i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

SVTH: VÕ LÊ TÔN TRUNG
ĐỂ TÀI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM PHỤC VỤ THỰC TẬP TẠI PHÒNG THÍ
NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CBHD:

TH.S BÙI THÚC MINH

KHÓA:

52 (2010-2014)

Nha Trang tháng 6 năm 2014

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


i


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 .............................................................. 4
1.1.

CHỨC NĂNG HỆ PLC...................................................................................... 4

1.2.

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG................................................................................ 5

1.2.1.

Giới thiệu về plc s7-1200............................................................................. 5

1.2.2.

Các module tín hiệu ..................................................................................... 9

1.2.3.

Các module truyền thông ............................................................................. 9

1.3.

VÒNG QUÉT CHƢƠNG TRÌNH CỦA PLC.................................................. 10

1.4.

CẤU TRÚC CHƢƠNG TRÌNH ...................................................................... 11

1.4.1.


2.2.1.

Khối nguồn ................................................................................................ 20

2.2.2.

Động cơ. ..................................................................................................... 21

2.2.3.

Rờ le trung gian ......................................................................................... 22

2.2.3.1.

Cấu tạo ................................................................................................ 23

2.2.3.2.

Nguyên lý hoạt động ........................................................................... 23

2.2.4.

Bộ khí nén. ................................................................................................. 23

2.2.4.1.

Van khí nén 5/2 ................................................................................... 23

2.2.5.

Ngôn ngữ lập trình ..................................................................................... 45

3.3.

3.2.4.1.

Ngôn ngữ LAD .................................................................................... 45

3.2.4.2.

Ngôn ngữ lập trình FBD ..................................................................... 47

CÁC ƢU ĐIỂM CỦA PHẦN MỀM STEP 7 V11 .......................................... 49

CHƢƠNG 4. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH .................................................. 51
4.1.

CÁCH THỨC LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG............................ 51

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


iv

4.2.

LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN ................................................................................ 58



Bài thực tập số 3: ....................................................................................... 74

5.2.4.

Bài thực tập số 4: ....................................................................................... 75

5.2.5.

Bài thực tập số 5: ....................................................................................... 76

KẾT LUẬN................................................................................................................. 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 79

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


v

Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: PLC s7-1200 .................................................................................................... 5
Hình 1.2. PLC S7-1200 và bảng tín hiệu ......................................................................... 8
Hình 1.3. PLC và module tín hiệu.................................................................................... 9
Hình 1.4. PLC S7-1200 và module truyền thông ............................................................. 9
Hình 1.5 các kiêu cấu trúc chƣơng trình ........................................................................ 13
Hình 1.6. Chế độ hoạt động của CPU STARTUP ......................................................... 16
Hình 2.1. Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lƣợng................................................ 17
Hình 2.3. Cánh tay gạt vật nặng ..................................................................................... 18

Hình 3.4. Cửa sổ Online & diagnostics.......................................................................... 40
Hình 3.5. Cửa sổ Main OB1........................................................................................... 41
Hình 3.6.Sơ đồ xây dựng Project ................................................................................... 42
Hình 3.7. Ví dụ lập trình LAD cơ bản ........................................................................... 45
Hình 3.8. Minh họa không thể tạo một nhánh tạo dòng tín hiệu theo chiều ngƣợc lại .. 46
Hình 3.9. Minh họa không thể tạo một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch ............... 46
Hình 3.10. Ví dụ về lập trình FBD ................................................................................. 47
Hình 5.1 Sơ đồ nối dây trên bảng điện........................................................................... 71
Hình 5.2 Sơ đồ nối dây trên PLC S7-1200 .................................................................... 71

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


vii

Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1: Các kiểu thông số CPU.................................................................................... 5
Bảng 1.2.Các kiểu module truyền thông .......................................................................... 7
Bảng 2.1: thông số cảm biến quang điện BR100-DDT ................................................. 31
Bảng 3.1.So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD. ..................................................... 48

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


viii


Function Block

Khối chức năng

FC

Function code

Mã chức năng

DB

Data Block

Khối dữ liệu

FC
SB

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


1
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

MỞ ĐẦU


GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


2
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

 Phương pháp nghiên cứu:


Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: thiết kế mô hình trên phần mềm autocad, lập

trình và mô phỏng điều khiển PLC S7-1200 trên phần mềm tia portal v11.


Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: thi công mô hình phân loại sản phẩm và

điều khiển mô hình bằng PLC S7-1200.
 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:


Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo khối lƣợng và lập trình điều khiển mô

hình phân loại sản theo khối lƣợng tại phòng thực hành Truyền động điện.



hệ thống xi lanh khí nén kết hợp với động cơ servo đề gắp vật. [1]


Đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao của Đỗ Quang Thành sinh viên trƣờng

Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã ứng dụng cảm biến quang để chế tạo mô hình phân
loại sản phẩm theo chiều cao, điều khiển băng PLC, sử dụng pitton để phân loại sản
phẩm. [4]


Ở đây em sử dụng cảm biến khối lƣợng để chế tạo mô hình phân loại sản phẩm

theo khối lƣợng, sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển mô hình, dùng pitton để dịch
chuyển vậy và dùng cánh tay gạt để phân loại sản phẩm, sản phẩm đƣợc phân loại theo
khối lƣợng đặt trƣớc, nếu sản phẩm nặng hơn khối hoặc nhẹ hơn khối lƣợng đặt trƣớc
thì sản phẩm sẽ bị gạt khỏi băng chuyền, nếu sản phẩm bằng với khối lƣợng đặt trƣớc
thì tiếp tục đi thẳng.

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


4
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
1.1.

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG

1.2.1. Giới thiệu về plc s7-1200

Hình 1.1: PLC s7-1200
1: Bộ phận kết nối nguồn.
2: Các bộ phận kết nối nối dây của ngƣời dùng có thể tháo đƣợc (phía sau các nắp
che).
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
4: Bộ phận kết nối PROFINET của CPU.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lƣợng
giúp cho ngƣời dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 1.1: Các kiểu thông số CPU
Chức năng

CPU 1211C

Kích thƣớc vật

90x100x75

CPU 1212C

CPU 1214C
110x100x75

lý(mm)


I/O tích hợp cục bộ
• Kiểu số

• 6 ngõ vào/4 ngõ

• 8 ngõ vào/6 ra

•

• Kiểu tƣơng tự

ngõ ra

• 2 ngõ ra

vào/10 ngõ ra

• 2 ngõ ra
Kích thƣớc ảnh

14

ngõ

• 2 ngõ ra

1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

tiến trình
Bộ nhớ bit (M)


4

6

cao

• 3 tại 100 kHz

• 3 tại 100

• Đơn pha

• 3 tại 100kHz

1tại 30 kHz

kHz

• Vuông pha

• 3 tại 80kHz

• 3 tại 80 kHz

2 tại 30 kHz

• 3 tại 80 kHz

1tại 20 kHz

1 cổng truyền thông Etherne

Tốc độ thực thi tính 18 μs/lệnh
toán thực
Tốc độ thực thi

0.1 μs/lệnh

Boolean
Họ S7-1200 cung cấp một số lƣợng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng dung lƣợng của CPU. Ngƣời dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền
thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Bảng 1.2.Các kiểu module truyền thông
Module
Module

Kiểu số

Chỉ ngõ vào

Chỉ ngõ ra

Kết hợp In/Out

8xDC in

8 x DC Out

8xDC


4 x Analog In

2 x Analog In

4xAnalog In/2x

tƣơng tự

8 x Analog In

4 x Analog In

Analog Out

-

-

2 x DC In / 2 x

Bảng tín Kiểu số

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


8
Đồ án tốt nghiệp




9
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

1.2.2. Các module tín hiệu
Ngƣời dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các
chức năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
1: Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu.

Hình 1.3. PLC và module tín hiệu
2: Bộ phận kết nối đƣờng dẫn.
3: Bộ phận kết nối dây của ngƣời dùng có thể tháo ra
1.2.3. Các module truyền thông
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông(CM) dành cho các tính năng bổ

Hình 1.4. PLC S7-1200 và module truyền thông
GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


10
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.


SVTH: Võ Lê Tôn Trung


11
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC
sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chƣơng trình tƣơng
ứng với khối tín hiệu báo ngắt đó. Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt nhƣ vậy, thời gian
vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó,
để nâng cao tính thời gian thực cho chƣơng trình điều khiển tuyệt đối không nên viết
chƣơng trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong
chƣơng trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thƣờng lệnh không làm việc trực tiếp
với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Ở một
số Module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc
khác, ngay cả chƣơng trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
1.4.

