MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
Chương 1. KHẢO SÁT QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNG SỬ
DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG 3
1.1. Các thành phần sử dụng hiện tại 3
1.2. Các điều kiện đóng/ngắt đối với một số chi tiết 4
1.2.1. Bơm sơ cấp 4
1.2.2. Bơm Turbo 4
1.2.3. Nguồn dòng hồ quang 5
1.2.4. Đối với các van trong hệ chân không 5
1.2.5. Các đầu đo 5
1.2.6. Bộ nung nhiệt đế 5
1.3. Quy trình hoạt động 6
1.3.1. Quy trình bật máy và kiểm tra các tín hiệu ban đầu 6
1.3.2. Quá trình hút chân không sơ cấp 6
1.3.3. Quy trình hút chân không cao 7
1.3.4. Quy trình mạ hồ quang 7
1.3.5. Chờ nguội mẫu sau quá trình bốc bay 8
1.3.7. Quy trình kết thúc hoạt động của máy 10
1.4. Các giá trị hiển thị. 10
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 12
2.1. Giới thiệu chung 12
2.2. Các modul PLC S7-300 13
2.2.1. Modul CPU 14
2.2.2. Modul mở rộng 15
2.3. Kiểu dữ liệu và tổ chức bộ nhớ 17
2.3.1. Kiểu dữ liệu 17
2.3.2. Tổ chức bộ nhớ. 17

2.4. Vòng quét chương trình 19
2.5. Cấu trúc chương trình 21
2.5.1. Lập trình tuyến tính 21


2.5.2. Lập trình cấu trúc 21
2.6. Lập trình cho S7 – 300 23
2.6.1. Các ngôn ngữ lập trình 23
2.6.2. Các lệnh cơ bản của S7 – 300 23
2.7. Phần mềm Simatic Manager Step 7 24
Chương 3. GIỚI THIỆU VỀ SIMATIC WINCC EXPLORER 28
3.1. Phần mềm Simatic WinCC Explorer 28
3.1.1. Giới Thiệu về WINCC 28
3.1.2. Đặc trưng cơ bản của WIN CC 28
3.1.3. Các chức năng của WINCC 29
3.1.4. Biến và các kiểu dữ liệu. 30
3.2. Làm việc với một dự án mới. 32
3.2.1. Tạo một dự án mới. 32
3.2.2. Thực hiện việc chọn PLC và DRIVERS. 34
3.2.3. Thiết kế hệ thống trên Graphics Designer 39
Chương 4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG MÔ PHỎNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN KHÔNG
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG 41
4.1. Thiết kế hệ thống trên WINCC. 41
4.2. Lập trình cho hệ thống. 47
4.3. Vận hành hệ thống. 66
KẾT LUẬN 67
PHỤ LỤC 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71





DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạ chân không. 3
Hình 1. 2: Sơ đồ quy trình hoạt động 6
Hình 2. 1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC 13
Hình 2. 2: Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300 14
Hình 2. 3: Một Số CPU của PLC S7-300. 14
Hình 2. 4: Các Modul của PLC S7-300 16
Hình 2. 5: Vòng quét chương trình. 20
Hình 2. 6: Lập trình tuyến tính 21
Hình 2. 7: Quan hệ các khối trong lập trình có cấu trúc. 22
Hình 2. 8: Tạo một Project mới 25
Hình 2. 9: Khai báo CPU 25
Hình 2. 10: Chọn Blocks, ngôn ngữ lập trình. 26
Hình 2. 11: Nhập tên dự án và tạo thành dự án 26
Hình 2. 12: Soạn thảo chương trình 27
Hình 3. 1 : Giao diện chính của WINCC 29
Hình 3. 2: Màn hình khởi động WINCC 32
Hình 3. 3: Tạo một New Project 33
Hình 3. 4: Đặt tên cho dự án 33
Hình 3. 5: Chọn drivers cho PLC 34
Hình 3. 6: Chọn Loại drivers SIMATIC S7 Protocol SUITE 34
Hình 3. 7: Chọn cổng kết nối. 35
Hình 3. 8: Đặt tên cho cổng kết nối 35
Hình 3. 9: Thiết Lập Slot cho cổng kết nối 36
Hình 3. 10: Hình ảnh tạo thành cổng kết nối 36
Hình 3. 11: Thiết lập nhóm các biến. 37
Hình 3. 12: Thiết lập các tác trong một nhóm 37

