Nhà giữ xe tự động điều khiển bằng PLC S7-1200 và giám sát bằng phần mềm WinCC V7.0

Để phục vụ tốt hơn nữa cuộc sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay, vẫn luôn đòi hỏi cải tiến công nghệ mà bộ não trong các hệ thống tự động hóa

Lời nói đầu

Trước sự phát triển nhanh chóng của kinh tế - xã hội, con người ngày càng tiến bộ nên việc sử dụng sức lao động trong công nghiệp được thay thế bằng cơ cấu điều khiển người máy, con người tham gia trực tiếp điều khiển trên máy tính và máy móc tự động làm việc, đó chính là tự động hóa trong công nghiệp và dân dụng

Tự động hóa không những làm giảm nhẹ sức lao động của con người mà còn góp phần rất lớn cho việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm Chính

vì thế, tự động hóa đang ngày càng khẳng định vị trí cũng như vai trò của mình trong nghành công nghiệp

Để phục vụ tốt hơn nữa cuộc sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay, vẫn luôn đòi hỏi cải tiến công nghệ mà bộ não trong các hệ

thống tự động hóa là các bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Control).

Với các phần mềm hữu dụng,mà các kỹ sư cơ khí và kỹ sư điện - điện tử đã kết nối với linh hoạt PLC, giúp họ dễ dàng giám sát và điều khiển các hệ thống tự động hóa

Vì vậy, trong đồ ántốt nghiệp, tôi đã chọn đề tài để nghiên cứu là:

“Nhà giữ xe tự động”điều khiển bằng PLC S7-1200 và giám sát bằng phần mềmWinCC V7.0

Nội dung chính gồm các chương sau:

+ Chương I: Tổng quan về cửa cuốn tự động và nhà giữ xe thông minh

+ Chương II: Tổng quan PLC S7-1200 và phần mềm

+ Chương III: Giới thiệu mô hình sản phẩm

+ Chương IV: Phần lập trình PLC và giao diện WinCC cho Nhà giữ xe thôngminh

+ Chương V: Phần kết luận và hướng phát triển của đề tài

Tôi xin chân thành cám ơn !

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CỬA CUỐN VÀ NHÀ GIỮ XE THÔNG MINH

1.1 Giới thiệu cửa cuốn tự động.

Hình 1 Cửa cuốn

Loại của này có ưu điểm là gọn nhẹ và tiện sử dụng Hệ thống của này thường được lắp đặt ở các cửa hàng, các garage oto, cửa cuốn tôn sơn tĩnh điện, nan nhôm inox, cửa

cuốn lưới inox được lắp đặt moto điều khiển trực tiếp bằng công tắc Động cơ được đặt thẳng với trục cuốn.

Tính ưu việt của loại cửa này là tiết kiệm tối đa diện tích sử dụng.Hiện nay các hệ thống cửa sử dụng động cơ điện có công suất tương đối lớn rất thuận tiện trong việc sử dụng nhưng có nhược điểm là khi mất điện thì vận hành rất khó và của không chắc chắn

và dễ bị hỏng hơn các cửa khác

1.2 Các loại cửa cuốn hiện nay.

1.2.1 Cửa cuốn truyền thống.

Hình 2 Cửa cuốn truyền thống

Hầu hết là các loại cửa cuốn lá hoặc cửa cuốn lưới song ngang hoặc mắc võng Cácloại cửa cuốn truyền thống được sản xuất bằng kim loại như sắt hợp kim, inox, một số ítbằng nhôm…

Người sử dụng kéo bằng tay mỗi khi muốn đóng mở Nhược điểm của loại cửa này

là âm thanh phát ra khi kéo cửa

1.2.2 Cửa cuốn trong suốt.

Hình 3 Cửa cuốn trong suốt

Thân cửa được cấu tạo bằng các thanh nan làm từ hợp kim nhôm và các tấm trongsuốt có độ dày khoảng 3mm, có hệ thống lò xò trợ lực đảm bảo về độ đàn hồi, thườngđược lắp rắp tại những cửa hàng, siêu thị mang tính trưng bày Mặt tiếp đất của cửa gồmthanh đáy và ray hướng dẫn làm bằng nhôm được anot hóa để chống ăn mòn và trầy xướtcùng với hệ thống mô tơ nhỏ gọn và có khả năng tự đổi chiều Tốc độ mở cửa nhanh và

dễ vận hành, có thể mở cửa bằng tay nhẹ nhàng khi mất điện Cửa còn có chế độ hẹn giờkhi đóng cửa

