BÀI TẬP LỚN : Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7200 Sử dụng khối hàm SBR Subroutine

NỘI DUNGThiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7200 Sử dụng khối hàm SBR SubroutinePHẦN THUYẾT MINHChương 1 Tổng quan về công nghệ trạm trộn bê tông Chương 2 Thiết kế phần mềm điều khiển trên S7200Chương 3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Chương 4 Kết quả mô phỏng.

Mô Hình ĐiềKhiển - Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Ngày giao đề : 8/10/2015 Ngày hoàn thành : 10/12/2015

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hoàng Quốc Xuyên

Mục lục

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG 5

I TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG 5

1.1 Khải niệm về bê tông: 5

1.2 Các thành phần cấu tao bê tông: 5

a) Xi măng: 5

1.3 Môt số tính chất đặc thù của bê tông: 6

1.3.1 Cường đô của bê tông: 6

1.3.2 Tính giãn nở của bẽ tông: 7

1.3.3 Tính chống thấm của bê tông: 8

1.3.4 Quá trình đông cứng của bê tông và biên pháp báo quản: 8

II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRẠM TRỔN BÊ TÔNG 8

1 Giới thiệu chung: 8

2.Tram trộn bê tông xi măng: 9

2.1 Giói thiêu chung: 9

2.2 Phân loai: 10

2.3 Cấu tao chung tram trôn bê tông xi măng: 10

2.4 Nguyên ly hoat đông chung của tram trôn bẽ tông xi măng 13

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN TRÊN S7-200 15

I Giới thiệu về PLC S7-200 của SIEMMENS 15

1.1 PLC là gì ? 15

1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC 15

1.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 của Siemens 17

• Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200: 20

1.5 Các lệnh sử dụng trong chương trình 21

II Thiết kế phần điều khiển trên S7-200 24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 49

I Giới thiệu về phần mềm PC Access 49

II THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN WIN CC 51

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 54

KẾT LUẬN 55

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:

Thầy Hoàng Quốc Xuyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi đế nhóm chúng em thực hiện tốt đồ án này trong khoảng thời gian ngắn nhất.

Các thầy cô trong khoa công nghệ điện tử đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức về chuyên môn, tạo mọi điều điện thuận lợi đế chúng em thực hiện tốt đồ án ” xây dựng mô hình, điều khiến giám sát trạm trộn bê tông “ dùng PLC và giám sát bang wince.

Sau cùng là gửi lời cảm ơn tới gia đình và tất cả những nguời bạn, những nguời đã gắn bó cùng học tập, cùng làm đồ án đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm em trong quá trình thực hiện.

LỜI MỞ ĐẦUNgành Tự Động Hóa là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho

sự phát triển của một quốc gia Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đếnnay ngành tự động hóa Việt Nam đã có những buớc phát triển vượt bậc với hệ thống cơ sở hạtầng, công nghệ kỹ thuật hiện đại.Ngành tự động hóa được xem như là huyết mạch của nềnkinh tế, phát triến dịch vụ tự động hóa sẽ tạo điều kiện cho các ngành kinh tế khác phát triển.Ngày nay, hệ thống điều khiến tự động không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời

từ rất sớm, nhằm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người Vì vậy điềukhiến tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng củangành điều khiến tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người

Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trong quá trình sản xuất bê tôngtại các trạm trộn bê tông xi măng thực sự đã mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho quá trìnhsản xuất Vì vậy, nhằm tạo điều kiện tốt nhất đế có thế tiếp xúc, làm quen với các thiết bị tự

động và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế Nhóm em đã chọn đề tài: “ Thiết kế hệ

thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông”.

Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã cố gắng tìm hiếu và học hỏi Nhưng

do khả năng còn hạn chế nên có những sai xót mong nhận được sự thông cảm từ thầy giáo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG

I TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG

1.1 Khải niệm về bê tông:

Bê tông là hỗn hợp đuợc tạo thành từ cát, đá, xi-măng, nuớc Trong đó cát và đá chiếm 80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng của nước, ngoài ra còn có chất phụ gia thêm vào đế đáp ứng yêu cầu cần thiết

Hỗn hợp vật liệu sau đó được nhào trộn tạo nên hỗn họp bê tông Hỗn họp bê tông phải

có độ dẻo nhất định, phù họp với mục đích sử dụng Có nhiều loại bê tông tùy thuộc vàothành phần của hỗn họp trên Mỗi thành phần cát, đá, xi măng, nước, khác nhau sẽ tạothành nhiều Mác bê tông khác nhau

1.2 Các thành phần cấu tao bê tông:

a) Xi măng:

Việc lựa chon xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất ra bê tông, có nhiềuloại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và làm chấtlượng thiết kế bê tông tăng lên tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao là rất lớn Vì vậy khithiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất đúng yêu cầu kĩ thuật và giải quyết tốt bài toán kinh tế.b) Cát:

Cát dùng trong sản xuất bê tông có thế là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo, kích thước hạtcát là từ 0.4 - 5 mm Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất,thành phần hạt Trong thành phần của bê tông cát chiếm khoảng 29%

c) Đá dăm:

Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích cỡ của đá, do đó tùy thuộc vào kích cỡ của bêtông mà ta chọn kích thuớc đá phù hợp Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng52%

d) Nước:

Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng xấuđến khả năng ninh kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại

e) Chất phu gia:

Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có hai loại phụ gia:

+ Loại phụ gia hoạt động bề mặt:

Loại phụ gia hoạt động bề mặt này mặc dù được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khảnăng cải thiện đáng kế tính chất của hỗn họp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của

bê tông

+Loại phụ gia rắn nhanh:

Loại phụ gia rắn nhanh này có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trongđiều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông Hiện nay trong công nghệ sản xuất

bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng

1.3 Môt số tính chất đặc thù của bê tông:

1.3.1 Cường đô của bê tông:

Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động từ bên ngoài

mà không bị phá hoại

Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó Cường độ của bê tông phụthuộc vào tính chất của xi măng, tỷ lệ nước và xi măng, phương pháp đố bê tông và điều kiệnđông cứng

Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là "mác" hay còn gọi là "số liệu"

Mác bê tông ký hiệu M ( xem bảng 1.1.1 ), là cường độ chịu nén tính theo (N/cm2) củamẫu bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15cm, tuổi 28 ngày đượcdưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn ( nhiệt độ 20°c ± 2°C), độ ẩm không khí90% đến 100% Mác M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu

Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế sau:

• Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500,

M600

Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 kg/m3 đến 2500kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặcchắc.

• Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 bê tông nhẹ

có khối lượng riêng trong khoảng 800 II đến 1800kg/m3, cốt liệu là các loại đá có lỗrỗng, keramzit, xỉ quặng

Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn MI50

Cuờng độ của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quý của bê tông,đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những công trình làm bằng gạch, đá,

gỗ, thép Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó tốc độ giảm dần Trong môitrường (nhiệt độ, độ ấm) thuận lọi sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, trongđiều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì cường độ bê tông tăng không đáng kế

1.3.2 Tính giãn nở của bẽ tông:

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thế tích, nở ra trong nước

và co lại trong không khí về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần một giới hạn nào đó,

độ nở có thế làm tốt hơn cấu trúc của bê tông còn hiện tượng co ngót luôn kéo theo hậu quảxấu

Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân: trước hết là sự mất nước hoặc xi măng, quátrình Cacbon hoá Hyđroxit trong đá xi măng Hiện tượng giảm thế tích tuyệt đối của hệ ximăng - nước Co ngót là nguyên nhân gây ra nứt, giảm cường độ, chống thấm và để ốn địnhcủa bê tông, và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực Vì vậy đối với những công trình

có chiều dài lớn, đế tránh nứt người ta đã phân đoạn đê tạo thành các khe co dãn

MÁC (M) Xi Măng (Kg) Cát(m3) Đá (m3) Nước (lít)

