Thiế kế, chế tạo hệ thống lưu kho tự động sử dụng plc s7 1200

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200.Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Đạt Mã SV: 1811505520112 Hoàng Thanh Rin Mã SV: 1811505520143Trong những năm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Người hướng dẫn : Th.s Phạm Duy Dưởng

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thành Đạt

Hoàng Thanh Rin

Mã sinh viên : 1811505520112

1811505520143

Đà Nẵng, … /20

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Đạt Mã SV: 1811505520112

Hoàng Thanh Rin Mã SV: 1811505520143Trong những năm gần đây, đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiênđại hoá trên đà phát triển mạnh mẻ về nhiều mặt, đặt biệt là nền khoa học kỹ thuật cónhiều thành tựu nhất định, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình lao động sảnxuất Tuy nhiên các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưa được áp dụng tự động hóa, vẫncòn sử dụng lao động tay chân

Được sự gợi ý từ giáo viên hướng dẫn, cũng như nhóm muốn nghiên cứu về hệthống kho tự động nhằm mục đích áp dụng vào đời sống nói chung, nền công nghiệp nóiriêng, cải thiện sử dụng sức lao động, giảm chi phí nhân công, thuận tiện cho việc giámsát và quản lý hệ thống.Vì vậy trên phương diện đó Đồ Án Tốt Nghiệp của nhóm đã ápdụng kiến thức đã được học tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Đà Nẵng, đời sống

xã hội, intenet và học tập các đàn anh, chị đi trước, đặc biệt có sự hướng dẫn và giúp đỡnhiệt tình của thầy Phạm Duy Dưởng, nhóm đã tìm hiểu và phát triển đề tài “Thiết kế,chế tạo hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200”

Do thời gian, kinh tế, kiến thức và kinh nghiệm của nhóm còn có hạn chế nên sẽkhông thể tránh khỏi những sai sót Nhóm rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến

của quý thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm cho đề tài

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Phạm Duy Dưởng

Nguyễn Thành Đạt Mã SV: 1811505520112

1 Tên đề tài:

THIẾ KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Sử dụng PLC S7-1200

- Kho trên 8 ô hàng

- Có băng tải đưa hàng vào và trả hàng ra

3 Nội dung chính của đồ án:

NỘI DUNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG

NỘI DUNG 2: TÌM HIỂU VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT PLC VÀ SCADA

NỘI DUNG 3: NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

VÀ GIÁM SÁT

NỘI DUNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

NỘI DUNG 5: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

NỘI DUNG 6: NHẬN XÉT ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA TOÀN BỘ HỆ THỐNG VÀ

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ và thời kỳ công nghệ 4.0các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật cũng có những bước đột phá mới, đời sống ngườidân ngày càng được nâng cao Cùng với xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước

ta cũng như các nước trên thế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình laođộng sản xuất Tuy nhiên các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưa được áp dụng tự độnghóa, vẫn còn sử dụng lao động tay chân

Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng và có ý nghĩa thực tiễn nên nhóm chọn

đề tài “THIẾ KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC 1200” để giải quyết vấn đề lưu kho tự động ở nước ta Đồ án tốt nghiệp này là kết quảcủa sự vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế để thiết kế lập trình cho hệ thống Cũngnhờ đây mà người thực hiện có thể hiểu rõ hơn được những gì đã học ở lý thuyết, màchưa có dịp để ứng dụng vào thực tế

S7Nhóm thực hiện đồ án xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Phạm Duy Dưởng Giảng viên Khoa Điện - Điện Tử, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho chúng em trong lựachọn đề tài cũng như trong quá trình thực hiện đề tài này Trong quá trình thực hiện đồ áncũng gặp nhiều khó khăn và thiếu sót nhưng được sự hỗ trợ và góp ý của thầy nên nhóm

-đã hoàn thành được đồ án

Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học

Đà Nẵng, em đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ quý thầy cô và bạn bè.Nhóm chúng em xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, cùng các quý thầy cô trường Đạihọc Sư phạm Kỹ thuật đã hỗ trợ tận tình về tri thức, phần mềm, trang thiết bị, cơ sở vậtchất tạo điều kiện hoàn thành đồ án Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tớiquý Thầy Cô, những người đã truyền lại cho em rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm quýbáu, những sự giúp đỡ ấy đã tiếp thêm động lực cho em vững bước trên con đường mình

