Đặc điểm CPU 1214C CPU 1215C
Bộ nhớ chương trình
Work 100KB 100KB
Load 4MB
Retentive 10KB
I/O tích hợp Analog 2AI 2AI/2AO
Digital 14DI/10DO
Process image Input 1024 Byte
Output 1024 Byte
Vùng nhớ M 8196 Byte
Module mở rộng 8
SB, BB, CB(*) 1
Module truyền thông CM 3
Bộ đếm tốc độ cao Tổng cộng Lên tới 6
1MHz - 100/180 KHz I0.0 – I0.5 30/120 KHz I0.6 – I1.5 Bộ phát xung PTO/PWM(2) Tổng cộng Lên tới 4 1MHz - 100KHz Q0.0 – Q0.3 20KHz Q0.4 – Q1.1 Thẻ nhớ Hỗ trợ
Lưu trữ thời gian thực: 20 ngày/nhỏ nhất 12 ngày tại 40oC
Tích hợp cổng Profinet 1
Tốc độ xử lý phép toán số thực 2.3 µs/lệnh Tốc độ xử lý phép tốn Boolean 0.08 µs/lệnh
Ghi chú:
(*) Signal board (SB), Battery board (B) và communication board (CB). Tốc độ xử lý thấp khi sử dụng chế độ lệch pha 90o.
Khi CPU với ngõ ra relay thì có thể mua SB gắn vào mở rộng để sử dụng chế độ phát xung.
Thiết kế và chế tạo mơ hình lưu xuất kho tự động sử dụng PLC S7-1200 và giám sát trên web server
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng cịn có thể lắp đặt thêm các module truyền thơng để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
2.1.2.Module phần cứng của PLC S7-1200
Để tìm hiểu kỹ hơn về PLC S7-1200 ta tìm hiểu chi tiết hơn về những module phần cứng mà PLC S7-1200 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.
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. Ngồi ra, module CPU có thể tích hợp một vài cổng vào/ra số, analog tùy thuộc vào mã hàng (order number).
CPU S7-1200 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.
Module tín hiệu SM
Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dịng 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. Module DI: module đọc tín hiệu digital.
Module DI/DO: module đọc/xuất tín hiệu digital. Module xử lý truyển thơng
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.
Module xử lý truyển 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
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.
Modbus Master: có thể giao thức với PLC S7 là master.
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.
Module hỗ trợ AS – I Master.
Module xử lý truyển thông CP 124x
Module xử lý truyền thông CP 123x hỗ trợ những chuẩn truyền thông về GPRS/GSM, Messages/Email, DNP3, SNMP, Teleservice.
Module CP 1242 – 7: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với GPRS/GSM.
Module CP 1243 – 1: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với Messages/ Email, DNP3, SNMP, Redundancy.
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 khơng cần cấu hình trong phần cứng.
Các module đặc biệt và board tín hiệu Module I/O link.
Module cân SIWAREX. Module CANopen.
Thiết kế và chế tạo mơ hình lưu xuất kho tự động sử dụng PLC S7-1200 và giám sát trên web server
Sing Board.
2.2. Giới thiệu phần mềm lập trình TIA Portal
2.2.1.Giới thiệu Simatic WinCC
WinCC là viết tắt của Windows Control Center được Siemens phát triển từ rất sớm và đưa ra thị trường từ nắm 1994 -1996. SIMATIC WinCC là phần mềm được sử dụng để thiết ké cho màn hình giao diện HMI cũng như hệ thống SCADA.
Hiện nay trên thị trường SIMATIC WinCC vẫn tiếp tục phát triển hai phiên bản là WinCC V7.x và WinCC của TIA Portal.
WinCC V7: phù hợp cho hệ thống lớn, yêu cầu dữ liệu nhiều, số lượng Server – Client cần nhiều, được phát triển thành một nhánh riêng phù hợp hệ thống DCS của Siemens với phần mềm PCS7.
