Ứng dụng: PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác
nhau, nhất là trong các ngành công nghiệp như:
- Điều khiển các quy trình sản xuất: Bia, xi măng, giấy, sữa, … - Các dây chuyền: đóng gói bao bì, đóng thùng, lắp ráp sản phẩm… - Điều khiển robot
- Hệ thống cảnh báo, báo động…
- Kiểm tra, kiếm sốt q trình sản xuất… - Điều khiển hệ thống nâng hạ, thang máy… - Thiết bị sấy, khai thác
- Hệ thống giữ xe, rửa xe tự động [12]
Tổng quan 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 như sau:
- S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt 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 hồn 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. Ngồi ra 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 Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Hình 2.21 Tổng quan về PLC S7-1200 Chú thích: Chú thích:
1: Bộ phận kết nối nguồn.
2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che).
2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên. 3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU). Các module trong hệ S7-1200
Các module CPU PLC S7-1200: Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật các module CPU PLC S7 1200
SIMATIC S7-1200 Product Description
CPU
CPU 1211C
1211 C AC/DC/Rly
Compact CPU 1211C, 25kb integral PROGRAM/DATA MEMORY, 1MB loading memory execution times for boolean operation: 0.1µs; intergral I/Os: 6 digital input; 4 digital output, 2 analog inputs; expandable with up to 3 communication modules and 1 signal board; digital inputs as HSC with 100kHz, 24DC digtial outputs can be used as PTO or PWM with 100kHz
1211 C DC/DC/DC 1211 C DC/DC/Rly CPU 1212C 1212 C AC/DC/Rly
Compact CPU 1212c, 25kb integral PrROGRAM/DATA MEMORY, 1MB loading memory; execution times for booleam operations: 0.1µs; intergral I/Os: 8 digital input; 6 digital output, 2 analog inputs; expandable with up to 3 communication modules, 2 signal modules and 1 signal board; digital inputs can be used as HSC with 100kHz, 24DC digtial outputs as PTO or PWM with 100kHz 1212 C AC/DC/Rly 1212 C DC/DC/DC CPU 1214C 1214 C AC/DC/Rly
Compact CPU 1214c, 50kb integral PROGRAM/DATA MEMORY, 2MB loading memory; execution times for booleam operations: 1214 C
Các module mở rộng: 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 thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Bảng 2.2 Bảng các module hỗ trợ PLC S7-1200
Module Ngõ vào Ngõ ra Kết hợp I/O
Module tín hiệu (SM) Kiểu số 8 x DC In 8 x DC Out 8 x Relay Out 8 x DC In / 8 x DC Out 8 x DC In / 8 x Relay Out 16 x DC In 16 x DC Out 16 x Relay Out 16 x DC In / 16 x DC Out 16 x DC In / 16 x Relay Out Kiểu tương tự 4 x Analog In 8 x Analog In 2 x Analog In 4 x Analog In 4 x Analog In / 2 x Analog Out Bảng tín hiệu (SB) Kiểu số – – 2 x DC In / 2 x DC Out
Kiểu tương tự – 1 x Analog In –
Module truyền thông (CM)
RS485
RS232
DC/DC/DC 0.1µs; intergral I/Os: 14 digital input; 10 digital output, 2 analog inputs; expandable with up to 3 communication modules, 8 signal modules and 1 signal board; digital inputs can be used as HSC with 100kHz, 24DC digtial outputs as PTO or PWM with 100kHz 1214 C DC/DC/Rly CPU 1215C 1215 C DC/DC/DC
SIMATIC S7-1200, CPU 1215C, compact CPU, AC/DC/RELAY, 2 profitnet port, I/O: 14 DI 24V DC; 10 DO RELAY 2A, 2 AI 0-10V DC, 2 AO 0- 20MA DC, Power suppy: AC 85 – 264 V AC AT 47 – 63 HZ, Program/Data Memory: 100 KB
1215 C AC/DC/Rly
1215 C DC/DC/Rly
Các bảng tín hiệu:
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía trước của CPU.
- SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC). - SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự.
Bảng 2.3 Bảng tín hiệu sử dụng cho PLC S7-1200
Signal Boards
SB 1223 DC/DC 2 x 24VDC inputs 2 x 24VDC outputs
2 inputs, DC 24v, IEC type 1, current sinking; 2 transistor output DC 24V, 0.5A, 5W; can be used as additional HSC with up to 30kHz SB 1232 AQ 1 analog outputs 1 analog output, ± 10v with 12 bits or 0 to 20 mA with 11 bits Hình 2.22 Bảng tín hiệu SB 1. Các led trạng thái trên SB.
2. Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra.
