luận văn tốt nghiệp lập trình ứng dụng plc s7 - 1200

Theo đà phát triển của công nghệ điện tử, các chip vi xử lý, vi điều khiển, bộ logic có thể lập trình, máy tính PC lần lượt ra đời đã đáp ứng được ước mơ đó.. Thiết kế có thể mở rộng này

PHỤ LỤC

LỜ I NÓI ĐẦU

Ước mơ lớn nhất của người kỹ sư thiết kế là nắm trong tay một công cụ điều khiển mạnh, đa năng

và mềm dẻo Theo đà phát triển của công nghệ điện

tử, các chip vi xử lý, vi điều khiển, bộ logic có thể lập

trình, máy tính PC lần lượt ra đời đã đáp ứng được ước

mơ đó Và chúng nhanh chóng là những giải pháp

được lựa chọn để tự động hóa quá trình sản xuất.

Trong nhiều nghành công nghiệp hiện nay, nhất là ngành công luyện kim, chế biến thực phẩm…Bộ logic

có thể lập trình (Promamable Logic Controller ) là một

thiết bị không thể thiếu trong dây truyền sản xuất Nắm

bắt được tầm quan trọng đó,nên chúng tôi đã tiến hành

tìm hiểu, nghiên cứu và lấy đó là đề tài luận văn tốt

nghiệp cho mình.

Dù đã cố gắng hết sức nhưng có thể không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến đóng

góp từ quí thầy cô và đọc giả.

SVTH: Tạ Minh Liền

Phan Thanh Năm

Lời cảm ơn

Tóm tắt

Tổng quan về đề tài

Chương I:Cơ sở lý thuyết về PLC S7 – 1200

1 Tổng quan về sản phẩm 3

2 Phân loại 4

3 Hình dạng bên ngoài 5

4 Cấu trúc bên trong 6

5 Đấu dây 7

6 Module mở rộng 9

7 Phương pháp lập trình điều khiển 10

8 Ngôn ngữ lập trình 11

9 Phần mềm lập trình 13

10 Tập lệnh của PLC S7-1200 19

Chương II: Lập trình ứng dụng PLC S7 – 1200 1 Ứng dụng 1: Điều khiển băng truyền đóng gói trái cây 117

2 Ứng dụng 2: Điều khiển hệ thống trộn dụng dị ch 125

3 Ứng dụng 3: Dùng S7 – 1200 đóng mở cửa tự động 127

4 Và một số ứng dụng khác 129

Chương III: Kết quảvà kiến nghị

1 Kết quả

2 Kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Nhóm sinh viên thực hiện:

Tạ Minh Liền (1063740)Phan Thanh Năm (1063745)

Sinh viên k32lớp :điều khiển tự độngnăm học: 2006 - 2010

TÓM TẮT

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Chương I: Cơ sở lý thuyết về PLC S7 – 1200

1 Tổng quan về PLC S7 – 1200

Hinh 2.1 Hình dạng bên ngoai của S7 – 1200 và các module mở rộng

PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các

lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặcVDC - các bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay Các module tín hiệu

để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộđiều khiển Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DINrail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian vàchí phí lắp đặt

Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8,

16, và 32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog Bên cạnh đó, bảngtín hiệu tiên tiến có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước

bộ điều khiển S7-1200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm khônggian Thiết kế có thể mở rộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/Ođến tối đa 284_I/O, với khả năng tương thích chương trình người sử dụngnhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang một bộ điều khiển lớn hơn.Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạn giữa dữ liệu người sửdụng và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PIDvới khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xác định thông sốvòng lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình thôngdụng Simatic S7-1200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100Mbit tíchhợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI /SCADA hay nốimạng PLC với PLC

2 Phân loại

Việc phân loại S7-1200 dựa vào loại CPU mà nó trang bị:

Các loại PLC thông dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C

Thông thường S7-200 được phân ra làm 2 loại chính:

