Chƣơng 2 : TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ HMI
2.1. Tổng quan về PLC
2.1.2. Cấu trúc
Cấu trúc của một PLC có thể đƣợc mơ tả nhƣ hình vẽ sau:
Hình 2.2 Cấu trúc chính của bộ điều khiển lập trình PLC
Bộ điều khiển PLC đƣợc cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở ngõ vào của nó. Tín hiệu này đƣợc xử lý tiếp tục thơng qua chƣơng trình điều khiển đặt trong bộ nhớ chƣơng trình. Kết quả xử lý đƣợc đƣa ra ngõ ra để đến đối tƣợng điều khiển hay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu.
Bộ nhớ chƣơng trình:
Bộ nhớ chƣơng trình trong PLC là một bộ nhớ điện tử đặc biệt có thể đọc đƣợc. Nếu sử dụng bộ nhớ đọc-ghi đƣợc (RAM), thì nội dung của nó ln ln đƣợc thay đổi ví dụ nhƣ trong trƣờng hợp vận hành điều khiển. Trong trƣờng hợp điện áp nguồn bị mất thì nội dung trong RAM có thể vẫn đƣợc giữ lại nếu nhƣ có sử dụng Pin dự phịng.
Nếu chƣơng trình điều khiển làm việc ổn định, hợp lý, nó có thể đƣợc nạp vào một bộ nhớ cố định, ví dụ nhƣ EPROM, EEPROM. Nội dung chƣơng trình ở EPROM có thể bị xóa bằng tia cực tím.
Hệ điều hành:
Sau khi bật nguồn cung cấp cho bộ điều khiển, hệ điều hành của nó sẽ đặt các counter, timer, dữ liệu và bit nhớ với thuộc tính non-retentive (khơng đƣợc nhớ bởi Pin dự phịng) cũng nhƣ ACCU về 0.
Để xử lý chƣơng trình, hệ điều hành đọc từng dịng chƣơng trình từ đầu đến cuối. Tƣơng ứng hệ điều hành thực hiện chƣơng trình theo các câu lệnh.
Bit nhớ (Bit memoryt): Các bit memory là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi
nhớ trạng thái tín hiệu.
Bộ đệm (Proccess Image): Bộ đệm là một vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ các
Accumulator: là một bộ nhớ trung gian mà qua nó timer hay counter đƣợc nạp vào
hay thực hiện các phép toán số học.
Counter, Timer: Timer và counter cũng là các vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ các
giá trị đếm trong nó.
Hệ thống Bus: Bộ nhớ chƣơng trình, hệ điều hành và các module ngoại vi (các ngõ
vào và ngõ ra) đƣợc kết nối với PLC thông qua Bus nối. Một Bus bao gồm các dây dẫn mà các dữ liệu đƣợc trao đổi. Hệ điều hành tổ chức việc truyền dữ liệu trên các dây dẫn này[1].
2.1.3. Nguyên lý hoạt động
Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (sensor, contact, …) đƣợc đƣa vào CPU thông qua module đầu vào. Sau khi nhận đƣợc tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đƣa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị đƣợc điều khiển bên ngồi theo 1 chƣơng trình đã đƣợc lập trình sẵn.
Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chƣơng trình, truyền thơng nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra đƣợc gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét (Scan Cycle).
Thƣờng thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 1ms- 100ms). Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài ngắn của chƣơng trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi[1].
2.1.4. Phân loại PLC
2.1.4.1. Theo hình dạng
Có hai kiểu cơ cấu thơng dụng với các hệ thống PLC là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép.
Kiểu hộp đơn thƣờng đƣợc sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và đƣợc cung cấp dƣới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh.
Kiểu module ghép nối: gồm nhiều module riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng vào/ra… đƣợc lắp trên thanh ray. Kiểu này có thể sử dụng cho các thiết bị lập trình ở mọi kích cỡ.
2.1.4.2. Về số lượng các đầu vào ra
Căn cứ vào số lƣợng đầu vào/ ra ta có thể phân PLC thành bốn loại sau: Micro PLC là loại có dƣới 32 kênh vào/ra.
PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra.
PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra. PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra[1].
2.1.5. Ưu nhược điểm của PLC
2.1.5.1. Ưu điểm
Chức năng lập trình plc dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học. Dễ dàng thay đổi chƣơng trình theo ý muốn.
Thực hiện đƣợc các thuật tốn phức tạp và độ chính xác cao.
Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa, giảm đến 80% số lƣợng dây nối.
Cấu trúc của PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác.
Khả năng chống nhiễu tốt, hồn tồn làm việc tin cậy trong mơi trƣờng công nghiệp. Giao tiếp đƣợc với các thiết bị thông minh khác nhƣ: Máy tính, nối mạng truyền
thơng với các thiết bị khác.
2.1.5.2. Nhược điểm
Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình. Địi hỏi ngƣời sử dụng phải có trình độ chun mơn.
2.1.6. Ứng dụng của PLC
PLC đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành: Cơng nghiệp, điều khiển q trình, máy nông nghiệp, thiết bị y tế, thiết bị thu thập dữ liệu trong các hệ SCADA…
2.2.1. Giới thiệu chung
2.2.1.1. Tổng quan[1]
PLC S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn.
S7-1200 đƣợc thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Hình 2.3 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 – 1200