Vùng Nhớ Miêu Tả
Process image I Được sao chép dữ liệu từ tín hiệu ngõ vào vật lý khi bắt đầu quét chương trình.
Ngõ vào vật lý Ix.y:P Đọc địa chỉ ngay lập tức từ ngõ vào vật lý. Có thể dùng chế độ Force với ngõ vào vật lý.
Process image Q Chuyển dữ liệu tới tín hiệu ngõ ra vật lý khi bắt đầu quét chương trình.
Ngõ ra vật lý Qx.y:P Ghi trực tiếp ngay lập tức tới ngõ ra vật lý. Có thể dùng chế độ Force với ngõ vào vật lý.
Vùng nhớ nội M
Lưu trữ dữ liệu/tham số trước khi đưa ra ngoại vi. Có thể cài đặt để sử dụng chức năng Retentive Memory đối với vùng nhớ này.
Vùng nhớ tạm Local
Memory
Vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ tạm thời trong các khối OB, FB, FC. Dữ liệu sẽ mất khi ngừng gọi khối. Khối dữ liệu DB
Được sử dụng theo định dạng vùng nhớ toàn cục, hoặc dữ liệu và tham số cho khối hàm FB. Có thể cài đặt để sử dụng chức năng Retentive Memory đối với vùng nhớ này.
Vùng nhớ toàn cục – Global Memory: CPU cung cấp những vùng nhớ toàn cục như: I (input), Q (output), vùng nhớ nội M (memory). Những vùng nhớ tồn cục có thể được truy cập bởi tất cả các khối.
- Khối dữ liệu DB: Cũng là vùng nhớ toàn cục. Ngoài ra, vùng nhớ DB nếu được sử dụng với chức năng Instance DB để lưu trữ chỉ định cho FB và cấu trúc bởi các tham số của FB.
- Vùng nhớ tạm – Temp (hay local): Vùng dữ liệu cục bộ được sử dụng trong khối chương trình OB, FC, FB. Vùng nhớ L được sử dụng cho các biến tạm (Temp) và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó. Dữ liệu vùng nhớ bị xóa khi kết thúc chương trình. Ngoài ra, vùng nhớ I và Q của PLC S7 – 1200 có thể truy xuất dưới dạng Process Image. Để truy cập trực tiếp và ngay lập tức với ngõ vào/ra vật lý, có thể “:P”. Ví dụ:
I0.0:P, Q0.0:P,…Chế độ cưỡng bức tín hiệu với Forcing chỉ có thể áp dụng cho các
2.4 PHẦN MỀM VÀ NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH
2.4.1 Phần Mềm Lập Trình PLC S7 – 1200
Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7 – 1200 và phần mềm TIA Portal V10.5 tích hợp STEP 7 Basic để lập trình PLC S7 – 1200 và WinCC Basic thiết kế cho màn hình KTP. Từ năm 2010 đến nay, Siemens không ngừng cải thiện và nâng cấp phần mềm TIA Portal V10.5 lên tới TIA Portal V15. Hiện nay, phần mềm TIA Portal không chỉ lập trình cho các bộ điều khiển PLC mà cịn thiết kế giao diện HMI/SCADA và cấu hình biến tần – Drives của Siemens.
Trong mơ hình thiết kế của nhóm sử dụng phần mềm TIA Portal V15.1
2.4.2 Ngơn Ngữ Lập Trình PLC S7 – 1200
Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 ứng dụng cho hệ thống vừa và nhỏ, Siemens phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngơn ngữ lập trình là:
- LAD – Ladder: Ngơn ngữ lập trình theo sơ đồ mạch. Đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi.
- FBD – Function Block Diagram: Ngơn ngữ lập trình theo đại số Boolean. - SCL – Structure Language Control: Ngơn ngữ lập trình theo dạng Text, đây là ngơn ngữ lập trình cấp cao sử dụng nền tảng Pascal phát triển. Ngơn ngữ lập trình SCL có thể coi là ngơn ngữ hướng đối tượng cho PLC, vì nó gần gũi với tư duy người dùng.
Có thể sử dụng một trong ba ngơn ngữ trên để có thể lập trình cho bất kỳ khối OB, FB hoặc FC. Nhóm sử dụng ngơn ngữ lập trình LAD cho mơ hình thiết kế phân loại sản phẩm theo khối lượng, đóng gói và quản lý thơng tin sử dụng PLC S7 – 1200.
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ MƠ HÌNH
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
3.1.1 Sơ Đồ Khối
Hình 3.1: Lưu đồ giải thuật ngun lý hoạt động của mơ hình
3.1.2 Nguyên Lý Hoạt Động
Khi bắt đầu khởi động hệ thống, thùng hàng được đặt ở băng tải nhận sản phẩm đi đóng gói, sẽ di chuyển đến cảm biến phát hiện thùng và dừng thùng hàng tại vị trí mà cảm
cân được Loadcell đo được sẽ xác định sản phẩm đó có đạt trong khoảng giá trị mà người sử dụng đã cài hay không.