đã chọn Và đặc biệt là Thầy, Cô khoa Điện - Điện tử đã truyền đạt kiến thức, kinhnghiệm cũng như tạo những điều kiện tốt nhất để nhóm chúng em hoàn thành đề tài Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

Chúng tôi – Nguyễn Thành Đạt và Hoàng Thanh Rin xin cam đoan đồ án tốt nghiệpvới đề tài: “THIẾ KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLCS7-1200” là kết quả nghiên cứu khoa học của 2 chúng tôi trong thời gian theo học tạitrường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Dưới sự hướng dẫn của ThS Phạm Duy Dưởng Cáckết quả công bố, số liệu kỹ thuật, nội dung nghiên cứu trong Đồ án tốt nghiệp là trungthực và không sao chép từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Với một số nguồn tàiliệu chúng tôi đã thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu theo đúng quy định của nhàtrường.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Đạt Hoàng Thanh Rin

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa 1

1.1.2 Vấn đề đặt ra 2

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp Nghiên cứu 3

1.5 Kế hoạch nghiên cứu 3

1.6 Nội dung đề tài 3

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL V16

.4 2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200 4

2.1.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC 4

2.1.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay 4

2.1.3 Tổng quan về họ PLC S7-1200 5

2.1.4 Các dòng CPU S7-1200 6

2.1.5 Lập trình 8

2.1.6 Cấu trúc phần cứng 9

2.1.7 Các tập lệnh cơ bản trong S7-1200 10

2.1.8 Kết nối I/O cho S7-1200 CPU1214C DC/DC/DC 17

2.2 Phần mềm lập trình TIA PORTAL V16 19

2.2.1 Giới thiệu 19

2.2.2 Cách lập trình trong TIA Portal V16 19

CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH LƯU KHO TỰ ĐỘNG 27

3.1 Thiết kế phần cứng 27

3.1.1 Sơ đồ khối 27

3.1.2 Mô tả công nghệ: 27

3.2 Chế tạo mô hình 28

3.2.1 Mô hình tổng thể 28

3.2.2 Giới thiệu từng thiết bị trong mô hình 32

4.1 Sơ đồ nối dây 47

4.2 Phân công đầu vào đầu ra 48

4.3 Giản đồ thời gian 48

4.3.1 Giản đồ chế độ nhập hàng 48

4.3.2 Giản đồ chế độ xuất hàng 49

4.4 Lưu đồ thuật toán 50

4.4.1 Lưu đồ chương trình chính 50

4.4.2 Lưu đồ chương trình con chế độ nhập hàng 51

4.4.3 Lưu đồ chương trình con chế độ xuất hàng 52

4.5 Chương trình điều khiển 53

4.5.1 Thiết lập địa chỉ IP 53

4.5.2 Viết chương trình 54

4.6 Thiết kế giao điện HMI 56

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

Bảng 2 1 Các module mở rộng của S7-1200

Bảng 2 2 Đặc điểm các dòng CPU

Bảng 2 3 Bit Logic

Bảng 2 4 Cuộn dây ngõ ra

Bảng 2 5 Set và Reset

Bảng 2 6 Các lệnh timer

Bảng 2 7 Các lệnh counter

Bảng 2 8 Các lệnh so sánh

Bảng 2 9 Các lệnh toán học

Bảng 2 10 Các lệnh di chuyển

Bảng 2 11 Ngõ ra xung

Bảng 2 12 Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C DC/DC/DC

Bảng 3 1 Liệt kê các thiết bị 28 Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật PLC S7-12001214C DC/DC/DC

Bảng 3 3 Thông số kĩ thuật cảm biến tiệm cận

Bảng 3 4 Thông số kỹ thuật SMC D-A93

Bảng 3 5 Thông số kỹ thuật rơle MY2N

Bảng 3 6 Thông số nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A

Bảng 3 7 Thông số kĩ thuật động cơ bước TB6600

Bảng 3 8 tiêu chuẩn về Bước Góc của động cơ bước:

Bảng 3 9 Thông số kỹ thuất động cơ bước

Bảng 3 10 Thông số kĩ thuật của MCB 2P 10A

Bảng 3 11 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2

Bảng 3 12 Thông số kỹ thuật xylanh khí nén 2 piston

Bảng 3 13 Thông số kỹ thuật nút dừng khẩn cấp

Bảng 3 14 Thông số kỹ thuật nút nhấn nhả có đèn

Bảng 3 15 Thông số kỹ thuật đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22

Bảng 3 16 Thông số kỹ thuật đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22

Bảng 4 1 Đầu vào của hệ thống48 Bảng 4 2 Đầu ra của hệ thống

Hinh 1 1 Các thiết bị bốc xếp hàng hóa cơ bản hiện nay

Hình 2 1 PLC S7-224 4 Hình 2 2 PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RLY

Hình 2 3 Các cổng kết nối S7-1200

Hình 2 4 CPU 1214C

Hình 2 5 Giao diện bắt đầu TIA Portal V16

Hình 2 6 Hình dáng bên ngoài S7-1200

Hình 2 7 Sơ đồ chân cáp Ethernet

Hình 2 8 Bit Logic

Hình 2 9 Cuộn dây ngõ ra

Hình 2 10 Set và Reset

Hình 2 11 Các lệnh timer

Hình 2 12 Các lệnh counter

Hình 2 13 Các lệnh so sánh

Hình 2 14 Các lệnh toán học

Hình 2 15 Các lệnh di chuyển

Hình 2 16 Lệnh xung PWM

Hình 2 17 Các lệnh Motion Control

Hình 2 18 Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

Hình 2 19 Biểu tượng TIA Portal V16

Hình 2 20 Giao diện khởi động TIA Portal V16

Hình 2 21 Tạo Project mới

Hình 2 22 Add CPU

Hình 2 23 Giao diện cấu hình PLC S7-1200

Hình 2 24 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC

Hình 2 25 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng

Hình 2 26 Giao diện lập trình

Hình 2 27 Nạp chương trình cho PLC_1

Hình 2 28 Nạp chương trình cho PLC_2

Hình 2 29 Nạp chương trình cho PLC_3

Hình 2 30 Nạp chương trình cho PLC_4

Hình 2 32 Xem chương trình chạy trên máy tính

Hình 3 1 Sơ đồ khối 27 Hình 3 2 Mô hình tổng thể_1

Hình 3 3 Mô hình tổng thể_2

Hình 3 4 Tủ điện

Hình 3 5 PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC

Hình 3 6 Sơ đồ kết nối của cảm biến NPN

Hình 3 7 Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX

Hình 3 8 Sơ đồ kết nối cảm biến từ

Hình 3 9 Cảm biến từ xy lanh SMC D-A93

Hình 3 10 Sơ đồ chân của rơle trung gian

Hình 3 11 Rơle Omron MY2N và đế

Hình 3 12 Nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A

Hình 3 13 Driver điều khiển động cơ bước TB6600

Hình 3 14 Vị trí chỉnh Switch của Driver TB6600

Hình 3 15 Mạch cách ly

Hình 3 16 Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly

Hình 3 17 Sơ đồ khối động cơ bước

Hình 3 18 Cuộn dây động cơ bước

Hình 3 19 Sơ đồ mạch điện động cơ bước

Hình 3 20 Sơ đồ cuộn dây các loại động cơ bước

Hình 3 21 Sơ đồ kết nối động cơ Step

Hình 3 22 Động cơ Step KH42JM2B210

Hình 3 23 MCB 2P 10A của hãng LS

Hình 3 24 Sơ đồ kết nối Van điện từ

Hình 3 25 Van điện từ 5/2

Hình 3 26 Xylanh khí nén 2 piston của hãng SMC

Hình 3 27 Nút nhấn dừng khẩn cấp của hãng SUNGHO

Hình 3 28 Nút nhấn nhả có đèn

Hình 3 29 Đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22

Hình 3 30 đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22

Hình 4 2 Giản đồ thời gian chế độ nhập hàng

Hình 4 3 Giản đồ thời gian chế độ xuất hàng

Hình 4 4 Lưu đồ chương trình chính

Hình 4 5 lưu đồ chương trình con chế độ nhập hàng

Hình 4 6 Lưu đồ chương trình con chế độ xuất hàng

Hình 4 7 Thiết lập địa chỉ IP_1

Hình 4 8 Thiết lập địa chỉ IP_2

Hình 4 9 Thiết lập địa chỉ IP_3

Hình 4 10 Kích hoạt xung Clock và xung PTO_1

Hình 4 11 Kích hoạt xung Clock và xung PTO_2

Hình 4 12 Kích hoạt xung Clock và xung PTO_3

Hình 4 13 Kích hoạt xung Clock và xung PTO_4

Hình 4 14 Giao diện viết chương trình cho PLC

Hình 4 15 Thiết kế giao diện HMI_1

