Đồ án Cảnh báo mực nước

- Tìm hiểu được cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC - Tìm hiểu được nguyên một số phương pháp đo mức nước được sử dụng trong thực tế. - Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết bộ chuyển đổi ADC, ứng dụng vào module mở rộng EM235 - Tìm hiểu được nguyên tắc hoạt động của module EM235, cách ghép nối module với PLC và cách đọc giá trị từ module của PLC - Tìm hiểu được phương pháp lập trình PLC bằng phần mềm Step 7 Micro Win 4 cũng như việc mô phỏng PLC bằng phần mềm PLC Simulator.

docx59 trang | Chia sẻ: tienthan23 | Ngày: 06/12/2015 | Lượt xem: 2929 | Lượt tải: 13download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Cảnh báo mực nước, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
mở và phần cuối được bịt kín bởi một màng cảm biến. Thành phần chính của cảm biến là một thiết bị bán dẫn được gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện. Tín hiệu do cảm biến tạo ra được đưa vào một mạch khuyếch đại tín hiệu và đưa đến ECU. Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc: Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị. Sự biến dạng là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở gây ra sự thay đổi điện thế của mạch cầu điện trở. Điện áp thay đổi được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại và thay đổi trong khoảng từ 5mA đến 40mA. Sự thay đổi này sẽ được đọc bởi module mở rộng của PLC để trả ra giá trị digital, tùy theo độ phân giải được chọn mà giá trị digital trả ra có thể thay đổi. Từ giá trị digital đọc được ta có thể tính được giá trị áp suất đáy bình. Áp dụng công thức với P = áp suất đo được, ρ = khối lượng riêng, g = gia tốc trọng lực, h = chiều cao của cột chất lỏng ta có thể tính ngược lại được chiều cao của cột chất lỏng. Việc kiểm soát một cách chính xác áp suất của ống là điều bắt buộc để hệ thống hoạt động đúng. Đây cũng là nguyên nhân tại sao cảm biến áp suấ ống phải có sai số nhỏ trong quá trình đo. Trong dải hoạt động của động cơ, độ chính xác khi đo đạt khoảng 2%. Nếu cảm biến áp suất ống bị hư thì van điều khiển áp suất sẽ được điều khiển theo giá trị định sẵn ECU. Với mục đích nghiên cứu module mở rộng Alalog cuả PLC, nhóm chọn cảm biến áp suất làm nhiệm vụ đọc giá trị mức nước. Tìm hiểu chung về PLC Giới thiệu chung về PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controlle, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối ( bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau : Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học . Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa. Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp . Hoàn toàn tin cậy trog môi trường công nghiệp . Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính, nối mạng, các mô Modul mở rộng. Giá cả có thể cạnh tranh được. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian .Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dể dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp . Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi dịch sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn. Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện viêc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay . Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây. Tính mềm dẻo cao trong hệ thống. Bộ nhớ: Cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm. Hệ điều hành Bộ đếm vào – ra Bộ định thời Bộ đếm Bit cơ Cổng vào ra Onboard Quản lý ghép nối Bus của PLC - Bộ nhớ vào ra: C ng ổ ng t và ắ c m t đ ố ế cao đ ộ + Kh i vi ố x lý ử trung tâm H + ệ u hành đi ề m B đ ộ ế vào-ra B nh đ ộ ị i th ờ B ộ đ m ế Bit c ơ C ng ổ vào ra Onboard Qu n lý ghép ả n i ố Bus c a PLC ủ Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC a. Cấu trúc Tất cả các PLC đều có thành phần chính là : Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM ). Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC . Các Modul vào /ra. Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có một số hãng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng. Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thường các tín hiệu xuất nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog). Ÿ Mô đun nguồn: (Moudule) Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều. Ÿ Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module): Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ Ÿ Mô đun nhập: (Input Module) Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến. Mô đun xuất (Output Module): Trong PLC thì Module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập. Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một Module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng giống như Module nhập thì các ngõ ra của Module xuất là các tiếp điểm của rơle, khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông qua các thiết bị trung gian như: CTT. Aptomat. Triac b. Nguyên lý hoạt động của PLC li n d u t Chuy ữ ể ừ ệ ng ra i c u ra Q t đ ầ ổ ớ li u t u Chuy n d đ ữ ệ ừ ể ầ c ng vào t i đ u vào I ổ ớ ầ Truy n thông và ề ki m tra b nh ớ ể ộ c hi n Th ự ệ ng trình ch ươ Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra. Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những trường hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chương trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Tập lệnh của PLC chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường của chương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chương trình. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó. Một vòng quét chiếm thời gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực hiện càng nhanh. Nguyên lý hoạt động dựa trên các bộ phận sau : Đơn vị xử lý trung tâm CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. Hệ thống bus Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song : Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau. Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu. Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC . Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song. Nếu môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC . Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế. Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O . Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 118 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống. Bộ nhớ PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp : Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay. Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ . Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo . Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc . Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng . RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất . Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn . EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được . Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi và xóa EPROM. Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình. Đĩa cứng hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài . Kích thước bộ nhớ : Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo . Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000 ÷16000 dòng lệnh. Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM. Các ngỏ vào ra I / O Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ) . Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản . Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra. Các hoạt động bên trong PLC Xử lý chương trình Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC , các lệnh sẽ được trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ . PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình . Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau : Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành . Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình. Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu ra. Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các modul đầu ra. Xử lý xuất nhập Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I / O trong PLC : Ÿ Cập nhật liên tục Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngỏ vào (mà chúng xuất hiện trong chương trình ), khoảng thời gian Delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngỏ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của chương trình , khi lệnh OUT được thực hiện thì các ngỏ ra cài lại vào đơn vị I / O, vì thế nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp. Ÿ Chụp ảnh quá trình xuất nhập Hầu hết các PLC loại lơn có thể có vài trăm I / O, vì thế CPU chỉ có thể xử lý một lệnh ở một thời điểm . Trong suốt quá trình thực thi, trạng thái mỗi ngõ nhập phải được xét đến riêng lẻ nhằm dò tìm các tác động của nó trong chương trình. Do chúng ta yêu cầu relay 3ms cho mỗi ngõ vào, nên tổng thời gian cho hệ thống lấy mẫu liên tục trở nên rất dài và tăng theo số ngõ vào. Để làm tăng tốc độ thực thi chương trình, các ngõ I / O được cập nhật tới một vùng đặc biệt trong chương trình. Ở đây, vùng RAM đặc biệt này được dùng như một bộ đệm lưu trạng thái các logic điều khiển và các đơn vị I / O. Mỗi ngõ vào ra đều có một địa chỉ I / O RAM này. Suốt quá trình copy tất cả các trạng thái vào trong I / O RAM. Quá trình này xảy ra ở một chu kỳ chương trình (từ Start đến End ). Thời gian cập nhật tất cả các ngõ vào ra phụ thuộc vào tổng số I/O được copy tiêu biểu là vài ms. Thời gian thực thi chương trình phụ thuộc vào chiều dài chương trình điều khiển tương ứng mỗi lệnh mất khoảng từ 1÷ 10 µs. Tìm hiểu sơ lược về PLC S7200 của SIEMEN GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG S7-200 PLC S7-200 là một loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens. Cấu trúc S7-200 gồm 1 CPU và các module mở rộng cho nhiều ứng dụng khác nhau.S7-200 gồm nhiều loại: CPU 221, 222, 224, 226.có nhiều nhất 7 module mở rộng khi có nhu cầu: tổng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng ( AS-I, Profibus ). S7 200 có các đặc trưng về thông số kĩ thuật như sau : Ÿ Các đèn báo: Có 3 loại đèn báo hoạt động RUN: đèn xanh báo hiệu PLC đang hoạt động STOP :đèn vàng –báo hiệu PLC SF (system Failure):đèn đỏ báo hiệu PLC bị sự cố. Có 2 loại đèn chỉ thị : Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào. Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra Ÿ Đặc điểm ngỏ vào Mức logic 1 : 24VDC/7mA Mức logic 0 : đến 5VDC/1MA Đáp ứng thời gian : 0.2ms Cách ly quang : 500ACV Địa chỉ ngõ vào : Ix.x Đặc điểm ngõ ra: Điện áp tác động: 24 -28VDC/2A - Ngõ ra Relay hoặc transitor Sourcing Chịu quá dòng đến 7. Điện trở cách ly nhỏ nhất 100 m Ω Điện trở công tắc 200 Ω Điện trở công tắc: 200 m Ω Thời gian chuyển mạch tối đa 10 ms Không có chế độ bảo vệ ngắn mạch Địa chỉ ngõ ra: Qx.x Nguồn cung cấp Điện áp nguồn 20-24 VDC Dòng tối đa 900 mA Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms Cầu chì bên trong 2A/250V - Công tắc chọn mode Không có cách ly nguồn điện . Mode công tắc chọn Có 3 vị trí lựa chọn công tắc RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình PLC sẽ dừng chương trình khi có sự cố TERM :cho phép máy lập trình quyết định chế độ hoạt động PLC Cổng truyền thông Sử dụng cổng RS485 để ghép nối với máy tính hoặc thiết bị khác. Tốc độ truyền là 9600 bauds. Cấu trúc cổng truyền thông được mô phỏng như sau : Ghép nối PLC và máy tính Sử dụng cáp PC/PPI chuyển đổi giữa RS232 và RS485 - Chuyển đổi và kết nối như hình sau : Hình 5. Kết nối PLC với máy tính CẤU TRÚC BỘ NHỚ S7-200. Bộ điều khiển lập trình S7-200 được chia thành 4 vùng nhớ. Với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi trong phạm vi toàn vùng loại trừ các bít nhớ đặc biệt SM ( Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. Ÿ Vùng chương trình: Là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình vùng này thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được. Vùng tham số: Là vùng lưu giữ các tham số như: Từ khoá, địa chỉ trạm.cũng giống như vùng chương trình thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được. Vùng dữ liệu: Là vùng nhớ động được sử dụng cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả các phép tính nó được truy cập theo từng bit từng byte vùng này được chia thành những vùng nhớ với các công dụng khác nhau. - Vùng I (Input image register): Là vùng nhớ gồm 16 byte I (đọc/ghi): I.O - I.15 Vùng Q (Output image register): Là vùng nhớ gồm 16 byte Q (đọc/ghi): Q.O- Q.15 Vùng M (Internal memory bits): là vùng nhớ gồm có 32 byte M (đọc/ghi): M.O -M.31 Vùng V (Variable memory): Là vùng nhớ gồm có 10240 byte V (đọc/ghi): V.O - V.10239 Vùng SM: (Special memory): Là vùng nhớ gồm: 194 byte của CPU chia làm 2 phần: SM0 – SM29 chỉ đọc và SM30 – SM194 đọc/ghi. SM200-SM549 đọc/ghi của các module mở rộng Vùng đối tượng: Là timer (định thì), counter (bộ đếm) tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng vùng này không thuộc kiểu non – volatile nhưng đọc ghi được. Timer (bộ định thì): đọc/ghi T0 -T255 Counter (bộ đếm): đọc/ghi C0 - C255 Bộ đệm vào analog (đọc): AIW0 - AIW30 Bộ đệm ra analog (ghi): AQW0 - AQW30 Accumulator (thanh ghi): AC0 - AC3 Bộ đếm tốc độ cao: HSC0 - HSC5 Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word – 2byte), từ kép (Double word). Cấu trúc chương trình: Chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt. - Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND). Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc MEND. Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính, sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt bằng cách viết như vậy cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình có thể trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính. Tìm hiểu tập lệnh cơ bản S7 200 Lệnh vào / ra. Lệnh Load (LD): Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. Toán hạng gồm: I, O, M, SM, V, C, T. Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1. Lệnh Load Not (LDN): Lệnh LDN nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit. Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi ngõ vào PLC có địa chỉ là 1 Hình 6. Mô tả lệnh LD và LDN Các dạng khác nhau của lệnh LD,LDN: UTPUT (=): Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được chỉ định trong lệnh. Nội dung ngăn xếp không bị thay đổi. Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm: Lệnh SET ( S ) và RESET ( R ) Hai lệnh này dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế. Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hay ngắt các cuộn dây đầu ra. Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuôn dây đóng hoặc mở các tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các điểm thiết kế. Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này. VD: Khi tiếp điểm I0.0 đóng lệnh Set hoặc Reset sẽ đóng (ngắt) một mảng gồm n (5) tiếp điểm kể từ Q0.0. Mô tả lệnh S (Set) và R (Reset) : Các lệnh logic đại số Boolean: Các lệnh tiếp điểm đại số Boolean cho phép tạo lập các mạch logic (không có nhớ). Trong LAD các lệnh này được biểu diễn thông qua cấu trúc mạch, mắc nối tiếp hay song song các tiếp điểm thường đóng hay các tiếp điểm thường mở. Trong STL có thể sử dụng lệnh A (And) và O (Or) cho các hàm hở hoặc các lệnh AN (And Not), ON (Or Not) cho các hàm kín. Giá trị của ngăn xếp thay đổi phụ thuộc vào từng lệnh. AND (A) AND NOT (AN) Tín hiệu ra sẽ là nghịch đảo của tín hiệu vào. OR (O). Tín hiệu ra sẽ bằng 1 khi ít nhất có một tín hiệu vào bằng 1. Các lệnh về tiếp điểm đặc biệt: Tiếp điểm nào tác động cạnh xuống, tác động cạnh lên: NOT N P Có thể dùng các lệnh tiếp điểm đặc biệt để phát hiện sự chuyển tiếp trạng thái của xung (sườn xung) và đảo lại trạng thái của dòng cung cấp (giá trị đỉnh của ngăn xếp). LAD sử dụng các tiếp điểm đặc biệt này để tác động vào dòng cung cấp. Các tiếp điểm đặc biệt này không có toán hạng riêng của chúng vì thế phải đặt chúng phía trước cuộn dây hoặc hộp đầu ra. Tiếp điểm chuyển tiếp dương/âm (các lệnh trước và sườn sau) có nhu cầu về bộ nhớ, bởi vậy đối với CPU 224 có thể sử dụng nhiều nhất là 256 lệnh. Biểu đồ thời gian I0.0 Q0.0 Q0.2 Q0.1 Hình 7 - Giản đồ thời gian các tiếp điểm đặc biệt • Tiếp điểm trong vùng nhớ đặc biệt: SM0.0: Vòng quét đầu tiên thì mở nhưng từ vòng quét thứ 2 trở đi thì đóng. SM0.1: Ngược lại với SM0.0, vòng quét đầu tiên tiếp điểm này đóng, kể từ vòng quét thứ 2 thì mở ra và giữ nguyên trong suốt quá trình hoạt động. SM0.4: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 phút. SM0.5: Tiếp điểm tạo xung với nhịp xung với chu kì là 1 giây. e. Các lệnh thời gian (Timer) • Các lệnh điều khiển thời gian Timer : Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiển vẫn thường gọi là khâu trễ. Nếu kí hiệu tín hiệu (logic) vào là x(t) và thời gian trễ tạo ra bằng Timer là τ thì tín hiệu đầu ra của Timer đó sẽ là x (t – τ) S7200 có 64 bộ Timer (với CPU 212) hoặc 128 Timer (với CPU 214) được chia làm 2 loại khác nhau: Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On-Delay Timer), kí hiệu là TON. Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), kí hiệu TONR. Hai kiểu Timer của S7-200 (TON và TONR) phân biệt với nhau ở phản ứng của nó đối với trạng thái ngõ vào. Cả hai Timer kiểu TON và TONR cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm có sườn lên ở tín hiệu đầu vào, tức là khi tín hiệu đầu vào chuyển trạng thái logic từ 0 lên 1, được gọi là thời điểm Timer được kích, và không tính khoảng thời gian khi đầu vào có giá trị logic 0 vào thời gian trễ tín hiệu đặt trước. Khi đầu vào có giá trị logic bằng 0, TON tự động Reset còn TONR thì không. Timer TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian (miền liên thông), còn với TONR thời gian trễ sẽ được tạo ra trong nhiều khoảng thời gian khác nhau. Timer TON và TONR bao gồm 3 loại với 3 độ phân giải khác nhau, độ phân giải 1ms, 10ms và 100ms. Thời gian trễ τ được tạo ra chính là tích của độ phân giải của bộ Timer được chọn và giá trị đặt trước cho Timer. Ví dụ có độ phân giải 10ms và giá trị đặt trước 50 thì thời gian trễ là 500ms. • Cú pháp khai báo sử dụng Timer như sau: Khi sử dụng Timer TONR, giá trị đếm tức thời được lưu lại và không bị thay đổi trong khoảng thời gian khi tín hiệu đầu vào có logic 0. Giá trị của T-bit không được nhớ mà hoàn toàn phụ thuộc vào số kết quả so sánh giữa giá trị đếm tức thời và giá trị đặt trước. Khi Reset một Timer, T-word và T-bit của nó đồng thời được xóa và có giá trị bằng 0, như vậy giá trị đếm tức thời được đặt về 0 và tín hiệu đầu ra cũng có trạng thái logic 0. Timer kiểu TON(hình 4.3) Timer kiểu TONR(hình 4.4) f. Các lệnh đếm – Counter: Counter là bộ đếm thực chức năng đếm sườn xung, trong S7-200 các bộ đếm được chia làm 2 loại: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD). Bộ đếm tiến CTU đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái logic từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm, gọi là thanh ghi C- word. Nội dung của thanh ghi C- word, gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm, luôn được so sánh với giá trị đặt trước của bộ đếm, được kí hiệu PV. Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớn hơn giá trị đặt trước này thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào 1 bit đặc biệt của nó gọi là C-bit. Trường hợp giá trị đếm tức thời nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bit có giá trị logic là 0. Khác với các bộ Timer, các bộ đếm CTU và CTUD đều có chân nối với tín hiệu điều khiển xóa để thực hiện việc đặt lại chế độ khởi phát ban đầu (Reset) cho bộ đếm, được kí hiệu bằng chữ cái R trong LAD, hay được qui định là trạng thái logic của bit đầu tiên của ngăn xếp trong STL. Bộ đếm được Reset khi tín hiệu xóa này có mức logic là 1 hoặc khi lệnh R (Reset) được thực hiện với C-bit. Bộ đếm được Reset cả C-word, C-bit đều nhận giá trị 0. Bảng lệnh đếm lên, đếm xuống : Sử dụng bộ đếm CTU: Giản đồ thời gian: 2 3 4 5 6 0 1 C 40 cunrrent C 40 ( bit ) I 0 . 0 I 0 . 1 0 Hình 10. Giản đồ thời gian bộ đếm CTU. Sử dụng bộ đếm CTUD: Giản đồ thời gian: 2 3 4 5 6 0 1 I 0 . 0 ( CU ) I 0 . 1 ( CD ) I 0 . 2 5 C 48 ( word ) current C 48 ( bit ) 0 Hình 11. Giản đồ thời gian lệnh CTUD Module mở rộng Khái niệm về module analog. Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua việc xử lý các tín hiệu số. Analog input Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ. Analog output Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự. Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ biến tần 0-50Hz. Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến và các tín hiệu đo chuẩn trongcông nghiệp. Thông thường đầu vào của các module analog là các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện. Trong khi đó các tín hiệu tương tự cần xử lý lại thường là các tín hiệu không điện như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khối lượng . . . Vì vậy người ta cần phải có một thiết bị trung gian để chuyển các tín hiệu này về tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện – thiết bị này được gọi là các đầu đo hay cảm biến. Để tiện dụng và đơn giản các tín hiệu vào của module Analog Input và tín hiệu ra của module Analog Output tuân theo chuẩn tín hiệu của công nghiệp.Có 2 loại chuẩn phổ biến là chuẩn điện áp và chuẩn dòng điện. -Điện áp : 0 – 10V, 0-5V,±5V -Dòng điện : 4 – 20 mA, 0-20mA,±10mA. Trong khi đó tín hiệu từ các cảm biến đưa ra lại không đúng theo chuẩn . Vì vậy người ta cần phải dùng thêm một thiết chuyển đổi để đưa chúng về chuẩn công nghiệp. Kết hợp các đầu cảm biến và các thiết bị chuyển đổi này thành một bộ cảm biến hoàn chỉnh , thường gọi tắt là thiết bị cảm biến, hay đúng hơn là thiết đo và chuyển đổi đo (bộ transducer) Các tín hiệu đầu ra của cảm biến sec được đưa vào các module alalog để đọc và trả ra giá trị alalog tương ứng tùy theo độ phân giải của module Hết các PLC đều phải hỗ trợ các công cụ xử lý tín hiệu analog, đối với PLC S7-200 thì đó là các module analog. Module analog thực chất là các bộ biến đổi tương tự/số thực hiện việc chuyển đổi các tín hiệu tương tự sang số để thực hiện các hoạt động tính toán bên trong PLC. Có hai loại module analog tương ứng với các chức năng này là module đọc và xuất tín tín hiệu analog. Để đọc tín hiệu analog vào PLC ta cần có bộ chuyển đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu điện (sensor nhiệt độ, áp suất), bộ chuyển đổi tín hiệu điện tiêu chuẩn (PT350) và module đầu vào analog. S7-200 hỗ trợ hai môdule đọc tín hiệu analog là EM231 và EM235 GIỚI THIỆU VỀ MODULE ANALOG EM235. EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong). Các thành phần của module analog EM235. Thành phần Mô tả 4 đầu vào tương tự được kí hiệu bởi các chữ cái A,B,C,D A+ , A- , RA Các đầu nối của đầu vào A B+ , B- , RB Các đầu nối của đầu vào B C+ , C- , RC Các đầu nối của đầu vào C D+ , D- , RD Các đầu nối của đầu vào D 1 đầu ra tương tự (MO,VO,IO) Các đầu nối của đầu ra Gain Chỉnh hệ số khuếch đại Offset Chỉnh trôi điểm không Switch cấu hình Cho phép chọn dải đầu vào và độ phân giải Sơ đồ khối của đầu vào Analog. Sơ đồ khối đầu ra Analog Định dạng dữ liệu a/ Dữ liệu đầu vào: Kí hiệu vùng nhớ : AIWxx (Ví dụ AIW0, AIW2) Định dạng: + Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,0-20mA): MSB LSB 15 14 3 2 1 0 0 Dữ liệu 12 bit 0 0 0 Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp, dòng) thành giá trị số từ 032000. + Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): MSB LSB 15 4 3 2 1 0 Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0 Modul Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào áp, dòng) thành giá trị số từ -3200032000. b/ Dữ liệu đầu ra: Kí hiệu vung nhớ AQWxx (Ví dụ AQW0, AQW2) Định dạng dữ liệu + Đối với dải tín hiệu đo không đối xứng (ví dụ 0-10V,4-20mA): MSB LSB 15 14 4 3 2 1 0 0 Dữ liệu 11 bit 0 0 0 0 Modul Analog output của S7-200 chuyển đổi con số 032000 thành tín hiệu điện áp đầu ra 010V. + Đối với dải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ 10V, 10mA,): Kiểu này các module Analog output của S7-200 không hỗ trợ. MSB LSB 15 4 3 2 1 0 Dữ liệu 12 bit 0 0 0 0 c/ Bảng tổng hợp : Định dạng dữ liệu Giá trị chuyển đổi Kiểu tín hiệu đối xứng (10V, 10mA,) - 32000 đến +32000 Tín hiệu không đối xứng (010V, 420mA) đến +32000 Cách nối dây a/ Đầu vào tương tự: Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp: Với thiết bị đo tín hiệu đầu ra dòng điện: Hoặc : b/ Đầu ra tương tự: c/ Cấp nguồn cho Module: Tổng quát cách nối dây: Cài đặt dải tín hiệu vào. Module EM 235 cho phép cài đặt dải tín hiệu và độ phân giải của đầu vào bằng switch: On Off Sau đây là bảng cấu hình : Dải không đối xứng Dải đầu vào Độ phan giải SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 – 50 mV 12.5 uV OFF ON OFF ON OFF ON 0 – 100 mV 25 uV ON OFF OFF OFF ON ON 0 – 500 mV 125 uV OFF ON OFF OFF ON ON 0 – 1 V 250 uV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 – 5 V 1.25 mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 – 20 mA 5 uA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 – 10 V 2.5 mV Dải đối xứng Dải đầu vào Độ phân giải SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF OFF ± 25 mV 12.5 uV OFF ON OFF ON OFF OFF ± 50 mV 25 uV OFF OFF ON ON OFF OFF ± 100 mV 50 uV ON OFF OFF OFF ON OFF ± 250 mV 125 uV OFF ON OFF OFF ON OFF ± 500 mV 250 uV OFF OFF ON OFF ON OFF ± 1V 500 uV ON OFF OFF OFF OFF OFF ± 2.5 V 1.25 mV OFF ON OFF OFF OFF OFF ± 5 V 2.5 mV OFF OFF ON OFF OFF OFF ± 10 V mV Trình tự thiết lập và căn chỉnh cho module analog . a/ Căn chỉnh đầu vào cho module analog Hãy tắt nguồn cung cấp cho module Gạt switch để chọn dải đo đầu vào Bật nguồn cho CPU và module. Để module ổn định trong vòng 15 phút. Sử dụng các bộ truyền, nguồn áp, hoặc nguồn dòng, cấp giá trị 0 đến một trong những đầu vào. Đọc giá trị nhận được trong CPU. Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh OFFSET để đưa giá trị về 0 (căn chỉnh điểm không) , hoặc giá trị số cần thiết kế. Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo. Đọc giá trị nhận được trong CPU. Căn cứ vào giá trị đó hãy chỉnh GAIN để đọc được giá trị là 32000, hoặc giá trị số cần thiết kế. Lặp lại các bước chỉnh OFFSET và GAIN nếu cần thiết. Chú ý : Phải chắc chắn nguồn cung cấp cho cảm biến phải được loại bỏ nhiễu và phải ổn định. Dây dẫn tín hiệu phải có lớp bảo vệ chống nhiễu. Các đầu vào analog không sử dụng phải được nối ngắn mạch (ví dụ A+ nối với A-) CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Lựa chọn thiết bị Dựa trên cơ sở lý thuyết, nhóm quyết định lựa chọn các thiết bị sau đây để tiến hành xây dựng, nghiên cứu đồ án: PLC S7 200 Module mở rộng Alalog EM235 Cảm biến Sensys PLN H 0035 C 0 J G (tham khảo datasheet phần phụ lục) Thông số chính của cảm biến: Đầu ra 2 dây, 4mA => 20mA. Khoảng đo 0 => 35 cmH2O. Kiểu đo áp suất: tương đối. Cảm biến Sensys Kết nối cảm biến với bồn đo Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây. Xây dựng sơ đồ khối Khi có tín hiệu điều khiển từ bảng điều khiển, PLC tiến hành đọc s7 200 đọc tín hiệu alalog từ cảm biến Sensys thông qua module mở rộng EM235 để tính toán để tính ra giá trị mức nước trong bồn. PLC sẽ so sánh giá trị đọc được với các giá trị định ngưỡng để xuất tín hiệu điều khiển đèn cảnh báo và điều khiển động cơ tương ứng. Sơ đồ đấu dây Thuật toán điều khiển Xây dựng phần mềm Trước khi viết chương trình ta cần chú ý: Giá trị cảm biến trả về từ 4mA đến 20mA tương ứng với áp suất cảm biến đo được từ 0 cmH2O đến 35 cmH2O. Giá trị áp suất này cũng chính là giá trị mức nước đo được (0 cm đến 35 cm) với giả thiết bồn nước cần đo là nước tinh khiết. Giá trị cảm biến được đọc bởi module EM235 sẽ cho ra giá trị digital từ 0 đến 32000 được lưu vào trong vùng nhớ AIWx (x từ 1 đến 4 tùy thuộc vào việc sử dụng kênh đầu vào nào của EM235) Như vậy: Ứng với giá trị mức nước bằng 0 cm, tương ứng áp đo được là 0 cmH2O, giá trị vùng nhớ AIWx = 0 Ứng với giá trị mức nước bằng 35 cm, tương ứng áp đo được là 35 cmH2O, giá trị vùng nhớ AIWx = 32000. Từ đây ta tính được mức nước dựa theo giá trị vùng nhớ AIWx theo công thức: mức nước= 3532000*AIWx Công thức trên chỉ đúng cho trường hợp giả định loại bỏ hoàn toàn nhiễu, chất lỏng cần đo là nước tinh khiết, khối lượng riêng = 1 Chương trình điều khiển viết trên Step 7 Micro Win 4 Chương trình nhận nút Start Chương trình tính toán giá trị mức nước. Chương trình so sánh và điều khiển đèn cảnh báo + máy bơm: Trong đó: Start = I0.0 Stop = I0.1 LLA = I0.2 LHA = I0.3 Q0.0 = Đèn Run Q0.1 = Đèn LLA Q0.2 = Đèn LHA Q0.3 = Điều khiển máy bơm. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ ĐỀ TÀI 3.1. Kết quả nghiên cứu lí thuyết: - Tìm hiểu được cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC - Tìm hiểu được nguyên một số phương pháp đo mức nước được sử dụng trong thực tế. - Tìm hiểu được cơ sở lý thuyết bộ chuyển đổi ADC, ứng dụng vào module mở rộng EM235 - Tìm hiểu được nguyên tắc hoạt động của module EM235, cách ghép nối module với PLC và cách đọc giá trị từ module của PLC - Tìm hiểu được phương pháp lập trình PLC bằng phần mềm Step 7 Micro Win 4 cũng như việc mô phỏng PLC bằng phần mềm PLC Simulator. 3.2. Kết quả thực nghiệm. Do đặc thù của đồ án cũng như kinh phí có hạn của sinh viên nên nhóm chưa thể tiến hành thực nghiệm đồ án trên thực tế. Do vậy kết quả thực nghiệm còn hạn chế. PHỤ LỤC: Datasheet Module EM235 SIMATIC S7-200 Data Sheet for EM231, EM232, and EM235 Description Order Number EM231 Analog Input AI 4 x 12 Bits 6ES7 231–0HC20–0XA0 EM232 Analog Output AQ 2 x 12 Bits 6ES7 232–0HB20–0XA0 EM235 Analog Combo AI 4/AQ 1 x 12 Bits 6ES7 235–0KD20–0XA0 Input Specifications Output Specifications Input Specifications Output Specifications General Specifications Dimensions (W x H x D) Weight Power loss (dissipation) 71.2 mm x 80 mm x 62 mm 183 g 2 W 46 mm x 80 mm x 62 mm 148 g 2 W 71.2 mm x 80 mm x 62 mm 186 g 2 W Number of points reserved for this module 4 analog input points 2 analog output points 4 analog input points, 2 analog output points (actual physical points: 4 input, 1 output) Power Consumption From +5 VDC (from I/O bus) From L+ L+ voltage range, Class 2 or DC sensor supply 10 mA 60 mA 20.4 to 28.8 10 mA 70 mA (with both outputs at 20 mA) 20.4 to 28.8 10 mA 60 mA (with output at 20 mA) 20.4 to 28.8 LED indicator 24 VDC Power Supply Good, ON = no fault, OFF = no 24 VDC power 24 VDC Power Supply Good, ON = no fault, OFF = no 24 VDC power 24 VDC Power Supply Good, ON = no fault, OFF = no 24 VDC power Analog Input Specifications No. of Analog Input Points 4 4 Isolation (Field side to logic circuit) None None Input type Differential Differential Input ranges Voltage (unipolar) Voltage (bipolar) Current 0 to 10 V, 0 to 5 V ±5 V, ± 2.5 V 0 to 20 mA 0 to 10 V, 0 to 5 V, 0 to 1 V, 0 to 500 mV, 0 to 100 mV, 0 to 50 mV ± 10 V, ± 5 V, ± 2.5 V, ± 1 V, ± 500 mV, ± 250 mV, ± 100 mV, ± 50 mV, ± 25 mV 0 to 20 mA Input Resolution Voltage (unipolar) Voltage (bipolar) Current see Table 1 see Table 1 Analog to digital conversion time < 250 µs < 250 µs Analog input step response 1.5 ms to 95% 1.5 ms to 95% Common mode rejection 40 dB, DC to 60 Hz 40 dB, DC to 60 Hz Common mode voltage Signal voltage plus common mode voltage (must be ≤ 12 V) Signal voltage plus common mode voltage (must be ≤ 12 V) Data word format Bipolar, full-scale range Unipolar, full-scale range (see Table 2) –32000 to +32000 0 to 32000 (see Table 4) –32000 to +32000 0 to 32000 Input impedance ≥10 mΩ ≥ 10 mΩ Input filter attenuation –3 db @ 3.1 Khz –3 db @ 3.1 Khz Maximum input voltage 30 VDC 30 VDC Maximum input current 32 mA 32 mA Resolution 12 bit A/D converter 12 bit A/D converter Copyright 1999 by Siemens Energy & Automation, Inc. Description Order Number EM231 Analog Input AI4x12 Bits 6ES7 231–0HC20–0XA0 EM232 Analog Output AQ2x12 Bits 6ES7 232–OHB20–0XA0 EM235 Analog Combo AI4/AQ 1 x 12 Bits 6ES7 235–0KD20–0XA0 Input Specifications Output Specifications Input Specifications Output Specifications Analog Output Specifications No. of Analog Output Points 2 1 Isolation (Field side to logic circuit None None Signal range Voltage output Current output ± 10 V 0 to 20 mA ± 10 V 0 to 20 mA Resolution, full-scale Voltage Current 12 bits 11 bits 12 bits 11 bits Data word format Voltage Current –32000 to +32000 0 to +32000 –32000 to +32000 0 to +32000 Accuracy Worst case, 0° to 55° C Voltage output Current output Typical, 25° C Voltage output Current output ± 2% of full-scale ± 2% of full-scale ± 0.5% of full-scale ± 0.5% of full-scale ± 2% of full-scale ± 2% of full-scale ± 0.5% of full-scale ± 0.5% of full-scale Settling time Voltage output Current output 100 µS 2 mS 100 µS 2 mS Maximum drive @ 24 V user supply Voltage output Current output 5000 Ω maximum 500 Ω maximum 5000 Ω maximum 500 Ω maximum Table 1 EM231 and EM235 Specifications Full Scale Input Range Repeatability Measurements made after the selected input range has been calibrated. Mean (average) Accuracy 1, The offset error in the signal near zero analog input is not corrected, and is not included in the accuracy specifications. , There is a channel-to-channel carryover conversion error, due to the finite settling time of the analog multiplexer. The maximum carryover error is 0.1% of the difference between channels. , Mean accuracy includes effects of non-linearity and drift from 0 to 55 degrees C. % of Full Scale Counts % of Full Scale Counts EM231 Specifications 0 to 5 V ± 0.075% ± 24 ± 0.01% ± 32 0 to 20 mA 0 to 10 V ± 2.5 V ± 48 ± 0.05% ± 5 V EM235 Specifications 0 to 50 mV ± 0.075% ± 24 ± 0.25% ± 80 0 to 100 mV ± 0.2% ± 64 0 to 500 mV ± 0.05% ± 16 0 to 1 V 0 to 5 V 0 to 20 mA 0 to 10 V ± 25 mV ± 0.075% ± 48 ± 0.25% ± 160 ± 50 mV ± 0.2% ± 128 ± 100 mV ± 0.1% ± 64 ± 250 mV ± 0.05% ± 32 ± 500 mV ± 1 V ± 2.5 V ± 5 V ± 10 V Figure 1 Connector Terminal Identification for Expansion Modules EM231, EM232, and EM235 Input Calibration The calibration affects all four input channels, and there may be a difference in the readings between the channels after calibration. To meet the specifications contained in this data sheet, you should enable analog input filters for all inputs of the module. Select 64 or more samples in calculating the average value. For more information about analog input filters, see the S7-200 Programmable Controller System Manual. To calibrate the input, use the following steps. Turn off the power to the module. Select the desired input range. Turn on the power to the CPU and module. Allow the module to stabilize for 15 minutes. Using a transmitter, a voltage source, or a current source, apply a zero value signal to one of the input terminals. Read the value reported to the CPU by the appropriate input channel. Adjust the OFFSET potentiometer until the reading is zero, or the desired digital data value. Connect a full-scale value signal to one of the input terminals. Read the value reported to the CPU. Adjust the GAIN potentiometer until the reading is 32000, or the desired digital data value. Repeat OFFSET and GAIN calibration as required. Calibration and Configuration Location for EM231 and EM235 The calibration potentiometer and configuration DIP switches are located on the right of the bottom terminal block of the module, as shown in Figure 2. Figure 2 Calibration Potentiometer and Configuration DIP Switches for EM231 and EM235 Configuration for EM231 Table 2 shows how to configure the EM231 module using the configuration DIP switches. Switches 1, 2, and 3 select the analog input range. All inputs are set to the same analog input range. In this table, ON is closed, and OFF is open. Table 2 EM231 Configuration Switch Table to Select Analog Input Range Unipolar Full-Scale Input Resolution SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0 to 10 V 2.5 mV ON OFF 0 to 5 V 1.25 mV 0 to 20 mA 5 µA Bipolar Full-Scale Input Resolution SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON ± 5 V 2.5 mV ON OFF ± 2.5 V 1.25 mV Configuration for EM235 Table 3 shows how to configure the EM235 module using the configuration DIP switches. Switches 1 through 6 select the analog input range and resolution. All inputs are set to the same analog input range and format. Table 4 shows how to select for unipolar/bipolar (switch 6), gain (switches 4 and 5), and attenuation (switches 1, 2, and 3). In these tables, ON is closed, and OFF is open. Table 3 EM235 Configuration Switch Table to Select Analog Input Range and Resolution Unipolar Full-Scale Input Resolution SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 to 50 mV 12.5 V OFF ON OFF ON OFF ON 0 to 100 mV 25 V ON OFF OFF OFF ON ON 0 to 500 mV 125 V OFF ON OFF OFF ON ON 0 to 1 V 250 V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 to 5 V 1.25 mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 to 20 mA 5 A OFF ON OFF OFF OFF ON 0 to 10 V 2.5 mV Bipolar Full-Scale Input Resolution SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF OFF +25 mV 12.5 V OFF ON OFF ON OFF OFF +50 mV 25 V OFF OFF ON ON OFF OFF +100 mV 50 V ON OFF OFF OFF ON OFF +250 mV 125 V OFF ON OFF OFF ON OFF +500 mV 250 V OFF OFF ON OFF ON OFF +1 V 500 V ON OFF OFF OFF OFF OFF +2.5 V 1.25 mV OFF ON OFF OFF OFF OFF +5 V 2.5 mV OFF OFF ON OFF OFF OFF +10 V 5 mV Table 4 EM235 Configuration Switch Table to Select Unipolar/Bipolar, Gain, and Attenuation EM235 Configuration Switches Unipolar/Bipolar Select Gain Select Attenuation Select SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON Unipolar OFF Bipolar OFF OFF x1 OFF ON x10 ON OFF x100 ON ON invalid ON OFF OFF 0.8 OFF ON OFF 0.4 OFF OFF ON 0.2 Input Data Word Format for EM231 and EM235 Figure 3 shows where the 12-bit data value is placed within the analog input word of the CPU. 15 14 3 2 0 0 Data value 12 Bits 0 0 0 Unipolar data MSB 15 4 3 LSB 0 Data value 12 Bits 0 0 0 0 MSB LSB AIW XX AIW XX Bipolar data Figure 3 Input Data Word Format for EM231 and EM235 Note The 12 bits of the analog-to-digital converter (ADC) readings are left-justified in the data word format. The MSB is the sign bit: zero indicates a positive data word value. In the unipolar format, the three trailing zeros cause the data word to change by a count of eight for each one-count change in the ADC value. In the bipolar format, the four trailing zeros cause the data word to change by a count of sixteen for each one count change in the ADC value. Output Data Word Format for EM232 and EM235 Figure 4 shows where the 12-bit data value is placed within the analog output word of the CPU. MSB LSB 0 Data value 11 Bits 0 0 0 0 MSB 15 Current output data format 4 3 LSB 0 Data value 12 Bits 0 0 0 0 15 14 4 3 0 AQW XX AQW XX Voltage output data format Figure 4 Output Data Word Format for EM232 and EM 235 Note The 12 bits of the digital-to-analog converter (DAC) readings are left-justified in the output data word format. The MSB is the sign bit: zero indicates a positive data word value. The four trailing zeros are truncated before being loaded into the DAC registers. These bits have no effect on the output signal value. Installation Guidelines Use the following guidelines to ensure good accuracy and repeatability: Ensure that the 24-VDC Sensor Supply is free of noise and is stable. Use the shortest possible sensor wires. Use shielded twisted pair wiring for sensor wires. Terminate the shield at the Sensor location only. Short the inputs for any unused channels, as shown in Figure 1. Avoid bending the wires into sharp angles. Use wireways for wire routing. Avoid placing signal wires parallel to high-energy wires. If the two wires must meet, cross them at right angles. Ensure that the input signals are floating, or referenced to the external 24V common of the analog module. Note The EM231 and EM235 expansion modules are not recommended for use with thermocouples. Definitions of the Analog Specifications Accuracy: deviation from the expected value on a given point. Resolution: the effect of an LSB change reflected on the output. Agency Standards These modules adhere to the following agency standards: UL 508 Listed (Industrial Control Equipment); CSA C22.2 Number 142 Certified (Process Control Equipment); FM Class I, Division 2, Groups A, B, C, & D Hazardous Locations, T4A; VDE 0160: Electronic equipment for use in electrical power installations; European Community (CE) Low Voltage Directive 73/23/EEC, EN 61131–2: Programmable controllers – Equipment requirements; European Community (CE) EMC Directive 89/336/EEC For more information about these standards, refer to the S7-200 Programmable Controller System Manual. Datasheet cảm biến áp suất Ύ Description The PL model, the high-precise pneumatic level transmitter, is waterproof up to a depth of 350m and uses the polyurethane vented cable; thereby being used in seawater and performing atmospheric compensation. It is appropriate for deep wells and tank level. Depending on the embeded place of an amp. this PL model has both PLN(External amp.) and PLA(Internal amp.). Refer to the dimension. Features ▶ 4~20mA output ▶ Gauge and absolute measurement ▶ 0.15%FS accuracy ▶ Diameter: PLN(Φ21), PLA(Φ27) ▶ Fully sealed construction ▶ Vented polyurethane cable ▶ Piezoresistive silicon cell Applications ▶ Stainless steel(316L) media-wetted materials ▶ Tank Level Measurement ▶ Deep Well Measurement ▶ Ship & Marine System ▶ Ground & Surface Water Monitoring ▶ Geophysical Application ▶ Water Supply & Reservoirs Specifications ▶ PLN Model(External Amp.) Internal Circuit Diagram Ordering Information PLN H 0010 K 0 J GType of Pressure Measurement G : Gauge J : Absolute Connecting Methods J : Vented Cable Pressure port 0 : Nose Cone D : PF1/4" Pressure Unit Model Name PLN(External amp.) PLA(Internal amp.) ` Output ` E : 1~5VDC H : 2Wire 4~20mA Pressure Range 0.05 : 0~0.05kgf/㎠ 0005 : 0~5kgf/㎠ 00.1 : 0~0.1kgf/㎠ 0007 : 0~7kgf/㎠ 00.2 : 0~0.2kgf/㎠ 0020 : 0~20kgf/㎠ 00.3 : 0~0.3kgf/㎠ 0035 : 0~35kgf/㎠ 00.5 : 0~0.5kgf/㎠ 0001 : 0~1kgf/㎠ K : kgf/㎠ B : bar 0002 : 0~2kgf/㎠ P : psi M : MPa 0003 : 0~3kgf/㎠ H : mmHg C : cmH2O

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docxcanh_bao_muc_nuoc_s7_200_em_235_3084.docx