Trường hợp 1: Sản phẩm quá trọng lượng hoặc nhẹ hơn trọng lượng đã cài đặt thì tay
gạt sản phẩm lỗi sẽ chạy để loại bỏ sản phẩm, đồng thời cảm biến phát hiện lỗi sẽ phát hiện sản phẩm có đi tới hay chưa và đếm sản phẩm lỗi, nếu sản phẩm khơng có thực trên băng tải thì tay gạt sẽ giữ ngun vị trí gạt đến khi có sản phẩm đi qua.
Trường hợp 2: Sản phẩm đúng khối lượng trong khoảng đã cài đặt trước đó, tay gạt
khơng hoạt động lúc này, và sản phẩm trên băng tải thứ hai rơi xuống băng tải thứ nhất có thùng hàng đã dừng để chứa sản phẩm, bắt đầu đếm sản phẩm vào thùng. Khi đạt số lượng sản phẩm đã cài thì băng tải thùng hàng sẽ di chuyển để lấy thùng chứa tiếp theo, đồng thời băng tải cân sản phẩm cũng dừng lại và bắt đầu lại quá trình ban đầu.
3.2 BẢN VẼ ĐIỆN
- CPU 1214C sử dụng nguồn cấp 24 VDC, nguồn (+) vào chân L+ và nguồn (-) vào chân M
- Chân 1M kết nối với 0 VDC - Cảm biến phân loại đấu chân I0.1 - Nút nhấn Start đấu chân I0.3 - Nút nhấn Stop đấu chân I0.4
- Cơng tắc hành trình loại sản phẩm 1 đấu chân I0.5 - Cơng tắc hành trình loại sản phẩm 2 đấu chân I0.6 - Cơng tắc hành trình đẩy sản phẩm cân 1 đấu chân I0.7 - Cơng tắc hành trình đẩy sản phẩm cân 2 đấu chân I1.0 - Cảm biến sản phẩm trên bàn cân đấu chân I1.1
- Cảm biến thùng đóng gói đấu chân I1.2
- Loadcell đấu chân (+) vào chân AI0, chân (-) vào chân 2M - RL1: Relay 1 điều khiển động cơ đẩy sản phẩm đấu chân Q0.0 - RL2: Relay 2 điều khiển băng tải loại sản phẩm đấu chân Q0.1 - RL3: Relay 3 điều khiển động cơ phân loại đấu chân Q0.2 - RL4: Relay 4 điều khiển băng tải thùng đóng gói đấu chân Q0.3
Hình 3.3: Sơ đồ đấu nối motor băng tải
- Băng tải phân loại điều khiển theo RL2, có thùng đóng gói tại băng tải thùng thì RL2 được kích, tiếp điểm của RL2 thường mở thành thường đóng và ngược lại, làm băng tải chạy. Khi đếm đủ sản phẩm, RL2 mất điện, tiếp điểm của RL2 trở lại tiếp điểm ban đầu để hãm băng tải lại.
- Băng tải thùng đóng gói điều khiển theo RL4, khi ấn Start thì RL4 được kích, tiếp điểm của RL4 thường mở thành thường đóng và ngược lại, làm băng tải thùng đóng gói chạy, khi có thùng tại vị trí cảm biến phát hiện, RL4 mất điện, tiếp điểm của RL4 trở lại tiếp điểm ban đầu hãm băng tải lại.
Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối motor đẩy, phân loại sản phẩm
- Động cơ đẩy sản phẩm: Khi có tín hiệu cấp cho RL1, tiếp điểm của RL1 thường đóng thành mở và ngược lại, cấp điện cho motor quay thuận đẩy sản phẩm ra băng tải phân loại. Khi động cơ chạy tới cơng tắc hành trình 2 thì RL1 bị ngắt điện trả lại tiếp điểm ban đầu, motor quay ngược trở về vị trí ban đầu.
- Động cơ phân loại sản phẩm: Khi sản phẩm không đủ cân nặng, RL3 được kích điện, tiếp điểm của RL3 thường đóng thành thường mở và ngược lại. Động cơ chạy thuận ra gạt sản phẩm bị lỗi đến khi chạm cơng tắc hành trình 2 thì quay về lại vị trí ban đầu.
