thiết kế dây chuyền đóng hộp tự độngsử dụng bộ điều khiển khả trình PLC

Hệ thống điềukhiển tự động phát triển mạnh vào nữa cuối thế kỷ 20 và có xu thế phát triển hơnnữa với những kỹ thuật mới tiên tiến hơn.Đáng kể nhất là sự ra đời của bộ điều khiển logic kh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN ĐÓNG HỘP 5

1.1 Tổng quan 5

1.2 Một số dây chuyền đóng hộp tự động 7

1.2.1 Dây chuyền đóng nắp chai C2 7

1.2.2 Dây chuyền đóng gói cà phê 8

1.2.3 Dây chuyền đóng thùng sơn 9

CHƯƠNG II: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG, ỨNG DỤNG PLC VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN S7-300 10

2.1 Nguyên tắc hoạt động và ứng dụng PLC trong điều khiển quá trình 10

2.1.1 Giới thiệu về PLC 10

2.1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC 11

2.1.3 Ứng dụng của PLC 14

2.2 Bộ điều khiển S7-300 cách kết nối ngoại vi, lập trình ứng dụng cụ thể 16

2.2.1 PLC S7-300 16

2.2.2 Cách kết nối với thiết bị ngoại vi 24

2.2.3 Cách lập trình ứng dụng cụ thể 25

CHƯƠNG III: CÁC PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG SIMATIC, WINCC 29 3.1 Phần mềm Simatic 29

3.1.1 Khai báo phần cứng và cách lập trình trong Simatic Manager 29

3.1.2 Kết nối và tải chương trình từ Simatic xuống PLC 35

3.1.3 Sử dụng phần mềm Simulation 36

3.2 Phần mềm WinCC 6.0 38

3.2.1 Khởi động 38

3.2.2 Tạo một project 39

3.2.3 Cài đặt Drive kết nối với PLC 40

3.2.4 Tạo Tag và nhóm Tag 42

3.2.5 Hiệu chỉnh ảnh quá trình 45

3.2.6 Tạo thuộc tính cho hình ảnh 49

3.2.7 Một số chức năng cơ bản của Wincc 50

3.2.8 Thiết lập thuộc tính chạy thực 52

3.2.9 Kích hoạt Project 52

CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH BÀI TOÁN DÂY TRUYỀN ĐÓNG HỘP TỰ ĐỘNG 54

4.1 Mô tả hoạt động của dây truyền 54

4.1.1 Giới thiệu thiết bị của dây truyền 54

4.1.2 Nguyên tắc điều khiển 55

4.1.3 Mô tả hoạt động của cơ cấu gắp lon bia 55

4.2 Lựa chọn thiết bi 56

4.2.1 Chọn cảm biến 56

4.2.2 Chọn băng tải 58

4.2.3 Chọn công tắc tơ 59

4.2.4 Lựa chọn relay 60

4.3 Sơ đồ kết nối và xây dựng giản đồ Grafcet cho dây truyền 62

4.3.1 Sơ đồ kết nối các thiết bị với PLC 62

CHƯƠNG V: KIỂM TRA TÍNH KHẢ THI CỦA HỆ THỐNG 68

5.1 Kiểm tra tính khả thi của hệ thống bằng PLC SIM 68

5.2 Giám sát bằng WinCC 71

5.2.1 Các Tag và nhóm Tag tạo trong chương trình 72

5.2.2 Các giao diện của chương trình 72

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 82

Lời Nói Đầu

Trong đời sống hàng ngày và trong sản xuất chúng ta có thể thấy xungquanh mình có rất nhiều ứng dụng điều khiển tự động, từ những cơ cấu đơn giảnnhư quạt bàn tự quay tới những dây chuyền tự động phức tạp Hệ thống điềukhiển tự động phát triển mạnh vào nữa cuối thế kỷ 20 và có xu thế phát triển hơnnữa với những kỹ thuật mới tiên tiến hơn.

