GIỚI THIỆU CHUNG
Đặt vấn đề
Để đáp ứng nhu cầu sắp xếp sản phẩm và hàng hóa một cách tự động, tiết kiệm thời gian và chi phí, nhóm đã nghiên cứu và phát triển đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài
Mô hình lưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200 được thiết kế nhằm phục vụ nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn, giúp sinh viên nhanh chóng thích ứng với môi trường làm việc thực tế Tài liệu này cũng là nguồn tham khảo hữu ích cho các kỹ sư trong quá trình thiết kế hệ thống lưu kho tự động tại các nhà máy.
Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Phần mềm Tia Portal V13, HMI
Động cơ bước và Driver TP6560
Thiết kế phần cứng và lập trình trên PLC S7-1200 điều khiển giám sát “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”.
Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo tài liệu trên trang chủ http://www.siemens.com kết hợp với thực hành trực tiếp trên CPU 1214C của Siemens trên mô hình
Tham khảo một số tài liệu do GVHD cung cấp; tài liệu trên các diễn đàn liên
Phác thảo mô hình, viết chương trình
Xây dựng mô hình, kiểm tra và sửa lỗi
Kiểm tra, hoàn thiện phần cứng và chương trình
Hoàn thành đồ án: đánh máy, in ấn, đóng bìa và nộp đề tài
1.6 Nội dung đề tài Đề tài được gồm 4 chương:
Giới thiệu tổng quát về đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7- 1200”
Chương 2: Tổng quan về hệ thống Simatic S7
Giới thiệu về PLC S7-1200: các dòng CPU, cấu trúc phần cứng, I/O, các tập lệnh, phần mềm Tia Portal V13
Chương 3: Thiết kế mô hình Lưu kho tự động
Thiết kế phần cứng, HMI và lập trình hệ thống
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển
Kết luận những gì đã đạt được trong đề tài và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.
Nội dung đề tài
Đề tài được gồm 4 chương:
Giới thiệu tổng quát về đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7- 1200”
Chương 2: Tổng quan về hệ thống Simatic S7
Giới thiệu về PLC S7-1200: các dòng CPU, cấu trúc phần cứng, I/O, các tập lệnh, phần mềm Tia Portal V13
Chương 3: Thiết kế mô hình Lưu kho tự động
Thiết kế phần cứng, HMI và lập trình hệ thống
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển
Kết luận những gì đã đạt được trong đề tài và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SIMATIC S7
Giới thiệu về PLC S7-1200
2.1.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC
Vào năm 1968, công ty General của Mỹ đã giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình được đầu tiên, mặc dù hệ thống này còn cồng kềnh và đơn giản, gây khó khăn cho người vận hành và không đáp ứng đầy đủ yêu cầu sử dụng.
Hiện nay, thị trường PLC rất đa dạng với nhiều thương hiệu nổi bật như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Schneider, Hitachi và Koyo, mỗi hãng đều có nhiều thế hệ sản phẩm khác nhau Bên cạnh đó, các hãng cũng cung cấp nhiều thiết bị liên quan như module và cảm biến, phục vụ cho quá trình tự động hóa.
2.1.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay
Controtechnique: Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP;
AC 800M, đây là loại có 2 module CPU làm việc song song theo chế độ dự phòng nóng
2.1.3 Tổng quan về họ PLC S7-1200
Hình 2 2 PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RLY
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và bộ lệnh mạnh mẽ, S7-1200 mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa của bạn.
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (I/O)
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển
All CPUs offer password protection to prevent unauthorized access to the PLC Additionally, you can utilize the "know-how protection" feature to safeguard your special blocks.
S7-1200 cung cấp một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc
Hình 2 3 Các cổng kết nối S7-1200
Tính năng kỹ thuật của CPU:
Bảng 2 1 Các module mở rộng của S7-1200
Môđun Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp vào/ra
4 vào tương tự/2 ra tương tự
Số 2 vào DC/2 ra DC
Tương tự 1 ra tương tự
Môđun truyền thông (CM): RS485 & RS232
Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là AC/DC/RLY, DC/DC/DC hay DC/DC/RLY
Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware
Chuẩn đoán lỗi online/offline
Đồng hồ thời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực
Bảng 2 2 Đặc điểm các dòng CPU
Word memory 25 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes
Load memory 1 Mbytes 1 Mbytes 2 Mbytes
Retentive memory 2 Kbytes 2 Kbytes 2 Kbytes
Digital 6DI/4DO 8DI/6DO 14DI/10DO
Có giá trị 0-10VDC Full-scale range: 0-27648 Resolution: 10 bits
Vùng nhớ Bit (M) 4096 bytes 4096 bytes 8192 bytes
Mở rộng Board tín hiệu 1 max
Module truyền thông 3 (Lắp bên trái CPU)
Bộ đếm tốc độ cao 3 4 6
3 bộ 100kHz và 1 bộ 30kHz
3 bộ 100kHz và 3 bộ 30kHz
3 bộ 80kHz và 1 bộ 20kHz
3 bộ 80kHz và 3 bộ 20kHz Đầu ra xung (Pulse outputs) 2 2 bộ DC 100kHz
12 cạnh lên và 12 cạnh xuống Thẻ nhớ (Memory Card) Simatic Memory card (Optional)
Profinet Tích hợp 1 cổng truyền thông Ethernet trên
Tốc độ thực hiện câu lệnh toỏn học 18às/cõu lệnh
Tốc độ thực hiện câu lệnh logic 0,1às/cõu lệnh
Tốc độ thực hiện lệnh chuyển dữ liệu Word 12às/cõu lệnh
Truyền thông/kết nối 1 cổng RJ45 tốc độ 10/100Mb/s
Mở rộng module truyền thông 3 max
Bộ điều khiển S7–1200 được lập trình thông qua phần mềm Step 7 Basic trong TIA Portal phiên bản 10.5 trở lên, và không tương thích với các phiên bản Step 7 cũ hơn.
Các loại khối lập trình của S7-1200
Chu kỳ chương trình OB1
Các bộ khởi động OB100
Các bộ ngắt thời gian OB200
Các bộ chương trình ngắt OB200
Các bộ ngắt phần cứng OB200
Ngắt lỗi thời gian OB80
Ngắt phát hiện lỗi OB82
Hình 2 5 Giao diện bắt đầu TIA Portal V13
Hình 2 6 Hình dáng bên ngoài S7-1200 Các đèn trạng thái:
Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương
1 Đèn báo trạng thái các ngõ vào ra
2 Đèn báo trạng thái hoạt động CPU
5 Khe kết nối dây trước khi download xuống CPU, phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ kiểm tra trước khi dịch sang mã máy
Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số
Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra số
2.1.6.2 Giao tiếp PLC S7 – 1200 với máy tính
Để lập trình ta kết nối trực tiếp 1 PC với 1 PLC qua 1 dây cáp Ethernet
Một PLC có thể kết nối trực tiếp với 1 thiết bị
Để kết nối nhiều hơn 1 thiết bị với S7-1200 cần có cáp hay thiết bị chuyển đổi
Sơ đồ chân cổng Ethernet của PLC :
Hình 2 7 Sơ đồ chân cáp Ethernet
2.1.7 Các tập lệnh cơ bản trong S7-1200
2.1.7.1 Tập lệnh tiếp điểm (Bit logic)
Tiếp điểm thường hở (NO), thường đóng (NC):
Tiếp điểm NO: Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n bằng 1 Toán hạng n: I, Q, M, L, D
Tiếp điểm NC: Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n bằng 0 Toán hạng n: I, Q, M, L, D
Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả
IN Bool Bit được gán giá trị
2.1.7.2 Cuộn dây ngõ ra (OUT)
Hình 2 9 Cuộn dây ngõ ra
Lệnh OUT quy định rằng giá trị của bit tại địa chỉ n sẽ là 1 khi đầu vào của lệnh này là 1, và ngược lại Toán hạng n có thể là Q, M, L, hoặc D Lưu ý rằng chỉ nên sử dụng một lệnh OUT cho mỗi địa chỉ.
Lệnh OUT NOT đặt giá trị của bit tại địa chỉ n thành 1 khi đầu vào là 0 và ngược lại Toán hạng có thể là Q, M, L hoặc D Lưu ý rằng chỉ nên sử dụng một lệnh OUT NOT cho mỗi địa chỉ.
Bảng 2 4 Cuộn dây ngõ ra
Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả
OUT Bool Bit được gán giá trị
2.1.7.3 Các lệnh Set và Reset
Những lệnh này có thể được đặt tại bất cứ vị trí nào trong mạch
Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả
IN Bool Vị trí bit được giám sát
OUT Bool Vị trí bit được đặt hoặc đặt lại
2.1.7.4 Các bộ định thời (Timer)
Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu Dint: T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay là - 2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms
TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước
TON: ngõ ra của bộ định thời ON – delay Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước
TOF: ngõ ra Q của bộ định thì OFF – delay được đặt lại về OFF sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước
Ngõ ra TONR trong bộ định thì có khả năng ghi nhớ trạng thái ON sau một khoảng thời gian trì hoãn đã được thiết lập Thời gian này sẽ được tích lũy qua nhiều giai đoạn định thì, cho đến khi ngõ vào R được sử dụng để đặt lại thời gian đã trôi qua.
RT: đặt lại một bộ định thì bằng cách xóa dữ liệu thời gian được lưu trữ trong khối dữ liệu tức thời của bộ định thì xác định
Các bộ định thời TP, TON và TOF có các thông số ngõ vào và ngõ ra giống nhau
Bộ định thời TONR có thông số ngõ vào đặt lại được thêm vào R
Lệnh RT đặt lại dữ liệu định thời cho bộ định thời được chỉ định
Thống số Kiểu dữ liệu Miêu tả
IN Bool Ngõ vào bộ định thời cho phép
R Bool Đặt lại thời gian trôi qua của
PT Bool Ngõ vào giá trị thời gian đặt trước
Q Bool Ngõ ra bộ định thời
ET Time Ngõ ra giá trị thời gan trôi qua
Khối dữ liệu định thời
DB Chỉ ra bộ định thời nào để đặt lại với lệnh RT
Thông sô Kiểu dữ liệu Miêu tả
CU, CD Bool Bếm lên hay đếm xuống, bởi một lần đếm R(CTU,CTUD) Bool Đặt lại giá trị đếm về không
LOAD(CTU,CTUD) Bool Nạp điều khiển cho giá trị đặt trước
Giá trị đếm đặt trước
Q,QU Bool Đúng nếu CV>=PV
QD Bool Đúng nếu CV= IN1 lớn hơn hay bằng IN2
