Trộn Phối Liệu Dùng PLC s7200

Giới thiệu chung về PLC S7-200 PLC, viết tắt của programable logic controler là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các th

Mục Lục

CHƯƠNG1 :TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200

I Giới thiệu chung về PLC S7-200

PLC, viết tắt của programable logic controler là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính ) S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được

sử dụng với những mục đích khác nhau Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge ) Dòng PLC S7-200

có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại mới ), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM

Thông số và đặc điểm của series CPU 22x

Giới thiệu về module mở rộng

- Module đầu vào số: EM221, có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120- 230VAC

- Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC.

- Module đầu vào/ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC

- Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 20mA…

0-10V,4 Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra

- Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra

- Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông

- Bảng giới thiệu các loại module mở rộng:

II Cấu trúc phần cứng của PLC S7-200

1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài:

- Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành

- Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số(ON/OFF)

- Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF)

c. Port truyền thông.

- Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần…

- Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng

d. Công tắc chuyển chế độ

- RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN ( quan sát đèn trạng thái )

- STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF

- TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài

ra còn được dùng để download chương trình người dùng

e. Vít chỉnh tương tự.

Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay được 270

độ để thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình

2 Cấu trúc phần cứng

Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:

- Module nguồn

- Module đầu vào

- Module đầu ra

- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)

- Module bộ nhớ

- Module quản lý phối ghép vào ra

a. Đơn vị sử lý trung tâm (CPU – central processing unit)

- CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:

- Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài

- Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn

b. Bộ nhớ ( memory)

- Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần

xử lý trong chương trình của PLC

- Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU

- Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện

c. Khối vào/ ra

- Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC)

- Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý

- Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra

và cách ly quang

d. Bộ nguồn

Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC

e. Khối quản lý ghép nối

Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp

Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT

- OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét

- SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính

- INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này

sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra

3 Vùng nhớ dữ liệu.

Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ… Vùng

dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ để phục vụ cho những mục đích và công dụng khác nhau, bao gồm các vùng sau:

- V (Variable memory): Vùng nhớ biến

- I (Input image register): Vùng đệm đầu vào

- Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra

- M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội

- SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt

Cách thức truy cập địa chỉ của vùng nhớ dữ liệu:

- Truy cập trực tiếp:

o Truy cập theo bit: Tên miền nhớ + địa chỉ byte + • + chỉ số bit.Ví dụ:V10.4 chỉ bit

4 của byte 10 thuộc miền nhớ V

o Truy cập theo byte: Tên miền nhớ + B + địa chỉ byte Ví dụ VB15 chỉ byte 15 trong miền nhớ V

o Truy cập theo từ: Tên miền nhớ + W + địa chỉ byte cao của từ Ví dụ VW183 chỉ từ đơn gồm hai byte là VB183 và VB184 trong đó VB183 là byte cao trong từ

o Truy cập theo từ kép: Tên miền + D + địa chỉ byte cao trong miền.Ví dụ VD345 chỉ từ kép gồm 4 byte 345, 346, 347, 348 trong miền nhớ V trong đó 345 là byte cao trong từ kép

- Truy cập gián tiếp: Truy cập địa chỉ gián tiếp thông qua con trỏ (pointer) Con trỏ

là một miền nhớ từ kép chứa địa chỉ của vùng nhớ khác Các vùng nhớ V, L và thanh ghi chỉ mục ( AC1,AC2,AC3 ) có thể được sử dụng như là con trỏ Để sử dụng con trỏ phải sử dụng lệnh MOVE_D để chuyển địa chỉ của vùng nhớ được định địa chỉ gián tiếp vào vùng con trỏ Con trỏ cũng có thể được chuyển tới chương trình con như là một tham số S7-200 cho phép con trỏ truy cập các vùng nhớ V,M,I,Q,S,T,C theo giá trị hiện hành và không cho phép truy cập theo từng bit

và các vùng nhớ AI,AQ,HC,SM,L Để truy cập gián tiếp dữ liệu địa chỉ của một vùng nhớ, phải tạo một con trỏ cho vùng đó bằng cách sử dụng ký tự & cùng với vùng nhớ có địa chỉ cần lấy Toán hạng đầu vào của lệnh phải bắt đầu với ký tự &