Đáng kể nhất là sự ra đời của bộ điều khiển logic khả trình PLC năm 1968

do các kỹ sư hãng GENERAL MOTOR chế tạo, có thể lập trình để thực hiện

một qui trình điều khiển theo trình tự được định trước Với thiết bị mới nàyngười vận hành có thể thay đổi qui trình điều khiển dễ dàng mà không cần phảithay đổi cách liên kết với các thiết bị động lực đang kết nối Chính nhờ những

ưu điểm nổi trội so với các thiết bị điều khiển khác mà PLC đã được ứng dụngrộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động, cho phép nâng cao năng suất sảnxuất, chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức

an toàn tiện nghi và thỏa mái trong lao động

Đối với một kỹ sư cơ - điện tử thì PLC trở thành một đối tượng cần phải đisâu nghiên cứu, do vậy ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM đã giao cho tôi

nhiệm vụ hoàn thành đồ án tốt nghiệp “thiết kế dây chuyền đóng hộp tự động

sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC” Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ

tận tình của các thầy bộ môn,đặc biệt thầy Trần Thanh Hải cùng với những kiếnthức có được trong những năm học tại trường đã giúp tôi hoàn thành đề tài tốtnghiệp này

Tuy nhiên do trình độ hiểu biết của bản thân còn hạn chế vì vậy đề tàikhông tránh khỏi những sai xót Rất mong sự góp ý chỉ bảo của các Thầy Cô vàcác bạn để giúp cho đề tài hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN ĐÓNG HỘP

1.1 Tổng quan:

- Trong xã hội hiện nay, mọi sản phẩm được sản xuất ra đều phải đượcđóng hộp dưới nhiều dạng khác nhau nhằm tăng mục đích bảo quản sản phẩmlâu dài, giữ vệ sinh và dễ dàng trong khâu vận chuyển, đồng thời tăng tính thẩm

Hình 1.2 Các thông số in trên nhãn hộp sản phẩm

- Sự phát triển mạnh mẽ của thiết bị tự động hóa tiêu biểu là sự xuất hiện củacác thiết bị vi xử lý, PLC, biến tần, Servo,…song song với các lĩnh vực tiên tiếnnhư điện-điện tử, máy tính, điều khiển tự động làm cho các dây chuyền đónghộp tự động ra đời ngày càng nhiều Các dây chuyền đóng hộp tự động được sửdụng ngày càng rộng rãi dần thay thế các hình thức đóng hộp thủ công, bán tự

động nhằm giảm bớt thời gian, nhân công, chi phí đồng thời tăng chất lượng chokhâu đóng hộp sản phẩm.

+ Đóng hộp với bao bì trực tiếp: tiếp xúc với các sản phẩm, tạo với các sảnphẩm thành một đơn vị sản phẩm hàng hóa hoàn chỉnh và thống nhất Trongnhóm này sử dụng các loại bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì giấy nhiềulớp…

1.2 Một số dây chuyền đóng hộp tự động

1.2.1 Dây chuyền đóng nắp chai C2

 Nguyên lý hoạt động: Chai được người sử dụng đưa vào đầu dây chuyền bằng

tay và cấp liên tục trong quá trình dây chuyền hoạt động Băng tải luôn quay, khi

chai vào thì băng tải sẽ dẫn chai đi Cảm biến số 1 nhận, động cơ giữ chai đểchai không chuyển động

Trong lúc chai được giữ, xilanh chuyển động đi xuống đưa vòi phun vàomiệng chai Sau đó bơm hoạt động bơm nước vào chai trong 1 khoảng thời giandelay nhất định Cụm chi tiết giữ mở ra, chai tiếp tục chạy trên băng tải, đồngthời chai sau được giữ không chuyển động Chạy trên băng tải đến cụm chi tiếtcấp nắp, chai kéo nắp đã chờ sẵn vào đầu chai Rồi chai được chuyển động qua

bộ định hướng điều chỉnh nắp chai nếu nắp chai bị kênh Chai tiếp tục chạy, cảmbiến 2 nhận biết chai đã chạy đến, mạch điều khiển cho cụm chi tiết xoáy nắp đixuống và xoáy nắp chai vào Sau đó chai chạy tiếp hết băng tải ra ngoài

Hình 1.4 Dây truyền đóng nắp chai C2

1.2.2 Dây chuyền đóng gói cà phê

 Nguyên lý hoạt động:

Bao cuộn được đưa vào trục đỡ có gắn bạc chặn hai đầu 1, đầu bao được kéo

đến bộ phận tạo hình ban đầu 4 rồi đến bộ phận tạo hình chính 5 Tại đây baođược uốn theo hình dáng yêu cầu rồi đưa qua cặp con lăn ép 6 tạo nếp để đếnphễu cấp liệu 7 Sau đó bao được kéo cuốn qua cảm biến quang 8 để xác địnhchiều dài bao, tiếp tục đến cặp con lăn hàn 9 ( hàn dọc chiều dài bao), rồi đến cặpcon lăn cuốn bao 10 (là nguồn động lực kéo bao) Cuối cùng bao đi đến bộ phậnhàn đáy bao 11 (đồng thời hàn đầu bao của bao trước đó) và cắt Kết hợp vớichuyển động cuốn bao và cắt bao là chuyển động theo nhịp của cửa cấp liệu vàchuyển động quay để trộn và cấp liệu của mâm gạt bột 13 đặt bên dưới thùngchứa liệu 12.