Hình 4 16 Thiết kế giao điện HMI_2

Hình 4 17 Hoàn thành giao diện HMI

Viết tắt Từ tiếng Anh Giải thích

IP Internet Protocol giao thức Internet

MCU Multipoint control unit Thiết bị điều khiển đa điểmTCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

vậnPWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xungPTO Pulse Train Output Phát xung tốc độ cao

CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

điều hành và máy móc

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG.1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa

Nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang cónhiều chuyển biến mạnh mẽ Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nênviệc mang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức lao động, cho nênkhông tận dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lýhàng hoá kém hiệu quả dẫn đến tốn nhiều diện tích làm nhà kho chứa hàng

Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất càng phát triển, hànghóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội Từ đó đã nảy sinh cần cónhững kho hàng hiện đại để đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những hạnchế của các kho hàng cũ hiện nay

Hiện tại, trên thế giới có rất nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này cực

kỳ đa dạng và phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện Nhưng trong đó chủyếu là sử dụng sức lao động để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là các máynâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho

Hiện nay các nhà kho có các nhược điểm sau:

 Sử dụng nhiều nhân công và diện tích để chứa hàng hóa

 Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (đa dạng hàng hóa thường đểchung với nhau trong 1 kho rất khó để phân loại)

 Không bảo quản tốt hàng hóa khi có số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhaudẫn đến hư hỏng móp méo)

 Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa xuất và nhập trong kho

Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, chúng ta có thể quản lý tốthàng hóa nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống nàyđược sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trangthiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí nhưng việc vận chuyển hàng hóađược bảo quản tốt, thuận tiện cho công việc quản lý và kiểm soát hàng hoá, tiết kiệmđược nhân công…

Dưới đây Hình 1 1 là một vài hình ảnh về các thiết bị bốc xếp hàng hóa cơ bản hiện

nay:

Hinh 1 1 Các thiết bị bốc xếp hàng hóa cơ bản hiện nay

1.1.2 Vấn đề đặt ra

Từ những yếu tố trên và nhằm đáp ứng nhu cầu sắp xếp sản phẩm, hàng hóa mộtcách tự động giúp tiết kiệm thời gian và chi phí nhóm đã chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo hệthống lưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200 ”

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200 với mục đíchnghiên cứu và có thể ứng dụng vào thực tế Làm tài liệu học tập cho sinh viên thích ứngnhanh với thực tế, làm nguồn tài liệu tham khảo cho các kỹ sư đang thiết kế hệ thống lưukho tự động ở các nhà máy

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu:

 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

 Phần mềm Tia Portal V16, HMI

 Động cơ bước và Driver TP6600

 Phạm vi nghiên cứu:

Thiết kế phần cứng và lập trình trên PLC S7-1200 điều khiển giám sát “Hệ thốnglưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200 ”

1.4 Phương pháp Nghiên cứu

 Tham khảo tài liệu trên trang chủ http://www.siemens.com kết hợp với thựchành trực tiếp trên CPU 1214C của Siemens trên mô hình

