Chƣơng 2 : TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ HMI
2.2. Giới thiệu PLC Siemens s7-1200
2.2.1.2. Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU S7-1200
2.2.2.Cấu trúc
2.2.2.1.Cấu trúc phần cứng[1]
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau: Điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng.
2 mạch tƣơng tự và số mở rộng: Điều khiển module trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm.
13 module tín hiệu số và tƣơng tự khác nhau.
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.
Bổ sung 4 cổng Ethernet.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 13 Hình 2.5 Cấu trúc phần cứng của CPU S7-1200
Hình 2.6 Sơ đồ khối vào ra và đấu nối PLC S7-1200 1211C DC/DC/DC Ngõ vào dạng số: Gồm hai trạng thái là ON và OFF. Ngõ vào dạng số: Gồm hai trạng thái là ON và OFF.
Ngõ vào tƣơng tự: Tín hiệu vào là tín hiệu tƣơng tự; 4 – 20 mA hay 0 – 10 VDC. Ngõ ra số: Gồm 2 trạng thái ON và OFF.
Ngõ ra tƣơng tự : Tín hiệu ra là tín hiệu tƣơng tự; 4 – 20 mA hay 0 – 10 VDC.
Khối mở rộng: Bộ S7-1200 cung cấp tối đa 8 module tín hiệu đa dạng, tối đa 3 module truyền thơng và 1 mạch tín hiệu cho bộ vi xử lý. Nó có khả năng mở rộng, ngồi ra cịn có 3 module giao tiếp nhờ vào các giao tiếp truyền thông.
2.2.2.2.Cấu trúc bộ nhớ[1]
Phân chia bộ nhớ:
Vùng nhớ ngõ vào số I: ghi nhận giá trị vật lý ngõ vào có thể sử dụng dƣới dạng bit byte.
Vùng nhớ ra Q: xuất giá trị ra ngõ ra vật lý, có thể sử dụng dƣới dạng bit byte
Vùng nhớ đêm để xử lý chƣơng trình: ký hiệu là M, dùng để tính tốn lƣu dữ liệu trong q trình viết chƣơng trình, có thể sử dụng dƣới dạng bit, byte và word.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 14
AIW và AQW: vùng nhớ lƣu trữ giá trị analog ngõ vào và ra của PLC.
Vùng nhớ timer ký hiệu là T.
Vùng nhớ counter ký hiệu là C.
Vùng nhớ dữ liệu lƣu đƣợc giá trị khi bị mất điện: có tên gọi là Retentive có thể dùng cho vùng nhớ M ở dụng byte, word hoặc bit. Riêng đối với dạng bit phải cài đặt riêng
Chu kỳ quét trong suốt chế độ RUN
Đối với mỗi chu kỳ quét, CPU ghi các ngõ ra, đọc các ngõ vào, thực thi chuơng trình ngƣời dùng, cập nhật các module truyền thông, thực hiện các công việc nội dịch (housekeeping) và đáp ứng đến các sự kiện ngắt của ngƣời dùng và các yêu cầu truyền thông. Các yêu cầu truyền thông đƣợc xử lý một cách định kỳ xuyên suốt quá trình quét.
Các hoạt động này (ngoại trừ các sự kiện ngắt của ngƣời dùng) đƣợc thực hiện thƣờng xuyên và theo một trật tự tuần tự. Các sự kiện ngắt của ngƣời dùng đƣợc kích hoạt sẽ đƣợc phục vụ vói mức ƣu tiên theo trật tự mà chúng xuất hiện.
Hệ thống đảm bảo rằng chu kỳ quét sẽ đƣợc hoàn tất trong một chu kỳ thời gian đƣợc gọi là thời gian chu trình tối đa, nếu khơng một sự kiện lỗi thời gian sẽ đƣợc sinh ra.
Mỗi chu kỳ quét bắt đầu bằng việc tìm kiếm các giá trị hiện thời của các ngõ ra kiểu số hay kiểu tƣorng tự từ ảnh tiến trình và sau đó ghi chúng đến các ngõ ra vật lý của CPU, các module SB và SM đƣợc cấu hình cho việc cập nhật I/O tự động (cấu hình mặc định). Khi một ngõ ra vật lý đƣợc truy xuất bởi một lệnh, cả ảnh tiến trình ngõ ra và bản thân ngõ ra vật lý đều đƣợc cập nhật.
Chu kỳ quét tiếp tục bằng việc đọc các giá trị hiện thời của các ngõ vào kiểu số hay kiểu tƣorng tự từ CPU, các module SB, SM đƣợc cấu hình cho việc cập nhật I/O tự động (cấu hình mặc định), và sau đó ghi các giá trị này đến ảnh tiến trình. Khi một ngõ vào vật lý đƣợc truy xuất bởi một lệnh, giá trị của ngõ vào vật lý đƣợc truy xuất, nhƣng ảnh tiến trình ngõ vào khơng đƣợc cập nhật.
Sau khi đọc các ngõ vào, chƣơng trình ngƣời dùng đƣợc thực thi từ lệnh đầu tiên cho đến lệnh cuối cùng. Điều này bao gồm tất cả các OB chu kỳ chƣơng trình cộng với tất cả các FC và FB có liên quan của chúng. Các OB chu kỳ chƣơng tình đƣợc thực thi theo trật tự của số hiệu OB, trong đó số hiệu OB thấp nhất đƣợc thực thi trƣớc tiên.
Việc xử lý các truyền thông xuất hiện một cách định kỳ trong suốt q trình qt, có thể ngắt sự thực thi chƣơng trình ngƣời dùng.
Các kiểm tra tự chẩn đoán bao gồm cả các kiểm tra định kỳ của hệ thống và các kiểm tra trạng thái module I/O.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 15
Các ngắt có thể xuất hiện trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ quét, và đƣợc điều khiển theo sự kiện. Khi một sự kiện xuất hiện, CPU ngắt chu kỳ quét và gọi OB đã đƣợc cấu hình để thực thi sự kiện đó. Sau khi OB hồn thành việc thực thi sự kiện, CPU khôi phục lại sự thực thi của chƣơng trình ngƣời dùng tại điểm ngắt[1].
2.3.1.Định nghĩa[3]
Hình 2.7 Màn hình MHI
- HMI (Màn hình HMI) là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh “Human Machine Interface”, đƣợc dịch là “giao diện ngƣời & máy”. HMI là một giao diện (màn hình) có chức năng hiển thị và điều khiển nhằm mục đích giúp ngƣời vận hành có thể dễ dàng kiểm sốt các thiết thị và máy móc.
- HMI là một từ rất quen thuộc đối với những ngƣời hoạt động trong ngành kỹ thuật, đặc biệt là trong các lĩnh vực điều khiển tự động hóa thơng minh. Khi nhắc đến HMI thì chúng ta thƣờng nghĩ đến nó nhƣ là một loại màn hình hiển thị có khả năng giao tiếp với các bộ điều khiển. Thật vậy, đó là những loại HMI hiện nay (tức là các dòng HMI hiện đại), tuy nhiên trƣớc đó đã có tồn tại một loại HMI thô sơ hơn (tạm gọi là HMI truyền thống)
- HMI hiện đại: HMI hiện đại chia làm 2 loại chính: HMI trên nền PC và Windows/MAC: SCADA,Citect… và HMI trên nền nhúng: HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0. Ngồi ra cịn có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm, PoketPC.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 16 - HMI truyền thống: HMI truyền thống bao gồm các thiết bị nhập thông tin (công tắc chuyển mạch, nút bấm…) và các thiết bị xuất thông tin (đèn báo, còi, đồng hồ đo, các bộ tự ghi dùng giấy,..). Nhƣợc điểm của HMI truyền thống là: thông tin khơng đầy đủ và khơng chính xác, khả năng lƣu trữ thông tin hạn chế, độ tin cậy và ổn định thấp, đối với hệ thống lớn để phát triển thì rất phức tạp rất và rất khó mở rộng.
2.3.2.Ưu điểm[3]
Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thơng tin.
Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thơng tin cần thiết.
Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức
Khả năng lƣu trữ cao
2.3.3.Phân loại[3]
Theo kiểu màn hình: màn hình cảm ứng HMI và màn hình HMI khơng cảm ứng (TFT, LCD, Touch,...)
Theo kích thƣớc: 3.5 inch, 4 inch, 7 inch, 10 inch, 12 inch, 15 inch,... Theo dung lƣợng bộ nhớ: 288KB, 1M, 2M, 10M,...
Theo cổng truyền thông: USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus,...
Theo giao thức truyền thông: MODBUS, MQTT, Ethernet/IP, CANopen, SNMP, FTP, BACnet, M-Bus, VNC, GSM (SMS, GPRS), KNX,...
Theo tính năng nâng cao: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email&SMS, Remote,...
2.3.4.Cấu tạo[3]
Dựa theo các cách phân loại HMI phía trên, tựa chung chúng ta có thể thấy đƣợc HMI gồm 3 phần chính:
- Phần cứng: màn hình, chíp, nút nhấn, thẻ nhớ và các cổng kết nối.
- Phần mềm: viết chƣơng trình, cấu hình phần cứng, thiết lập truyền thơng và thiết kế giao diện HMI.
- Truyền thông: bao gồm các cổng kết nối, giao thức truyền thông nhƣ USB, RS232/422/485. Ethernet, CANbus, MODBUS, MQTT, EtherNet/IP, CANopen, SNMP,...và các tính năng nâng cao, mở rông.
2.3.5.Ứng dụng[3]
- HMI hiện đang là một sản phẩm khá phổ biến trên thị trƣờng cả trong và ngồi nƣớc, đặc biệt nó đƣợc ứng dụng rất phổ biến trong các ngành cơng nghiệp địi hỏi kỹ thuật hiện đại và tân tiến. Kèm theo đó, các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp trên thế giới cũng lần lƣợt đầu tƣ và sản xuất hàng loạt các loại HMI để
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 17 cung ứng ra thị trƣờng. Tại thị trƣờng Việt Nam thì có thể kể đến những hãng sản xuất HMI nhƣ: Siemen, Delta, Weintek, Mitsubishi,....Ứng dụng vào mỗi công việc cũng nhƣ hồn cảnh khác nhau mà ta có thể chọn ra các dịng HMI phù hợp nhất.
- Một số ứng dụng cơ bản của HMI:
Công nghiệp sản xuất, chế tạo máy, nâng cấp hệ thống và máy móc tự động. Sản xuất, nâng cấp các dây chuyền tự động hóa cơng nghiệp.
Tự động hóa tịa nhà, điều khiển, quản lý, giám sát,...
Công nghệ điều khiển bơm công nghiệp, xử lý nƣớc, nƣớc thải. Quản lý, giám sát năng lƣợng điện, dầu, khí, gas,...
Trƣờng đại học, trung tâm đào tạo, dạy nghề. Nhà thông minh (smart home).
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 18