CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WINCC
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 toán phức tạp, và những giao tiếp truyền thông 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 dòng 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 quá 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.
- Thơng tin về các tham số vào/ra (IN, OUT, IN_OUT, Return).
- Cấu trúc của chương trình.
- Tag tồn cục trong cross references, tuy nhiên các tag cục bộ sẽ bị ẩn khơng 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 những khối hàm, bộ định thì, bộ đếm được sử dụng trong PLC S7-1200 thông qua bảng số liệu dưới đây.
36
Thành Phần Miêu tả
Các Block Kiểu OB, FB, FC, DB
Kích thước -30 KB (CPU 1211C)
-50KB (CPU 1212C)
-64KB (CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C)
Số lượng Lên tới 1024
Số lần gọi lồng các khối hàm 16 bắt đầu từ Main
Giám sát 2 Block cùng lúc
Các khối OB
Main Nhiều OB Main
Khới động NHiều OB khởi động
Ngắt thời gian 4
Ngắt chu kỳ 4
Ngắt phần cứng 50
Ngắt lỗi thời gian 1
Ngắt chuẩn đoán lỗi 1
Tháo/gắn module 1
Lỗi rack hoặc station 1
Time of day Nhiều OB Time of day
Status 1
Update 1
Profile 1
Kiểu IEC
Số lượng Phụ thuộc bộ nhớ
Lưu trữ Lưu trong DB, 16byte
Kiểu IEC
Số lượng Phụ thuộc bộ nhớ
Lưu trữ Phụ thuộc cấu trúc DB
-SInt, UISnt: 3byte -Int, UInt: 6byte -Dint, UDInt: 12byte
37