hình của CPU bằng vào menu chính View®Component®System Block và chọn tag Input Filters. 7.5. Lọc đầu vào tương tự (b3) Các đầu vào tương tự, cũng như các đầu vào rời rạc, có thể được lọc để chống hiện tượng nhiễu. Bản chất bộ lọc của một đầu vào tương tự là phép tính giá trị trung bình một số hữu hạn các giá trị lấy mẫu liên tiếp, nhằm giảm tác động của các giá trị ngoại lai. Tất nhiên tác động của bộ lọc bao giờ cũng làm chậm tín hiệu, trong trường hợp này có thể không thích hợp nếu đầu vào biển đổi nhanh. S7-200 xử lý vấn đề đó bằng khái niệm “deadband”: nếu giá trị lấy mẫu vượt ra ngoài khoảng qui định so với giá trị trung bình thì bộ lọc không tính giá trị trung bình nữa mà cập nhật luôn giá trị mới. Trong mọi trường hợp, người lập trình có thể bật hay tắt chức năng lọc cho từng đầu vào theo yêu cầu và cũng có thể đặt thông số chung cho các bộ lọc tương tự (số giá trị để tính trung bình, deadband) thông qua menu chính View®Component®System Block và chọn tag Analog Input Filters. Trang 41
  42. nguyen ba hoi 7.6. Bắt xung vào (b3) Bên cạnh vấn đề lọc đầu vào, chúng ta có thể nêu vấn đề một cách logic: PLC có thể bỏ qua những xung quá ngắn ở đầu vào ngoài ý muốn của chúng ta. Bởi vì chúng ta đã biết CPU chỉ cập nhật các đầu vào mỗi vòng quét một lần. S7-200 khắc phục điểm yếu này bằng chức năng “pulse catch”: Ta có thể bật hoặc tắt tính năng này cho mỗi đầu vào cục bộ trong cấu hình CPU từ menu chính View®Component®System Block và chọn tag Pulse Catch Bits. Ví dụ minh họa: 7.7. Bảng đầu ra (b3) Bảng các đầu ra (output table) qui định trạng thái cho các đầu ra rời rạc khi CPU chuyển từ chế độ RUN sang chế độ STOP (bằng 0, 1 hay giữ nguyên trạng thái). Điều này rất quan trọng vì mục đích an toàn. Chúng ta định nghĩa bảng các đầu ra trong cấu hình của CPU bằng cách chọn menu chính View®Component®System Block và chọn tag Output Table. Trang 42
  43. nguyen ba hoi 7.8. Vào ra tốc độ cao (b5) Khác với các vi mạch điện tử, các mạch điều khiển tự động thông thường hoạt động với tốc độ thấp hơn. Tuy nhiên, thỉnh thoảng chúng ta cũng cần ghi nhận và xử lý những biến đổi tốc độ cao. S7-200 đáp ứng yêu cầu này bằng các đầu vào và các bộ đếm tốc độ cao cũng như bằng đầu ra xung tốc độ cao. 7.8.1 HSC HSC: Bộ đếm tốc độ cao. Các bộ đếm tốc độ cao trong S7-200 có khả năng đếm những tần số đến 20 kHz với nhiều chế độ hoạt động khác nhau: · HSC0 và HSC4 hoạt động ở một trong 08 chế độ, có thể đếm các đầu vào một pha hoặc hai pha. · HSC1 và HSC2 có 12 chế độ hoạt động, với các đầu vào một pha hoặc hai pha. · HSC3 và HSC5 là những bộ đếm đơn giản, với một chế độ hoạt động và chỉ đếm đầu vào một pha. Xem các bảng tóm tắt về các bộ đếm này bên dưới. Chúng ta nhận thấy rằng nếu sử dụng HSC0 trong những chế độ từ 3 đến 11 thì không thể sử dụng HSC3 bởi vì HSC0 và HSC3 cả hai đều dùng đầu vào I0.1. Tương tự như thế đối với HSC4 và HSC5. I0.0 đến I0.3 còn có thể được sử dụng làm các đầu vào gây ngắt, cần chú ý không sử dụng chúng vừa làm các đầu vào gây ngắt vừa làm các đầu vào bộ đếm tốc độ cao. Nếu HSC0 đang hoạt động ở chế độ 2, chỉ sử dụng I0.0 và I0.2 thì I0.1 vẫn có thể được khai thác bởi ngắt hay HSC3. Hai bộ đếm HSC1 và HSC2 hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau, có thể khai thác tối đa cả hai cùng một lúc mà không hề ảnh hưởng lẫn nhau. Trang 43
  44. nguyen ba hoi Ngõ ra xung tốc độ cao: S7-200 cho phép sử dụng Q0.0 và Q0.1 như những đầu ra phát xung tốc độ cao, dạng PTO hoặc PWM. Chi tiết xem chương 8, sau đây là vài nét sơ lược: 7.8.2 PTO Xung kiểu PTO (Pulse Train Output) là sóng vuông, 50% chu kỳ có giá trị 0, 50% chu kỳ có giá trị 1. Có thể định nghĩa số xung phát ra nằm trong khoảng từ 1 xung đến 4.294.967.295 xung. Chu kỳ có thể xác định theo độ phân giải là us hoặc ms với giá trị từ 50us đến 65535us hay từ 2 ms đến 65535 ms. Lưu ý nên chọn chu kỳ là số chẵn (chu kỳ lẻ có thể gây biến dạng sóng). S7-200 còn cho phép tạo dãy xung PTO với chu kỳ biến thiên theo qui luật tùy biến, điều khiển động cơ bước chẳng hạn. 7.8.3 PWM Xung kiểu PWM (Pulse Width Modulation) có chu kỳ cố định và độ rộng xung (thời gian có giá trị bằng 1) thay đổi. Cả hai giá trị này đều có thể xác định theo độ phân giải là us hoặc ms. Chu kỳ xung có thể nằm trong khoảng từ 50us đến 65535us hay từ 2ms đến 65535 ms. Độ rộng xung có thể nằm trong khoảng từ 0us đến 65535us hay từ 0ms đến 65535 ms. Nếu độ rộng xung bằng chu kỳ, đầu ra = 1. Nếu độ rộng xung bằng 0, đầu ra = 0. 7.9. Đinh chỉnh tương tự (b5) S7-200 CPU có 1 hoặc 2 đinh chỉnh tương tự phía trước. Ta có thể vặn chúng theo chiều kim đồng hồ hay ngược lại trong khoảng 270 (để tăng hay giảm giá trị tương ứng với chúng là các byte trong SMB28 và SMB29. Như vậy những giá trị này có thể thay đổi trong khoảng từ 0 đến 255 và chương trình có thể sử dụng chúng như những giá trị chỉ đọc, thay đổi được theo sự can thiệp từ ngoài chương trình. Ví dụ: Trang 44
  45. nguyen ba hoi Chương 8 Vòng quét Các lập trình viên trên máy vi tính thường quen với các loại cấu trúc chương trình như: chương trình kiểu dòng lệnh (Assembler, Basic); chương trình kiểu cấu trúc (C, Pascal); chương trình hướng đối tượng (Visual Basic, C, Pascal for Windows). Các kiểu chương trình này thông thường hoặc kết thúc sau khi thực hiện, hoặc tiếp tục một cấu trúc vòng lặp nào đó chờ tương tác với người sử dụng. Chương trình trong PLC cũng có thể bao gồm các cấu trúc vòng lặp nhưng không phải với mục đích như trên. Chương trình trong PLC nhìn chung giống dạng chương trình kiểu dòng lệnh, ở đó các lệnh được thực thi một cách tuần tự. Tuy nhiên một chương trình trong PLC sẽ được tự động thực hiện một cách tuần hoàn. Cứ một lần chương trình được thực hiện gọi là một vòng quét (SCAN). Vòng quét khi CPU ở chế độ RUN: Theo hình vẽ chúng ta dễ dàng nhận thấy những công đoạn chính của một vòng quét: · Đầu tiên là cập nhật các đầu vào. Đầu mỗi vòng quét, CPU đọc trạng thái các đầu vào vật lý (các đầu vào rời rạc hiện hữu thực tế trên PLC) và ghi vào “vũng ảnh các đầu vào”. Đây là một vùng nhớ, mỗi bit trong vùng này là “ảnh” của một đầu vào, “ảnh” được cập nhật trạng thái từ đầu vào vật lý tương ứng chính ở trong công đoạn này. Về sau trong vòng quét, chương trình hiểu các giá trị đầu vào là các giá trị ảnh này, trừ những lệnh truy cập giá trị “tức khắc” (immediate). Lưu ý, các đầu vào tương tự (analog) chỉ được cập nhật như thế nếu bộ lọc (filter) tương ứng hoạt động. Trong trường hợp ngược lại, chương trình sẽ đọc trực tiếp từ đầu vào tương tự vật lý mỗi khi truy cập. Cụ thể hơn về các đầu vào ra sẽ được nói đến ở chương 6. · Tiếp theo là thực hiện chương trình. thực thi các lệnh trong chương trình chính một cách tuần tự từ đầu đến cuối. Chương trình xử lý ngắt được thực hiện không liên quan đến vòng quét mà bất cứ lúc nào xảy ra sự kiện ngắt liên quan. Chỉ những lệnh vào ra “tức khắc” mới truy cập đến các đầu vào ra vật lý. · Thực hiện các yêu cầu truyền thông: CPU xử lý các thông tin nhận được trên cổng truyền thông. Trang 45
  46. nguyen ba hoi · CPU tự kiểm tra: CPU tự kiểm tra các thông số của mình, bộ nhớ chương trình (chỉ trong chế độ RUN) và trạng thái các module nếu có. · Cuối cùng là ghi các đầu ra: CPU ghi giá trị “vùng ảnh các đầu ra” ra các đầu ra vật lý. Vùng ảnh này được cập nhật theo chương trình trong quá trình thực hiện chương trình. Khi CPU chuyển từ chế độ RUN sang chế độ STOP, các đầu ra có thể có giá trị như trong “bảng ra”, hay giữ nguyên giá trị. Thông thường mặc định là các đầu ra trở về “0”. Riêng các đầu ra tương tự giữ nguyên giá trị được cập nhật sau cùng. Nếu có sử dụng ngắt, các chương trình xử lý ngắt được lưu như một phần của chương trình trong bộ nhớ. Tuy nhiên chúng không được thực hiện như một phần của vòng quét bình thường. Chúng được thực hiện khi sự kiện tương ứng xảy ra, bất kỳ lúc nào trong vòng quét, theo nguyên tắc ngắt đến trước được xử lý trước, tất nhiên có tính đến mức độ ưu tiên của các loại ngắt khác nhau. Như trên đã nêu, trong quá trình thực hiện, chương trình truy cập đến các đầu vào và đầu ra thông qua vùng ảnh của chúng. Vùng ảnh các đầu vào được cập nhật từ các đầu vào vật lý một lần trong một vòng quét, ngay ở đầu vòng quét. Vùng ảnh các đầu ra cũng cập nhật ra các đầu ra vật lý cuối mỗi vòng quét. Nguyên tắc này đảm bảo sự đồng bộ cũng như tính ổn định, cân bằng cho hệ thống; quá trình thực hiện chương trình nhanh hơn; khả năng linh động cho phép truy nhập các đầu vào ra chung như tập hợp các bit, byte hay từ đơn, từ kép. Các lệnh vào ra trực tiếp (tức khắc) cho phép khai thác trạng thái các đầu vào vật lý cũng như xuất ra các đầu ra vật lý ngay thời điểm thực hiện lệnh, không phụ thuộc và vòng quét. Lệnh đọc đầu vào trực tiếp không ảnh hưởng gì đến vùng ảnh các đầu vào. Bit ảnh đầu ra được cập nhật đồng thời với lệnh xuất trực tiếp ra đầu ra đó. CPU coi các lệnh đối với các đầu vào ra tương tự như các lệnh vào ra trực tiếp, trừ trường hợp ngoại lệ đầu vào tương tự có bộ lọc hoạt động. Vòng quét khi CPU ở chế độ STOP: Trang 46
  47. nguyen ba hoi Trang 47
