MỤC LỤC Lời nói đầu………………………………………………….………………….… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7 – 1200………… …………….….4 1.1 TỔNG QUAN VỀ PLC… …………….…….…………………………….… 1.1.1 Khái niệm……….……………….…………………………………… 1.1.2 Cấu trúc PLC………….…………………………………………….5 1.1.3 Hoạt động PLC………….…………………………………… 1.2 SIMATIC S7 – 1200………….…………………………………………….….8 1.2.1 Giới thiệu chung ……………….…………………………………… 1.2.2 Cấu tạo CPU……………………………………………………… 1.2.3 Phần mềm điều khiển lập trình……… …………………………… 1.3 ỨNG DỤNG VÀ KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA SIMATIC S7 – 1200… 11 1.3.1 Ứng dụng…………………………………………………………… 11 1.3.2 Khả làm việc…………………………………………………….12 CHƯƠNG 2: CÁC NỘI DUNG THỰC TẬP…………… ………………13 2.1 CẢM BIẾN ĐO MỨC……………… …………………………………….13 2.1.1 Kỹ thuật đo mức……………………………………………………….13 2.1.2 Cảm biến mức tự chế dùng KĐTT……… ………………………… 15 2.2 ĐẦU VÀO TƯƠNG TỰ PLC S7 – 1200…………………… …………….16 2.2.1 Tín hiệu tương tự…………………………………….……………… 16 2.2.2 Lấy đọc giá trị tương tự PLC S7 – 1200…………………… 17 2.2.3 Đọc đầu vào analog S7-1200 phịng thí nghiệm……….….19 2.3 BỘ ĐẾM TỐC ĐỘ CAO (HSC) CỦA PLC S7 – 1200……………….… 20 2.3.1 Giới thiệu chung…………………………………………………… 20 2.3.2 Lựa chọn chức cho đếm tốc độ cao……………………… 21 2.3.3 Địa truy nhập giá trị tức thời đếm tốc độ cao………… 23 2.3.4 Thiết lập đếm tốc độ cao………………………………………… 23 2.4 PHẦN MỀM PC ACCESS…………………… ………………………… 27 2.4.1 Giới thiệu PC Access………………………………………………27 2.4.2 Kết nối PLC S7-1200 với PC thông qua PC Access………………….27 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH BƠM NƯỚC TRONG PTN… …32 3.1 TỦ ĐIỆN…… ……………………………………………………………32 3.2 BƠM VAN ON – OFF…………………… …… ………….……………33 3.3 BƠM VAN DÙNG CẢM BIẾN ÁP SUẤT…………….…….………… 36 3.3.1 Cảm biến áp suất ZSE40/ISE40…………………………………… 36 3.3.2 Viết chương trình TIA Portal…….…………………………… 38 KẾT LUẬN……………………………………………….………………… … 41 LỜI NÓI ĐẦU Sự tiến khoa học kỹ thuật với phát triển mạnh mẽ máy tính cho đời thiết bị điều khiển số như: CNC, PLC, …Các thiết bị cho phép khắc phục nhiều nhược điểm hệ thống điều khiển trước đó, đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật sản xuất Với việc phát triển khoa học công nghệ nay, việc ứng dụng thiết bị logic khả trình PLC để tự động hóa q trình sản xuất, nhằm mục tiêu tăng suất lao động, giảm sức người, nâng cao chất lượng sản phẩm vấn đề cấp thiết cho phát triển công nghiệp hóa, đại hóa Trong q trình tiến hành làm báo cáo thực tập, thân em cố gắng tham khảo tài liệu tìm hiểu thực tế, thời gian kinh nghiệm hạn chế nên báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót.Do đó, em mong nhận ý kiến đóng góp nhận xét thầy cô để báo cáo em hoàn thiện Qua đây, em xin chân thành cảm ơn giáo viên hướng dẫn Trần Tiến Lương giúp đỡ em nhiều để em hoàn thành báo cáo thực tập CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7 – 1200 1.1 TỔNG QUAN VỀ PLC 1.1.1 Khái niệm PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định thời hay kiện đếm PLC dùng để thay mạch rơ le thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell Một kiện kích hoạt thật sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lý Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình Để khắc phục nhược điểm điều khiển dùng dây nối ( điều khiển Relay) người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau : • Lập trình dể dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học • Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản, sửa chữa • Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp • Hồn tồn tin cậy mơi trường cơng nghiệp • Giao tiếp với thiết bị thông minh khác : máy tính , nối mạng, Modul mở rộng • Giá cạnh tranh Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng Relay dây nối Logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dể dàng cho PLC mà bảo đảm tốc độ xử lý giá cả… Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC công nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch… sau chức làm tốn máy lớn… Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều Trong PLC, phần cứng CPU chương trình đơn vị cho trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng chức qui trình cơng nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý so với sử dụng dây nối hay rơle 1.1.2 Cấu trúc PLC Một hệ thống điều khiển lập trình phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit : CPU) hệ thống giao tiếp vào/ra (I/0) I N P Central Processing O U T Hình 1.1 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển P Unit U T S U T S m M m lập M M M M M M M M M M trình Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: xử lý, hệ thống nhớ hệ thống nguồn cung cấp Hình 1.2 mơ tả ba phần cấu thành PLC Processor Memory Power Supply Hình 1.2 : Sơ đồ khối tổng quát CPU 1.1.3 Hoạt động PLC Về hoạt động PLC đơn giản Đầu tiên, hệ thống cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi Module xuất /nhập) dùng để đưa tín hiệu từ thiết bị ngoại vi vào CPU (như sensor, công tắc, tín hiệu từ động …) Sau nhận tín hiệu ngõ vào CPU xử lý đưa tín hiệu điều khiển qua Module xuất thiết bị điều khiển Trong suốt trình hoạt động, CPU đọc quét (scan) liệu trạng thái thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau thực chương trình nhớ sau: đếm chương trình nhặt lệnh từ nhớ chương trình đưa ghi lệnh để thi hành Chương trình dạng STL (StatementList – Dạng lệnh liệt kê) dịch ngơn ngữ máy cất nhớ chương trình Sau thực xong chương trình, CPU gởi cập nhật (Update) tín hiệu tới thiết bị, thực thông qua module xuất Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu ngõ vào, thực chương trình gởi cập nhật tín hiệu ngõ gọi chu kỳ quét (Scanning) Trên mô tả hoạt động đơn giản PLC, với hoạt động giúp cho người thiết kế nắm nguyên tắc PLC Nhằm cụ thể hóa hoạt động PLC, sơ đồ hoạt động PLC vòng quét (Scan) sau: Update output(Cập nhật đầu ra) Read input( Đọc đầu vào) (Đọc ngõ vào) Program execution (Thực chương trình) Hình 1.3 Một vịng qt PLC Thực tế PLC thực chương trình (Program execution) PLC cập nhật tín hiệu ngõ vào (ON'OFF), tín hiệu không truy xuất tức thời để đưa (Update) ngõ mà q trình cập nhật tín hiệu ngõ (ON/OFF) phải theo hai bước: xử lý thực chương trình, vi xử lý chuyển đổi bước logic tương ứng ngõ “chương trình nội” (đã lập trình), bước logic chuyển đổi ON/OFF Tuy nhiên lúc tín hiệu ngõ “that” (tức tín hiệu đưa modul out) chưa đưa Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý, việc chuyển đổi mức logic (của tiếp điểm) hồn thành việc cập nhật tín hiệu ngõ thực tác động lên ngõ để điều khiển thiết bị ngõ Thường việc thực thi vòng quét xảy với thời gian ngắn, vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực vịng qt từ 1ms tới 100ms Việc thực chu kỳ quét dài hay ngắn phụ thuộc vào độ dài chương trình mức độ giao tiếp PLC với thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…) Vi xử lý đọc tín hiệu ngõ vào tín hiệu tác động với khoảng thời gian lớn chu kỳ quét vi xử lý coi khơng có tín hiệu Tuy nhiên thực tế sản xuất, thường hệ thống chấp hành “là hệ thống khí nên có tốc độ quét đáp ứng chức dây chuyền sản xuất Để khắc phục thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất nhà thiết kế cịn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, hệ thống thường áp dụng cho PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy cập xử lý lượng thông tin lớn 1.2 SIMATIC S7 – 1200 1.2.1 Giới thiệu chung Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm SIMATIC S7-1200 dùng để thay dần cho SIMATIC S7-200 SIMATIC S7-1200 có tính trội sau: - SIMATIC S7-1200 dòng điều khiển logic khả trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa, phù hợp với ứng dụng tự động hóa quy mơ vừa nhỏ Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7-1200 - Hết sức đơn giản cài đặt, lập trình vận hành Có thể sử dụng cho nhiệm vụ điều khiển đơn giản phức tạp - Đa ứng dụng, sử dụng hệ thống đơn lẻ mạng với hệ thống phân phối - Có thể tận dụng thiết bị cũ để tiết kiệm chi phí - Có tính thời gian thực mạnh mẽ Dễ dàng cho việc ứng dụng thời gian thực cho hệ thống - S7-1200 bao gồm vi xử lý (microprocessor), nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) - S7-1200 tích hợp sẵn cổng truyền thơng PROFINET: + Dùng để kết nối máy tính, với hình HMI hay truyền thơng PLC-PLC + Dùng kết nối với thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở +Đầu nối RJ45 với tính tự động chuyển đổi đấu chéo +Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s +Hỗ trợ 16 kết nối ethernet +TCP/IP, ISO on TCP, S7 protocol - Các tính đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển q trình: + đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho ứng dụng đếm đo lường, có đếm 100kHz đếm 30kHz +2 ngõ PTO 100kHz để điều khiển tốc độ vị trí động bước hay lái servo (servo drive) +Ngõ điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ +16 điều khiển PID với tính tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality) 1.2.2 Cấu tạo CPU 1, Bộ phận kết nối nguồn 2, Các phận kết nối nối dây người dùng tháo (phía sau nắp che) 3, Khe cắm thẻ nhớ nằm cửa phía 4, Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp 5, Bộ phận kết nối PROFINET (phía CPU) Các kiểu CPU khác cung cấp đa dạng tính dung lượng giúp cho người dùng tạo giải pháp có hiệu cho nhiều ứng dụng khác 1.2.3 Phần mềm điều khiển lập trình Phần mềm dùng để điều khiển lập trình cho Simatic S7-1200 TIA Portal TIA Portal The Totally Integrated Automation Portal) phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa truyền động điện Phần mềm tích hợp sản phẩm SIMATIC khác phần mềm ứng dụng ví dụ Simatic Step V11 để lập trình điều khiển Simatic, Simatic WinCC V11 để cấu hình hình HMI chạy Scada máy tính, giúp tăng suất hiệu làm việc Hình 1.4: Phần mềm TIA Portal TIA Portal giúp cho phần mềm chia sở liệu, tạo nên thống giao diện tính tồn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất thiết bị mạng truyền thơng cấu hình cửa sổ Hướng ứng dụng, khái niệm thư viện, quản lý liệu, lưu trữ dự án, chẩn đốn lỗi, tính online đặc điểm có ích cho người sử dụng sử dụng chung sở liệu TIA Portal 10 Bước 2: Tạo Tag TIA Portal Trong DB1, tạo item (encoder biến trở) có kiểu liệu Int Sau lưu dự án lại download xuống PLC Bước 3: Giám sát Tag TIA Portal Chọn mục “Add new watch table" điền thêm mục "Name" "Address" cho tag Ví dụ: • Item_01: "DB1.DBW0" 28 • Item_02: "DB1.DBW2" Bước 4: Khởi tạo dự án tag truy cập PC Access Ta click chuột phải vào Microwin(TCP/IP) chọn Properties  TCP/IP (auto) Chọn File=> New Thêm PLC Chọn "Edit > New > PLC" Kích chuột vào "NewPLC" mục "PLC properties" thêm trường thuộc tính PCL Name: "PLC" • IP Address: "192.168.0.1" (Địa IP S7-1200 PLC) • TSAP Local: "10.00." (TSAP PC Access) • TSAP Remote: "03.01." (TSAP S7-1200 PLC) Sau click vào nút OK Bước 5:Thêm thành phần 29 Chọn "Edit > New > Item" Cửa sổ "Item properties" Để truy cập vào liệu S7-1200 PLC bạn, thực theo bước sau: • Gõ tên item vào trường "Name:" • Gõ địa tag vào trường "Address:" • Lựa chọn kiểu liệu trường "Data Type:" 30 Thực tương tự với item “bientro” với kiểu liệu địa tương ứng ta vừa khởi tạo bên TIA Portal Bước 6: Giám sát item thông qua Test Client Bôi đen item bạn muốn giám sát nhấn vào nút "Add current items to test client" công cụ Những item chọn thêm vào Test Client Bước 7: Khởi động Test Client Nhấn nút "Start Test Client" công cụ Test Client kết nối truy cập vào liệu định Trong cột "Value" bạn thấy giá trị item Nếu bạn kết nối với S7-1200 PLC, mục "Quality" item "Good" 31 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH BƠM NƯỚC TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 3.1 TỦ ĐIỆN a, Bên tủ điện b, Bên ngồi tủ điện Hình 3.1: Tủ điện phịng thí nghiệm +24VDC Q0.0 I0.0 I0.1 Q0.1 I0.2 I0.3 I0.4 Q0.2 PLC S7-1200 Q0.3 Q0.4 Role Q0.5 Role I0.5 I0.6 I0.7 Q0.6 Hình 3.2: Sơ đồ đấu nối PLC 32 Trong đó: +)Bên Ngồi: - Có nút ấn thường mở ( I0.0; I0.1; I0.2; I0.7) - công tắc xoay: (I0.3; I0.4) (I0.5; I0.6) - Có đèn báo đầu (Q0.0; Q0.1; Q0.2; Q0.3; Q0.4; Q0.5; Q0.6) đèn báo nguồn POWER +) Bên trong: - Có rơ le (em sử dụng rơle Q0.4 Q0.5) - công tắc tơ aptomat - nguồn 24 VDC PLC S7 – 1200 có kết nối mạng LAN 3.2 BƠM VAN ON-OFF a, Bơm b, Van Hình 3.3: Bơm Van phịng thí nghiệm Bơm lắp đặt bể chứa bên dùng để bơm nước lên bể bên trên, mức nước đủ ta dừng bơm dùng van xả nước xuống bể bên Bơm Van nối với rơle bảo vệ, sau kết nối với PLC qua Q0.4 (Bơm) Q0.5 (Van) để điều khiển Tùy vào tốn cụ thể ta viết chương trình điều khiển Bơm Van thơng qua PLC S7-1200 33 Hình 3.4: Hệ thống bơm, xả nước phịng thí nghiệm Hình 3.5: Cảm biến ON-OFF Cảm biến có que đo: +) que dài để đo cảm biến mức thấp +) que ngắn để đo cảm biến mức cao Nguyên lý hoạt động cảm biến: Khi mực nước chạm vào que đo cảm biến mức thấp mức cao có tín hiệu (điện áp) từ KĐTT, ta đưa 34 vào PLC qua chân I1.2 (mức thấp) I1.3 (mức cao) để điều khiển trình cung cấp nước cho bể chứa *) Chương trình viết TIA Portal Hình 3.4: Chương trình điều khiển