báo cáo tốt nghiệp PLC S71200

PLC S71200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp IO và các lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC các bộ nguồn với sự kết hợp IO DC hoặc Relay. Các module tín hiệu để mở rộng IO và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển. Tất cả các phần cứng Simatic S71200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt.

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Mục Lục

Chương 1: Cơ sở lý thuyết

1 Tổng quan về PLC S7 – 1200

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

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

chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các bộnguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/O và cácmodule giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển Tất cả các phần cứngSimatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điềukhiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt

Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8, 16, và

32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiêntiến có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiển S7-

1200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian Thiết kế có thể mởrộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năngtương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyểnđổi sang một bộ điều khiển lớn hơn Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giớihạn giữa dữ liệu người sử dụng và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực,

16 vòng lặp PID với khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xácđịnh thông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình

thông dụng Simatic S7-1200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100Mbit tích

hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI /SCADA hay nốimạng PLC với PLC

2 Phân loại

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

PLC thông dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C Thông thường

S7-200 được phân ra làm 2 loại chính:

 Loại cấp điện 220VAC:

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

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

để biến điệu độ rộng xung, Output tốc độ cao…

- Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là do ngõ ra transistor nên chỉ có thể sửdụng một cấp điện áp duy nhất là 24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứngdụng có cấp điện áp khác nhau Trong trường hợp này, phải thông qua mộtRelay 24VDC đệm

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

Phân vùng I/O

 Digital I/O

 Analog I

 6 inputs / 4 outputs

 2 inputs

 8 inputs / 6 outputs

 2 inputs

 14 inputs / 10 outputs

 2 inputs

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

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

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

Các đèn báo trên CPU 1212C:

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

vào bộ nhớ.

 ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực hiện chương trình đã xảy

ra lỗi

 MAINT (Maintenance): led cháy báo hiệu việc có thẻ nhớ được gắn vào haykhông

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

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

4 Cấu trúc bên trong.

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử

lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất / nhập

- Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịchcác tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưutrong bộ nhớ của PLC Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết

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

Hình 2.3: cấu trúc bên trong

5 Đấu dây.

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

Chúng ta có thể cung cấp nguồn 24VDC hay 100 – 230VAC cho PLC và các thông

số điện áp được thể hiện ở (Hinh 5)

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

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

Nguồn cung cấp là 24VDC Điện áp có thể thay đổi trong khoảng 20.4V -

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

Các ngõ vào được tác động ở mức điện thế tiêu biểu là 24VDC Các ngõ ra củaPLC ở mức 0 khi công tắc hở hay điện áp <= 5VDC Ngõ vào ở mức 1 khi công tắcđóng hay điện áp =>15VDC Thời gian đổi trạng thái từ “0” lên “1” và từ “1” xuống

“0” tối thiểu là 0.1us để PLC nhận biết được

Các ngõ ra có thể là 5VDC – 30VDC hay 5VAC – 250VAC Tùy theo yêu cầu thực

tế mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của nó

6 Module mở rộng.

Hình 2.5: hình dạng các môđun

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

Analogboard tín hiệu

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

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của một máy

vi tính

Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần một thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển,chứ không cần thay đổi cách nối dây bên ngoài Qua đó, ta thấy được ưu điểm củaphương pháp điều khiển lập trình được so với phương pháp điều khiển cứng Do đó,phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển vì nó rất mềmdẻo…

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

Hinh 2.6 Phương pháp lập trình điều khiển

8 Các ngôn ngữ lập trình.

8.1 Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder Logic):

Hinh 2.7 Chương trình LAD

Chương trình LAD (Hinh 8.1) bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng

với các kí hiệu công tắc logic tạo thành một nhánh mạch điện logic

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

Các kí hiệu công tắc trên được dùng để xây dựng nên bất kì mạch logic nào: sựkết hợp nhiều mạch logic có thể biểu diễn mạch điều khiển cho một ứng dụng có logicđiều khiển phức tạp Điều cần thiết cho công việc thiết kế chương trình ladder là lập tàiliệu về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng để người sử dụng hiểu được mạchladder một cách nhanh chóng và chính xác

Các qui ước của ngôn ngữ lập trình LAD:

- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được nối kết vớiđường này

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

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

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

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

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

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

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

9 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic.