  48. nguyen ba hoi Chương 9 Bộ nhớ dữ liệu và cách định địa chỉ S7-200 PLC quản lý bộ nhớ dữ liệu theo từng vùng riêng biệt nhằm xử lý nhanh hơn và hiệu quả hơn. Đó là các vùng I, Q, V, M, S, SM, L, T, C, HC, AC. Ta sẽ xem xét từng vùng cụ thể ở phần sau. 9.1. Định địa chỉ trực tiếp Trong các vùng cơ bản I, Q, V, M, S, SM, L ta có thể truy cập đến từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc từng từ kép (double word) dựa trên địa chỉ cơ sở là địa chỉ byte. Cách định địa chỉ một bit: trước hết là tên vùng (I, Q, V, M, S, SM, L), tiếp theo là địa chỉ byte trong vùng, cuối cùng sau dấu chấm là địa chỉ bit ở trong byte (từ 0 đến 7). Muốn truy cập đến một byte trong một vùng nào đó, trước hết phải định vùng (I, Q, V, M, S, SM, L), tiếp theo là B (đặc trưng cho byte) và địa chỉ byte trong vùng. Địa chỉ một từ đơn hoặc một từ kép cũng bắt đầu bằng tên vùng (I, Q, V, M, S, SM, L), tiếp theo là W (word) hay D (double word) và sau cùng là địa chỉ byte đầu tiên trong từ (byte cao nhất). (Xem các ví dụ phía trên). Tuỳ theo kích thước ô nhớ được truy cập (dung lượng chiếm trong bộ nhớ) mà con số sử dụng sẽ bị giới hạn, ví dụ với các số nguyên: Riêng giới hạn cho số thực (32 bit), dương từ +1.175495e- 38 đến +3.402823e+3 8, âm từ - 1.175495e-38 đến -3.402823e+38. Đối với các vùng thiết bị (T, C, HC, AC), ta truy cập đến bằng tên vùng và địa chỉ thiết bị. Sau đây ta xét đến từng vùng cụ thể: 9.1.1 Vùng ảnh các đầu vào I Như đã nêu, CPU lấy mẫu các đầu vào mỗi vòng quét một lần và lưu giá trị vào vùng ảnh. Sau đó chương trình truy nhập vào vùng ảnh này, đến từng bit, từng byte, từng từ đơn hoặc từng từ kép bằng cách định địa chỉ ô nhớ tương ứng: Bit I[byte address].[bit address] I0.1 Trang 48
  49. nguyen ba hoi Byte, Word, Double Word I[size][starting byte address] IB4 trong đó: bit address = từ 0 đến 7 byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể size = B với byte; W với từ đơn; D với từ kép 9.1.2 Vùng ảnh các đầu ra Q Chương trình truy xuất các đầu ra thông qua vùng ảnh các đầu ra, vùng ảnh này được ghi ra các đầu ra vật lý mỗi vòng quét một lần ở cuối vòng quét. Chương trình truy xuất các đầu ra có thể như một bit, một byte hay một từ đơn, từ kép: Bit Q[byte address].[bit address] Q1.2 Byte, Word, Double Word Q[size][starting byte address] QW6 trong đó: bit address = từ 0 đến 7 byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể size = B với byte; W với từ đơn; D với từ kép 9.1.3 Vùng nhớ các biến V Vùng này có thể được sử dụng để lưu các giá trị trung gian, bit, byte, từ đơn hay từ kép: Bit V[byte address].[bit address] V100.7 Byte, Word, Double Word V[size][starting byte address] VD10 trong đó: bit address = từ 0 đến 7 byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể size = B với byte; W với từ đơn; D với từ kép 9.1.4 Vùng nhớ các bit M Vùng M có tên là vùng nhớ các bit, thực tế chúng ta có thể sử dụng y như vùng V (thường dung lượng vùng M nhỏ hơn): Bit M[byte address].[bit address] M0.3 Byte, Word, Double Word M[size][starting byte address] MW4 trong đó: bit address = từ 0 đến 7 byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể size = B với byte; W với từ đơn; D với từ kép 9.1.5 Vùng nhớ các rơ le điều khiển tuần tự S Vùng này thường được sử dụng để điều khiển quá trình thực hiện các công đoạn chương trình, cách truy cập giống như các vùng V và M: Bit S[byte address].[bit address] S0.0 Byte, Word, Double Word S[size][starting byte address] SB4 trong đó: bit address = từ 0 đến 7 byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể size = B với byte; W với từ đơn; D với từ kép 9.1.6 Vùng các bit đặc biệt SM Mỗi ô nhớ trong vùng SM (bit, byte, từ đơn, từ kép) đều có một ý nghĩa gì đó đối với hệ thống. Khi đọc trạng thái ô nhớ từ vùng SM, ta biết thông tin về PLC và khi ghi dữ liệu vào đó, ta có thể thay đổi tham số, cấu hình của PLC. Cụ thể hơn xem phụ lục (Appendix C). Tuy gọi là các bit đặc biệt nhưng ta có thể truy nhập như bit, cả như byte, từ đơn hay từ kép: Trang 49
  50. nguyen ba hoi Bit SM[byte address].[bit address] SM0.1 Byte, Word, Double Word SM[size][starting byte address] SMB86 trong đó: bit address = từ 0 đến 7 byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể size = B với byte; W với từ đơn; D với từ kép 9.1.7 Vùng nhớ cục bộ L Về mặt sử dụng, vùng L giống hệt vùng V nhưng chỉ có dung lượng 64 byte. Chú ý trong LAD và FBD, 04 byte cuối được dành cho mục đích riêng nên chỉ còn 60 byte cho chương trình. Trong STL có thể sử dụng cả 64 byte nhưng cũng có khuyến cáo không nên sử dụng 04 byte cuối. Khác nhau cơ bản giữa vùng L và vùng V rất quan trọng: trong khi các vùng được nêu đến thời điểm này đều có giá trị toàn cục thì vùng L chỉ có giá trị cục bộ (local). Điều đó có nghĩa là chương trình chính có 64 byte vùng nhớ L riêng của mình, mỗi chương trình con cũng có riêng một vùng L với dung lượng 64 byte và mỗi chương trình xử lý ngắt cũng vậy. Nội dung bit nhớ L3.1 trong chương trình chính chẳng có gì chung với bit nhớ L3.1 trong chương trình con số 1. Chương trình con không thể truy cập vùng L của chương trình chính và ngược lại. Vùng L có giá trị ngẫu nhiên khi chưa được ghi vào, vì vậy phải cẩn thận lúc sử dụng. Có thể sử dụng ô nhớ trong vùng L làm thanh trỏ chứa các địa chỉ gián tiếp nhưng không thể truy nhập vùng L một cách gián tiếp. Cách truy nhập vùng L giống truy nhập vùng V: Bit L[byte address].[bit address] L0.0 Byte, Word, Double Word L[size][starting byte address] LB33 trong đó: bit address = từ 0 đến 7 byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể size = B với byte; W với từ đơn; D với từ kép 9.1.8 Vùng các bộ định thời T Các bộ định thời (timers) được coi là những thiết bị đếm thời gian. S7-200 có 03 loại timer với độ phân giải khác nhau: 1ms, 10 ms và 100ms Thời gian đếm được = số đang đếm * độ phân giải. Mỗi timer đã được xác định cố định một độ phân giải nào đó trong 03 loại nói trên, cách định địa chỉ rất đơn giản: T[timer number] Ví dụ: T24 trong đó: timer number = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể Một địa chỉ như thế có thể chỉ một giá trị 16 bit có dấu là giá trị mà timer đó đang đếm; hoặc chỉ bit trạng thái của timer. Chương trình tự phân biệt điều này bằng từng lệnh cụ thể: lệnh có toán hạng kiểu từ đơn sẽ hiểu đó là địa chỉ giá trị timer, ngược lại lệnh có toán hạng kiểu bit sẽ coi đó là địa chỉ bit trạng thái. Xem các ví dụ sau: Trang 50
  51. nguyen ba hoi 9.1.9 Vùng các bộ đếm C Các bộ đếm trong S7-200 đếm sự thay đổi đầu vào của chúng từ mức thấp lên mức cao. Chúng có thể đếm lên (tiến), đếm xuống (lùi) hoặc cả đếm tiến lẫn đếm lùi. Cách định địa chỉ một bộ đếm (counter): C[counter number] Ví dụ: C20 trong đó: counter number = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể. Một địa chỉ như thế có thể chỉ một giá trị 16 bit có dấu là giá trị mà counter đó đang đếm; hoặc chỉ bit trạng thái của counter. Chương trình tự phân biệt điều này bằng từng lệnh cụ thể: lệnh có toán hạng kiểu từ đơn sẽ hiểu đó là địa chỉ giá trị counter, ngược lại lệnh có toán hạng kiểu bit sẽ coi đó là địa chỉ bit trạng thái. 9.1.10 Vùng các đầu vào tương tự AI S7-200 chuyển các giá trị tương tự thành những giá trị số 16 bit nên vùng này chỉ được truy nhập đến như những từ đơn: AIW[starting byte address] Ví dụ: AIW4 trong đó: starting byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể nhưng luôn luôn là số chẵn (0, 2, 4, 6, . . .). Chú ý đây là các giá trị chỉ đọc (không ghi vào đó được). 9.1.11 Vùng các đầu ra tương tự AQ S7-200 chuyển những giá trị số 16 bit thành các giá trị ra tương tự nên vùng này cũng chỉ được truy nhập đến như những từ đơn: Trang 51
  52. nguyen ba hoi AQW[starting byte address] Ví dụ: AQW4 trong đó: starting byte address = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể nhưng luôn luôn là số chẵn (0, 2, 4, 6, . . .). Chú ý đây là các giá trị chỉ ghi (không có ý nghĩa đọc từ đó). 9.1.12 Các accumulator AC S7-200 bao gồm 04 accumulator dung lượng 32 bit: AC0, AC1, AC2 và AC3. Tuy nhiên có thể dùng accumulator để chứa dữ liệu byte, từ đơn hoặc từ kép. Chương trình tự phân biệt điều này bằng lệnh cụ thể (đòi hỏi toán hạng là kiểu byte, từ đơn hay từ kép) như các ví dụ sau: Các accumulator được sử dụng như những thanh ghi (registers) đọc / ghi đa năng. 9.1.13 Các bộ đếm tốc độ cao HC Bộ đếm tốc độ cao trong S7-200 dùng để đếm những đầu vào thay đổi nhanh (tần số cao) độc lập với vòng quét. Địa chỉ bộ đếm tốc độ cao chỉ đến giá trị 32 bit có dấu là con số bộ đếm đang đếm: HC[high- speed counter number] Ví dụ: HC1 trong đó: high-speed counter number = từ 0 đến giới hạn bởi từng loại CPU cụ thể (1,2 hoặc 3). Con số này là giá trị chỉ đọc, luôn luôn 32 bit. 9.1.14 Các hằng số Nhiều lệnh trong S7-200 có thể sử dụng các hằng số dưới các dạng khác nhau, CPU luôn lưu bằng dạng nhị phân. S7-200 CPU không lưu giữ dạng dữ liệu, ví dụ Trang 52
  53. nguyen ba hoi lệnh ADD_I luôn hiểu giá trị đã lưu vào VW100 là số nguyên 16 bit có dấu trong khi lệnh WOR_W lại hiểu đúng giá trị đó trong VW100 là số nguyên 16 bit không dấu. Sau đây là một vài ví dụ về các kiểu hằng số: Decimal constant: 20047 Hexadecimal constant: 16#4E4F ASCII constant: ’Text goes between single quotes.’ Real or floating-point format: +1.175495E-38 (positive) -1.175495E-38 (negative) Binary format: 2#1010_0101_1010_0101 9.2. Định địa chỉ gián tiếp S7-200 cho phép truy nhập các ô nhớ trong các vùng I, Q, V, M, S, T (chỉ giá trị 16 bit), C (chỉ giá trị 16 bit) một cách gián tiếp, nghĩa là dùng một ô nhớ khác làm thanh trỏ trỏ đến ô nhớ này. Lưu ý không thể truy cập một bit bằng cách gián tiếp. Trong S7-200, thanh trỏ chỉ có thể là một ô nhớ 32 bit (từ kép) trong một trong những vùng V, L hay AC (trừ AC0). Ta có thể tạo thanh trỏ bằng lệnh MOVD với toán tử & và sử dụng thanh trỏ bằng toán tử *. Ví dụ: Chúng ta có thể sử dụng các lệnh số học đơn giản như cộng hoặc tăng 1 dành cho từ kép (ADD_D hoặc INC_D) để thay đổi giá trị thanh trỏ. Tuy nhiên phải đặc biệt chú ý đến kích cỡ dữ liệu mà thanh trỏ đó trỏ đến: Nếu một thanh trỏ đang trỏ đến một byte, nó có thể trỏ đến byte kế tiếp bằng cách tăng giá trị nó lên 01 đơn vị. Nếu một thanh trỏ đang trỏ đến một từ đơn, nó có thể trỏ đến từ đơn kế tiếp bằng cách tăng giá trị nó lên 02 đơn vị. Nếu một thanh trỏ đang trỏ đến một từ kép, nó có thể trỏ đến từ kép kế tiếp bằng cách tăng giá trị nó lên 04 đơn vị. Ví dụ: Trang 53