Hình 3. 13: Tên và kiểu dữ liệu của biến 38
Hình 3. 14: Địa chỉ của biến 38
Hình 3. 15: Các biến được tạo thành. 39


Hình 3. 16: Khởi động giao diện dùng để thiết kế đồ họa. 39
Hình 3. 17: Giao diện thiết kế đồ họa 40
Hình 4. 1: Mô hình hệ thống mạ chân không 41
Hình 4. 2: Hình ảnh Run - Times của hệ thống. 42
Hình 4. 3: Chọn màu và gán tag cho Bồn Mạ 45
Hình 4. 4:Gán Tag cho Bồn mạ 46
Hình 4. 5:Thiết lập kiểu dữ liệu cho tag (Bool) 46
Hình 4. 6:Sơ đồ thuật toán tổng quát của hệ thống. 47
Hình 4. 7: Sơ đồ thuật toán các điều kiện 48
Hình 4. 8: Sơ đồ thuật toán quy trình hút chân không 48
Hình 4. 9: Sơ đồ thuật toán quá trình mạ và kết thúc mạ 49
Hình 4. 10: Sơ đồ chi tiết thuật toán toàn hệ thống 50
Hình 4. 11: Bật PLC- SIM 64
Hình 4. 12: Giao diện của S7-PLCSim Simulation Modules 64
Hình 4. 13: Nạp chương trình cho PLC ảo. 65
Hình 4. 14: Chạy PLC ảo điều khiển hệ thống được thiết kế trên WIN CC 65








1

MỞ ĐẦU
 Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, dưới sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Việc tích hợp các thiết bị
điều khiển tự động vào các hệ thống ngày càng trở lên quan trọng. Cụ thể với hệ thống
mạ chân không của Viện Ứng dụng Công nghệ đang được điều khiển bằng hệ thống
các Rơ-le và các thiết bị điện rất phức tạp, điều này khiến cho hệ thống hoạt động tốn
rất nhiều năng lượng, chịu nhiều ảnh hưởng của các hiệu ứng gây nhiễu, chiếm không
gian lớn. Đặc biệt công việc vận hành khá phức tạp, rất khó sửa chữa bảo dưỡng. Vì
vậy việc tích hợp hệ điều khiển PLC để điều khiển cho hệ thống mạ chân không là rất
cần thiết qua đó khắc phục được hầu hết các vấn đề mà viện đang gặp phải. Do đó em
với yêu cầu của nhà trường với sinh viên sắp ra trường, em đã được Viện Ứng dụng
Công Nghệ giao nhiệm vụ nghiên cứu “ Thiết kế mô phỏng hệ điều khiển PLC cho
thiết bị mạ chân không. ”
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Đối với khoa học: Mô phỏng thành công việc điều khiển tự động hệ thống mạ
chân không qua hệ điều khiển PLC. Qua đó thấy được quá trình hoạt động hiệu quả
của một hệ thống được điều khiển tự động.
Đối với đời sống: Việc mô phỏng thành công cho chúng ta cơ sở để thực hiện
thiết kế và lắp đặt hệ thống thực, qua đó giúp nâng cao năng xuất của hệ thống mạ
chân không, cho ra những sản phẩm đạt tiêu chuẩn về chất lượng, đặc biệt khắc phục
được nhiều hạn chế của hệ điều khiển bằng Rơ-le. Từ đó giảm được nhiều chi phí cho
các sản phẩm mạ.
Đối với sinh viên: Qua nghiên cứu đề tài giúp sinh viên ứng dụng được một số
kiến thức cơ bản vào nghiên cứu. Sinh viên cũng học được nhiều kiến thức thực tế,
phương pháp nghiên cứu. Tạo sự tự tin cho sinh viên tiếp cận với cái mới.
 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị điều khiển PLC và hệ thống mạ chân không.
Phương pháp nghiên cứu: Vận dụng những kiến thức về điều khiển, điện và
những kiến thức về thiết kế mô phỏng.
 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu tìm hiểu về lập trình cho PLC -Siemen S7-300.


2
Nghiên cứu về phần mềm thiết kế giao diện ngươi máy (HMI) SIMATIC WinCC
Explorer – version 7. 0
Nguyên ý hoạt động của hệ thống mạ chân không.
Thiết kế hệ thống mạ chân không dưới sự điều khiển giám sát của PLC S7-300.




