TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200
ĐIỀU KHIỂN LOGO QUA MẠNG Cán bộ hướng dẫn:
ThS. BÙI THÚC MINH
Sinh viên thực hiện:
:
LÝ BÁ TƯỜNG
Khóa 51
Khánh Hòa, 2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên người nhận xét:
Chức danh: Đơn vị công tác:
Tên đồ án: Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng.
Họ và tên sinh viên: Lý Bá Tường MSSV: 51131915
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử Hệ: Chính quy Khóa: 51
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Chất lượng hình thức 2. Chất lượng nội dung
Khánh Hòa, ngày tháng năm 2013
Người nhận xét
3. Điểm đánh giá: Điểm kết luận của Hội đồng chấm Đồ án
Điểm số Điểm bằng chữ
trong và ngoài khoa Điện – Điện Tử đã tận tình dạy dỗ, cung cấp nhiều kiến thức quý
báu trong quá trình học tập tại trường. Xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy
ThS. Bùi Thúc Minh đã hướng dẫn tận tình em thực hiện đề tài này. Cảm ơn gia đình,
bạn bè đã luôn sát cánh và động viên tôi vượt qua khó khăn, thử thách để tôi có được
ngày hôm nay.
Nha trang, tháng 6 năm 2013
Sinh viên
Lý Bá Tường
ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
Đồ án tập trung nghiên cứu giới thiệu về sản phẩm PLC S7-1200 và LOGO của
hãng Siemens. PLC và LOGO là 2 sản phẩm có khả năng lập trình đã thay thế hoàn
toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, không những thế mà nó còn có khả năng
thay thế các thiết bị điều khiển tương tự. Các PLC và LOGO được sử dụng rộng rãi
trong công nghiệp.
Phần mềm lập trình cho PLC S7-1200 là TIA V11, TIA V11 hỗ trợ mạnh mẽ
trong việc lập trình cho PLC các dòng S7-300/400/1200 và ET200. Ngoài ra, phần
mềm TIA còn tích hợp thêm lập trình màn hình HMI và tạo giao diện điều khiển từ PC
(PC systems).
Phần mềm lập trình cho LOGO!0BA7 là LOGO!Soft Comfort V7.0, phần mềm
hỗ trợ lập trình trên PC rồi sau đó download xuống thiết bị LOGO thông qua cổng
Ethernet. Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp thêm tính năng mô phỏng (Simulation),
giúp lập trình viên dễ dàng hơn trong việc lập trình.
Đồ án còn thể hiện tính ứng dụng điều khiển mạng PLC S7-1200 và LOGO
thông qua mô việc điều khiển mô hình pha trộn và phân loại sơn. Mô hình đã thể hiện
rõ sự truyền thông dữ liệu giữa PLC và LOGO để cùng phối hợp thực hiện một nhiệm
vụ.
1.1.1. Giới thiệu chung về PLC 3
1.1.2. Cấu trúc – nguyên lý hoạt động của PLC 4
1.1.3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC 8
1.1.3.1. Xử lý chương trình 8
1.1.3.2. Xử lý xuất nhập 9
1.2. Tìm hiểu sơ lược về plc s7-1200 của siemens 10
1.2.1. Giới thiệu phần cứng S7-1200 10
1.2.2. Cấu trúc bộ nhớ S7-1200 14
1.3. Cấu trúc chương trình 15
1.3.1. Các khối mã tạo nên cấu trúc chương trình 15
1.3.2. Các kiểu cấu trúc chương trình 16
1.3.3. Các khối OB đặc biệt 17
1.3.4. Các chế độ hoạt động của CPU 18
1.3.5. Bảo vệ bằng mật khẩu cho CPU S7-1200 20
iv
1.3.5.1. Cách thiết lập mật khẩu 20
1.3.5.2. Cách phục hồi mật khẩu bị mất 21
1.4. Tìm hiểu tập lệnh plc s7-1200 của siemens 21
1.4.1. Các lệnh cơ bản 21
1.4.1.1. Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) 21
1.4.1.2. Sử dụng bộ Timer 26
1.4.1.3. Sử dụng bộ Counter 27
1.4.2. Các lệnh nâng cao 28