Loại cấp điện 220VAC:

- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC(từ 15VDC – 30VDC)

- Ngõ ra: Relay

- Ưu điểm của loại này là dùng ngõ ra Relay Do đó có thể sử dụng ngõ

ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau( có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V,220V…)

- Tuy nhiên, nhược điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đápứng không nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung, hoặc Outputtốc độ cao…

Bảng 1.1: các đặc điểm cơ bản của s7-1200

2 inputs

8 inputs / 6 outputs

2 inputs

14 inputs / 10 outputs

2 inputs

Tốc độ xử lý ảnh 1024 bytes (inputs) and 1024 bytes (outputs)

4-Khe cắm thẻ nhớ 5-Nơi gắn dây nối

Hinh 2.2 Hình dạng bên ngoài của S7 – 1200 (CPU 1212C)

CPU 1212C gồm 10 ngõ vào và 6 ngõ ra, có khả năng mở rộng thêm 2module tín hiệu (SM), 1 mạch tín hiệu(SB) và 3 module giao tiếp (CM)

Các đèn báo trên CPU 1212C:

STOP / RUN (cam / xanh): CPU ngừng / đang thực hiện chương trình

đã nạp vào bộ nhớ

ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực hiện chươngtrình đã xảy ra lỗi.

MAINT (Maintenance): led cháy báo hiệu việc có thẻ nhớ được gắn vàohay không

LINK: Màu xanh báo hiệu việc kết nối với tính thành công

Rx / Tx: Đèn vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền

Đèn cổng vào ra:

Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời củacổng Ix.x đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của côngtắc

Qx.x(đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời củacổng Qx.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logiccủa cổng

4 Cấu trúc bên trong.

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơbản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất / nhập

- Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý,biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theochương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC Truyền các quyết định dướidạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V)cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập vàxuất hoạt động

- Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt độngđiều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý

- Các thành phần nhập và xuất (input / output) là nơi bộ nhớ nhận thôngtin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tínhiệu nhập có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến,… Các thiết bị xuất có thể

là các cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid,…

- Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộlập trình hay bằng máy vi tính

Hình 2.3: cấu trúc bên trong

5 Đấu dây.

Ở đây ta chọn CPU 1212C, để trình bày đấu dây tiêu biểu:

Chúng ta có thể cung cấp nguồn 24VDC hay 100 – 230VAC cho PLC vàcác thông số điện áp được thể hiện ở (Hinh 5)

Hinh 2.4 Sơ đồ đấu dây S7 -1200 / CPU 1214

Nguồn cung cấp cho PLC là 100 – 230VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz.Điện áp có thể thay đổi trong khoảng từ 85V – 264V Ở 264V dòng điện tiêuthụ là 20A

Nguồn cung cấp là 24VDC Điện áp có thể thay đổi trong khoảng

20.4V - 28.8V Ở 28.8V dòng điện tiêu thụ là 12A

Các ngõ vào được tác động ở mức điện thế tiêu biểu là 24VDC Các ngõ

ra của PLC ở mức 0 khi công tắc hở hay điện áp <= 5VDC Ngõ vào ở mức 1khi công tắc đóng hay điện áp =>15VDC Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1”

và từ “1” xuống “0” tối thiểu là 0.1us để PLC nhận biết được

Các ngõ ra có thể là 5VDC – 30VDC hay 5VAC – 250VAC Tùy theo yêucầu thực tế mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng củanó

6 Module mở rộng.

Hình 2.5: hình dạng các môđun

Họ PLC S7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiệu đa dạng và 1mạch tín hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng Ngoài ra bạn cũng có thểcài đặt thêm 3 module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyền thông

Analogboard tín hiệu

7 Phương pháp lập trình điều khiển.

Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển có lậptrình, cấu trúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ củamột máy vi tính.

Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần một thay đổi nội dung bộ nhớ điềukhiển, chứ không cần thay đổi cách nối dây bên ngoài Qua đó, ta thấy được

ưu điểm của phương pháp điều khiển lập trình được so với phương phápđiều khiển cứng Do đó, phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi tronglĩnh vực điều khiển vì nó rất mềm dẻo…

Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau:

Hinh 2.6 Phương pháp lập trình điều khiển

8 Các ngôn ngữ lập trình.

8.1 Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder Logic):

Hinh 2.7 Chương trình LAD

Chương trình LAD (Hinh 8.1) bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điệnlogic cùng với các kí hiệu công tắc logic tạo thành một nhánh mạch điện logic

nằm ngang Ở hình bên, logic điều khiển được biểu diễn bằng hai công tắcthường hở, một công tắc thường đóng và một ngõ ra relay logic.

Các kí hiệu công tắc trên được dùng để xây dựng nên bất kì mạch logicnào: sự kết hợp nhiều mạch logic có thể biểu diễn mạch điều khiển cho mộtứng dụng có logic điều khiển phức tạp Điều cần thiết cho công việc thiết kếchương trình ladder là lập tài liệu về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng

để người sử dụng hiểu được mạch ladder một cách nhanh chóng và chínhxác

Các qui ước của ngôn ngữ lập trình LAD:

- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch đượcnối kết với đường này

- Mỗi nấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trìnhđiều khiển

- Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống Nấc ở đỉnhthang được đọc từ trái sang phải, nấc thứ hai tính từ trên xuống cũng đọctương tự… Khi ở chế độ hoạt động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trìnhthang sau đó lặp đi lặp lại nhiều lần Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấcthang gọi là chu kỳ quét

- Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ítnhất một ngõ ra

- Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng Vì vậy,công tắc thường hở được trình bày ở sơ đồ thang ở trạng thái hở Công tắcthường đóng được trình bày ở trạng thái đóng

- Thiết bị bất kỳ có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang Có thể có một rơleđóng một hoặc nhiều thiết bị

- Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng, kí hiệu tùytheo nhà sản xuất qui định

8.2 Ngôn ngữ lập trình FDB (Funtion Block Diagram):

9 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic.

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một môi trườngthân thiện với người dùng, từ hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cầnthiết đến ứng dụng điều khiển

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp công cụ cho quản lý và cấuhình tất cả các thiết bị trong project, ví dụ như: PLCs và thiết bị HMI.SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD vàFBD), thích hợp và hiệu quả trong cải tiến lập trình điều khiển trong ứngdụng Ngoài ra SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic còn cung cấp bộ công cụtạo và cấu hình thiết bị HMI

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một hệ thống trợ giúp trựctuyến và cung cấp 2 chế độ hiển thị khác nhau: a project-oriented view và atask-oriented set of portals

9.1 Trình tự các bước thiết kế một chương trình điều khiển.

Hinh 2.9 Sơ đồ thiết kể một chương trình điều khiển

9.2 Giao diện của phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic.

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành

Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC

Hinh 2.10 Giao diện chính của phần mềm.

Để tạo một project mới ta thực hiện theo các bước sau:

Từ giao diện chính của phần mềm, chọn Start / Create new project / Create /Create a PLC program / Main

Lúc này vùng soạn thảo chương trình dưới dạng Ladder hiện ra (Hinh 8.3)

Hinh 2.11 Giao diện soạn thảo chính

Các thanh công cụ thường dùng:

Thanh công cụ lệnhCác phần tử lập trình thường dùng:

Các lệnh chuyển đổi:

9.3 Nạp chương trình xuống PLC.

Để nạp chương trình xuống PLC chúng ta thực hiện các bước sau:Thiết lập PLC: Từ giao diện soạn thảo chính chọn Add newdevice / chọn loại PLC Sau đó chọn online access để lấy địa chỉ IP đểkết nối PLC với máy tính

Chọn PLC ở chế độ STOP bằng cách từ menu chính chọn

Online / STOP (hinh 9.3.) hoặc click trái chuột lên biểu tượng trênthanh công cụ Lúc này trên giao diện xuất hiện hộp thoại thông báoxác nhận việc chọn PLC ở chế STOP, chọn yes.

Từ menu chính chọn Online / download to device hoặc click tráichuột lên biểu tượng từ thanh công cụ để nạp chương trìnhxuống PLC

Hinh 2.12 Tạm dừng hoạt động của PLC.

9.4 Giao tiếp giữa máy tính và PLC.

Do PLC có hỗ trợ sẳn dây cáp nối với máy tính nên ta chỉ cần nối PLCvới máy tính PC qua dây cáp:

Hinh 2.13 Sơ đồ kết nối PLC với máy tính.

diện cho trạng thái một bit trong bộ nhớ dữ liệu hay vùng ảnh của các đầuvào, ra Công tắc thường hở (ON – nghĩa là cho dòng điện đi qua) khi bitbằng 1 còn công tắc thường đóng (ON – nghĩa là không cho dòng điện điqua) khi bit bằng 0.

Trong LAD, các lệnh này biểu diễn bằng chính các công tắc thường hở

và thường đóng Trong FBD, các công tắc thường hở được biểu diễn như cácđầu vòa hoặc ra của các khối chức năng AND, OR hoặc XOR Công tắcthường đóng được biểu diễn them dấu đảo(vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tươngứng

Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn cũng như các công tắc.Trong FDB, các lệnh này được biểu diễn bằng các khối chức năng

Q BOOL Result of edge evaluation

Mô tả:

P_TRIG: Khi có tín hiệu xung CLK lệnh bắt đầu hoạt động Khi tín hiệu

có sự thay đổi mức (0 lên 1) thì ngõ ra Q sẽ được đặt lên 1 Các trườnghợp khác ngõ ra Q ở mức 0

N_TRIG: Khi có tín hiệu xung CLK lệnh bắt đầu hoạt động Khi tín hiệu có

sự thay đổi mức (1 xuống 0) thì ngõ ra Q sẽ được đặt lên 1 Các trườnghợp khác ngõ ra Q ở mức 0

Chương trình sẽ nhảy đến lệnhnhảy CAS1 khi ngõ vào CLK có

sự thay đổi mức(0 lên 1)

- RESET: Một khi điều kiện vào ON, hàm này sẽ giữ ở trạng thái OFF cho

dù điều kiện vào có ON

LAD:

FBD:

Hình 2.23 Mô tả lệnh

Bảng 2.5: các thông số của lệnh

IN(hoặc nối với công

tắc hoặc cổng logic )

BOOL Bit vị trí được giám sát

Chương trình ví dụ:

LAD:

10.1.4.3 SET_BF và RESET_BF: Set và Reset bit field

Ngõ ra Q0.0 được đặt lên 1 khi các

điều kiện sau hoạt động:

I0.0 và I0.1 cùng lên mức 1

I0.2 ở mức 0

Ngõ ra Q0.0 được đặt xuống 0 khi

các điều kiện sau hoạt động:

I0.0 và I0.1 cùng lên mức 1I0.2 ở mức 0

Hình 2.26 Mô tả lệnh

- SET_BF: Khi điều kiện vào ON, hàm này sẽ giữ trạng thái ON với sốbit(n) được đặt trước cho dù điều kiện vào có OFF

Hình 2.27 Mô tả lệnh

- RESET_BF: Khi điều kiện vào ON, hàm này sẽ giữ trạng thái OFF với

số bit(n) được đặt trước cho dù điều kiện vào có ON

OUT BOOL Bắt đầu từ địa chỉ của bit đặt trước

10.1.5 P và N (Set operand on positive signal edge / Set operand on

negative signal edge):

thái tín hiệu đầu vào của cuộn dây

chuyển từ mức (0 lên 1) Trong

LAD:

Hình 2.31 Mô tả lệnh

0 0 giữ nguyên trạng thái

Bit nhớ M0.0 và ngõ ra Q4.0 sẽ được thiết lập khi thỏa các điều kiện sau:

Thông số Dữ liệu Mô tả

IN BOOL Đầu vào cho phép Timer

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

Hình 2.34 Biểu đồ thời gian:

Mỗi lần có một xung cạnh lên thì ngõ ra Q sẽ ON, thời gian Timer bắt đầutính, đủ thời gian đặt (PT) Q OFF

Khi IN lên 1 chưa đủ thời gian đặt PT sau đó xuống 0 thì Q vẫn giữ

nguyên trạng thái

Khi IN =0 thì Q ở trạng thái OFF

10.2.2 TON:

Bảng 2.7: các thông số

Thông số Dữ liệu Mô tả

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

g%‹⁄?QMRTMBiểu đồ thời gian:

Khi ngõ vào IN lên 1 thì ET tăng dần lên 1(ngõ ra Q off), thời gian Timerbắt đầu tính, khi ET >=PT thì ngõ ra Q on

Nếu IN lên 1 trong khoảng thời gian chưa đủ thời gian đặt PT thì ngõ ra

Q vẫn giữ nguyên trạng thái(off)

Khi Q đang ON, ngõ vào IN xuống 0 thì Q sẽ OFF

10.2.3 TOF:

Bảng 2.8: các thông số

Thông số Dữ liệu Mô tả

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

g%‹⁄ QMRUM Biểu đồ thời gian

Khi ngõ vào IN lên 1 thì bit ET lên 1(ngõ ra Q sẽ ON)

Khi IN xuống 0, thời gian Timer bắt đầu tính, đủ thời gian đặt trước(PT)thì bit ET sẽ OFF (Q sẽ OFF)

Khi IN xuống 0 chưa đủ thời gian đặt PT đã lên 1 thì bit ET vẫn giữnguyên trạng thái

Khi IN lên 1, nếu sau thời thời gian đặt PT mà vẫn giữ nguyên trạng tháithì Q sẽ ON

Nếu IN=1 không đủ thời gian đặt PT thì bit ET sẽ không lên 1

10.2.4 TONR:

Bảng 2.9: các thông số

FBD LAD

Biểu đồ thời gian:

g%‹⁄ QMRVM Biểu đồ thời gian

Ngõ vào IN có tác dụng kích thời gian cho Timer, khi ngõ vào IN=1 thờigian Timer được tính, khi IN=0 thời gian không bị reset về 0 Khi đủ thời gianthì bit ET sẽ lên 1 Thời gian Timer chỉ bị reset khi có tín hiệu Reset Timer(tínhiệu từ R)

10.3 Lệnh đếm(Counter).

10.3.1 Đếm lên (Counter Up):

Thông số Dữ liệu Mô tả

R BOOL Thiết lập lại TONR khi thời gian trôi qua bằng 0

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

Timer data

block

DB Xác định bộ định thời để reset lại khi RT cho

phép

Giá trị hiện tại

Biểu đồ thời gian:

g%‹⁄ QMRWM Biểu đồ thời gian FBD

LAD

Mô tả:

Mỗi lần có một sườn cạnh lên ở CU, giá trị bộ đếm được tăng lên 1 Khigiá trị hiện tại (CV: Current count value) lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt(PV:Preset value), ngõ ra sẽ được bậc lên ON Khi chân Reset được kích giátrị hiện tại bộ đếm và ngõ ra Q được trả về 0

Bộ đếm ngưng đếm khi giá trị bộ đếm đạt giá trị tối đa là 32767

10.3.2 Đếm xuống(Counter Down).

Bảng 2.11: các thông số

Biểu đồ thời gian:

PV SINT, INT, DINT, USINT, UINT,