3

Chương 1. KHẢO SÁT QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ MẠ CHÂN
KHÔNGSỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỒ QUANG

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống mạ chân không.
1.1. Các thành phần sử dụng hiện tại
1.1.1. Hệ bơm chân không
- Bơm cơ học (VV1)
Nguồn 3 pha x 380V 50Hz.
Mức chân không đạt được: 6,7x10
-2
Pa
- Bơm Turbo (VV2)
Nguồn 3 pha x 380V 50Hz.
Mức chân không đạt được: 10
-5
Pa.

Áp suất hoạt động: nhỏ hơn 10-
1
Pa.


4
- Van sau bơm khuếch tán VP1: điều khiển khí nén.
- Van xả khíVP2: điều khiển khí nén.
1.1.2. Hệ hồ quang
- Nguồn dòng:
- Tấm che cho mỗi đầu hồ quang:3 tấm cho 3 đầu hồ quang
- Cấp khí công tác: 2 đường khí công tác, điều khiển qua MFC
1.1.3. Hệ đo chân không
- Đầu đo chân không sơ cấp VG1.
- Đầu đo chân không cao VG2.
1.1.4. Hệ các cảm biến điều kiện
- 2 cảm biến nước làm mát: bơm turbo VV2, Thành buồng, Nguồn hồ quang
- 1 cảm biến trạng thái cửa buồng đóng/mở.
- 2 cảm biến hiển thị trạng thái các van của hệ chân không.
1.1.5. Bộ gá quay: Động cơ điện 1 pha x 220V 50 Hz 125W
1.1.6. Nguồn dòng cho hệ gia nhiệt điện trở
- Điều khiển nguồn điện 220V AC – 50Hz.
- Đầu đo nhiệt độ.
1.2. Các điều kiện đóng/ngắt đối với một số chi tiết
1.2.1. Bơm sơ cấp
Chỉ mở khi cửa buồng đóng và các van xả khí đóng.
1.2.2. Bơm Turbo
Bơm Turbo VV2 chỉ hoạt động khi thỏa mãn các điều kiện sau:
- Có nước làm mát.
- Bơm cơ học VV1 hoạt động.

- Áp suất trên đầu đo chân không thấp VG1 thấp hơn 10
-1
Pa
Nếu bị mất điều kiện trong quá trình hoạt động:
- Ngắt bơm VV2.


5
- Hiện thông báo lỗi.
1.2.3. Nguồn dòng hồ quang
Nguồn dòng hồ quang chỉ có thể bật được trong quá trình bốc bay với những
điều kiện sau:
- 2 đường nước làm mát: Có.
- Áp suất trên VG2 nhỏ hơn P.
Nếu xảy ra mất điều kiện trong quá trình mạ:
- Ngắt nguồn cấp.
- Hiện thông báo lỗi.
1.2.4. Đối với các van trong hệ chân không
- Van xả VP2 chỉ mở khi van hút VP1 đóng và bơm turbo đã dừng hẳn.
- Van hút VP1 chỉ mở khi.
- Bơm cơ học VV1 hoạt động .
- Van xả VP2 đóng.
- Cửa buồng đóng.
Trạng thái mặc định của các van VP1 và VP2 là đóng, khi xảy ra sự cố, các van
sẽ đưa về trạng thái mặc định.
1.2.5. Các đầu đo
- Đầu đo VG1 đo chân không thấp: luôn bật.
- Đầu đo VG2 đo chân không cao: chỉ bật lên khi áp suất nhỏ hơn giá trị 10
-1


Pa.
1.2.6. Bộ nung nhiệt đế
Chỉ bật được khi cửa buồng đóng và chân không nhỏ hơn 10-1Pa.