WinCC của TIA Portal: với các phiên bản Basic, Comfort, Advanced để thiết kế cho các dòng màn hình SIMATIC HMI và phiên bản Professional để thiết kế cho hệ thống SCADA.
Phiên bản WinCC Basic và Comfort thiết kế cho các dịng màn hình Basic, Comfort, mobile.
Phiên bản WinCC Advanced thiết kế cho các dịng màn hình Thin client hoặc chạy runtime trên máy tính PC.
Phiên bản WinCC Professional thiết kế cho hệ thống Scada chạy trên nền tảng máy tính PC.
2.2.2.Kết nối qua giao thức TCP/IP
Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP. Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau.
2.2.3.Một số thao tác cơ bản làm quen với phần mềm
Cách tạo một project
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấn đúp vào biểu tượng TIA Portal V15.1. Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án mới thao tác đươc thực
Hình 2.3 Thao tác tạo dự án mới
Bước 3: Nhập tên dự án vào project name sau đó nhấn Create new project để tạo
ra một project mới (xem Hình 2.4).
Hình 2.4 Thao tác đặt tên chọn đường dẫn và tạo new project
Bước 4: Chọn Configure a device như Hình 2.5.
Thiết kế và chế tạo mơ hình lưu xuất kho tự động sử dụng PLC S7-1200 và giám sát trên web server
Bước 5: Chọn Add new device (xem Hình 2.6).
Hình 2.6 Thao tác chọn vào Add new device
Bước 6: Chọn loại CPU PLC cần dùng sau đó chọn Add như Hình 2.7.
Hình 2.7 Thao tác Chọn loại CPU PLC
Bước 8: Project mới hiện ra để làm việc như Hình 2.8
2.2.4.TAG của PLC / TAG local
- Tag của PLC
Phạm vi ứng dụng: giá trị Tag có thể được sử dụng được ở nhiều khối khối chức năng trong PLC.
Ứng dụng: binary I/O, Bits of memory. Định nghĩa vùng: Bảng tag của PLC.
Miêu tả: Tag PLC được thể hiện bằng dấu ngoặc kép. - Tag Local
Phạm vi ứng dụng: giá trị của Tag Local chỉ được sử dụng trong khối được khai báo, hoặc có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho nhiều mục đích khác nhau.
Ứng dụng: dữ liệu tạm thời, dữ liệu static của khối, tham số của khối. Định nghĩa vùng: khối giao diện.
Miêu tả: Tag được thể hiện bằng dấu # . Sử dụng Tag trong nhiều hoạt động.
Hình 2.9 Hình ảnh bảng Tag được sử dụng
Layout: bảng tag PLC (được thể hiện qua Hình 2.9) chứa định ý nghĩa của Tag đó và các hằng số có giá trị sẵn trong CPU. Một bảng tag của PLC sẽ được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project.
Column: giúp mơ tả đối tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống để điều khiển hoặc có thể kéo thả như một lệnh chương trình.
Name: chỉ được sử dụng, khai báo một lần trên CPU. Data type: kiểu dữ liệu được chỉ định cho các tag. Address: địa chỉ mà tag đó có.
Thiết kế và chế tạo mơ hình lưu xuất kho tự động sử dụng PLC S7-1200 và giám sát trên web server
Comment: mô tả của tag.
Nhóm tag: tạo các nhóm tag bằng cách chọn add new tag table thì hiện ra bảng như Hình 2.10.
Hình 2.10 Nhóm của bảng Tag Tìm và thay thế tag PLC (xem Hình 2.11). Tìm và thay thế tag PLC (xem Hình 2.11).
Hình 2.11 Chức năng tìm kiếm trong bảng Tag Ngồi ra cịn có một số chức năng như sau: Ngồi ra cịn có một số chức năng như sau:
Copy tag từ thư viện.
Đổi tên tag: bằng cách chọn Rename tag. Lỗi tag.
Giám sát tag của plc. Hiện/ẩn biểu tượng.
Đổi tên địa chỉ tag: bằng cách chọn Rewire tag.
2.2.5.Chức năng của WinCC Runtime Advanced
Phiên bản WinCC Advanced có các chức năng như phần mềm WinCC flexible 2008 SP5, hay các màn hình Comfort Panel. Hiện nay, WinCC Advanced được bổ sung thêm một số chức năng với các gói ứng dụng như:
OPC Server (với WinCC flexible 2008 SP3 là gói tùy chọn). Chức năng Sm@rtService và Sm@rtAccess.
Gói chức năng tùy chọn thêm dành cho phiên bản runtime: WinCC Recipes.
WinCC Logging. WinCC Audit. WinCC Sm@rtServer. WinAC MP. SIMATIC Logon. WinCC ControlDevelopment. Giới hạn của WinCC Advanced:
Tối đa 12288 tags đã bao gồm 8192 tag chạy runtime. Tối đa 6000 cảnh báo discrete alarm, 500 analog alarm. Tối đa 750 trang màn hình (screen hay picture window). Tối đa 1000 recipe, 2000 Recipe element.
Trong một số trường hợp cần sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu cần tốc độ xử lý nhanh hơn màn hình HMI, lưu trữ trên máy tính và hoạt động như một hệ thống SCADA thì có thể sử dụng bản WinCC Advanced chạy trên các máy tính cơng nghiệp giống như một giải pháp SCADA với các chức năng đã liệt kê trước đó.
2.2.6.Cấu hình và kết nối WinCC Runtime Advanced với PLC a.Thiết lập cấu hình a.Thiết lập cấu hình
Sau khi đã hồn thành các bước tạo New project thì ta tiếp tục làm theo các bước sau để thiết lập giao diện giám sát WinCC Runtime Advanced.
Bước 1: Chọn Configure a device, thao tác được thể hiện trong Hình 2.12.
Thiết kế và chế tạo mơ hình lưu xuất kho tự động sử dụng PLC S7-1200 và giám sát trên web server
Bước 2: Chọn Add new device (xem Hình 2.13).
Hình 2.13 Thao tác chọn vào Add new device
Bước 3: Chọn WinCC Runtime Advanced sau đó chọn Add như Hình 2.14.
Hình 2.14 Thao tác chọn WinCC Runtime Advanced Cửa sổ làm việc được hiện ra sau khi thiết lập cấu hình (xem Hình 2.15). Cửa sổ làm việc được hiện ra sau khi thiết lập cấu hình (xem Hình 2.15).
Hình 2.15 WinCC Runtime Advanced sau khi đã tạo
b.Kết nối với PLC
Device view -> Communication modules -> chọn card truyền thông giao tiếp Profinet/ Ethernet hay Profibus,…
Ở đây sử dụng sẵn cổng truyền thơng mạng Ethernet của máy tính thì có thể IE general.
Bước 1: Thêm module truyền thông cho WinCC Runtime Advanced được thực
hiện như Hình 2.16.
Hình 2.16 WinCC Runtime Advanced sau khi đã được thêm Module truyền
Bước 2: Thực hiện kết nối truyền thông giao tiếp giữa WinCC RT Advanced với
PLC: Device configurration -> Network view (Hình 2.17) -> Connections (Hình 2.18) -> HMI connection -> thực hiện thao tác giữ chuột kéo và nhả truyền thông gữa PLC và WinCC RT Advanced.
Hình 2.17 Kết nối Netwwork PLC với WinCC Runtime Advanced
Thiết kế và chế tạo mơ hình lưu xuất kho tự động sử dụng PLC S7-1200 và giám sát trên web server
2.3. Tổng quan về Web Server
2.3.1.Giới thiệu chung
Web Server hỗ trợ thao tác điều khiển và giám sát dữ liều qua các trình duyệt như google chrome, firefox, coccoc, opera là ứng dụng phổ biến có thể điều khiển và giám sát từ xa trên internet thơng qua máy tính, điện thoại, notepad.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, và sự ra đời của cơng nghệ 4.0 thì việc giám sát và điều khiển PLC thông qua internet là phổ biến và cần thiết, các thuật toán hỗ trợ kết nối web với PLC tạo điều kiện cho các hãng PLC phát triển các chức năng public dữ liệu lên mạng viễn thơng.
