Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200 .4 1.1 Lý thuyết chung S7-200 1.1.1 Cấu hình cứng 1.1.2 Cấu trúc nhớ 1.1.3 Mở rộng vùng vào 1.1.4 Thực chương trình 10 1.2 Ngơn ngữ lập trình của S7-200 .12 1.2.1 Giới thiệu phần mềm STEP 7-MicroWIN 32 V3.2 12 2.Các bước để lập trình chương trình điều khiển cho PLC S7-200 15 1.2.3 Bảng lệnh của S7-200 .16 1.2.4 Cú pháp hệ lệnh của S7-200 26 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRỘN HÓA CHẤT 34 2.1 Đặt vấn đề 34 2.2 Yêu cầu công nghệ: 34 2.3 Xây dựng mạch điều khiển: 35 2.3.4 Kết nối thiết bị 50 KẾT LUẬN 52 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Hiện cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước yêu cầu tự động hóa ngày cao đời sống sinh hoạt sản xuất ( yêu cầu điều khiển t ự động linh hoạt tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác nhờ công nghệ thơng tin cơng nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất thiết bị điều khiển khả trình PLC Để thực công việc cách khoa học nhằm đạt đươc số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi kinh tế Các cơng ty xí nghiệp sản xuất thường sử dụng cơng nghệ lập trình Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho nhu cầu đời sống Qua những năm học trường Đại học Sao đỏ em giao đề tài “Ứng dụng PLC, thiết kế hệ thống điều khiển trộn hóa chất Chương 1: Tổng quan PLC S7-200 Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển trộn hóa chất Trong q trình thực găp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề hạn hẹp Mặc dù cố gắng khả năng, thời gian có hạn, kinh nghiệm chưa nhiều nên khơng thể tránh sai sót q trình làm mong đóng góp ý kiến bổ sung của thầy cô giáo bạn để đồ án hoàn thành tốt Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200 1.1 Lý thuyết chung S7-200 1.1.1 Cấu hình cứng PLC, viết tắt của Programmable Logic Control, thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay khả trình, cho phép thực linh hoạt tḥt tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình S7-200 thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc theo kiểu modul có modul mở rộng Các modul sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác Thành phần bản của S7-200 vi xử lý CPU212 CPU214 hình thức bên ngồi khác của hai loại CPU biết nhờ số đầu vào/ra nguồn cung cấp CPU212 có cổng vào cổng có khả mở rộng hai modul mở rộng CPU224 có 14 cổng vào 10 cổng có khả mở rộng thêm modul mở rộng S7-200 có nhiều loại modul mở rộng khác Các đèn trạng thái HÌNH 1: PLC S7-200 với khối vi xử lý SF (màu đỏ): Đèn SF báo hiệu hệ thống bị lỗi Đèn SF sáng PLC có lỗi RUN (màu xanh): Cho biết PLC chế độ làm việc thực chương trình nạp vào nhớ chương trình của PLC STOP (màu vàng): Chỉ định PLC chế độ dừng Dừng chương trình thực lại Ix.x (màu xanh): đèn xanh cổng vào định trạng thái tức thời của cổng (x.x = 0.0 ÷1.5) Đèn báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng vào Qy.y (đèn xanh): Đèn xanh cổng định trạng thái tức thời của cổng (y.y = 0.0÷1.10) Đèn báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng Đồ án tốt nghiệp Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí cho phép chọn chế độ làm việc khác cho PLC RUN cho phép PLC thực chương trình PLC S7-200 rời khỏi chế độ RUN chuyển sang chế độ STOP máy có cố, chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí cả công tắc chế độ RUN Nên quan sát trạng thái thực của PLC theo đèn báo STOP cưỡng PLC dừng công việc thực chương trình chạy chuyển sang chế độ STOP Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình nạp chương trình TERM cho phép máy lập trình tự định chế độ làm việc cho PLC RUN STOP Chỉnh định tương tự Điều chỉnh tương tự (1 CPU 212 CPU 214) cho phép điều chỉnh biến cần phải thay đổi sử dụng chương trình Núm chỉnh analog lắp đặt nắp đậy bên cạnh cổng Thiết bị chỉnh định quay 270 độ Pin nguồn nuôi nhớ Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình nạp chương trình Nguồn pin sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho dữ liệu nhớ Nguồn pin tự động chuyển sang trạng thái tích cực dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt, phải thay vào vị trí để dữ liệu nhớ không bị Cổng truyền thông S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình với trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI 9000 baud Tốc độ truyền cung cấp PLC theo kiểu tự từ 300 đến 38400 Các chân của cổng truyền thông là: Đất 24VDC Truyền nhận dữ liệu Không sử dụng Đất HÌNH 2: Sơ đồ chân của cổng 5VDC (điện trở 100Ω ) 24VDC (100mA) truyền thông Truyền nhận dữ liệu Không dử dụng Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG720 sử dụng cáp nối thẳng qua MPI Cáp kèm theo máy lập trình Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với chuyển đổi RS232/RS485 qua cổng USB ta có cáp USB/PPI Cáp RS232/PPI Multi-Master Đồ án tốt nghiệp HÌNH 3: Hình dáng của cáp công tắc chọn chế độ truyền Tùy theo tốc độ truyền giữa máy tính CPU mà cơng tắc 1,2,3 để vị trí thích hợp Thơng thường CPU 22x tốc độ truyền thường đặt 9.6 kbaud (tức công tắc 1,2,3 đặt theo thứ tự 010) Tùy theo truyền thông 10 bit hay 11 bit mà công tắc đặt vị trí thích hợp Khi kết nối bình thường với máy tính cơng tắc chọn chế độ truyền thông 11 bit (công tắc đặt vị trí 0) Cơng tắc cáp RS232/PPI Multi- Master sử dụng để kết nối port truyền thông RS232 của modem với S7-200 CPU Khi kết nối bình thường với máy tính cơng tắc đặt vị trí data Comunications Equipment (DCE) (cơng tắc vị trí 0) Khi kết nối cáp PC/PPI với modem port RS232 của cáp PC/PPI đặt vị trí Data Teminal Equipment (DTE) (cơng tắc vị trí 1) Cơng tắc sử dụng để đặt cáp RS232/PPI Multi-Master thay cáp PC/PPI hoạt động chế Freeport đặt chế độ PPI/Freeport (công tắc vị trí 0) Nếu kết nối bình thường PPI (master) với phần mềm STEP7- Micro/Win 3.2 SP4 cao đặt chế độ PPI (cơng tắc vị trí 1) Sơ đồ nối cáp RS232/PPI Multi-Master giữa máy tính CPU S7-200 với tốc độ truyền 9,6 kbaud: HÌNH 4: Hình ảnh kết nối giữa PC PLC thông qua cáp RS-232/PPI Cáp USB/PPI Multi-Master Đồ án tốt nghiệp HÌNH 5: Hình dáng của cáp Cách thức kết nối cáp USB/PPI Multi-Master tương tự cáp RS232/PPI Multi-Master Để sử dụng cáp này, phần mềm cần phải STEP7- Micro/WIN 3.2 Service Pack (hoặc cao hơn) Cáp sử dụng với loại CPU22x sau Cáp USB không hỗ trợ truyền thơng Freeport download cấu hình hình TP070 từ phần mền TP Designer Thống số kỹ thuật số loại modul CPU212 bao gồm: 512 từ đơn, tức 1KB để lưu chương trình thuộc miền nhớ đọc ghi không bị dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM Vùng nhớ với tính chất vậy gọi vùng nhớ noni-volatile 512 từ đơn để lưu dữ liệu, có 100 từ nhớ đọc/ghi thuộc miền non-volatile cổng vào logic cổng logic Có thể ghép lối thêm modul để mở rộng số cổng vào/ra, bao gồm cả modul tương tự (analog) Tổng số cổng logic vào/ra cực đại 64 cổng vào 64 cổng 64 tạo thời gian trễ (timer), chia làm hai loại là: Timer có nhớ Timer không nhớ 64 đếm bao gồm đếm tiến đếm vừa đếm tiến vừa đếm lùi 368 bit nhớ đặc biệt sử dụng làm bit trang thái bit đặt chế độ làm việc Có chế độ ngắt xử lý tín hiệu ngắt khác bao gồm: ngắt truyền thống, ngắt theo sườn lên xuống, ngắt theo thời gian ngắt theo tín hiệu báo của đếm tốc độ cao (2KHz) Bộ nhớ không bị dữ liệu khoảng thời gian 50 nguồn nuôi CPU 224 bao gồm: 4096 từ đơn (Word) để lưu chương trình thuộc miền nhớ ghi/đọc không bị dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM 2560 từ đơn để lưu dữ liệu 14 cổng vào logic 10 cổng logic Có thể ghép nối thêm modul mở rộng Tổng số cổng vào cực đại 128 cổng vào 128 cổng 256 tạo thời gian trễ, có timer có độ phân giải 1ms, 16 timer có độ phân giải 10ms, 236 timer có độ phân giải 100ms Đồ án tốt nghiệp 256 đếm chia làm loại, loại đếm lên (CTU), loại vừa đếm lên vừa đếm xuống (CTUD) 256 bit nhớ đặc biệt ( lưu trạng thái tụ hoặ c pin) 112 bít (lưu rộng EEPROM) dùng làm bit trạng thái bit đặc chế độ làm việc đầu vào tương tự độ phân giải bit Tốc độ thực lệnh: 0.37µs cho lệnh logic Tích hợp đồng hồ thời gian thực Tích hợp cổng truyền thơng RS-485 Có chế độ ngắt: ngắt truyền thơng, ngắt theo sườn xung, ngắt theo thời gian ngắt báo hiệu của đếm tốc độ cao Dữ liệu không bị khoảng thời gian 190giờ kể từ PLC bị điện 1.1.2 Cấu trúc nhớ Bộ nhớ của S7-200 chia thành vùng với tụ có nhiệm vụ trì dữ liệu khoảng thời gian định nguồn Bộ nhớ của S7-200 có tính động cao, đọc ghi toàn vùng, loại trừ bit nhớ đặc biệt ký hiệu SM (special memory) truy nhập để đọc EEPR OM Tụ Chương trình Tham số Dữ liệu Miền ngồi nhớ Chương trình Chương trình Tham số Tham số Dữ liệu Vùng đối tượng Dữ liệu HÌNH 6: Bộ nhớ ngồi của S7-200 Vùng chương trình: miền nhớ sử dụng để lưu giữ lệnh chương trình.Vùng thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi Vùng tham số: miền lưu giữ tham số như: từ khóa, địa trạm … Cũng giống vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi Vùng liệu: sử dụng để cất dữ liệu của chương trình bao gồm cả kết quả phép tính, số định nghĩa chương trình, đếm truyền thơng… phần của vùng nhớ (200byte CPU 212, 1K byte CPU 214) thuộc kiểu non-volatile Vùng đối tượng: Timer, đếm, đếm tốc độ cao cổng vào/ra tương tự đặt vùng nhớ cuối Vùng không thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi Đồ án tốt nghiệp 1.1.3 Mở rộng vùng vào HÌNH 7: Modul mở rộng EM 222 của PLC CPU 212 cho phép mở rộng nhiều modul CPU 214 nhiều modul Các nodul mở rộng tương tự số có S7-200 Có thể mở rộng cổng vào/ra của PLC cách ghép nối thêm modul mở rộng phía bên phải của CPU, làm thành móc xich Địa của vị trí modul xác định kiểu vào/ra vị trí của modul moc xính, bao gồm modul có kiểu ví dụ modul cổng gán địa của modul cổng vào, modul tương tự khơng thể có địa modul số ngược lại Các modul mở rộng số hay gián đoạn chiếm chỗ nhớ ảo tăng giá trị của bit (một byte) HÌNH 8: CPU 224 với modul mở rộng Ví dụ cách đặt địa cho modul mở rộng CPU 224: CPU 214 Modul Modul Modul Modul Modul 4 In/4 Out In Analog In/ Out Analog In/ Đồ án tốt nghiệp Analog Out Analog Out I0 Q0 I2 AIW0 AIW8 I3 AIW2 Q3 AIW10 I0 Q0 I2 AIW4 AIW12 I1 Q1 Q2 I3 Q3 AQW0 AQW4 I1 Q1 Q2 1.1.4 Thực chương trình S7-200 thực đọc ghi dữ liệu theo logic điều khiển chương trình liên tục theo chu kỳ Đọc trạng thái ngõ vào S7-200 sử dụng ngõ vào để thực logic điều khiển theo chương trình lưu trữ Dữ liệu liên tục cập nhật chương trình thực Hình sau sơ đồ mối quan hệ giữa sơ đồ điện PLC S7-200 Các nút nhấn khởi động/dừng động kết nối với ngõ vào Trạng thái của ngõ vào tùy thuộc vào nút nhấn Các trạng thái của ngõ vào định trạng thái của ngõ Ngõ kết nối với Contactor Tùy thuộc trạng thái của ngõ mà Contactor có điện hay điện tương ứng động hoạt động hay dừng HÌNH 9: Điều khiển ngõ vào S7-200 chép trạng thái của ngõ vào vật lí vào đếm ngõ vào: Digital inputs: Mỗi chu kỳ quét bắt đầu cách đọc giá trị hành ngõ vào số sau ghi giá trị vào vùng đệm ngõ vào Analog inputs: S7-200 không cập nhật ngõ vào analog từ module mở rộng chu kỳ quét bình thường có kích hoạt khâu lọc ngõ vào analog Bộ lọc Analog cung cấp cho phép ta có tín hiệu ổn định Có thể cho phép analog điểm ngõ vào Analog Khi ngõ vào analog kích hoạt lọc, S7-200 cập nhật ngõ vào Analaog lần chu kỳ quét lưu trữ giá trị lọc Giá trị lọc cung cấp truy cập ngõ vào Analog Khi lọc analog 10 Đồ án tốt nghiệp Hình Cảm biến phát mức - Cảm biến tụ điện: chất lỏng chất cách điện, tạo tụ điện điện cực hình trụ nhúng chất lỏng điện cực kết hợp với điện cực thứ thành bình chứa thành bình kim loại Chất điện mơi giữa điện cực chất lỏng phần bị ngập phần khơng khí phần khơng có chất lỏng Việc đo mức chất lưu chuyển thành đo mức điện dung của tụ điện, điện dung thay đổi theo mức chất lỏng bình chứa - Cảm biến đo xạ: Cho phép đo mức chất lỏng mà không cần tiếp xúc với môi trường đo, ưu điểm thích hợp đo mức điều kiện mơi trường có nhiệt độ, áp suất cao mơi trường có tính ăn mòn mạnh 2.3.2 Phân định địa vào/ra Hình 10 Sơ lược mơ hình Variables Ton_OpenValveX Symbols T37 I_swAutoManual I_btStart I0.0 I0.1 Types Timer 100ms Input Input 39 Ton Comment Timer 60s Auto/Manual switch Start in auto mode Đồ án tốt nghiệp Variables I_btP1 Symbols I0.2 Types Input I_btP2 I0.3 Input I_btSM I0.4 Input I_btValveV I_btStop I_sls1 I_sls2 I_sls3 I0.5 I0.6 I1.0 I1.1 I1.3 Input Input Input Input Input Q_P1 Q_P2 Q_SM Q_ValveV Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Output Output Output Output Pump Pump Motor SM Valve X M0.0 M0.1 M0.2 Memory Memory Memory RUN state Auto mode Manual mode M0.3 Memory STOP state M_RUN_STATE M_AUTO_MODE M_MANUAL_M ODE M_STOP_STATE 2.3.3 Chương trình điều khiển a Mơ tả chức sơ lược • M_AUTO_MODE o ON khi:  I_swAutoManual chế độ AUTO o OFF khi:  I_swAutoManual chế độ MANUAL • M_MANUAL_MODE o ON khi:  I_swAutoManual chế độ MANUAL o OFF khi:  I_swAutoManual chế độ AUTO • M_RUN_STATE o ON khi:  M_AUTO_MODE • Nhấn I_btStart  M_MANUAL_MODE • Q_P1 ON 40 Comment Pump on in manual mode Pump on in manual mode Motor SM in manual mode Valve in manual mode Stop in manual mode Sensor ls1 Sensor ls2 Sensor ls3 Đồ án tốt nghiệp • Hoặc Q_P2 ON • Hoặc Q_SM ON • Hoặc Q_ValveX o OFF khi:  M_AUTO_MODE == ON • Nhấn I_btStop  M_MANUAL_MODE • Chưa nhấn nút • M_STOP_STATE o ON khi:  Nhấn I_btStop o OFF khi:  Nhấn I_btStart • • Ton_OpenValveX: o Hoạt động lần khi:  hệ thống RUN (M_RUN_STATE == ON)  Liệu tới vị trí I_sls3 (I_sls3 == OFF) o Khơng reset chạy hết chu kỳ • Q_P1 o ON khi:  M_AUTO_MODE • Hệ thống bắt đầu RUN o Liệu vị trí I_sls1 (I_sls1 == OFF) o Nhấn I_btStart • Hoặc Hệ thống RUN(M_RUN_STATE == ON) o Liệu vị trí I_sls1 (I_sls1 == OFF) o Q_ValveV chuyển trạng thái từ mở sang đóng  M_MANUAL_MODE • Nhấn I_btP1 ValveV đóng o OFF khi:  Liệu tới vị trí I_sls2 • Q_P2 o ON khi:  M_AUTO_MODE • Hệ thống RUN(M_RUN_STATE == ON) • Liệu vừa qua vị trí I_sls2 (I_sls2 == ON)  M_MANUAL_MODE • Nhấn I_btP2 o OFF khi:  Hệ thống RUN (M_RUN_STATE == ON) • Liệu tới vị trí I_sls3 (I_sls3 == OFF) • Q_SM o ON khi: 41 Đồ án tốt nghiệp  M_AUTO_MODE • Hệ thống RUN(M_RUN_STATE == ON) • QP2 vừa khởi động  M_MANUAL_MODE • Nhấn I_btSM o OFF khi:  M_AUTO_MODE • Hệ thống RUN (M_RUN_STATE == ON) • Ton_OpenValveV chạy hết 60s  M_MANUAL_MODE • Nhấn I_btStop • Q_ValveX o ON khi:  M_AUTO_MODE • Hệ thống RUN(M_RUN_STATE == ON) • Ton_OpenValveV == ON  M_MANUAL_MODE • Nhấn I_btValveX o OFF khi:  M_AUTO_MODE • Liệu vị trí I_sls1  M_MANUAL_MODE • Nhấn I_btStop b Chương trình điều khiển 42 Đồ án tốt nghiệp 43 Đồ án tốt nghiệp 44 Đồ án tốt nghiệp 45 Đồ án tốt nghiệp 46 Đồ án tốt nghiệp 47 Đồ án tốt nghiệp 48 Đồ án tốt nghiệp 49 Đồ án tốt nghiệp 2.3.4 Kết nối thiết bị Sơ đồ mạch lực A O RN3 RN2 RN1 SM Bơm P2 Bơm P1 RN4 Van xả V N L Hình 11 Sơ đồ mạch lực AT BBĐ P1 P2 SM V 1M 1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3Q0.4 M L M L PLC S7-200 CPU 224 1M I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I1.0 I1.1 I1.3 Sơ đồ mạch điều khiển 50 LS1 LS2 LS3 OUT PUT 24VDC Đồ án tốt nghiệp DC 24V Hình 12 Sơ đồ đấu nối thiết bị vào/ra với PLC 51 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đồ án tốt nghiệp, đến đề tài hồn thành.Em thực cơng việc sau: - Tìm hiểu cấu trúc phần cứng, cách lập trình PLC S7- 200 - Tìm hiểu cơng nghệ trộn hóa chất - Tìm hiểu thiết bị có hệ thống trộn hóa chất - Viết chương trình điều khiển, sơ đồ đấu nối thiết bị vào/ với PLC Vì thời gian có hạn nên đề tài khơng thể tránh khỏi những thiếu xót kính mong góp ý của thầy bạn sinh viên quan tâm 52 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Tự động hóa với Simatic S7-200, NXB Nông nghiệp [2] Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh, Trang bị điện-điện tử máy công nghiệp dùng chung, NXB Giáo dục 1994 [3] Nguyễn Xuân Quỳnh, Lý thuyết mạch lôgic kỹ thuật số , NXB Đại học giáo dục chuyên nghiệp 1991 [4] Trần Bá Thái, Nguyễn Trí Cơng, Nguyễn Văn Tam, Vũ Duy Lợi, Phí Mạnh Lợi, Điều khiển ghép nối thiết bị ngoại vi , NXB Thống kê 1987 http://www.youtube.com/watch?v=hIUkwPPyOO8 53 ... với máy tính cơng tắc đặt vị trí data Comunications Equipment (DCE) (cơng tắc vị trí 0) Khi kết nối cáp PC/PPI với modem port RS232 của cáp PC/PPI đặt vị trí Data Teminal Equipment (DTE) (cơng... trộn hóa chất Chương 1: Tổng quan PLC S7-200 Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển trộn hóa chất Trong q trình thực găp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề hạn hẹp Mặc dù cố gắng khả... có kiện ngắt Xử lý yêu cầu truyền thông nào: S7-200 thi hành nhiệm vụ yêu cầu cho truyền thông Trong giai đoạn xử lý thông tin của chu kỳ quét, S7-200 xử lý thông tin nhận từ cổng truyền thông