 Tham khảo một số tài liệu do GVHD cung cấp; tài liệu trên các diễn đàn liênquan

 Khảo sát một số mô hình thực tế và một số đề tài trước

1.5 Kế hoạch nghiên cứu

 Thu thập và nghiên cứu tài liệu

 Tìm hiểu PLC S7-1200, TIA Portal V16, Driver TP6600

 Phác thảo mô hình, viết chương trình

 Xây dựng mô hình, kiểm tra và sửa lỗi

 Kiểm tra, hoàn thiện phần cứng và chương trình

 Hoàn thành đồ án: đánh máy, in ấn, đóng bìa và nộp đề tài

1.6 Nội dung đề tài

Đề tài gồm 4 chương:

 Chương 1: Tổng quan về hệ thống lưu kho tự động

 Giới thiệu tổng quát về đề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống lưu kho tự động sửdụng PLC S7-1200 ”

 Chương 2: Tổng quan về hệ PLC S7-1200 và Tia Portal V16

 Giới thiệu về PLC S7-1200: các dòng CPU, cấu trúc phần cứng, I/O, các tậplệnh, phần mềm Tia Portal V16

 Chương 3: Thiết kế và chế tạo mô hình lưu kho tự động

 Thiết kế phần cứng và chế tạo mô hình

 Chương 4: Lập trình và điều khiển

 Sơ đồ nối dây, bảng phân công đầu vào đầu ra, lưu đồ thuật toán, chương trìnhđiều khiển và thiết kế giao diện HMI

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA

PORTAL V16 2.1.Giới thiệu về PLC S7-1200

liên quan phục vụ cho quá trình tự động hoá như các module, cảm biến…(Hình 2 1 Mô

S7-1200 cung cấp một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài rabạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

( Xem Hình 2 3 để biết các cổng kết nối của PLC S7-1200)

16 ngõ ra Rơle

2.1.4. Các dòng CPU S7-1200

S7 – 1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C Mỗi loại CPU có

những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng khác nhau (Hình 2 4 mô

tả PLC S7-1200 1214C)

Hình 2 4 CPU 1214C

Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là AC/DC/RLY, DC/DC/DC hayDC/DC/RLY.Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copychương trình ứng dụng hay cập nhật firmware.Chuẩn đoán lỗi online/offline Đồng hồthời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực

Bảng 2 2 Đặc điểm các dòng CPU

1211C

CPU1212C CPU1214CKích thước 90x100x75 90x100x75 110x100x75word memory 25 Kbytes 50 Kbytes 75 KbytesLoad memory 1 Mbytes 1 Mbytes 2 MbytesRetentive memory 2 Kbytes 2 Kbytes 2 Kbytes

Vùng nhớ Bit (M) 4096 bytes 4096 bytes 8192 bytes

Mở rộng Board tín hiệu 1 max

Module truyền thông 3 (Lắp bên trái CPU)

Single phase 3bộ

100kHz

3 bộ100kHz và

3 bộ 100kHz và

3 bộ 30kHz

1 bộ 30kHz

Quadrature phase 3 bộ 80kHz

3 bộ 80kHz

và 1 bộ20kHz

8 cạnh lên

và 8 cạnhxuống

12 cạnh lên và

12 cạnh xuốngThẻ nhớ (Memory Card) Simatic Memory card (Optional)

Thời gian lưu trữ đồng hồ thời gian

thực

Được 10 ngày, nếu môi trường 40o C thì

được tối thiểu 6 ngàySai số đồng hồ thời gian thực ± 60s/tháng

Profinet Tích hợp 1 cổng truyền thông Ethernet trên

CPUTốc độ thực hiện câu lệnh toán học 18µs/câu lệnh

Tốc độ thực hiện câu lệnh logic 0,1µs/câu lệnh

Tốc độ thực hiện lệnh chuyển dữ liệu

Truyền thông/kết nối 1 cổng RJ45 tốc độ 10/100Mb/s

Mở rộng module truyền thông 3 max

2.1.5. Lập trình

Bộ điều khiển S7–1200 được lập trình bằng Step 7 Basic có trong TIA Portal V10.5

hoặc cao hơn, không thể lập trình bằng các phần mềm Step 7 phiên bản cũ hơn (Hình 2.