Hình 1.5 Dây truyền đóng gói cà phê

1.2.3 Dây chuyền đóng thùng các hộp sơn

 Mục đích: đóng gói các hộp sơn sau khi đã được pha trộn.

- Qui trình công nghệ:

- Băng chuyền thứ nhất được điều khiển với motor1 (q0.0) chuyển các hộpsơn sau khi đã được pha trộn.

- Khi hộp sơn đi đến gặp sensor1 phát hiện thì băng tải dừng lại và robot(Q0.3) hoạt động đưa hộp sơn vào thùng Băng chuyền Q0.0 tiếp tục hoạt động

- Khi đủ bốn hộp sơn trong thùng thì băng tải Q0.1 hoạt động cho đến khisensor2 (I0.3) tác động thi dừng lại

- Và hệ thống lại tiếp tục hoạt động để bỏ vào thùng tiếp theo

Sensor2 (I 0.3)

Robot (Q 0.2)

Motor2 (Q 0.1)

Motor1 (Q 0.0) Sensor1 (I 0.2)

Hình 1.6 Dây truyền đóng thùng sơn.

CHƯƠNG II: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG, ỨNG DỤNG PLC VÀ BỘ

ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300.

2.1 Nguyên tắc hoạt động và ứng dụng PLC trong điều khiển quá trình

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta lựa chọn nhằm mục đích đểđiều khiển một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễthi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống điềukhiển có thể lập trình được PLC ra đời đã giải quyết được vấn đề trên.

PLC: (programmable Logic Control): là bộ điều khiển khả trình cho phépthực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình,thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng số

Tương đương với một mạch số:

Hình 2.1 Chương trình PLC tương đương với một mạch số

Như vậy với chương trình điều khiển trong mình PLC trở thành bộ điềukhiển số nhỏ gọn và dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin vớimôi trường xung quanh (với PLC khác hoặc máy tính).Toàn bộ chương trìnhđiều khiển được lưu trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối

OB, FC hoặc FB) và thực hiện theo chu kỳ của vòng quét

Do đó PLC cho phép người điều hành không mất nhiều thời gian nối dâyphức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập chương trình mớithay cho chương trình cũ

2.2.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC:

 Cấu trúc PLC:

Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải

có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ

điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra đểgiao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xungquanh Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải cóthêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thì(Timer) … và những khối hàm chuyên dụng.

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển lập trình

Hình 2.3 Cấu trúc một PLC.

Khối xử lý trung tâm (CPU) gồm ba phần : Bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệthống nguồn cung cấp

Hình 2.4 Sơ đồ khối tổng quát của CPU.

 Hoạt động của PLC:

Hình 2.5.Một Chu kỳ hoạt động PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi làvòng quét Mỗi vòng quét bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các ngõ vào(contact, sensor, relay ) vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiệnchương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầutiên và kết thúc tại lệnh MEND Sau giai đọan thực hiện chương trình là giaiđoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giaiđoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các ngõ ra

Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, lệnh này không trực tiếp làmviệc với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng tham số.Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với thiết bị ngoại vi trong giai đọan 1 và 4 là

do CPU quản lý Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọicông việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếpvới cổng vào/ra

Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với một thời gian rất ngắn, mộtvòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện từ 1ms tới 100ms Việc thựchiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và

cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…) Vi

xử lý có thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động vớikhoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý coi như không có tín hiệunày Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành là các hệthống cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể đáp ứng được các chức năng củadây chuyền sản xuất Để khắc phục thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trìnhsản xuất các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệthống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truycập và xử lý lượng thông tin lớn

- Ngõ vào: Ngõ vào thực là ngõ vào có các mạch điện chuyển đổi làm cho tín

hiệu từ bên ngoài sau khi qua bộ chuyển đổi này sẽ có mức logic 0, hoặc 1 mà vi

+Transistor có hạn chế về dòng điện ra và thường mắc theo dạng cực thuhở.

