Đồ án Môn điều khiển lập trình - Bộ phát xung PTO-PWM - Cao Sỹ Tuyên

ình bày một số dạng ngõ vào số của một vài PLC. 
Hình 1.2: mạch diện ngõ vào của PLC SIEMEN
Hình 1.3: Mạch điện ngõ vào số của PLC Rockwell
Hình 1.4: Mạch điện ngõ vào số của PLC Panasonic
1.2.2. Module ngõ vào Analog: 
Các loại cảm biến, vale, cặp nhiệt, máy phát tốc. Cĩ tín hiệu ngõ ra dạng analog thì được đưa vào PLC thơng qua module analog. Dưới đây trình bày một số dạng module analog ngõ vào của một số PLC. 
Hình 1.5: Module ngõ vào analog của PLC Siemens
Hình 1.5: Module ngõ vào analog của PLC rockwell
Hình 1.6: Module ngõ vào analog của PLC Panasonic
1.3. Module ngõ ra: 
Tùy thuộc vào từng loại cơ cấu chấp mà tín hiệu điều khiển nĩ cĩ thể là số hay tương tự mà PLC cũng cĩ loại module ngõ ra số và module ngõ ra tương tự tương ứng để điều khiển. 
1.3.1. Module ngõ ra số: 
Module ngõ ra số cĩ những kiểu tiêu biểu như: Ngõ ra Transistor, ngõ ra Triac và ngõ ra Relay. Khi cần điều khiển các đối tượng hoạt động theo kiểu ON-OFF thì ta sử dụng module ngõ ra dạng số. Tuy nhiên tùy thuộc vào cấp điện áp, tần số đĩng cắt, dịng làm việc mà ta chọn kiểu ngõ ra nào cho phù hợp. Các thơng số về dịng, áp, tần số người sử dụng nên tham khảo manual của nhà sản xuất. Dưới đây sẽ trình bày một số kiểu ngõ ra của một số PLC tiêu biểu. 	
Hình 1.6: Ngõ ra số của PLC siemens.
Hình 1.7: Ngõ ra số của PLC rockwell
Hình 1.8: Ngõ ra số của PLC Panasonic
Hình 1.9: Ngõ ra Relay của PLC
1.4. Module ngõ ra tương tự: 
Module ngõ ra tương tự cĩ hai kiểu tiêu biểu: Ngõ ra điện áp hoặc ngõ ra dịng điện. Đối với những đối tượng yêu cầu tín hiệu điều khiển phải ở dạng analog như: Ngõ vào biến tần, vale tuyến tính, vale thủy lực.. thì cách thường sử dụng nhất là dùng module analog của PLC. Đặc điểm của module analog trong PLC là kết nối đơn giản, dễ sử dụng, khơng cần phải kết nối thêm các thiết bị bên ngồi. Hình 2.10 là một module analog ngõ ra điển hình của PLC siemens. 
Hình 1.10: Module analog ngõ ra của PLC Simens
1.5. Hoạt động PLC:
Tất cả PLC đều hoạt động theo chu trình lặp, mỗi chu trình hoạt động gồm 4 giai đoạn: Đọc ngõ vào, Ethực thi chương trình, chẩn đốn lỗi và kiểm tra truyền thơng, xuất kết quả ra để điều khiển thiết bị. 4 giai đoạn này thường được gọi là 1 chu kỳ quét của PLC. 
Hình 1.11: Một chu kỳ quét của PLC
Read Input (Đọc ngõ vào): PLC đọc trạng thái của tồn bộ các ngõ vào và chứa vào bộ đệm ngõ vào.
Execute Program (Thực thi chương trình): PLC dựa vào các trạng thái ngõ vào để thực thi theo chương trình đã được lưu trong bộ nhớ đệm ngõ ra.
Diagnostics Communications (Chẩn đốn và truyền thơng): PLC tiến hành chẩn đốn lỗi và kiểm tra quá trình truyền thơng.
Update Outputs (Xuất kết quả): PLC xuất kết quả trong vùng nhớ đệm ngõ ra để điều khiển thiết bị ngoại vi.
Quá trình này cứ lặp đi lặp lại từ 10 đến 100 lần mỗi s, như hình 2.12.
Hình 1.12: Thời gian chu kỳ quét của PLC.
1.6. Trạng Thái PLC: 
Điều dễ nhận thấy ở PLC là nĩ thiếu bàn phím và các thiết bị vào ra khác. Tuy nhiên để giúp người lập trình nhanh chĩng xác định trạng thái, PLC thường cĩ các đèn chỉ trạng thái, bao gồm: Đèn báo nguồn. Đèn chạy chương trình. Đèn báo sự cố. Các đèn này thường dùng cho việc sửa lỗi. Ngồi ra phần cứng PLC cịn cĩ các nút nhấn, phổ biến nhất là nút chạy chương trình. 
1.7. Bộ Nhớ:
Các loại bộ nhớ được dùng phổ biến hiện nay bao gồm: RAM, ROM, EPROM, EEPROM. (Tương tự như phần bộ nhớ trong Kỹ thuật số). Tất cả PLC đều sử dụng RAM cho CPU và dùng ROM để lưu hệ điều hành cho PLC. 
Khi cấp nguồn, nội dung của RAM sẽ được giữ lại. Nhưng vấn đề cần quan tâm là chuyện gì xảy ra khi bộ nhớ này mất nguồn. Các PLC trước kia sử dụng RAM cĩ nguồn pin nên dữ liệu RAM khơng bị mất khi mất điện. Phương pháp này vẫn cịn sử dụng nhưng khơng nhiều. Ngày nay người ta sử dụng EPROM làm bộ nhớ cho PLC. Bộ nhớ này được lập trình bên ngồi PLC sau đĩ đặt vào PLC. Khi PLC hoạt động chương trình này sẽ được nạp vào PLC và thực hiện. Phương pháp này chính xác nhưng việc lập trình và xĩa bộ nhớ sẽ mất nhiều thời gian. Bộ nhớ EEPROM trở thành một phần cố định của PLC, các chương trình lưu trong EEPROM tương tự như lưu trong EPROM. Hiên nay giá thành các bộ nhớ đã giảm đáng kể, và người ta cịn phát triển thêm các bộ nhớ khác như Flash ROM.
CHƯƠNGII: BỘ PHÁT XUNG VÀ ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG
2.1 Giới thiệu về PLS và PWM. 
PLS(Pulse): Lệnh phát xung ngõ ra được sử dụng để phát xung ngõ ra PTO (Pulse Train Output). PTO phát xung vuơng, cĩ độ rộng luơn bằng nữa chu kỳ. 
PTO được ứng dụng trong những trường hợp cần tín hiệu điều khiển dạng xung tần số cao. Những đối tượng thường được điều khiển bởi PTO như: Động cơ bước, động cơ servo..
 Điểm đặc nỗi bật của PTO đĩ là khả năng phát nhiều đoạn xung liên tiếp cĩ tần số phát khác nhau. Vì vậy khi người lập trình cần tạo ra những chuỗi xung cĩ tần số thay đổi để điều khiển đối tượng điều khiển thì sử dụng PTO là một trong những lựa chọn hiệu quả nhất. 
PWM (Pulse Wide Modulation): Điều chế độ rộng xung được sử dụng khi người lập trình cần phát chuỗi xung với chu kỳ và độ rộng cĩ thể thay đổi được. 
PWM thường được ứng dụng để điều khiển sự thay đổi tốc độ của động cơ, điều khiển thời gian đĩng mở để cấp điện cho lị nhiệt, điều khiển tốc độ quay cho biến tần(Biến tần của panasonic)..
2.2. PTO và PWM trong S7 200:
S7 200 hỗ trợ 2 ngõ ra Q0.0 và Q0.1 để phát xung PLS/PWM với tần số lớn (cĩ thể lên đến 100khZ). Với tần số này thì các ngõ ra bình thường, hoạt động phụ thuộc vào chu kỳ quét của PLC khơng thể phát được. 
PLS: Điều khiển phát xung vuơng(PTO) với chu kỳ thay đổi từ 50uS đến 65535uS hay từ 2mS đến 65535mS. Số lượng xung phát nằm trong khoảng từ 1 đến 4,294,967,295. 
PLS cĩ thể phát đoạn xung đơn (single segment hoặc nhiều đoạn xung kế tiếp nhau (Multiple segment). 
PWM: Phát xung với chu kỳ và độ rộng xung cĩ thể thay đổi được. 
Chu kỳ: Từ 50uS đến 65535uS hay từ 2mS đến 65535mS. 
Độ rộng xung: Từ 0 đến 65535uS hay từ 0 đến 65535mS. 
Cũng giống như các chức năng đặc biệt khác trong PLC. PLS và PWM chỉ sử dụng được sau khi được khai báo và khởi tạo. Việc khai báo và khởi tạo được thực hiện bằng việc nạp giá trị cho vùng nhớ đặc biệt trong PLC. 
2.3. Vùng nhớ đặc biệt được sử dụng khi lập trình điều khiển PTO và PWM:
2.3.1. Byte điều khiển: 
Tùy thuộc vào việc sử dụng ngõ ra Q0.0 hay Q0.1 ở chế độ PTO hay PWM và tần số mong muốn mà người lập trình nạp các giá trị thích hợp vào byte điều khiển SMB67 hay SMB77. 
2.3.2. Các vùng nhớ đặc biệt khác:
2.3.3. Một số giá trị nạp cho byte điều khiển và kết quả thực thi của lệnh PLS: 
2.4. Khởi tạo phát một đoạn xung đơn (single segment):
Sử dụng chu kỳ quét đầu tiên để gọi chương trình con khởi tạo PLS. Trong chương trình con khởi tạo thực hiện các cơng việc sau. 
