Chức năng và ứng dụng PLC S7-200 của Siemens

S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số (CPU226). Ta có thể mở rộng số đầu vào/ ra nhờ các module mở rộng. Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển Logic một cách dễ dàng.

PLC S7-200 của SIEMENS thuộc vào nhóm các PLC loại nhỏ vì chỉ có thể quản lý một số lượng đầu vào/ra ít, bộ nhớ chương trình và dữ liệu nhỏ, sử dụng các ngôn ngữ lập trình như STL (Statement List), LAD (Ladder Logic), FBD (Funtion Block Diagrams). Tuy nhiên, PLC S7-200 lại được tích hợp sẵn các tính năng phong phú, do vậy nó có khả năng đáp ứng được các yêu khác nhau của máy móc, thiết bị công nghiệp.

S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số (CPU226). C ó thể mở rộng số đầu vào ra nhờ các module mở rộng. Các đầu vào của S7-200 sử dụng mức 24 VDC rất thích hợp cho việc kết nối với các cảm biến tiệm cận hay cảm biến quang. PLC cũng có luôn đầu cấp nguồn 24 VDC cho các đầu vào, có bảo vệ quá dòng.

Đầu ra có hai sự lựa chọn: đầu ra transistor cho ra điện áp DC phù hợp với các ứng dụng như hút van 24 VDC chiều công suất nhỏ, relay trung gian.., đặc biệt là đầu ra kiểu này có thể sử dụng để phát ra xung cho chức năng PTO hay PWM.

Chức năng chính của PLC là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, liên động. Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển Logic một cách dễ dàng. Đặc biệt nó có các lệnh phát hiện ra các sườn xung cho phép ta xử lý thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu. Nếu cần xử lý các thời điểm chuyển trạng thái nhanh hơn ta có thể sử dụng ngắt.

Bên trong S7-200 có tích hợp một đồng hồ thời gian thực. Ta có thể sử dụng nó cho các ứng dụng điều khiển thời gian dài hay các ứng dụng mà việc điều khiển phụ thuộc vào thời gian trong ngày (như điều khiển đèn giao thông) hay có thể theo mùa trong năm (đèn chiếu sáng).

Về mặt xử lý toán học, S7-200 có cả các lệnh toán học cho số nguyên và số thực. Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, tăng, giảm cho số nguyên thường và số nguyên 4 byte. Số thực có các lệnh cộng, trừ, nhân, chia, sin, cos, tan, ln, exp và đặc biệt là lệnh PID cho điều khiển vòng kín. Các lệnh trên đủ để xử lý các số liệu trong các ứng dụng điều khiển đơn giản, tuy nhiên để thực hiện chúng tốn khá nhiều thời gian của PLC. Lệnh PID sử dụng để điều khiển vòng kín cho các đầu vào/ra tương tự, ra PWM và các dữ liệu khác.

Do thời gian thực hiện lệnh PID lâu cho nên S7-200 chỉ có khả năng thực hiện vài vòng kín với thời gian lấy mẫu từ vài ms đến vài trăm ms thoả mãn cho các ứng dụng biến thiên chậm (điều khiển nhiệt độ..). Nếu ta đặt thời gian lấy mẫu nhỏ hay thực hiện nhiều vòng kín có thể dẫn đến quá tải PLC và làm PLC bị lỗi. Để đơn giản cho việc lập trình điều khiển vòng kín, MicroWin có công cụ cho phép người dùng khai báo dễ dàng.

Ngoài các bộ đếm bằng phần mềm thực hiên theo chu kỳ quét của chương trình, S7-200 có các bộ đếm bằng phần cứng (HSC-High speed counter). Có tối đa 6 bộ HSC trong S7-200, ta có thể lập trình nó theo 1 trong 13 chế độ khác nhau để đếm thuận/nghịch hay bộ đếm hai pha (dùng cho Encoder) với các đầu vào điều khiển.

Tần số cao nhất mà các bộ đếm này có thể đếm được là 30 kHz với xung 1 pha và 20 kHz với xung hai pha. Các bộ đếm này cho phép S7-200 có thể kêt nối với các máy phát tốc xung để đo tốc độ động cơ, hay với Encoder để đo tốc độ và chiều quay cũng như đo khoảng di chuyển trong các máy gia công cơ khí.

S7-200 có hai đầu ra xung tại Q0.0 và Q0.1 mà nó có thể sử dụng để phát ra PulseTrain Output (PTO) hay Pulse Width Modulation (PWM). Với chức năng PWM ta có thể dùng nó để điều khiển điện áp ra với các ứng dụng có công suất lớn bằng các thay đổi tỉ lệ giữa thời gian bật (Ton) và thời gian tắt (Toff). Độ phân giải của thời gian này là 1ms. Nó sử dụng cho điều khiển tốc độ động cơ một chiều hay điều khiển nhiệt độ. Với chức năng PTO ta có thể lập trình để đầu ra bắn ra một số xung vuông với tần số nào đó. Các xung này có thể chia ra thành nhiều đoạn với tần số có thể tăng dần hay giảm dần. Nó thích hợp cho các ứng dụng như là điều khiển động cơ bước chẳng hạn.

S7-200 có một hay hai cổng thông tin sử dụng chuẩn RS-485. Các cổng này có thể làm việc ở chế độ PPI (Point to Point Interface), MPI (Mulipoint Interface) hay chế độ Free Port. Ở chế độ PPI hay MPI cho phép S7-200 có thể kết nối với máy lập trình để truyền/nạp chương trình hay sử dụng các tiện ích khác. Nó cũng cho phép các PLC kết nối với nhau để trao đổi dữ liệu hay kết nối với các màn hiển thị khác (TD200, OP3, OP7....).

Một số S7-200 có tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng. Nó cho phép S7-200 có thể tham gia vào mạng Profibus như là một Slave thông minh. Ở chế độ Free port người dùng có thể tự do định nghĩa và lập trình cổng thông tin cho ứng dụng của mình để có thể kết nối S7-200 với vi điều khiển, máy tính hay các thiết bị khác (bar code, printer...). Ta cũng có thể dùng tiện ích có sẵn trong MicroWin để khai báo cho S7-200 thực hiện giao thức USS để kết nối với các biến tần của SIEMENS hay giao thức ModBus.