ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU LẮP ĐẶT & ỨNG DỤNG MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP CHO THIẾT BỊ PHÒNG THỰC HÀNH PLC SIEMENS X5 12 SINH VIÊN TRẦN NGỌ[.]
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN THIẾT BỊ PHÒNG X5.12
TỔNG QUAN VỀ PLC S7 300
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình được 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 tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kì hay thời gian được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các 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, người ta đã chế tạo bộ điều khiển PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học
- Gọn nhẹ, dễ 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
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay 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 đảm bảo tốc độ xử lí cũng như giá cả…
Chính điều này đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp, các tập lệnh nhanh chóng đi từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch…Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn
Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển và xử lí hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bằng một chương trình Chương trình này sẽ 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 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 vào so với các bộ dây nối hay Relay
PLC Siemens S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình, thường được dùng trong các ứng dụng vừa và lớn Nó được thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới PLC Siemens S7-300 được xây dựng theo cấu trúc module sắp xếp trên các thanh rack.Trong thực tế PLC S7-300 được ứng dụng rất đa dạng như: Điều khiển robot công nghiệp, dây truyền xử lý nước sạch, điều khiển các hệ động cơ servo hay máy chế tạo công cụ v…v…
- Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS-485) và có thể có vài cổng vào/ra số onboard
- PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…
- Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP Ví dụ Module CPU 314C-2DP…
- Các CPU khác nhau thì các thành phần trên không giống nhau, cụ thể các thành phần trong từng module như hình dưới:
Hình 1.2 Module CPU314C-2PN/DP
1.1.2 Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300
Hình 1.3 Đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300
PLC S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS, CAN, DeviceNET, ASi
- PROFIBUS là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường
Châu Âu EN50170 và EN50254 Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị trường phân tán Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP
Hình 1.4 Tổng quan giao thức Profibus
- CAN viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng Điều
Khiển Vùng Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện trong xe, với truyền tải dữ kiện trên 2 dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất thấp, độ tin cậy cao Các hệ thống điện đã được nối với nhau bởi mạng CAN 2 dây này
- DeviceNet là một hệ thống bus được hãng Allen-Bradley phát triển dựa trên cơ sở của CAN, dùng để nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành Sau này, chuẩn DeviceNet được chuyển sang dạng mở dưới sự quản lý của hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC 62026-3
- Hệ thống AS-I (Actuator Sensor Interface) là hệ thống kết nối cho cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa Các cơ cấu chấp hành và cảm biến được nối với trạm
6 hệ thống tự động qua bus giao tiếp AS (AS-I bus) AS-I là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó có SIEMENS AG, Festo KG, Peppert & Fuchs GmbH
1.1.4 Các module mở rộng Các module của S7-300 được chia thành 5 loại:
- PS (Power Supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A
- SM (Signal Module): Module tín hiệu ra vào số hoặc tương tự
- IM (Interface Module): Module ghép nối, có tác dụng ghép nối các thành phần mở rộng lại với nhau Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng module IM
- FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển PID
- CP (Communication Processor): Module phục vụ truyền thông giữa các PLC với nhau hoặc PLC với máy tính
Hình 1.5 Các module mở rộng của PLC S7-300
Hình 1.6 Sơ đồ rack của S7-300
PLC S7-300 được lập trình qua các ngôn ngữ như: Step 7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap:
- Dạng LAD: Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế mạch điện tử logic
- Dạng STL: Phương pháp liệt kê Là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Mỗi một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh, mỗi câu lệnh có cấu trúc chung gồm “tên lệnh + toán hạng”
- Dạng FBD: Phương pháp hình khối Là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số
- Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngôn ngữ dạng STL nhưng được phát triển nhiều hơn Nó gần giống với các ngôn ngữ bậc cao như Pascal để người lập trình dễ thao tác.
TỔNG QUAN VỀ HMI KTP400 BASIC PN
HMI hay Human-Machine-Interface (giao diện người-máy) là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với máy móc qua một màn hình giao diện thì đó là một HMI
Màn hình HMI hiện nay đã quá quen thuộc với con người, đặc biệt trong công nghiệp, nó đóng vai trò vô cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy Các ưu điểm của HMI:
• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin
• Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết
• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa
• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức
• Khả năng lưu trữ cao
HMI KTP 400 BASIC PN là loại hiển thị màu sử dụng bàn phím và cảm ứng trên màn hình Nằm trong dòng sản phẩm HMI mới của Siemens KTP400 được trang bị cổng kết nối Ethernet với chuẩn Profinet Người dùng có thể thông qua cổng này để upload, download chương trình và kết nối với thiết bị khác thông qua cổng này
Hình 1.7 Màn hình HMI KTP400 Basic PN
- Màn hình: Màn hình cảm ứng, hình ảnh có độ phân giải cao và có kích thước 4inches, hiển thị 256 màu
- 4 phím bấm (F1-F4): có thể thay đổi chức năng từng phím phụ thuộc vào thiết kế người dùng
- 1 cổng Ethernet: hỗ trợ truyền thông qua mạng Ethernet TCP/IP
- Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, EPROM/Flash
- Có thể được lập trình, thiết kế giao diện trên STEP7 TIA PORTAL V15
- KTP400 Basic chỉ hỗ trợ giao thức truyền thông Ethernet TCP/IP
Hình 1.8 Truyền thông PROFINET giữa HMI và PLC
MÔ HÌNH PHÂN LOẠI, NHẬP VÀ XUẤT KHO THÀNH PHẨM
Với đề tài “Phân loại, Nhập và Xuất kho thành phẩm” thiết kế trên đế ván gỗ 600x1200mm và sử dụng các thiết bị như:
- PLC S7-1200 1212C DC/DC/DC 6ES7 214-1AG31-0XB0 V3.0
- Các loại cảm biến: cảm biến quang, cảm biến điện từ, cảm biến hành trình xilanh
- Các Xilanh và Valve điện từ khí nén
Hình 1.9 Mô hình phân loại, nhập xuất thành phẩm
1.3.2 Sơ đồ bố trí thiết bị
Hình 1.10 Sơ đồ bố trí của mô hình phân loại
Hình 1.11 Sơ đồ đấu dây của mô hình phân loại
1.3.4 Bố trí địa chỉ trên HMI
1.3.5 Địa chỉ các biến khâu nhập kho
1.3.6 Địa chỉ các biến khâu xuất kho
- Quy trình nhập kho: Khi nhấn nút Start trên HMI, bít-tông đẩy thành phẩm từ kho ra băng tải, băng tải vận chuyển thành phẩm đi qua các cảm biến phân loại Khi đến vị trí nhập kho băng tải dừng, hệ thống các bít-tông và tay gắp hoạt động gắp chuyển thành phẩm vảo kho
- Quy trình xuất kho: Khi nhập số hàng muốn xuất và nhấn nút start trên HMI, hệ thống tay gắp và bít-tông hoạt động chuyển hàng cần xuất lên băng tải Băng tải chạy đến khi chạm cảm biến ở vị trí xuất hàng sau đó dừng và bít-tông đẩy hàng đến nơi xuất kho
MÔ HÌNH CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI
Với đề tài “Chiết rót và Đóng nắp chai” thiết kế trên đế ván gỗ kích thước
600x1200mm và sử dụng các thiết bị như:
- PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC 6ES7 214-1AG31-0XB0 V3.0
- Module SM 1223 DI8/DQ8 x relay 6ES7 223-1PH32-0XB0
- Valve điện từ và các Bít-tông khí nén
Hình 1.12 Mô hình chiết rót và đóng nắp chai
1.4.2 Sơ đồ bố trí thiết bị
Hình 1.13 Sơ đồ bố trí thiết bị của mô hình chiết rót
Hình 1.14 Sơ đồ đấu dây của mô hình chiết rót
1.4.4 Bố trí địa chỉ trên HMI
STT TÊN KÝ HIỆU ĐỊA CHỈ MÔ TẢ
1 BUTTON_1 STOP M0.0 Nút dừng trên HMI ở màn hình AUTO
2 BUTTON_2 START M0.1 Nút khởi động trên HMI ở màn hình AUTO
3 BUTTON_3 ON CY1 M100.1 Nút khởi động băng tải CY1 trên HMI ở màn hình
4 BUTTON_4 ON CY2 M100.2 Nút khởi động băng tải CY2 trên HMI ở màn hình
5 BUTTON_5 OFF M100.0 Nút dừng trên HMI ở màn hình MANUAL
Bảng 1.1 Bố trí địa chỉ trên HMI của mô hình chiết rót
1.4.5 Địa chỉ biến của chương trình
- Khi nhấn nút Start trên HMI, băng tải 1 chạy và chuyển chai chưa có nắp đến ví trí cảm biến thì dừng, hệ thống Bít-tông khí nén tay gắp sẽ gắp chai chuyển sang băng tải 2 Băng tải 2 chuyển chai sang từng khâu rót, cấp nắp, vặn nắp và sau cùng là đến vị trí cảm biến đẩy chai vào kho.
BIẾN TẦN SIEMENS
Bộ điều khiển Siemens SINAMICS G120 với mô hình I/O và Profinet mở rộng CU240E-2 PN Một thành phần quan trọng của phạm vi SINAMICS G120 mô- đun, Thiết bị Điều khiển phải được lắp vào Mô-đun Nguồn tương thích để tạo thành một Biến tần hoàn chỉnh
Kích thước: Rộng 73mm × Cao 199mm × 39mm
Hoạt động: VxF, Vector Flux cảm biến
Phạm vi kiểm soát tốc độ - 0-50Hz Đầu vào tương tự: 2 Đầu ra tương tự: 2 Đầu vào kỹ thuật số: 6 (1 x Đầu vào xung)
22 Đầu ra kỹ thuật số: 1 Đầu ra rơle: 2
Function Chức năng mô-men xoắn an toàn '(STO) thành SIL 2 (EN 61508) thông qua Đầu vào kỹ thuật số
Thiết bị đầu cuối nhiệt độ động cơ
Giao diện USB (loại Mini-B)
Khe cắm thẻ nhớ (MMC hoặc SD)
Số hiệu là 6SL3244-0BB12-1FA0 Số mô hình là CU240E-2 PN
Hình 1.15 Bảng vận hành cơ bản của SINAMICS BOP-2
Hình 1.16 Bộ điều khiển (Control Unit) Siemens Sinamics G120 CU240E-2PN
Hình 1.17 Chi tiết trên bảng vận hành
Hình 1.18 Cách vận hành biến tần bằng BOP-2
Dãy công suất biến tần: 0.25kW-250kW (PM240)
Cấp điện áp 3 pha: 380-480 V 3-phase-AC (-10%/+10%)
Cấp điện áp 3 pha: 380-480 V 3-phase-AC (-10%/+10%)
Dãy công suất biến tần: 75kW-75kW (PM260)
Cấp điện áp 3 pha: 500-690 V 3-phase-AC (-10%/+10%)
Phạm vi điều chỉnh biến tần: 0-50 Hz (điều khiển V/f)
Điều khiển hồi tiếp: PID
Giao tiếp truyền thông: RS485/USS, PROFIBUS DP, CANopen, Modbus, BACnet
Giao diện bên ngoài biến tần: Kết nối với máy tính qua cổng USB, BOP-2, IOP, MMC, SD card
Phần mềm cài đặt thông số và chuẩn đoán lỗi
1.5.3 Module nguồn SINAMICS PM240 0.37kW 400V
Hình 1.19 Module nguồn của biến tần Siemens G120
Kích thước A - Rộng 73mm x Sâu 145mm Cao x 173mm (không bao gồm Đơn vị điều khiển)
Quá tải: 150% x 57 giây cứ sau 5 phút 200% trong 3 giây cứ sau 5 phút Quá tải cao
Quá tải: 110% x 57 giây cứ sau 5 phút 150% trong 3 giây cứ sau 5 phút Quạt / Bơm Xếp hạng
Phanh: đến điện trở ngoài tối thiểu 390 Ohm (không được cung cấp) - sử dụng nút 'Điện trở nào' trên trang này Điện áp đầu vào: Ba pha 380V-480V ± 10% ở 50-60Hz ± 5%
Dòng đầu vào: 1.6A khi quá tải cao, 1.7A khi xếp hạng Quạt / Bơm
Bộ lọc EMC: Không có (tùy chọn bên ngoài)