1.2.3 Cửa cuốn tấm liền.

Hình 4 Cửa cuốn tấm liền

Là dòng sản phẩm tiêu chuẩn với thân cửa làm bằng thép hợp kim mạ nhôm vàkẽm, bề mặt được sơn tĩnh điện tạo khả năng chống ăn mòn Hệ thống lò xo có hỗ trợviệc mở, đóng cửa bằng tay Hơn nửa, lô cuốn kiều G, tức là thân lỗ được cán sóng để tạo

độ cứng cho lô cuốn

Hệ thống điều khiển của cửa có khả năng kết nối với thiết bị báo động, đèn chiếusáng, cài đặt mật khẩu đóng, mở cửa… Dòng cửa này có tốc độ mở cửa tương đối nhanh(15-20cm/s), vận hành êm ái, thân thiện với môi trường do không sử dụng dầu mỡ bôitrơn bên các đường ray Giá của loại cửa này là 670.000 – 890.000đ/m2

1.2.4 Cửa cuốn khe thoáng.

Hình 5 Cửa cuốn khe thoáng

Mang phong cách Châu Âu với thân cửa làm bằng nhôm hợp kim cứng và chịu va đập, có thể lắp ráp hầu hết các loại cửa Kiểu lỗ thông thoáng hình ô van và được thiết kế

với kích thước thích hợp đảm bảo tính an toàn tối đa cho thân cửa Buli đỡ thân cửa kiểu chữ G bằng nhựa PA được thiết kế có vành lõm để đỡ thanh nan cửa ở trên cùng giúp cho

lô cửa khi vận hành được ôm chặt vào nhau tạo thành một cuộn tròn đồng nhất

Đặc biệt, cửa giảm và triệt tiêu 90% tiếng ồn phát ra khi vận hành so với cửa cuốn truyền thống Thiết bị cảm ứng chống xô cửa có tính an toàn và độ nhạy cao Bên cạnh đó

là hệ thống mô tơ sử dụng điện một chiều 24V an toàn cho người sử dụng Giá từ

1.200.000 – 2.300.000đ/m2

1.3 Nhà giữ xe thông minh.

Hiện nay, tại nhiều thành phố lớn ở Việt Nam, số lượng xe máy và ôtô ngày càng nhiều, trong khi quỹ đất để xe là rất ít Một số tòa nhà cao ốc là nơi có nhiều công ty và dịch vụ giải trí nên có số lượng người rất đông mỗi ngày, kèm theo đó là phương tiện của

họ Nên đã có nhiều tòa nhà đã xây dựng bãi đỗ xe dưới tầng hầm sử dụng công

nghệquản lý bãi xe thông minh tiên tiến nhất.Các bãi giữ xe thường kết hợp giữa hệ thống điều khiển thông minh (PLC), Camera theo dõi và cảm biến phát hiện xe

Hình 6 Cổng vào

Hình 7 Cổng ra CHƯƠNGII TỔNG QUAN PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM 2.1Giới thiệuchung về PLC S7-1200.

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 Sovới 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, cácđầu 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 11 củaSiemens.

3 Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

2.2 Các module trong hệ 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 hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

 Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module mở rộng.

2.3 Cấu trúc bộ nhớ.

Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năngđọc/ghi chỉ trừ bộ nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có chỉ số đọc, số cònlại có thể đọc/ghi được

 Vùng nhớ chương trình: Là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh chươngtrình Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được

 Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ các tham số như từ khóa, địa chỉ, trạm…cung giống như vùng nhớ chương trình, vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghiđược

 Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quảcủa các phép tính, hằng số, định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông…

 Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm tốc độ cao HC (high speed counter) và các cổngvào ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng Vùng này không thuộc kiểunon-valatie nhưng đọc/ghi được

Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chươngtrình

2.4 Cấu trúc bên trong của PLC.

2.5 Phần mềm TIA Portal V12.

2.5.1 Giới thiệu SIMATIC Step 7 Basic.

Phần mềm TIA PORTAL V12 cung cấp cho người dùng nhằm phát triển, chỉnh sửa

và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong đồ án, như các thiết bị PLC và HMI Step

7 Basic cung cấp hai ngôn ngữ lập trình là LAD và FBD để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển ứng dụng và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án của người dùng

2.5.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP.

-Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP

-Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ

IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

2.5.3 Cách tạo một Project.

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V11

Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án

Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn Create.

Bước 4: Chọn Configure a device

Bước5: Chọn Add new device.

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn Add

Bước 7: Project mới được hiện ra

2.5.4 TAG của PLC/TAG local.

 Tag của PLC

- Phạm vi ứng dụng: giá trị Tag có thể sử dụng mọi khối chức năng trong PLC

- Ứng dụng: binary I/O, Bits of memory

- Định nghĩa vùng: Bảng tag của PLC

- Miêu tả: Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép

 Tag Local

- Phạm vi ứng dụng: giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô tả tương

tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khác nhau

- Ứng dụng: tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời

- Định nghĩa vùng: khối giao diện

- Miêu tả: Tag được đại diện bằng dấu #

 Sử dụng Tag trong hoạt động:

-Layout: bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số có giá trị trongCPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project.

-Colum: mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình

-Name: chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU

-Data type: kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag

-Address: địa chỉ của tag

-Retain: khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại

-Comment: comment miêu tả của tag

 Nhóm tag: Tạo nhóm tag bằng cách chọn Add new tag table

 Ngoài ra còn có một số chức năng sau:

-Lỗi tag

-Giám sát tag của PLC

-Hiện / ẩn biểu tượng

-Đổi tên tag: Rename tag

-Đổi tên địa chỉ tag: Rewire tag

-Copy tag từ thư viện Global

2.6Làm việc với một trạm PLC.

2.6.1Quy định địa chỉ IP cho module CPU.

IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong 2 cách Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái của địa chỉ IP đó:

-Gán một địa chỉ IP ban đầu: Nếu PLC S7-1200 không có địa chỉ IP, IP TOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một địa chỉ IP ban đầu cho PLC S7-1200.-Thay đổi địa chỉ IP: nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200

2.6.2 Tải chương trình xuống CPU

Tải từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng download trên thanh công cụ của màn hình

Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface như hình dưới sau

đó nhấn chọn load

Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish

2.7Kỹ thuật lập trình.

2.7.1 Vòng quét chương trình.

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộđệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dụng của bọ đệm ảo Q tới các cổng ra số.Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào / ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm

2.7.2 Cấu trúc lập trình.

2.7.2.1 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS.

- Organization blocks (OBs): là giao diện giữa hoạt động hệ thống và chương trình người dùng Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, và điều khiển theo quá trình:

+Xử lý chương trình theo quá trình

+Báo động – kiểm soát xử lý chương trình

+Xử lý lỗi

-Startup OB, Cycle OB, Timing Error OB và Diagnosis OB: có thể chèn và lập trình các khối này trong các project Không cần phải gán các thông số cho chúng và cũng không cần gọi chúng trong chương trình chính

-Process Alarm OB và Time Interrupt OB: Các khối OB này phải được tham số hóa khi đưa vào chương trình Ngoài ra, quá trình báo động OB có thể được gán cho một sự kiện tại thời gian thực hiện bằng cách sủ dụng các lệnh ATTACH, hoặc tách biệt với lệnh DETACH

- Time Delay Interrupt OB: OB ngắt thời gian trễ có thể được đưa vào dự án và lập trình Ngoài ra, chúng phải được gọi trong chương trình với lệnh SRT_DINT, tham số là không cần thiết

- Start Information: Khi một số OB được bắt đầu, hệ điều hành đọc ra thông tin đượcthẩm định trong chương trình người dùng, điều này rất hữu ích cho việc chẩn đoán lỗi, cho dù thông tin được đọc ra được cung cấp trong các mô tả của các khối OB

2.7.2.2 Hàm chức năng – FUNCTION.

-Funtions (FCs) là các khối mã không cần bộ nhớ Dữ liệu của các biến tạm thời bị mất sau khi FC được xử lý.Các khối dữ liệu toàn cầu có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu FC

-Functions có thể được sử dụng với mục đích:

+Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi

+Thực hiện công nghệ chức năng, ví dụ: điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân

+Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp lại phức tạp.

- FB (function block): đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB Dữ liệu trong Instance DB sau

đó truy cập vào các biến của FB.Các khu vực bộ nhớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần

- DB (data block): DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu Có hai loại của khối dữ liệu DB: Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ liệulưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định

2.8 Giới thiệu các tập lệnh.

2.8.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm) ( thay lại hình )

2.8.1.1 Tiếp điểm thường mở.

L

A

D

Tiếpđiểmthườnghởsẽđóngkhigiátrịcủabitcóđịachỉlànbằng1Toánhạngn: I,Q,M,L, D

2.8.1.2 Tiếp điểm thường đóng.

Toánhạngn:Q,M,L, D

2.8.1.7 Lệnh Reset.

A

D

Giátrịcủacácbitcó địachỉlàn sẽ bằng0khiđầuvàocủalệnhnàybằng1 Khi đầuvàocủalệnhbằng0thìcácbit nàyvẫn giữnguyêntrạngthái

Toánhạngn:Q,M, L, D

Còn thiếu ( tập lệnh )

2.9 Phần mềm giám sát và điều khiển WinCCV7.0.

2.9.1 Giao tiếp giữa PLC S7-1200 và SIMATIC WinCC Explorer.

Các bước tiến hành như sau:

Bước 3: Khởi động WinCC V7.0:

Sau khi khởi động xong, chọn chọn File \ New hay bấm tổ hợp Ctrl + N.Cửa sổ WinCC Explorer hiện ra chọn Single – User Project và chọn OK

Tiếp theo chọn đường dẫn để lưu file và đặt tên cho Project rồi OK như hình

Sau khi Project được tạo xong, kích chuột phải vào Tag Management chọn Addnew driver:

Hình 8 Màn hình khởi động

Sau khi Add new driver xong kích phải chuột vào OPC Groups chọn System

“OPC Server là một ứng dụng hoạt động như một API (giao diện lập trình ứng

dụng) hoặc là một bộ chuyển đổi giao thức Một OPC Server sẽ kết nối với các

thiết bị như PLC (Programable Logic Controller - bộ điều khiển lập trình được),

DCS (Distributed control system - hệ điều khiển phân tán), RTU (Remote Terminal Unit),

cơ sở dữ liệu… rồi chuyển đổi dữ liệu sang định dạng OPC chuẩn Những ứng dụng OPC (OPC Client) như HMI, bộ ghi dữ liệu quá khứ, những ứng dụng bảng biểu, vẽ đồ thị…

có thể kết nối với OPC Server rồi đọc/ghi dữ liệu lên thiết bị.” OPC được viết tắt từ chữ

“OLE for Process Control”

Chờ khoảng 15sChọn Browse Server

Tick vào read access và write access, chọn next.

Sau khi click Add Items trong cửa sổ hiện ra và chọn Yes và chọn Finish Đóngcửa sổ S7200.OPCserver và đóng OPC Item Manager

Trở lại giao diện Wincc ta có kết quả:

Tiếp theo kích chuột phải vào Graphic Designer chọn New picture:

Sau đó kích đôi chuột trái vào NewPdl0.pdl, cửa sổ Graphic Designer hiện ra.Tạo nút nhấn:

Trong cửa sổ Object Palette chọn Button

Sau đó vào cửa sổ chính, chọn vị trí thích hợp và nhấp chuột trái, đặt tên Text làstart rồi OK Tưong tự cho nút nhấn stop.

Kết quả như sau:

Hình 9 Giao diện lập trình WinCC

Tiếp theo ta gán giá trị cho nút nhấn start:

Kích phải vào nút start chọn Properties rồi tiến hành như hình sau:

Ta có thể lập trình nếu nhớ các lệnh, không thì sử dụng hàm có sẵn trong wincc :

Sử dụng hàm SetTagBit(“tentag”,giatri);

Kích đôi chuột trái vào SetTagBit, cửa sổ Assigning Parameters hiện ra nhấn vào nút … ởcuối Tag Name chọn Tag selection

Cửa sổ Tags hiện ra và thực hiện như hình vẽ: