5.1.1. PLC S7-1200
a) Giới thiệu
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
ĐA Hệ thống Cơ điện tử GVHD: TS. Võ Như Thành
Hình 5.1: PLC S7-1200 (nguồn: Internet)
- Năm 2009, Siemens ra dòò̀ng 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 dòò̀ng 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” 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, có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
- 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.
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
- Dòò̀ng sản phẩm PLC S7-1200 có nhiều CPU khác nhau như: CPU 1211, CPU 1212, CPU 1214, CPU 1215…trong mỗi dòò̀ng CPU đều được phân biệt bởi ký hiệu như AC/DC/Ply, DC/DC/DC…tương ứng với Nguồn cấp cho CPU, Dạng cổng ngõ vào, dạng cổng ngõ ra. Mỗi CPU có bộ nhớ làm việc, chu kỳ lệnh, cổng truyền thông giao tiếp, khối tổ chức chương trình OB, chức năng khác nhau…Tùy vào ứng dụng và hệ thống mà ta sẽ lựa chọn dòò̀ng CPU phù hợp để đáp ứng về tốc độ xử lý, cũng như về giá thành của CPU.
Bảng 5.1: Các loại CPU
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
ĐA Hệ thống Cơ điện tử GVHD: TS. Võ Như Thành
Với PLC S7-1200 thì các CPU khác nhau về ký hiệu ngay sau tên CPU. Ví dụ CPU 1214C DC/DC/DC: Với nguồn điện áp 24VDC/ ngõ vào kích hoạt ở cấp điện áp 24VDC/ Ngõ ra Transistor. Ưu điểm của loại ngõ ra Transistor dùng để điều biến độ rộng xung, xuất xung tốc độ cao…Nhược điểm là chỉ có thể sử dụng với 1 cấp điện áp là 24VDC và phải thông qua 1 Relay đệm 24VDC để sửng dụng với các cấp điện áp khác nhau. Với ngõ ra Relay có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau, tuy nhiên do tác động chậm nên không dùng cho điều biến độ rộng xung hoặc phát xung tốc độ cao.
b) Các Module mở rộng của PLC S7-1200
Thông thường để tăng tính năng linh động trong ứng dụng thực tế những bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tùy thuộc vào từng bài
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
toán, nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có Module chính là module CPU. Các module còò̀n lại là các module nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ…được gọi là các module mở rộng.
Bảng 5.2: Module Digital S7-1200
Bảng 5.3: Module giao tiếp S7-1200
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
ĐA Hệ thống Cơ điện tử GVHD: TS. Võ Như Thành
Bảng 5.4: Module Analog S7-1200
c)Các tập lệnh cơ bản trong PLC S7- 1200 Các tiếp điểm ladder (LAD)
Hình 5.2: Tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng (nguồn: Internet)
Bảng 5.5: Tiếp điểm đầu vào
- Tiếp điểm thường hở NO (Normally Open) được đóng lại (ON) khi giá trị bit được gán bằng 1.
- Tiếp điểm thường đóng NC (Normally Closed) được đóng lại (ON) khi giá trị bit được gán bằng 0.
- Các tiếp điểm được nối nối tiếp sẽ tạo ra mạch logic AND. - Các tiếp điểm được nối song song sẽ tạo ra mạch logic OR.
Cuộn dây ngõ ra (LAD)
Hình 5.3: Cuộn dây ngõ ra và ngõ ra đảo (nguồn: Internet)
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
- Nếu có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra, bit ngõ ra được đặt
lên 1.
- Nếu không có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra, bit ngõ ra được đặt về 0.
- Nếu có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra đảo, bit ngõ ra được đặt về 0.
- Nếu không có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra đảo, bit ngõ ra được đặt lên 1.
S và R: Set và Reset 1 bit
- Khi lệnh S (Set) được kích hoạt, giá trị dữ liệu ở địa chỉ OUT được đặt
lên 1.
- Khi lệnh S không được kích hoạt, ngõ ra OUT không bị thay đổi. - Khi lệnh R (Reset) được kích hoạt, giá trị dữ liệu ở địa chỉ OUT được đặt
về 0.
- Khi lệnh R không được kích hoạt, ngõ ra OUT không bị thay đổi. - Những lệnh này có thể được đặt tại bất cứ vị trí nào trong mạch.
Hình 5.4: Các lệnh Set, Reset (nguồn: Internet)
Bảng 5.7: Lệnh Set và Reset
Thông số
IN OUT
Võ Chí Khải
RS và SR: các mạch chốt của bit set trội và reset trội
Hình 5.5: Lệnh Reset và Set ưu tiên (nguồn: Internet)
- RS là một mạch chốt set trội mà set chiếm ưu thế. Nếu tín hiệu set (S1) và reset
- (R) đều là đúng, địa chỉ ngõ ra OUT sẽ bằng 1.
- SR là một mạch chốt reset trội mà reset chiếm ưu thế. Nếu tín hiệu set
(S) và
- reset (R1) đều là đúng thì địa chỉ ngõ ra OUT sẽ là 0.
- Thông số OUT định rõ địa chỉ bit được set hay reset. Ngõ ra OUT tùy chọn (Q) phản ánh trạng thái tín hiệu của địa chỉ OUT.
Bảng 5.8: Lệnh Set và Reset ưu tiên Thông số S, S1 R, R1 OUT Q Các bộ định thời (Timer).
Ta sử dụng các lệnh định thời để tạo ra các trì hoãn thời gian được lập trình. - TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước.
- TON: ngõ ra của bộ định thì ON – delay Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước.
- TOF: ngõ ra Q của bộ định thì OFF – delay được đặt lại về OFF sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước.
- TONR: ngõ ra bộ định thì có khả năng nhớ ON – delay được đặt lên ON sau một trì hoãn thời gian đặt trước. Thời gian trôi qua được tích lũy qua
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
nhiều giai đoạn định thì cho đến khi ngõ vào R được sử dụng để đặt lại thời gian trôi qua.
- RT: đặt lại một bộ định thì bằng cách xóa dữ liệu thời gian được lưu trữ trong khối dữ liệu tức thời của bộ định thì xác định.
Bộ định thì
TP
Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành. Thay đổi IN sang “FALSE”, trong khi bộ định thì vận hành, sẽ đặt lại TON
Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành. Thay đổi IN sang “TRUE”, trong khi bộ định thì vận hành, sẽ đặt lại TOF
Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành, nhưng có ảnh hưởng khi định thì khôi phục lại.
TONR
Thay đổi IN sang “FALSE”, trong khi bộ định thì vận hành, sẽ dừng bộ định thì nhưng không đặt lại bộ định thì. Thay đổi IN trở lại sang “TRUE” sẽ làm bộ định thì bắt đầu tính toán thời gian từ giá trị thời gian được tích lũy.
Các giá trị TIME.
Các giá trị PT (preset time – thời gian đặt trước) và ET (elapsed time – thời gian đã trôi qua) được lưu trữ trong bộ nhớ như các số nguyên double có dấu, tượng trưng cho những mili giây thời gian. Dữ liệu TIME sử dụng bộ định danh T# và có thể được nhập vào như một đơn vị thời gian thuần túy “T#200ms” hay như các đơn vị thời
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Kiểu dữ liệu
TIME
Hình 5.6: Giản đồ TP (nguồn: Internet)
Hình 5.7: Giản đồ TON (nguồn: Internet)
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
ĐA Hệ thống Cơ điện tử GVHD: TS. Võ Như Thành
Hình 5.8: Giản đồ TOFF (nguồn: Internet)
Hình 5.9: Giản đồ TONR (nguồn: Internet)
Các bộ đếm.
Ta sử dụng các lệnh bộ đếm để đếm các sự kiện chương trình bên trong và các sự kiện xử lý bên ngoài:
- CTU: bộ đếm đếm lên. - CTD: bộ đếm đếm xuống
- CTUD: bộ đếm đếm lên và xuống.
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
L ự a chọn kiểu dữ liệu giá trị đếm từ danh
sách thả xuống dưới tên hộp.
Ta tạo ra một “Counter name” riêng chỉ định Data Block bộ đếm và miêu tả mục đích của bộ đếm này trong chu trình.
Bảng 5.10: Thông số CU, CD, CTUD Thông số CU, CD R (CTU, CTUD) LOAD (CTD, CTUD) PV Q, QU QD CV
CTU: CTU đếm lên 1 đơn vị khi giá trị của thông số CU thay đổi từ 0 lên 1. Nếu giá trị của thông số CV (Current count value – giá trị đếm hiện thời) lớn hơn hoặc bằng giá trị thông số PV (Preset count value – giá
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
ĐA Hệ thống Cơ điện tử GVHD: TS. Võ Như Thành
trị đếm đặt trước) thì thông số ngõ ra của bộ đếm Q = 1. Nếu giá trị của thông số đặt lại R thay đổi từ 0 lên 1, giá trị đếm hiện thời được xóa về 0. Hình dưới đây thể hiện một giản đồ định thì CTU với một giá trị đếm là số nguyên không dấu (với PV = 3).
Hình 5.10: Giản đồ CU (nguồn: Internet)
CTD: CTD đếm xuống 1 đơn vị khi giá trị của thông số CD thay đổi từ 0 lên 1. Nếu giá trị của thông số CV (Current count value – giá trị đếm hiện thời) nhỏ hơn hoặc bằng 0 thì thông số ngõ ra của bộ đếm Q =
1. Nếu giá trị của thông số LOAD thay đổi từ 0 lên 1, giá trị tại thông số PV (Preset count value – giá trị đặt trước) được nạp đến bộ đếm như một giá trị CV mới. Hình dưới đây thể hiện một giản đồ định thì CTD với một giá trị đếm là số nguyên không dấu (với PV = 3).
Hình 5.11: Giản đồ CTD (nguồn: Internet)
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
CTUD: CTUD đếm lên hay xuống 1 đơn vị theo sự quá độ từ 0 lên 1 của ngõ vào đếm lên (Count up – CU) hay đếm xuống (Count down – CD). Nếu giá trị của thông số CV (giá trị đếm hiện thời) lớn hơn hoặc bằng giá trị thông số PV (giá trị đếm đặt trước) thì thông số ngõ ra của bộ đếm QU = 1. Nếu giá trị của thông số CV nhỏ hơn hay bằng 0, thông số ngõ ra của bộ đếm QD = 1. Nếu giá trị của thông số LOAD thay đổi từ 0 lên 1, giá trị tại thông số PV được nạp đến bộ đếm như một giá trị CV mới. Nếu giá trị của thông số đặt lại R thay đổi từ 0 lên 1, giá trị đếm hiện thời sẽ được xóa về 0. Hình dưới đây cho thấy một biểu đồ đếm thời gian CTUD với một giá trị đếm số nguyên không dấu (với PV = 4).
Hình 5.12: Giản đồ CTUD (nguồn: Internet)
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
5.1.2. Phần mềm Tia Portal
- TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.
- TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất. Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống.
- TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành.
- TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác: Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng. Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
Tích hợp mô phỏng hệ thống.
Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14, TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng.
Thành
5.2. Lưu đồ thuật toán
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Thành
Hình 5.13: Lưu đồ chương trình chính
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Thành
Hình 5.14: Lưu đồ chương trình trộn sơn
5.3. Giao diện SCADA
Hình 5.15: Giao diện SCADA cho hệ thống trộn sơn
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Thành
CHƯƠNG 6: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ
6.1. Sơ đồ nối dây PLC
Hình 6.1: Sơ đồ đấu dây
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Thành
6.2. Hình ảnh mô hình
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Thành
Hình 6.2: Bảng mạch
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Thành
Hình 6.3: Mô hình thực tế
SV: Lê Ngọc Hùng 46
Võ Chí Khải
Thành
Hình 6.4: Sản phẩm
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải
Thành
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình “Điều khiển logic” – Th.S Khương Công Minh, Đại học Đà Nẵng – Trường ĐH Bách Khoa.
2. Giáo trình PLC – TS. Ngô Thanh Nghị - Trường ĐH Bách Khoa 3.https://grabcad.com/library
4. https://new.siemens.com
SV: Lê Ngọc Hùng Võ Chí Khải