Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC.
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan báo cáo này của em được thực hiện nhờ sự tìm tòi và học hỏi của chính bản thân em . Không sao chép bất cứ luận văn báo cáo của ai. Em chịu hoàn tàn trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này Thái Nguyên , Ngày 25 tháng 05 năm 2013 Sinh viên thực hiện 1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được đồ án này em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường đại học Công nghệ thông tin và truyền thông , các thầy giáo và cô giáo khoa công nghệ tự động hóa đã trang bị kiến thức cho em trong suốt 5 năm vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn, thầy đã hướng dẫn và định hướng giúp em rất nhiều trong đồ án này. Trong quá trình làm đồ án này do thời gian làm đồ án tương đối ngắn 8 tuần và các tài liệu nghiên cứu về dây truyền còn ít vì các nhà máy thường không công bố sơ đồ công nghệ vì lý do bảo mật nên việc nghiên cứu và làm đồ án của em gặp rất nhiều khó khăn. Do vậy đồ án của em còn có nhiều thiếu sót em rất mong thầy cô thông cảm cho em. Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện MỤC LỤC 2 DANH MỤC HÌNH VẼ 3 DANH MỤC BẢNG 4 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội. Trong thực tế lập trình PLC có thể được sử dụng nhiều hãng phần mềm sản xuất như là hãng Siemens-Đức, Omron-Nhật bản, Goldstar-Hàn Quốc,… tuỳ thuộc vào đối tác, tiềm lực của Công ty, xí nghiệp để sử dụng công nghệ của hãng. Qua 5 năm cùng với kiến thức mình học được em đã chọn đồ án " Xây dựng hệ thống đóng thùng bia tự động bằng PLC S7- 200 ". Trong quá trình thực hiện chương trình còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho vấn đề này đang rất ít,và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề như phần cơ trong dây chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo, các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn. Sinh viên 5 CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMEN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ " ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ". 1.1.1 Giới thiệu phần cứng của bộ điều khiển khả trình PLC. PLC viết tắt của Program Mable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, bộ điều khiển thoả mãn các yêu cầu: - Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản. - Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. - Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul mở rộng. - Giá cả phù hợp. Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trển việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản. PLC còn thực hiện các tác vụ định thì và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Cơ sở của việc sử dụng PLC: Trong công nghiệp trước đây, các hệ thống điều khiển số thường được cấu tạo trên cơ sở các rơle và các mạch logic điện tử kết nối với nhau theo nguyên lý làm việc của hệ thống. Điều đó có nghĩa là: Quan hệ giữa các biến vào và các biến ra tuân theo một hàm số, mà hàm số này chính được xác định bởi luật kết nối giữa các phần tử logic. (y 1 , y 2 , y n ) = f (x 1 , x 2 , x n ) Như vậy đối với mục đích điều khiển xác định thì hàm f cố định. Đối với các hệ thống làm việc đơn giản và làm việc độc lập thì việc sử dụng các phần tử có sẵn liên kết cứng với nhau có nhiều ưu điểm về giá thành. Tuy nhiên trong các 6 hệ thống điều khiển phức tạp nhiều chức năng thì những cấu trúc theo kiểu cứng có nhiều nhược điểm như: - Hệ thống cồng kềnh, đầu nối phức tạp dẫn đến độ tin cậy kém. - Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng thì phải dừng cả hệ thống để đấu nối Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điêu khiển logic có khả nẳng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kế các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC gồm: - Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây. - Tính mềm dẻo cao trong hệ thống. - Bộ nhớ: - Bộ nhớ vào ra: Hình 1.