6

1.3. Quy trình hoạt động

Hình 1. 2: Sơ đồ quy trình hoạt động
1.3.1. Quy trình bật máy và kiểm tra các tín hiệu ban đầu
Khi bật máy, các tín hiệu ban đầu lập tức được kiểm tra:
- Các đường nước làm mát: có
- Các bơm chân không: ngắt
- Tất cả các van chân không VP1 và VP2: đóng
- Cửa buồng: đóng
- Các thiết bị nguồn hồ quang, nung nhiệt, bộ gá quay: ngắt
Những điều kiện này được đưa ra để khớp với trạng thái của máy khi tắt
máy,đảm bảo không có sự cố gì trong thời gian không hoạt động của máy.
Nước làm mát được duy trì trong suốt quá trình hoạt động của hệ.
1.3.2. Quá trình hút chân không sơ cấp
 Trạng thái ban đầu:
- Tất cả các van chân không VP1 và VP2: đóng


7

- Các bơm: VV1 và VV2 tắt
 Quy trình:
- Bật bơm cơ VV1
- Mở van VP1
- Hút chân không đến khi đạt 10
-1
Pa trên đầu đo chân không thấp VG1
 Trạng thái kết thúc
- Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt
1.3.3. Quy trình hút chân không cao
 Trạng thái ban đầu:
- Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt
 Quy trình:
- Khi áp suất trên đầu đo VG1 đạt 10
-1
Pa, bật bơm Turbo VV2
- Do đặc tính kỹ thuật, bơm Turbo cần thời gian 5-10’ để gia tốc các cánh
quạt đến tốc độ quay ổn định.
- Sau khi bơm Turbo đạt trạng thái ổn định, quá trình hút chân không cao bắt
đầu
- Chờ đến khi áp suất trên đầu đo VG2 đạt giá trị P
1
(là giá trị có thể bắt đầu
quy trình mạ)
 Trạng thái kết thúc:
- Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 và VV2 bật
1.3.4. Quy trình mạ hồ quang

 Trạng thái ban đầu:
- Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 và VV2 bật


8
- Nguồn điện hồ quang, bộ quay đế, hệ nung nhiệt, khí công tác, nguồn thiên
áp đế: ngắt
 Quy trình:
- Khi áp suất trên đầu đo VG2 xuống đến P
1
, bắt đầu quy trình mạ
- Bật bộ quay đế.
- Bật nguồn nung nhiệt, điều khiển nguồn nung nhiệt thông qua đầu đo nhiệt
độ.
- Áp suất tăng do hiện tượng nhả khí. Tiếp tục hút chân không đến khi áp suất
đạt giá trị P
2
(P
2
<P
1
là giá trị bắt đầu mạ sản phẩm)
- Bật nguồn thiên áp đế
- Đưa các khí công tác vào buồng chân không (điều khiển thông qua thiết bị
MFC)
- Bật nguồn điện hồ quang.
- Điều khiển đánh điện hồ quang.
- Sau 1 thời gian ngắn để dòng hồ quang ổn định, mở tấm che cho các đầu hồ
quang.

- Việc mạ lên sản phẩm bắt đầu diễn ra, tiếp tục quá trình mạ trong khoảng
thời gian cần thiết.
- Khi hết thời gian mạ, đóng tấm che đầu hồ quang. Ngắt nguồn điện hồ
quang. Ngắt nguồn thiên áp đế. Ngắt khí công tác. Ngắt nguồn nung nhiệt.
- Tiếp tục quay đế trong một khoảng thời gian ngắn để các thành phần khác
ổn định.
- Dừng quay đế. Kết thúc quy trình mạ
 Trạng thái kết thúc:
- Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 và VV2 bật
- Nguồn điện hồ quang, bộ quay đế, hệ nung nhiệt, khí công tác, nguồn thiên
áp đế: ngắt
1.3.5. Chờ nguội mẫu sau quá trình bốc bay


9
 Trạng thái ban đầu:
- Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 và VV2 bật
 Quy trình:
- Ngắt bơm Turbo VV2
- Chờ một thời gian 5-10’ để vòng quay trong bơm Turbo ngừng hẳn
- Đóng van VP1
- Chờ nguội mẫu trong một khoảng thời gian
 Trạng thái kết thúc
- Các van chân không: VP1 và VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt
1.3.6. Xả khí lấy mẫu
 Trạng thái ban đầu:
- Các van chân không: VP1 và VP2 đóng

- Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt
 Các bước quy trình:
- Mở van VP2 để xả khí vào buồng chân không
- Khi xả khí xong, mở cửa buồng, lấy mẫu đã mạ và gá lắp mẫu mới nếu cần
(thực hiện tay)
- Đóng cửa buồng
- Đóng van VP2
- Quay trở lại quy trình hút chân không thấp để tắt máy hoặc tiếp tục quy
trình hút chân không và mạ tiếp theo.
 Trạng thái kết thúc
- Các van chân không: VP1 và VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt


10
Sau khi lấu mẫu đã mạ (và gá lắp mẫu mới), quay lại quy trình hút chân không sơ
cấp trước khi bắt đầu quy trình mới hoặc tắt máy.
1.3.7. Quy trình kết thúc hoạt động của máy
 Trạng thái ban đầu:
Để kết thúc hoạt động của hệ thiết bị, buồng chân không cần được hút chân
không sơ cấp trước khi tắt hoàn toàn hệ thiết bị để tránh hiện tượng ngậm khí trong
buồng chân không, khiến cho quá trình hút chân không khi bật lại máy diễn ra lâu. Do
đó, trạng thái trước khi tắt máy kết thúc làm việc chính là trạng thái cuối của quá trình
hút chân không sơ cấp.
- Các van chân không: VP1 mở, VP2 đóng
- Các bơm chân không: VV1 bật, VV2 ngắt
- Áp suất trên đầu đo chân không thấp VG1 đạt 10
-1
Pa
 Quy trình kết thúc làm việc:

- Đóng van VP1
- Ngắt bơm cơ học VV1
- Tiếp tục duy trì nước làm mát trong một khoảng thời gian tùy thuộc vào
nhiệt độ sử dụng trong quá trình mạ.
 Trạng thái khi tắt máy
- Tất cả các van chân không: VP1 và VP2 đóng
- Tất cả các bơm chân không: VV1 và VV2 ngắt
- Cửa buồng đóng
- Áp suất trong buồng ở mức chân không sơ cấp
1.4. Các giá trị hiển thị
- Đầu đo VG1: nhỏ hơn 10

Pa.
- Đầu đo VG2: nhỏ hơn 10

Pa.
- Tốc độ Gá quay: 20 rpm.
- Nhiệt độ hệ nung nhiệt : 300

C.
- Điện áp nguồn thiên áp đế : 200 V.


11
- Đầu hồ quang: 200A-50V.
- Khí công tác: 25 SCCM.



12

Chương 2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300
2.1. Giới thiệu chung
Để đáp ứng nhu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải
có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì vậy người ta
phát minh ra các bộ điều khiển lập trình. Trong đó chúng ta không thể không nhắc tới
PLC.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở
nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn toàn các
phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có các tính năng ưu việt và thích
hợp trong môi trường công nghiệp:
- Khả năng chống nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc thiết kế mở rộng, cải tạo nâng
cấp.
- Có những mô đun chuyên dụng để thực hiện các chức năng đặc biệt.
- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng đã là đặc điểm để xếp
hạng một hệ thống điều khiển tự động.
Cấu trúc chung của mộ bộ điều khiển logic khả trình PLC:


13


Hình 2. 1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC
S7-300: Dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với những
yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng
mở rộng, nâng cấp.
Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền lựa chọn. Đặc
điểm nổi bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng
cho những yêu cầu chuyên biệt như : Hàm SCALE, UNSCALE. . . Hoặc ta có thể sử
dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần.

Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là đối với
S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt như modul PID,
Modul đọc xung tốc độ cao, modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp
hoặc mạng internet. . . Vì vậy ngày nay S7-300 được ứng dụng rất rộng rãi.
Với mục đích mô phỏng điều khiển hệ thống mạ chân không, trong khóa luận em
dùng PLC S7-300 ảo (S7-PLCSim Simulation Modules) để điều khiểm giám sát hệ
thống thông qua việc kết nối với phần mềm WIN CC.
2.2. Các modul PLC S7-300
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng điều
khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà


14

các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình. Chúng được sử
dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tùy thuộc vào yêu cầu thực tế,
xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul còn lại nhận
truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng như
PID, điều khiển động cơ, van thủy khí. . . Chúng gọi chung là modul mở rộng. Cấu
hình của một trạm PLCs7-300 như sau:

Hình 2. 2: Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300
2.2.1. Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời
gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485). . . và có thể còn có một vài cổng vào ra số.
Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard.

Hình 2. 3: Một Số CPU của PLC S7-300.
PLC S7-300 có nhiều loại modul khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý
có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul CPU 315. . .



15
Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra
onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sắn trong thư viện của hệ điều
hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau
trong tên gọi bằng them cụm chữ IFM(Intergrated Function Module). Ví dụ như
modul CPU312 IFM, modul CPU314 IFM. . .
Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chắc năng chính phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại
modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) như là
modul CPU314C-2Dp.
2.2.2. Modul mở rộng
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu modul.
Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu
trúc modul rất thuận tiện cho việc thiế kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc
mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tùy theo từng ứng dụng
nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU, các modul còn
lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài như
động cơ, các đèn báo, các rowle, các van từ.
Chúng được gọi chung là các modul mở rộng. Các modul mở rộng được chia
thành 5 loại chính:
 Nguồn (Power Supply): module nguồn là module tạo ra nguồn có điện áp
24Vdc cấp nguồn cho các module khác. Có 3 loại: 2A, 5A và 10A.
 SM (Signal Module): Module mở rộng vào/ra, bao gồm :
 DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng
có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
 DO (Digital Output): module mở rộng cổng ra số. Số các cổng vào số mở
rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại module.
 DI/DO (Digital Input/Digital Output): module mở rộng cổng vào/ra số. Số

các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ thuộc
vào từng loại module.
 AI (Analog Input): module mở rộng cổng vào tương tự. Bản chất chúng là
những bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC). Số các cổng vào tương tự có


16

thể là 2, 4 hoặc 8 tuỳ từng loại module, số bit có thể là 8,10,12,14,16 tùy theo
từng loại module.
 AO (Analog Output): module mở rộng cổng ra tương tự. Chúng là những bộ
chuyển đổi từ số sang tương tự (DAC). Số cổng ra tương tự có thể là 2 hoặc 4
tuỳ từng loại module.
 AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng vào/ra tương tự. Số
các cổng vào ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tuỳ từng loại
module.
 IM (Interface Module): Module kết nối. Đây là loại module dùng để kết nối
từng nhóm các module mở rộng thành một khối và được quản lý bởi một
module CPU. Thông thuờng các module mở rộng được gá liền nhau trên một
thanh rack. Mỗi thanh rack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng
(không kể module CPU và module nguồn). Một module CPU có thể làm việc
nhiều nhất với 4 thanh rack và các rack này phải được nối với nhau bằng
module IM.
 FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng như: module
điều khiển động cơ bước, module điều kiển động cơ servo, module PID,…
 CP (Communication Processor): Module truyền trông giữa PLC với PLC hay
giữa PLC với PC.

Hình 2. 4: Các Modul của PLC S7-300



17
2.3. Kiểu dữ liệu và tổ chức bộ nhớ
2.3.1. Kiểu dữ liệu
Một chương trình trong S7-300 có thể sử dụng các kiểu dữ liệu sau:
 BOOL: với dung lượng là 1 bit và có giá trị là 0 hoặc 1 (đúng hoặc sai). Đây
là kiểu dữ liệu biến có hai giá trị.
 BYTE: gồm 8 bits, thường được dùng đểbiểu diễn một số nguyên dương
trong khoảng từ 0 đến 255 hoặc mã ASCII của một ý tự. Ví dụ: B#16#14
nghĩa là số nguyên 14 viết theo hệ đếm cơ số 16 có độ dài 1 byte.
 WORD: gồm 2 byte, để biểu diễn số nguyên dương từ0 đến 65535.
 DWORD: Là từ kép giá trị là: 0 có đến 232-1.
 INT: cũng có dung lượng là 2 bytes, dùng để biểu diễn một số nguyên trong
khoảng -32768 đến 32767.
 DINT: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn số nguyên từ -2147483648 đến
2147483647.
 REAL: gồm 4 bytes, dùng để biểu diễn một số thực dấu phảy động có giá trị
là:- 3,4e
38
đến 3,4e
38
.
 S5T (S5Time): khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây: (-2
-31
đến 2
31
-
1 ms). Ví dụ: S5T#2h_3m_0s_5ms. Đây là lệnh tạo khoảng thời gian la 2
tiếng ba phút và 5 mili giây.
 TOD: Biểu diễn giá trị tức thời tính theo giờ/phút/giây. Ví dụ: TOD#5:30:00

là lệnh khai báo giá trị thời gian trong ngày là 5 giờ30 phút.
 DATE: Biểu diễn thời gian tính theo năm / ngày / tháng. Ví dụ: DATE#2003-
6-12. Là lệnh khai báo ngày12 tháng 6 năm 2003.
 CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự) (ASCII -
code).
2.3.2. Tổ chức bộ nhớ.
Bộ nhớ của S7 – 300 được chia làm 3 vùng chính :
 Vùng chứa chương trình ứng dụng: vùng nhớ chương trình được chia làm 3 miền:
 OB: Miền chứa chương trình tổ chức như OB1, OB10 …


