2.2.5.3 Module SB
Module SB được cắm phía mặt trên thân CPU để mở rộng thêm một vài DI/DO, AI/AO, Pin backup dữ liệu (Battery board) thời gian thực, mở rộng truyền thông RS – 485 (CB).
Hình 2.16: Module SB 1223 2.3 VÙNG NHỚ, ĐỊA CHỈ VÀ KIỂU DỮ LIỆU 2.3 VÙNG NHỚ, ĐỊA CHỈ VÀ KIỂU DỮ LIỆU
2.3.1 Vùng Nhớ Chương Trình PLC S7 – 1200
CPU hỗ trợ những vùng nhớ để lữu trữ chương trình ứng dụng, dữ liệu và cấu hình hệ thống như sau:
- Load Memory: Vùng nhớ không mất dữ liệu (non – valatile storage) và được sử dụng lưu trữ chương trình ứng dụng, dữ liệu và cấu hình PLC. Khi một project được tải xuống PLC, nó được lưu đầu tiên tại vùng nhớ Load memory. Vùng nhớ này nằm trong thẻ nhớ MMC hoặc nằm trên CPU. Có thể sử dụng thẻ MMC để tăng dung lượng vùng nhớ.
- Work Memory: Bị mất dữ liệu khi CPU mất điện. Trong quá trình hoạt động, CPU có thể sao chép một phần, hoặc tồn bộ hàm chức năng project từ vùng nhớ Load memory sang vùng nhớ Work memory để thực hiện.
- Retentive Memory: Được sử dụng để lưu trữ những dữ liệu cần thiết/mong muốn khi CPU mất điện hoàn toàn.
2.3.2 Thẻ Nhớ MMC
Một lựa chọn khác để lưu trữ chương trình người dùng giống như những vùng nhớ được trình bày ở trên, đó là sử dụng thẻ nhớ SIMATIC MMC để lưu trữ hoặc sao chép chương trình người dùng.
Hình 2.17: Thẻ nhớ SIMATIC S7
Nếu thẻ nhớ MMC được sử dụng, CPU sẽ chạy chương trình từ thẻ nhớ chứ không phải trên vùng nhớ của CPU. Thẻ nhớ SIMATIC MMC có thể sử dụng như thẻ nhớ chương trình, thẻ Transfer, lưu trữ dữ liệu Datalog hoặc dùng để nâng cấp Firmware cho CPU
- Khi muốn tải chương trình cho nhiều CPU với cùng một project. Việc sử dụng phần mềm làm cho tốn kém thời gian thì việc sử dụng thẻ SIMATIC MMC với chức năng là thẻ Transfer giúp cho hiệu quả hơn rất nhiều. Người dùng chỉ cần cắm thẻ vào khe MMC, đợi Transfer xong và lấy thẻ nhớ ra.
- Dùng thẻ nhớ với chức năng thẻ nhớ chương trình thì tất cả những chức năng CPU hoạt động sẽ được tải từ thẻ nhớ.
- Ngồi ra, thẻ MMC cũng có thể sử dụng để lữu trữ thông tin về Datalog, mở rộng vùng nhớ lưu trữ cho Web Server, hoặc có thể sử dụng để nâng cấp Firmware cho CPU.
2.3.3 Kiểu Dữ Liệu Của PLC S7 – 1200
Kiểu dữ liệu hỗ trợ cho PLC S7 – 1200 được giải thích theo định dạng dữ liệu và kích thước dữ liệu thông qua bảng 2.4 dưới đây:
Bảng 2.4: Kiểu dữ liệu của PLC S7 – 1200
Kiểu Dữ Liệu Miêu Tả
Bit và chuỗi Bit - Bool gồm 1 bit đơn - Byte gồm 8 bit - Word gồm 16 bit - Dword gồm 32 bit
Interger
- USInt (số interger khơng dấu 8 bit) - SInt (số interger có dấu 8 bit) - UInt (số interger không dấu 16 bit) - Int (số interger có dấu 16 bit)
- UDInt (số interger không dấu 32 bit) - DInt (số interger có dấu 32 bit)
Số thực – Real - Real – số thực dấu chấm động 32 bit - Lreal – số thực dấu chấm động 64 bit
Date and Time
- Date là kiểu dữ liệu 16 Bit chỉ số ngày có tầm từ D#1990-1-1 đến D#2168-12-31
- DTL (Date and time long): Dữ liệu với Byte lưu giữ thông tin về ngày, tháng, năm
- Year (UInt): 1970 => 2554 - Month (USInt): 1 => 12 - Day (USInt): 1 => 31
Bảng 2.4 (Tiếp theo)
2.3.4 Vùng Nhớ
Step 7 Basic V1x của TIA Portal hỗ trợ việc lập trình bằng Tag nhớ (Symbolic). Người dùng có thể tạo Tag nhớ hay symbolic (tên gợi nhớ) cho các địa chỉ dữ liệu cần dùng, không phân biệt vùng nhớ toàn cục (global) hay cục bộ (local). Để truy xuất các Tag nhớ trong chương trình chỉ cần gọi tên Tag cho các tham số lệnh. Để hiểu rõ hơn về cấu trúc CPU và vùng nhớ, nhóm sẽ trình bày sâu hơn về địa chỉ trực tiếp (absolute) là nền tảng cho việc sử dụng các Tag nhớ của PLC.
- Hours (USInt): 0 => 23 - Minutes (USInt): 0 => 59 - Seconds (USInt): 0 => 59
- Nanoseconds (UDInt): 0 => 999999999 - Time là kiểu dữ liệu 32 bit được miêu tả theo
tiêu chuẩn IEC Time tầm giá trị lên đến T#24D20H31M23S647MS
- TOD (Time of day) là kiểu dữ liệu 32 bit có tầm giá trị từ TOD#0:0:0.0 đến
TOD#23:59:59.999
Char và String - Char là kiểu dữ liệu ký tự với 8 bit
- String là kiểu dữ liệu chuỗi lên tới 254 char
Array và Structure
- Array là kiểu dữ liệu mảng bao gồm nhiều thành phần đơn giống nhau về kiểu dữ liệu, có thể tạo trong giao diện OB, FB, FC, DB. - Struct là kiểu dữ liệu định dạng theo cấu trúc
thành phần có thể bao gồm nhiều kiểu dữ liệu khác nhau
PLC data types - PLC Data types hay UDT: là dạng dữ liệu cấu trúc có thể định nghĩa bởi người dùng
Pointer - Pointer hay con trỏ sử dụng để định địa chỉ gián tiếp
BCD - BCD16 có giá trị từ -999 => 999
Bảng 2.5: Bảng phân loại vùng nhớ PLC S7 – 1200
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. Ngồi 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 còn 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
- Công 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 - Công 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 khơng 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 thơng tin cố định hay cịn 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, thơng 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