1.3.3 Tính chống thấm của bê tông:

Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết cấu bê tông

Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của nó Để tăng cường tínhchống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấpphối hạt của cốt liệu, giảm tỷ lệ nước, xi măng ở vị trí số tối thiếu Ngoài ra để tăng tínhchống thấm người ta còn trộn bê tông một số chất phụ gia

1.3.4 Quá trình đông cứng của bê tông và biên pháp báo quản:

Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi măng thờigian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút Vì vậy sau khi trộn bê tông xong cần phải đốngay đế tranh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước khi đổ thời gian từ lúc bê tông rakhỏi máy trộn đến lúc đố xong 1 lớp bê tông (không có tính phụ gia) không quá 90' khi dùng

xi măng pooclăng không quá 110', khi dùng xi măng pooclăng xỉ, tro núi lửa, xi măngpulơlan Thời gian vận chuyển bê tông (kế từ lúc đố bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vàokhuôn và không nên lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng

Thời gian vận chuyên cho phép của bê tông (không có phụ gia):

II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRẠM TRỔN BÊ TÔNG

1 Giới thiệu chung:

Hiện nay trên thị truờng có hai loại trạm trộn chính: trạm trộn bê tông nhựa nóng vàtrạm trộn bê tông xi măng

• Trạm trộn bê tông nhựa nóng: Dùng đế sản xuất bê tông từ hỗn họp nhựa đuờng (hắcín), đá, chất phụ gia , nó đuợc ứng dụng phổ biến trong xây dựng đường xá, các công trìnhgiao thông, cầu, cảng được rải lên bề mặt

Nhiệt độ (°c ) Thời gian vận chuyến (phút)

• Trạm trộn bê tông xi măng: ứng dụng rộng rãi trong đòi sống hiện nay nhất là tronglĩnh vực xây dựng, bê tông đuợc sản xuất từ hỗn họp cát, đá, xi măng, nuớc, phụ gia.

2.Tram trộn bê tông xi măng:

2.1 Giói thiêu chung:

Trạm trộn bê tông xi măng là một tống thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm thiết bị nàyphải phối hợp nhịp nhàng với nhau đế hoà trộn các thành phần: cát, đá, nước, phụ gia và ximăng tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng Một trạm trộn bê tông có các yêu cầu chung sau

Hình 1.2.1: Trạm trộn bê tông nhựa nóng thực tế

Hình 1.2.2: Trạm trộn bê tông xi măng thực tế

- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất

- Cho phép sản xuất được sản xuất được hai loại hỗn họp bê tông khô hoặc ướt

- Hỗn họp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyến

- Trạm làm việc êm không ồn, không gây ô nhiếm môi truờng

- Lắp dựng sửa chữa đơn giản

- Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay

2.2 Phân loai:

Có hai loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau:

> Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải

> Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu

2.3 Cấu tao chung tram trôn bê tông xi măng:

Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng tuy nhiên nhìn chung đều bao gồm các cụm và thiết bị sau:

❖ Cấp cát đá lên thùng trộn bê tông.

Việc cấp cát, đá cho trạm trộn có nhiều phương án khác nhau tuy nhiên tham khảo thực tế

ta có hai phương án sau:

a Cấp liệu kiểu gầu

■ Nguyên lý:

- Vật liệu đá, cát được tập kết ngoài bãi chứa liệu ở các ngăn riêng biệt, sau đóđược gầucào đố vào thiết bị định lượng , sau khi được định lượng vật liệu được xả vào skip, từskip vật liệu đố vào thùng trộn

■ ưu điểm:

- Cấp liệu trực tiếp từ bãi chứa mà không qua thiết bị vận chuyến trunggian

- Diện tích mặt bằng cho toàn trạm không cần lớn lắm

■ Nhươc điêm:

- Vật hệu ở bãi chứa phải đuợc vun cao cho đủ luợng dự trữ

- Việc cấp liệu cho máy trộn không hên tục

Bãi chứa phải có vách ngăn phân chia vật liệu.

- Với phuơng án này chỉ áp dụng cho trạm trộn có năng suất thấp

b.Cấp liệu kiểu băng tải:

■ Nguyên lý:

- Vật liệu (cát, đá) đựoc tập kết ngoài bãi sau đó đuợc máy xúc gầu lật đố vào bunke,thiết bị định luợng Sau khi đuợc định lượng đúng yêu cầu thì băng tải vận chuyên đôvào thùng trộn

■ Ưu điểm:

- Cấp liệu cho máy trộn được liên tục

- Vật liệu ở bãi chứa không cần phải vun cao và không cần phải có tấm phân cách vậthệu

■ Nhươc điêm:

- Việc cấp liệu cho băng tải phải có thiết bị chuyên dùng

- Khoảng cách giữa băng tải và thùng trộn tương đối lớn dẫn đến khả năng tiếp xúc củavật liệu với môi trường nhiều, sẽ gậy ô nhiễm môi trường nếu không được che chắn kỹ

- Phương án này áp dụng cho các trạm trộn có năng suất lớn

- Có thế cấp xi măng cho trạm với khối luợng nhỏ

- Ket cấu đon giản , giá thành hạ

■ Nhươc điềm:

- Do cấp xi măng từ bao bì nên gây ô nhiếm

- Năng suất vận chuyến thấp không thích hợp với trạm trộn có năng suấtcao b Dùng xi

- Không gây ô nhiểm môi truờng

- Tiết kiệm đuợc chi phí vận chuyến do nạp xi măng với khối luợng lớn

■ Nhược điềm:

- Khi cần nạp liệu với khối luợng nhỏ không thuận lọi

- Ket cấu phức tạp, giá thành đắt

- Phuơng pháp này đuợc dùng phố biến ở các trạm trộn bê tông

2.3.3 Cấp nước và phụ gia:

Việc cấp nước và phụ gia hầu nhu điều dựa trên phương pháp cấp trực tiếp từ bồn chứa:nước và phụ gia từ bồn chứa theo đường ống xả xuống thiết bị định lượng và vào nồi trộn

2.3.5 Thiết bi trôn, máy trôn:

Dùng đế trộn hỗn hợp các nguyên liệu và xả ra xe bồn Thường sử dụng động cơ để quay trục quay trộn bê tông

2.3.6 Hê thống điều khiến

a Hệ thống điều khiển bằng điện

- Cấp nguồn cho trạm trộn

- Điều khiến các động cơ cấp liệu, động cơ trộn

- Cảnh báo sự cố, báo lỗi

- Dừng khi có lỗi

b Hệ thống điều khiển khí nén, thủy lực.

- Điều khiến các van khí và xy lanh đế đóng mở cửa cấp liệu, cửa xả

2.3.7 Kết cấu thép

Dùng để làm giá đỡ giữ cho các cụm ở trên được chắc chắn, đảm bảo an toàn khi vận hành và sản xuất

2.4 Nguyên ly hoat đông chung của tram trôn bẽ tông xi măng

Trạm trộn bê tông xi măng nhìn chung hoạt động theo nguyên lý sau:

Hình 1.2.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông xi măng

Hình II 1.1: Sơ đồ khối CPU của PLC

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN TRÊN S7-200

I Giới thiệu về PLC S7-200 của SIEMMENS

1.1 PLC là gì ?

PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thế lập trình, được thiết kế chuyêndùng trong công nghiệp đế điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộcvào người điều khiến mà có thế thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện này đượckích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ 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 hoạ

nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ racủa PLC

Như vậy nếu thay đối các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thế thực hiệncác chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiến khác nhau Hiện nay PLC đã đượcnhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Alan Bradley,Shneider Hitachi, Mặt khác ngoài PLC cũng đã bố sung thêm các thiết bị mở rộng khácnhư: các cống mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiến thị, các bộ vào.1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC

1.2.1 Cấu trúc

• Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần ( xem hình II 1.2)

• Khối xử lý trung tâm ( CPU:CentralProcessingưnit )

Gồm có 3 phần: Bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp

• Hệthốnggiaotiếpvào/ra( Input/Output )

1.2.2 Hoạt động

Về cơ bản hoạt động của một PLC nhu sau: Ban đầu, hệ thống các cổng vào/ra

( Input/Output ) dùng đế đua các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi ( nhu cảm biến, công tắc ) vào CPU Sau khi nhận đuợc tín hiệu từ ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đua các tín hiệu điều khiến qua các Module xuất ra các thiết bị đuợc điều khiển

PLC biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình PLC thực hiện

chuơng trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối cùng trong

một vòng Một vòng nhu vậy được gọi là vòng quét ( scan ) Xem hình II 1.3.

Thường việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong một khoảng thòi gian rất ngắn, mộtvòng quét đơn có thòi gian thực hiện một vòng quét từ lms tói lOOms Việc thực hiện mộtchu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và cả mức độ giao tiếpgiữa PLC với các thiết bị ngoại vi Đe khắc phục việc thời gian quét dài thì các nhà sản xuất

đã chế tạo ra các hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường áp dụng chonhững nơi có số lượng I/O nhiều và cần xử lý lượng thông tin lớn

1.2.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tínhnăng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLC ngày nayđược thu nhỏ lại để số lượng I/O và bộ nhớ càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càngmạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệthống

Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (với một sơ đồ

hệ thống, các đuờng nối dây, các tín hiệu ở các ngõ vào/ra ), mà không phải thay đối kếtcấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đối lắp đặt khi đối thứ tự điềukhiển ( đối với hệ thống điều khiển relay ) khả năng chuyển đổi hệ điều khiến cao hơn (nhưgiao tiếp giữa các PLC đế truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiến linhhoạt hơn

Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng khônggian nhỏ nhưng khả năng điều khiến nhanh, nhiều hơn các hệ thống điều khiến khác Điềunày càng tỏ ra thuận lợi hơn vói các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp và quá trình lắp hệ

Hình II 1.3: Thực hiện chương trình theo vòng quét trong PLC

thống ít tốn thời gian hơn các hệ thốn khác.

Cuối cùng là người sử dụng có thế nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giaodiện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc(trouble shoding ) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc sửa chữathuận lợi hơn

1.2.4 Một số lĩnh vực úng dụng PLC

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trongcông nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng đế điều khiến các hệ thống đơn giản, chỉ cóchức năng ON/OFF thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi chínhxác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất Một số lĩnh vực tiêu biếu ứng dụngPLC như sau:

+ Hóa học và dầu khí: định áp suất, bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn

+ Chế tạo máy và sản xuất: tự động hóa trong chế tạo máy, điều khiển nhiệt độ lò nhiệt

luyện kim

+ Công nghiệp giấy, xi măng: Tự động hóa trong qua trình sản xuất nghiền bột giấy, bột

đá, trộn hỗn hợp

+ Thực phẩm, sản xuất bia, ruợu, thuốc lá: đóng gói sản phẩm, phân loại

+ Kim loại: Điều khiến qua trình luyện, cán thép

+ Năng luợng, giao thông

1.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 của Siemens

1.3.1 Cấu hình phần cứng

PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens ( Cộng hòaliên bang Đức ), có cấu trúc theo kiếu modul và có các modul mở rộng Các modul này đuợc

sử dụng cho những lập trình ứng dụng khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi

xử lí CPU Hiện nay PLCS7-200 có nhiều loại PLC như CPU 212, CPU 214, CPU 224, CPU224XP về hình thức bên ngoài các CPU này chỉ khác nhau số lượng ngõ vào/ngõ ra

+ CPU 212 có 8 cống vào và 6 cống ra và có thể mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng

+ CPU 214 có 14 cồng vào và 10 cồng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng

- CPU 224XP có hai loại chủ yếu: nguồn cấp 24VDC hoặc 220VAC.