Hình 2.6.a Ngỏ ra dùng Relay Hình 2.6.b Ngõ ra dùng Transistor

Hình 2.6 Các dạng ngõ ra của PLC

2.1.3:Ứng dụng của PLC:

 Các ưu điểm khi dử dụng hệ thống điều khiển với PLC:

- PLC dễ dàng thay thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêucầu mới mà vẫn có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây…

- PLC có thể điều khiển nhiều chức năng khác nhau từ những thao tác đơngiản, lặp lại, liên tục đến những thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp

- PLC dễ dàng hiệu chỉnh chính xác công việc điều khiển và xử lý nhanhchóng các lệnh, từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm (Counter), địnhthời (time), chương trình con (SBS) v.v…

- Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụtrợ như màn hình hiển thị

- Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp

- Ngôn ngữ lập trình cho PLC đơn giản, dễ hiểu

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất

cả trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ

thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứngdụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuậttoán trong quá trình sản xuất

 Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:

- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ốngdẫn, cân đong trong ngành hóa …

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân đong, quátrình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, cán, gianhiệt …

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong,các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quátrình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây …), cân đong, đóng gói, hòa trộn …

- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểmtra chất lượng sản phẩm

- Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu, các trạm cần hoạt động tuần tự khaithác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ)

2.2 Bộ điều khiển S7-300, cách kết nối ngoại vi, lập trình ứng dụng cụ thể: 2.2.1 PLC S7-300:

- Là dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn vớinhững ứng dụng I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng, cókhả năng mở rộng cho sau này

- Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người lập trình có quyền lựa chọn.Đặc điểm nổi bật của S7-300 là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đadạng cho những yêu cầu chuyên biệt như: hàm Scale

- Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa làđối với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt như:modul PID, modul đọc xung tốc độ cao…

 Cấu hình phần cứng PLC S7-300:

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đốitượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệuvào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa vềcấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số các module được sử dụngnhiều hay ít tùy thuộc vào từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có mộtmodule chính là module CPU Các module còn lại là những module nhận/truyềntín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như PID, điều khiểnđộng cơ Chúng được gọi chung là module mở rộng

Hình 2.7 Cấu trúc phần cứng PLC S7-300.

Các module được gắn trên thanh rây như hình dưới, tối đa 8 moduleSM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua busconnector gắn ở mặt sau của module Mỗi module được gán một số slot tính từ

trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số4.

Hình 2.8 Vị trí các modul gắn trên RACK

Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU 312-IFM vàCPU 313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IM360,slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack này cómodule kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP.Các module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho cácmodule ngõ vào ra tín hiệu Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP có thể gán địa chỉtùy ý cho các module

 Các Modul của PLC S7-300:

 Modul CPU:

- Là loại modul chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ các bộ thời gian bộ đếm,cổng truyền thông … và còn có một số cổng vào ra số Các cổng vào ra sốtrên CPU gọi là cổng vào ra onboard

- Trong họ PLC S7-300 có các loại CPU khác nhau đặt tên theo bộ vi xử lý

có trong nó như: CPU 312, 314, 315…

- Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau vềcổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn

onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm từIFM (Intergrated Function Module) Chẳng hạn module CPU 312-IFM,module CPU 314 Ngoài ra còn có loại module với hai cổng truyền thôngnhư module CPU 315-DP.

Bảng 2.1 các mode điều khiển Modul CPU S7-300

RUN-P CPU thực hiện quét chương trình.

Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng cóthể nạp vào CPU

RUN CPU thực hiện quét chương trình

Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình nhưng khôngthể thay đổi chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của CPU

STOP CPU không thực hiện quét chương trình

Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng cóthể nạp vào CPU

Hình 2.9 Cấu tạo bên ngoài của modul CPU S7-300

 Modul mở rộng:

*Modul IM( Interface Modul): Modul ghép nối

Đây là loại modul có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng với nhaulại thành từng khối và được quản lý chung bởi modul CPU Thông thường cácmodul mở rộng gá liền với nhau bằng một thanh đỡ gọi là Rack