1.4.2.1. So sánh 28
3.4. TAG của PLC / TAG LOCAL 56
3.5. Làm việc với một trạm PLC 58
3.5.1. Quy định địa chỉ IP cho module CPU 58
3.5.2. Đổ chương trình xuống CPU 58
3.5.3. Giám sát và thực hiện chương trình 59
3.6. Ngôn ngữ lập trình 60
3.6.1. Ngôn ngữ lập trình LAD 60
3.6.2. Ngôn ngữ lập trình FBD 60
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN
LOGO QUA MẠNG. 62
4.1. Tổng quan về mô hình 62
4.2. Các thiết bị trong mô hình 68
4.2.1. CPU 1214C AC/DC/RC của PLC Seimens S7-1200 68
4.2.2. Thiết bị LOGO! 12/24 RCE 68
4.2.3. Module CSM 1277 SIMATIC NET 69
4.2.4. Cầu dao điện 69
4.2.5. Relay trung gian 70
4.2.6. Van điện từ 71
4.2.7. Cảm biến áp suất (Pressure Transmitter) 71
4.2.8. Bơm nhiên liệu 71
4.2.9. Động cơ 72
4.3. Yêu cầu công nghệ 73
4.4. Sơ đồ mạch động lực và sơ đồ kết nối CPU 73
4.4.1. Sơ đồ mạch động lực 73
4.4.2. Sơ đồ kết nối CPU 75
4.4.2.1. Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200 75
4.4.2.2. Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7 75
4.5. Phân địa chỉ vào ra 75
vi
Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của PLC 5
Hình 1.2. Chu kỳ quét của PLC 6
Hình 1.3. Hình ảnh PLC S7-1200 11
Hình 1.4. Các module mở rộng. 12
Hình 1.5. Sign board 13
Hình 1.6. Module mở rộng 13
Hình 1.7. Các kiểu cấu trúc chương trình 17
Hình 1.8. Chế độ hoạt động của CPU 19
Hình 1.9. Các chế độ thiết lập mật khẩu 20
Hình 3.1. Cửa sổ portal view 50
Hình 3.2. Cửa sổ overview 50
Hình 3.3. Cửa sổ devices & network 51
Hình 3.4. Cửa sổ online & diagnostics 52
Hình 3.5. Cửa sổ main OB1 53
Hình 3.6. Sơ đồ xây dựng project 54
Hình 3.7. Ví dụ lập trình LAD cơ bản 60
Hình 3.8. Ví dụ về lập trình FBD 61
Hình 4.1. Hình ảnh PLC S7-1200. 68
Hình 4.2. Hình ảnh LOGO! 0BA7 69
Hình 4.3. Module CSM 1277 SIMATIC NET 69
Hình 4.4. Hình ảnh CB. 70
Hình 4.5. Relay trung gian và đế cắm. 70
Hình 4.6. Hình ảnh van điện từ. 71
Hình 4.7. Cảm biến áp suất. 71
Hình 4.8. Bơm nhiên liệu. 72
Hình 4.9. Động cơ trộn và động cơ cần gạc. 72
Hình 4.10. Động cơ giảm tốc. 1
Hình 4.11. Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn 220V AC) 74
viii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
CPU Center processing unit
PLC Programmable Logic Controller
CB Circuit Breaker
CMS Content Management System
I/O Input/Output
DI/DO Digital input/Digital output
AI/AO Analog Input/Analog Output
AC Alternating current
DC Drect Current
RLY Relay
HMI Human machine interface
1
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
MỞ ĐẦU
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ thống
điều khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy móc và thiết bị. Các
hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật
lý cần phải điều khiển để có thể hoạt động đồng bộ hoặc theo một trình tự công nghệ
nhất định nhằm tạo ra một sản phẩm mong muốn. Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể
Siemens. Nghiên cứu phần mềm lập trình TIA PORTAL và ứng dụng điều khiển mạng
PLC S7-1200 và LOGO.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu về thiết bị S7-1200 và LOGO của Siemens, phần mềm lập trình TIA
PORTAL. Tổng hợp các kiến thức để ứng dụng thiết kế mạng điều khiển PLC S7-
1200 và LOGO.