CẤU TRÚC CHƢƠNG TRÌNH

1.4.1. Các khối tạo mã nên cấu trúc chƣơng trình
Khi tạo ra một chƣơng trình ngƣời dùng ta chèn các lệnh của chƣơng trình vào
trong các khối mã:
- Khối tổ chức (OB), đáp ứng một sự kiện xác định trong CPU và có thể ngắt sự
thực thi của chƣơng trình. Mặc định đối với thực thi theo chu trình của chƣơng trình
ngƣời dùng (OB1) cung cấp cấu trúc cơ bản dành cho chƣơng trình và chỉ là khối mã

chuyển khối. Các chƣơng trình con đƣợc phép gọi lồng nhau, tức là một chƣơng trình
con này gọi một chƣơng trình con khác và từ chƣơng trình con đƣợc gọi lại gọi một
chƣơng trình con thứ 3... [2]
1.4.2. Các kiểu cấu trúc chƣơng trình
Dựa trên các yêu cầu của ứng dụng, ta có thể chọn cấu trúc thẳng còn gọi là lập
trình tuyến tính hay cấu trúc kiểu khối kết cấu để tạo ra chƣơng trình.
- Chƣơng trình thẳng thực thi tất cả các lệnh của tác vụ về tự động theo tuần tự,
lệnh này theo sau lệnh kia. Thông thƣờng ,chƣơng trình thẳng đặt tất cả các lệnh
chƣơng trình vào trong OB dành cho việc thực thi theo chu trình của chƣơng trình
(OB 1). Loại cấu trúc thẳng chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ, ít phức tạp.
- Chƣơng trình khối kết cấu sẽ gọi các khối mã đặc trƣng mà khối mã đó thực
hiện các tác vụ riêng biệt. Để tạo ra một cấu trúc theo khối kết cấu, ta chia tác vụ thành
nhiều tác vụ phụ nhỏ hơn phù hợp với các chức năng về mặt kỹ thuật của tiến trình.
Mỗi khối mã cung cấp đoạn chƣơng trình cho mỗi tác vụ phụ. Ta cấu trúc chƣơng trình
bằng cách gọi một trong số các khối mã từ một khối khác. Loại lập trình cấu trúc có thể
giúp ta giải quyết những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp dễ dàng hơn.
GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


13
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

Hình 1.5 các kiêu cấu trúc chƣơng trình
1.5.

CÁC KHỐI OB ĐẶT BIỆT

6) OB81 (Power Supply Fault): Chƣơng trình trong khối OB81 sẽ đƣợc thực hiện
khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi.
7) OB82 (Diagnostic Interrupt): Chƣơng trình trong khối OB82 sẽ đƣợc thực hiện
khi có sự cố từ các module mở rộng vào/ra. Các module này phải là các module có khả
năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities).
8) OB87 (Communication Fault): Chƣơng trình trong khối OB87 sẽ đƣợc thực
hiện khi có xuất hiện lỗi trong truyền thông.
9) OB100 (Start Up Information): Chƣơng trình trong khối OB100 sẽ đƣợc
thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN.
10) OB101 (Cold Start Up Information-chỉ với S7-400): Chƣơng trình trong
khối OB101 sẽ đƣợc thực hiện một lần khi công tắc nguồn chuyển từ trạng thái OFF
sang ON.
11) OB121 (Synchronous Error): Chƣơng trình trong khối OB121 sẽ đƣợc thực
hiện khi CPU phát hiện thấy hàm FC, FB không có trong bộ nhớ.
12) OB122 (Synchronous Error): Chƣơng trình trong khối OB122 sẽ đƣợc thực
hiện khi có lỗi truy nhập module trong chƣơng trình.
CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU

1.6.

CPU có 3 chế độ hoạt động: chế độ STOP, chế độ STARTUP và chế độ RUN.
Các LED trạng thái trên mặt trƣớc của CPU biểu thị chế độ hiện thời của sự vận
hành.
- Trong chế độ STOP, CPU không thực thi chƣơng trình nào, và ta có thể tải
xuống một đề án.
- Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) đƣợc thực thi một lần.
Các sự kiện ngắt không đƣợc xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN.

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh


- Trong chế độ RUN, CPU thực hiện các tác vụ đƣợc thể hiện nhƣ trong hình sau
đây:

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


16
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

Hình 1.6. Chế độ hoạt động của CPU STARTUP
A -Xóa vùng nhớ I.
B -Khởi chạy các ngõ ra cả với giá trị cuối cùng hay giá trị thay thế.
C -Thực thi các OB khởi động.
D - Sao chép trạng thái của các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I.
E - Lƣu trữ bất kỳ các sự kiện ngắt nào vào trong thứ tự để xử lý trong chế
độ RUN.
F - Kích hoạt việc ghi vùng nhớ Q đến các ngõ ra vật lý RUN
1 - Ghi bộ nhớ Q đến các ngõ ra vật lý.
2 - Sao chép trạng thái các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I.
3 - Thực thi các OB chu kỳ chƣơng trình.
4 - Thực hiện các chẩn đoán tự kiểm tra.
5 - Xử lý các ngắt và truyền thông trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ
quét.

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh