1.5.4. Van điện từ 24v
Van điện từ thường có 2 kiểu hoạt động:
- Van điện từ thường đóng, khi cấp điện thì cửa van mới mở, bình thường van đóng hồn tồn. Phù hợp với các nghành công nghiệp dân dụng, điện dân dụng. - Van điện từ thường mở, khi cấp điện thì cửa van đóng, bình thường van mở hoàn toàn. Phù hợp với các hệ thống đặc biệt, hệ thống xứ lý nước của 1 nhà máy.
25
Hình 1.12. Van bi inox tay trịn
1.5.5. Cảm biến quang phát hiện vật E18-DNK80
Hình 1.13. Cảm biến quang phát hiện vật E18-DNK80
Đây là cảm biến quang thu và phát hồng ngoại. Khoảng cách phát hiện có thể chỉnh theo yêu cầu. Cảm biến có khảng cách phát hiện và giao thoa ánh sáng nhìn thấy được, rẻ, dễ dàng lắp đặt, sử dụng cho các đặc tính Robot tránh vật cản, và lắp đặt trên các dây chuyền phát hiện và đấm sản phẩm…
Đặc tính kỹ thuật:
• Điện áp: 5VDC.
• Dịng điện: The 100Ma.
• Sn :3-80CM.
• Kích thước:
• Đường kính: 17MM.
• Chiều dài cảm biến: 45MM.
26
1.5.6. Nút ấn
Hình 1.14. Nút ấn
- Loại: Nút ấn, đèn báo, cơng tắc.
- Hình dáng: Trịn, Vng, Hình chữ nhật.
- Nguồn cấp đèn: 5 VDC/VAC, 12 ± 5% VAC/VDC, 24 ± 5% VAC/VDC,
100~110 VAC/VDC, 200~220 VAC/VDC.
- Tiếp điểm: 1a, 1b, 1a1b, 2a, 2b. - Cấp bảo vệ: IP40, IP66.
Kết luận: Kết thúc chương một, việc tìm hiểu sơ đồ cơng nghệ quy trình sản
xuất của dây chuyền sản xuất nước ép trái cây giúp em nắm rõ được quy trình sản xuất và các thiết bị sử dụng trong dây chuyền. Trong chương hai em sẽ giới thiệu về bộ điều khiển PLC S7-1200 và phần mềm mô phỏng, giám sát SIMATIC WinCC Explorer kèm theo đó là phần mềm lập trình TIA Portal V17.
27
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 q 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 ngoài.
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 yêu 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 cịn 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, thông 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 công 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 cịn 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 quá 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.
2.2. Giới thiệu về PLC S7-1200
2.2.1. 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 sau:
Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau.
CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với 1 vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các tín hiệu đầu vào/ra, thiết kế theo nền tảng Profinet, các bộ đếm/phát xung tốc độ cao tích hợp trên than, điều khiển vị trí (Motion Control), và ngõ vào analog đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ. Sau khi download chương trình xuống CPU vẫn lưu giữ những logic cần thiết để theo dõi và kiểm soát các thiết bị thông tin trong ứng dụng của người lập trình. CPU giám sát ngõ vào và
32
những thay đổi của ngõ ra theo logic trong chương trình người dùng, có thể bao gồm các phép toán logic của đại số Boolean, những bộ đếm, bộ định thì, các phép tốn phức tạp, và những giao tiếp truyền thơng với những thiết bị thông minh khác.
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.
Hình 2.5. PLC S7-1200
+ Cấu trúc của PLC:
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM). Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC. Các Modul vào /ra.
+ Nguyên lý hoạt động của PLC:
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và tồn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
• Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
• Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
• Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
33
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống. + Bộ nhớ:
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các Relay.
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2.000-16.000 dịng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng.
Kích thước bộ nhớ:
• Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1.000 dịng lệnh tùy vào cơng nghệ chế tạo.
• Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả năng chứa từ 2.000 - 16.000 dòng lệnh.
Ngồi ra cịn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
2.2.2. Các tính năng nổi bật của PLC S7-1200
• Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
- Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thơng PLC-PLC. - Kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.
- Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo. - Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s.
- Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet.
- TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol.
• Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển q trình:
- 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz.
- Ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive).
34
- Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…
- 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality).
• Thiết kế linh hoạt:
- Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà khơng thay đổi kích thước hệ điều khiển.
- Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra. - Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU.
- Module truyền thơng có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module RS232 hay RS485.
- Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware chuẩn đoán lỗi online/offline.
2.2.3. Chế độ bảo mật của PLC S7-1200
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ truy cập vào CPU và chương trình điều khiển.
a. Chế độ bảo mật về quyền truy cập vào CPU và khối hàm
CPU cung cấp các cấp độ bảo mật để hạn chế truy cập vào các chức năng cụ thể. Khi người dùng cấu hình mức độ bảo mật và mật khẩu cho CPU, người dùng có thể giới hạn các chức năng và vùng nhớ truy cập mà không dùng tới mật khẩu.
b. Chế độ Know – how Protection
Chế độ Know – how protection cho phép người dùng ngăn chặn những truy cập trái phép vào các khối hàm, khối tổ chức OB, FB, FC, DB. Người dùng có thể tạo những password riêng lẻ để giới hạn truy cập tới các khối hàm. Nếu khơng có password thì người dùng chỉ có thể đọc những thơng tin như sau:
- Tiêu đề khối, comment, và thuộc tính của khối hàm.
- Thông tin về các tham số vào/ra (IN, OUT, IN_OUT, Return).
- Cấu trúc của chương trình.
- Tag toàn cục trong cross references, tuy nhiên các tag cục bộ sẽ bị ẩn không quan sát được.
35
Hình 2.6. Cấu hình cho chế độ Know – how protection
C. Chế độ Copy Protection
Thêm một tính năng về bảo mật cho phép người dùng ẩn (blind) các khối chương trình sử dụng vào thẻ nhớ hoặc CPU. Tính năng này đặc biệt hữu ích cho việc bảo vệ sở hữu trí tuệ của người lập trình. Chức năng Copy Protection có thể áp dụng cho các khối OB, FB và FC.
Hình 2.7. Cấu hình cho chế độ Copy Protection
Chú ý: Chế độ bảo mật/password là chế độ nhạy cảm do đó người dùng cần chú ý khi sử dụng những chế độ này.
2.2.4. Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm PLC S7-1200
Trong mục này, chúng ta sẽ cùng tổng quan về số lượng, định dạng… của