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một môi trường thân thiệnvới người dùng, từ hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cần thiết đến ứng dụngđiều khiển

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp công cụ cho quản lý và cấu hình tất

cả các thiết bị trong project, ví dụ như: PLCs và thiết bị HMI SIMATIC TIA PortalSTEP7 Basic cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD), thích hợp và hiệu quảtrong cải tiến lập trình điều khiển trong ứng dụng Ngoài ra SIMATIC TIA PortalSTEP7 Basic còn cung cấp bộ công cụ tạo và cấu hình thiết bị HMI

SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic cung cấp một hệ thống trợ giúp trực tuyến vàcung cấp 2 chế độ hiển thị khác nhau: a project-oriented view và a task-oriented set

of portals

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

Hinh 2.9 Sơ đồ thiết kể một chương trình điều khiển

Trong LAD, các lệnh này biểu diễn bằng chính các công tắc thường hở vàthường đóng Trong FBD, các công tắc thường hở được biểu diễn như các đầu vòa hoặc

ra của các khối chức năng AND, OR hoặc XOR Công tắc thường đóng được biểu diễnthem dấu đảo(vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng

10.1.2 Lệnh đảo bit, lệnh sườn:

10.1.2.1 Lệnh đảo

Lệnh đảo thay đổi dòng năng lượng Nếu dòng năng lượng gặp lệnh này, nó sẽ

bị chặn lại Ngược lại nếu phía trước lệnh này không có dòng năng lượng, nó sẽ trởthành nguồn cung cấp dòng năng lượng Trong LAD, lệnh này được biểu diễn như mộtcông tắc Trong FBD, lệnh đảo không có biểu tượng riêng Nó được tích hợp như là đầuvào của những khối chức năng khác(với một vòng tròn nhỏ ở đầu vào của các khối chứcnăng đó) Trong STL, lệnh này đảo giá trị của đỉnh ngăn xếp: 0 thành 1 và 1 thành 0.Lệnh này không có toán hạng

ở đầu vào của nó có sự thay đổi mức từ 0 lên 1 Lệnh sườn âm (NegativeTransition) cho dòng năng lượng đi qua trong khoảng thời gian bằng thời gianmột vòng quét khi đầu vào của nó có sự thay đổi mức từ 1 xuống 0

Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn cũng như các công tắc TrongFDB, các lệnh này được biểu diễn bằng các khối chức năng P và N

Hình 2.23 Mô tả lệnh

10.1.4.3 SET_BF và RESET_BF: Set và Reset bit field

OUT BOOL Bắt đầu từ địa chỉ của bit đặt trước

FBD:

 RS(Reset set flip-flop): Là một tập hợp chi phối chốt nơi đặt chi phối Nếu các thiết lập S1 và thiết lập lại R tín hiệu cả hai đều đúng, địa chỉ ngõ ra Q sẽ lên 1

Cấu trúc: S1

0

R0

Qgiữ nguyên trạng thái

- TP: Bộ đếm thời gian Pulse tạo ra một xung có độ rộng với thời gian được đặt trước.

- TON(On-Delay Timer): Bộ đóng trễ

- TOF(OFF-Delay Timer): Bộ ngắt trễ

- TONF(Retentive On-Delay Timer): Bộ đóng trễ có nhớ.

10.2.1 TP:

LAD

Bảng thông số:

FBD

Thông số Dữ liệu Mô tả

IN BOOL Đầu vào cho phép Timer

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu raTimer data

block

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

phép

Hình 2.34 Biểu đồ thời gian:

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

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

Khi IN =0 thì Q ở trạng thái OFF

LAD

Bảng các thông số :

FBD

Thông số Dữ liệu Mô tả

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

Timer data

block

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

phép

Hình 2.35 Biểu đồ thời gian:

Khi ngõ vào IN lên 1 thì ET tăng dần lên 1(ngõ ra Q off), thời gian Timer bắt đầutính, khi ET >=PT thì ngõ ra Q on

Nếu IN lên 1 trong khoảng thời gian chưa đủ thời gian đặt PT thì ngõ ra Q vẫn giữ nguyên trạng thái(off)

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

LAD

Bảng các thông số:

FBD

Thông số Dữ liệu Mô tả

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

Timer data

Xác định bộ định thời để reset lại khi RT chophép

Hình 2.36 Biểu đồ thời gian

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

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

Bảng các thông số

FBD

Thông số Dữ liệu Mô tả

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

PT TIMER Giá trị đặt trước cho Timer

ET TIMER Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

Timer data

block

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

phép

Biểu đồ thời gian:

Hình 2.37 Biểu đồ thời gian

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

10.3 Lệnh đếm(Counter).

10.3.1 Đếm lên (Counter Up):

LAD

Giá trị hiện tại

Biểu đồ thời gian:

Hình 2.38 Biểu đồ thời gian

PV SINT, INT, DINT, USINT, UINT,

Giá trị hiện tại

Biểu đồ thời gian:

Hình 2.39 Biểu đồ thời gian

Mô tả:

Khi chân LOAD được kích(sườn lên) giá trì PV được nạp cho bộ đếm Mỗi lần cósườn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm được giảm xuống 1 Khi giá trị hiện tại (CV)của bộ đếm nhỏ hơn hoặc bằng 0, ngõ ra sẽ được bật lên ON

Bộ đếm ngưng đếm khi giá trị bộ đếm đạt giá trị tối thiểu là - 32767

10.3.3 Đếm lên / xuống(Counter Up / Down).

LOAD BOOL Load

Giá trị hiện tại

Hình 2.40 Biểu đồ thời gian

Mô tả:

lên 1

Mỗi lần có một sườn cạnh lên ở chân CU, giá trị bộ đếm được tăng

Mỗi lần có một sườn cạnh lên ở chân CD, giá trị bộ đếm được giảmxuống 1

Khi giá trị hiện tại CV>=PV , ngõ ra QU sẽ được bật lên ON Khi giátrị hiện tại CV<=0, ngõ ra QD sẽ được bật lên ON

Khi chân R được kích(sườn lên) giá trị bộ đếm và ngõ ra Q sẽ được

Khi chân LOAD được kích(sườn lên) giá trị PV được đặt lại.

1=phía trước 1=phía sau

OUT

trị để so

Dùng để kiểm tra giá trị đầu vào và ra trong phạm vi giá trị chỉ định Nếu so sánh là TRUE, thì ngõ ra OUT là TRUE

LAD/FBD:

Hình 2.43 Mô tả lệnhBảng các thông số

- IN_RANGE: So sánh là đúng nếu MIN <= VAL <= MAX

- OUT_RANGE: So sánh là đúng nếu MIN > VAL hoặc VAL>MAX

- Các tham số đầu vào MIN, VAL và MAX phải là kiểu dữ liệu giống nhau

Dùng để kiểm tra dữ liệu đầu vào có phải là số thực hay không? Khicông tắc LAD là TRUE thì kích hoạt kết nối và cho dòng điện đi qua Khi hộpFBD là TRUE, thì ngõ ra OUT là TRUE

LAD:

FBD:

Hình 2.44 Mô tả lệnh Bảng

IN REAL, LREAL Dữ liệu ngõ vào

-OK: Là TRUE nếu giá trị ngõ vào là một số thực(REAL)

-NOT_OK: Là TRUE nếu giá trị ngõ vào không phải là một số REAL

10.5 Lệnh toán học.

10.5.1 Lệnh cộng – trừ:

ADD: Cộng hai số (IN1 + IN2 = OUT)

SUB: Trừ hai số (IN1 - IN2 = OUT)

Hình 2.45 Mô tả lệnhBảng các thông số

Thông

số

IN1, IN2 SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT,

REAL, LREAL, Constant

Khi ngõ vào cho phép EN lên 1 chương trình sẽ thực hiện việc cộng(hay trừ) 2

số bit ở IN1, IN2 tương ứng kết quả đưa ra OUT Nếu không có lỗi xảy ra trong quátrình hoạt động ENO có trạng thái tín hiệu là 1

10.5.2 Lệnh nhân – chia:

MUL: Nhân hai số (IN1 * IN2 = OUT)

DIV: Chia hai số (IN1 / IN2 = OUT)

IN1, IN2 SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT,

REAL, LREAL, Constant

Khi ngõ vào cho phép EN lên 1 chương trình sẽ thực hiện việc nhân(hay chia) 2

số bit ở IN1, IN2 tương ứng kết quả đưa ra OUT Nếu không có lỗi xảy ra trong quá

trình hoạt động ENO có trạng thái tín hiệu là 1.

Bảng Điều kiện mã

1 Không có lỗi

0 Giá trị kết quả vượt ngoài phạm vi cho phép của kiểu dữ

liệu đã chọn

0 Chia cho 0 (IN2 = 0)

0 REAL: nếu một trong những giá trị đầu vào là NAN(không

phải số) hoặc kết quả là INF (vô cùng), NAN được trả về

0 ADD REAL: Nếu cả hai giá trị ngõ vào đều là INF khác

dấu, đây là hoạt động bất hợp pháp và NAN được trả về

0 SUB REAL: Nếu cả hai giá trị ngõ vào đều là INF cùng

dấu, đây là hoạt động bất hợp pháp và NAN được trả về

0 MUL REAL: Nếu một trong hai giá trị ngõ vào là số 0 và

khác INF, đây là hoạt động bất hợp pháp và NAN được trả về

0 DIV REAL: Nếu cả hai giá trị ngõ vào đều bằng 0 hoặc

INF, đây là hoạt động bất hợp pháp và NAN được trả về