5 mô tả giao diện TIA Portal V16 ).

Hình 2 5 Giao diện bắt đầu TIA Portal V16

Các loại khối lập trình của S7-1200:

 Chu kỳ chương trình OB1

 Các bộ khởi động OB100

 Các bộ ngắt thời gian OB200

 Các bộ chương trình ngắt OB200

 Các bộ ngắt phần cứng OB200

 Ngắt lỗi thời gian OB80

 Ngắt phát hiện lỗi OB82

2.1.6. Cấu trúc phần cứng

2.1.6.1 Hình dáng bên ngoài

Hình 2 6 Hình dáng bên ngoài S7-1200

Các đèn trạng thái:

 Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình

đã được nạp vào bộ nhớ chương trình

 Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đangthực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off)

 Đèn SF-màu đỏ: Đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi phần cứng hoặc

hệ điều hành Ở đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, khi lỗichương trình người dùng thì CPU không thể nhận biết được vì trước khi download xuốngCPU, phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ kiểm tra trước khi dịch sang mã máy

 Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số

 Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra số

2.1.6.2 Giao tiếp PLC S7 – 1200 với máy tính

 Để lập trình ta kết nối trực tiếp 1 PC với 1 PLC qua 1 dây cáp Ethernet

 Một PLC có thể kết nối trực tiếp với 1 thiết bị

 Để kết nối nhiều hơn 1 thiết bị với S7-1200 cần có cáp hay thiết bị chuyển đổi

 Sơ đồ chân cổng Ethernet của PLC (xem Hình 2 7):

Hình 2 7 Sơ đồ chân cáp Ethernet

2.1.7. Các tập lệnh cơ bản trong S7-1200

2.1.7.1 Tập lệnh tiếp điểm (Bit logic)

Tiếp điểm thường hở (NO), thường đóng (NC) (xem Hình 2 8 ):

Hình 2 8 Bit Logic

 Tiếp điểm NO: Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n bằng

1 Toán hạng n: I, Q, M, L, D

 Tiếp điểm NC: Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ nbằng 0 Toán hạng n: I, Q, M, L, D

Bảng 2 3 Bit Logic

Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả

IN Bool Bit được gán giá trị

2.1.7.2 Cuộn dây ngõ ra (OUT)

Bảng 2 5 Set và Reset

Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả

IN Bool Vị trí bit được giám sátOUT Bool Vị trí bit được đặt hoặc đặt lại

2.1.7.4 Các bộ định thời (Timer )

Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu Dint: 14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay là -2.147.483.648 msđến 2.147.483.647 ms

T#-Các loại Timer của S7-1200 (xem Hình 2 11 ):

 TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước

 TON: ngõ ra của bộ định thời ON – delay Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãnthời gian đặt trước

 TOF: ngõ ra Q của bộ định thì OFF – delay được đặt lại về OFF sau một sự

 trì hoãn thời gian đặt trước

 TONR: ngõ ra bộ định thì có khả năng nhớ ON – delay được đặt lên ON sau mộttrì hoãn thời gian đặt trước Thời gian trôi qua được tích lũy qua nhiều giai đoạn định thìcho đến khi ngõ vào R được sử dụng để đặt lại thời gian trôi qua

 RT: đặt lại một bộ định thì bằng cách xóa dữ liệu thời gian được lưu trữ trongkhối dữ liệu tức thời của bộ định thì xác định

 Các bộ định thời TP, TON và TOF có các thông số ngõ vào và ngõ ra giốngnhau

 Bộ định thời TONR có thông số ngõ vào đặt lại được thêm vào R

 Lệnh RT đặt lại dữ liệu định thời cho bộ định thời được chỉ định

Bảng 2 6 Các lệnh timer

Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả

IN Bool Ngõ vào bộ định thời cho phép

R Bool Đặt lại thời gian trôi qua của

định thời với lệnh RT

Hình 2 11 Các lệnh timer 2.1.7.5 Các bộ đếm (Counter )

Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả

CU, CD Bool Đếm lên hay đếm xuống, bởi một lần đếm

R (CTU, CTUD ) Bool Đặt lại giá trị đếm về không

USInt, Uint,

2.1.7.6 Lệnh so sánh

Hình 2 13 Các lệnh so sánh Các lệnh so sánh (xem Hình 2 13 ).