- 512 từ đơn ( word ), tức là IK byte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghiđược và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM.( Vùng nhớ có giao diệnvới EEPROM )

- 14 cổng vào logic và 10 cống ra logic

- 2 ngõ vào analog và một ngõ ra analog

- 6 bộ đếm tốc độ cao: 2x200kHz và 4x400kHz

- 2 ngõ ra xung tần số cao: tối đa 100kHz

- Có thế ghép nối thêm 7 modul để mở rộng số cống vào và ra, bao gồm cả modul tương

tự ( analog )

- Tổng số cổng logic vào/ra cực đại là 256: 128 cồng vào và 128 cổng ra

- Có 256 bộ tạo thời gian trễ ( Timer ), trong đó 4 Timer có độ phân giải lms, 16 Timer

có độ phân giải 10ms và 236Timer có độ phân giả 100ms

- Có 256 bộ đếm ( Counter ), chia làm hai loại: một loại chỉ đếm lên và một loại vừađếm lên vừa đếm xuống

- 688 bit nhớ đặc biệt, sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc

- Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm: ngắt truyền thông, ngắtxung cạnh lên hoặc xung cạnh xuống, ngắt theo thòi gain và ngắt báo hiệu bộ đếm tốc

độ cao và ngắt truyền xung

- Có 2 cổng truyền thông portO/portl: qua RS485

- Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 100 giờ khi PLC bị mất nguồnnuôi

1.3.3 Cổng truyền thong

S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ choviệc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập

Hình 11.1.7: Sơ đồ chân của cổng truyền thong

Đe ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ PG7xx có thế sử dụng một cáp nối thắng qua MPI

Hình 11.1.8: Ghép nối qua cổng MPI

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS-232/RS-485

Hình 11.1.9: Ghép nối PC/PPI

- Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC S7-200:

Côngtắcchọnchếđộlàmviệcnắmphíatrên,bêncạnhcáccốngracủaS7-

200cóbavịtríchophépchọncácchếđộlàmviệckhácnhauchoPLC

• RUN cho phép PLC thực hiện chuông trình trong bộ nhớ PLCS7-200 sẽ rời khỏi chế

độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trìnhgặp lệnh STOP ,thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN.Nên quan sát trạng tháithực tại của PLC theo đèn báo

• STOP cuỡng bức PLC dừng thực hiện chuơng trình đang chạy và chuyển sang chế độ

STOP Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chuơng trình hoặc nạp một chuơngtrình mới

• TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho PLC

hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP

Điều chỉnh tuơng tự cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đối và sự dụngtrong chuơng trình Núm chỉnh analog đuợc lắp đặt duới nắp đậy bên cạnh các cốngra.Thiết bị chỉnh định có thể quay 270 độ

• Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:

+Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc +Đèn xanh RUN: đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc +Đèn vàng STOP: đèn sáng báo PLC đang ở trạng thái dừng +Đèn xanh Ix.x: đèn sáng báo tín hiệu ở cống vào đang ở mức logic 1 và nguợc lại ở mức logic 0

+Đèn xanh Qx.x: đèn sáng báo tín hiệu ở đầu ra đang ở mức logic 1 và ngược lại ở mức logic 0

1.3.4 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ

Nguồn nuôi dùng đế mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ Nguồn Pin tự động được chuyến sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi

1.4 Cấu trúc chương trình của S7-200

Có thể lập trình cho S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm STEP 7 Micro WIN:

Những phần mềm này đều có thế cài đặt đuợc trên máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC)

Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính(mainprogram) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt đượcchỉ ra trong hình II 1.10

Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).Chương trình con là một bộ phận của chương trình.Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính,đó là lệnh MEND

Trong LAD, các lệnh này đuợc biếu diễn bằng chính các công tắc thuờng

đóng và thường mở Trong FBD, các công tắc thường mở được biếu diễn như các đầu vàohoặc ra của các khối chức năng AND hoặc OR Công tắc thường đóng được thêm dấu đảo(vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng

Hình II 1.11: Ký hiệu công tắc trong LAD và FBD.