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC 7 Trạng thái tín hiệu vào được nhận biết và chứa trong bộ nhớ, nơi PLC thực hiện các lệnh logic được lập trình để xử lý các tín hiệu vào máy và tạo ra các tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị liên quan. 1.1.2 Cấu trúc PLC . Đối với PLC cỡ nhỏ các bộ phận thường được kết hợp thành một khối. Cũng có một số hạng thiết kế PLC thành từng mô đun để người sử dụng có thể lựa chọn cấu hình PLC cho phù hợp mà ít tốn kém nhất, đồng thời đáp ứng được yêu cầu ứng dụng. Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau: Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC Dựa vào sơ đồ khối ta thấy PLC gồm có 4 khối chính đó là: Khối nguồn, khối vi xử lý – bộ nhớ, khối đầu vào, khối đầu ra. Thông thường các tín hiệu xuất 8 nhập đầu ở dạng số (1- 0), còn nếu tín hiệu là dạng liên tục thì ta cần gắn các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog). 1.1.2.1 Mô đun nguồn: (Moudule) Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều. 1.1.2.2. Mô đun CPU (Centrol rocessor Unit module): Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ: * Bộ vi xử lý (CPU): CPU là một bộ não của PLC. Nó điều khiển và kiểm soát tất cả mọi hoạt động bên trong của PLC. Nó thực hiện những lệnh đã được chương trình hoá lưu trữ bên trong bộ nhớ. Một hệ thống BUS mang thông tin đến và kết nối CPU, bộ nhớ và bộ xuất nhập cũng chịu sự điều khiển của CPU. CPU được cung cấp bởi một tần số đồng bộ do tinh thể thạch anh bên ngoài hay một bộ giao động RC. Mạch dao động này có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động từ 118 MHZ. Tuỳ thuộc vào bộ vi xử lý đã được sử dụng và phạm vi sử dụng. Một CPU bao gồm 3 thành phần riêng biệt sau: + Bộ điều khiển (CU – Control Unit) gồm khối soạn lệnh và ngăn xếp có nhiệm vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu lệnh. + Bộ lý luận và số học (AIU) để thực hiện các phép toán số học và logic như: cộng trừ, AND, OR, NOT,… + Bộ nhớ có tốc độ cao, kích thước nhỏ để lưu các kết quả tạm thời và các thông tin điều khiển. * Bộ nhớ: Bao gồm bộ nhớ chứa chương trình và bộ nhớ dữ liệu,….Đơn vị nhỏ nhất của bộ nhớ là bít có giá trị “1” (hoặc “0”). Nhiều bít hợp theo hàng và cột tạo thành một khối bộ nhớ. Nội dung bộ nhớ có thể đọc ra hoặc ghi vào. Mỗi bít được định nghĩa một địa chỉ riêng để bộ nhớ dễ quản lý. Có hai loại bộ nhớ như sau: - Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): Ram là bộ nhớ chính trong mọi máy tính. Kể cả PLC. Bộ nhớ RAM có lợi là dung lượng lớn nhưng giá rẻ. Ram là loại bộ nhớ có thể đọc ghi chương trình một cách dễ dàng. Tuy nhiên dữ liệu 9 trong Ram sẽ bị xoá sạch khi có sự cố về điện. Vì vậy muốn lưu trữ chương trình điều khiển tron bộ nhớ Ram thì người ta dùng phương pháp nuôi bộ nhớ Ram bằng 1 nguồn pin. Nếu cần lưu trữd dài thì ta dùng loại pin có chất lượng cao - Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Rom là bộ nhớ chỉ đọc. Bộ nhớ này có đặc tính trái ngược với bộ nhớ Ram là rất khó xoá, nên khi có sự cố về điện thì nội dung chương trình vẫn còn trong bộ nhớ. Nhưng hiện này người ta có thể thay đổi nội dung của nó. Tuỳ thuộc vào cách tạo nội dung, cách xoá nội dung, cách nập nội dung mới vào nó mà ta có các loại bộ nhớ Rom khác nhau như: PROM, EPROM, RPROM, EEPROM, EAROM. Điển hình ở đây ta xét 2 loại bộ nhớ ROM được dùng rộng rãi trong các PLC là EPROM và EEPROM. + EPROM (Erasable Programmable Read – Only Memory): Bộ nhớ Rom có thể xoá nội dung chương trình. Nó được xoá bằng