Gắn tường trong môi trường sạch sẽ hoặc tủ gắn kết
Xếp hạng 50 ° C xung quanh ở mức Quá tải cao, 40 ° C khi xếp hạng Quạt / Bơm
Không gian thông gió ở phía trước: 65mm
Không gian thông gió ở trên: 100mm
Không gian thông gió bên dưới: 100mm
Không gian thông gió ở hai bên:
Mất nhiệt 30 mm ở công suất tối đa: 97W
Gắn qua các lỗ có đường kính 2 x 4,5mm ở phía sau trung tâm 160mm
Số hiệu của nhà sản xuất là 6SL3224-0BE13-7UA0 (6SL3224-OBE13-7UA0)
1.5.4 Tính năng Biến tần Sinamic G120
Biến tần G120 là loại biến tần có cấu trúc Module, khiến chúng có thể được điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể Bộ biến tần có 3 bộ phận chính là:
Bàn phím hiển thị và cài đăt thông số (BOP)
Khối điều khiển (CU) có nhiều loại khác nhau (CU240B-2, CU240E-2 PN,
CU240E-2 PN, CU240E-2 PN DP, CU240E-2 PN PN, CU240E-2 PN F, CU240E-2 PN DP-F, CU240E-2 PN PN-F, CU250S-2, CU250S-2 DP, CU250S-2 PN, CU250S-2 CAN), có thể kết hợp và ghép theo yêu cầu để điều khiển và giám sát Module công suất (PM) điều khiển động cơ với những chế độ khác nhau Nó hỗ trợ truyền thông phục vụ cho việc điều khiển và kiểm soát thiết bị tại chỗ hoặc từ trung tâm với nhiều giải pháp:
RS 485, PROFIBUS PROFINET Ngoài ra có các module chuyên dụng cho ứng dụng HVAC (CU240E-2 PN)
Module công suất (PM) đầu nối với động cơ có công suất tương ứng từ 0,37 đến
200 kW Module công suất được điều khiển bằng bộ vi xử lý của Module điều khiển với những tính năng tiên tiến tích hợp công nghệ IGBT điều chế độ rộng xung Ngoài ra còn có những tình năng bảo vệ cho Module công suất và động cơ
1.5.5 Phạm vi sử dụng của biến tần
Biến tần Siemens G120 tính năng an toàn tích hợp: phù hợp với một số thay đổi khác nhau dùng cho các ứng dụng an toàn Tất cả các Module công suất được tích hợp tính năng an toàn Một bộ truyền động an toàn là sự kết hợp của Module công suất và khối điều khiển có tích hợp tính năng an toàn
Công nghệ năng lượng tái sinh: Công nghệ phản hồi năng lượng được dùng trong Module công suất PM250 và PM260 Công nghệ này cho phép năng lượng tạo ra bởi động cơ ở chế độ máy phát được trả lại lưới Cho phép tủ lắp biến tần có thể nhỏ gọn hơn do có thể bỏ qua các thiết bị làm mát phụ và các phụ kiện khác như: điện trở hãm, khối điều khiển hãm, cuộn cảm kháng đầu vào biến tần Dẫn đến tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành
Biến tần Siemens G120 với phương pháp làm mát mới và các thiết bị điện tử được sơn phủ hoàn toàn làm tăng tuổi thọ của thiết bị và giảm chi phí bảo dưỡng
Biến tần Siemen G120 thiết kế dạng Module cho phép quá trình lắp đặt, thay thế dễ dàng Ngoài ra còn có thể tối ưu việc nhập thiết bị dự phòng, thay thế Ứng dụng: Dùng cho các tải băng tải, bơm, quạt, máy đóng gói, máy trộn, nâng hạ, máy nén khí, máy đùn…
MẠNG TRUYỀN THÔNG
1.6.1 Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp
- Hạ tầng mạng: Các phần tử kết nối và kỹ thuật truyền, môi trường vật lý
- Giao thức và dịch vụ dung để truyền dữ liệu
- Các module kết nối máy tính hay PLC với mạng
Trong mạng diễn ra quá trình trao đổi dữ liệu giữa hai hay nhiều thiết bị gọi là Trạm Trạm có thể là máy tính, PLC, màn hình điều khiển, …
Mạng con là kết hợp tất cả những gì cần thiết để tạo nên sự truyền thông với cùng giao thức Mạng là kết nối các mạng con cùng loại hay khác loại
Hình 1.20 Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp
Siemens chia mức độ tự động hóa thành 4 mức:
- Mức quản lý: Thu thập dữ liệu quá trình, phân tính và tối ưu quá trình, thực hiện báo cáo Thiết bị sử dụng ở mức này thường là các máy tính
- Mức tế bào: Thực hiện các chức năng điều khiển, tự động hóa và tối ưu hóa Các thiết bị sử dụng là máy tính, PLC, màn hình HMI
- Mức trường: Ghép nối các bộ điều khiển với thiết bị trong dây chuyền sản xuất
- Mức cảm biến/chấp hành: ghép cảm biến/chấp hành với PLC
Tùy theo mức độ quản lý có các loại mạng sau:
- Mạng Ethernet công nghiệp: tương tự mạng máy tính
- Mạng Profibus/Mạng MPI (Multipoint Interface)
Hình 1.21 Mạng công nghiệp Siemens
PHẦN MỀM LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG
PHẦN MỀM TIA PORTAL V15
1.7.1 Tổng quan về phần mềm
Phần mềm Simatic Step 7 Professional TIA Portal giúp bạn giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật của mình một cách trực quan và hiệu quả Do được tích hợp vào TIA Portal, Step 7 mang lại hiệu suất ấn tượng trong mọi bước lập trình nhờ vào tính minh bạch, điều hướng người dùng thông minh, quy trình làm việc đơn giản các chức năng như kéo, thả, sao chép, dán… giúp công việc nhanh chóng và dễ dàng hơn nhiều a Tính năng chính
Một dự án hoàn chỉnh có thể được cấu hình bằng một trình soạn thảo đồ họa duy nhất Trình chỉnh sửa cung cấp ba chế độ xem để đảm bảo phân chia nhiệm vụ rõ rang giữa cấu hình mạng và thiết bị:
- Chế độ xem mạng – kết nối đồ họa giữa các thiết bị
- Chế độ xem thiết bị – tham số hóa và cấu hình của các thiết bị riêng lẻ
- Giao diện cấu trúc – kết nối thực tế của các thiết bị PROFINET b Ngôn ngữ lập trình đa dạng
Step 7 Professional (TIA Portal) cung cấp các trình soạn thảo lập trình mạnh mẽ để lập trình bộ điều khiển SIMATIC S7:
- Chương trình có cấu trúc (SCL), logic bậc thang (LAD) và ngôn ngữ sơ đồ khối chức năng (FBD) có sẵn cho tất cả các bộ điều khiển
- Danh sách câu lệnh (STL) và lập trình trình tự bước (GRAPH, SFC) cũng có sẵn cho các bộ điều khiển S7-1500, S7-300, S7-400…
- Cổng thông tin Motion & Technology cho phép truy cập nhanh vào các đối tượng công nghệ - Điều khiển chuyển động, bộ điều khiển PID và bộ đếm tốc độ cao, …
31 c Chuẩn đoán và trực truyền
- Phân tích lỗi hiệu quả, vận hành nhanh, giảm thời gian ngừng hoạt động
- Tích hợp chức năng theo dõi thời gian thực
- Step 7 Professional (TIA Portal) hỗ trợ nhiều chức năng trực tuyến
1.7.2 Ứng dụng cho trạm PLC
- Nhấn vào biểu tượng TIA Portal V15 trên Desktop để mở phần mềm
- Sau khi khởi động phần mềm, Start → Create new project → Create để tạo một project mới
- Sau khi tạo project ta bắt đầu cấu hình phần cứng a Cấu hình phần cứng
- Nhấn vào Confirgure a device trên cửa sổ First Steps ở project vừa tạo
Hình 2.2 Cấu hình phần cứng
- Click chọn Add new devices
- Tại mục Controllers ta chọn CPU của dòng PLC đang sử dụng
VD: CPU 313C-2 DP với mã 6ES7 313-6CF03-0AB0, V2.6 như hình
Hình 2.4 Chọn CPU phù hợp
- Giao diện PLC_1 sẽ hiện ra, tiếp theo ta cần cấu hình cho các module mở rộng, các module mở rộng sẽ có vị trí slot 4 trở về sau:
Hình 2.5 Cấu hình phần cứng PLC
- Có các loại module như AI/AO, DI/DO, module truyền thông (Communication Modules) tùy vào phần cứng của trạm đang sử dụng ta sẽ lấy module ra từ
Hình 2.6 Gọi module mở rộng
- Sau đó ta thiết lập địa chỉ I/O cho PLC bằng cách click vào module DI/DO trong PLC_1
Hình 2.8 Thiết lập đầu cuối I/O
- Sau đó thay đổi Input addresses và Output addresses (I0.0 → I1.7 và Q0.0 đến Q1.7)
Hình 2.9 I/O bắt đầu từ 0.0 đến 1.7
- Sau khi thiết lập địa chỉ I/O ta có thể bắt đầu viết chương trình b Viết chương trình
- Để viết chương trình cho PLC ta vào Program Blocks → Main OB1
Hình 2.10 Truy cập OB1 để viết chương trình
- Cửa sổ lập trình sẽ hiện ra (ngôn ngữ mặc định là LADDER)
37 c Thiết lập địa chỉ truyền thông IP Để Download/Upload chương trình từ PLC ta cần phải định địa chỉ truyền thông (địa chỉ TCP/IP Ethernet)
Các bước thiết lập địa chỉ IP cho PLC/ModuleCP:
Hình 2.12 Thiết lập phần cứng PLC
- Click vào vị trí Profinet Interface hoặc chuột phải vào Module CP →
Hình 2.13 Truy cập Ethernet Interface
- Cửa sổ Properties hiện ra ta chọn Profinet Interface → Ethernet Addresses
Hình 2.14 Cách thay đổi IP cho PLC/moduleCP
- Ở mục IP Protocol ta có thể thiết lập địa chỉ IP cho PLC/Module CP
Hình 2.15 Thiết lập địa chỉ IP và subnet
- Project Tree → PLC_1 → Device Configuration Sau đó click vào vị trí
Profinet interface trên module CP của PLC, Properties → Ethernet Addresses
Hình 2.16 Các bước để thiết lập IP
- Ở bước này ta cũng có thể thiết lập một mạng con để phục vụ cho truyền thông bằng cách click vào Add new subnet
Hình 2.17 Thêm subnet d Các lệnh sử dụng
Với Ngôn ngữ lập trình ladder ta có các lệnh cơ bản như sau:
Tiếp điểm thường hở, đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1 và đóng lại khi n bằng 0
Tiếp điểm thường đóng, đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 0 và mở ra khi n bằng 1
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh này bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh này bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái
Toán hạng n: Q, M, L, D Đầu vào có dạng xung thì giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi có xung cạnh lên sau đó bằng 0
Toán hạng n: I, Q, M, L, D Đầu vào có dạng xung thì giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi có xung cạnh xuống sau đó bằng 0
Bảng 2.1 Các lệnh điều khiển Bit
Timer trễ không nhớ - TON
Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì
Cấu trúc lệnh chân PT: T#
Counter đếm lên – CTU Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên
1 khi CV >= PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0
Giá trị CV được giảm xuống 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên
Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1 = IN2, IN1 >= IN2, IN1 IN2, IN1 IN2
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa mãn thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngược lại
Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, DSInt, UDInt, Real, LReal, String, Time, DTL, Constant
Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB: OUT = IN1 – IN2 Lệnh nhân MUL: OUT = IN1 * IN2 Lệnh chia DIV: OUT = IN1 / IN2
Tham số IN1 và IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: SInt, Int, Dint, DSInt, UDInt, Real, LReal, Constant
Tham số OUT có kiểu dữ liệu: SInt, Int, Dint, DSInt, UDInt, Real, LReal
Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực thi lệnh
Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu Real/LReal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN
Bảng 2.3 Các lệnh toán học
Lệnh MOVE di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ vào IN
EN: Cho phép ngõ vào ENO: Cho phép ngõ ra IN: Nguồn giá trị đến OUT1: Nơi chuyển đến
- Click chuột vào mục PLC → Click vào biểu tượng Compile trên thanh công cụ của TIA Portal
Hình 2.18 Kiểm tra lỗi chương trình
- Sau khi Compile hoàn thành và sữa lỗi (nếu có) ta tiến hành download chương trình vào PLC bằng cách Click vào biểu tượng Download trên thanh công cụ
Hình 2.19 Kết quả kiểm tra
- Cửa sổ Extended download to device hiện ra → Thiết lập giao thức truyền thông, card mạng hỗ trợ truyền thông, mạng con (subnet) → Start Search → Chọn PLC muốn nạp chương trình vào → Load
Hình 2.21 Các bước download chương trình
Lưu ý: Chọn PLC có địa chỉ trùng với địa chỉ được cấu hình phần cứng ở Device
1.7.3 Ứng dụng cho HMI a Cấu hình phần cứng
Sau khi đã hoàn thành cấu hình phần cứng cho PLC và viết chương trình điều khiển ta mới tiến hành thao tác cấu hình phần cứng cho HMI Các bước thực hiện như sau:
- Kích đúp chuột vào Add new device
