Xemtailieu Tải về Nghiên cứu, ứng dụng plc s7 1200 và hmi điều khiển giám sát hệ thống
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 VÀ HMI ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT HỆ THỐNG Cán bộ hướng dẫn: ThS. BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện:: LƯƠNG BÌNH CHƠN 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 VÀ HMI ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT HỆ THỐNG Cán bộ hướng dẫn: ThS. BÙI THÚC MINH Sinh viên thực hiện:: LƯƠNG BÌNH CHƠN Khóa 51 (2009 - 2013) Khánh Hòa, 2013 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 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống. Họ và tên sinh viên: LƯƠNG BÌNH CHƠN MSSV: 51130155 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 Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư điện-điện tử là điều khiển, giám sát hệ thống hay một dây chuyền sản xuất, thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên khoa Điện – Điện tử trường Đại học Nha Trang được nhận đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống” Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Điều khiển lập trình 1, 2, Thực hành điều khiển lập trình” và một số môn học thuộc lĩnh vực điện công nghiệp khác. Trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan, sinh viên sẽ tự thiết kế một hệ thống thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong các quá trình công nghệ và được điều khiển, giám sát một cách khoa học. Qua việc làm đồ án môn học này, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu, vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng điều khiển, giám sát hệ thống và nhìn nhận vấn đề một cách chính xác, trực quan hơn. Hệ thống thùng trộn được sử dụng khá rộng rãi với nhiều ứng dụng trong công nghiệp , nông nghiệp , xây dựng….Đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho em tiếp xúc, tìm hiểu và đi sâu vào thiết kế một hệ thống dẫn động thực tiễn, cũng là cơ hội giúp em nắm rõ những kiến thức và học thêm được rất nhiều về phương pháp làm việc khi thực hiện thiết kế, đồng thời cũng sử dụng thực tiễn kiến thức đã học đi vào thực tế. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo BÙI THÚC MINH đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống Đồ án tập trung nghiên cứu giới thiệu về sản phẩm PLC S7-1200, HMI của hãng Siemens và phần mềm STEP 7 v11 lập trình điều khiển giám sát hệ thống. PLC là 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 được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. S7-1200 là dòng PLC mới của Siemens ngày càng được ứng dụng rộng rãi và thay thế các dòng PLC khác. HMI là sản phẩm có khả năng điều khiển, với giao diện màn hình giúp cho ta có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống, có thể giám sát quá trình hoạt động qua từng công đoạn. 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). Đồ án còn thể hiện tính ứng dụng điều khiển giao tiếp thông qua việc điều khiển mô hình trộn và phân loại sơn. Mô hình đã thể hiện rõ sự kết nối, giao tiếp giữa PLC S7-1200 – HMI điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của mô hình. GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn iii MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................i TÓM TẮT ĐỒ ÁN........................................................................................................ ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH VẼ................................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................... ix CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI....................................................................1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................1 1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU..............................................................................1 1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ...........................................................................................2 1.4. HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI ........................................................................3 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200................................................4 2.1. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC)....................................4 2.2. GIỚI THIỆU VỀ HỌ PLC S7-1200 ..................................................................7 2.3. CÁC MODULE CỦA PLC S7-1200.................................................................8 2.3.1. Các kiểu CPU của PLC S7-1200 ................................................................8 2.3.2. Một số Module hỗ trợ họ PLC S7-1200....................................................10 2.3.2.1. Các bảng tín hiệu ................................................................................11 2.3.2.2. Các Module tín hiệu ...........................................................................12 2.3.2.3. Các Module truyền thông ...................................................................12 2.4. VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH CỦA PLC .................................................13 2.5. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH......................................................................14 2.5.1. Các khối mã tạo nên cấu trúc chương trình ..............................................14 2.5.2. Các kiểu cấu trúc chương trình .................................................................15 2.6. CÁC KHỐI OB ĐẶC BIỆT ............................................................................16 2.7. CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU.......................................................17 2.8. BẢO VỆ BẰNG MẬT KHẨU CHO CPU S7-1200 .......................................19 2.8.1. Cách thiết lập mật khẩu.............................................................................19 2.8.2. Cách phục hồi mật khẩu bị mất.................................................................20 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU MÀN HÌNH GIÁM SÁT HMI VÀ CÁCH THỨC LẬP TRÌNH .................................................................................................................21 3.1. MỘT SỐ LOẠI MÀN HÌNH GIÁM SÁT TRONG CÔNG NGHIỆP ...........21 GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn iv 3.1.1. Giám sát là gì?...........................................................................................21 3.1.2. Định nghĩa và phân loại HMI....................................................................21 3.1.3. Một số loại màn hình Siemen....................................................................22 3.1.4. Giới thiệu HMI ứng dụng đồ án và cách kết nối truyền thông phần cứng máy tính, HMI và CPU S7-1200............................................................................26 3.1.4.1. Màn hình HMI KTP 600 Basic PN ....................................................26 3.1.4.2. Cách kết nối truyền thông phần cứng bao gồm máy tính, HMI và CPU S7-1200......................................................................................................27 3.2. CÁCH THỨC LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH HMI CƠ BẢN ....................28 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL. (STEP7 V11) ..............36 4.1. SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL ..................................................36 4.2. CÁC THAO TÁC CHÍNH KHI SỬ DỤNG PHẦN MỀM. ............................37 4.2.1. Một số cửa sổ chính của phần mềm Step7................................................37 4.2.2. Xây dựng một Project ...............................................................................42 4.2.2.1. Các cách xây dựng một Project ..........................................................42 4.2.2.2. Các bước tạo một Project ...................................................................43 4.3. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ..............................................................................44 4.3.1. Ngôn ngữ lập trình LAD ...........................................................................45 4.3.2. Ngôn ngữ lập trình FBD ...........................................................................46 4.4. CÁC BƯỚC THÊM THIẾT BỊ MÀN HÌNH HMI TỪ PHẦN MỀM STEP 7 V11 ..........................................................................................................................47 4.5. CÁCH TẢI CHƯƠNG TRÌNH TỪ MỘT CPU TRỰC TUYẾN (ONLINE).52 4.6. CÁC ƯU ĐIỂM CỦA PHẦN MỀM STEP 7 V11..........................................53 CHƯƠNG 5: CÁCH THỨC VẬN HÀNH, GIAO TIẾP THIẾT BỊ PLC S7-1200 KẾT NỐI HMI VÀ LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG CẢM BIẾN ÁP SUẤT TRONG MÔ HÌNH. ........................................................................................54 5.1. CÁCH THỨC GIAO TIẾP KẾT NỐI THIẾT BỊ ...........................................54 5.1.1. Cách thức giao tiếp sử dụng PROFINET..................................................54 5.1.2. Giao tiếp HMI – PLC ................................................................................56 5.1.2.1. Các bước cần thiết trong việc cấu hình truyền thông giữa một HMI và một CPU ............................................................................................................56 5.1.2.2. Cấu hình các kết nối mạng logic giữa một HMI và một CPU ...........57 5.2. CÁCH THỨC ĐỔI ĐỊA CHỈ IP......................................................................58 5.2.1. Gán, kiểm tra địa chỉ IP cho thiết bị lập trình trong máy tính ..................58 5.2.2. Gán, kiểm tra địa chỉ IP cho thiết bị thực .................................................59 GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn v 5.3. CÁCH THỨC LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG CẢM BIẾN ÁP SUẤT TRONG MÔ HÌNH........................................................................................60 CHƯƠNG 6: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .....................67 6.1. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN................................................................................67 6.2. PHÂN ĐỊA CHỈ VÀO RA ..............................................................................73 6.3. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC...........................................................................73 6.4. SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC ....................................................................................74 6.5. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ...................................................................74 CHƯƠNG 7: TỔNG QUAN MÔ HÌNH, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................................................................................89 7.1. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH .........................................................................89 7.1.1. Giới thiệu các thiết bị trong mô hình ........................................................89 7.1.1.1. Thiết bị bên trong tủ điện ...................................................................89 7.1.1.2. Thiết bị bên ngoài...............................................................................90 7.1.2. Yêu cầu kĩ thuật ........................................................................................92 7.1.2.1. Phương pháp pha chế các màu sơn ....................................................92 7.1.2.2. Cơ sở quá trình trộn............................................................................93 7.1.2.3. Mức độ đồng đều của sản phẩm.........................................................93 7.1.3. Mô hình hệ thống pha màu tự động ..........................................................94 7.1.4. Giao diện điều khiển HMI và nguyên lý hoạt động của mô hình .............98 7.2. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.......................................100 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................102 GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn vi DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 2.1. Các cổng hỗ trợ PLC S7-1200.........................................................................8 Hình 2.2. Một số module hỗ trợ PLC S7-1200 .............................................................10 Hình 2.3. Vị trí kết nối bảng tín hiệu (SB) ....................................................................11 Hình 2.4. Vị trí kết nối module tín hiệu ........................................................................12 Hình 2.5. Vị trí kết nối module truyền thông ................................................................12 Hình 2.6. Các kiểu cấu trúc chương trình .....................................................................15 Hình 2.7. Chế độ hoạt động của CPU ...........................................................................18 Hình 2.8. Các chế độ thiết lập mật khẩu .......................................................................19 Hình 3.1. Màn hình KTP 400 BASIC PN .....................................................................22 Hình 3.2. Màn hình KTP 1000 BASIC PN ...................................................................23 Hình 3.3. Màn hình KTP 1500 BASIC PN ...................................................................24 Hình 3.4. Màn hình HMI OP 73....................................................................................24 Hình 3.5. Màn hình HMI OP 3......................................................................................25 Hình 3.6. Màn hình HMI TD 200 .................................................................................25 Hình 3.7. Màn hình HMI 6V6643-0DD01-1AX1.........................................................26 Hình 3.8. Màn hình HMI TP170A ................................................................................26 Hình 3.9. Màn hình HMI KTP 600 BASIC PN ............................................................27 Hình 3.10. Cổng kết nối PROFINET ............................................................................28 Hình 4.1. Cửa sổ portal view.........................................................................................37 Hình 4.2. Cửa sổ overview ............................................................................................38 Hình 4.3. Cửa sổ devices & network.............................................................................39 Hình 4.4. Cửa sổ online & diagnostics..........................................................................40 Hình 4.5. Cửa sổ main OB1 ..........................................................................................41 Hình 4.6. Sơ đồ xây dựng project..................................................................................42 Hình 4.7. Ví dụ lập trình LAD cơ bản...........................................................................45 Hình 4.8. Minh họa không thể tạo một nhánh tạo dòng tín hiệu theo chiều ngược lại .45 Hình 4.9. Minh họa không thể tạo một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch ..............46 Hình 4.10. Ví dụ về lập trình FBD ................................................................................46 GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn vii Hình 5.1. Kết nối trực tiếp MÁY TÍNH - PLC .............................................................54 Hình 5.2. Kết nối trực tiếp HMI - PLC .........................................................................54 Hình 5.3. Kết nối trực tiếp PLC - PLC..........................................................................55 Hình 5.4. Kết nối mạng thông qua bộ chuyển mạch ETHERNET ...............................55 Hình 5.5. Kết nối, giao tiếp HMI - PLC........................................................................56 Hình 5.6. Các bước vào hộp thoại online & diagnostics...............................................59 Hình 6.1. Sơ đồ mạch động lực .....................................................................................74 Hình 6.2. Sơ đồ kết nối PLC .........................................................................................74 Hình 7.1. CPU 1214C AC/DC/RLY .............................................................................89 Hình 7.2. Màn hình HMI KTP 600 BASIC PN ......................................................... 89B Hình 7.3. Thiết bị đóng ngắt CB ...................................................................................89 Hình 7.4. Rơ le trung gian .............................................................................................90 Hình 7.5. Cầu chì...........................................................................................................90 Hình 7.6. Cảm biến áp suất ...........................................................................................90 Hình 7.7. Công tắc hành trình .......................................................................................91 Hình 7.8. Động cơ bơm .................................................................................................91 Hình 7.9. Van xả............................................................................................................91 Hình 7.10. Động cơ trộn................................................................................................92 Hình 7.11. Mô hình hệ thống pha trộn sơn tự động ......................................................94 Hình 7.12. Bồn chứa màu cơ bản và động cơ bơm .......................................................94 Hình 7.13. Van xả sơn thành phần ................................................................................95 Hình 7.14. Bồn định lượng............................................................................................95 Hình 7.15. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng ...............................................95 Hình 7.16. Bồn chứa và động cơ trộn sơn hỗn hợp.......................................................96 Hình 7.17. Các thiết bị trong tủ điện điều khiển ...........................................................96 Hình 7.18. Màn hình HMI điều khiển mô hình.............................................................97 Hình 7.19. Bồn chứa sơn thành phẩm và băng tải chính...............................................97 Hình 7.20. Băng tải phụ và cần gạt ...............................................................................97 Hình 7.21. Giao diện HMI.............................................................................................98 GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1. So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển ...........................6 Bảng 2.2. So sánh các kiểu CPU của Plc S7-1200.........................................................8 Bảng 2.3. Bảng thông số các MODULE ......................................................................10 Bảng 2.4. Các cấp độ bảo mật .....................................................................................20 Bảng 4.1. So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD. ...................................................47 Bảng 5.1. Các bước cấu hình truyền thông HMI - PLC ...............................................57 Bảng 5.2. Cấu hình kết nối mạng logic HMI - PLC .....................................................57 Bảng 6.1. Phân địa chỉ vào ra ......................................................................................73 Bảng 7.1. Tỷ lệ màu cơ bản để trộn màu ......................................................................92 GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn ix DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT TÊN ĐẦY ĐỦ GIẢI THÍCH CPU Center Processing Unit Bộ điều khiển trung tâm PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình CB Circuit Breaker Cầu dao cách ly I/O Input/Output Đầu vào/Đầu ra DI/DO Digital Input/Digital Output Đầu vào số/Đầu ra số AI/AO Analog Input/Analog Output Đầu vào tương tự/Đầu ra tương tự AC Alternating Current Dòng điện xoay chiều DC Drect Current Dòng điện một chiều HMI Human machine interface Giao diện màn hình GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 1 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Tự động hóa quá trình công nghiệp ngày nay không còn gì xa lạ đối với các doanh nghiệp sản xuất trong nước. Những máy móc, những dây chuyền sản xuất tự động lập trình, điều khiển dùng PLC đã được ứng dụng rất nhiều tại các công ty, xí nghiệp. PLC S7-1200 được biết đến là họ PLC mới của Siemens vì thế có nhiều ưu điểm vượt trội so với các thế hệ trước, sẽ dần thay thế các dòng PLC trước đây trong các xí nghiệp, công ty.. Vậy nên tìm hiểu, nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 đang là vấn đề hết sức cần thiết đối với bộ môn điện công nghiệp ngày nay. Nhưng còn một điều khó khăn là vận hành và giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống đó như thế nào để đạt nhiều hiệu quả. Kịp thời khắc phục sự cố hệ thống một cách tối ưu nhất mà không tốn nhiều thời gian xuống nhà máy, xí nghiệp để kiểm tra, mà người vận hành, quản lý vẫn biết được quá trình hoạt động, làm việc của thiết bị. Dây chuyền nào đang hoạt động, dây chuyền nào có sự cố. Sự cố đó là gì, ở chỗ nào để có thể xử lý kịp thời, mang lại sự ổn định trong công việc, góp phần tạo nên thành công cho các xí nghiệp, công ty. Để làm được điều này thì cần một hệ thống điều khiển và giám sát qua các giao diện người với máy, viết tắt là HMI (Human Machine Interface). Với những tính năng, tiện ích của hệ thống PLC và HMI, nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau. Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn. 1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ, chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố quan tâm hàng đầu. Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 2 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống công (tức theo kinh nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩm sản xuất ra đôi khi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, … Các công ty, doanh nghiệp điều khiển pha màu dùng PLC thì chưa ứng dụng HMI, việc giám sát và điều khiển ít trực quan, thiếu thông tin về quá trình, không đáp ứng được yêu cầu về hiển thị và việc điều khiển nội bộ trở nên phức tạp hơn.. Để loại bỏ những nhược điểm trên. Cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác đơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC và màn hình HMI vào điều khiển, giám sát hệ thống. Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn từng phần của hiển thị HMI với các “nút ảo” trên màn hình cảm ứng để thực hiện hoạt động hay nhận hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển. Mô hình thực hiện cụ thể ở đây là một dây chuyền tự động: “Hệ Thống Pha (trộn) sơn Tự Động”. Mô hình này có thể sử dụng trong hệ thống pha trộn hóa chất và một số lĩnh vực khác như pha chế thực phẩm, … 1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Từ yêu cầu của Đồ án tốt nghiệp, cũng như khả năng về kiến thức và thời gian không cho phép nên em chỉ thực hiện những công việc sau: Tìm hiểu mô hình Pha màu trong thực tế. Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7 – 1200. Tìm hiểu và lập trình phần mềm TIA Portal v11. Viết chương trình. Chạy chương trình trên PLC (CPU 1214C AC/DC/RLy). Tìm hiểu HMI, lập trình màn hình HMI. Cách kết nối truyền thông phần cứng bao gồm máy tính, HMI và CPU S7-1200. Kết nối, giao tiếp truyền dữ liệu lập trình HMI – PLC. Thi công mô hình và phần cứng. GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 3 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống 1.4. HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Nghiên cứu mô hình hệ thống Pha màu từ các bồn chứa vật liệu cơ bản (các màu cơ bản và thành phần để tổng hợp nên màu cơ bản). Ấn định sản xuất một số màu từ các màu cơ bản (xanh, đỏ, vàng). Ấn định sản xuất khối lượng được người sử dụng nhập từ giao diện. Sử dụng giao diện để người sử dụng lựa chọn sản phẩm, khối lượng và tỷ lệ theo các thành phần màu để có một màu theo mong muốn. Sử dụng các bộ timer và cảm biến để tính thời gian trộn và xả sản phẩm. Thông qua PLC để tác động đóng mở các van cấp nguyên vật liệu, máy bơm và điều khiển động cơ khuấy trộn. Lập trình điều khiển PLC. Vẽ giao diện về mô hình và bảng điều khiển để dễ dàng trong việc giám sát và điều khiển. Lập trình màn hình HMI điều khiển giám sát hệ thống. Kết nối giữa giao diện máy tính, chương trình PLC và HMI thông qua cổng Ethernet. Thi công mô hình và điều khiển mô hình hoàn toàn hoạt động. GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 4 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ PLC S7-1200 2.1. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller) là loại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số. Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng ta còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống truyền thông mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thông”, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp. Khả năng kháng nhiễu tốt. Cấu trúc dạng Module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm Module mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Module chuyên dùng). Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá. Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng – Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu và dễ sử dụng. Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng. Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình (Process – control). Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp. Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ – le chức năng tương đương. Giá thành cạnh tranh. Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu suất. Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ 20 ngõ vào/ ra và dung GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 5 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc Module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng: Xử lý tín hiệu liên tục (analog). Điều khiển động cơ servo, động cơ bước. Truyền thông. Số lượng ngõ vào/ ra. Bộ nhớ mở rộng. Với cấu trúc dạng Module cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và công suất ít nhất. Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Alan Bradley, Shneider, Hitachi, …. Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị mở rộng khác như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ vào. Như vậy, PLC là một bộ điều khiển gọn, nhẹ và dễ trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (với các PLC khác hoặc máy tính, màn hình...). Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét (scan). Có một số thuật ngữ dùng để mô tả điền khiển lập trình: + PC Programmable Controller (Anh) + PLC Programmable Logic Controller (Mỹ) + PBS Programmable Binary Systems (Thụy Điển) Hai thuật ngữ sau thể hiện bộ điều khiển lập trình làm việc với tín hiệu nhị phân. Trong thực tế, tất cả bộ điều khiển trừ bộ điều khiển loại nhỏ đều có khả năng xử lý tín hiệu analog, nên các thuật ngữ đó không nói lên được hết khả năng của bộ điều khiển lập trình. Vì lý do này và một số lý do khác mà thuật ngữ Programmable Controller, viết tắt là PC, thể hiện ý nghĩa tổng quát nhất về bộ điều khiển lập trình. Tuy nhiên, để tránh sự hiểu lầm với thuật ngữ máy vi tính cá nhân “PC” thì PLC thường được dùng thay cho PC. GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 6 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống Bảng 2.1. So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển Chỉ tiêu so Rơ – le Mạch số Máy tính PLC Sánh thành Khá thấp Giá Thấp Cao Thấp từng chức năng Kích thước Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn Tốc độ điều Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt Mất thời gian Mất thời gian Mất nhiều thời Lập trình và gian lập trình lắp khiển Khả năng chống nhiễu Lắp đặt thiết kế và lắp thiết kế đặt Khả năng điều Không đặt đơn giản Có Có Có Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản Công tác bảo Kém - có rất Kém – nếu IC Kém – có rất Tốt – các trì nhiều công tắc được hàn nhiều mạch Module được điện tử chuyên tiêu chuẩn hoá khiển tác vụ phức tạp Dễ thay đổi điều khiển dùng So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển. Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm cho nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi. Tóm lại, sự ra đời của PLC cũng như các bộ điều khiển hiện đại khác đã mở ra một thời đại mới trong lĩnh vực tự động hoá. Với những khả năng điều khiển phong phú và phức tạp hơn, PLC đã vượt xa các mạch điều khiển cổ điển dùng dây nối và GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 7 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống Relay. Các hệ thống dây chuyền sản xuất được điều khiển một các nhịp nhàng hơn, các thiết bị máy móc được điều khiển chính xác hơn. 2.2. GIỚI THIỆU VỀ HỌ PLC S7-1200 Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội: - S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 - S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). - Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển: Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình - 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 v11 của Siemens. - Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn 8 Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, ứng dụng PLC S7-1200 và HMI điều khiển, giám sát hệ thống Hình 2.1. Các cổng hỗ trợ PLC S7-1200 1) Bộ phận kết nối nguồn, các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) 2) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên 3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp 4) Bộ phận kết nối PROFINET 2.3. CÁC MODULE CỦA PLC S7-1200 2.3.1. Các kiểu CPU của PLC S7-1200 Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau. Chức năng Bảng 2.2. So sánh các kiểu CPU của PLC S7-1200 CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng: Bộ nhớ làm việc 25 kB 50 kB Bộ nhớ nạp 1 MB 2 MB GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh SVTH: Lương Bình Chơn Tải về bản full