Đồ án tốt nghiệp PLSP theo chiều cao dùng PLC

Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ cómột thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điềukhiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ

Thầy Đặng Văn Hải

Khoa Điện tử viễn thông – Học viện Kỹ thuật mật mã

Hà Nội, 2021

MỤC LỤC

Mục lục i

Danh mục từ viết tắt v

Danh mục hình vẽ vi

Danh mục bảng ix

Lời cảm ơn x

Lời nói đầu xi

Chương 1 Tổng quan về plc s7 - 1200 1

1.1 Giới thiệu tổng quan về PLC 1

1.1.1 Định nghĩa PLC 1

1.1.2 Lịch sử ra đời của PLC 2

1.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động PLC 3

1.2.1 Cấu trúc PLC 3

1.2.2 Cấu trúc bộ nhớ 5

1.2.2.1 Vùng chứa chương trình ứng dụng 5

1.2.2.2 Vùng chứa các tham số hệ điều hành và chương trình ứng dụng 5

1.2.3 Nguyên lý hoạt động PLC 6

1.2.3.1 Đơn vị xử lý trung tâm 6

1.2.3.2 Bộ nhớ 7

1.2.3.3 Các ngõ vào ra (Input/Output) 8

1.3 Phân loại PLC 8

1.3.1 Phân loại theo hãng sản xuất 8

1.3.2 Phân loại theo phiên bản (Version) 8

1.4 Ngôn ngữ lập trình và ưu điểm khi sử dụng của PLC 9

1.4.1 Ngôn ngữ lập trình 9

1.4.2 Ưu điểm khi sử dụng của PLC 9

1.5 Giới thiệu chung PLC Siemens S7-1200 10

1.5.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200 10

1.5.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 11

1.5.3 Các module tín hiệu (SM) 12

1.5.5 Các bảng tín hiệu 14

1.5.7 Module mở rộng của PLC S7 1200 14

1.6 Các kiểu đấu nối dây tín hiệu 15

1.7 Đấu nối PLC kiểu Sink 15

1.8 Đấu nối PLC kiểu Source 16

Chương 2 Phần mềm tia portal và các tập lệnh 18

2.1 Giới thiệu phân mềm Tia Portal V15.1 18

2.1.1 Phần mềm Tia Portal 18

2.1.2 Tính năng của Tia Portal V15 19

2.1.3 Cấu hình máy cài phần mềm Tia Portal V15 20

2.2 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal V15.1 21

2.2.1 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal V15.1 21

2.2.2 STEP 7 Professional 22

2.2.3 WinCC Comfort/Advanced/Professional 22

2.2.4 WinCC Runtime Comfort/Advanced/Professional 23

2.2.5 STEP 7 Startdrive 25

2.2.6 SIMOCODE 26

2.2.7 PLC SIM Advanced 26

2.3 Các tập lệnh cơ bản 27

2.3.1 Bit logic 27

2.3.2.1 Các lệnh Set (đặt) và Reset (đặt lại) 29

2.3.2.2 Các lệnh ngưỡng dương và âm 30

2.3.2 Các bộ định thì (Timer) 31

2.3.3 Các bộ đếm (Counter) 35

2.3.4 So sánh 37

2.3.4.1 Lệnh so sánh 37

2.3.4.2 Các lệnh “IN_RANGE” và “OUT_RANGE” 37

2.3.4.2 Các lệnh “OK” và “NOT_OK” 38

2.3.5 Phép toán (Mathfunctions) 39

2.3.5.1 Lệnh tính toán 39

2.3.5.2 Các lệnh cộng, trừ, nhân và chia 40

2.3.5.4 Lệnh NEG 41

2.3.5.5 Lệnh tăng (INC) và giảm (DEC) 42

2.3.5.6 Lệnh giá trị tuyệt đối ABS 43

2.3.5.7 Lệnh MIN và MAX PLC S7-1200 43

2.3.5.8 Lệnh giới hạn (LIMIT) 44

2.3.5.9 Các lệnh toán học dấu phẩy động 45

2.3.5.10 Lênh di chuyển 46

2.3.5.11 Lệnh tráo đổi 47

2.3.6 Chuyển đổi 48

2.3.6.1 Lệnh chuyển đổi (CONVERT) 48

2.3.6.2 Các lệnh làm tròn và cắt bỏ (ROUND, TRUNC) 48

2.3.6.3 Các lệnh CEIL và FLOOR 49

2.3.7 Các lệnh định tỷ lệ và chuẩn hóa (SCALE_X, NORM_X) 49

Chương 3 Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao trên plc s7 1200 52

3.1.Sơ đồ khối 52

3.2 Lựa chọn thiết bị 53

3.2.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại 53

3.2.2 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 54

3.2.3 Xi-Lanh khí nén 56

3.2.4 Băng tải mini 61

3.2.5 Động cơ 61

3.2.6 Nguồn tổ ong 24V 5A 62

3.2.7 Van điện 63

3.3 Sơ đồ đấu chân PLC S7 1200 66

3.4 Sơ đồ giải thuật 67

3.5 Lập bảng PLC Tag 68

3.6 Chương trình hệ thống 70

3.7 Mô hình hoàn thiện 76

Chương 4 Lập trình scada cho hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao trên phần mềm tia portal v15.1 78

4.2 Tổng quan về hệ SCADA 78

4.3 Thiết kế giao diện SCADA 79

4.3.1 Khởi tạo màn hình Screen và lấy đối tượng 79

4.3.2 Kết nối đối tượng với PLC tag 82

4.3.3 Xuất file Excel 84

4.4 Load chương trình xuống PLC 85

4.5 Khởi động SCADA giám sát hệ thống 87

Kết luận 88

Tài liệu tham khảo 89

Phụ lục 90

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

EPROM Electrically Programmable Read Only Memory

TIA Portal Totally Integrated Automation Portal

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 PLC điều khiển các phụ tải 2

Hình 1.2 PLC 1969 2

Hình 1.3 Cấu tạo PLC 3

Hình 1.4 Cấu tạo chi tiết PLC 4

Hình 1.5 Cấu tạo giao tiếp PLC 5

Hình 1.6 Phân loại PLC theo hãng sản xuất 8

Hình 1.7 Phân loại PLC theo phiên bản Logo, S7 200, S7 1200, S7 300 9

Hình 1.8 PLC Allen Brandly: MicroLogix, Compact Logix, Control Logix 9

Hình 1.9 Các ngôn ngữ lập trình cơ bản PLC 9

Hình 1.10 Các bộ phận trên PLC S7-1200 12

Hình 1.11 Module tín hiệu PLC S7-1200 12

Hình 1.12 Module tín hiệu vào ra số 13

Hình 1.13 Module xuất nhập tín hiệu tương tự 13

Hình 1.14 Module tín hiệu truyền thông PLC S7-1200 13

Hình 1.15 Module truyền thông 14

Hình 1.16 Các bảng tín hiệu trên PLC 14

Hình 1.17 Module mở rộng của PLC S7-1200 14

Hình 1.18 Đấu nối đầu vào kiểu Sink 15

Hình 1.19 Đấu nối đầu ra kiểu Sink 16

Hình 1.20 Đấu nối đầu vào kiểu Source 16

Hình 1.21 Đáu nối đầu ra kiểu Source 17

Hình 2.1 Mô hình Phần mềm Tia portal 19

Hình 2.2 Cấu hình máy tính cài phân mềm Tia Portal V15.1 20

Hình 2.3 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal V15.1 21

Hình 2.4 Khác nhau giữa các phiên bản Tia Portal 23

Hình 2.5 Giao tiếp WINCC 2 thiết bị 23

Hình 2.6 WinCC RT điều khiển và giám sát hệ thống 24

Hình 2.7 Các tiếp điểm ngõ vào 27

Hình 2.8 Lệnh ngõ ra 28

Hình 2.9 Lệnh NOT 28

Hình 2.10 Lệnh Set và Reset 1 bit 29

Hình 2.11 lệnh Set và Reset nhiều bit 29

Hình 2.12 Các lệnh ngưỡng dương và âm 30

Hình 2.13 Các bộ đếm định thì (Timer) 31

Hình 2.14 Giản đồ bộ đếm định thì TP 32

Hình 2.15 Giản đồ bộ đếm định thì ON-delay (TON) 33

Hình 2.16 Giản đồ bộ đếm định thì ON-delay (TOF) 33

Hình 2.19 Lập trình LAD Timer off delay 34

Hình 2.20 Lập trình LAD Timer on delay có nhớ 34

Hình 2.21 Các bộ đếm 35

Hình 2.22 Giản đồ định thì CTU với một giá trị đếm 35

Hình 2.23 Giản đồ định thì CTD với một giá trị đếm 36

Hình 2.24 Giản đồ định thì CTUD với một giá trị đếm 36

Hình 2.25 Lệnh So sánh 37

Hình 2.26 Các lệnh “IN_RANGE” và “OUT_RANGE 37

Hình 2.29 Lệnh OK , NOT OK 39

Hình 2.30 Lệnh tính toán 39

Hình 2.30 Phép toán cộng, trừ, nhân, chia 40

Hình 2.31 Lệnh MOD 41

Hình 2.32 Lệnh NEG 41

Hình 2.33 Phép toán (Mathfunctions) tăng giảm PLC S7-1200 42

Hình 2.34 Lệnh giá trị tuyệt đối ABS 43

Hình 2.35 Lệnh MIN, MAX PLC S7-1200 43

Hình 2.36 Lệnh giới hạn (LIMIT) 44

Hình 2.37 Các lệnh toán học dấu phẩy động 45

Hình 2.38 Lệnh MOV, MOVE_BLK, UMOVE_BLK 47

Hình 2.39 Lệnh FILL_BLK và UFILL_BLK 47

Hình 2.40 Lệnh SWAP 47

Hình 2.42 Lệnh CONVERT 48

Hình 2.43 Lệnh ROUND, TRUNC 48

Hình 2.44 Lệnh CEIL và FLOOR 49

Hình 2.45 Lệnh định tỷ lệ SCALE_X và chuẩn hóa NORM_X 50

Hình 3.1 Sơ đồ khối 52

Hình 3.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại 53

Hình 3.3 PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC 54

Hình 3.4 Xylanh khí nén 56

Hình 3.5 Cấu tạo xylanh khí nén 58

Hình 3.6 kí hiệu Xylanh khí nén 58

Hình 3.7 Xylanh khí nén 1 chiều 59

Hình 3.8 Xylanh khí nén 2 chiều 60

Hình 3.9 Băng tải mini 61

Hình 3.10 Motor 62

Hình 3.11 Nguồn tổ ong 24V 5A 63

Hình 3.12 Van điện 64

Hình 3.13 Cấu tạo van điện 65

Hình 3.14 Sơ đồ đấu nối chân PLC 66

Hình 3.15 Lưu đồ thuật toán 67

Hình 3.17 PLC tag ouput 68

Hình 3.18 PLC tag memory 69

Hình 3.19 PLC tag counter 69

Hình 3.20 Network 1 70

Hình 3.21 Network 2 70

Hình 3.22 Network 3 71

Hình 3.23 Network 4 71

Hình 3.24 Network 5 72

Hình 3.25 Network 6 74

Hình 3.26 Network 7 75

Hình 3.27 Network 8 75

Hình 3.28 Network 9 76

Hình 3.29 Mô hình hoàn thiện 1 76

Hình 3.30 Mô hình hoàn thiện 2 77

Hình 4.1 Màn hình new Screen 79

Hình 4.2 Màn hình Chọn Symbol library 80

Hình 4.3 Màn hình chọn button 80

Hình 4.4 màn hình chọn circle làm đèn báo 81

Hình 4.5 Màn hình Home 81

Hình 4.6 Màn hình điều khiển 81

Hình 4.7 Màn hình Export data 82

Hình 4.8 HMI tag 82

Hình 4.9 Màn hình gán event input 83

Hình 4.10 Màn hình gán Aminations output 83

Hình 4.11 Màn hình gán tag giá trị input/output 84

Hình 4.12 Màn hình gán chương trình xuất file 84

Hình 4.13 File Excel khi được xuất ra 85

Hình 4.14 Ấn nút download to device 85

Hình 4.15 Tìm CPU cần download 85

Hình 4.16 Load Chương trình 86

Hình 4.17 Cửa sổ load Preview 86

Hình 4.18 Cửa sổ Load results 86

Hình 4.19 Khởi động SCADA 87

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Các tiếp điểm ngõ vào 27

Bảng 2 Các tiếp điểm ngõ vào 28

Bảng 3 Lệnh logic NOT 29

Bảng 4 Lệnh Set và Reset 1 bit 29

Bảng 5 Lệnh Set và Reset nhiều bit 30

Bảng 6 Các lệnh ngưỡng dương, âm 30

Bảng 7 Các bộ đếm định thì timer 32

Bảng 8 Lệnh so sánh 37

Bảng 9 Các lệnh “IN_RANGE” và “OUT_RANGE 37

Bảng 10 Mô tả lệnh OK và NOT_OK 39

Bảng 11 Mô tả lệnh tính toán 40

Bảng 12 Các phép toán cộng trừ, nhân, chia 40

Bảng 13 Mô tả lệnh MOD 41

Bảng 14 Mô tả lệnh NEG 42

Bảng 15 Mô tả lệnh IND, DEC 42

Bảng 16 Mô tả lệnh giá trị tuyệt đối ABS 43

Bảng 17 Mô tả lệnh MIN, MAX 44

Bảng 18 Mô tả lệnh LIMIT 44

Bảng 19 Thông số, kiểu dữ liệu các lệnh toán học dấu phẩy động 45

Bảng 20 Trạng thái ENO các lệnh toán học dấu phẩy động 45

Bảng 21 Mô tả lệnh SWAP 47

Bảng 22 Mô tả lệnh CONVERT 48

Bảng 23 Mô tả lệnh làm tròn và cắt bỏ 48

Bảng 24 Mô tả lệnh CEIL và FLOOR 49

Bảng 25 Thông số, kiểu dữ liệu lệnh SCALE_X, NORM_X 50

Bảng 26 Trạng thái ENO Lệnh định tỷ lệ SCALE_X và chuẩn hóa NORM_X 51

