Các băng tải outfeed nhận được chai từ máy và chuyển chúng vào các thùng chứa. Các băng tải outfeed được gắn các thiết bị điều chỉnh chiều cao. Các chai được định hướng và đưa đi bằng cổ chai. Khi chiều cao của các thùng chứa và các băng tải outfeed chênh lệch nhau ta có thể điều chỉnh chiều cao của băng tải để khoảng cách được cân bằng.
Trong trường hợp tắc nghẽn chai trên băng tải, các chai vẫn đang trong quá trình thoát khỏi băng tải qua máng xả vào thùng chứa do khách hàng cung cấp. Cảm biến báo cáo
quá trình thay thế của các chai trên máng xả. Máy sau đó dừng lại. Sau khi chai còn lại trên băng tải outfeed đã được xóa, máy sẽ tự động tiếp tục sản xuất.
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 38
CHƯƠNG 4. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 4.1. Giới thiệu về PLC S7-1200
4.1.1. Khái niệm chung về PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội
S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
• Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.
• Tính năng “know-how protection” và “copy protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232. Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step 7 Basic. Step 7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.
Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Hình 4. 1. Sơ khối kết nối CPU
4.1.2. Cấu hình và điều hành SIMATIC S7-1200
• Signal boards
1. Signal board
2. Kết nối hệ thống dây dẫn
• Signal modules
1. Trạng thái đèn LED của module I/O 2. Bus kết nối
3. Kết nối hệ thống dậy nối
• Module truyền thông
1. Tráng thái đèn LED cho các module giao tiếp
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 40
4.1.3. Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng
Hiện nay, PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác nhau như: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C và đồng thời người dùng có nhiều sự lựa chọn với các nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/ra relay/DC … Tuy nhiên, tùy ứng dụng và chương trình mà người dùng lựa chọn CPU cho phù hợp với cấu hình hệ thống và giá thành để làm cho hệ thống hoạt động tốt nhưng kinh tế nhất.
Ghi chú:
• (*) Signal board (SB), Battery board (B) và communication board (CB).
• Tốc độ xử lý HSC thấp khi sử dụng chế độ lệch pha 900
• Khi CPU với ngõ ra relay thì có thể mua SB gắn vào mở rộng để sử dụng chế độ phát xung. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 42
4.2. Nguyên lý làm việc của PLC
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệ thống số nhị phân, do đó tốc độ quét vòng chương trình có thể đạt đến vài phần ngàn giây, các Software dùng để lập trình PLC tích hợp cả phần biên dịch. Các dòng lệnh khi lập trình chúng ta đưa từ chương trình vào thì trình biên dịch sẽ chuyển đổi sang mã máy và ghi từng bit “0” hay bit “1” lên đúng vào vị trí có địa chỉ đã được quy ước trước trong PLC lên PC được thực thi xảy ra ngược lại và trình biên dịch đã làm xong nhiệm vụ của mình trước khi trả chương trình lên Monitor..
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
✓ Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
✓ Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
✓ Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về địnhthời, đồng hồ của hệ thống.
4.2.1. Vòng quét của chương trình
PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle). Mỗi vòng quét được bắt đàu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU. Mỗi vòng quét có thể mô tả như sau:
Chú ý: Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy
nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm. Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 44 được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông. Trong vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ khối OB40, OB80... Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi vòng quét chứ không phải bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn một tín hiệu báo ngẵt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nênviết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ nhớ đệm của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đêm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số modul CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện với cổng vào/ra.
4.2.3. Sự thực thi chương trình của người dùng
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các
trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell…
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục "lặp" trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
4.3. Module phần cứng của PLC S7-1200
Để tìm hiểu kỹ hơn về PLC S7-1200 chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết hơn về những module phần cứng mà PLC S7-120 hỗ trợ đến người dùng. Để từ đó, người dùng có những lựa chọn về sản phẩm phù hợp với ứng dụng theo yêu cầu khách hàng.
4.3.1. Module xử lý trung tâm CPU
Module xử lý trung tâm CPU chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thì, bộ đếm, cổng truyền thông Profinet … module lưu trữ chương trình người dùng trong bộ nhớ của nó. Ngoài ra, module CPU có thể tích hợp một vài cổng vào/ra số, analog tùy thuộc vào mã hang (order number). CPU S7-120 hỗ trợ các protocol như TCP/IP, ISO-on-TCP, S7 communication. Đồng thời, CPU tích hợp những tập lệnh hỗ trợ cho truyền thông như: USS, Modbus RTU, S7 communication „T-Send/T-Receive‟ hay Freeport … Cổng Profinet tích hợp cho phép CPU có thể kết nối với HMI, máy tính lập trình, hay những PLC S7 thồng qua Profinet.