Trên mỗi Rack có thể gá được tối đa 8 module mở rộng (không kể module

CPU và module nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếpđược với nhiều nhất 4 Rack và các Rack này phải được nối với nhau bằngmodule IM

IM360: truyền, IM 361:nhận

Hình 2.10 Modul ghép nối IM 360 và 361

*Modul SM( Signal Modul): Modul tín hiệu

 Input Digital Modules: Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ thiết

bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý

 Digital Output Modules: Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùngđệm xử lý ra thiết bị ngoại vi

 Digital input/output modules: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại

module nói trên

 Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tương tự

từ các thiết bị ngoại vi thành các tín hiệu số để tiến hành xử lý bên trong S7300

 Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu sốcủa S7 300 thành các tín hiệu tương tự để phục vụ các quá trình hoạt độngcủa thiết bị ngoại vi

 Input/Outputs Analog module: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loạimodule nói trên

Các CPU của S7-300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệuanalog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số Một tín hiệu analog được sốhoá thành hai phần: phần dấu và phần giá trị của tín hiệu

*Modul PS( Power Supply): Modul nguồn nuôi Có 3 loai 2A, 5A và 10A.

*Modul FM( Function Modul): Modul chức năng

Modul có nhiều chức năng điều khiển riêng,ví dụ như modul điều khiểnđộng cơ Servo, modul điều khiển động cơ bước, modul Pid…

 FM 350-1 : đếm xung một kênh

 FM 350-2 : đếm xung tám kênh

 FM 351, 353, 354, 357-2 : điều khiển định vị

 FM 355: bộ điều khiển hệ kín.

*Modul CP( Communication Modul): Modul truyền thông

Modul phục vụ truyền thông trong mạng( MPI, PROFIBUS,INDUSTRIAL ETHERNET) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC vớimáy tính

 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ:

* Kiểu dữ liệu:

Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:

 BOOL: với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1.

 BYTE: gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255.

 WORD: gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535.

 INT: có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768

đến 32767

 DINT: gồm 4byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến

2147483647

 REAL: gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động.

 S5T: khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mili giây.

 TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.

 DATE : biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.

 CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự).

* Phân chia bộ nhớ: CPU S7-300 có 3 vùng nhớ cơ bản

 Vùng nhớ hệ thống (System Memory): (RAM trong CPU) lưu trữ dữ liệu

hoạt động cho chương trình của ta:

I (Process Input Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số Trước khi

bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổngđầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I Thông thường chương trìnhứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy

dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I

Q (Process Output Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số Kết thúc

giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q

tới các cổng ra số Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trịtới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.

M: Miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để

lưu trữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte(MB), từ (MW), từ kép (MD)

gồm việc lưu trữ các giá trị thời gian đặt trước (PV-Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV-Current Value) cũng như giá trị logic đầu ra

của bộ thời gian

 C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá

trị đặt trước (PV-Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và

giá trị logic của bộ đếm

 PI (I/O External Input): Miền địa chỉ cổng vào của các module

tương tự Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ đượcmodule đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ

 PQ (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module

tương tự Các giá trị tương tự tại cổng ra của module tương tự sẽ đượcmodule đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ

 Vùng nhớ nạp (load memory):

(RAM trong CPU, cộng thêm EEPROM có sẵn trong CPU hoặc thẻEEPROM gắn thêm) là vùng nhớ chứa chương trình của ta bao gồm tất cả cáckhối chương trình ứng dụng OB, FB, FC, các khối chương trình trong thư viện

hệ thống được sử dụng (SFB, SFC) và các khối dữ liệu DB Toàn bộ các khốichương trình và các khối dữ liệu nằm trong RAM sẽ bị xóa khi tác động xóa bộnhớ “CPU Memory Reset” (MRES)

 Vùng nhớ làm việc (word memory):

(RAM trong CPU) chứa các bản sao của các phần tử chương trình đangđược CPU thực thi Như các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB,

FB, FC, SFB, SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát chonhững tham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ

điều hành và với các khối chương trình khác (local block) Tại một thời điểm

nhất định vùng work memory chỉ chứa một khối chương trình duy nhất

2.2.2 Cách kết nối với thiết bị ngoại vi:

-Sơ đồ kết nối của PLC với các thiết bị vào ra:

Hình 2.11 Sơ đồ kết nối của PLC với thiết bị vào ra.

Hình 2.12 Sơ đồ Kết nối với công tấc hành trình,nút ấn,bóng điện.

2.2.3 Cách lập trình ứng dụng cụ thể:

 Lập trình bằng bộ phần mềm Step7 v5.4

Hình 2.13 Giao diện phần mềm Simatic Manager.

 Các phương pháp lập trình:

-Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình ứng dụng chỉ nằm trong khối OB1.

Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ,không phức tạp Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà CPU luôn quét vàthực hiện các lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng

và quay lại từ lệnh đầu tiên

Hình 2.14.Sơ đồ lập trình tuyến tính

-Lập trình có cấu trúc : Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều

khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản:

+ Khối tổ chức OB (Oganization block): Khối tổ chức và quản lý chương

trình điều khiển

+ Khối hàm chức năng FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có

khả năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối chương trình khác

+ Khối hàm (Function): Khối chương trình với những chức năng riêng

giống như một chương trình con hoặc một hàm

+ Khối dữ liệu (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện

chương trình Các tham số khối do ta tự đặt

Ngoài ra còn có các khối hệ thống như : SFB, SFC, SDB

Chương trình trong các khối được liên kết lại với nhau bằng các lệnh gọikhối, chuyển khối Xem những phần chương trình trong các khối như là cácchương trình con thì S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau Nếu số

lần gọi lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyễn sangchế độ Stop và đặt cờ báo lỗi.

+ Chia nhỏ bài toán thành các khối chương trình con FC hay FB với mỗikhối thực hiện một nhiêm vụ

+ Khối OB1 sẽ gọi các khối này

- Ngôn ngữ hình thang: ký hiệu là LAD(Ladder logic)

Đây là ngôn ngữ lập trình “hình thang”, dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợpcho những người quen thiết kế mạch điều khiển logic

Phương pháp LAD biểu thị các chức năng điều khiển bằng các loại ký hiệu

sơ đồ mạch như tiếp điểm, timer, counter Phương pháp này có tính trực quanmạch vì nó biểu diễn mạch điện tương tự mạch điều khiển rơle

Hình 2.16 Ngôn ngữ lập trình LAD

- Ngôn ngữ liệt kê: ký hiệu là STL(Statement List)

Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính.một chươngtrình được ghép bởi một câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếmmột hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh+toán hạng”

Hình 2.17 Ngôn ngữ STL

- Ngôn ngữ hình khối: Ký hiệu là FDB(Function Block Diagram) Ngôn ngữ đồ

hoạ cho những người quen thiết kế mạch điều khiển số

Phương pháp FBD trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ hoạ đãđược tiêu chuẩn hoá Trong hình mô tả một phép toán được biểu diễn theophương pháp FBD:

Hình 2.18 Ngôn ngữ FDB

- Ngôn ngữ GRAPH: Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ họa.cấu trúc

chương trình rõ ràng,chương trình ngắn gọn.thích hợp với những người trongnghành cơ khí quen với giản đồ GRAFCER của khí nén

Hình 2.19 Ngôn ngữ GRAPH

- Ngôn ngữ High GRAPH:

Hình 2.20 Ngôn ngữ HIGH GRAPH

CHƯƠNG III: CÁC PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG SIMATIC,WINCC 3.1 Phần mềm SIMATIC:

3.1.1Khai báo phần cứng và cách lập trình trong SIMATIC Manager:

- Sau khi cài đặt xong, ta vào Start \ SIMATIC \ SIMATIC Manager để khởi

động chương trình S7-300 hay kích chuột vào biểu tượng SIMATIC Manager ởDesktop

Hình 3.1 Khởi động SIMATIC Manager

- Sau đó ta thực hiện các bước sau để tạo một Project:

+ Bước 4: Bấm tiếp Next đặt tên cho Project, sau đó bấm Finish

+ Bước 5: Bấm vào Hardware để đặt cấu hình phần cứng cho CPU

Hình 3.2.a Bước 1 Hình 3.2.b Bước 2.

Hình 3.2.c Bước 3 Hình 3.2.d Bước 4.

Hình 3.2.e Bước 5.

Hình 3.2 Các bước tạo một Project

* Cách thứ hai:

+ Bước 1: Click vào nút New Project/Library trên màn hình.