Ta sử dụng các lệnh so sánh để so sánh hai giá trị của cùng một kiểu dữ liệu, nếulệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE tiếp điểm này được kích hoạt

Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String,Char,Time, DTL, Constant

Bảng 2 8 Các lệnh so sánh

Kiểu quan hệ Sự so sánh và đúng nếu

<> IN1 không bằng IN2

>= IN1 lớn hơn hay bằng IN2

<= IN1 nhỏ hơn hay bằng IN2

> IN1 lơn hơn IN2

< IN1 nhỏ hơn IN2

2.1.7.7 Lệnh toán học

Ta sử dụng một lệnh hộp phép toán để lập trình các vận hành phép toán cơ bản (xem

Hình 2 14) :

 ADD: phép cộng (IN1 + IN2 = OUT)

 SUB: phép trừ (IN1 – IN2 = OUT)

 MUL: phép nhân (IN1 * IN2 = OUT)

 DIV: phép chia (IN1 / IN2 = OUT)

Hình 2 14 Các lệnh toán học Bảng 2 9 Các lệnh toán học

IN1, IN2 Sint, Int, Dint, USInt, Uint,

UDInt, Real, Lreal, Constan Ngõ vào phép toán

OUT Sint, Int, Dint, USInt, Uint,

UDInt, Real, Lreal Ngõ ra phép toán

 MOVE: sao chép một phần tử dữ liệu được lưu trữ tại một địa chỉ xác định đếnmột địa chỉ mới.

 MOVE_BLK: di chuyển có thể ngắt mà sao chép một khối các phần tử dữ liệuđến một địa chỉ mới

 UMOVE_BLK: di chuyển không ngắt được mà sao chép một khối các phần tử

dữ liệu đến một địa chỉ mới

Bảng 2 10 Các lệnh di chuyển

MOVE

IN Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte, Word, Dword,Char, Array, Struct, DTL, Time

Địa chỉ nguồn

MOVE_BLK, UMOVE_BLK

IN Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte, Word, Dword Địa chỉ bắt đầu nguồnCOUNT Uint Số lượng phần tử dữ liệu để

sao chépOUT Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte, Word, Dword Địa chỉ bắt đầu đích

2.1.7.9 Lệnh Xung.

Hình 2 16 Lệnh xung PWM

Hai máy phát xung có sẵn cho việc điều khiển các hàm ngõ ra xung tốc độ cao:PWM và PTO được sử dụng bằng các lệnh điều khiển chuyển động Ta có thể chỉ định

mỗi máy phát xung đếm cả PWM hay PTO, nhưng không thể đếm cả hai cùng một lúc.Hai máy phát xung được sắp xếp để xác định các ngõ ra kiểu số.

 MC_Power cho phép và vô hiệu một trục điều khiển chuyển động

 MC_MoveVelocity làm cho trục di chuyển với tốc độ xác định

2.1.8. Kết nối I/O cho S7-1200 CPU1214C DC/DC/DC

Kết nối tín hiệu ra cho PLC: S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC có mạch điện đầu ratương đối hoàn thiện, có thể kết nối trực tiếp tới các tải công suất nhỏ Để mạch điện đầu

ra hoạt động được, ta cần phải cấp nguồn cho nó Nguồn này là một nguồn 24VDC bất kìbên ngoài phải bảo đảm giá trị dòng điện định mức (tùy vào lượng tải) và dãy điện áptrong khoảng 20.4VDC tới 28.8VDC Cực nguồn dương (24VDC ) nối tới chân 3L+ vàGND(24VDC ) nối tới 3M Theo tài liệu của hãng thì ở trạng thái tác động của một ngõ

ra, tại dòng điện định mức 0.5 A thì đầu ra sẽ có mức điện áp cao 20VDC, nó cho phép

kết nối trực tiếp với các cảm biến (Xem chi tiết Bảng 2 12 )(xem Hình 2.18 ).