4.3.2. Module tín hiệu S/M
Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dòng 4 † 20 mA (theo cách đấu 2 dây và 4 dây), đọc tín hiệu điện áp 0 † 10 VDC, đọc tín hiệu RTD, TC … Module AI/AO: module đọc/xuất analog Module AO: module xuất tín hiệu analog
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 46 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.3.3. Module xử lý truyền thông
Module truyền thông được gắn bên trái CPU và được ký hiệu là CM 1241 CP 124x. Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông.
4.3.3.1. Module xử lý truyền thông CM 1241
Module truyền thông CM 1241 hỗ trợ các protocol theo các tiêu chuẩn như:
✓ Truyền thông ASCII: được xử dụng để giao tiếp với những hệ thống của bên thứ 3 (third – party systems) để truyền những giao thức protocol đơn giản như kiểm tra các ký tự đầu và cuối hoặc kiểm tra các thông số của khối dữ liệu.
✓ Truyền thông Modbus: được sử dụng truyền thông theo tiêu chuẩn Modbus RTU.
o Modbus Master: có thể giao thức với PLC S7 là master.
o Modbus Slave: có thể giao thức với PLC S7 là slave, không cho phép trao đổi dữ liệu giữa slave với slave trong truyền thông.
✓ Truyền thông USS Driver: lệnh cho phép kết nối USS với Driver. Các Driver. Các Driver có thể trao đổi dữ liệu theo chuẩn RS485, trong truyền thông cho phép điều khiển Driver cũng như đọc và ghi các thông số cần thiết.
✓ Truyền thông Point – to – point: kết nối nối đa điểm được sử dụng theo truyền thông trao đổi dữ liệu nối tiếp. Truyền thông đa điểm được ứng dụng trong hệ thống tự động hóa Simatic S7 và những hệ thống tự động hóa khác để liên kết với máy in, điều khiển robot, máy scan, đọc mã vạch …
✓ Truyền thông Profibus: được sử dụng với tiêu chuẩn profibus DP hỗ trợ DPV1, có thể sử dụng làm master hoặc slave tùy thuộc vào ứng dụng mà module sử dụng.
4.3.3.2. Module xử lý truyền thông CP 124x
✓ Module xử lý truyền thông CP 123x hỗ trợ những chuẩn truyền thông về GPRS/GSM, Messages/Email, DNP3, SNMP, Teleservice …
o Module CP 1242 – 7: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với GPRS/GSM.
o Module CP 1243 – 1: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với Messages/ Email, DNP3, SNMP, Redundancy …
4.3.4. Module nguồn cung cấp Power Module
Module nguồn Power module cung cấp nguồn hoạt động cho các module phần cứng kết nối với CPU. Tên viết tắt của module nguồn S7 – 1200 là PM 1207. Module nguồn PM 1207 yêu cầu áp cung cấp đầu vào là 120/230 VAC và ngõ ra là 24 VDC / 2,5 A được thiết lập riêng dành cho S7 – 1200 và không cần cấu hình trong phần cứng.
4.3.5. Các module đặc biệt và board tín hiệu 4.3.5.1. Module I/O Link 4.3.5.1. Module I/O Link
Module được sử dụng có thể kết nối lên tới 4 thiết bị I/O – kink phù hợp với đặc tính kỹ thuật I/O – link V1.1. Các thông số của I/O – link có thể cấu hình phần mềm Port Configuration Tool (PCT) V3.2 hoặc phiên bản cao hơn.
4.3.5.2. Module cân Siwarex
Module cân Siwares WP231 là module cân đa năng cho tất cả các ứng dụng cân đơn giản, phức tạp hay ứng dụng trong đo lực … Module nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt với PLC S7 – 1200 và có thể hoạt động độc lập mà không cần PLC S7 – 1200.
Module cân Siwares WP1 có thể kết nối trực tiếp với PLC S7 thông qua Ethernet (Modbus TCP/IP ) và RS485 ( Modbus RTU ). Đồng thời, module có thể hoạt động với những PLC hoặc thiết bị của các hãng tự động hóa khác.
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 48
4.3.5.3. Module CANopen
Để mở rộng tính năng kết nối, giao tiếp truyền thông với các thiết bị của nhiều hãng, Siemens phát triển module CM CANopen cho PLC S7 – 1200, cho phép cấu hình với cả hai chế độ Master và slave.
4.3.5.4. Sing Board
Sing Board được cắm phía trên than CPU để có thể mở rộng them DI/DO, AI/AO, Pin backup ( Battery board ) dữ liệu về thời gian thực, mở rộng truyền thông với RS485 ( Communications boards ).
4.4. Vùng nhớ, kiểu dữ liệu và địa chỉ trong PLC S7-1200 4.4.1. Vùng nhớ chương trình PLC S7-1200 4.4.1. Vùng nhớ chương trình PLC S7-1200
CPU hỗ trợ những vùng nhớ để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình hệ thống như sau:
✓ Load memory: Không mất đi ( non – volatile ) và được sử dụng để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình PLC. Khi một project được (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});