CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WINCC
2.1. Tổng quan về PLC
2.1.1. Giới thiệu về PLC
PLC (Programmable Logic Controller) dịch sát nghĩa là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) giúp chúng ta có thể thực hiện các thuật toán điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình (Ladder hoặc State logic) một cách linh hoạt.
Người sử dụng PLC có thể lập trình nó để thực hiện hàng loạt trình tự các quá trình (sự kiện), các q trình này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có thời gian trễ. Một khi q trình được kích hoạt, PLC sẽ bật ON hoặc OFF thiết bị điều khiển bên ngồi.
PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức năng điều chỉnh (như PID, mờ,...) và các chức năng tính tốn khác. Lúc đầu, PLC chủ yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình rời rạc. Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm và thế mạnh.
2.1.2. Cấu tạo của PLC
Hình 2.1. Cấu tạo của PLC
Khối xử lý (CPU)
Để đáp ứng được u cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy tính thực thụ. CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như khả năng điều khiển chuyên biệt của PLC.
28
CPU là nơi đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất tín hiệu tới khối ra. CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng.
Khối ngõ vào (Module Input)
Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI (Analog Input).
Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhị phân như: Cơng tắc, nút nhấn, cơng tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận.
Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: Các loại cảm biến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ ẩm. Khi kết nối cần chú ý đến sự tương thích giữa tín hiệu ngõ ra cảm biến với tín hiệu vào mà module AI có thể đọc được. Mỗi module AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự khác nhau: Đọc dịng điện, điện áp, tổng trở. Một thông số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thơng số này cho biết độ chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.
Khối ngõ ra (Module Output)
Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO (Analog Output).
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Off như: đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiển tốc độ.
Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục: Biến tần, van tuyến tính.
2.1.3. Các ngơn ngữ lập trình của PLC
Các loại PLC hỗ trợ nhiều loại lệnh khác nhau cho phép ta người lập trình sử dụng để giải quyết nhiều cơng việc tự động hóa. Việc lựa chọn ngơn ngữ nào để lập trình là tùy thuộc vào kinh nghiệm, khả năng và sở thích của từng người. Các ngơn ngữ lập trình của PLC bao gồm:
a. Ladder Logic (LAD)
Ngôn ngữ LAD cho phép ta viết chương trình tương tự như mạch tương đương
29
Hình 2.2. Ngơn ngữ LAD trên PLC
+ Một số ưu điểm đáng chú ý của ngôn ngữ LAD:
- LAD thích hợp cho người mới bắt đầu lập trình.
- Biểu diễn đồ họa dễ hiểu và thông dụng hơn.
- Luôn chuyển được từ dạng LAD sang STL.
b. Function Block Diagram (FBD)
Ngôn ngữ FBD cho phép ta xem các lệnh như là các hộp logic, tương tự như sơ
đồ cổng logic. Khơng có các tiếp điểm và cuộn dây, nhưng sẽ có các hộp. Chương trình logic sẽ được tạo ra bằng việc kết nối các hộp, ngõ ra lệnh này sẽ tác động đến ngõ vào lệnh kia tạo thành chương trình điều khiển logic.
c. Statement List (STL)
Soạn thảo chương trình theo phương pháp STL cho phép ta viết chương trình điều khiển bằng các lệnh gợi nhớ. Nói chung soạn thảo bằng STL phù hợp cho người có kinh nghiệm lập trình và đã quen với PLC cũng như cách lập trình logic.
30
2.1.4. Đặc điểm vai trò của PLC 2.1.4.1. Đặc điểm
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thơng thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, địi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật tốn trong q trình sản xuất.
Tuy vậy vẫn có 1 số những ưu, nhược điểm sau: + Ưu điểm:
Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt. Khi cần thay đổi yêu cầu, đối tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình thơng qua việc lập trình.
Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian rất lớn. PLC còn hỗ trợ nhiều khối hàm có chức năng chuyên dụng: Phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ điều khiển PID…
Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã được thay thế hồn tồn bằng chương trình PLC.
Hoạt động với độ tin cậy cao, chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp. + Nhược điểm:
Phạm vi ứng dụng hạn chế do giá cao nên không đáp ứng các yêu cầu điều khiển đơn giản. Với những yêu cầu này thì bộ điều khiển tiếp điểm sẽ hiệu quả kinh tế hơn. Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trình phải có hiểu biết chun mơn về PLC.
2.1.4.2. Vai trị
Với những ưu, nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm vượt trội và hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp điểm truyền thống trong các nhà máy, dây chuyền công nghệ. Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy và hiệu quả hơn, tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của người vận hành.
2.1.5. Các loại PLC thông dụng
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC nhưng xét về phương diện thông dụng nhất ở thị trường Việt Nam là 4 hãng sau: Siemens, Mitsubishi, Delta, Keyence.
31
- Ở đây em xin đề cập đến các PLC của hãng thơng dụng nhất đó là SIEMENS
PLC Siemens S7-1200
a. PLC S7-1200
- Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7-200, truyền thơng qua cổng Ethernet có thể
kết nối PC-PLCs, PLCs-HMI, PLCs-PLCs.
- Tốc độ truyền thơng profinet 10/100Mbits/s, tích hợp tính năng đo lường, điều
khiển vị trí, điều khiển q trình.
Hình 2.4. PLC S7-1200 Siemens thực tế
Trong bài này em sẽ dùng phần mềm lập trình TIA Portal V17 và bộ điều khiển PLC S7-1200 để lập trình.