Bơm Van sử dụng cảm biến ON-OFF +) Nguyên lý hoạt động hệ thống: 35 Ấn nút I0.0 để khởi động hệ thống, lúc Q0.0 có điện Giả sử mực nước mức thấp, Q0.0 có điện qua tiếp điểm thường đóng I1.2; I1.3; Q0.5 (Van)  Q0.4 (Bơm) có điện, bắt đầu trình bơm nước từ bình chứa bên lên Sau mực nước chạm đến mức thấp  I1.2 có điện (tiếp điểm thường đóng mở ra, thường mở đóng lại) Khi tiếp điểm thường đóng I1.2 mở bơm hoạt động nhờ tiếp điểm trì Q0.4, trình bơm tiếp tục mực nước chạm đến mức cao  I1.3 có điện (thường đóng mở ra, thường mở đóng lại) Khi thường đóng mở làm Q0.4 điện  Bơm dừng Đồng thời tiếp điểm thường mở đóng lại làm cho Q0.5 (van) có điện  Q trình xả nước bắt đầu hoạt động Quá trình tiếp tục ta ấn I0.1 để dừng hệ thống 3.3 BƠM VAN DÙNG CẢM BIẾN ÁP SUẤT ZSE40/ISE40 3.3.1 Cảm biến áp suất ZSE40/ISE40 Hình 3.5: Hình ảnh thực tế a, Cách đấu dây 36 b, Cách cài đặt +) Cài đặt chế độ Manual đo mức phịng thí nghiệm 37 Ta cài đặt thông số sau: - Mức thấp: P1=1.3; P2=1.4; - Mức cao: P3=2.7; P4=2.8; 3.3.2 Viết chương trình TIA Portal a, Main 38 Nguyên lý: Ấn I0.0 để khởi động hệ thống  Q0.0 có điện Tiếp điểm thường mở Q0.0 đóng vào trì điện cho Q0.0 (tiếp điểm nhớ) Ta sử dụng công tắc trung gian để chọn chế độ: I0.3 (tự động); I0.4 (bằng tay) Ta tạo khối Block_1 (tự động) Block (bằng tay) b, Block (tự động) 39 Nguyên lý: Khi I0.3 có điện  Block_1 tác động Ta ấn nút I0.2 để bắt đầu khởi động chế độ tự động  I0.2 có điện  Q0.3 có điện (tiếp điểm nhớ) Khi áp suất nước mức thấp I0.5 có điện, lệnh Set Q0.4 tác động bật bơm, đồng thời 40 van xả nước Reset để tắt van Ngược lại, nước mức cao I0.6 có điện van set để bật xả nước bơm reset để tắt bơm Quá trình diễn tự động, muốn dừng hệ thống ta bấm I0.7 tất tiếp điểm điện  Kết thúc trình tự động Block (Bằng tay) Nguyên lý: Khi I0.4 có điện  Block_2 tác động Bấm I0.2  Q0.1 có điện, đóng tiếp điểm thường mở Q0.1 trì điện cho Q0.1 Khi muốn cho bơm chạy ta 41 ấn nút I0.5 muốn dùng van để xả nước ta ấn nút I0.6 Để tắt chế độ khởi động tay ta ấn nút I0.7  Mất điện  Quá trình tay kết thúc Để dừng toàn hệ thống ta ấn nút I0.1 KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu PLC S7-1200 cho em thấy nhiều chức mà PLC làm hệ thống điều khiển tự động Khơng cịn đáp ứng tiêu chuẩn vận hành, độ an toàn độ tin cậy Nhưng hiểu biết em cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót, kính mong đóng góp ý kiến thầy để em hồn thiện báo cáo Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Tiến Lương thầy cô giúp đỡ em thời gian em thực tập trường Hải Phòng, ngày 29 tháng năm 2013 Sinh viên thực Nguyễn Văn Đạt 42 ... chuẩn truyền thông Ethernet dựa TCP/IP, S7- 1200 có khả kết nối mạnh linh hoạt với thiết bị khác kết nối với máy tính cá nhân PC, kết nối với HMI, kết nối với PLC khác, khả điều khiển PLC từ xa thông. .. 2.4.2 Kết nối PLC S7- 1200 với PC thông qua PC Access Do PC Access phần mềm kết nối với PC thức S7- 200, phần mềm chưa Siemens hỗ trợ thức để sử dụng với S7- 1200( S7- 1200 kết nối với máy tính thơng... S7- 1200 tích hợp sẵn cổng truyền thông PROFINET: + Dùng để kết nối máy tính, với hình HMI hay truyền thơng PLC- PLC + Dùng kết nối với thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở +Đầu nối RJ45 với