1.5.2 Bộ định thời

Có 3 loại bộ định thời:

• Bộ đóng trễ (On - Delay Timer) TON

• Bộ đóng trễ có nhớ (Retentive On - Delay Timer) TONR

• Bộ ngắt trễ (Off - Delay Timer) TOF

Các bộ đóng trễ và đóng trễ có nhớ bắt đầu đếm thời gian khi có đầu vào EN (enable) ởmức 1 (ON) Lúc giá trị đếm được lớn hơn hay bằng giá trị đặt trước tại đầu vào PT (PresetTime) thì bit trạng thái sẽ được đặt bằng 1 (ON) Điều khác nhau giữa 2 loại bộ đóng trễ này

là bộ đóng trễ bình thường sẽ bị Reset (cả giá trị đan đếm lẫn bit trang thai đều được đưa vềSIMHTIC I IK 1131 1

Hình 11.1.12: Ký hiệu bộ định thời

0) khi đầu vào EN = 0; trong khi bộ định thòi có nhớ lưu lại giá trị của nó khi đầu vào ENbằng 0 và tiếp tục đếm khi đầu vào EN bằng 1.

Như vậy ta có thế dùng loại có nhớ để cộng thời gian những lúc đầu vào EN bằng 1.Loại bộ định thời này có the reset (xóa giá trị đang đếm về 0) bằng lệnh R (Reset) Cả hai loại

bộ đóng trễ vẫn tiếp tục đếm thời gian ngay cả sau khi đạt đến giá trị đặt trước PT và chỉdừng đếm khi đạt giá trị tối đa 32767 (16#7FFF)

Bộ ngắt trễ để đưa giá trị đầu ra (bit trạng thái) về 0 (OFF) trễ 1 khoảng thời gian sau khiđầu vào (EN) đồi về 0 Khi đầu vào EN được đặt bằng 1 (ON) thì bit trạng thái của bộ ngắttrễ cũng bằng 1 ngay lúc đó đồng thòi giá trị đếm của nó bị xóa về 0 Khi đầu vào EN về 0,thì bộ định thời bắt đầu đếm cho đến khi đạt được giá trị đặt trước PT Lúc đó bit trạng tháicủa bộ ngắt trễ sẽ về 0 đồng thời nó cũng ngừng đếm Neu đầu vào EN chỉ bằng không trongkhoảng thời gian ngắn hơn thời gian được đặt rồi quay lại bằng 1 thì bit trạng thái của bộ địnhthời vẫn giữ nguyên bằng 1 Bộ ngắt trễ chỉ bắt đầu đếm khi có sườn thay đổi từ 1 về 0 ở đầuvào EN

Bộ đếm xuống đếm từ giá trị đặt trước (PV) mỗi khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống(CD) Khi giá trị đếm (Cxxx) bằng 0, bit trang thái (Cxxx) bằng 1 đồng thời bộ đếm ngừngđếm Mức cao ở đầu vào LD xóa bit trạng thái về 0 và tải giá trị đặt trước PV vào giá trị đếm

Timer Type Resolution Maximum Value Timer Number

TONR

(retentive) 10 ms1 ms 32 767 s (0 546 mm.)327.67 s (5.46 min.) T1toT4, T6510T68TO, T64

100 ms 3276.7 s (54.6 min.) T5 to T31 T69 to T95TON, TOF (non-

retentive) 10 ms1 ms 32 767 s (0 546 min.)327.67 s (5.46 min.) T33 to T36.T97 to T100T32, T96

100 ms 3276.7 s (54.6 min.) T37 to T63.T101 to T255

Hình 11.1.13: Địa chỉ và thời gian trễ của bộ định thời

Bộ đếm vừa đếm lên vừa đếm xuống đếm lên khi có sườn lên ở đầu vào đếm lên (CU)

và đếm xuống khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống (CD) Khi giá trị đếm (Cxxx) lớn hơnhoặc bằng giá trị đặt trước (PV) thì bit trạng thái (Cxxx) sẽ có giá trị 1 (ON) Bộ đếm có thể

bị xóa (reset) bởi mức 1 ở đầu vào reset (R), lúc đó cả giá trị đếm và bit trạng thái sẽ bị xóa

về 0

Số hiệu các bộ đếm : co đến C255 Trong CPU 221,222 và 224 mỗi bộ đếm được xác định loại tùy theo lệnh khai báo nhưng không thể khai báo các bộ đếm loại khác nhau với cùng một địa chỉ (trong vùng C)

II Thiết kế phần điều khiển trên S7-200

Main

SBR_0