- Nạp giá trị cho byte điều khiển để chọn chế độ phát theo yêu cầu. 
- Nạp giá trị thời gian để chọn chu kỳ. 
- Nạp giá trị để chọn số lượng xung phát. 
- Gán chương trình ngắt với sự kiện ngắt tương ứng. 
- Cho phép ngắt. 
- Thực hiện lệnh PLS để phát xung. 
2.4.1. Ví dụ: Khởi tạo PTO phát 10 xung vuơng, tần số 1Hz: 
Chương trình chính. 
Chương trình con khởi tạo.
2.5. Khởi tạo PTO phát nhiều đoạn xung (Multiple segment): 
Bên cạnh việc phát một đoạn xung như đã trình bày ở trên thì PTO cĩ thể phát nhiều đoạn xung liên tiếp nhau (Tối thiểu là 1 và tối đa là 255 đoạn). PTO phát nhiều đoạn xung liên tiếp với tần số khác nhau cĩ ý nghĩa rất quan trong trong
một số ứng dụng thực tiễn. Chẳng hạn như việc điều khiển động cơ bước hay servo motor quay nhanh dần khi khởi và giảm dần tốc đọ khi chuẩn bị dừng
2.5.1. Một số đặc điểm cần chú ý khi lập trình phát nhiều chuổi xung:
Việc khởi tạo phát nhiều đoạn xung liên cĩ một số khác biệt so với phát một đoạn xung. Vì vậy, người học trình cần chú ý một số đặc điểm sau đây khi lập trình phát nhiều đoạn xung. 
- Vùng nhớ sử dùng để khai báo thơng số cho các chuỗi xung là vùng nhớ V. 
- Mỗi chuỗi xung sử dụng 8 byte để khai báo thơng số. 
- Địa chỉ bắt đầu của vùng nhớ V tùy thuộc vào địa chỉ offset. Địa chỉ offset được nạp trong vùng nhớ đặc biệt(SMW168: Q0.0 và SMW178: Q0.1). 
- Byte đầu tiên trong vùng nhớ V được sử dụng để nạp số chuỗi cần phát. 
Dưới đây là ví dụ phát 3 đoạn xung liên tiếp tại ngõ ra Q0.0, bảng khai báo thơng số và chương trình viết cho PLC s7 200. 
Khai báo thông số.
Lập trình cho PLC. 
Chương trình chính
Chương trình con khởi tạo.
2.6. Khởi tạo bộ phát xung PWM:
Sử dụng chu kỳ quét đầu tiên để gọi chương trình con khởi tạo PWM. Trong chương trình con khởi tạo thực hiện các cơng việc sau. 
- Nạp giá trị cho byte điều khiển để chọn chế độ phát theo yêu cầu. 
- Nạp giá trị thời gian để chọn chu kỳ. 
- Nạp giá trị thời gian để chọn độ rộng xung. 
- Thực hiện lệnh PLS để phát xung. 
Ví dụ: Khởi tạo phát xung vuơng tần số 1hZ tại ngõ ra Q0.1 dùng PWM. 
Chương trình chính
Chương trình con khởi tạo
CHƯƠNG III
 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH THEO YÊU CẦU:
NHẤN NÚT I0.0 PHÁT XUNG VỚI CHU KỲ 1 GIÂY, DUTY = 50% TẠI NGÕ RA Q0.1. MỖI LẦN NHẤN I0.1 DUTY TĂNG THÊM 10%. MỖI LẦN NHẤN I0.2 DUTY GIẢM 10%
Vị trí các biến vào ra.
Chọn CPU 224
STT
tên
Địa chỉ
Ghi chú
1
start
I0.0
2
stopp
I0.1
3
tang
I0.2
4
giam
I0.3
5
Ngo ra
Q0.1
Viết chương trình
chương trình chính
chương trình con
Các bước chạy chương trình trên mô hình thực tế
Bước 1: chọn cổng truyền dữ liệu
Bước 2: download chương trình xuống PLC
KẾT LUẬN
 	 Trong quá trình làm đồ án môn học 3, được sự giúp đỡ của các thầy cô, cùng bạn bè đồng nghiệp nên tôi dã cơ bản hoàn thành các nội dung của đồ án. Nội dung dồ án chủ yếu tìm hiểu bộ phát xung PTO_PWM trong PLC SEIMEN S7_200. Đặc biệt đồ án giải quyết 1 bài tập về chế độ phát và điều chỉnh độ rộng xung trên CPU224.
 	 Tuy bản thân có nhiều cố gắng nhưng do thời gian, điều kiện, tài liệu khó khăn và khả năng có hạn nên không tránh khỏi sai sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo và bạn bè đồng nghiệp.