  54. nguyen ba hoi 9.3. Không gian địa chỉ các vùng nhớ Địa chỉ vùng nhớ đối với các CPU họ 22X (họ CPU hiện tại) Khả năng CPU 226 & Vùng nhớ CPU221 CPU222 CPU224 truy cập CPU226XM Bit (Byte.bit) V 0.0 - 2047.7 0.0 - 2047.7 0.0 - 5119.7 0.0 - 10239.7 I 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 Q 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 M 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 SM 0.0 - 179.7 0.0 - 299.7 0.0 - 549.7 0.0 - 549.7 S 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 T 0 - 255 0 - 255 0 - 255 0 - 255 C 0 - 255 0 - 255 0 - 255 0 - 255 L 0.0 - 59.7 0.0 - 59.7 0.0 - 59.7 0.0 - 59.7 Byte VB 0 - 2047 0 - 2047 0 - 5119 0 - 10239 IB 0 - 15 0 - 15 0 - 15 0 - 15 QB 0 - 15 0 - 15 0 - 15 0 - 15 MB 0 - 31 0 - 31 0 - 31 0 - 31 SMB 0 - 179 0 - 299 0 -549 0 - 549 SB 0 - 31 0 - 31 0- 31 0 - 31 LB 0 - 59 0 - 59 0 - 59 0 - 59 AC 0 - 3 0 - 3 0 - 3 0 – 3 Word VW 0 - 2046 0 - 2046 0 - 5118 0 - 10238 IW 0 - 14 0 - 14 0 - 14 0 - 14 QW 0 - 14 0 - 14 0 - 14 0 - 14 MW 0 - 30 0 - 30 0 - 30 0 - 30 SMW 0 - 178 0 - 298 0 - 548 0 - 548 SW 0 - 30 0 - 30 0 - 30 0 - 30 T 0 - 255 0 - 255 0 - 255 0 - 255 C 0 - 255 0 - 255 0 - 255 0 - 255 LW 0 - 58 0 - 58 0 - 58 0 - 58 AC 0 - 3 0 - 3 0 - 3 0 - 3 AIW 0 - 30 0 - 30 0 - 62 0 - 62 AQW 0 - 30 0 - 30 0 - 62 0 – 62 Double Word VD 0 - 2044 0 - 2044 0 - 5116 0 - 10236 ID 0 - 12 0 - 12 0 - 12 0 - 12 QD 0 - 12 0 - 12 0 - 12 0 - 12 MD 0 - 28 0 - 28 0 - 28 0 - 28 SMD 0 - 176 0 - 296 0 - 546 0 - 546 SD 0 - 28 0 - 28 0 - 28 0 - 28 LD 0 - 56 0 - 56 0 - 56 0 - 56 AC 0 - 3 0 - 3 0 - 3 0 - 3 HC 0 - 5 0 - 5 0 - 5 0 – 5 Địa chỉ vùng nhớ đối với các CPU họ 21X (họ CPU cũ) Khả năng Vùng nhớ CPU 210 CPU 212 CPU 214 CPU 215 CPU 216 truy cập Bit (Byte.bit) V 0.0 - 1023.7 0.0 - 4095.7 0.0 - 5119.7 0.0 - 5119.7 I 0.0 - 0.3 0.0 - 7.7 0.0 - 7.7 0.0 - 7.7 0.0 - 7.7 Q 0.0 - 0.3 0.0 - 7.7 0.0 - 7.7 0.0 - 7.7 0.0 - 7.7 M 0.0 - 5.7 0.0 - 15.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 SM 0.0 - 1.7 0.0 - 45.7 0.0 - 94.7 0.0 - 194.7 0.0 - 194.7 T 0 - 63 0 - 127 0 - 255 0 - 255 Trang 54
  55. nguyen ba hoi C 0 - 63 0 - 127 0 - 255 0 - 255 S 0.0 - 7.7 0.0 - 15.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 Byte VB 0 - 1023 0 - 4095 0 - 5119 0 - 5119 IB 0 - 7 0 - 7 0 - 7 0 - 7 QB 0 - 7 0 - 7 0 - 7 0 - 7 MB 0 - 15 0 - 31 0 - 31 0 - 31 SMB 0 - 45 0 - 94 0 - 194 0 - 194 AC 0 - 3 0 - 3 0 - 3 0 - 3 SB 0 - 7 0 - 15 0 - 31 0 – 31 Word VW 0 - 1022 0 - 4094 0 - 5118 0 - 5118 IW 0 - 6 0 - 6 0 - 6 0 - 6 QW 0 - 6 0 - 6 0 - 6 0 - 6 MW 0 - 4 0 - 14 0 - 30 0 - 30 0 - 30 SMW 0 - 2 0 - 44 0 - 93 0 - 193 0 - 193 T 0 - 3 0 - 63 0 - 127 0 - 255 0 - 255 C 0 - 3 0 - 63 0 - 127 0 - 255 0 - 255 AC 0 - 3 0 - 3 0 - 3 0 - 3 AIW 0 - 30 0 - 30 0 - 30 0 - 30 AQW 0 - 30 0 - 30 0 - 30 0 - 30 SW 0 - 6 0 - 14 0 - 30 0 – 30 Double Word VD 0 - 1020 0 - 4092 0 - 5116 0 - 5116 ID 0 - 4 0 - 4 0 - 4 0 - 4 QD 0 - 4 0 - 4 0 - 4 0 - 4 MD 0 - 12 0 - 28 0 - 28 0 - 28 SMD 0 - 42 0 - 91 0 - 191 0 - 191 AC 0 - 3 0 - 3 0 - 3 0 - 3 HC 0 - 2 0 - 2 0 – 2 9.4. Bảo toàn dữ liệu S7-200 cung cấp nhiều khả năng cho phép lưu giữ chương trình, dữ liệu cũng như cấu hình hệ thống trong những trường hợp mất nguồn cung cấp: § CPU có bộ nhớ kiểu EEPROM để lưu toàn bộ chương trình, cấu hình và phần dữ liệu quan trọng nhất. § B ộ nhớ RAM được trang bị “super capacitor” có thể giữ nguyên vẹn thông tin một thời gian dài sau khi mất nguồn nuôi. Tuỳ loại CPU, thời gian đó có thể kéo dài vài ngày. Super Capacitor 72h: § Ta có thể chọn gắn thêm “cartridge” chứa pin để kéo dài thời gian nói trên. Pin sẽ giữ dữ liệu trong RAM sau khi “super capacitor” cạn. Trang 55
  56. nguyen ba hoi Trang 56
  57. nguyen ba hoi Chương 10 Timer và Counter 10.1. Các loại timer (b3) Mạch timer dây nối 10.2. TON (b3) Trang 57
  58. nguyen ba hoi Bài thực hành: Đèn nhấp nháy tự động 10.3. TONR (b4) Trang 58
  59. nguyen ba hoi 10.4. TOFF (b4) Trang 59
  60. nguyen ba hoi 10.5. Bài tập Timer (b4) Các bài thực hành liên quan: Điều khiển đèn nhấp nháy, bơm định lượng, điều khiển hệ thống ATS, đèn giao thông, băng tải, trộn phối liệu, hóa chất, thang nâng hàng, ATS. 10.6. Chú ý khi dùng Timer với độ phân giải khác nhau (b4) Xem giáo trình tập lệnh. 10.7. Counter (b5) 10.8. Counter tốc độ cao (b5) 6 bộ đếm tốc độ cao với CPU224: HSC0 à HSC5. Các ví dụ: Trang 60
  61. nguyen ba hoi Trang 61
  62. nguyen ba hoi Chương 11 Giải bài toán có cấu trúc 11.1. GBT bằng giản đồ thời gian (Timing diagram) Các bài toán handicap door, pulse. 11.2. GBT bằng lưu đồ (flowchart) và các bit tuần tự (sequence bits) Chú giải các dạng kí hiệu khi xây dựng lưu đồ. Các bài toán tank filler, garage door controller. 11.3. GBT bằng sơ đồ trạng thái (state diagram) Các bài toán garage door controller, coffee machine, traffic light controller. 11.4. Các lệnh còn lại trong tập lệnh Xem giáo trình tập lệnh. Trang 62
  63. nguyen ba hoi Chương 12 Ngắt 3 nguồn tạo ngắt: ç Ngắt truyền thông ç Ngắt I/O ç Ngắt thời gian Các lệnh cho phép ngắt toàn cục (ENI), cấm ngắt toàn cục (DISI), đính kèm (ATCH), giải đính kèm (DTCH), lệnh quay về từ CT con ngắt (RETI) Trang 63
  64. nguyen ba hoi Trang 64
  65. nguyen ba hoi Chương 13 PID, Freeport 13.1. PID Xem chi tiết trong giáo trình tập lệnh. 13.2. Freeport Các câu lệnh Transmit (XMT) và Receive (RCV) cho phép giao tiếp với các thiết bị bên ngoài như máy in, modem, máy tính thông qua cổng truyền thông. Trang 65
  66. nguyen ba hoi Chương 14 Các phương thức truyền thông Truyền thông là phần khá phức tạp trong việc làm chủ PLC. Điều quan trọng là chúng ta phải nắm rõ các kiểu cấu trúc mạng khác nhau của các PLC, các phương thức truyền thông được sử dụng và làm chủ tất cả các thành phần cấu thành nên mạng. Chúng ta không đi sâu vào chi tiết trong tài liệu này mà chỉ điểm qua những nét chính. Trước hết, ta phân biệt một số mô hình mạng: · Mạng đơn chủ (Single Master) · Mạng đa chủ (Multiple Master) · Sử dụng Modem 10 bit nối 01 chủ với 01 PLC S7-200 hoạt động như trạm (Slave) · Sử dụng Modem 11 bit trong mạng đơn chủ Ví dụ về cấu hình mạng: Trong những thành phần tham gia mạng, các CPU có thể hoạt động như chủ hoặc như trạm; TD 200 là thiết bị chủ; thiết bị lập trình hoặc máy vi tính cài STEP 7 cũng là thiết bị chủ. Phần mềm STEP 7 - Micro / Win 32 được thiết kế chỉ kết nối được với một CPU S7-200 tại một thời điểm, tuy nhiên nó có thể kết nối tới bất cứ CPU nào trong mạng. Các phương thức truyền thông chính: · Điểm đối điểm: Point-to-Point Interface (PPI) · Đa điểm: Multipoint Interface (MPI) · PROFIBUS (Process Field Bus) Các phương thức này đều đặt cơ sở trên cấu trúc OSI (Open System Interconnection) 7 lớp. Các phương thức PPI và MPI cũng sử dụng nguyên lý mạch hỏi vòng (Token ring), phù hợp với chuẩn PROFIBUS đã được qui định trong bộ chuẩn châu Âu EN 50170. Những phương thức trên đều là bất đồng bộ, đơn vị cơ sở là ký tự với 01 start bit, 08 data bit, even parity và 01 stop bit. Khung dữ liệu bao gồm những ký tự đặc biệt mở đầu và kết thúc, địa chỉ nguồn (nơi gửi) và đích (nơi đến), độ dài dữ liệu và “checksum”. Cả ba phương thức có thể cùng hoạt động chung trên một mạng, chỉ cần điều kiện cùng tốc độ truyền (baud rate). Mạng theo chuẩn PROFIBUS sử dụng đường truyền là những cặp dây xoắn theo chuẩn RS-485. Chuẩn đường truyền này cho phép nối tới 32 thiết bị trên một bộ phận (segment). Khoảng cách giữa hai điểm xa nhất trong một bộ phận như vậy, tùy theo tốc độ đường truyền sử dụng, có thể lên đến 1200 m. Các bộ phận lại có thể nối với nhau qua những “repeater” để tăng số thiết bị trong mạng cũng như khoảng cách hoạt động cho đến 9600 m tùy theo tốc độ truyền. Trang 66
  67. nguyen ba hoi Các phương thức này phân biệt 02 loại thiết bị: chủ và tớ (trạm). Thiết bị chủ có thể gửi yêu cầu lên mạng trong khi trạm chỉ trả lời, không bao giờ tự gửi thông tin lên mạng. Số địa chỉ tối đa là 127 (0 đến 126) với nhiều nhất là 32 thiết bị chủ. Mỗi thiết bị trên mạng phải có địa chỉ khác nhau. Mặc định, thiết bị lập trình (hay PC) được định địa chỉ 0, các thiết bị giao diện như TD 200, OP3, OP7, có địa chỉ là 1 còn PLC được định địa chỉ mặc định là 2. 14.1. PPI PPI là phương thức chủ / tớ. Các thiết bị chủ (CPU, thiết bị lập trình, TD 200) gửi yêu cầu đến các trạm và các trạm trả lời. Các trạm không bao giờ tự gửi thông tin lên mạng mà chỉ chờ nhận các yêu cầu của các thiết bị chủ để trả lời. Tất cả các CPU S7-200 đều có thể hoạt động như trạm trong mạng. Một số CPU có thể hoạt động như thiết bị chủ trong mạng khi ở chế độ RUN, nếu chương trình bật chế độ PPI master (với SMB30). Một khi ở trong chế độ này, ta có thể đọc hay viết vào một CPU khác bằng các lệnh NETR và NETW. Trong khi đó CPU vẫn trả lời các thiết bị chủ khác như một trạm thông thường. PPI không hạn chế số thiết bị chủ được phép nối với một trạm, tuy nhiên như trên đã nêu, số thiết bị chủ tối đa trong một mạng là 32. 