Trong những năm gần đây nghề trồng hoa lan đã có những bước phát triển
đáng kể, và thâm nhập vào ngành nông nghiệp một cách mạnh mẽ, hoa lan đã
trở thành một mặt hàng có giá trị trong kinh doanh, xuất khẩu trên thế giới.
Hiện nay, nghề trồng hoa lan khá phát triển ở khắp cả nước, không ít nông
dân đã khấm khá nhờ trồng lan. Thuận lợi của trồng lan là không cần diện tích
đất lớn, nếu chăm sóc tốt thu nhập mang lại khá cao. Tuy nhiên, lan là loại
cây trồng đòi hỏi cao về kỹ thuật, vì vậy người trồng phải tuân thủ kỹ các biện
pháp trồng và chăm sóc.
Trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, kéo theo sự phát
triển của tất cả các ngành, nghề và đòi hỏi tất cả các ngành các lĩnh vực phải
hỗ trợ lẫn nhau cùng phát triển. Các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử,
công nghệ thông tin cũng có những bước phát triển nhảy vọt theo, các ứng
dụng của các ngành này vào các ngành khác ngày càng nhiều và việc ứng
dụng vào nuôi trồng hoa cũng không còn xa lạ. Nó đã góp phần tích cực vào
nâng cao năng suất lao động cho con người, đặt biệt là trong lĩnh vực xuất
khẩu, nó giúp đáp ứng được các tiêu chuẩn về chất lượng của quốc tế.
Trong các hệ thống sản xuất, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều phối
toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị
sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý 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 đồng thời chúng ta không thể dùng các
mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lô gíc. Trước
đây các hệ thống điều khiển lô gíc được sự dụng là hệ thống lô gíc rơ le. Nhờ
sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lô gíc
khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm
1969 đã dần thay thế các hệ thống điều khiển rơ le.
Đồng thời, với sự phát triển chưa từng thấy của công nghệ tin học, đã cho
ra đời các phần mền kết hợp với các phần cứ vật lý như PLC tạo ra các hệ
thống hoàn hảo cho sinh hoạt cũng như trong sản xuất. Phần mền WinCC là
một ứng dụng cụ thế.
Chính vì thế mà hiện nay sự kết hợp giữa PLC và WinCC được nhiều
chuyên gia, kỹ sư thiết kế, kỹ thuật viên,chuyên viên, công nhân bậc cao
tham gia nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen với việc điều khiển
hệ thống nuôi trồng hoa lan bằng PLC kết hợp với tạo giao diện giao tiếp
dùng WinCC, em thực hiện đề tài Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Nuôi Trồng
Hoa Lan dùng PLC và phần mền WinCC để nghiên cứu cho đề tài tốt nghiệp,
nhằm lĩnh hội những tri thức cần thiết và cơ bản về PLC và thiết kế giao tiếp
tren máy tính trong việc tự động hoá hệ thống nuôi trồng hoa lan.
Nhiệm vụ đề tài
Nghiên cứu các ứng dụng của PLC Siemens vào điều khiển chu trình
chăm sóc nuôi trồng hoa lan
Thiết kế giao diện người dùng trên WInCC cho hệ thống giám sát nuôi
trồng chăm sóc hoa lan đồng thời tìm hiểu giao thức kết nối giữa WinCC
và PLC
Xây dựng mô hình thực tế dùng PLC Siemens điều khiển hệ thống và
WinCC làm giao diện giao tiếp
Đặc điểm, yêu cầu điều khiển hệ thống nuôi trồng chăm sóc hoa
lan
Hệ thống gồm có 4 máy bơm ,1 hệ thống đèn sưởi ấm, 1 hệ thống quạt
làm mát, làm khô không khí, 2 điện trở mô phỏng nhiệt độ và độ ẩm. Ngoài ra
hệ trống còn có ống dẫn, van, mô hình nhà kính.
Hệ thống sẽ điều khiển 4 role cho 4 máy bơm và 2 hệ thống đèn sưởi ấm
và quạt làm mát, làm khô. Đồng thời nhận tín hiệu từ 2 điện trở nhằm tính xử
lý tưới nước, sưởi ấm hay làm mát, làm khô.
Hệ thống sẽ hoạt động theo hai chế độ: thời gian thực [ tự dộng ] hoặc chế
độ điều khiển riêng biệt.
Mục tiêu nghiên cứu
Điều khiển lập trình PLC và thiết kế giao diện trên WinCC mang tính
mềm dẻo và linh hoạt, điều khiển dựa vào chương trình và thực hiện lệnh
logic. Em hy vọng sau khi nghiên cứu đề tài này sẽ lĩnh hội nhiều hơn về các
vấn đề liên quan đến PLC và phần mền WinCC như: cấu hình phần cứng, tập
lệnh của PLC, WinCC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình điều khiển hệ
thống cũng như các giao thức kết nối giữa chúng.
Để đảm bảo cho chương trình viết ra có khả năng hoạt động ổn định
nhóm thực hiện đề tài đã chọn PLC S7200 để điều khiển, phần mền Step7
Micro Win V4.0 để viết chương trình nạp, phần mền WinCC V7.0 để thiết kế
giao diện người dùng và phần mền PC Access để có thể kết nối PLC với
WinCC
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống nuôi trồng chăm sóc hoa lan, nguyên lý
hoạt động của PLC, phần mền WinCC, ngôn ngữ lập trình hình thang (LAD),
cách truyền dữ liệu giữa chúng. Từ đó xây dựng chương trình điều khiển hệ
thống bằng PLC Siemens và phần mền WinCC
Nội dung nghiên cứu
Siemens là một tập đoàn Điện và điện tử lớn, chuyên sản xuất các thiết bị
tự động hoá. Khi thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu sơ lược các nội
dung cơ bản của PLC S7 – 200 và phần mền WinCC, cụ thể gồm các nội
dung sau:
Giới thiệu tổng quát về PLC và Kỹ thuật lập trình cho PLC S7-200.
Giới thiệu và làm việc với phần mềm Step7 Micro Win v4.0.
Viết chương trình ứng dụng điều khiển hệ thống nuôi trồng chăm sóc hoa
lan.
Thiết kế giao diên giao tiếp người dùng trên WinCC.
Xây dựng mô hình thực tế .
Hướng phát triển của hệ thống.
100 trang |
Chia sẻ: tuandn | Lượt xem: 2596 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Thiết kế hệ thống giám sát nuôi trồng Hoa lan dùng PLC và phần mềm WinCC, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 1
LỜI MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây nghề trồng hoa lan đã có những bước phát triển
đáng kể, và thâm nhập vào ngành nông nghiệp một cách mạnh mẽ, hoa lan đã
trở thành một mặt hàng có giá trị trong kinh doanh, xuất khẩu trên thế giới.
Hiện nay, nghề trồng hoa lan khá phát triển ở khắp cả nước, không ít nông
dân đã khấm khá nhờ trồng lan. Thuận lợi của trồng lan là không cần diện tích
đất lớn, nếu chăm sóc tốt thu nhập mang lại khá cao. Tuy nhiên, lan là loại
cây trồng đòi hỏi cao về kỹ thuật, vì vậy người trồng phải tuân thủ kỹ các biện
pháp trồng và chăm sóc.
Trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, kéo theo sự phát
triển của tất cả các ngành, nghề và đòi hỏi tất cả các ngành các lĩnh vực phải
hỗ trợ lẫn nhau cùng phát triển. Các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử,
công nghệ thông tin cũng có những bước phát triển nhảy vọt theo, các ứng
dụng của các ngành này vào các ngành khác ngày càng nhiều và việc ứng
dụng vào nuôi trồng hoa cũng không còn xa lạ. Nó đã góp phần tích cực vào
nâng cao năng suất lao động cho con người, đặt biệt là trong lĩnh vực xuất
khẩu, nó giúp đáp ứng được các tiêu chuẩn về chất lượng của quốc tế.
Trong các hệ thống sản xuất, hệ thống điều khiển đóng vai trò điều phối
toàn bộ các hoạt động của máy móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị
sản xuất thường rất phức tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý 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 đồng thời chúng ta không thể dùng các
mạch điều khiển tương tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển lô gíc. Trước
đây các hệ thống điều khiển lô gíc được sự dụng là hệ thống lô gíc rơ le. Nhờ
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 2
sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lô gíc
khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm
1969 đã dần thay thế các hệ thống điều khiển rơ le.
Đồng thời, với sự phát triển chưa từng thấy của công nghệ tin học, đã cho
ra đời các phần mền kết hợp với các phần cứ vật lý như PLC tạo ra các hệ
thống hoàn hảo cho sinh hoạt cũng như trong sản xuất. Phần mền WinCC là
một ứng dụng cụ thế.
Chính vì thế mà hiện nay sự kết hợp giữa PLC và WinCC được nhiều
chuyên gia, kỹ sư thiết kế, kỹ thuật viên,chuyên viên, công nhân bậc cao…
tham gia nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen với việc điều khiển
hệ thống nuôi trồng hoa lan bằng PLC kết hợp với tạo giao diện giao tiếp
dùng WinCC, em thực hiện đề tài Thiết Kế Hệ Thống Giám Sát Nuôi Trồng
Hoa Lan dùng PLC và phần mền WinCC để nghiên cứu cho đề tài tốt nghiệp,
nhằm lĩnh hội những tri thức cần thiết và cơ bản về PLC và thiết kế giao tiếp
tren máy tính trong việc tự động hoá hệ thống nuôi trồng hoa lan.
Nhiệm vụ đề tài
Nghiên cứu các ứng dụng của PLC Siemens vào điều khiển chu trình
chăm sóc nuôi trồng hoa lan
Thiết kế giao diện người dùng trên WInCC cho hệ thống giám sát nuôi
trồng chăm sóc hoa lan đồng thời tìm hiểu giao thức kết nối giữa WinCC
và PLC
Xây dựng mô hình thực tế dùng PLC Siemens điều khiển hệ thống và
WinCC làm giao diện giao tiếp
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 3
Đặc điểm, yêu cầu điều khiển hệ thống nuôi trồng chăm sóc hoa
lan
Hệ thống gồm có 4 máy bơm ,1 hệ thống đèn sưởi ấm, 1 hệ thống quạt
làm mát, làm khô không khí, 2 điện trở mô phỏng nhiệt độ và độ ẩm. Ngoài ra
hệ trống còn có ống dẫn, van, mô hình nhà kính.
Hệ thống sẽ điều khiển 4 role cho 4 máy bơm và 2 hệ thống đèn sưởi ấm
và quạt làm mát, làm khô. Đồng thời nhận tín hiệu từ 2 điện trở nhằm tính xử
lý tưới nước, sưởi ấm hay làm mát, làm khô.
Hệ thống sẽ hoạt động theo hai chế độ: thời gian thực [ tự dộng ] hoặc chế
độ điều khiển riêng biệt.
Mục tiêu nghiên cứu
Điều khiển lập trình PLC và thiết kế giao diện trên WinCC mang tính
mềm dẻo và linh hoạt, điều khiển dựa vào chương trình và thực hiện lệnh
logic. Em hy vọng sau khi nghiên cứu đề tài này sẽ lĩnh hội nhiều hơn về các
vấn đề liên quan đến PLC và phần mền WinCC như: cấu hình phần cứng, tập
lệnh của PLC, WinCC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình điều khiển hệ
thống cũng như các giao thức kết nối giữa chúng.
Để đảm bảo cho chương trình viết ra có khả năng hoạt động ổn định
nhóm thực hiện đề tài đã chọn PLC S7200 để điều khiển, phần mền Step7
Micro Win V4.0 để viết chương trình nạp, phần mền WinCC V7.0 để thiết kế
giao diện người dùng và phần mền PC Access để có thể kết nối PLC với
WinCC
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống nuôi trồng chăm sóc hoa lan, nguyên lý
hoạt động của PLC, phần mền WinCC, ngôn ngữ lập trình hình thang (LAD),
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 4
cách truyền dữ liệu giữa chúng. Từ đó xây dựng chương trình điều khiển hệ
thống bằng PLC Siemens và phần mền WinCC
Nội dung nghiên cứu
Siemens là một tập đoàn Điện và điện tử lớn, chuyên sản xuất các thiết bị
tự động hoá. Khi thực hiện đề tài đã tiến hành nghiên cứu sơ lược các nội
dung cơ bản của PLC S7 – 200 và phần mền WinCC, cụ thể gồm các nội
dung sau:
Giới thiệu tổng quát về PLC và Kỹ thuật lập trình cho PLC S7-200.
Giới thiệu và làm việc với phần mềm Step7 Micro Win v4.0.
Viết chương trình ứng dụng điều khiển hệ thống nuôi trồng chăm sóc hoa
lan.
Thiết kế giao diên giao tiếp người dùng trên WinCC.
Xây dựng mô hình thực tế .
Hướng phát triển của hệ thống.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 5
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ KỸ THUẬT LẬP TRÌNH
CHO PLC S7-200
1.1. TỔNG QUAN
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
thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức tạp, có rất
nhiều đại lượng vật lý 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
đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều khiển tương tự mà phải sử
dụng hệ thống điều khiển lô gíc. Trước đây các hệ thống điều khiển lô gíc
được sự dụng là hệ thống lô gíc rơ le. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ
thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lô gíc khả lập trình PLC (Programmable
Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969 thay thế các hệ thống điều khiển
rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn thiện và đa năng. Các PLC ngày nay
không những có khả năng thay thể hoàn toàn các thiết bị điều khiển logíc cổ
điển, mà còn có khả năng thay thế các thiêt bị điều khiển tương tự. Các PLC
được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.
Chức năng chính của PLC là kiểm tra trạng thái của các đầu vào và điều
khiển các quá trình hoặc các hệ thống máy móc thông qua các tín hiệu trên
chính đầu ra của PLC. Tổ hợp lô gíc của các đầu vào để tạo ra một hay nhiều
tín hiệu ra được gọi là điều khiển lôgíc. Các tổ hợp lô gíc thường được thực
hiện theo trình tự điều khiển hay còn gọi là chương trình điều khiển. Chương
trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC có thể bằng cách lập trình
bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC hoặc lập trình trên máy tính cá
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 6
nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và truyền vào PLC qua mạng hay qua
cáp truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, thường là các bộ vi xử lý tốc độ cao,
thực hiện chương trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng thời gian thực hiện
một chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra các tín hiệu vào, thực hiện các phép
tính lo gíc hoặc đại số để có được tín hiệu điều khiển, cho đén khi phát tín
hiệu đến đầu ra được goi là chu kỳ thời gian quét.
1.2. PLC S7-200
1.2.1. c đ n o
+ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF (System Falu báo hiệu hệ thống bị hỏng.
+ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN ch định PLC đang ở chế độ làm
việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
+ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP ch định rằng PLC đang ở chế độ
dừng chương trình và đang thực hiện lại
1.2.2. Đầu vào
+ Kiểu đầu vào IEC 1131-2.
+ Tầm điện áp mức logic 1: 15-30 VDC, dòng nhỏ nhất 4 mA; 35VDC ở
thời gian tức thời 500ms.
+ Trạng thái mức logic 1 chuẩn: 24 VDC, 7mA.
+ Trạng thái mức logic 0: Tối đa 5 VDC, 1mA.
+ Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đến I1.5: có thể ch nh từ
0,2 đến 8,7 ms mặc định 0,2 ms.
+ Sự cách ly về quang 500VAC.
1.2.3. Đầu ra
+ Kiểu đầu ra: Relay hoặc Transistor.
+ Tầm điện áp: 24.4 đến 28.8 VDC.
+ Dòng tải tối đa: 2A điểm; 8A common.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 7
+ Quá dòng: 7A với contact đóng.
+ Điện trở cách ly: nhỏ nhất 100 M.
+ Thời gian chuyển mạch: tối đa 10 ms.
+ Thời gian sử dụng: 10.000.000 với công tắc cơ khí; 100.000 với tốc độ
tải.
+ Điện trở công tắc: tối đa 200 m.
+ Chế độ bảo vệ ngắn mạch: không có.