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường học viện kỹthuật mật mã nói chung, các thầy cô trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông nói riêng

đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyênngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ emtrong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điềukiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thànhkhoá luận tốt nghiệp

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinhviên, đồ án này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sựchỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để tôi có điều kiện bổ sung, nâng cao ýthức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Lê Khánh Vũ

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, Tự động hoá trởthành một trong những ngành không thể thiếu trong nền công nghiệp hiện đại Đây

là một ngành khoa học góp phần áp dụng những tiến bộ của khoa học công nghệvào sản xuất nâng cao hiệu quả chất lượng sản phẩm, giảm sức lao động của conngười Tạo điều kiện cho sự phát triển xã hội nâng cao tri thức con người Qua đó,

có thể giúp con người tiếp cận được khoa học công nghệ mới nhất và áp dụng vàotrong cuộc sống nâng cao hiệu quả kinh tế lao động

Được sự đồng ý của Khoa điện tử - Viễn Thông và giảng viên hướng dẫn

thầy Đặng Văn Hải, em đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp:

“Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát phân loại sản phẩm theo chiều caodùng PLC”

Mục tiêu của chúng em khi lựa chọn đề tài này là thiết kế được một thốngphân loại sản phẩm theo chiều cao ứng dụng cho một số dây chuyền sản xuất vừa

và nhỏ cũng như ứng dụng về PLC S7-1200 mà em đã được học

Đồ án gồm 4 chương:

Chương1: Tổng quan về PLC S7 -1200

Chương 2: Phần mềm TIA PORTAL và các tập lệnh

Chương 3: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao trên PLC S7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7 - 1200 1.1 Giới thiệu tổng quan về PLC

1.1.1 Định nghĩa PLC

Kỹ thuật điều khiển đã phát triển trong thời gian rất lâu Trước kia việc điềukhiển hệ thống chủ yêu do con người thực hiện Gần đây, việc điều khiển đượcthực hiện nhờ các ứng dụng của ngành điện, thực hiện bằng việc đóng ngắt tiếpđiểm relay Các relay sẽ cho phép đóng ngắt công suất không cần dùng công tắc cơkhí Ta thường sử dụng relay để tạo nên các thao tác điều khiển đóng ngắt logicđơn giản Sự xuất hiện của máy tính đã tạo một bước tiến mới trong điều khiển -

Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC PLC xuất hiện vào những năm 1970 và nhanhchóng trở thành sự lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điềukhiển Logic có thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ cómột thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điềukhiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó

cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển Hiện nay có rất nhiều

hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật

Bản), Delta (Đài Loan) Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng

hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (StatementList - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưachuộng nhất

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, đượcthiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơngiản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạtcác chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kíchthích (hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer)hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật

ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu racủa PLC Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta cóthể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khácnhau

Hình 1.1 PLC điều khiển các phụ tải 1.1.2 Lịch sử ra đời của PLC

Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) được hình thành

từ nhóm các kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968, với ý tưởng ban đầu

là thiết kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:

+ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

+ Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa

+ Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường công nghiệp

+ Giá cả cạnh tranh

Hình 1.2 PLC 1969

Tuy nhiên, thiết bị này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặpnhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từng bướccải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lậptrình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi

lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm

1969 Điều này đã tạo ra được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiểnlập trình Trong giai đoạn này các thiết bị điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giảnnhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Quaquá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mớicho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (TheDiagram Format)

Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lậptrình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh

về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử

lý thời gian thực…

Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho

hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng.

Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào,

ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông Bộ nhớ lớn hơn Nhiều loại Module

chuyên dụng hơn

Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng

lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc

độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn Bên cạnh đó, PLC đượcchế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng củaPLC được mở rộng hơn

1.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động PLC

1.2.1 Cấu trúc PLC

Hình 1.3 Cấu tạo PLC

Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:

- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM

- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lý các thuật toán

- Các modul vào và ra tín hiệu

Hình 1.4 Cấu tạo chi tiết PLC

Nguồn thường là 220V hoặc 24V (có một số loại PLC ít phổ biến có thể sửdụng nguồn 5V hoặc 3.7V) Tiếp theo là CPU, mỗi loại PLC tùy theo ứng dụng thì

sẽ có tốc độ xử lý cũng như bộ nhớ lưu trữ chương trình, khả năng mở rộng khácnhau Phần còn lại là khối ngoại vi bao gồm: input và output, truyền thông, modulephát xung, analog

Tùy theo ứng dụng và giá thành mà PLC cũng được thiết kế theo rất nhiềuhình dạng khác nhau nhưng chủ yếu có 2 hình dạng chính là dạng nguyên khối vàdạng module Đối với một số loại yêu cầu nhỏ gọn thì có một số loại PLC dạngslim (mỏng), còn đối với loại thường sẽ là dạng khối gắn thanh ray để bắt lên tấmlắp thiết bị của tủ điện

Hình 1.5 Cấu tạo giao tiếp PLC

Hiện nay có những loại PLC được thiết kế theo dạng tối ưu chi phí nên làmtheo một số dòng board mạch, nên trong giới thường hay gọi với cái tên là boardPLC hay PLC dạng board

1.2.2 Cấu trúc bộ nhớ

1.2.2.1 Vùng chứa chương trình ứng dụng

- OB (Organisation block) là miền chứa chương trình tổ chức

- FC (Function) là miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm cóbiến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó, được phân biệt bởicác số nguyên Ví dụ: FC1, FC7, FC30 ngoài ra còn có các hàm SFC là các hàm đãđược tích hợp sẵn trong hệ điều hành

- FB (Function Block) tương tự như FC, FB còn phải xây dựng khối dữ liệuriêng gọi là DB (Data Block) và cũng có các hàm SFB là các hàm tích hợp sẵntrong hệ điều hành

1.2.2.2 Vùng chứa các tham số hệ điều hành và chương trình ứng dụng

- I (Process image input): Miền bộ đệm dữ liệu các ngõ vào số Trước khi bắtđầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc tất cả giá trị logic của các cổng vào rồi cấtgiữ chúng trong vùng I khi thực hiện chương trình CPU sẽ sử dụng các giá trịtrong vùng I mà không đọc trực tiếp từ ngõ vào số

- Q (Process image output): Tương tự vùng I, miền Q là bộ đệm dữ liệu cổng

ra số Khi kết thúc chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới cáccổng ra số

- M (Memory) là miền các biến cờ Do vùng nhớ này không mất sau mỗi chu

số cần thiết Có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB), theo từ (MW) hay từ kép(MD).

- T (Timer) là miền nhớ phục vụ bộ thời gian bao gồm việc lưu trữ các giá trịđặt trước (PV-Preset Value), các giá trị tức thời (CV- Current Value) cũng như cácgiá trị logic đầu ra của Timer

- C (Counter) là miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ các giá trịđặt trước (PV-Preset Value), các giá trị tức thời (CV- Current Value) cũng như cácgiá trị logic đầu ra của Counter

- DB (Data block) là miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kíchthước hay số lượng khối do người sử dụng qui định Có thể truy nhập miền nàytheo từng bit (DBX), byte(DBB), từng từ (DBW), từ kép (DBD) Có thể sử dụngcác DB trong chương trình để lưu trữ dữ liệu cho các khối mã Dữ liệu được lưutrữ vẫn tồn tại khi việc thực thi khối mã được liên kết kết thúc Một “Global” DBlưu trữ dữ liệu có thể được sử dụng bởi tất cả các khối mã, trong khi một

“Instance” DB lưu trữ dữ liệu cho một FB cụ thể và được cấu trúc bởi các tham sốcho FB

1.2.3 Nguyên lý hoạt động PLC

1.2.3.1 Đơn vị xử lý trung tâm

- CPU là bộ phận điều khiển các hoạt động bên trong PLC Nó sẽ đọc vàkiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, và thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình sau đó phát lệnh tới các thiết bị liên kết để thực thi Toàn bộ các hoạtđộng thực thi này đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộnhớ

- Hệ thống bus trong PLC của băng tải đa năng:

 Hệ thống Bus chính là tuyến dùng để truyền tín hiệu, gồm nhiều đường tínhiệu song song

 Address Bus: dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau

 Data Bus: dùng để truyền dữ liệu

 Control Bus: Bus điều khiển để truyền các tín hiệu và điểu khiển đồng bộcác hoạt động trong PLC

 Trong hệ thống PLC số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module

cùng 1 thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hoặcsong song.