Hình 2 18 Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bảng 2 12 Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C DC/DC/DC

3 FUNCTIONAL EARTH AI1 DQ a.0

4 L+/24VDC SENSOR OUT DQ a.1

5 M/24VDC SENSOR OUT DQ a.2

sử dụng thiết kế toàn bộ chương trình tự động hóa một cách tối ưu chỉ trong một giaodiện phần mềm duy nhất.

Không chỉ lập trình cho S7-1200, có thể sử dụng TIA Portal V16 để lập trình choPLC S7-300/400 bình thường

2.2.2 Cách lập trình trong TIA Portal V16

Khởi động chương trình TIA Portal từ máy tính như sau:

 Double click vào biểu tượng Tia Portal V16 từ màn hình Desktop của máy tính

(Như Hình 2 19 )

Hình 2 19 Biểu tượng TIA Portal V16

 Sau khi khởi động chương trình TIA Portal( như Hình 2 20 ):

Hình 2 20 Giao diện khởi động TIA Portal V16

 Nhấp chọn “Create new Project ” để tạo một dự án mới, đặt tên dự án ở khung

“project name”, chọn nguồn lưu và sau đó nhấp “Create ” (Xem Hình 2 21 ):

Hình 2 21 Tạo Project mới

 Sau khi tạo project sẽ xuất hiện giao diện với các lựa chọn về thiết bị lập trình:

 Devices & Networks: Chọn thiết bị lập trình, xem và thay đổi thiết bị lậptrình (bao gồm: PLC, HMI, PC system ).

 PLC Programming: Lập trình cho PLC, xem và cập nhật chương trình mới

 Visualization: Cấu hình cho giao diện HMI

 Online & Diagnostics: kết nối trực tuyến PLC và chuẩn đoán lỗi

 Nhấp chọn Devices & Networks nhấp “Add new device” để chọn thiết bị để lập

trình như sau (xem Hình 2 22 ):

Hình 2 22 Add CPU

Hình 2 23 Giao diện cấu hình PLC S7-1200

 Sau khi click vào CPU cần kết nối sẽ xuất hiện giao diện với nhiều cửa sổ nhỏ để

thiết lập kết nối và chọn các cấu hình phù hợp với chương trình chuẩn bị tạo (xem Hình 2.23 ):

 Để thiết lập cho kết nối Profinet ta làm như sau: Ở khung General (cấu hình cho

CPU ) ta chọn vào PROFINET Interface (Như Hình 2 24 )

Hình 2 24 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC

 Địa chỉ mặc định là:

 IP address: 192.168.0.1

 Subnet mask: 255.255.255.0

 Trong phần “Ethernet addresses”  IP protocol  Set IP address in project

 Thông tin chi tiết về địa chỉ I/O của PLC được xem trong phần “Overview of

Addresses” (Như Hình 2 25)

Hình 2 25 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng

 Để viết chương trình cho PLC ta làm như sau:

 Trên “Project tree”  PLC_1 [CPU 1214C DC/DC/DC]  Program blocks

Main [OB1] (Xem Hình 2 26 )

 Trên thanh công cụ bên mép phải có hỗ trợ thêm một số lệnh cơ bản hoặc ta

có thể chọn các lệnh tắt trên Favorites  Empty box  rồi dùng kéo nhả chuột để chọnnhóm lệnh cần sử dụng hoặc có thể chọn ở phần Intructions

Hình 2 26 Giao diện lập trình

 Để nạp chương trình cho PLC ta làm như sau:

 Click vào biểu tượng dowload trên màn hình (Như Hình 2 27 )

Hình 2 27 Nạp chương trình cho PLC_1

 Chọn Realtek PCIe GBE Family Controller, sau đó chọn Start search (Như

Hình 2 28 )

Hình 2 28 Nạp chương trình cho PLC_2

 Search xong thì máy tính sẽ tìm được PLC như hình bên dưới, ta chọn Load

để máy tính nạp chương trình xuống cho PLC (Như Hình 2 29 )

Hình 2 29 Nạp chương trình cho PLC_3