14.2. MPI MPI có thể là phương thức chủ / tớ hay chủ / chủ. Cách thức hoạt động phụ thuộc vào loại thiết bị. Chẳng hạn nếu thiết bị đích là CPU S7-300 thì MPI tự động trở thành chủ / chủ bởi vì các CPU S7-300 là các thiết bị chủ trong mạng. Nhưng nếu đích là CPU S7-200 thì MPI lại là chủ / tớ vì các CPU S7-200 lúc đó được coi như là trạm. Khi hai thiết bị trong mạng kết nối với nhau bằng phương thức MPI, chúng tạo nên một liên kết riêng, không thiết bị chủ nào khác có thể can thiệp vào liên kết này. Thiết bị chủ trong hai thiết bị kết nối thường giữ mối liên kết đó trong một khoảng thời gian ngắn hoặc hủy liên kết vô thời hạn (giải phóng đường truyền). Những liên kết như trên đòi hỏi một tài nguyên nhất định trong CPU nên mỗi CPU chỉ có thể hỗ trợ một số lượng hữu hạn các liên kết như vậy. Thông thường một CPU cho phép 04 liên kết, 02 trong đó một dành riêng cho thiết bị lập trình hay PC, một dành cho giao diện. Điều này cho phép lúc nào cũng có thể kết nối ít nhất một thiết bị lập trình hoặc PC, một giao diện với CPU. Những thiết bị chủ khác (như các CPU khác chẳng hạn) không thể kết nối qua các liên kết dành riêng này. Các CPU S7-300 và S7-400 có thể kết nối với các CPU S7-200 bằng một trong hai liên kết còn lại của CPU S7-200 và đọc hay ghi dữ liệu vào CPU S7-200 với các lệnh XGET và XPUT. 14.3. PROFIBUS Phương thức PROFIBUS được thiết kế cho việc truyền thông tốc độ cao với các thiết bị phân phối vào ra, thường cũng được gọi là các đầu vào ra từ xa (remote I/O). Những thiết bị như vậy được nhiều nhà sản xuất cung cấp, từ các module vào ra đơn giản đến các bộ điều khiển mô tơ và các PLC. Mạng PROFIBUS thường bao gồm một thiết bị chủ và nhiều trạm vào ra. Thiết bị chủ được đặt cấu hình để nhận biết loại cũng như địa chỉ của các trạm nối vào nó. Sau đó nó sẽ tự kiểm tra các trạm theo cấu hình được đặt. Thiết bị chủ ghi vào các trạm và đọc dữ liệu từ đó một cách liên tục. Nói chung mỗi thiết bị chủ thường làm chủ các trạm của mình, các thiết bị chủ khác trên mạng (nếu có) chỉ có thể truy cập rất hạn chế vào các trạm không phải của chúng. Phương thức định nghĩa bởi người sử dụng (FreePort) Trang 67
  68. nguyen ba hoi Phương thức này cho phép người lập trình làm chủ việc truyền thông, thực tế là định nghĩa phương thức truyền thông riêng, có thể kết nối tới nhiều loại thiết bị thông minh khác. Chương trình kiểm soát cổng truyền thông trong phương thức này thông qua các ngắt nhận, ngắt gửi, lệnh nhận (RCV) và lệnh gửi (XMT). Cách thức truyền thông hoàn toàn do chương trình làm chủ. Phương thức này được điều khiển với byte SMB30 (dành cho cổng 0) và chỉ hoạt động trong chế độ RUN. Khi CPU chuyển sang chế độ STOP, phương thức này bị hủy và cổng truyền thông trở về phương thức bình thường PPI. Cấu hình phần cứng của mạng: Do phần này nặng về tính kỹ thuật và đòi hỏi tính chính xác trong từng trường hợp cụ thể nên chúng ta sẽ không nói đến kỹ trong tài liệu này. Sơ lược như ta đã biết, đường dây truyền tuân theo chuẩn RS 485, bản chất là cặp dây xoắn: General Features Specification Type Shielded, twisted pair Conductor cross section 24 AWG (0.22 mm 2 ) or larger Cable capacitance < 60 pF/m Nominal impedance 100 ohm to 120 ohm Cách đấu nối như những mạng sử dụng Token ring (mạch hỏi vòng) thông thường: Khoảng cách truyền tối đa giới hạn tùy theo tốc độ truyền: Transmission Rate Maximum Cable Length of a Segment 9.6 kbaud to 19.2 kbaud 1,200 m (3,936 ft.) 187.5 kbaud 1,000 m (3,280 ft.) Có thể dùng bộ lặp để tăng khoảng cách cũng như số thiết bị: Cổng truyền thông trên CPU S7-200: Trang 68
  69. nguyen ba hoi Kết nối PC với mạng RS 485: Ở đây chúng ta không đi sâu vào cách thiết lập thông số cho cáp PC/PPI cũng như các card CP hay MPI hoạt động. Chúng ta chỉ nói thêm một chút về cáp PC/PPI vì nó được sử dụng khá thông dụng mà chúng ta đã nhắc đến trong phần đầu của tài liệu này (chương 3). Đây là cáp chuyển đổi giữa hai chuẩn RS 485 và RS 232. Nếu nối với máy vi tính, đầu RS 232 được cắm vào cổng COM, chú ý với loại cáp có DIP switch 05 vị trí thì phải chọn DCE (Data Control Equipment). Cáp này còn được sử dụng để nối với Modem, cũng có giao tiếp RS 232 nhưng là DTE (Data Terminal Equipment) như các minh họa sau: Trang 69
  70. Tập lệnh S7-200 GIÁO TRÌNH TẬP LỆNH PLC SIEMENS S7-200 ThS. Nguyễn Bá Hội Đại học Đà Nẵng - Trường Đại học Bách khoa hoinb@ud.edu.vn Giáo trình đầy đủ bao gồm 3 phần: 1. Giáo trình lý thuyết 2. Giáo trình tập lệnh 3. Giáo trình bài tập Trang 1
  71. Tập lệnh S7-200 MỤC LỤC 1. Lệnh logic với bit 4 1.1 Contact 4 1.1.1 Công tắc 4 1.1.2 Công tắc tức khắc 4 1.1.3 Lệnh đảo bit, lệnh sườn 4 1.2 Coil 6 1.2.1 Lệnh ra 6 1.2.2 Lệnh ra tức khắc 6 1.2.3 Lệnh Set, Reset 6 1.2.4 Lệnh Set, Reset Immediat 6 1.2.5 Lệnh không làm gì cả 7 2. Lệnh so sánh 8 3. Lệnh chuyển đổi 9 4. Lệnh định thời 11 5. Lệnh bộ đếm 13 6. Lệnh dịch chuyển ô nhớ 15 7. Lệnh với Bảng 16 7.1 Lệnh thêm vào bảng 16 7.2 Lệnh Memory Fill 17 7.3 Lệnh tìm kiếm trong bảng 17 8. Lệnh toán số học 19 8.1 Cộng, Trừ, Nhân, Chia số nguyên, số thực 19 8.2 Lệnh tăng giảm một đơn vị 21 8.3 Các lệnh hàm số học 22 9. Lệnh vòng lặp PID 22 10. Lệnh phép toán logic 29 10.1 Lệnh đảo byte, word, doubleword 29 10.2 Lệnh AND, OR, XOR 29 11. Lệnh dịch và quay 30 11.1 Dịch trái hay phải 30 11.2 Quay trái hay phải 31 11.3 Lệnh dịch thanh ghi các bit (Shift Register Bit): 32 11.4 Lệnh SWAP 33 12. Các lệnh điều khiển chương trình 33 12.1 END có điều kiện 33 12.2 STOP 33 12.3 Lệnh Watchdog Reset 34 12.4 Lệnh nhảy 34 12.5 Lệnh SCR 35 13. Lệnh chương trình con 36 14. Lệnh ngắt 38 Trang 2
  72. Tập lệnh S7-200 Một số qui định khi tra cứu lệnh và sử dụng lệnh: - Trên cùng là phần tên lệnh hoặc nhóm lệnh. - Tiếp theo là cú pháp lệnh, lần lượt trong LAD, FBD và STL. - Dưới cùng là những loại CPU S7-200 cho phép sử dụng lệnh, lưu ý ở đây chỉ bao gồm 03 loại CPU mới: 221, 222 và 224. - Bên cạnh là phần mô tả hoạt động của lệnh. Trang 3
  73. Tập lệnh S7-200 Các trường hợp lỗi là các trường hợp gây lỗi khiến đầu ra ENO = 0, bình thường khi lệnh được thực hiện thì ENO = 1. - Các bit đặc biệt trong vùng SM có giá trị thay đổi tùy theo kết quả thực hiện lệnh. - Bảng các toán hạng chỉ ra các thông số hợp lệ của lệnh - Sau đây là những ký hiệu khi gõ lệnh trong STEP 7: o Trong LAD: > nghĩa là có thể nối tiếp lệnh khác (nhưng không bắt buộc). o Trong LAD: >> nghĩa là bắt buộc phải nối tiếp lệnh khác. o Tên biến nằm trong ngoặc kép (ví dụ “var”) là biến toàn cục. o Tên biến có ký hiệu # đằng trước là biến cục bộ. o Ký hiệu ? hay ???? nghĩa là yêu cầu toán hạng. o Ký hiệu > yêu cầu hoặc toán hạng hoặc nối lệnh khác. o Ký hiệu >I cho biết đó là đầu ra ENO. o Ký tự % trước tên biến nghĩa là biến trực tiếp trong IEC. o Trong FBD, dấu tròn nhỏ ở đầu vào đánh dấu đảo (như trong điện tử); một gạch dọc ngắn (|) ở đầu vào đánh dấu giá trị tức khắc (đầu vào trực tiếp). 1. Lệnh logic với bit 1.1 Contact 1.1.1 Công tắc Công tắc thường mở (Normally Open, viết tắt là NO) và công tắc thường đóng (Normally Closed, viết tắt là NC). Đối với PLC, mỗi công tắc đại diện cho trạng thái một bit trong bộ nhớ dữ liệu hay vùng ảnh của các đầu vào, ra. Công tắc thường mở sẽ đóng (ON - nghĩa là cho dòng điện đi qua) khi bit bằng 1 còn công tắc thường đóng sẽ đóng (ON) khi bit bằng 0. Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn bằng chính các công tắc thường mở và thường đóng. Trong FBD, các công tắc thường mở được biểu diễn như các đầu vào hoặc ra của các khối chức năng AND hoặc OR. Công tắc thường đóng được thêm dấu đảo (vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng. Trong STL, các công tắc thường mở được sử dụng trong các lệnh LOAD, AND hoặc OR. Lệnh LOAD ghi giá trị bit được đánh địa chỉ bởi toán hạng của lệnh vào đỉnh ngăn xếp, những giá trị cũ trong ngăn xếp bị đẩy xuống một bậc (giá trị dưới cùng sẽ mất). Các lệnh AND và OR thực hiện phép toán logic AND hay OR giữa giá trị được trỏ đến bởi toán hạng với đỉnh ngăn xếp, kết quả được ghi vào đỉnh ngăn xếp, những giá trị cũ trong ngăn xếp bị đẩy xuống một bậc. Hoàn toàn tương tự đối với các công tắc thường đóng, được sử dụng trong các lệnh LOAD NOT, AND NOT và OR NOT (giá trị được trỏ đến bởi toán hạng sẽ bị đảo). 1.1.2 Công tắc tức khắc Trong STL, các công tắc thường mở tức khắc được sử dụng trong các lệnh LOAD IMMEDIATE (ghi giá trị đầu vào vật lý vào đỉnh ngăn xếp, những giá trị cũ trong ngăn xếp bị đẩy xuống một bậc (giá trị dưới cùng sẽ mất)), AND IMMEDIATE hoặc OR IMMEDIATE (thực hiện phép toán lô gic And hay Or giữa giá trị đầu vào vật lý với đỉnh ngăn xếp, kết quả được ghi vào đỉnh ngăn xếp, những giá trị cũ trong ngăn xếp bị đẩy xuống một bậc). Hoàn toàn tương tự đối với các công tắc thường đóng tức khắc, được sử dụng trong các lệnh LOAD NOT IMMEDIATE, AND NOT IMMEDIATE và OR NOT IMMEDIATE (giá trị đầu vào vật lý bị đảo). 1.1.3 Lệnh đảo bit, lệnh sườn Lệnh đảo thay đổi dòng năng lượng (Power Flow). Nếu dòng năng lượng gặp lệnh này, nó sẽ bị chặn lại. Ngược lại nếu phía trước lệnh này không có dòng năng lượng, nó sẽ trở thành nguồn cung cấp dòng năng lượng. Trong LAD, lệnh này được biểu diễn như một công tắc. Trong FBD, lệnh đảo không có biểu tượng riêng. Nó được tích hợp như là đầu vào đảo của những khối chức năng khác (với vòng tròn nhỏ ở đầu vào của các khối chức năng đó). Trong STL, lệnh đảo đảo giá trị của đỉnh ngăn xếp: 0 thành 1 và 1 thành 0. Lệnh này không có toán hạng. Trang 4