tia cực tím, sau khi nội dung cũ đã xoá thì người ta dùng một thiết bị đặc biệt để ghi nội dung chương trình mới vào trong Rom. Loại này rất phức tạp vì phải dùng thiết bị đắt tiền. + EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read – Only Memory): Bộ nhớ loại này cũng giống như bộ nhớ EPROM nhưng phương thức xoá nội dung chương trình đơn giản hơn. Tức là nó được xoá bằng điện và việc nạp một chương trình mới cho nó cũng đơn giản. Ngoài hai loại trên trong các PLC người ta còn thường dùng FLASH EROM. Đối với những bộ điều khiển logic theo chương trình thuộc loại lớn có thể có nhiều Module CPU nhằm tăng tốc độ xử lý. 1.1.2.3 Mô đun nhập: (Input Module) Tín hiệu vào: Các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu Logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu Lôgic có thể từ các nút ấn điều khiển các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,…Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các căn nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho mọt lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến. 10 [...]... khác bằng các giao thức khác nhau như RS232, RS485, Modbus 1.1.5 Ngôn ngữ lập trình trên PLC Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau Ta có qui trình thiết kế cho hệ thống điều khiển tự động: 13 Hình 1.4 Qui trình thiết kế cho hệ thống điều khiển tự động Các ngôn ngữ sử dụng là: - Ngôn ngữ “hình thang”, kí hiệu là LAD (Ladder logic): đây... báo ngắt RETI 18 1.2.3 Lập trình cho PLC S7 200 PLC S7 200 sử dụng phần mềm lập trình Micro Win với các version hiện này là v3.2, v4.0 Chú ý là với các version từ 4.0 trở lên thì mới có thể chạy mô phỏng chương trình trên phần mềm mô phỏng PLC 1.2.3.1 Sử dụng phần mềm Step7 -200 for Win Thao tác chuẩn bị - Khởi động máy tính ở chế độ windows, bật nguồn PS của PLC, công tắc khối CPU ở chế độ STOP -... 1.2.1 Cấu trúc bộ nhớ PLC: Bộ điều khiển lập trình S7- 200 được chia thành 4 vùng nhớ Với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7- 200 có tính năng động cao, đọc và ghi trong phạm vi toàn vùng loại trừ các bít nhớ đặc biệt SM ( Special Memory) chỉ có thể truy nhập để đọc Hình 1.5: Bộ nhớ trong và ngoài của S7- 200 * Vùng chương trình: Là vùng bộ nhớ được sử dụng... phức tạp PLC S7_ 200 có các loại khối cơ bản sau: + Loại khối OB1 (Organization Block): Khối tổ chức và quản lí chương trình điều khiển Khối này luôn luôn được thực thi, và luôn được quét trong mỗi chu kì quét + Loại khối SBR (Khối chương trình con): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như 1 chương trình con hoặc một hàm 1.2 GIỚI THIỆU PLC S7- 200 CỦA HÃNG SIEMEN 1.2.1 Cấu trúc bộ nhớ PLC: ... Chọn STL-F7 để xem dạng STL - Chọn WRITDK-F8 để đổ chương trình sang PLC - Muốn in chương trình, hoặc thực hiện các thao tác lựa chọn khác thì làm theo chỉ dẫn ở dòng thư mục cuối màn hình hoặc vào phần Help 1.3 TÌM HIỂU TẬP LỆNH CỦA PLC S7- 200 1.3.1 Phương pháp lập trình PLC với phần mềm STEP7-Micro/WIN 32: Cách lập trình cho S7- 200 dựa trên hai phương pháp cơ bản: Phương pháp hình thang (ladder logic... chương trình ví dụ các mạch AND, OR, NOT… Cú pháp lệnh cơ bản trong PLC S7- 200 Hệ lệnh của S7- 200 được chia làm 3 nhóm: Nhóm lệnh không điều kiện: Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập không phụ thuộc vào giá trị logic của ngăn xếp Nhóm lệnh có điều kiện: Các lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiên của ngăn xếp có giá trị logic bằng 1 Nhóm lệnh đặt nhãn: Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập... được các phép so sánh mà S7 - 200 không có lệnh tương ứng như: so sánh không bằng nhau (), so sánh nhỏ hơn (), có thể tạo ra được nhờ dùng kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (=, >= và