Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu, ứng dụng plc s7 1200 điều khiển logo qua mạng...

Tài liệu Nghiên cứu, ứng dụng plc s7 1200 điều khiển logo qua mạng

.PDF
110
978
79

Mô tả:

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  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 (2009 - 2013) Khánh Hòa, 2013 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc 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: Bằng số Bằng chữ Điểm kết luận của Hội đồng chấm Đồ án Điểm số Điểm bằng chữ Khánh Hòa, ngày Thư ký Hội đồng (Ký, ghi rõ họ tên) tháng 7 năm 2013 Chủ tịch hội đồng (Ký, ghi rõ họ tên) i LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, tự động hóa trong quá trình sản xuất đóng vai trò ngày càng quan trọng. Việc tự động hóa đã góp phần tích cực vào nâng cao năng suất lao động, tăng chất lượng của hàng hóa. PLC và LOGO là hai trong số các thiết bị tự động và bán tự động. PLC và LOGO đóng vai trò là trung tâm điều khiển, độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng, thích ứng với môi trường công nghiệp. Việc liên lạc, truyền thông giữa các thiết bị điều khiển tự động và bán tự động là hết sức quan trọng. Nó góp phần tăng độ tin cậy cho hệ thống, mở rộng quy mô điều khiển. Từ những kiến thức có được trong quá trình học và nghiên cứu, với mong muốn nghiên cứu ứng dụng sản phẩm công nghệ cao phục vụ cho cuộc sống. Tôi đã thực hiện đồ án: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng”. Với mục tiêu là nghiên cứu, ứng dụng sản phẩm công nghệ cao S7 - 1200 và LOGO, ứng dụng PLC S7 -1200 điều khiển LOGO qua mạng. Qua gần 4 tháng thực hiện đề tài, cùng với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, tôi đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên với thời gian thực hiện đồ án gấp rút, kiến thức còn hạn chế nên đồ án còn nhiều thiếu sót vì vậy kính mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để tác giả tiếp thu chỉnh sửa để đồ án này hoàn thiện hơn và được ứng dụng vào thực tế. Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa Điện – Điện Tử đã cho phép cũng như tạo điều kiện để em thực hiện đề tài này. Chân thành biết ơn các thầy cô giáo 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. iii MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................. i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ......................................................................................................... ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................... vii DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................................... ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT............................................................................. x MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Giới thiệu chung....................................................................................................... 1 2. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................ 1 3. Nhiệm vụ, phạm vi của đề tài................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................... 2 5. Ứng dụng, nhu cầu thực tế của đề tài....................................................................... 2 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 CỦA SIEMENS .........................3 1.1. Tổng quan về PLC................................................................................................. 3 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 1.4.2.2. Toán học ...................................................................................................30 1.4.2.3. Di chuyển MOVE.....................................................................................36 1.4.2.4. Chuyển đổi ...............................................................................................37 1.4.2.5. Lệnh điều khiển chương trình ..................................................................38 1.4.2.6. Toán tử word logic ...................................................................................39 1.4.2.7. Dịch chuyển và xoay vòng .......................................................................40 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ LOGO..............................................................42 2.1. Tổng quan về LOGO........................................................................................... 42 2.1.1. Giới thiệu chung về LOGO............................................................................42 2.1.2. Cách nhận dạng LOGO..................................................................................43 2.1.3. Các tính năng kỹ thuật của LOGO.................................................................43 2.2. Tìm hiểu tập lệnh của LOGO.............................................................................. 44 2.2.1. Các lệnh cơ bản..............................................................................................44 2.2.2. Các lệnh nâng cao ..........................................................................................45 2.3. Lập trình trực tiếp trên bộ LOGO........................................................................ 47 2.4. Lập trình trên chương trình ứng dụng LOGO! SOFT COMFORT của hãng Siemens....................................................................................................................... 47 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL. ...........................................48 3.1. Giới thiệu phần mềm TIA PORTAL................................................................... 48 3.2. Các thao tác cơ bản trên phần mềm..................................................................... 49 3.3. Xây dựng một Project.......................................................................................... 53 v 3.3.1. Các cách xây dựng một Project......................................................................53 3.3.2. Tạo một Project mới ......................................................................................54 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 4.5.1. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC ...........................................................76 4.5.2. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO! ......................................................77 4.6. Phương pháp pha chế các màu sơn...................................................................... 78 4.7. Mô hình hệ thống pha màu tự động ứng dụng mạng điều khiển PLC S7-1200 và LOGO!0BA7.............................................................................................................. 79 4.7.1. Các bồn chứa các màu cơ bản........................................................................80 4.7.2. Các van xả của các màu thành phần ..............................................................80 4.7.3. Bồn định lượng ..............................................................................................80 4.7.4. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng ..................................................80 4.7.5. Bồn trộn..........................................................................................................81 4.7.6. Tủ điều khiển của hệ thống ............................................................................81 4.8. Lưu đồ thuật toán................................................................................................. 82 4.8.1. Khởi động hệ thống trộn sơn .........................................................................82 4.8.2. Thực hiện chương trình..................................................................................83 4.9. Chương trình điều khiển...................................................................................... 87 4.9.1. Chương trình điều khiển CPU PLC 1214C ...................................................87 4.9.2. Chương trình điều khiển CPU LOGO!0BA7 ................................................95 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................96 Kết luận...................................................................................................................... 96 Kiến nghị.................................................................................................................... 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................97 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Trang 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 Hình 4.12. Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn DC)......................74 Hình 4.13. Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200. ...............................................................75 Hình 4.14. Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7 ................................................................75 Hình 4.15. Hình ảnh mô hình trộn sơn. .........................................................................79 Hình 4.16. Bồn chứa sơn nhiêu liệu. .............................................................................80 Hình 4.17. Van xả của bơm. ..........................................................................................80 Hình 4.18. Bồn định lượng. ...........................................................................................80 Hình 4.19. Cảm biến áp suất và van xả. ........................................................................80 Hình 4.20. Bồn trộn sơn. ...............................................................................................81 Hình 4.21. Tủ điện hệ thống. .........................................................................................81 Hình 4.22. Lưu đồ thuật toán.........................................................................................82 Hình 4.23. Lưu đồ thực hiện chương trình. ...................................................................83 Hình 4.24. Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo). .................................................84 Hình 4.25. Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo). .................................................85 Hình 4.26. Lưu đồ thực hiện chương trình (tiếp theo). .................................................86 Hình 4.27. Chương trình LOGO....................................................................................95 ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. Các cấp độ bảo mật .......................................................................................21 Bảng 3.1. So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD.....................................................61 Bảng 4.1. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC...........................................................76 Bảng 4.2. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO.......................................................77 Bảng 4.3. Một số thành phần các màu cơ bản:..............................................................78 x 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 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 được điều khiển bằng một mạch điều khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn. Điều khiển nhiều đại lượng vật lý cùng một lúc ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự hay gián đoạn mà phải dùng hệ thống điều khiển logic. Trước đây, các hệ thống điều khiển logic được sử dụng là hệ thống logic các rơ le. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller), LOGO đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC và LOGO đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn. Các PLC và LOGO ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà 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. 2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, tự động hóa trong quá trình sản xuất đóng vai trò ngày càng quan trọng. Việc tự động hóa đã góp phần tích cực vào nâng cao năng suất lao động, tăng chất lượng của hàng hóa. PLC và LOGO là hai trong số các thiết bị tự động và bán tự động. PLC và LOGO đóng vai trò là trung tâm điều khiển, độ tin cậy cao và khả năng lập trình dễ dàng, thích ứng với môi trường công nghiệp. Việc liên lạc, truyền thông giữa các thiết bị điều khiển tự động và bán tự động là hết sức quan trọng. Nó góp phần nâng cao độ tin cậy cho hệ thống, mở rộng quy mô điều khiển. Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như mong muốn được làm quen và tìm hiểu việc điều khiển hệ thống dùng PLC để điều khiển LOGO nên em chọn đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng. GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường 2 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng 3. NHIỆM VỤ, PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu về thiết bị PLC S7-1200 và LOGO của 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 S71200 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. GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường 3 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng 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 khiển bằng relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: - Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. - Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. - Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp. - Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. - Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các module mở rộng. - Giá cả có thể cạnh tranh được. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng relay dây nối và các logic thời gian. Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch… Sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn… Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn. GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường 4 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình. Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ của PLC. Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào đối với các bộ dây nối hay relay. Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã cho phép chế tạo các hệ vi xử lý liên tiếp, dựa trên cơ sở của bộ vi xử lý, các bộ điều khiển logic có khả 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 GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường 5 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng 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… Đầu vào Module vào/ra Module nguồn Đầu ra CPU Thiết bị lập trình Module nhớ Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của PLC  Module nguồn Là khối chức năng dùng để cung cấp nguồn và ổn định điện áp cho PLC hoạt động. Trong công nghiệp người ta thường dùng điện áp 24V một chiều. Tuy nhiên cũng có bộ PLC sử dụng điện áp 220V xoay chiều.  Module CPU (Centrol rocessor Unit module): Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ  Module nhập (Input Module) Tín hiệu vào: các tín hiệu đầu vào nhận các thông tin điều khiển bên ngoài dạng tín hiệu logic hoặc tín hiệu tương tự. Các tín hiệu logic có thể từ các nút nhấn điều khiển, các công tắc hành trình, tín hiệu báo động, các tín hiệu của các quy trình công nghệ,… Các tín hiệu tương tự đưa vào của PLC có thể là tín hiệu điện áp từ các can nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ cho một lò nào đó hoặc tín hiệu từ máy phát tốc, cảm biến…  Module xuất (Output Module) Trong PLC thì module xuất cũng hết sức quan trọng không kém module nhập. Nó có thể có 8 hoặc 16 ngõ ra mà trên một module xuất, do vậy người sử dụng có thể kết nối nhiều module lại với nhau để được số ngõ ra phù hợp. Đối với những ứng dụng nhỏ thì cần 16 ngõ ra. Những ứng dụng lớn hơn có thể dùng tới 26 hoặc 256 ngõ ra. Cũng giống như module nhập thì các ngõ ra của module xuất là các tiếp điểm của rơle, GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường 6 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng 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 chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa trên hình 1.2. Bắt đầu chu kỳ Quét đầu vào Quét đầu ra Chu kỳ quét Quét chương trình Hình 1.2. Chu kỳ quét của PLC GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường 7 Đồ Án Tốt Nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như các công tắc, cảm biến… Trạng thái của các tín hiệu vào được lưu tạm thời vào bảng ảnh đầu vào hoặc vào một mảng nhớ. Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu ra sẽ được nạp năng lượng hay không. Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ. Từ dữ liệu của mảng nhớ tín hiệu ra, 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 GVHD: ThS. Bùi Thúc Minh SVTH: Lý Bá Tường
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

Tài liệu xem nhiều nhất