Các module tín hiệu:
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
Bảng 2.4 Bảng các module tín hiệu sử dụng cho S7-1200
Signal Module Digital SM 1222 8 x relay outputs 8 relay outputs DC 5 to 30V, 30W AC 5 to 250V, 2A, 200W
SM 1222 8 x 24VDC outputs 8 transistor outputs, DC 24V, 0.5A, 5W
SM 1223 8 x 24VDC inputs 8 x relay outputs
8 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 8 relay outputs DC 5 to 30V / AC 5 to 250V, 2A, 30W DC / 200W AC
SM 1223 8 x 24 VDC inputs 8 x 24VDC outputs
8 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 8 transistor outputs. DC 24V 0.5A, 5W
SM 1221 8 X 24VDC inputs 8 inputs. DC 24V. IEC type 1, current sinking
SM 1222 16 x relay outputs
16 relay outputs DC 5 to 30V, 30W
AC 5 to 250V, 2A, 200W
SM 1222 16 x 24VDC outputs 16 transistor outputs, DC 24V, 0.5A, 5W
SM 1223 16 X 24VDC inputs 16x relay output
16 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 16 relay outputs DC 5 to 30V / AC 5 to 250V, 2A, 30W DC / 200W AC
SM 1223 16 x 24VDC inputs 16 x 24VDC outputs
16 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 16 transistor outputs. DC 24V 0.5A, 5W
SM 1221 16 X 24VDC inputs 16 inputs. DC 24V. IEC type 1, current sinking Signal Modules Analog SM 1234 4 x analog inputs 2 x analog outputs 4 analog inputs, ±10v, ±5V, ±2,5V, or 0 to 20 mA, 12 bits + sign;
2 analog output, ± 10V, 14 bits or 0 to 20 mA, 13 bits
SM 1231 4 x analog inputs 4 analog inputs ± 10V, ±5V, ±2,5V or 0 to 20 mA 12 bits + sign
SM 1232 2 x analog outputs 2 analog output, ±10V, 14 bits or 0 to 20 mA, 13 bits
Hình 2.23 Module tín hiệu 1. Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu. 1. Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu. 2. Bộ phận kết nối đường dẫn.
3. Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
Các module truyền thơng:
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thơng (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thơng: RS232 và RS485.
- CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
- Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác).
Bảng 2.5 Bảng các module truyền thông sử dụng cho S7-1200
Communication Module CM 1241 RS 485 RS 485 point-to-point communication module CM 1241 RS 232 RS 232 point-to-point communication module
1. Các LED trạng thái dành cho module truyền thông. 2. Bộ phận kết nối truyền thông.
6
CPU cung cấp một số các tùy chọn dành cho việc lưu trữ dữ liệu trong suốt sự thực thi chương trình người dùng:
- Global memory (bộ nhớ toàn cục): CPU cung cấp nhiều vùng nhớ chun mơn hóa, bao gồm các ngõ vào (I), các ngõ ra (Q) và bộ nhớ BIT(M). Bộ nhớ này là có thể truy xuất bởi tất cả các khối mã mà khơng có sự hạn chế nào.
- Data block (DB – khối dữ liệu): ta có thể bao gồm các DB trong chương trình người dùng để lưu trữ dữ liệu cho các khối mã. Dữ liệu được lưu trữ vẫn duy trì khi sự thực thi của một khối mã có liên quan dần kết thúc.
- Temp memory (bộ nhớ tạm thời): khi một khối mã được gọi, hệ điều hành của CPU phân bổ bộ nhớ tạm thời hay cục bộ (L) để sử dụng trong suốt sự thực thi của khối. Khi sự thực thi của khối hoàn thành, CPU sẽ phân bổ lại bộ nhớ cục bộ dành cho việc thực thi các khối mã khác.
Mỗi vị trí bộ nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất. Chương trình người dùng sử dụng các địa chỉ này để truy xuất thông tin trong vị trí bộ nhớ.