18
 FC: (Funktion): miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến
hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
 FB: (Funktion Block): miền chứa khối chương trình con, được tổ chức thành
hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.
Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-
Data Block).
 Vùng chứa các tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia
thành 7 miền khác nhau, bao gồm:
 I (Procees image input): miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi thực
hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các đầu vào và cất giữ
chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực
tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm
I.
 Q (Process image output): miền bộ đệm các cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực
hiện chương trình sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm tới các cổng ra số. Thông
thường không trực tiếp gán giá trịtới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ
đệm Q.
 M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu giữ

các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit (M), byte (MB), từ(MW)
hay từ kép (MD).
 T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian
đặt trước (PV-preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Curren value)
cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.
 C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước
(PV), và giá trị đếm tức thời (CV) và giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
 PI: Miền địa chỉ cổng vào của các modul tương tự. Các giá trị tương tự tại cổng
vào của modul tương tự sẽ được đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ.
Chương trình ứng dụng có thể truy nhập miền nhớ PI theo từng byte (PIB),
từng từ (PIW) hoặc theo từ kép (PID).
 PQ: miền địa chỉ cổng ra cho các modul tương tự. Các gía trị theo những địa chỉ
này được modul tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng


19
dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB), từng từ (PQW) hay
từng từ kép (PQD).
 Vùng chứa các khối dữ liệu: được chia làm hai loại:
 DB (Data block): miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước
cũng như số lượng do người sử dụng qui định, phù hợp với từng bài toán điều
khiển. Chương trình có thểtruy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB),
từ (DBW) hoặc từ kép (DBD).
 L (Local data block) : miền giữ liệu địa phương, được các khối chương trình
OB, FB, FC tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi giữ liệu
của biến hình thức của chương trình với những khối chươngtrình đã gọi nó. Nội
dung của một số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình
tương ứng trong OB, FB,FC. Miền này có thể truy cập từ chương trình theo bit
(L), byte (LB), từ (LW) hay từ kép (LD).
Trừ phần bộ nhớ EEPROM thuộc vùng Load memory và một phần RAM tự nuôi

đặc biệt (non-volatile) dùng để lưu giữ tham số cấu hình trạm PLC như địa chỉ trạm
(MPI address), tên các module mở rộng, tất cả các phần bộ nhớ còn lại ở chế độ mặc
định không có khả năng tự nhớ (non-retentive). Khi mất nguồn nuôi hoặc khi thực hiện
công việc xoá bộ nhớ (MRES), toàn bộ nội dung của phần bộ nhớ non-retentive sẽ bị
mất.
2.4. Vòng quét chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng
vào sốtới vùng bộđệm ảo I, tiếp theo là giai thực hiện chương trình. Trong từng vòng
quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1
(block end). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung
của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền
thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
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 lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuy thuộc vào số ệnh
trong chương trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông… trong vòng
quét đó.


20



Hình 2. 5: Vòng quét chương trình.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín
hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng
quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương
trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của
chương trình càng cao.

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ như khối
OB40, OB80,… Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi
xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể được
thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn
thực hiện chương trình. Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang
ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông,
kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với khối tín hiệu báo ngắt đó. Với
hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có
nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực
cho chương trình điều khiển tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài
hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực
tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đểm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.
Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều
hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống


21

sẽ cho dừng mọi công việc kh ác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh
trực tiếp với cổng vào/ra.
2.5. Cấu trúc chương trình
Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêng cho
chương trình. Ta có thể được lập trình với hai dạng cấu trúc khác nhau:
2.5.1. Lập trình tuyến tính
Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ. Loại lập trình
cấu trúc chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp.
Khối được chọn là khối OB1, là khối mà PLC luôn luôn quét và thực hiện các
lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu
tiên:



Hình 2. 6: Lập trình tuyến tính
2.5.2. Lập trình cấu trúc
Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng biệt và
các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại lập trình có cấu trúc
phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. Các khối cơ bản :
 Khối OB (Organization Block): khối tổchức và quản lý chương trình điều
khiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau. Chúng được
phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự OB, ví dụ như OB1,
OB35, OB80…