Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 26
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:
Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET. Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 27
Cấu tạo của PLC S7-1200
Hình 2. 19: Thành phần PLC S7-1200
Thành phần PLC S7-1200 (1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây có thể tháo được và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới nắp phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
S7-1200 có 3 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và 1214C.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho chúng ta tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 28
Bảng 2. 4: Thông số kỹ thuật các loại CPU
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ làm việc bộ nhớ nạp Bộ nhớ giữ lại 25KB 1MB 1KB 50 KB 2 MB 2 KB I/O tích hợp cục bộ Kiểu số Kiểu tương tự 6 ngõ vào 4 ngõ ra 2 ngõ ra 8 ngõ vào 6 ngõ ra 2 ngõ ra 14 ngõ vào 10 ngõ ra 2 ngõ ra
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q) Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte
Độ mở rộng các module tín hiệu Không 2 8 Bảng tín hiệu 1 Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái) Các bộ đếm tốc độ cao Đơn pha Vuông pha
3 3 tại 100 kHz 3 tại 80 kHz 4 3 tại 100 kHz 1 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz 6 3 tại 100 kHz 3 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 29
1 tại 20 kHz 3 tại 20 kHz
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ
đồng hồ thời gian Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
a. Module mở rộng PLC S7-1200
PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để mở rộng chức năng của CPU. Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy định của nhà sản xuất.
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 30
S7-1200 có các loại module mở rộng sau:
Module truyền thông (CM).
Bảng tín hiệu (SB).
Module tín hiệu (SM).
Các đặc tính của module mở rộng như sau:
Bảng 2. 5: Đặc tính của các module mở rộng
Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
Module tín hiệu(SM Kiểu số 8 x DC In 8 x DC Out 8 x Relay Out 8 x DC In/8 x DC Out 8 x DC In/8 x Relay Out 16 x DC In 16 x DC Out 16 x Relay Out 16 x DC In/16 x DC Out 16 x DC In/16 x Relay Out Kiểu tương tự 4 x Analog In 8 x Analog In 2 x Analog Out 4 x Analog Out 4 x Analog In/2 x Analog Out Bảng tín hiệu (SB)
Kiểu số - - 2 x DC In/2 x DC Out
Kiểu tương tự
- 1 x Analog Out -
Module truyền thông (CM)
RS485
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 31
Các bảng tín hiệu
Board tín hiệu một dạng module mở rộng tín hiệu vào/ra với số lượng tín hiệu ít, giúp tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng yêu cầu mở rộng số lượng tín hiệu ít. Gồm các board:
1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+- 10VDC, 0-20mA).
2 cổng tín hiệu vào + 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5A.
Hình 2. 20: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200
(1) Các LED trạng thái trên SB.
(2) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra.
Modules mở rộng tín hiệu vào/ra
Các module mở rộng tín hiệu vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU. Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog, giúp linh hoạt trong sử dụng S7-1200. Tính đa dạng của các module tín hiệu vào/ra sẽ được tiếp tục phát triển.
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 32
(1) Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu. (2) Bộ phận kết nối đường dẫn.
(3) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra.
b. Module truyền thông
Bên cạnh truyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 có thể mở rộng được 3 moulde truyền thông khác nhau, giúp cho việc kết nối được linh hoạt.
Hình 2. 22: Các module truyền thông
(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông. (2) Bộ phận kết nối truyền thông
c. Giao tiếp
S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point).
Giao tiếp PROFINET với:
Các thiết bị lập trình
Thiết bị HMI
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 33
Hỗ trợ các giao thức kết nối:
TCP/IP
SIO-on-TCP
Giao tiếp với S7
Hình 2. 23: Các kết nối của PLC S7-1200
d. Lập trình
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.
e. Ứng dụng
Ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng như:
Hệ thống băng tải
Điều khiển đèn chiếu sáng
Điều khiển bơm cao áp
Máy đóng gói
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 34
f. Bộ lập trình PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Giới thiệu: SIMATIC S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC 6ES7214-1AG40-0XB0
Hãng sản xuất: Siemens AG.
Xuất xứ: Đức.
Nguồn cấp: 20.4 ~ 28.8 VDC .
Dung lượng bộ nhớ trong: 100 KB.
Tích hợp thẻ nhớ 4MB.
Ngõ Vào và Ngõ Ra.
PLC nhận các ngõ vào và tác động đến ngõ ra để giám sát và điều khiển các quá trình. Các ngõ vào và ngõ ra có thể phân chia thành 2 loại tiêu biểu: logic và liên tục.
Ví dụ: xét 1 bóng đèn, nếu nó chỉ được tắt mở thì ta nói bóng đèn được điều khiển logic, nếu bóng đèn được chỉnh độ sáng tối khác nhau thì ta nói nó được điều khiển liên tục.
Các giá trị liên tục phụ thuộc nhiều vào trực giác, nên điều khiển logic vẫn được sử dụng nhiều hơn do nó cho kết quả xác định và dễ điều khiển hơn. Dĩ nhiên chọn loại nào thì còn tùy thuộc vào yêu cầu điều khiển.
Phần lớn PLC sử dụng các ngõ vào/ra logic cho các ứng dụng điều khiển.
Ngõ ra PLC được kết nối với các thiết bị chấp hành để điều khiển hệ thống, các thiết bị này bao gồm: solenoid valve, light, motor starter, motor motor.
Ngõ ra PLC thường sử dụng relay hoặc các transistor cho tải DC và Triac cho tải AC. Còn các ngõ ra liên tục cần có card chuyển đổi giữa tương tự và số.
Số ngõ vào CPU 1214C DC/DC/DC : 14 DI 24VDC.
Ngõ vào cấp dòng: Dòng điện đi từ trong plc ra ngoài đi qua thiết bị về 0V.
Do đó sẽ dùng cảm biến loại NPN cho ngõ vào, nếu dùng loại PNP thì phải đưa qua rơle trung gian.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH Trang 35
Số ngõ ra 10 DO transistor
Công suất: 12w.
Truyền thông máy tính cổng ethernet.
Truyền thông (communication): là quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể với nhau. Ví dụ, hai PLC trao đổi thông tin với nhau trong một mạng truyền thông công nghiệp.
Mạng (network): là một hệ thống bao gồm nhiều trạm (station) được nối với nhau để có thể trao đổi thông tin. Mỗi một mạng có thể bao gồm nhiều phân mạng (subnet).
Giao thức (protorcol): là các qui tắc, thủ tục qui định cho việc giao tiếp. Đối với việc truyền thông qua mạng, giao thức qui định cấu trúc của gói dữ liệu được trao đổi, phương thức hoạt động, thủ tục thiết lập truyền thông, bảo toàn dữ liệu và tốc độ truyền dữ liệu.
Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 70oC.
Trọng lượng: 415g.
Kích thước: 110 (w) x 75 (d) x 100 (h).
Sử dụng phần mềm lập trình simatic step 7 (Tia Portal) V13 SP1.