3.3 PHẦN MỀM
3.3.1 Phần Mềm Lập Trình PLC S7 – 1200 TIA PORTAL V15.1
Để có thể kết nối máy tính lập trình với PLC S7 – 1200, ta cần phải sử dụng kết nối TCP/IP. Để máy tính và PLC S7 – 1200 có thể kết nối với nhau thì địa chỉ IP phải cùng
Bước 1: Chọn Start => Control Panel => Network and Internet => Network connections => Ethernet properties
Bước 2: Chọn giao thức truyền thông giao tiếp với PLC S7 – 1200: Internet Protocol Version 4 => Properties
Bước 3: Cài đặt địa chỉ IP cho máy tính: Chọn Use the following IP address => đặt địa
chỉ IP address: 192.168.0.x (với x khác địa chỉ IP mặc định của CPU S7 – 1200 là 192.168.0.1) => chọn Subnet mask là 255.255.255.0 => OK => Close.
3.3.2 Mạng Truyền Thơng Ethernet
Để có thể hiểu rõ hơn về mạng truyền thơng Ethernet, nhóm sẽ trình bày vài vấn đề cơ bản: địa chỉ MAC, IP, Subnet, Gateway (Router) và mối quan hệ giữa địa chỉ IP, Router và Subnet.
3.3.2.1 Địa Chỉ MAC
Địa chỉ MAC address là địa chỉ phần cứng bao gồm một dải thông tin thay đổi
(variable) và một dải thông tin cố định (permanent). Phần thông tin cố định hay còn gọi là địa chỉ cơ bản của MAC cho biến thông tin nhà sản xuất (Siemens, Cisco, 3COM,..). Mỗi địa chỉ MAC address là duy nhất trên thế giới và khơng bao giờ có hai địa chỉ nào trùng nhau ở bất cứ đâu. Và dải địa chỉ của MAC address được kiểm soát bởi tổ chức InterNIC.
3.3.2.2 IP – Address
IP address là một số duy nhất được gán cho một thiết bị trong một mạng. Các thiết bị này có thể là máy tính, router, card mạng,… Kiểu địa chỉ này là gọi là Software Address. Tầm giá trị của IP address: Địa chỉ IP bao gồm 4 con số thập phân có giá trị nằm trong tầm 0 đến 255, cách nhau bởi một dấu chấm (.) như: 192.168.0.9
3.3.2.3 Subnet Mask
Thường thì mỗi tổ chức, cơng ty hay quốc gia được InterNIC cấp cho một địa chỉ IP nhất định. Cách tốt nhất để quản lý là chia thành các mạng con và kết nối với nhau bởi router. Những mạng con như thế gọi là Subnet. Mỗi subnet vẫn là một phần của mạng nhưng nó cũng cần được phân biệt với các Subnet khác bằng cách thêm vào một định danh nào đó. Định danh này được gọi là Subnet address.
Khơng phải tất cả các mạng đều cần có Subnet vì thế khơng cần sử dụng Subnet – trong trường hợp này gọi là sử dụng Subnet mask mặc định (default Subnet mask).
- Lớp B Subnet mask là 255.255.0.0 - Lớp C Subnet mask là 255.255.255.0
3.3.2.4 Gateway (Router)
Router hay thiết bị định tuyến hoặc bộ định tuyến, là một thiết bị mạng dùng để chuyển các gói dữ liệu qua một liên mạng và đến các đầu cuối, thông qua một tiến trình được gọi là định tuyến. Định tuyến xảy ra ở tầng 3 (Network) của mơ hình OSI.
Tầm giá trị của Gateway (Router): Địa chỉ IP bao gồm 4 con số thập phân có giá trị nằm trong tầm 0 đến 255, cách nhau bởi một dấu chấm (.), ví dụ như: 192.168.0.9
3.3.2.5 Mối quan hệ giữa địa chỉ IP, Router và Subnet
Địa chỉ IP và địa chỉ Gateway chỉ khác nhau tại một vị trí số “0” nằm trong subnet. Ví dụ: Địa chỉ subnet là 255.255.255.0, địa chỉ IP là 141.30.0.5 và địa chỉ router là
141.30.128.1. Địa chỉ IP và địa chỉ Gateway cần phải có một giá trị duy nhất khác nhau
trong số thứ 4 của số thập phân. Tuy nhiên, trong ví dụ trên thì vị trí thứ 3 đã khác. Do đó, ví dụ trên cần phải sửa lại theo một trong những cách sau (chỉ chọn 1 trong 3 cách):
- Thay đổi subnet thành: 255.255.0.0 - Hoặc địa chỉ IP: 141.30.128.5
- Hoặc địa chỉ Gateway: 141.30.0.1
3.3.3 Cài Đặt Địa Chỉ IP Và Reset Factory CPU
3.3.3.1 Cài Đặt Địa Chỉ IP Cho PLC S7 – 1200
Bước 1: Mở phần mềm TIA PORTAL V15.1 và chọn Project View
Bước 2: Chọn kết nối Online & Diagnostics để kiểm tra thông tin CPU: Project tree
=> Device => Online accesses => Network Connection (đây là card mạng sử dụng để giao tiếp với PLC) => Update accessible devices => MAC =…. => Online & Diagnostics.
Nếu có một địa chỉ IP được cài đặt sẵn cho CPU thì ta sẽ thấy địa chỉ đó thay cho địa chỉ MAC.
Bước 3: Cửa sổ giao diện Online & Diagnostics hiện, tiếp tục thực hiện các thao tác
sau để gán địa chỉ IP cho CPU S7 – 1200:
Functions => Assign IP address => IP address chọn là 192.168.0.1 => Subnet mask
chọn là: 255.255.255.0 => Assign IP address.
Hình 3.6: Cài đặt địa chỉ IP cho PLC S7 – 1200
3.3.3.2 Thực Hiện Chế Độ Reset Factory
Khi cần thay đổi địa chỉ IP thì ta tiến hành Reset Factory
Bước 1 và bước 2: Thực hiện tương tự như bước 1 và 2 trong phần cài đặt địa chỉ IP
cho S7 – 1200 mục 3.3.3.1
Bước 3: Chọn Reset to factory setting thực hiện thao tác sau:
Hình 3.7: Thực hiện Reset to factory settings Bước 4: Xác nhận cho phép thực hiện Reset factory chọn OK Bước 4: Xác nhận cho phép thực hiện Reset factory chọn OK
3.3.4 Lập Trình Với TIA PORTAL V15.1
Sau khi mua PLC S7 – 1200 nhóm tiến hành đọc thơng tin của CPU để có thể khai báo và tiến hành lập trình.
Bước 1: Khởi động chương trình TIA Portal => Start => Create New Project để bắt
đầu q trình khởi tạo Project. Các thơng tin trên cửa sổ như: Project name – đặt tên Project, Path – đường dẫn để lưu Project, Author – tên người khởi tạo Project, Comment – thông tin Project. Sau khi điền đủ thông tin về Project => chọn Create tiếp tục quá trình khởi tạo Project.
Bước 2: Lựa chọn cấu hình CPU: Device & Network => Add new device, điền thông
tin CPU cần khai báo tại cửa sổ Add new device, thông số kỹ thuật và CPU được sử dụng => chọn OK hoàn thành. Thơng tin CPU S7 – 1200 nhóm sử dụng trong Đồ án tốt nghiệp: Bảng 3.1: Thông số CPU 1214C DC/DC/DC CPU1214C DC/DC/DC Mã: 6ES7 214-1AE30-0XB0 Version: V2.2 Work memory: 50 KB DI 14 x 10 DQ – AI 2 x 10 Bit
Hình 3.10: CPU đã được khởi tạo
Bước 3: Mở giao diện lập trình ứng dụng để viết chương trình điều khiển PLC: Project
tree => Devices => PLC => Program blocks => Main [OB1] để bắt đầu lập trình thiết kế.
Hình 3.14: Khai báo các biến nhớ Loại sản phẩm, đếm sản phẩm, đếm thùng
Hình 3.16: Khối MOVE Reset biến đếm, kết quả trả về ở ngõ vào IN = 0
Hình 3.17: Xử lý tín hiệu Analog để đọc giá trị cảm biến cân nặng Loadcell
Khác với tín hiệu nhị phân, tín hiệu tương tự là tín hiệu khơng chỉ có hai trạng thái là có điện hoặc khơng có điện, mà tín hiệu tương tự có nhiều tầm giá trị trong một phạm vi nhất định.
Hình 3.18: Mối quan hệ giữa mức tín hiệu và giá trị thực
Những tham số trong biểu diễn mối quan hệ giữa mức tín hiệu và giá trị thực tế đưa vào module AI có ý nghĩa như sau:
- K1 là mức tín hiệu nhỏ nhất tương ứng với tín hiệu tương tự nhỏ nhất
Lo_Lim đưa vào module AI.
- K2 là mức tín hiệu tín hiệu lớn nhất tương ứng với tín hiệu tương tự lớn nhất Hi_Lim đưa vào module AI.
Như vậy, giá trị đọc về từ module AI có tầm giá trị K1 ≤ IN ≤ K2. Với IN là giá trị trả về từ module AI. Từ đó, phương trình đọc và hiển thị giá trị tương tự được biểu diễn bằng công thức sau:
OUT = [((FLOAT (IN) – K1) / (K2-K1)) * (HI_LIM – LO_LIM)] + LO_LIM
Trong đó:
- IN là giá trị trả về cho các chân tín hiệu AIW (K1 ≤ IN ≤ K2).
- OUT là giá trị thực tế của tín hiệu tương tự đưa vào module AI (Lo_Lim ≤
OUT ≤ Hi_Lim). Ngồi ra, có thể sử dụng để hiển thị theo phần trăm % hệ thống, hoặc các đơn vị kỹ thuật của hệ thống (mét nước, nhiệt độ,…).