1.2.4. Nguồn cung cấp
+ Điện áp cấp nguồn: 20.4 đến 24.8 VDC
+ Dòng vào max load: 900mA tại 24 VDC
+ Cách ly điện ng vào: Không có
+ Thời gian duy trì khi mất nguồn: 10ms ở 24 VDC
+ Cầu chì bên trong: 2A, 250V
Nguồn cấp cho sensor:
+ Tầm điện áp ra: 15.4 đến 28.8 VDC
+ Dòng ra tối đa: 280mA
+ Độ gợn sóng: Giống như nguồn cấp vào
+ Cách ly: không có
Chế độ làm việc:
PLC có 3 chế độ làm việc:
+ RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ
chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương
trình gặp lệnh STOP.
+ STOP: Cư ng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang
chế độ STOP.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 8
+ TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho
PLC ở chế độ RUN hoặc STOP.
1.2.5. ng truyền thông
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để
phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.
Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI (Point to Point Interface) là 9600
bauds. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 38.400 bauds.
Bảng 1.1: Chân và chức năng của cổng truyền thông
Hình 1.1: Sơ đồ chân của
cổng truyền thông
Để ghép S7-200 với các máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối
PC PPI với bộ chuyển dổi RS232/RS485, theo Hình 1.2:
Chân Ch n n
1 GND
2 24 VDC
3 Tín hiệu A của RS485
(RxD/TxD+)
4 RTS ( theo mức TTL)
5 GND
6 +5 VDC
7 Nguồn cấp 24 VDC 120mA max
8 Tín hiện B RS485 (RxD/TxD-)
9 Chọn lựa cách giao tiếp
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 9
Hình 1.2: Gh p nối S7- v i máy t nh qua cổng RS
1.2.6. Mở rộng c ng vào ra
Có thể mở rộng ng vào ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào PLC các
module mở rộng về phía bên phải của CPU. CPU 224 có thể ghép nhiều nhất
7 module theo Bảng 1.2:
Bảng 1.2. Định địa chỉ cho các module mở rộng
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 10
Các module mở rộng Digital hay Analog đều chiếm chổ trong bộ đệm,
tương ứng với số đầu vào ra của các module. Các module 5 và 6 dùng để kết
nối mạng Profibus và AS-Interface.
1.2.7. Mô đun tương tự vào/ra (i/o)
Thiết bị đầu vào tương tự:
+ Cảm biến lưu lượng
+ Cảm biến áp suất
+ Cảm biến nhiệt
+ Cảm biến phân tích
+ Cảm biến vị trí
+ Biến trở
+ Cảm biến mực chất lỏng
+ Thiết bị đo tốc độ
PLC S7-200 có các module analog mở rộng sau:
+ EM231: 4 ng vào analog
+ EM232: 2 ng ra analog
+ EM235: 4 ng vào và 1 ng ra analog
Đặc tính chung
+ Trở kháng vào input >= 10 MΩ
+ Bộ lọc đầu vào input 3db tại 3.1Khz
+ Điện áp cực đại cung cấp cho module: 30 VDC
+ Dòng điện cực đại cung cấp cho module: 32mA
+ Có LED báo trạng thái
+ Có núm ch nh OFFSET và ch nh độ lợi (GAIN)
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 11
Đầu vào
+ Phạm vi áp ng vào + - 10V
+ Phạm vi dòng điện ng ra 0 → 20 mA
+ Có các bộ chuyển đổi ADC, DAC 12 bit
+ Thời gian chuyển đổi analog sang digital < 25µs
+ Đáp ứng đầu vào của tín hiệu tương tự: 1.5ms đến 95%
Chế độ mode chung: Điện áp vào đầu cộng của chế độ mode chung nhỏ
hơn hoặc bằng 12 V.
Kiểu dữ liệu đầu vào input:
+ Kiểu không dấu ( đơn cực ) tầm từ 0 đến 32000
+ Kiểu dữ liệu có dấu ( đa cực ) tầm từ - 32000 đến 32000
Kiểu dữ liệu đầu ra Output
+ Phạm vi điện áp ng ra + - 10V
+ Phạm vi dòng điện ng ra: 0 đến 20mA
+ Độ phân giải
- Điện áp 12 bit
- Dòng điện 11 bit
+ Thời gian gửi tín hiệu đi:
- Điện áp: 100us
- Dòng điện 2ms
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 12
Hình 1.3. Sơ đồ kết nối thiết bị ngoại vi v i EM 5
Tín hiệu được đưa vào các đầu vào A+, A-, B+, B-, C+, C-, sau đó qua các
bộ lọc nhiễu, qua bộ đệm, bộ suy giảm, bộ khuyếch đại rồi đưa đến khối
chuyển đổi ADC, chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số 12bit. 12 bít dữ liệu
này được cài đặt bên trong word ng vào analog của CPU.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 13
Hình 1.4. Sơ đồ khối ngõ ra của EM 5
Các chú ý khi cài đặt ng ra analog
+ Chắc chắn rằng nguồn 24 VDC cung cấp không bị nhiễu và ổn định.
+ Xác định được Module.
+ Dùng dây cảm biến ngắn nhất nếu có thể.
+ Sử dụng dây bọc giáp cho cảm biến và dây ch dùng cho một mình
cảm biến.
+ Tránh đặt các dây tín hiệu song song với dây có năng lượng cao. Nếu
hai 2 dây bắt buộc phải gặp nhau thì bắt chéo chúng về phía bên phải.
1.2.8. Nguyên lý hoạt động
1.2.8.1. Các ngõ vào ra I O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module vào (các đầu
vào của PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra
của PLC).
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 14
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là
12 24VDC hoặc 100 240VAC.
Mỗi đơn vị I O có duy nhất một địa ch , các hiển thị trạng thái của các
kênh I O được cung cấp bởi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc
kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dễ dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện
việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra .
Hình 1.5: Hoạt động I O của PLC
Hình 1.6: PLC gh p nối v i thiết bị ngoại vi.
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 15
1.3. Phƣơn pháp lập trình pl s7 – 200
Quan hệ giữa chương trình và các ng vào ra
Hoạt động cơ bản của PLC bao gồm các bước:
+ CPU đọc trạng thái ng vào
+ Thực hiện chương trình logic chứa trong bộ nhớ.
+ CPU xuất dữ liệu đến ng ra
Chương trình của PLC bao gồm một dãy các tập lệnh. PLC S7 – 200 thực
hiện chương trình bắt đầu từ tập lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập
trình cuối trong một vòng quét.
Hình 1.7: Quan hệ giữa chương trình PLC và các ngõ vào ra
Chương trình của PLC bao gồm một dãy các tập lệnh. PLC S7-200 thực
hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lập trình cuối
trong một vòng quét.
Cách lập trình cho PLC S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa
trên hai phương pháp cơ bản. Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là
LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List, viết tắt là STL).
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 16
Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự động
tạo ra một chương trình theo dạng STL tương ứng. Tuy nhiên không phải mọi
chương trình viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD.
Đối với thiết bị điều khiển lập trình PLC S7 - 200, ta không thể lập trình
trực tiếp ngay trên nó được mà phải lập trình gián tiếp bằng cách sử dụng
phần mềm STEP 7 – Micro WIN. Phần mềm này đều có thể cài đặt được trên
các máy lập trình họ PG7xx hoặc các máy tính cá nhân. Công việc lập trình là
ta sử dụng máy tính để tiến hành lắp ghép các lệnh cơ bản lại với nhau nhằm
thỏa mãn những yêu cầu đề ra của quy trình công nghệ rồi sau đó mới chuyển
vào PLC để điều khiển. Các lệnh này thường ở 2 dạng LAD và STL.
Phương pháp LAD:
LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản
dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng
rơle. Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh
logic như sau:
+ Tiếp điểm: là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le.
- Tiếp điểm thường mở
- Tiếp điểm thương đóng
+ Cuộn dây (coil): là biểu tượng mô tả rơle, được mắc theo
chiều dòng điện cung cấp cho rơ le.
+ Hộp (Box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có
dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng
hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán
học. Cuộn dây và các hộp phải mắc đúng chiều dòng điện.
+ Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi
từ đường nguồn bên trái sang đường nguồn bên phải. Đường nguồn
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 17
bên trái là dây pha, đường nguồn bên phải là dây trung tính và cũng là
đường trở về nguồn cung cấp (thường không được thể hiện khi dùng
chương trình STEP 7 MICRO DOS hoặc STEP 7 – MICRO WIN.
Dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến đóng các cuộn dây hoặc các
hộp trở về bên phải nguồn.
1.4. Cấu trú hƣơn trình s7 – 200
Khi viết chương trình cho S7-200, tùy theo yêu cầu của quy trình công
nghệ mà chương trình có thể thực hiện theo nhiều cấu trúc lập trình khác
nhau. Trong thực tế cấu trúc lập trình của một chương trình thường được phổ
biến theo 2 dạng.
1.4.1. Cấu trúc lập trình kiểu tuần tự
Lập trình tuần tự là kiểu lập trình bằng cách chia nhỏ bài toán ra làm
nhiều bước khác nhau, mỗi bước thực hiện một chức năng của chương trình
và ch thực hiện khi hội đủ các điều kiện của nó. Các bước trong chương trình
có liên quan mật thiết với nhau có thể biểu diễn theo dạng khối như hình 1.8:
Hình 1.8. Sơ đồ khối kiểu lập trình tuần tự
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 18
Tín hiệu tác động là tín hiệu do con người tác động (chẳng hạn nút nhấn
khởi động), tín hiệu reset là tín hiệu chung cho tất cả các bước (nút dừng hệ
thống ), tín hiệu chuyển trạng thái là tín hiệu đưa ra điều khiển các thiết bị
chấp hành khi bước đó đã hội đủ điều kiện, tín hiệu điều kiện chuyển bước có
thể là tín hiệu lấy từ tín hiệu chuyển trạng thái bước trên qua timer hoặc qua
một cổng logic nào đó.
1.4.2. Tập lệnh cơ ản s7 - 200
1.4.2.1. Lệnh vào ra
Lệnh Load (LD):
Lệnh LD nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của
ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Toán hạng gồm: I, O, M, SM, V, C, T.
Tiếp điểm thường mở sẽ đóng khi ng vào PLC có địa ch là 1.
Dạng LAD Dạng STL
Q 0.0I0.0
LD I0.0
= Q0.0
Lệnh Load Not (LDN):
Lệnh LDN nạp giá trị logic của một tiếp điểm vào trong bit đầu tiên của
ngăn xếp, các giá trị còn lại trong ngăn xếp bị đẩy lùi xuống một bit.
Tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi ng vào PLC có địa ch là 1
Dạng LAD Dạng STL
Q0.0I0.0
LDN I0.0
= Q0.0
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 19
Hình 1.9: Mô tả lệnh LD và LDN
Output ( ):
Lệnh sao chép nội dung của bit đầu tiên trong ngăn xếp vào bit được ch
định trong lệnh. Nội dung ngăn xếp không bị thay đổi.
LAD Mô tả Toán hạng
n
─( )
Cuộn dây đầu ra ở trạng thái kích
thích khi có dòng điều khiển đi qua
n: I, Q, M,
SM, T, C
(bit)
n
─( I )
Cuộn dây đầu ra được kích thích tức
thời khi có dòng điều khiển đi qua
n: Q (bit)
1.4.2.2. Các lệnh ghi xóa giá trị cho tiếp điểm:
Lệnh SET ( S ) và RESET ( R )
Hai lệnh này dùng để đóng và ngắt các điểm gián đoạn đã được thiết kế.
Trong LAD, logic điều khiển dòng điện đóng hay ngắt các cuộn dây đầu ra.
Khi dòng điều khiển đến các cuộn dây thì các cuôn dây đóng hoặc mở các
tiếp điểm. Trong STL, lệnh truyền trạng thái bit đầu tiên của ngăn xếp đến các
Luận Văn Tốt Nghiệp
Trang 20
điểm thiết kế. Nếu bit này có giá trị bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đóng ngắt
tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn từ 1 đến 255). Nội dung của
ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này.
Ví dụ: Khi tiếp điểm I0.0 đóng lệnh Set hoặ