5. ỨNG DỤNG, NHU CẦU THỰC TẾ CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài này mang tính chất nghiên cứu và ứng dụng, khi đề tài được hoàn thành,
nó có thể trở thành tài liệu để tham khảo. Ứng dụng của đề tài có thể áp dụng vào các
hệ thống điều khiển logic dùng cả PLC S7-1200 và LOGO để giám sát và điều khiển
hệ thống, nó cũng có thể làm mô hình học tập cho các sinh viên.
3
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS
1.1. TỔNG QUAN VỀ PLC
1.1.1. Giới thiệu chung về PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập
trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một
loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ
vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự
kiện được đếm. Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị
điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục
“lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín
hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều
năng lập trình được (PLC) đã ra đời, cho phép khắc phục được rất nhiều nhược điểm
của các hệ điều khiển liên kết cứng trước đây, việc dùng PLC đã trở nên rất phổ biến
trong công nghiệp tự động hoá. Có thể liệt kê các ưu điểm chính của việc sử dụng PLC
gồm:
- Giảm bớt việc đấu nối dây khi thiết kế hệ thống, giá trị logic của nhiệm vụ
điều khiển được thực hiện trong chương trình thay cho việc đấu nối dây.
- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống.
- Bộ nhớ, cổng ngắt và đếm tốc độ cao khối vi xử lý trung tâm.
- Hệ điều hành, bộ đếm vào – ra, bộ định thời, bộ đếm bit cơ bản, cổng vào ra
Onboard, quản lý ghép nối Bus của PLC
- Bộ nhớ vào/ra.
1.1.2. Cấu trúc – nguyên lý hoạt động của PLC
Một PLC bao gồm 6 thành phần cơ bản như sau:
Module xử lý tín hiệu
Module vào
Module ra
Module nhớ
Module nguồn
Thiết bị lập trình
5
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn như trên hình 1.1. Ngoài các
module chính này, các PLC còn có các module phụ trợ như module kết nối mạng, các
module đặc biệt để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều
khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào…
CPU
Module
nguồn
Module
vào/ra
Đầu vào
Đầu ra
6
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
khả năng chịu tải lớn 220V/1A. Nếu muốn khống chế phụ tải công suất lớn thì thông
qua các thiết bị trung gian như: CTT, Contactor, Triac…
- Bộ xử lý trung tâm (CPU):
Đây là bộ phận xử lý tín hiệu trung tâm hay CPU của PLC. Bộ xử lý tín hiệu có
thể bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý tiêu chuẩn hoặc các bộ vi xử lý hỗ trợ cùng với
các mạch tích hợp khác để thực hiện các phép tính logic, điều khiển và ghi nhớ các
chức năng của PLC. Bộ xử lý thu thập các tín hiệu vào, thực hiện các phép tính logic
theo chương trình, các phép tính đại số và điều khiển các đầu ra số hay tương tự. Phần
lớn các PLC sử dụng các mạch logic chuyên dụng trên cơ sở bộ vi xử lý và các mạch
tích hợp tạo nên đơn vị xử lý trung tâm CPU.
Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét trạng thái của các đầu vào và các thiết bị phụ trợ,
thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính
toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Bộ vi xử lý nâng cao khả năng logic
và khả năng điều khiển của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép thực hiện các phép
tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao hơn và có trang bị
giao diện với máy tính, với mạng nội bộ v.v…
Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi là
chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của
PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện năng cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 ms. Thời gian quét đầu vào và đầu ra
thường rất ngắn so với chu kỳ quét của PLC.