Web Server tích hợp ứng dụng nền Nodejs chạy trên máy tính Server, thơng qua địa chỉ IP public và cổng định sẵn thì người dùng có thể truy cập đến dữ liệu của PLC gửi lên Web Server theo thời gian thực.
Web Server có thể chuyển đổi thành ứng dụng di động cài đặt trên các hệ điều hành Android hoặc IOS, cho phép người dùng truy cập từ xa một cách linh hoạt và trực quan nhất.
2.3.2.Tổng quan quá trình thực hiện
Bước 1: Chuẩn bị các phần mềm cần thiết cho Web Server. Bước 2: Kết nối server với PLC.
Bước 3: Hiển thị dữ liệu từ Server lên trình duyệt (chrome, coccoc, firefox, IE) Bước 4: Ghi dữ liệu vào PLC từ trình duyệt.
Bước 5: Hồn thiện quy trình.
2.3.3.Phần mềm cần thiết
Những phần mềm hỗ trợ lập trình Web Server được thể hiện qua Bảng 2.1. Bảng 2.3 Phần mềm hỗ trợ lập trình Web Server
TT Phần mềm Chức năng
1 Phần mềm Web Server (Nodejs) Chạy runtime Web Server, phần mềm này cần cài đặt khi chạy runtime Web Server.
2 Phần mềm Visual Studio Code Hỗ trợ lập trình Web Server, giao diện trực quan, dễ dàng lập trình thiết kế Web Server.
3 Phần mềm Symboy Factory Hỗ trợ xuất các hình ảnh symbot như động cơ, bơm, van,… ra định dạng PNG để đưa vào thiết kế lập trình Web Server.
4 Phần mềm KEPSERVEREX (Kepware)
Là phần mềm trung gian OPC hỗ trợ kết nối Web Server (Nodejs) với các dòng PLC.
5 Phần mềm MySQL Hỗ trợ quản lý cơ sở dữ liệu đối với các hệ thống cấp cao có chức năng quản lý cơ sở dữ liệu.
Thiết kế và chế tạo mơ hình lưu xuất kho tự động sử dụng PLC S7-1200 và giám sát trên web server
CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG
3.1. Lựa chọn các thiết bị trong hệ thống
3.1.1.PLC S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC
Hình 3.1 PLC S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC
Trong đồ án tốt nghiệp, nhóm dùng PLC S7-1200 CPU1212C DC/DC/DC mã
6ES7 212-1AE40-0XB0 version 4.0 như Hình 3.1.
Nguồn cấp cho PLC 24VDC, đầu vào, đầu ra dạng Transistor sử dụng điện áp 1 chiều 24VDC.
PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC mã 6ES7 212-1AE40-0XB0 có: 8 đầu vào DI.
6 đầu ra DQ. 3 kênh phát xung.
Kích thước (W x H x D): 90 x 100 x 75. Khối lượng: 425g.
Phù hợp với đồ án điều khiển động cơ bước 3 trục, đầu vào là Start, Stop, Reset Emergency.
Tính năng:
Bộ điều khiển có kích thước nhỏ gọn có dải hiệu suất từ thấp đến trung bình. Tiết kiệm khơng gian, quy mơ lớn.
Thích hợp cho các ứng dụng như hệ thống kho hàng, băng tải.
Bộ điều khiển tích hợp giao diện điều khiển PROFINET IO để truyền thông giữa bộ điều khiển SIMATIC, HMI, thiết bị lập trình, hoặc các thành phần tự động khác.
Trong thời gian chạy từ khi sử dụng chương trình plc có chức năng ghi dữ liệu để lưu trữ dữ liệu.
Công suất lớn, các chức năng tích hợp cơng nghệ đếm, đo lường, điều khiển vịng kín, điều khiển chuyển động.