 Khi module đầu vào nhận được địa chỉ trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cảtrạng thái đầu vào của nó vào Data Bus Và khi địa chỉ byte của 8 đầu raxuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận dữ liệu từData bus Sau đó Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõichu trình hoạt động của PLC

 Địa chỉ và số liệu được chuyển lên Bus tương ứng trong một thời gian nhấtđịnh

 Hệ thống Bus sẽ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O

1.2.3.2 Bộ nhớ

PLC yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:

 Làm bộ tạm thời cho các kênh trạng thái tín hiệu vào và tín hiệu ra(Input/Out)

 Làm bộ đệm cho các trạng thái, chức năng trong PLC tạm thời

 Mỗi lệnh trong chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, mọi vị trítrong bộ nhớ đều được đánh số, và những số này chính là địa chỉ trong bộnhớ

 Địa chỉ của từng ô nhớ được trỏ đến một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi

xử lý Bộ vi sẽ xử lý giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý cáclệnh tiếp theo Khi có một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽxuất hiện ở đầu ra, được gọi là quá trình đọc

 Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch cókhả năng chứa 2000 đến 16000 dòng lệnh, tùy theo từng loại vi mạch TrongPLC các bộ nhớ được sử dụng như RAM, EPROM RAM (Random AccessMemory) là thiết bị có thể nạp chương trình, thay đổi, sửa, xóa nội dung bất

kỳ lúc nào Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện bị mất Để tránhtình trạng này thông thường các PLC sẽ được trang bị một pin khô có khảnăng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM RAM còn được dùng để khởitạo và kiểm tra chương trình

 EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ chỉ có

mất khi mất nguồn, và nó được gắn sẵn trong máy, được nạp và chứa hệ điềuhành sẵn

 Ngoài ra còn có thể sử dụng môi trường ghi dữ liệu nữa là đĩa cứng hoặc đĩamềm Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn thường được dùng để lưu

những chương trình lớn hoặc trong một thời gian dài giúp băng tải hoạt động

1.3 Phân loại PLC

1.3.1 Phân loại theo hãng sản xuất

 Siemens của Đức

 Rockwell Automation của Mỹ

 Mitsubishi Electric và Omron của nhật

Hình 1.6 Phân loại PLC theo hãng sản xuất

1.3.2 Phân loại theo phiên bản (Version)

Trong các hãng sản xuất phân biệt theo phiên bản ví dụ hãng sản xuấtSiemens

Hình 1.7 Phân loại PLC theo phiên bản Logo, S7 200, S7 1200, S7 300

Hình 1.8 PLC Allen Brandly: MicroLogix, Compact Logix, Control Logix

1.4 Ngôn ngữ lập trình và ưu điểm khi sử dụng của PLC

1.4.1 Ngôn ngữ lập trình

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụcác đối tượng sử dụng khác nhau Các ngôn ngữ lập trình cơ bản

Hình 1.9 Các ngôn ngữ lập trình cơ bản PLC

1.4.2 Ưu điểm khi sử dụng của PLC

 Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng relay

 Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình (phầnmềm) điều khiển

 Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống

 Nhiều chức năng điều khiển

 Tốc độ cao

 Công suất tiêu thụ nhỏ

 Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt

 Có khả năng mở rộng số lượng cổng kết nối đầu vào và các cổng kết nối ra(Input/Output) khi kết nối thêm các khối vào và ra chức năng

 Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới

Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các

hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và

sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức antoàn, tiện nghi và thoải mái trong lao động Đồng thời cho phép nâng cao tính thịtrường của sản phẩm

1.5 Giới thiệu chung PLC Siemens S7-1200

1.5.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần choS7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

 S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểmsoát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tậplệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng

 S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằngRS485 hoặc RS232.

 Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ

ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợptrong TIA Portal 11 của Siemens

 Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này

đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

1.5.2 Giới thiệu về PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sứcmạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tựđộng Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đãkhiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiểnnhiều ứng dụng đa dạng khác nhau

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạchngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ

Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logicđược yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPUgiám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình ngườidùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, cácphép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chươngtrình điều khiển:

 Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấuhình việc truy xuất đến các chức năng của CPU

 Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mãnằm trong một khối xác định

CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET.Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạngRS232 hay RS485

Hình 1.10 Các bộ phận trên PLC S7-1200

 Bộ phận kết nối nguồn

 Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía saucác nắp che)

 Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

 Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dunglượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụngkhác nhau

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu

để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các moduletruyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

1.5.3 Các module tín hiệu (SM)

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chứcnăng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU thể hiện trên hìnhdưới đây gồm có các LED trạng thái dành cho I/O module tín hiệu

Hình 1.11 Module tín hiệu PLC S7-1200

Hình 1.12 Module tín hiệu vào ra số

Hình 1.13 Module xuất nhập tín hiệu tương tự 1.5.4 Các module truyền thông (CM)

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng

bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485 CPU hỗ trợ tối

đa 3 module truyền thông:

 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái củamột CM khác)

Hình 1.14 Module tín hiệu truyền thông PLC S7-1200

Hình 1.15 Module truyền thông

1.5.5 Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Ngườidùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phíatrước của CPU

- SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

- SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

Hình 1.16 Các bảng tín hiệu trên PLC

1.5.7 Module mở rộng của PLC S7 1200

PLC S7-1200 cung cấp cho bạn tối đa 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạchtín hiệu cho bộ vi xử lý Nó có khả năng mở rộng, ngoài ra còn có 3 module giaotiếp nhờ vào các giao tiếp truyền thông

Hình 1.17 Module mở rộng của PLC S7-1200

1.6 Các kiểu đấu nối dây tín hiệu

Có 2 kiểu đấu dây tín hiệu ngõ vào, ra PLC theo 2 kiểu Sink và Source:

- Sink input : Chân chung (COM) đấu 0V

- Source input : Chân chung (COM) đấu 24V

1.7 Đấu nối PLC kiểu Sink

Kiểu đấu dây PLC kiểu Sink là kiểu đấu nối các thiết bị ngoại vi (nút nhấn,khóa chuyển mạch, công tắc hành trình, cảm biến, cuộn hút, đèn báo, van khóa….)trả về đầu vào 24V tới bộ điều khiển PLC và PLC xuất ra đầu ra 24V Đồng thờiđấu nối chân chung (COM) đầu vào, đầu ra của PLC với 0V Khi đó bộ điều khiểnPLC sẽ nhận được tín hiệu đầu vào và điều khiển đầu ra để giải quyết bài toán cụthể

Đấu nối ngõ vào PLC kiểu Sink.

Đấu các thiệt bị ngoại vị (nút nhấn, chuyển mạch, công tắc hành trình, cảmbiến,…) trả tín hiệu về PLC dạng Source(24V)

Đấu chân 1M(COM) của PLC dạng Sink(0V)

Kiểu đấu Source thường dùng cho các loại cảm biến loại PNP

Hình 1.18 Đấu nối đầu vào kiểu Sink

Đấu nối ngõ ra PLC kiểu Sink.

Đấu các thiệt bị ngoại vị (cuộn hút, các van đóng mở, đèn báo tín hiệu) lấytín hiệu từ PLC dạng Source(0V)

Đấu chân 1M(COM) của PLC dạng Sink(24V)

Hình 1.19 Đấu nối đầu ra kiểu Sink

1.8 Đấu nối PLC kiểu Source

Kiểu đấu dây PLC kiểu Sink là kiểu đấu nối các thiết bị ngoại vi (nút nhấn,khóa chuyển mạch, công tắc hành trình, cảm biến, cuộn hút, đèn báo, van khóa….)trả về đầu vào 0V tới bộ điều khiển PLC và PLC xuất ra đầu ra 0V Đồng thời đấunối chân chung (COM) đầu vào, đầu ra của PLC với 24V Khi đó bộ điều khiểnPLC sẽ nhận được tín hiệu đầu vào và điều khiển đầu ra để giải quyết bài toán cụthể

Đấu dây ngõ vào PLC kiểu Source.

Đấu các thiệt bị ngoại vị (nút nhấn, chuyển mạch, công tắc hành trình, cảmbiến,…) trả tín hiệu về PLC dạng Sink(0V)

Đấu chân 1M(COM) của PLC dạng Source(24V) Kiểu đấu sink thườngdùng cho các loại cảm biến loại NPN

Hình 1.20 Đấu nối đầu vào kiểu Source

Đấu dây ngõ ra PLC kiểu Source.

Đấu các thiệt bị ngoại vị (cuộn hút, các van đóng mở, đèn báo tín hiệu) lấyntín hiệu từ PLC dạng Sink(0V)

Đấu chân 1M(COM) của PLC dạng Source(24V)

Hình 1.21 Đáu nối đầu ra kiểu Source

CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM TIA PORTAL VÀ CÁC TẬP LỆNH

2.1 Giới thiệu phân mềm Tia Portal V15.1

Phân mềm Tia Portal (Totally Integrated Automation Portal) là phần

mềm mô phỏng và vận hành ảo PLC của hãng Siemens

2.1.1 Phần mềm Tia Portal

Phần mềm Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) được phát triểnlần đầu vào năm 1996 bởi các kỹ sư của hãng Siemens Đây là một đột phá lớn khitích hợp tất cả công cụ vào trong bộ phần mềm duy nhất Từ thiết kế, thử nghiệm,vận hành và duy trì nâng cấp hệ thống tự động hóa, phần mềm Tiaportal sẽ giúptiết kiệm thời gian, chi phí và công sức cho các kỹ sư khi thiết kế

SIMATIC STEP 7 (TIA Portal) là phần mềm nổi tiếng và được sử dụng rộngrãi trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp Giao diện của TIA Portal được thiết kếthân thiện người sử dụng, thích hợp cho cả những người mới lẫn những ngườinhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa Với phần mềm này, các bạn có thểcấu hình, lập trình, thử nghiệm và chẩn đoán tất cả các bộ điều khiển PLC cũngnhư các module, HMI sẵn có của Siemens một cách dễ dàng

TIA Portal V15 là phiên bản mới nhất hiện nay được Siemens tung ra thịtrường vào cuối năm 2017 Các ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, SCL, STL,GRAPH được hỗ trợ đầy đủ giúp kỹ sư lập trình có thể linh hoạt lựa chọn ngônngữ lập trình cho bộ điều khiển của hệ thống

Tia Portal V15 là phần mềm mô phỏng và vận hành ảo cho phép thiết kế kỹthuật số tốt hơn các quy trình làm việc tích hợp, cũng như tập trung ứng dụng mởrộng với bộ điều khiển Simatic S7-1500R/H, tích hợp ổ đĩa Sinamic S210,Multiuser Engineering, đơn vị phần mềm và các chức năng OPC UA

Sử dụng Simatic S7-PLCSIM Advanced, một bộ đôi kỹ thuật số của bộ điềukhiển Simatic S7-1500 được tạo ra trong cổng thông tin TIA cho mục đích môphỏng và vận hành ảo Simatic Machine Simulator v1.0 sau đó kết hợp bộ đôi kỹthuật số này với phần mềm mô phỏng NX Mechat Electronic Concept Designer(NX MCD) cho các khái niệm máy cơ điện tử Điều này cho phép xác thực ảo cácmáy hoàn chỉnh: các mô hình cơ điện tử và điều khiển, bao gồm các mô hình hành

vi đơn giản đến phức tạp, được đồng bộ hóa và các ứng dụng cấp máy có thể được

mô phỏng và sau đó xác minh

Lỗi kỹ thuật có thể được phát hiện sớm và sửa chữa hoặc tránh trước khi đưavào vận hành thực tế Trong điều kiện thực tế, việc so sánh giữa hệ thống song sinh

kỹ thuật số và hệ thống thực giúp có thể đáp ứng kịp thời với các thay đổi và tựđộng xem xét sửa đổi trong các giai đoạn phát triển ngược và xuôi dòng

Hình 2.1 Mô hình Phần mềm Tia portal 2.1.2 Tính năng của Tia Portal V15

 Cấu hình tích hợp và trực quan của quản lý năng lượng

 Tự động tạo chương trình năng lượng PLC cho S7-1500

 Lưu trữ trên thẻ nhớ SIMATIC nội bộ WinCC Runtime Professional hoặcPLC

 Trực quan hóa dữ liệu năng lượng trong các đối tượng năng lượng khôngyêu cầu PowerTags bổ sung trong WinCC RT Professional

 Màn hình hiệu quả năng lượng S7 cho máy (Hướng dẫn S7 mới bước 7 Thưviện TIA Portal)

 Sản xuất liên quan và tiêu chuẩn hóa xác định mức tiêu thụ năng lượng trongmáy (theo hướng dẫn đo VDMA 34179)

 Dễ dàng tích hợp với bộ điều khiển máy (S7-1200/1500) và trực quan hóatrạng thái hiệu quả trực tiếp tại máy

 Đồng bộ hóa S7-PLCSIM Advanced với các công cụ đồng mô phỏng trênhình ảnh quá trình một phần của các OB theo chu kỳ (ví dụ: OB theo dõi)

 Hỗ trợ cho các dịch vụ chu kỳ (RDREC / WRREC) và báo động (ví dụ: báođộng quá trình)

 Báo động quá trình được định cấu hình trong cổng thông tin TIA có thể đượcxuất qua API.

 Cấu hình phần mềm và sao lưu đơn giản của các phiên bản S7-PLCSIMAdvanced

 Cài đặt song song S7-PLCSIM và S7-PLCSIM Advanced trên một PC

 Phát triển ứng dụng C ++ cho CPU đa chức năng 1518 (F) -4 PN / DP MFP

 Phát triển các thư viện chức năng cho Windows với C # và Visual Basic

 Hỗ trợ kiểu dữ liệu “Biến thể” với các thư viện hàm cho Windows

 Tạo báo thức với trình chỉnh sửa quy tắc báo động: Báo động bit và analog,các lớp và nhóm

 Đối tượng hình ảnh mới: Trend Controls F (t)

 Màn hình mẫu cho Bảng và RT Nâng cao: Sao chép từ thư viện và gán vàohình ảnh

 Phân tích tiêu chí cho các giám sát Prodiag và S7-Graph

 Kết quả phân tích tiêu chí trong văn bản báo động

 Hiển thị bước Người tiền nhiệm / người kế nhiệm trong Điều khiển Tổngquan về Đồ thị HMI S7 1000 giám sát trên mỗi khối giám sát (250 trongV14)

 Dấu thời gian giống hệt nhau cho tất cả các sự kiện được xác định trong mộtchu kỳ

 Kích hoạt nhanh các giám sát trong bảng thẻ PLC, DB

2.1.3 Cấu hình máy cài phần mềm Tia Portal V15

2.2 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal V15.1

2.2.1 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal V15.1

Ban Tự động hóa Công nghiệp của Siemens vừa giới thiệu phần mềm tựđộng hóa đầu tiên trong công nghiệp sử dụng chung một môi trường, một phầnmềm duy nhất cho tất cả các tác vụ trong tự động hóa, gọi là Totally IntegratedAutomation Portal (TIA Portal) Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụngphát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng

Hình 2.3 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal V15.1

Siemens cung cấp rất nhiều gói phần mềm để hỗ trợ các kỹ sư triển khai một

hệ thống tự động hóa Tuy nhiên không phải phần mềm nào chúng ta cũng cần

Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợpcho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tựđộng hóa Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tíchhợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) củaSiemens Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 để lập trình các bộ điều khiểnSimatic, Simatic WinCC để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máytính

Để thiết kế TIA Portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứngdụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầucủa khách hàng trên toàn thế giới Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềmlập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽcùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn choứng dụng Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể đượccấu hình trên cùng một cửa sổ Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản

có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal.

Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động củaSiemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA Portal Việc này giúp giảm thờigian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này Ví dụ người

sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả’ một biến của trong chương trìnhđiều khiển PLC vào một màn hình của chương trình HMI Biến này sẽ được gánvào chương trình HMI và sự kết nối giữa PLC - HMI đã được tự động thiết lập,không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm

Phần mềm mới Simatic Step 7, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho

S7-1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step

7 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng.Simatic Step 7 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sửdụng sang chương trình mới trên TIA Portal

2.2.3 WinCC Comfort/Advanced/Professional

Mặc định bản Basic sẽ được cài cùng với STEP 7 Nếu chỉ cần lập trình chocác HMI cơ bản thì không cần cài thêm bộ WinCC này Tuy nhiên, nếu cần thiết kếSCADA chạy trên máy tính hoặc cho các PC công nghiệp thì sẽ cần cài thêm bảnComfort/Advanced/Professional Về sự khác nhau giữa các phiên bản được thểhiện trong hình 2.4 dưới đây Phiên bản cao hơn chắc chắn sẽ mở được projectphiên bản thấp hơn Ví dụ bản Pro sẽ mở được bản Basic…

Hình 2.4 Khác nhau giữa các phiên bản Tia Portal 2.2.4 WinCC Runtime Comfort/Advanced/Professional