+ Bước 2: Đặt tên và bấm ok

+ Bước 3: Kích phải chuột vào tên chương trình

+ Bước 4: Sau đó double click vào hardware thiết lập phần cứng của PLC

Hình 3.3.a Bước 1 Hình 3.3.b Bước 2

Hình 3.3.c Bước 3 Hình 3.3.d Bước 4

Hình 3.3 Các bước tạo một project theo cách khác.

- Ta chọn các thiết bị phần cứng từ thư viện linh kiện bên cột phải bằng cách kéo

và thả chuột Khi chọn các Modul phải đặt đúng vị trí slot của Modul trong Rail.Thông thường modul nguồn nuôi ở slot số 1, modul CPU ở slot số 2, modul IM

ở slot số 3

Hình 3.4 thư viện thiết bị phần cứng.

- Chọn thanh Rail đầu tiên và chọn các các thiết bị modul PS 307 5A,CPU 314CPtP, modul IM 360…sau đó save lại và trở về cửa sổ SIMATIC Manager

Hình 3.5 Ví dụ về cách khai báo phần cứng cho PLC.

-Thay đổi địa chỉ In/Out trên CPU S7-300:

Tùy thuộc vào loại Modul CPU mà sẽ tích hợp sẵn số lượng các Modulcổng vào ra khác nhau Các cổng vào ra này sẽ có địa chỉ mặc định, Ta có thểthay đổi các địa chỉ mặc định này bằng cách Double Click vào các modul muốnthay đổi địa chỉ

Hình 3.6.Thay đổi địa chỉ In/Out trênModul CPU

- Trở về cửa sổ của SIMATIC Manager Vào block/double click vào OB1 đểviết chương trình:

Ta có thể chọn lại ngôn ngữ lập trình trong cửa sổ viết chương trình

Hình 3.7 Chọn ngôn ngữ lập trình

- Chọn các ký hiệu lệnh trong cửa sổ trái chương trình hoặc bấm các phím

Hình 3.8 Cách lấy ký hiệu lệnh và viết chương trình.

- Để chương trình dể hiểu ta có thể khai báo các ký hiệu biến toàn cục trước haysau khi viết chương trình

+ Trong cửa sổ viết chương trình chọn Options/Symbol Table

Hình 3.9 Khai báo ký hiệu biến toàn cục.

+ Sau khi đã biên tập xong, vào menu Symbol Table- Save để lưu bảng Vào cửa sổ biên tập của khối chọn View- Display with - Symbolic

Representation để nhìn thấy địa chỉ ký hiệu trong chương trình.

Hình 3.10 Đưa các ký hiệu biến toàn cục vào chương trình.

3.1.2 Kết nối và tải chương trình từ Simatic xuống PLC:

Để có thể tải được chương trình lập trình trong SIMATIC vào PLC chúng

ta cần phải có đường kết nối giữa máy tính với PLC

Hình 3.11 Các thiết bị và phần mềm cần có để tải chương trình xuống PLC

 Cách thức tiến hành:

- Ta vào Option \ Set PG/PC Interface hay vào Control Panel \ Set

Hình 3.14 Download chương trình xuống PLC.

3.1.3 Sử dụng phần mềm Simulation:

Ta có thể mô phỏng chương trình vừa viết trong khối OB1 mà không cần

đỗ chương trình xuống PLC bằng phần mềm Simulation Phần mềm Simulation

dùng để mô phỏng và kiểm tra chương trình vừa viết trên máy tính trước khi đỗchương trình xuống PLC.

 Cách thức tiến hành như sau:

- Click vào biểu tượng Simulation trong cửa sổ SIMATIC Manager hay trong vào Start/SIMATIC/Step/S7-PLC SIM.

Hình 3.15.Khởi động Simulation.

- Ta có thể thêm vào các cổng vào ra, các địa chỉ biến, time, counter…đểthấy các biến thay đổi khi tiến hành mô phỏng

Hình 3.16 Cửa sổ Simulation khi thêm các cổng vào ra.

- Sau đó click vào biểu tượng download trong cửa sổ viết chương trình đểdownload chương trình xuống Simulation

Hình 3.17 Download chương trình xuống Simulation.

- Trở lại cửa sổ Simulation check vào RUN-P, tác động vào các cổng vào

để mô phỏng chương trình:

Hình 3.18 Mô phỏng chương trình.

3.2 Phần mềm WinCC 6.0:

Giới thiệu: WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao

diện người máy IHMI (Intergrate Human Machine Interface) đầu tiên cho phépkết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá Những thành phần dễ