- Chọn thiết bị HMI và lựa chọn loại HMI, mã số, version, … sau đó nhấn OK
Hình 2.23 Chọn loại HMI phù hợp
- Giao diện HMI sẽ được khởi tạo
Hình 2.24 Trình khởi tạo HMI
- Đầu tiên ta cần chọn PLC mà HMI cần điều khiển bằng cách Select PLC
Hình 2.25 Liên kết HMI với PLC
- Khi chọn xong ta sẽ được:
Hình 2.26 HMI và PLC đã liên kết
- Ở mục Screen layout, kích chuột vào Background color Chọn màu nền cho màn hình Kích chuột vào Logo Browse… Chọn hình ảnh cần hiển thị Kích chuột vào Date/time để thiết lập hiển thị hoặc không hiển thị ngày/giờ
Hình 2.27 Màn hình Screen Layout
- Ở mục Alarms, đặt các chế độ cảnh báo (nếu muốn)
- Ở mục Screens, thiết lập nhiều màn hình (nếu cần)
- Ở mục System screens, thiết lập cách thức kết nối các màn hình hệ thống của HMI
Hình 2.28 Màn hình System screens
- Ở mục Buttons, thiết lập các nút nhấn tiện tích: Nguồn, Home, Ngôn ngữ, …
- Nhấn Finish để kết thúc quá trình khởi tạo HMI b Thiết lập địa chỉ truyền thông IP
Trong mạng truyền thông PROFINET có nhiều thiết bị như các trạm PLC, HMI, máy vi tính, … nên việc thiết lập địa chỉ IP cho các thiết bị này là điều rất cần thiết Để thiết lập địa chỉ IP cho một trạm HMI đã được xác định, ta thực hiện như sau:
- Nhấn vào nút Ethernet Interface (màu xanh lá) hoặc Chuột phải →
- Cài đặt lại địa chỉ IP cho HMI ở Ethernet Addresses
- Click chuột vào IP Address để thiết lập lại địa chỉ IP cho HMI
- Nhấn vào Add new subnet để xác nhận sự thiết lập
Hình 2.30 Thiết lập IP cho HMI c Dowload, upload chương trình
Tương tự như PLC, HMI cũng cần Compile trước khi download chương trình Sau khi Compile hoàn tất → Click vào biểu tượng download trên thanh công cụ → Thiết lập giao thức truyền thông, card mạng, mạng con (subnet) → Start Search → Chọn HMI mình cần → Load
Lưu ý: Chọn HMI có địa chỉ trùng với địa chỉ được cấu hình phần cứng ở Device
Hình 2.31 Các bước download chương trình vào HMI
1.7.4 Ứng dụng cho biến tần a Cài Startdrive (nếu chưa có) cho TIA PORTAL V15
Link dowload: https://support.industry.siemens.com/cs/document/109754382
Hình 2.32 Drives trong TIA PORTAL V15 b Cấu hình biến tần Sinamics G120 240E-2PN
5 Chọn bộ điều khiển(Con trol Unit)
12 Cấu hình các thông số cho động cơ
Bảng 2.5 Các bước cấu hình cho biến tần
THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI
THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGÕ VÀO
3.1.1 Màn hình chính, màn hình phụ, nhãn a Màn hình chính
Màn hình chính của HMI KTP400 Basic PN là Root Screen có thể mở bằng cách
Hình 3.1 Vị trí Root screen trên Project tree
Giao diện Root screen sẽ hiện ra
Hình 3.2 Màn hình root screen
Tại System screens ta có thể xem thông tin Project tại Project information, thông tin người dùng tại User administrator, thông tin hệ thống của HMI tại System information, … b Màn hình phụ
Các màn hình phụ của HMI KTP400 Basic PN có thể tạo bằng cách HMI_1 →
Trong trường hợp muốn tạo nhiều màn hình giống nhau về nền, logo, tên, … thay vì phải thiết kế từng màn hình, ta chỉ cần tạo một Template và gọi ra khi cần thiết Các uu điểm của Template:
- An toàn: một template sẽ áp dụng cho tất cả các màn hình khác nên sẽ chắc chắn đều nhau, tránh được trường hợp lệch vị trí khi thiết kế từng màn hình
- Nhanh gọn: tiết kiệm thời gian hơn so với thiết kế từng màn hình riêng biệt
- Tính đồng bộ: khi chỉnh sửa thiết kế của template sẽ áp dụng chỉnh sửa đó lên tất cả màn hình đang sử dụng template
Các bước sử dụng Template:
- Bước 1: Truy cập vào HMI_1 → Screen management → Template → Add new template
- Bước 2: Thiết kế màn hình Template sẽ giống như thiết kế màn hình phụ VD: Template_2 có tên và logo trường, nền trắng
- Bước 3: Gọi Template để áp dụng vào màn hình phụ bằng cách Chuột phải vào màn hình phụ → Properties → Ở mục General ta chọn Background color, Grid color và Template
Hình 3.4 Chọn Template trên màn hình phụ
Ta sẽ thấy màn hình phụ sẽ có nền của Template_2 nhưng bị mờ đi và chỉ có thể chỉnh sửa ở màn hình Template_2
- Thường được sử dụng để nhập và hiển thị dữ liệu trong chương trình
Hình 3.5 Vị trí phần tử I/O của HMI
- Các chế độ hoạt động:
“Input” Giá trị chỉ có thể là input của chương trình (chỉ nhập)
“Input/Output” Giá trị vừa là input vừa là output (vừa nhập vừa đọc)
“Output” Giá trị chỉ có thể là output của chương trình (chỉ đọc)
Bảng 3.1 Các chế độ hoạt động của I/O field
- Cài đặt thông số: Chuột phải vào I/O Field vừa lấy ra → Properties →
General → Thiết lập Tag PLC, Type, Format
Nút nhấn là thành phần cơ bản trong HMI cho phép người dùng thực hiện các thao tác điều khiển các biến trong chương trình
Hình 3.7 Vị trí phần tử nút nhấn
- Giao diện nút nhấn có thể là Text, Graphic, Text and Graphic được thiết lập tại Properties → General
Hình 3.8 Cấu hình nút nhấn
Lập trình: cài đặt Animations và Events
- Animations → Add new appearance → Dynamize colors and flashing
Hình 3.9 Chọn chỉnh trạng thái cho nút nhấn
- Click chuột vào […] ở cuối mục Name → PLC tags → Default tag table → Chọn tên và địa chỉ trên PLC tương ứng với nút nhấn đang tạo Nó sẽ xuất hiện tên ở mục
Name và địa chỉ ở mục Address → Vào Range thiết lập mức 0, mức 1 và màu hiển thị tương ứng cho các mức
Hình 3.10 Cài đặt trạng thái nút nhấn
- Events → Press → → Edit bits → SetBitWhileKeyPressed → Tag (Input/output) → […] → Chọn đúng tên và địa chỉ đã xác định trước đó
Hình 3.11 Cài đặt Events cho nút nhấn
Cũng tương tự như nút nhất Switch có chức năng cho phép người dùng điều khiển các biến trong chương trình Điểm khác biệt là Switch thay đổi trạng thái của biến và giữ cho đến khi ta thay đổi trạng thái của Switch