Thông thường chúng ta nhầm lẫn chức năng giữa bản WinCC Runtime (RT)

và bản WinCC Engineering Sau đây chúng ta hãy cùng so sánh chức năng của 2phiên bản này:

- WinCC Runtime Basic/Advanced/Professional: Chạy giao diệnHMI/SCADA đã thiết kế sẵn

- WinCC Basic/Advanced/Professional: (không có chữ RT) tạo và thiết kếgiao diện HMI/SCADA Ở phiên bản này đã bao gồm sẵn WinCC RT rồi nênchúng ta sẽ không cần cài thêm bản RT nữa

- Bản WinCC RT được cài phải cùng loại với bản WinCC Engineering tạo raproject Ví dụ project SCADA được tạo từ bản Professional thì phải cài RTProfessional

Để rõ ràng hơn, xét ví dụ sau: Xét hai máy tính giống nhau Máy 1 được càibản WinCC Pro, máy 2 được cài bản WinCC RT Pro như hình dưới

Hình 2.5 Giao tiếp WINCC 2 thiết bị

 Máy 1: Thiết kế giao diện SCADA và chạy mô phỏng được thiết kế

 Máy 2: chỉ chạy được giao diện đã thiết kế sẵn Không có chức năngchỉnh sửa.

 WinCC RT được dùng điều khiển và giám sát như hình 2.5

Hình 2.6 WinCC RT điều khiển và giám sát hệ thống

Theo đó, máy laptop được cài bản engineering để thiết kế giao diện SCADA.Sau đó, các máy tính vận hành chỉ cần cài bản WinCC RT để chạy giao diệnSCADA vừa thiết kế này Việc cài bản RT sẽ không cho phép các nhân viên vậnhành tác động/sửa chữa vào chương trình

Phần mềm mới Simatic WinCC, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng đểcấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như đểgiám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA)

WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scadatrong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp

WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens.WinCCdùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Nói rỏhơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI(Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And DataAcquisition)

Với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sảnxuất Với WinCC.Người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khácnhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM vớichuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC

Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyếtcông việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực

WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trìnhđiều khiển dưới dạng chuổi sự kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng pháttriển WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghibáo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức và là một trong nhữngchương trình thiết kế giao diện Người và Máy - HMI được tin dùng nhất hiện nay.

Chức năng của WINCC:

Graphics Designer:

Thực hiện dể dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng

đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O, và các thuộc tính hoạt động(Dynamic)

Alarm Logging:

Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vậnhành Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng AlarmLogging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi

Ngoài ra, WinCC còn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệthống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt

WinCC có thể tạo một giao diện Người và Máy - HMI dựa trên sự giao tiếpgiữa con người với các thiết bị Hệ thống tự động hóa thông qua hình ảnh, số liệu,

sơ đồ, Giao diện có thể cho phép người dùng vận hành, theo dõi từ xa và còn cóthể cảnh báo, báo động khi có sự cố

WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người và Máy Nó thực sự cầnthiết cho các hệ thống tự động hóa cao và hiện đại

2.2.5 STEP 7 Startdrive

Startdrive là phần mềm cho phép cấu hình biến tần trực tiếp trên TIA và

nhiên cấu hình trên máy tính sẽ thoải mái hơn rất nhiều.

Ngoài ra, trong startdrive sẽ có các tính năng chuẩn đoán giúp ta theo dõi sựhoạt động của biến tần dễ dàng hơn

Lưu ý là nếu trong project có cấu hình bằng startdrive thì khi mở project đólên, Tia Portal ta phải cài startdrive tương ứng thì mới mở được

2.2.6 SIMOCODE

Đi kèm với Startdrive thì chúng ta sẽ có bộ SIMOCODE Simocode là góiphần mềm quản lý động cơ trong quá trình hệ thống hoạt động Ta có thể theo dõi

dễ dàng các thông số điện áp, dòng, pha, tình trạng quá tải của động cơ và gửi về

hệ thống thông qua các chuẩn truyền thông như Profibus, Profinet…

Các lợi ích của phần mềm SIMOCODE:

 Tăng hiệu suất: điều khiển, giám sát động cơ tại phòng điều khiển thông quacác giao diện chuyên nghiệp

 Giảm thời gian chết của động cơ

 Quản lý và tiết kiệm năng lượng

2.2.7 PLC SIM Advanced

Siemens trước đây có cung cấp cho chúng ta chương trình mô phỏngPLCSim Chương trình này có thể mô phỏng một thiết bị thật của các dòng PLCS7-1200, S71500… Tuy nhiên, về những tính năng nâng cao ở các dòng S7-1200,S7-1500 thì chưa mô phỏng được (tham khảo bảng so sánh bên dưới) Chính vìvậy, SIMATIC S7-PLCSIM Advanced ra đời và cho phép bạn tạo bộ điều khiển ảo

để mô phỏng bộ điều khiển S7-1500 và ET 200SP và cung cấp mô phỏng đầy đủcác chức năng

PLC SIM Advanced sẽ bổ sung thêm các tính năng của PLC thật mà PLCSIM thông thường chưa mô phỏng được Đó là: truyền thông và Web server

Lưu ý là PLC SIM Advanced mới được Siemens phát triển gần đây nên cònchưa ổn định lắm Vì vậy nếu các bạn muốn test truyền thông hay web thì sẽ cài bộ

SM Advanced vào Còn nếu không thì PLC SIM thường là quá đủ để mô phỏnghoạt động của một PLC

 Multiuser Engineering: nhiều người cùng làm trên một project

 Energy Suite: theo dõi tiêu thụ năng lượng trên thiết bị

 ProDiag: chuẩn đoán chuyên nghiệp