  74. Tập lệnh S7-200 Lệnh sườn: Đều thuộc nhóm lệnh các công tắc, ghi nhận trạng thái các bit dữ liệu (0 hay 1), quen thuộc với khái niệm “mức”. Các lệnh về sườn ghi nhận không phải mức đơn thuần mà là sự biến đổi mức. Lệnh sườn dương (Positive Transition) cho dòng năng lượng đi qua trong khoảng thời gian bằng thời gian một vòng quét khi ở đầu vào của nó có sự thay đổi mức từ 0 lên 1. Lệnh sườn âm (Negative Transition) cho dòng năng lượng đi qua trong khoảng thời gian bằng thời gian một vòng quét khi ở đầu vào của nó có sự thay đổi mức từ 1 xuống 0. Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn cũng như các công tắc. Trong FBD, các lệnh này được biểu diễn bằng các khối chức năng P và N. Trong STL, lệnh Edge Up, nếu phát hiện có sự thay đổi mức của đỉnh ngăn xếp từ 0 lên 1, sẽ đặt vào đỉnh ngăn xếp giá trị 1. Trong trường hợp ngược lại, nó đặt vào đó giá trị 0. Tương tự, lệnh Edge Down, nếu phát hiện có sự thay đổi mức của đỉnh ngăn xếp từ 1 xuống 0, sẽ đặt vào đỉnh ngăn xếp giá trị 1. Trong trường hợp ngược lại, nó cũng đặt vào đó giá trị 0. Chú ý: Theo cấu trúc hoạt động của PLC, sự thay đổi mức tất nhiên chỉ được phát hiện giữa các vòng quét liên tiếp. Do đó mỗi lệnh sườn này cần một bit nhớ để nhớ trạng thái đầu vào của nó ở vòng quét kế trước. Vì đặc tính này mà tổng số lệnh sườn được sử dụng trong một chương trình bị hạn chế (do dung lượng bộ nhớ dành cho chúng có hạn). Ví dụ cho các lệnh NOT, P, N: Trang 5
  75. Tập lệnh S7-200 1.2 Coil 1.2.1 Lệnh ra Giá trị bit được định địa chỉ bởi toán hạng của lệnh ra phản ảnh trạng thái của dòng năng lượng (Power Flow) ở đầu vào lệnh này. Trong LAD và FBD, lệnh ra đặt giá trị bit được trỏ đến bởi toán hạng của nó bằng giá trị dòng năng lượng ở đầu vào của lệnh. Trong STL, lệnh ra sao chép giá trị đỉnh ngăn xếp ra giá trị bit được trỏ đến bởi toán hạng của lệnh. 1.2.2 Lệnh ra tức khắc Giá trị đầu ra rời rạc (digital) vật lý được định địa chỉ bởi toán hạng của lệnh ra trực tiếp phản ảnh trạng thái của dòng năng lượng (Power Flow) ở đầu vào lệnh này. Trong LAD và FBD, lệnh ra trực tiếp đặt đồng thời giá trị đầu ra vật lý được trỏ đến bởi toán hạng của nó và bit ảnh của đầu ra này bằng giá trị dòng năng lượng ở đầu vào của lệnh. Điều đó khác với lệnh ra thông thường ở chỗ lệnh ra thông thường chỉ ghi giá trị vào bit ảnh của đầu ra. Trong STL, lệnh ra trực tiếp sao chép giá trị đỉnh ngăn xếp ra đồng thời giá trị đầu ra vật lý được trỏ đến bởi toán hạng của lệnh và bit ảnh của đầu ra này. 1.2.3 Lệnh Set, Reset Các lệnh SET và RESET đặt một số các bit liên tiếp trong bộ nhớ dữ liệu thành 1 (Set) hay 0 (Reset). Số lượng các bit được định bởi toán hạng [N] và bắt đầu từ bit được định địa chỉ bởi toán hạng [bit]. Số lượng các bit có thể Set hoặc Reset nằm trong khoảng từ 1 đến 255. Trong trường hợp sử dụng lệnh Reset với các bit nằm trong những vùng T hay C, các bộ định thời hay bộ đếm tương ứng sẽ bị reset. Nghĩa là bit trạng thái của chúng được đưa về 0 và số đang đếm cũng bị xóa (sẽ có giá trị 0). Những lỗi có thể được gây nên bởi các lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Lỗi 0091: toán hạng vượt quá giới hạn cho phép. 1.2.4 Lệnh Set, Reset Immediat Các lệnh SET IMMEDIATE và RESET IMMEDIATE đặt một số các đầu ra rời rạc (digital) vật lý liên tiếp thành 1 (Set) hay 0 (Reset). Số lượng các đầu ra được định bởi toán hạng [N] và bắt đầu từ đầu ra được định địa chỉ bởi toán hạng [bit]. Số lượng các đầu ra vật lý có thể Set hoặc Reset nằm trong khoảng từ 1 đến 12. Ký tự “I” trong những lệnh này (Immediate) nói lên tính tức thời. Các lệnh này ghi giá trị mới ra các đầu ra vật lý đồng thời ghi cả vào các giá trị ảnh của chúng. Điều đó khác với những lệnh Set và Reset thông thường chỉ ghi giá trị mới vào vùng ảnh của các đầu ra. Những lỗi có thể được gây nên bởi các lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Lỗi 0091: toán hạng vượt quá giới hạn cho phép. Ví dụ: Trang 6
  76. Tập lệnh S7-200 1.2.5 Lệnh không làm gì cả Lệnh không làm gì (No Operation) không tác động đến chương trình. Mặc dù nó cũng có một toán hạng [N] dạng Byte, là một hằìng số trong khoảng từ 1 đến 255. Trang 7
  77. Tập lệnh S7-200 2. Lệnh so sánh So sánh Byte: Lệnh so sánh Byte dùng để so sánh 02 giá trị dạng byte được định địa chỉ bởi hai toán hạng ở đầu vào của lệnh: [IN1] và [IN2]. Có tất cả 06 phép so sánh có thể được thực hiện: [IN1] = [IN2], [IN1] >= [IN2], [IN1] [IN2], [IN1] [IN2]. Các byte được đem so sánh là những giá trị không dấu. Trong LAD, lệnh này có dạng một công tắc và công tắc đó đóng (ON) khi điều kiện đem so sánh có giá trị đúng. Trong FBD, đầu ra sẽ có giá trị 1 nếu điều kiện đem so sánh là đúng. Trong STL, lệnh được thực hiện sẽ ghi giá trị 1 vào đỉnh ngăn xếp (với những lệnh Load) hoặc thực hiện phép toán lô gic AND hay OR (tùy theo lệnh cụ thể) giá trị 1 với đỉnh ngăn xếp nếu điều kiện so sánh đúng. So sánh số nguyên (Integer): Lệnh so sánh số nguyên dùng để so sánh 02 giá trị dạng Integer được định địa chỉ bởi hai toán hạng ở đầu vào của lệnh: [IN1] và [IN2]. Có tất cả 06 phép so sánh có thể được thực hiện: [IN1] = [IN2], [IN1] >= [IN2], [IN1] [IN2], [IN1] [IN2]. Các số nguyên được đem so sánh là những giá trị có dấu: 16#7FFF > 16#8000. So sánh từ kép (Double Word): Lệnh so sánh từ kép dùng để so sánh 02 giá trị dạng Double Word được định địa chỉ bởi hai toán hạng ở đầu vào của lệnh: [IN1] và [IN2]. Có tất cả 06 phép so sánh có thể được thực hiện: [IN1] = [IN2], [IN1] >= [IN2], [IN1] [IN2], [IN1] [IN2]. Các giá trị từ kép được đem so sánh là những giá trị có dấu: 16#7FFFFFFF > 16#80000000. So sánh số thực (Real): Lệnh so sánh số thực dùng để so sánh 02 giá trị dạng Real được định địa chỉ bởi hai toán hạng ở đầu vào của lệnh: [IN1] và [IN2]. Có tất cả 06 phép so sánh có thể được thực hiện: [IN1] = [IN2], [IN1] >= [IN2], [IN1] [IN2], [IN1] [IN2]. Các số thực được đem so sánh là những giá trị có dấu theo kiểu dấu phẩy động. Ví dụ sử dụng lệnh so sánh: Trang 8
  78. Tập lệnh S7-200 3. Lệnh chuyển đổi Ví dụ Round và Truncate: Trang 9
  79. Tập lệnh S7-200 Ví dụ SEG (Segment): Ngoài ra còn có các lệnh chuyển đổi sang mã ASCII. Trang 10
  80. Tập lệnh S7-200 4. Lệnh định thời SIMATIC S7-200 có 03 loại bộ định thời: - Bộ đóng trễ (On - Delay Timer) TON - Bộ đóng trễ có nhớ (Retentive On - Delay Timer) TONR - Bộ ngắt trễ (Off - Delay Timer) TOF Các bộ đóng trễ và đóng trễ có nhớ bắt đầu đếm thời gian khi có đầu vào EN (Enable) ở mức 1 (ON). Lúc giá trị đếm được lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước tại đầu vào PT (Preset Time) thì bit trạng thái sẽ được đặt bằng 1 (ON). Điều khác nhau giữa hai loại bộ đóng trễ này là: bộ đóng trễ bình thường sẽ bị reset (cả giá trị đang đếm lẫn bit trạng thái đều bị xóa về 0) khi đầu vào EN bằng 0; trong khi đó bộ định thời có nhớ lưu lại giá trị của nó khi đầu vào EN bằng 0 và tiếp tục đếm nếu đầu vào EN lại bằng 1. Như vậy ta có thể dùng loại có nhớ để cộng thời gian những lúc đầu vào EN bằng 1. Loại bộ định thời này có thể reset (xóa giá trị đang đếm về 0) bằng lệnh R (Reset). Cả hai loại bộ đóng trễ vẫn tiếp tục đếm thời gian ngay cả sau khi đã đạt đến giá trị đặt trước PT và chỉ dừng đếm khi đạt giá trị tối đa 32767 (16#7FFF). Bộ ngắt trễ dùng để đưa giá trị đầu ra (bit trạng thái) về 0 (OFF) trễ một khoảng thời gian sau khi đầu vào (EN) đổi về 0. Khi đầu vào EN được đặt bằng 1 (ON) thì bit trạng thái của bộ ngắt trễ cũng bằng 1 ngay lúc đó đồng thời giá trị đếm của nó bị xóa về 0. Khi đầu vào EN về 0, bộ định thời bắt đầu đếm và đếm cho đến khi đạt giá trị đặt trước PT. Lúc đó bit trạng thái của bộ ngắt trễ sẽ về 0 đồng thời nó cũng ngừng đếm. Nếu đầu vào EN chỉ bằng 0 trong khoảng thời gian ngắn hơn thời gian được đặt rồi quay lại bằng 1 thì bit trạng thái của bộ định thời vẫn giữ nguyên bằng 1. Bộ ngắt trễ chỉ bắt đầu đếm khi có sườn thay đổi từ 1 thành 0 ở đầu vào EN. Nếu bộ ngắt trễ ở trong vùng một SCR (Sequence Control Relay) và vùng SCR đó không được kích hoạt thì giá trị đếm của nó được xóa về 0, bit trạng thái cũng bằng 0 (OFF) và bộ định thời không đếm. Khái niệm vùng SCR sẽ được định nghĩa ở phần sau của tài liệu này. Thời gian trễ được tính như là tích của giá trị đang đếm với độ phân giải của của bộ định thời. Những bộ định thời có nhớ có địa chỉ được qui định riêng. Những bộ định thời còn lại (không nhớ) có thể được khai báo như là bộ đóng trễ hoặc ngắt trễ, nhưng không thể là cả hai. Ví dụ không thể có TON 33 và TOF 33 đồng thời. Bảng sau tóm tắt những đặc điểm hoạt động của ba loại bộ định thời nêu trên: Trang 11
  81. Tập lệnh S7-200 Lệnh Reset (R) có thể được sử dụng để reset bất kỳ bộ định thời nào. Các bộ định thời có nhớ (loại TONR) chỉ có thể reset bằng lệnh này. Các bộ định thời sau khi reset có bit trạng thái cũng như giá trị đếm đều được xóa về 0. Các bộ ngắt trễ (TOF) chỉ bắt đầu đếm khi có sự thay đổi từ 1 xuống 0 ở đầu vào IN. Các bộ định thời có độ phân giải khác nhau có cách hoạt động cũng khác nhau. Chúng ta xem xét kỹ hơn về vấn đề này: Bộ định thời với độ phân giải 1 ms: Bộ định thời loại này đếm số khoảng thời gian 1 ms trôi qua kể từ khi nó được kích hoạt. Bộ định thời với độ phân giải 1 ms được kích hoạt bằng lệnh khai báo của nó nhưng sau đó nó được cập nhật (bit trạng thái cũng như giá trị đếm) mỗi giây một lần một cách độc lập không phụ thuộc vào vòng quét chương trình. Nói một cách khác, một bộ định thời loại này có thể được cập nhật nhiều lần trong một vòng quét nếu như thời gian vòng quét lớn hơn 1 ms. Bởi vì một bộ định thời với độ phân giải 1 ms có thể được kích hoạt ở bất kỳ một thời điểm nào trong vòng 1 ms nên ta nên đặt giá trị đặt trước lớn hơn 1 đơn vị so với giá trị yêu cầu cần đếm. Ví dụ để đếm khoảng thời gian 56 ms, ta thường đặt giá trị đặt trước bằng 57. Bộ định thời với độ phân giải 10 ms: Bộ định thời loại này đếm số khoảng thời gian 10 ms trôi qua kể từ khi nó được kích hoạt. Bộ định thời với độ phân giải 10 ms được kích hoạt bằng lệnh khai báo của nó và sau đó nó được cập nhật (bit trạng thái cũng như giá trị đếm) mỗi vòng quét một lần ở ngay đầu mỗi vòng quét bằng cách cộng vào giá trị đang đếm của nó số khoảng thời gian 10 ms trôi qua kể từ đầu vòng quét trước. Nói một cách khác, giá trị đang đếm của bộ định thời loại này giữ nguyên không đổi trong suốt thời gian một vòng quét. Bởi vì một bộ định thời với độ phân giải 10 ms có thể được kích hoạt ở bất kỳ một thời điểm nào trong vòng 10 ms nên ta nên đặt giá trị đặt trước lớn hơn 1 đơn vị so với giá trị yêu cầu cần đếm. Ví dụ để đếm khoảng thời gian 140 ms, ta thường đặt giá trị đặt trước bằng 15. Bộ định thời với độ phân giải 100 ms: Bộ định thời loại này tính số khoảng thời gian 100 ms trôi qua kể từ khi nó được cập nhật lần cuối. Lệnh khai báo bộ định thời với độ phân giải 100 ms cập nhật bit trạng thái cũng như giá trị đếm của nó bằng cách cộng vào giá trị đang đếm của nó số khoảng thời gian 100 ms trôi qua kể từ vòng quét trước. Như vậy, giá trị đang đếm của bộ định thời loại này chỉ được cập nhật khi có lệnh khai báo nó thực hiện. Vì thế nếu bộ định thời với độ phân giải 100 ms đã được kích hoạt nhưng lệnh khai báo nó không được thực hiện trong mỗi vòng quét thì nó có thể không được cập nhật kịp thời và đếm thiếu thời gian. Ngược lại nếu lệnh khai báo bộ định thời được thực hiện nhiều lần trong một vòng quét thì nó có thể đếm dư thời gian do một số khoảng thời gian 100 ms được cộng nhiều lần. Tóm lại nên sử dụng bộ định thời loại này với lệnh khai báo thực hiện chính xác mỗi vòng quét một lần. Bởi vì một bộ định thời với độ phân giải 100 ms có thể được khởi động ở bất kỳ một thời điểm nào trong vòng 100 ms nên ta nên đặt giá trị đặt trước lớn hơn 1 đơn vị so với giá trị yêu cầu cần đếm. Ví dụ để đếm khoảng thời gian 2100 ms, ta thường đặt giá trị đặt trước bằng 22. Để hiểu thêm về cơ chế cập nhật của các bộ định thời với những độ phân giải khác nhau, chúng ta xem xét ví dụ sau, tạo bộ định thời 3 giây với lần lượt ba bộ định thời khác nhau (xem chương trình kèm theo): § Đầu tiên bộ định thời với độ phân giải 1 ms được sử dụng (T32, giá trị đặt trước 300). Q0.0 sẽ có giá trị bằng 1 (ON) trong thời gian một vòng quét khi và chỉ khi nào thời điểm cập nhật của bộ định thời mà giá trị đếm vượt qua giá trị đặt trước rơi vào đúng giữa lúc thực hiện hai lệnh này. Nghĩa là sau khi lệnh trước được thực hiện nhưng phải trước khi thực hiện lệnh sau. Trang 12
  82. Tập lệnh S7-200 § Nếu sử dụng bộ định thời với độ phân giải 10 ms (T33, giá trị đặt trước 30), Q0.0 không bao giờ có giá trị 1 (luôn luôn OFF). § Trường hợp cuối cùng sử dụng bộ định thời với độ phân giải 100 ms (T37, giá trị đặt trước bằng 3). Q0.0 luôn luôn có giá trị bằng 1 (ON) trong đúng thời gian một vòng quét. Để đảm bảo chắc chắn Q0.0 sẽ có giá trị 1 (ON) trong thời gian một vòng quét, ta phải dùng công tắc thường đóng Q0.0 để kích hoạt các bộ định thời thay vì dùng công tắc thường đóng với bit trạng thái của nó. 5. Lệnh bộ đếm Ba loại bộ đếm: bộ đếm lên (Count Up), bộ đếm xuống (Count Down) và loại bộ đếm có thể vừa đếm lên vừa đếm xuống (Count Up / Down). Bộ đếm lên đếm cho đến giá trị tối đa của nó (32767) mỗi khi có sườn lên ở đầu vào đếm lên (CU). Khi giá trị đếm (Cxxx) lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước (PV) thì bit trạng thái (Cxxx) sẽ có giá trị 1 (ON). Bộ đếm có thể bị xóa (reset) bởi mức 1 ở đầu vào reset (R), lúc đó cả giá trị đếm lẫn bit trạng thái sẽ bị xóa về 0. Bộ đếm xuống đếm từ giá trị đặt trước (PV) mỗi khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống (CD). Khi giá trị đếm (Cxxx) bằng 0, bit trạng thái (Cxxx) sẽ bằng 1 đồng thời bộ đếm ngừng đếm. Mức cao ở đầu vào LD xóa bit trạng thái về 0 và tải giá trị đặt trước PV vào giá trị đếm. Bộ đếm vừa đếm lên vừa đếm xuống đếm lên khi có sườn lên ở đầu vào đếm lên (CU) và đếm xuống khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống (CD). Khi giá trị đếm (Cxxx) lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước (PV) thì bit trạng thái (Cxxx) sẽ có giá trị 1 (ON). Bộ đếm có thể bị xóa (reset) bởi mức 1 ở đầu vào reset (R), lúc đó cả giá trị đếm lẫn bit trạng thái sẽ bị xóa về 0. Số hiệu các bộ đếm: C0 đến C255. Trong CPU 221, 222 và 224 mỗi bộ đếm được xác định loại tùy theo lệnh khai báo nhưng không thể khai báo các bộ đếm loại khác nhau với cùng một địa chỉ (trong vùng C). Trong STL, đầu vào reset (R) của bộ đếm tiến là bit đỉnh của ngăn xếp và đầu vào đếm của nó (CU) là bit thứ hai của ngăn xếp. Trong STL, đầu vào tải (LD) của bộ đếm lùi là bit đỉnh của ngăn xếp và đầu vào đếm của nó (CD) là bit thứ hai của ngăn xếp. Trong STL, đầu vào reset (R) của bộ đếm vừa đếm tiến vừa đếm Trang 13
  83. Tập lệnh S7-200 lùi là bit đỉnh của ngăn xếp, đầu vào đếm lùi của nó (CD) là bit thứ hai của ngăn xếp và đầu vào đếm tiến của nó (CU) là bit thứ ba của ngăn xếp. Các bộ đếm còn có thể bị reset bởi lệnh Reset. Bộ đếm vừa tiến vừa lùi khi đếm đến giá trị tối đa (32767) mà tiếp tục đếm lên thi số đếm sẽ nhảy sang giá trị tối thiểu (-32768) và tiếp tục đếm bình thường. Tương tự, nếu nó đếm lùi khi đã ở giá trị nhỏ nhất (-32768) thì số đếm sẽ nhảy thành giá trị lớn nhất (32767). Ví dụ sử dụng bộ đếm: Trang 14
  84. Tập lệnh S7-200 Các bộ đếm tốc độ cao xem giáo trình lí thuyết. 6. Lệnh dịch chuyển ô nhớ Các lệnh dịch chuyển một Byte, một từ đơn (Word), một từ kép (Double Word) hay một số thực (Real): Lệnh dịch chuyển một Byte, Move Byte, sao chép nội dung ô nhớ kích thước một byte được định địa chỉ ở đầu vào IN lên ô nhớ kích thước một byte được định địa chỉ ở đầu ra OUT. Nội dung byte nhớ ở địa chỉ [IN] không thay đổi. Tương tự cho các câu lệnh với W, DW. Lệnh dịch chuyển một Số thực, Move Real, sao chép số thực kích thước 32 bit được định địa chỉ ở đầu vào IN lên số thực kích thước 32 bit được định địa chỉ ở đầu ra OUT. Số thực ở địa chỉ [IN] không thay đổi. Những lỗi có thể được gây nên bởi các lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. Các lệnh dịch chuyển một Byte, một từ đơn (Word) tức khắc: đọc hoặc ghi. Lệnh dịch chuyển một khối các byte, Block Move Byte: sao chép nội dung một số các ô nhớ liên tiếp (xác định bởi toán hạng ở đầu vào N), mỗi ô kích thước một byte với byte đầu tiên được định địa chỉ ở đầu vào IN lên khối các ô nhớ liên tiếp kích thước mỗi ô nhớ một byte và byte đầu tiên được định địa chỉ ở đầu ra OUT. Số lượng các byte có thể sao chép nằm trong khoảng từ 1 đến 255. Lệnh dịch chuyển một khối các từ đơn, Block Move Word, sao chép nội Trang 15
  85. Tập lệnh S7-200 dung một số các ô nhớ liên tiếp (xác định bởi toán hạng ở đầu vào N), mỗi ô kích thước một word với word đầu tiên được định địa chỉ ở đầu vào IN lên khối các ô nhớ liên tiếp kích thước mỗi ô nhớ một word và word đầu tiên được định địa chỉ ở đầu ra OUT. Số lượng các word có thể sao chép nằm trong khoảng từ 1 đến 255. Lệnh dịch chuyển một khối các từ kép, Block Move Double Word, sao chép nội dung một số các ô nhớ liên tiếp (xác định bởi toán hạng ở đầu vào N), mỗi ô kích thước một từ kép với từ kép đầu tiên được định địa chỉ ở đầu vào IN lên khối các ô nhớ liên tiếp kích thước mỗi ô nhớ một từ kép và từ kép đầu tiên được định địa chỉ ở đầu ra OUT. Số lượng các từ kép có thể sao chép nằm trong khoảng từ 1 đến 255. Những lỗi có thể được gây nên bởi các lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Lỗi 0091: toán hạng vượt quá giới hạn cho phép. 7. L ệ nh với Bảng 7.1 Lệnh thêm vào bảng Trang 16
  86. Tập lệnh S7-200 7.2 Lệnh Memory Fill Lệnh này điền đầy một khoảng nhớ bao gồm một số các từ đơn liên tiếp (được xác định bởi đầu vào N) với từ đơn (Word) đầu tiên được định địa chỉ bởi đầu ra OUT bằng từ đơn được định địa chỉ ở đầu vào IN. Kích thước khoảng nhớ có thể nằm trong khoảng từ 1 đến 255 từ đơn. Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Lỗi 0091: toán hạng vượt quá giới hạn cho phép. Ví dụ: 7.3 Lệnh tìm kiếm trong bảng Trang 17
  87. Tập lệnh S7-200 Trang 18
  88. Tập lệnh S7-200 8. Lệnh toán số học 8.1 Cộng, Trừ, Nhân, Chia số nguyên, số thực Các lệnh này cộng (Add) hay trừ (Subtract) hai số nguyên được định địa chỉ ở các đầu vào IN1 và IN2, kết quả lưu vào số nguyên được định địa chỉ bởi đầu ra OUT. [IN1] + [IN2] = [OUT] [IN1] - [IN2] = [OUT] Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Bit đặc biệt SM1.1 = 1: lỗi tràn (Overflow). Những bit nhớ đặc biệt có nội dung bị ảnh hưởng bởi lệnh này: + SM1.0 (Zero): bằng 1 nếu kết quả bằng 0. + SM1.1 (Overflow): bằng 1 nếu kết quả bị tràn. + SM1.2 (Negative): bằng 1 nếu kết quả là số âm. Các lệnh này cộng (Add) hay trừ (Subtract) hai số nguyên 32 bit được định địa chỉ ở các đầu vào IN1 và IN2, kết quả lưu vào số nguyên 32 bit được định địa chỉ bởi đầu ra OUT. [IN1] + [IN2] = [OUT] [IN1] - [IN2] = [OUT] Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. Trang 19
  89. Tập lệnh S7-200 + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Bit đặc biệt SM1.1 = 1: lỗi tràn (Overflow). Những bit nhớ đặc biệt có nội dung bị ảnh hưởng bởi lệnh này: + SM1.0 (Zero): bằng 1 nếu kết quả bằng 0. + SM1.1 (Overflow): bằng 1 nếu kết quả bị tràn. + SM1.2 (Negative): bằng 1 nếu kết quả là số âm. Các lệnh nhân (Multiply) hay chia (Divide) hai số nguyên 16 bit được định địa chỉ ở các đầu vào IN1 và IN2, kết quả lưu vào số nguyên được định địa chỉ bởi đầu ra OUT. Trong phép chia, số dư bị bỏ qua. Bit báo tràn sẽ thành 1 nếu kết quả lớn hơn một số nguyên 16 bit. Những lệnh này không có trong các CPU 212, 214. [IN1] * [IN2] = [OUT] [IN1] / [IN2] = [OUT] Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Bit đặc biệt SM1.1 = 1: lỗi tràn (Overflow). + Bit đặc biệt SM1.3 = 1: lỗi chia cho 0 (Divide-by-zero). Những bit nhớ đặc biệt có nội dung bị ảnh hưởng bởi lệnh này: + SM1.0 (Zero): bằng 1 nếu kết quả bằng 0. + SM1.1 (Overflow): bằng 1 nếu kết quả bị tràn. + SM1.2 (Negative): bằng 1 nếu kết quả là số âm. + SM1.3 (Divide-by-zero): bằng 1 nếu số chia bằng 0. Trong trường hợp bit SM1.1 (Overflow) bằng 1, kết quả sẽ không được ghi và các bit đặc biệt khác liên quan đến các phép toán (Zero, Negative, ) đều được xóa về 0. Trong trường hợp bit SM1.3 (Divide-by-zero) bằng 1, các bit đặc biệt khác liên quan đến các phép toán (Zero, Negative, ) đều được giữ nguyên không thay đổi và các toán hạng ở đầu vào cũng không đổi. Trong các trường hợp còn lại, các bit đặc biệt nói trên sẽ có giá trị phản ảnh trạng thái của kết quả theo tính năng của chúng Các lệnh nhân (Multiply) hay chia (Divide) hai số nguyên 32 bit được định địa chỉ ở các đầu vào IN1 và IN2, kết quả lưu vào số nguyên 32 bit được định địa chỉ bởi đầu ra OUT. Trong phép chia, số dư bị bỏ qua. Bit báo tràn sẽ thành 1 nếu kết quả lớn hơn một số nguyên 32 bit. Những lệnh này không có trong các CPU 212, 214. [IN1] * [IN2] = [OUT] [IN1] / [IN2] = [OUT] Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Bit đặc biệt SM1.1 = 1: lỗi tràn (Overflow). + Bit đặc biệt SM1.3 = 1: lỗi chia cho 0 (Divide-by-zero). Những bit nhớ đặc biệt có nội dung bị ảnh hưởng bởi lệnh này: + SM1.0 (Zero): bằng 1 nếu kết quả bằng 0. + SM1.1 (Overflow): bằng 1 nếu kết quả bị tràn. + SM1.2 (Negative): bằng 1 nếu kết quả là số âm. + SM1.3 (Divide-by-zero): bằng 1 nếu số chia bằng 0. Trong trường hợp bit SM1.1 (Overflow) bằng 1, kết quả sẽ không được ghi và các bit đặc biệt khác liên quan đến các phép toán (Zero, Negative, ) đều được xóa về 0. Trong trường hợp bit SM1.3 (Divide-by-zero) bằng 1, các bit đặc biệt khác liên quan đến các phép toán (Zero, Negative, ) đều được giữ nguyên không thay đổi và các toán hạng ở đầu vào cũng không đổi. Các lệnh Nhân, Chia hai số nguyên (Integer) và ghi kết quả vào số nguyên dài (Double Integer): Các lệnh này nhân (Multiply) hay chia (Divide) hai số nguyên 16 bit được định địa chỉ ở các đầu vào IN1 và IN2, kết quả lưu vào số nguyên 32 bit được định địa chỉ bởi đầu ra OUT. Trong phép chia, kết quả bao gồm số dư ở 16 bit cao và thương số ở 16 bit thấp. [IN1] * [IN2] = [OUT] [IN1] / [IN2] = [OUT] Trong STL, lệnh MUL chỉ sử dụng 16 bit thấp của từ kép [OUT] làm số nhân. Tương tự lệnh DIV cũng chỉ sử dụng 16 bit thấp của từ kép [OUT] làm số bị chia. Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. Trang 20
  90. Tập lệnh S7-200 + Bit đặc biệt SM1.1 = 1: lỗi tràn (Overflow). + Bit đặc biệt SM1.3 = 1: lỗi chia cho 0 (Divide-by-zero). Những bit nhớ đặc biệt có nội dung bị ảnh hưởng bởi lệnh này: + SM1.0 (Zero): bằng 1 nếu kết quả bằng 0. + SM1.1 (Overflow): bằng 1 nếu kết quả bị tràn. + SM1.2 (Negative): bằng 1 nếu kết quả là số âm. + SM1.3 (Divide-by-zero): bằng 1 nếu số chia bằng 0. Trong trường hợp bit SM1.3 (Divide-by-zero) bằng 1, các bit đặc biệt khác liên quan đến các phép toán (Zero, Negative, ) đều được giữ nguyên không thay đổi và các toán hạng ở đầu vào cũng không đổi. Các số thực được biểu diễn bằng 32 bit dưới dạng dấu phẩy động theo chuẩn ANSI / IEEE 754 - 1985. Các ví dụ: 8.2 Lệnh tăng giảm một đơn vị Trang 21
  91. Tập lệnh S7-200 Thêm vào hay bớt đi một đơn vị từ một Byte được định địa chỉ ở đầu vào IN, kết quả lưu vào Byte được định địa chỉ bởi đầu ra OUT. Các số trong Byte toán hạng được xem là các số không dấu. [IN] + 1 = [OUT] [IN] - 1 = [OUT] Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Bit đặc biệt SM1.1 = 1: lỗi tràn (Overflow). Những bit nhớ đặc biệt có nội dung bị ảnh hưởng bởi lệnh này: + SM1.0 (Zero): bằng 1 nếu kết quả bằng 0. + SM1.1 (Overflow): bằng 1 nếu kết quả bị tràn. Tương tự đối với W, DW. 8.3 Các lệnh hàm số học 9. Lệnh vòng lặp PID Lệnh này tính toán vòng lặp PID (PID Loop) theo các đầu vào và những thông số từ bảng được định địa chỉ bởi TBL. Những lỗi có thể được gây nên bởi lệnh này (ENO = 0): + Bit đặc biệt SM4.3 = 1: lỗi Run - Time. + Lỗi 0006: địa chỉ gián tiếp. + Bit đặc biệt SM1.1 = 1: lỗi tràn (Overflow). Những bit nhớ đặc biệt có nội dung bị ảnh hưởng bởi lệnh này: + SM1.1 (Overflow): bằng 1 nếu kết quả bị tràn. Lệnh PID Loop (Proportional, Integral, Derivative Loop) được sử dụng để tính toán vòng lặp PID. Lệnh này chỉ được thực hiện nếu như đỉnh của ngăn xếp (Top Of Stack) bằng 1 trong STL, hay có Power Flow trong LAD. Lệnh này có hai toán hạng: [TBL] là địa chỉ byte đầu tiên của một bảng dữ liệu còn [LOOP] là một số nằm trong khoảng từ 0 đến 7. Điều này cũng có nghĩa là chỉ có tối đa 8 lệnh PID Loop có thể được Trang 22
  92. Tập lệnh S7-200 sử dụng trong một chương trình. Nếu có hai lệnh PID Loop với cùng một số [LOOP] thì dù chúng có sử dụng hai bảng khác nhau đi nữa cũng vẫn ảnh hưởng đến nhau và có thể gây những hậu quả không lường trước được. Bảng dữ liệu của lệnh PID Loop bao gồm 09 tham số dùng để điều khiển hoạt động của vòng lặp: giá trị tức thời và giá trị kế trước (current and previous value) của biến điều khiển (process variable), giá trị yêu cầu (setpoint), giá trị xử lý (output - đầu ra của PID), hệ số khuếch đại (gain), thời gian lấy mẫu (sample time), hệ số tích phân (integral time - reset), hệ số vi phân (derivative time - rate) và integral sum (bias). Để thực hiện lệnh này ở một tần suất lấy mẫu xác định, nó phải hoặc là được đặt trong một ngắt thời gian hoặc là được thực hiện trong chương trình chính qua kiểm soát bởi một bộ định thời. Đồng thời, thời gian lấy mẫu tương ứng phải được đưa vào bảng dữ liệu của lệnh. Trong STEP 7 Micro / Win 32, chúng ta có thể sử dụng PID Wizard để tạo thuật toán với PID cho một mạch điều khiển kín bằng cách chọn Tools Instruction Wizard -> PID từ Menu chính. Ở trạng thái ổn định, một bộ điều khiển PID sẽ điều chỉnh sao cho sai số giữa giá trị yêu cầu (setpoint SP) và giá trị điều khiển (process variable PV) bằng 0. Nguyên lý của một bộ điều khiển PID như vậy thể hiện trong phương trình sau: t de M (t) = Kc * e + Ki * ò edt + Mi + Kd * 0 dt output = proportional + integral + differential trong đó: M(t): đầu ra của PID (đại lượng xử lý) như một hàm theo thời gian Kc: hằng số khuếch đại e: sai số. e = SP - PV Mi: giá trị ban đầu của PID Nhằm mục đích áp dụng bộ điều khiển PID trên máy vi tính hay PLC nói riêng và trong kỹ thuật số nói chung, chúng ta phải tiến hành “rời rạc hóa” phương trình nêu trên. Cụ thể là lấy mẫu và lượng tử hóa các biến. Phương trình được viết lại như sau: n M n = Kc * en + Ki * å ei + Mi + Kd * (en - en - 1 ) i = 1 output = proportional + integral + differential trong đó: Mn: đầu ra của PID (đại lượng xử lý) ở thời điểm lấy mẫu n Kc: hằng số khuếch đại en: sai số ở thời điểm lấy mẫu n. en = SPn - PVn en-1: sai số ở thời điểm lấy mẫu ngay trước đó (n-1). en-1 = SPn-1 - PVn-1 Ki: hằng số khuếch đại của thành phần tích phân Mi: giá trị ban đầu của PID Kd: hằng số khuếch đại của thành phần vi phân Từ phương trình này ta nhận thấy rằng, nếu như thành phần tỉ lệ (proportional) chỉ là hàm của sai số ở thời điểm lấy mẫu thì thành phần vi phân (differential) là hàm số của sai số ở thời điểm lấy mẫu lẫn thời điểm lấy mẫu kế trước còn thành phần tích phân (integral) lại là hàm của tất cả các sai số từ thời điểm lấy mẫu đầu tiên cho đến thời điểm lấy mẫu hiện tại. Trong kỹ thuật số, lưu lại tất cả các sai số là điều không thể thực hiện được, cũng như thật sự không cần thiết. Vì giá trị xử lý luôn được tính toán ở mọi thời điểm lấy mẫu, kể từ thời điểm đầu tiên, nên chỉ cần lưu lại giá trị kế trước của sai số và thành phần tích phân. Phương trình được đơn giản thành: M n = Kc * en + Ki * en + MX + Kd * (en - en - 1 ) output = proportional + integral + differential trong đó: Mn: đầu ra của PID (đại lượng xử lý) ở thời điểm lấy mẫu n Kc: hằng số khuếch đại en: sai số ở thời điểm lấy mẫu n. en = SPn - PVn en-1: sai số ở thời điểm lấy mẫu ngay trước đó (n-1). en-1 = SPn-1 - PVn-1 Ki: hằng số khuếch đại của thành phần tích phân Trang 23
  93. Tập lệnh S7-200 MX: giá trị thành phần tích phân ở thời điểm lấy mẫu kế trước (n-1) Kd: hằng số khuếch đại của thành phần vi phân Một cách viết khác của phương trình: Mn = MPn + MIn + MDn output = proportional + integral + differential trong đó: Mn: đầu ra của PID (đại lượng xử lý) ở thời điểm lấy mẫu n MPn: thành phần tỉ lệ của đầu ra PID ở thời điểm lấy mẫu n MIn: thành phần tích phân của đầu ra PID ở thời điểm lấy mẫu n MDn: thành phần vi phân của đầu ra PID ở thời điểm lấy mẫu n Ta lần lượt xét đến từng thành phần một của đại lượng xử lý: Thành phần tỉ lệ (proportional) MP là tích của hằng số khuếch đại Kc với sai số e. Trong đó Kc đặc trưng cho độ nhạy của đầu ra PID (Kc càng lớn, bộ điều khiển PID càng nhạy) còn e là sai số giữa đại lượng yêu cầu (setpoint SP) và đại lượng thực tế (process variable PV). Phương trình biểu diễn: MPn = Kc * (SPn - PVn) trong đó: MPn: thành phần tỉ lệ của đầu ra PID ở thời điểm lấy mẫu n Kc: hằng số khuếch đại SPn: đại lượng yêu cầu tại thời điểm lấy mẫu n PVn: đại lượng thực tế tại thời điểm lấy mẫu n Thành phần tích phân (integral) MI tỉ lệ với tổng các sai số qua thời gian, thể hiện bằng phương trình: MIn = KC * Ts / Ti * (SPn - PVn ) + MX trong đó: MIn: thành phần tích phân của đầu ra PID ở thời điểm lấy mẫu n Kc: hằng số khuếch đại Ts: thời gian lấy mẫu Ti: hệ số tích phân SPn: đại lượng yêu cầu tại thời điểm lấy mẫu n PVn: đại lượng thực tế tại thời điểm lấy mẫu n MX: giá trị của thành phần tích phân ở thời điểm lấy mẫu kế trước (n-1), còn được gọi là integral sum hay bias. Sau