- Vị trí Switch trong phần mềm
Hình 3.12 Vị trí công tắc trên HMI
- Khác với nút nhấn, Switch có thể gán địa chỉ của một biến và thực hiện điều khiển không thông qua Events Properties → General → Click chuột vào […] ở cuối mục Tag → PLC tags → Default tag table → Chọn tên và địa chỉ trên PLC tương ứng với switch4 đang tạo
Hình 3.13 Cài đặt công tắc
- Bên cạnh đó vẫn có thể thiết lập Events để điều khiển I/O của PLC trực tiếp không thông qua chương trình Events → Switch ON/Switch OFF →
Setbit/ResetBit → Click chuột vào […] ở cuối mục Tag → PLC tags → Default tag table → Chọn tên và địa chỉ trên PLC tương ứng với ngõ vào/ngõ ra của PLC muốn điều khiển
Hình 3.14 Cài đặt Events cho công tắc
THIẾT BỊ HIỂN THỊ NGÕ RA
Các màn hình Panel Basic có các thiết bị hiển thị ngõ ra như: các khối hình học dùng để làm đèn báo, thanh hiển thị, …
- Vào mục Basic objects, dùng chuột chọn và kéo rê biểu tượng hình tròn (hoặc dạng khác mong muốn) vào màn hình
Hình 3.15 Vị trí các phần tử hình học cơ bản của HMI
- Kéo chỉnh kích thước hoặc thiết lập kích thước chính xác trong Properties
- Animations → Add new appearance → Dynamize colors and flashing
- Click chuột vào […] ở cuối mục Name → PLC tags → Default tag table → Chọn tên và địa chỉ trên PLC tương ứng với đèn báo đang tạo Nó sẽ xuất hiện tên ở mục
Name và địa chỉ ở mục Address → Vào Range thiết lập mức 0, mức 1 và màu hiển thị tương ứng cho các mức
Hình 3.16 Cấu hình cho phần tử hình học (đèn báo)
- Vào mục Elements, dùng chuột chọn và kéo biểu tượng thanh hiển thị (Bar) lên màn hình
Hình 3.17 Vị trí thanh hiển thị của HMI
- Click chuột phải → Properties → General → Thiết lập giá trị Max, Min cho thanh hiển thị → Click chuột vào […] ở cuối mục Name → PLC tags →
Default tag table → Chọn tên và địa chỉ trên PLC tương ứng với thanh hiển thị đang tạo
Hình 3.18 Cài đặt thanh hiển thị
- Properties → Appearances → Chọn Segmented cho thanh hiển thị đổi màu theo từng phân đoạn → Có thể chỉnh màu cho thanh bar (nếu muốn)
- Vào Properties → Scales → Tích vào ô Show Scale → Tích vào ô Auto-Scale hoặc tự thiết lập phân chia thang đo (đếm)
- Ở mục Animations → Add new appearance → Dynamize colors and flashing
- Click chuột vào […] ở cuối mục Name → PLC tags → Default tag table → Chọn tên và địa chỉ trên PLC tương ứng với thanh hiển thị đang tạo Nó sẽ xuất hiện tên ở mục Name và địa chỉ ở mục Address → Vào Range thiết lập vùng […] và màu hiển thị tương ứng cho các vùng
Lưu ý: Địa chỉ thiết lập cho các thiết bị vào ra sử dụng trên màn hình HMI phải sử dụng ở vùng nhớ M
TRUYỀN THÔNG PROFINET
LÝ THUYẾT TRUYỀN THÔNG BẰNG PROFINET
4.1.1 Kết nối Local với Partner
Kết nối truyền thông Local/Partner định nghĩa một loại giao thức lô-gic kết nối giữa hai Partner với nhau để tạo thành các dịch vụ truyền thông Một kết nối được định nghĩa như sau:
- Hai bên đều tham gia vào giao thức truyền thông (1 bên ở trạng thái Active, 1 bên ở trạng thái Passive)
- Kiểu kết nối – Type of Connection (ví dụ như: PLC, HMI, các thiết bị khác,
- Kết nối theo đường dẫn – Connection Path
Truyền thông giữa các bên được thực hiện bởi lệnh truyền thông để cài đặt và thiết lập kết nối truyền thông Người lập trình sử dụng các tham số chỉ định bên Active và bên Passive truyền thông giữa đầu/cuối của các Partner Sau khi kết nối được thiết lập và thực thi thì nó sẽ tự động thực hiện và giám sát bởi CPU
Nếu kết nối bị ngắt (ví dụ như đứt dây), bên Active sẽ tự động kết nối trở lại cho tới khi tìm được thiết bị
CPU có thể kết nối với các CPU khác, máy tính lập trình, HMI, và các thiết bị không phải của Siemens khi sử dụng chuẩn giao thức truyền thông TCP
Các CPU 1211C…1214C chỉ có một cổng mạng, nên chỉ kết nối từng máy tính lập trình, HMI, CPU khác tại một thời điểm Để kết nối nhiều thiết bị cùng lúc phải sử dụng Ethernet Switch
4.1.2 Truyền thông giao thức mở - OUC a Connection ID của truyền thông giao thức mở - OUC
Khi người lập trình sử dụng các tập lệnh TSEND_C, TRCV_C và TCON cho truyền thông PROFINET trong chương trình ứng dụng của người dùng, STEP 7 Basic V1x tự động tạo thêm 1 khối dữ liệu iDB để cấu hình truyền thông kết nối giữa các thiết bị Sử
78 dụng Properties của tập lệnh để cấu hình các thông số kết nối Trong số các tham số đó thì Connection ID để xác định kết nối đó
- Mỗi Connection ID là duy nhất cho CPU Mỗi kết nối phải sử dụng một khối
DB và Connection ID khác nhau
- Cả CPU Local và Partner có thể sử dụng cùng Connection ID để cùng kết nối
- Người lập trình có thể sử dụng các số bất kỳ để định nghĩa cho Connection ID của CPU b Các giao thức truyền thông (Protocol)
Cổng tích hợp Profinet của CPU hỗ trợ kết nối với nhiều chuẩn truyền thông trên một mạng Ethernet
Giao thức Ví dụ ứng dụng Khai báo vùng nhận dữ liệu
TCP Truyền thông kết nối giữa
CPU-CPU theo các khung truyền
Chế độ AD HOC Mode Nhận dữ liệu theo độ dài chỉ định
ISO on TCP Truyền thông kết nối giữa
CPU-CPU theo kiểu tách từng gói tin khi truyền và gộp các gói tin khi nhận
Chế độ AD HOC Mode Điều khiển theo giao thức: Protocol-Controlled
UDP Truyền thông kết nối giữa
CPU-CPU với chương trình người dùng
Giao thức dữ liệu theo người dùng ( User Datagram Protocol)
S7 Communication Truyền thông kết nối giữa
Thực hiện việc truyền nhận dữ liệu tới 1 CPU
Dữ liệu truyền và nhận được chỉ định theo người dùng
PROFINET IO Truyền thông kết nối CPU tới Profinet I/O
Dữ liệu truyền và nhận được chỉ định theo người dùng
Bảng 4.1 Giao thức khai báo vùng nhận dữ liệu
Giao thức Lệnh truyền thông Kiểu địa chỉ
TCP Chế độ AD HOC Mode:
Gán địa chỉ cổng ứng dụng (port) cho Local và Partner
Nhận dữ liệu theo độ dài chỉ định: TSEND_C, TSEND, TRCV, TCON, và TDISCON
ISO on TCP Chế độ AD HOC Mode:
Gán TSAP cho Local và Partner
TSEND_C, TSEND, TRCV, TCON, và TDISCON
UDP TUSEND và TURCV Gán địa chỉ cổng ứng dụng (port) cho Local và Partner Không phải là kết nối cố định
S7 Communication GET và PUT Gán TSAP cho Local và
PROFINET IO Được tích hợp Được tích hợp
Bảng 4.2 Giao thức và lệnh truyền thông c Chuẩn truyền thông với TCP và ISO của TCP
Transport Control Protocol (TCP) là chuẩn giao thức được miêu tả bởi RFC 793: Transmission Control Protocol Mục đích cơ bản của TCP là cung cấp độ đáng tin cậy, an toàn trong kết nối truyền thông giữa local và partner Giao thức này có những đặc điểm như sau:
- Giao thức truyền thông hiệu quả vì gắn liền với phần cứng
- Phù hợp cho các ứng dụng truyền thông cần dữ liệu từ trung bình và lớn (lên tới 8192 byte)
- Kết nối có định hướng và an toàn dữ liệu
- Kết nối định tuyến, sử dụng với chế đọ LAN
- Chỉ áp dụng những dữ liệu có độ dài cố định
- Thông tin xác nhận lỗi khi truyền nhận
- Các ứng dụng được thực hiện bằng địa chỉ Port cố định
- Hầu hết sử dụng cho các giao thức ứng dụng như: TELNET, FTP
- Lập trình hiệu quả với việc quản lý dữ liệu theo giao thức truyền nhận dữ liệu SEND/RECEIVE
Internation Standards Organization on Transport Control Protocol (RFC 1006) gọi tắt là ISO – on – TCP là một giao thức với cơ chế cho phép ứng dụng các mạng TCP/IP theo chuẩn ISO Giao thức này có các đặc điểm sau đây:
- Giao thức truyền thông hiệu quả vì gắn liền với phần cứng
- Phù hợp cho các ứng dụng truyền thông cần dữ liệu từ trung bình và lớn (lên tới 8192 byte)
- Kết nối đinh tuyến, sử dụng với chế độ WAN
- Khả dụng cho dữ liệu có độ dài rộng (dynamic data length)
- Lập trình hiệu quả với việc quản lý dữ liệu theo giao thức truyền nhận dữ liệu SEND/RECEIVE d Truyền nhận dữ liệu với TSEND_C và TRCV_C
Lệnh TSEND_C và TRCV_C thực hiện nhiệm vụ truyền nhận dữ liệu thông qua Ethernet
- Lệnh TSEND_C là sự kết hợp của các lệnh TSEND, TCON và TDISCON
- Lệnh TRCV_C là sự kết hợp của các lệnh TSEND, TCON và TRCV
- Dữ liệu truyền/nhận từ 1 Byte đến 8192 Byte
- Lệnh TSEND_C và TRCV_C không hỗ trợ dữ liệu Boolean
4.1.3 Truyền thông kết nối giữa các CPU S7 Để thực hiện truyền thông giữa các CPU S7, người lập trình có thể sử dụng nhiều chuẩn giao thức truyền thông như: TCP, Iso-on-TCP, … với các tập lệnh hỗ trợ tương ứng Sau đây là 1 trong các cách truyền thông giữa các CPU S7 bằng S7 Communication với lệnh PUT/GET a Lệnh nhận dữ liệu GET
Lệnh GET được sử dụng để nhận dữ liệu từ PLC Partner (remote)
Lệnh thực hiện khi có xung cạnh lên tại tham số REQ:
- Dữ liệu nhận từ địa chỉ ADDR_i của PLC Partner và lưu vào vùng địa chỉ RD_i của PLC Local
- Dữ liệu truyền/nhận khai báo với kiểu dữ liệu Pointer
- Khi lệnh thực hiện xong thì tham số NDR=1
- Nếu có lỗi, tham số Eror=1, có thể truy xuất thông tin báo lỗi qua tham số Status
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Miêu tả
REQ In Bool I,Q,M,D,L hay hằng số
Cho phép lệnh thực hiện khi có cạnh lên tín hiệu
ID In Word I,Q,M,D,L hay hằng số
NDR Out Bool Q,M,D,L Lệnh thực thi thành công
EROR Out Bool Q,M,D,L Lỗi xảy ra
STATUS Out Word Q,M,D,L Mã lỗi thực thi
ADDR_i In/Out Any M,D Pointer chỉ định vùng dữ liệu CPU partner truyền
RD_i In/Out Any M,D Pointer chỉ định vùng dữ liệu CPU Local nhận
Bảng 4.3 Tham số của tập lệnh GET b Lệnh truyền dữ liệu PUT
Lệnh PUT được sử dụng để truyền dữ liệu từ PLC Partner
Lệnh thực hiện khi có xung cạnh lên tại tham số REQ:
- Dữ liệu được truyền từ địa chỉ SD_i của PLC Local và đưa vào vùng địa chỉ ADDR_i của PLC Partner
- Dữ liệu truyền/nhận khai báo với kiểu dữ liệu Pointer
- Khi lệnh thực hiện xong thì tham số DONE=1
- Nếu có lỗi, tham số Error=1, có thể truy xuất thông tin báo lỗi qua tham số Status
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Miêu tả
REQ In Bool I,Q,M,D,L hay hằng số
Cho phép lệnh thực hiện khi có cạnh lên tín hiệu
ID In Word I,Q,M,D,L hay hằng số
DONE Out Bool Q,M,D,L Lệnh thực thi thành công
ERROR Out Bool Q,M,D,L Lỗi xảy ra
STATUS Out Word Q,M,D,L Mã lỗi thực thi
ADDR_i In/Out Any M,D Pointer chỉ định vùng dữ liệu CPU partner nhận
RD_i In/Out Any M,D Pointer chỉ định vùng dữ liệu CPU Local truyền
Bảng 4.4 Tham số tập lệnh PUT
TRUYỀN THÔNG PLC CHỦ VỚI MỘT TRẠM PLC TỚ
4.2.1 Trạm chủ PLC S7 300 với trạm tớ PLC S7 300
Hình 4.1 Kết nối truyền thông Ethernet giữa hai PLC
- Tại Main OB1 của PLC Master ta gọi hai khối Put và Get từ
- Sau khi gọi Khối PUT/GET và gán các chân của khối ta click chuột vào ký hiệu Connect của khối
Hình 4.2 Khối PUT/GET trong chương trình TIA PORTAL V15
- Chọn Partner là PLC Slave
Hình 4.3 Cấu hình kết nối PUT/GET
- Cú pháp thiết lập vùng truyền thông P#M?.0 BYTE n Như hình … thì khi M20.0 ở trạm chủ tác động thì M10.0 ở trạm tớ sẽ tác động, tương tự M20.1 trạm chủ sẽ tương đương M10.1 ở trạm tớ Cứ thế cho đến M20.7 và M10.7 (do n = 1 nên vùng truyền thông có độ rộng 1Byte)
4.2.2 Trạm chủ PLC S7 300 với trạm tớ PLC S7 1200
Tương tự khi truyền thông S7-300 với trạm tớ S7-300
- Đầu tiên ta thiết lập địa chỉ IP, subnet cho hai thiết bị
- Thiết lập quan hệ Local-Partner cho hai PLC s7-300 và s7-1200 trong khối PUT, GET
4.2.3 Trạm chủ PLC S7 1200 với trạm tớ PLC S7 1200
Tương tự với hai PLC S7-1200
4.2.4 Thiết kế truyền thông Profinet cho cả hệ thống
Hình 4.4 Sơ đồ kết nối Ethernet và MPI của phòng X5.12
Trạm Thiết bị Địa chỉ IP
Bảng 4.5 Địa chỉ IP của các thiết bị trong phòng X5.12
TRUYỀN THÔNG TRẠM CHỦ VỚI MỘT THIẾT BỊ NGOẠI VI 88 1 Truyền thông giữa trạm PLC với PC
Để truyền thông PC và PLC thì cả 2 cần cùng lớp mạng và mạng con Cách cài đặt
- Chuột phải vào icon mạng của máy tính → Open
Netword & Internet Settings → Change adapter options
Hình 4.5 Cửa sổ Change Adapter Network
- Chọn cổng Ethernet sử dụng, click chuột phải → Properties → Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4)
Hình 4.6 Cài đặt TCP/IPv4 cho máy tính
- Thiết lập IP cho máy tính click vào ô Use the following IP address → Thiết lập IP Address, Subnet → 192.168.0.[…], 255.255.255.0
Lưu ý: Nếu dùng máy tính ở các trạm PLC tại phòng X5.12 thì IP address được dán trên màn hình máy tính Nếu dùng laptop hay máy tính cá nhân thì chọn IP tùy ý chỉ cẩn không bị trùng địa chỉ với các thiết bị trong phòng
- Sau khi thiết lập IP cho máy tính ta có thể tiến hành download chương trình trên Tia Portal vào PLC
Hình 4.7 Cửa sổ download chương trình vào PLC
Truyền thông giữa HMI với PC cũng tương tự PLC với PC có các bước sau:
- Thiết lập IP cho PC có cùng lớp mạng và subnet
- Thiết lập IP cho HMI qua phần mềm TIA Portal V15
- Download chương trình vào HMI
4.3.2 Truyền thông giữa trạm PLC với một HMI, hai HMI Để truyền thông PLC với HMI ta cần phải thiết lập kết nối 2 thiết bị trên TIA Portal
- Project Tree → Device and networks
- Click chuột vào biểu tượng cổng Ethernet ở mỗi thiết bị và nối chúng lại với nhau
Hình 4.8 Vị trí cổng Ethernet trên cửa sổ Device Configuration
- Sau khi nối xong ta sẽ thấy các thiết bị có cùng một subnet PN/IE_1
Hình 4.9 Truyền thông giữa trạm PLC chủ với các thiết bị khác
Tương tự các bước ở trên ta sẽ liên kết được các PLC và các HMI với nhau
Hình 4.10 Kết nối nhiều PLC và HMI
- Lúc này khi download chương trình ta sẽ tìm thấy nhiều PLC, HMI một lúc nhưng ta chỉ nên chọn PLC/HMI có cùng địa chỉ IP mà ta đã thiết lập ở Device
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG
GIAO TIẾP GIỮA HAI MÔ HÌNH PHÂN LOẠI VÀ CHIẾT RÓT 97 1 Đặt vấn đề
Yêu cầu phải đạt được: Khi nhấn start: mô hình 1 (nhập xuất kho) xuất kho chạy
1 quy trình (tượng trưng cho cấp nắp chai cho mô hình 2); Tiếp theo là 2 mô hình cùng hoạt động liên tục 2 quy trình; Tiếp theo là mô hình 1 dừng, mô hình 2 hoạt động 1 quy trình; Tiếp theo là mô hình 2 dừng, mô hình 1 nhập kho 3 quy trình (tượng trưng cho cất sản phẩm vào kho); kết thúc
5.1.3 Chương trình Tia Portal a Màn hình HMI chương trình Comm
Hình 5.1 Màn hình HMI tại phòng X5.12
100 b Chương trình trong Main Master
Điều khiển tốc độ động cơ qua biến tần
5.2.1 Cơ sở điều khiển tốc độ bằng PID
Một bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (bộ điều khiển PID- Proportional Integral
Derivative) là một bộ điều khiển tổng quát được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PID sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào
Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, do đó đôi khi nó còn được gọi là điều khiển ba khâu: các giá trị tỉ lệ, tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D
Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính toán đầu ra của bộ điều khiển PID Định nghĩa rằng là đầu ra của bộ điều khiển, biểu thức cuối cùng của giải thuật PID là: Độ lợi tỉ lệ, giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng lớn, bù khâu tỉ lệ càng lớn Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dẫn đến quá trình mất ổn định và dao động Độ lợi tích phân, giá trị càng lớn kéo theo sai số ổn định bị khử càng nhanh Đổi lại là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt đáp ứng quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới trạng thái ổn định Độ lợi vi phân, giá trị càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm chậm đáp ứng quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân sai số
Hình 5.2 Sơ đồ điều khiển PID
5.2.2 Đọc xung encoder (tốc độ hồi tiếp)
- Device configuration → click vào PLC → Properties → Count để cài đặt bộ đếm
Hình 5.3 Cài đặt ngắt bộ đếm
Hình 5.4 Cài đặt bộ đếm xung tốc độ cao
Hình 5.5 Cài đặt bộ đếm kênh 0
Hình 5.6 Cài đặt bộ đếm trên kênh 0
Hình 5.7 Khối COUNT_300C và các chân
Sau khi đọc được xung ta đi tính tốc độ bằng công thức 𝑥.60 độ 𝑝ℎâ𝑛 𝑔𝑖ả𝑖 𝑒𝑛𝑐𝑜𝑑𝑒𝑟 (encoder trong X5.12 có hai loại với hai độ phân giải là 100xung/vòng và
5.2.3 PID Control Đầu tiên cần phải tạo khối Cyclic interrupt để tạo thời gian lấy mẫu cho PID, ở S7-
300 là OB35 (cứ mỗi 100ms thì chương trình được viết trong khối này thực thi một lần)
Hình 5.8 Gọi khối OB35 (cyclic interrupt)
- Gọi khối CONT_C trong TIA PORTAL trong OB35 vừa tạo
Hình 5.9 Vị trí khối CONT_C
Hình 5.10 Khối CONT_C và các chân
- Move giá trị Kp, Ki, Kd
Hình 5.11 Move giá trị Ki, Kp, Kd vào khối CONT_C
- Thực hiện commission để xem đáp ứng Technology object → CONT_C_DB
Hình 5.13 Đáp ứng khi động cơ chạy với tốc độ 50 v/p
Hình 5.14 Đáp ứng khi động cơ chạy với tốc độ 160 v/p
Hình 5.15 Đáp ứng khi động cơ chạy với tốc độ 100 v/p
5.2.4 Sơ đồ đấu dây PLC, HMI, Biến tần, Motor
Hình 5.16 Sơ đồ đấu dây PLC, HMI, Inverter, Motor
XỬ LÝ LỖI
Các lỗi phát sinh Giải quyết
Cảm biến SE5 mô hình 2 luôn tác động Đổi thường mở trong chương trình thành thường đóng Tay quay mô hình 1 quay lố hành trình Chỉnh sửa đế quay
Chết nguồn tổ ong 24V ở mô hình 2 Thay bộ nguồn mới
Bộ phận gắp nắp ở mô hình 2 bị gãy Thay bộ phận mới
Khớp nối giữa động cơ và encoder bị lỏng
Tháo và siết ốc cho mô hình thí nghiệm
Các valve tiết lưu lâu ngày hoạt động không còn chính xác
Chỉnh lại tiết lưu khí