Bảng 2.6 Bảng các vùng nhớ PLC S7-1200
Vùng nhớ Miêu tả Ép buộc Lưu giữ
I
Ngõ vào ảnh tiến trình
Được sao chép từ các ngõ vào vật lý
tại điểm bắt đầu chu trình qt. Khơng Khơng I_:P
Ngõ vào vật lý
Việc đọc ngay lập tức của các điểm
ngõ vào trên CPU, SB và SM. Có Khơng
Q
Ngõ vào ảnh tiến trình
Được sao chép từ các ngõ vào vật lý
tại điểm bắt đầu chu trình qt. Khơng Khơng Q_:P
Ngõ vào vật lý
Việc đọc ngay lập tức của các điểm
ngõ vào trên CPU, SB và SM. Có Khơng
M
Bộ nhớ bit Bộ nhớ dữ liệu và điều khiển. Khơng Có
L
Bộ nhớ tạm thời
Dữ liệu tạm thời cho một khối, một
bộ phận của khối đó Khơng Không
DB
Khối dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu và còn là bộ nhớ
thông số dành cho các FB Khơng Có
Mỗi vùng nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất. Chương trình người dùng sử dụng các địa chỉ này để truy xuất thông tin trong vị trí bộ nhớ. Hình dưới đây thể hiện cách thức truy xuất một bit (còn được gọi là ghi địa chỉ “byte.bit”). Trong ví dụ này,
vùng bộ nhớ và địa chỉ byte (I = ngõ vào và 3 = byte 3) được theo sau bởi một dấu chấm (“.”) để ngăn cách địa chỉ bit (bit 4).
Hình 2.25 Cách thức truy xuất 1bit trong PLC S7-1200 A là bộ định danh vùng nhớ A là bộ định danh vùng nhớ
B la địa chỉ byte: byte 3 C là dấu ngăn cách
D là vị trí bit của byte (bit 4 trong số 8 bit) E là các byte của vùng nhớ
F là các bit của byte được chọn
Ta có thể truy xuất dữ liệu trong hầu hết các vùng bộ nhớ (I, Q, M, DB và L) gồm các kiểu Byte, Word, hay Double Word bằng cách sử dụng định dạng “byte address”. Để truy xuất một dữ liệu Byte, Word, hay Double Word trong bộ nhớ, ta phải xác định địa chỉ theo cách giống như xác định địa chỉ cho một bit. Điều này bao gồm một bộ định danh vùng, ký hiệu kích thước dữ liệu, và địa chỉ byte bắt đầu của giá trị Byte, Word, hay Double Word. Các ký hiệu kích thước là B (Byte), W (Word) và D (Double Word), ví dụ IB0, MW20 hay QD8. Các tham chiếu như là I0.3 và Q1.7 sẽ truy xuất ảnh tiến trình. Để truy xuất ngõ vào hay ngõ ra vật lý, ta cộng thêm tham chiếu với ký tự “: P” (như là I0.3:P, Q1.7:P hay “Stop:P”).
Giới thiệu về phần lập trình cho S7-1200
Để thực hiện viết code cho PLC S7 – 1200 ta cần có phần mềm chuyên dụng là TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal).
Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ. Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm. Tích hợp tự động hóa tồn diện (TIA) của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 để lập trình
các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính.
Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính tồn vẹn cho ứng dụng. Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thơng bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ. Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đốn lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal. Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này.
Ở đây nhóm sử dụng TIA Portal V15.1 để thực hiện lập trình và thiết kế giao diện giám sát cho PLC S7 – 1200. [13] và [14]
Hình 2.26 Hình ảnh biểu tượng TIA Portal V15.1 trên màn hình Desktop
2.2.2. Băng tải
Băng tải là thiết bị chuyên dụng được dùng trong công nghiệp được cấu tạo từ hệ thống máy hoặc cơ có khả năng di chuyển một vật nặng hay một khối lượng lớn nguyên vật liệu từ điểm này tới điểm khác cách đó một khoảng cách vật lý nhất định.
Hình 2.27 Hình ảnh một số loại băng tải
Trong sản xuất, băng tải có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nhất là trong công nghiệp. Các ngành công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ, nhờ sự xuất hiện của băng tải con lăn đã giảm tải được rất nhiều khâu trong quá trình sản xuất nhất là đối với các nhà máy xí nghiệp có lượng ngun liệu cần vận chuyển nhiều và thường xuyên.
Trong xây dựng, thiết bị này chủ yếu được dùng để chuyên chở vật liệu xây dựng từ trên xuống dưới hay từ dưới lên trên ở một độ cao nhất định, đặc biệt trên mọi địa hình. Băng tải công nghiệp giúp giảm tải sức lao động tối đa giúp các chủ thầu tiết kiệm được tiền thuê nhân công.
Trong ngành công nghiệp nhẹ như công nghiệp chế biến, sản xuất máy móc điện tử, may mặc, da giày… băng tải có vị trí đặc biệt quan trọng giống như một mắt xích khơng thể tháo rời trong hệ thống. Nhờ có hệ thống này, năng suất lao động của cơng nhân được nhân lên đáng kể và cùng nhờ đó tỉ lệ sản phẩm làm ra cũng được tăng lên mang lại lợi nhuận lớn cho các chủ doanh nghiệp. Có thể nói băng tải cơng nghiệp là một trong những phát minh quan trọng nhất của con người với khả năng và tác dụng to