khi tính toán giá trị MIn, bias MX được thay thế bởi chính giá trị MIn đó với khả năng có thể bị điều chỉnh hoặc cắt (chặn giới hạn), điều này sẽ được nói rõ ở phần sau. Giá trị ban đầu của bias MX, Mi thường được lấy là giá trị của đầu ra bộ PID ngay trước thời điểm thực hiện lệnh PID lần đầu tiên. Các hằng số khác ảnh hưởng đến thành phần này là: Kc - hằng số khuếch đại, Ts - thời gian lấy mẫu và Ti - hệ số tích phân là đặc trưng cho ảnh hưởng của thành phần này lên toàn bộ đại lượng xử lý. Thành phần vi phân (differential) MD tỉ lệ với độ thay đổi của sai sô, thể hiện qua phương trình: MDn = KC * Td / Ts * ((SPn - PVn ) - (SPn - 1 - PVn - 1 )) Với đặc tính có quán tính của mọi hệ vật chất, chúng ta có thể giả thiết rằng đại lượng thực tế PV không bao giờ có sự thay đổi một cách gián đoạn. Tuy nhiên đại lương yêu cầu thì có thể tăng giảm gãy khúc (do được tính trên lý thuyết). Về bản chất toán học, thành phần vi phân là phép lấy đạo hàm nên những sự thay đổi gián đoạn có thể gây nên các giá trị vô cùng lớn ở đầu ra. Để tránh hiện tượng này, trong phương trình trên ta giả thiết SPn = SPn - 1 và có thể viết: MDn = KC * Td / Ts * (PVn - 1 - PVn) trong đó: MDn: thành phần vi phân của đầu ra PID ở thời điểm lấy mẫu n Kc: hằng số khuếch đại Ts: thời gian lấy mẫu Td: hệ số vi phân SPn: đại lượng yêu cầu tại thời điểm lấy mẫu n SPn-1: đại lượng yêu cầu tại thời điểm lấy mẫu n-1 PVn: đại lượng thực tế tại thời điểm lấy mẫu n PVn-1: đại lượng thực tế tại thời điểm lấy mẫu n-1 Trang 24
  94. Tập lệnh S7-200 Như vậy trên thực tế không cần nhớ sai số ở thời điểm lấy mẫu kế trước mà chỉ cần nhớ đại lượng thực tế. Trong lần tính toán đầu tiên PVn-1 được lấy bằng PVn. Tùy theo ứng dụng thực tế, có thể bỏ bớt thành phần trong bộ điều khiển PID chứ không nhất thiết phải bao gồm đủ cả ba thành phần, chẳng hạn có thể tạo bộ điều khiển tỉ lệ (P) hay bộ điều khiển chỉ chứa các thành phần tỉ lệ và tích phân (PI). Sự lựa chọn này dựa trên cách đặt các tham số. Nếu muốn bỏ thành phần tích phân (bỏ I), ta chọn hệ số tích phân bằng vô cùng (Ti = (). Trong trường hợp này, thành phần tích phân vẫn không nhất thiết bằng không mà có thể bằng một giá trị không đổi thông qua giá trị bias MX ban đầu. Nếu muốn bỏ thành phần vi phân (bỏ D), ta chọn hệ số vi phân bằng không (Td = 0.0). Nếu muốn bỏ thành phần tỉ lệ (bỏ P), ta chọn hệ số khuếch đại bằng không (Kc = 0.0). Trong trường hợp này, vì các hằng số của các thành phần tích phân và vi phân có tính theo Kc nên đối với những thành phần ấy, Kc được hiểu là bằng 1.0. Một bộ điều khiển PID có hai đầu vào: đại lượng yêu cầu và đại lượng thực tế. Đây là những đại lượng thật trong ứng dụng như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, Để đưa vào tính toán trong một bộ điầu khiển, chúng phải được đo, chuyển đổi về giá trị thích hợp và chuẩn hóa (nếu cần). Các bước này đều cần thiết cho một bộ điều khiển PID, bộ này đòi hỏi các giá trị đầu vào là những giá trị số thực (dấu phẩy động) nằm trong khoảng từ 0.0 đến 1.0. Thông thường, những giá trị đo được được đưa vào PLC qua các đầu vào tương tự (qui về điện áp trong khoảng 0 - 10VDC hoặc dòng điện 0 - 20mADC) thành những giá trị số nguyên 16 bit có dấu. Trước hết những giá trị này phải được đổi thành các số thực 32 bit (dấu phẩy động), chẳng hạn theo thuật toán sau: XORD AC0, AC0 //Clear the accumulator. MOVW AIW0, AC0 //Save the analog value in the accumulator. LDW>= AC0, 0 //If the analog value is positive, JMP 0 //then convert to a real number. NOT //Else, ORD 16#FFFF0000, AC0 //sign extend the value in AC0. LBL 0 DTR AC0, AC0 //Convert the 32-bit integer to a real number. Bước tiếp theo là chuẩn hóa về khoảng [0.0 - 1.0] theo phương trình: NNorm = (NRaw / Span) + Offset trong đó: NNorm là giá trị đã chuẩn hóa, đại diện cho một đại lượng thật NRaw là giá trị thực chưa chuẩn hóa, đại diện cho một đại lượng thật Span là hiệu của giá trị lớn nhất có thể có trừ đi giá trị nhỏ nhất có thể có của giá trị chưa chuẩn hóa. Trong S7-200 thường là 32000 - 0 = 32000 đối với các đại lượng không đổi dấu (unipolar) và khi đó Offset = 0.0, hay 32000 - (-32000) = 64000 đối với các đại lượng có thể vừa có giá trị dương vừa có giá trị âm (bipolar) và khi đó Offset = 0.5. Đoạn lệnh sau đây minh họa cho thuật toán này trong trường hợp đại lượng có dấu (bipolar): /R 64000.0, AC0 //Normalize the value in the accumulator +R 0.5, AC0 //Offset the value to the range from 0.0 to 1.0 MOVR AC0, VD100 //Store the normalized value in the loop TABLE Một cách lô gic chúng ta thấy rằng cần phải có quá trình ngược lại với quá trình trên đối với giá trị ở đầu ra của bộ điều khiển PID. Nghĩa là biến đổi và đưa về thang giá trị thích hợp cho đầu ra từ giá trị đầu ra đã chuẩn hóa trong khoảng 0.0 đến 1.0. Phương trình thuật toán: RScale = (MNorm - Offset) * Span trong đó: RScale là giá trị thích hợp cho đầu ra, đại diện cho một đại lượng thật MNorm là giá trị đầu ra chuẩn hóa, đại diện cho một đại lượng thật Span là hiệu của giá trị lớn nhất có thể có trừ đi giá trị nhỏ nhất có thể có của giá trị chưa chuẩn hóa. Trong S7-200 thường là 32000 - 0 = 32000 đối với các đại lượng không đổi dấu (unipolar) và khi đó Offset = 0.0, hay 32000 - (-32000) = 64000 đối với các đại lượng có thể vừa có giá trị dương vừa có giá trị âm (bipolar) và khi đó Offset = 0.5. Đoạn lệnh minh họa cho thuật toán: MOVR VD108, AC0 //Move the loop output to the accumulator. -R 0.5, AC0 //Include this statement only if the value is Trang 25
  95. Tập lệnh S7-200 //bipolar. *R 64000.0, AC0 //Scale the value in the accumulator. ROUND AC0 AC0 //Convert the real number to a 32-bit integer. MOVW AC0, AQW0 //Write the 16-bit integer value to the analog //output. Chúng ta thường nói về vòng lặp điều khiển thuận khi hệ số khuếch đại dương (Kc > 0) hay vòng lặp điều khiển đảo (nghịch) khi hệ số khuếch đại âm (Kc < 0). Trong trường hợp không có thành phần P (Kc = 0), ta xét dấu của các hệ số Ti và Td. Các giá trị yêu cầu và giá trị thực tế (biến điều khiển) là những đầu vào của bộ điều khiển PID, do đó các trường tương ứng với chúng trong bảng dữ liệu của PID sẽ không bị thay đổi bởi lệnh này. Ngược lại trường tương ứng với đầu ra được cập nhật bởi PID. Nó sẽ bị cắt (chặn) nếu vượt ra ngoài khoảng cho phép [0.0 - 1.0]. Nếu có sử dụng thành phần tích phân (I), bias cũng được cập nhật và lại được dùng làm đầu vào cho lần lấy mẫu kế tiếp. Tuy nhiên nó có thể được điều chỉnh trong trường hợp đầu ra bị chặn (vì vượt ra ngoài khoảng [0.0 - 1.0]) theo phương trình sau: MX = 1.0 - (MPn + MDn ) khi đầu ra lớn hơn 1.0, hay MX = - (MPn + MDn ) khi đầu ra nhỏ hơn 0.0, trong đó: MX là giá trị bias đã được điều chỉnh MPn là giá trị thành phần tỉ lệ (P) của đầu ra ở thời điểm lấy mẫu n MDn là giá trị thành phần vi phân (D) của đầu ra ở thời điểm lấy mẫu n Mn là giá trị của đầu ra ở thời điểm lấy mẫu n Bằng sự điều chỉnh này, giá trị đầu ra sẽ được đưa về khoảng hợp lệ. Giá trị bias cũng bị chặn trong khoảng [0.0 - 1.0] và ghi vào bảng dữ liệu cho lần lấy mẫu tiếp theo sử dụng. Giá trị bias trong bảng dữ liệu có thể thay đổi được ngay trước khi thực hiện lệnh PID nhưng phải chú ý đây là một số thực nằm trong khoảng [0.0 - 1.0]. Giá trị đại lượng thực tế của lần lấy mẫu trước được lưu lại trong bảng dữ liệu để tính toán thành phần vi phân, không bao giờ được thay đổi giá trị này. Một bộ điều khiển PID có thể hoạt động ở một trong hai chế độ: Auto hoặc Manual. Thực ra không có chế độ hoạt động nào được xây dựng sẵn cho PID trong S7-200. Sự tính toán chỉ được thực hiện khi có dòng năng lượng (powerflow) đến đầu EN (enable) của bộ PID. PID được xem như hoạt động ở chế độ Auto khi nó thực hiện tính toán một cách tuần hoàn liên tục. Trong trường hợp ngược lại, PID được xem như hoạt động ở chế độ Manual. Vấn đề chúng ta cần xét đến là sự chuyển đổi đảm bảo tính liên tục từ chế độ Manual sang chế độ Auto. Điều đó đòi hỏi đầu ra được tính trong chế độ Manual phải được ghi vào đầu vào ở thời điểm chuyển đổi sang chế độ Auto. Tương tự như cách hoạt động của bộ đếm, CPU sử dụng một bit nhớ để xác định thời điểm chuyển đổi: khi dòng năng lượng thay đổi từ 0 lên 1. Lúc đó CPU sẽ thực hiện một loạt thao tác cần thiết: Đặt giá trị yêu cầu bằng giá trị thực tế: SPn = PVn Đặt giá trị kế trước của giá trị thực tế: PVn-1 = PVn Đặt Bias bằng giá trị đầu ra: MX = Mn Bit nhớ của một bộ PID có giá trị mặc định là 1 (ON), được đặt khi CPU khởi động hay chuyển từ chế độ STOP sang chế độ RUN. Điều đó cũng có nghĩa là khi bộ PID được thực hiện lần đầu tiên, CPU không nhận biết sự chuyển đổi trạng thái của dòng năng lượng từ 0 lên 1 và do đó không thực hiện các thao tác nêu ở trên. Lệnh PID là một lệnh đơn giản nhưng rất mạnh trong việc tính toán thuật toán PID. Nếu cần một số tính năng khác, ví dụ như báo động hay những thay đổi đặc biệt, có thể sử dụng các lệnh khác để can thiệp. Khi chương trình sử dụng được biên dịch, lỗi biên dịch có thể xuất hiện nếu địa chỉ bảng tham số [TBL] hoặc toán hạng [LOOP] của bộ PID vượt ra ngoài phạm vi cho phép (out of range). Một số phạm vi cho phép không được kiểm tra, vì vậy người lập trình phải chú ý. Chẳng hạn như những giá trị yêu cầu và thực tế phải là các số thực nằm trong khoảng từ 0.0 đến 1.0, cũng như các giá trị thực tế kế trước hay Bias, nếu được sử dụng, không được vượt ra ngoài khoảng [0.0 - 1.0]. Nếu lỗi xuất hiện trong quá trình tính toán thuật toán PID, bit đặc biệt SM1.1 (overflow) sẽ bằng 1 và quá trình tính toán bị dừng lại. Trong những trường hợp như vậy, đầu ra của bộ PID có thể chưa được hoàn Trang 26