Module nhớ
Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi vì nó được sử dụng để chứa toàn
bộ chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ. Thông thường các
bộ nhớ được bố trí trong cùng một khối với CPU. Thông tin chứa trong bộ nhớ sẽ xác
định việc các đầu vào, đầu ra được xử lý như thế nào. Bộ nhớ bao gồm các tế bào nhớ
được gọi là bit, mỗi bit có hai trạng thái 0 hoặc 1. Đơn vị thông dụng của bộ nhớ là K,
1K = 1024 từ (word), 1 từ (word) có thể là 8 bit. Các PLC thường có bộ nhớ từ 1K đến
64K, phụ thuộc vào mức độ phức tạp của chương trình điều khiển. Trong các PLC
hiện đại có sử dụng một số kiểu bộ nhớ khác nhau. Các kiểu bộ nhớ này có thể xếp
vào hai nhóm: bộ nhớ có thể thay đổi và bộ nhớ cố định. Bộ nhớ thay đổi là các bộ nhớ
có thể mất các thông tin ghi trên đó khi mất điện. Nếu chương trình điều khiển chứa
trong bộ nhớ có thể thay đổi mà bị mất điện đột xuất do tuột dây, mất điện nguồn thì
chương trình phải được nạp lại và lưu vào bộ nhớ. Bộ nhớ cố định ngược lại với bộ
nhớ thay đổi là có khả năng lưu giữ thông tin ngay cả khi mất điện. Các loại bộ nhớ
hay sử dụng trong PLC gồm:
+ ROM (Read Only Memory)
+ RAM (Random Access Memory)
+ PROM (Programable Read Only Memory)
+ EPROM (Erasable Programable Read Only Memory)
+ EAPROM (Electronically Alterable Programable Read Only Memory)
+ Bộ nhớ flash
8
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Bộ nhớ ROM dùng để nhớ các lệnh điều khiển cơ bản của PLC, không thay đổi
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được lưu
trong một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ.
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ
nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối
chương trình. Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ
thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý của PLC và độ
lớn của chương trình. Một chu kỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn nối tiếp nhau:
Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình phục vụ
công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành.
Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự từng lệnh một trong chương trình.
Trong khi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào, thực
hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của các đầu
ra.
Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các module
đầu ra.
1.1.3.2. Xử lý xuất nhập
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC:
Cập nhật liên tục
Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngõ vào (mà chúng xuất hiện trong
chương trình), khoảng thời gian delay được xây dựng bên trong để chắc chắn
rằng chỉ có những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các
lệnh ngõ ra được lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của chương
trình, khi lệnh OUT được thực hiện thì các ngõ ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế
nên chúng vẫn giữ được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp.
Chụp ảnh quá trình xuất nhập
Hầu hết các PLC loại lớn có thể có vài trăm I/O, vì thế CPU chỉ có thể
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 RS232.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba
ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA
Portal 11 của Siemens.
11
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường Hình 1.3. Hình ảnh PLC S7-1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ
chương trình khác nhau…
PLC S7-1200 có các loại sau:
SIMATIC S7-1200 Mô tả sản phẩm
1211 CPU
AC/DC/Rly
DC/DC/Rly
Kích thước: 90 x 100 x 75 (mm)
CPU 1212C nhỏ gọn, bộ nhớ chương
trình/bộ nhớ dữ liệu lên đến 25Kb, bộ nhớ tải
1Mb.
Thời gian đáp ứng các phép toán logic là
0,1µs.
Có 8 đầu vào số và 2 đầu vào tương tự, 6
Đèn LED cho biết trạng thái
on -board I / O
Kết nối nguồn điện
Hệ thống kết nối dây (phía sau nắp
PLC)
Kết nối PROFINET
12
Đồ Án Tốt Nghiệp
Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng
GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
ngõ ra số.
Có thể mở rộng lên đến 3 module giao tiếp,
2 module tín hiệu và 1 board tín hiệu
Tín hiệu ngõ vào số là HCS với tần số
100kHz và tín hiệu số 24V DC ngõ ra có thể
được dùng như là PTO hoặc PWM với tần số
100kHz
1214 CPU
AC/DC/Rly
1. Module truyền thông (CM) 2. CPU
3. Board tín hiệu (SB) 4. Module tín hiệu (SM)
Hình 1.4. Các module mở rộng
Copyright: Tài liệu đại học ©