để chỉ rằng địa chỉ vùng nhớ, thay cho nội dung của nó được chuyển vào vùng định nghĩa toán hạng đầu ra của lệnh Quy ước sử dụng con trỏ để truy nhập như sau:

o địa chỉ byte (cao): Toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép VD: MOVD

&VW100,AC1: Tạo con trỏ bằng cách đưa địa chỉ byte cao VB100 vào trong thanh ghi AC1, thanh ghi AC1 sẽ chứa địa chỉ của VW100

o con trỏ: Toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ chỉ vào Theo

ví dụ trên, khi đã tạo con trỏ ta có thể lấy nội dung của AC1 và chuyển vào VW300 bằng cách dùng toán hạng lấy nội dung trỏ vào thanh ghi AC1 VD: MOVW

&AC1,VW300: Nội dung của AC1 được chuyển vào VW300

4 Vùng đối tượng.

Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay timer Dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm các thanh ghi của Timer, Counter, HSC, bộ đệm vào ra tương

tự và các thanh ghi chỉ mục

Đặc điểm và vùng nhớ của PLC S7-200 CPU 22x

IV Mở rộng cổng vào, ra

Các PLC họ S7-200 đều có thể mở rộng thêm các đầu vào/ra và các chức năng nâng cao khác bằng cách ghép nối thêm các module mở rộng về phía bên phải của PLC tạo thành một móc xích các module.Địa chỉ của các vị trí các module được xác định bằng kiểu vào ra và vị trí của các module trong móc xích, bao gồm các module có cùng kiểu Các module mở rộng số hay tương tự đều chiếm chỗ trong bộ đệm tương ứng với số đầu vào ra của module Ví dụ cách đặt địa chỉ module mở rộng của CPU224:

VI Cấu trúc chương trình

Chương trình của PLC S7-200 được lưu trong bộ nhớ chương trình và có thể được lập dưới hai dạng cấu trúc khác nhau:

- Chương trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình nằm trong khối chương trình chính (OB1), các lệnh trong chương trình luôn được quét từ đầu đến cuối chương trình

và quay lại từ đầu trong quá trình PLC hoạt động Chương trình này chỉ thường áp dụng với các ứng dụng không phức tạp lắm

- Chương trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, từng phần nằm trong những khối riêng

biệt (OB1, SUBROUTIN, INTERRUPT) Loại chương trình này thường áp dụng với những yêu cầu phức tạp và nhiều khâu Khi lập trình chương trình có cấu trúc thường sử dụng ngoài chương trình chính còn có chương trình con và chương ngắt Chương trình con được viết trong khối chương trình con và được gọi trong chương trình chính khi có lệnh gọi Chương trình ngắt được viết trong khối chương trình ngắt và thực hiện mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra bất kể trong thời điểm nào của vòng quét Cả hai loại chương trình này đều có khả năng trao đổi dữ liệu với các chương trình khác.

VII Kiểu dữ liệu

Trong PLC S7-200 có các kiểu dữ liệu được cho trong bảng sau:

Kiểu dữ liệu Kích thước Nội dung Dải giá trị

BYTE 8 BITS Số nguyên có dấu (chỉ áp

dụng cho lệnh SHRB)

-128 ÷ 127

WORD 16 BITS Số nguyên không dấu 0 ÷ 65535

INT 16 BITS Số nguyên có dấu -32678 ÷32676DWORD 32 BITS Số nguyên không dấu 0 ÷ 4294967295DINT 32 BITS Số nguyên có dấu -2147383648÷2147383648REAL 32 BITS Số thực có dấu theo IEEE -2147383648÷2147383648STRING 0-255

BYTE

Kiểu dữ liệu chuỗi ASCII Mã ASCII từ 128 ÷ 255

VIII Thiết bị lập trình

Có hai loại thiết bị có thể dùng để lập trình cho PLC S7- 200 là PG và PC:

- PG: Là thiết bị lập trình chuyên dụng được dùng cho PLC S7-200 tuy nhiên chỉ sử dụng để lập trình với ngôn ngữ STL

- PC: Là máy tính cá nhân trên đó có cài phần mềm STEP7-MICROWIN Phần mềm này cho phép lập trình với cả ba ngôn ngữ là STL, LAD và FBD Để cài phầnmềm này người phải có bản quyền và PC phải cài hệ điều hành WIN98/2000/NT/XP/WINDOWS 7/WINDOWS8/WINDOWS8.1.Hiện nay hầu hết sử dụng STEP7- MICROWIN 3.0, 3.2, 4.0 để lập trình cho S7 để có thể sử dụng được những ứng dụng nâng cao

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI HỆ

THỐNG ĐỊNH LƯỢNG VÀ TRỘN PHỐI LIỆU PHỤ GIA

I Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống phối trộn phối liệu phụ gia

1 Cấu tạo

Hệ thống trộn phối liệu phụ gia gồm 3 băng tải, 2 băng tải 1 và 2 được dùng

đề đưa nguyên liệu và phụ gia vào trong xilo và băng tải 3 được dùng để đưa phối liêụ ra ngoài

2 nguyên tắc hoạt động

hệ thống trộm phối liệu của chúng ta xét chạy với 2 chế độ là chế độ bằng tay và chế độ tự động Có một công tắc để chuyển đổi giữa 2 chế độ

a. chế độ hoạt động bằng tay(Manual).

Lúc này ta điều khiển độc lấp các băng tải ( conveyor ) 1, 2 hoặc 3 bằng các nút S1, S2, S3 đèn báo tương ứng H1, H2, H3

b. Chế độ chạy tự động(Auto).

Tín hiệu điều khiển mở van Enable stances 1/2 tác động để băng tải 1 và 2 hoạt

động, đến khi nguyên liệu trong xilo đạt mức cao L+ thì dừng Tiếp đó băng tải 3 hoạt động đưa phối liệu ra ngoài đến khi nguyên liệu trong xilo tới mức thấp L- thì

dừng, van Enable substances ½ tác động trở lại.

Sơ đồ khối của hệ thống

CHƯƠNG 3: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG

PHỐI LIỆU

I Bài toán

Điều khiển hệ thống hệ thống phối liêụ theo yêu cầu sau:

- Chế độ tay: Lúc này ta điều khiển độc lấp các băng tải ( conveyor ) 1, 2 hoặc 3 bằng các nút S1, S2, S3 đèn báo tương ứng H1, H2, H3

- Chế độ tự động: Tín hiệu điều khiển mở van Enable stances 1/2 tác động

để băng tải 1 và 2 hoạt động, đến khi nguyên liệu trong xilo đạt mức cao L+ thì dừng Tiếp đó băng tải 3 hoạt động đưa phối liệu ra ngoài đến khi

nguyên liệu trong xilo tới mức thấp L- thì dừng, van Enable substances ½

- Bộ đèn báo gồm 5 đèn LED kí hiệu là H1, H2, H3, H4, H5

- Cảm biến sử dụng 2 cảm biến báo mức IFM cảm biến LMT121 kí hiệu là L+ và L-

III Danh sách các cổng vào ra.

Đúng Đúng

END I0.6 = 1

Đúng sai

I0.0 = 1 START

Đầu vào hệ thống gồm 2 cảm biến mức L+, L- và 1 nút ấn STOP, 4 công tắc trong đó 1 công tắc chuyển chế độ điều khiển bằng tay/ tự động và 3

công tắc điều khiển 3 băng tải (ở chế độ bằng tay),

Đầu ra gồm 3 động cơ điều khiển băng tải 1, 2, 3 gắn với các đèn báo tương ứng là H1,H2, H3 và 2 đèn báo chế độ sử dụng H4, H5

Đầu vào Đầu raĐịa

I0.5 Cảm biến

L-I0.6 Nút STOP

IV sơ đồ đấu nối phần cứng PLC

1 đấu mạch 1 chiều

2 đấu mạch xoay chiều.

V giản đồ thời gian

VI viết chương trình mô phỏng.

KẾT LUẬN

Đồ án tìm hiểu về PLC S7 – 200 và chương trình ứng dụng của nó vào điều khiển

hệ thống băng tải trong phối liệu chỉ đề cập qua một số vấn đề như: nguyên lý làm việc, tổ chức bộ nhớ, các cú pháp lệnh của S7 – 200, …mà không có điều kiện để tìm hiểu cụ thể Phần tìm hiểu nguyên tắc hoạt đông của hệ thống phối liệu và chương trình điều khiển của nó nói chung đã trình bầy được một số nội dung: về cấu tạo của hệ thống phối liệu, nguyên tắc hoạt động, khai báo phần cứng, chươg trình viết trên Step7 Microwin32…Qua đó ta thấy được rằng để thiết kế một hệ thống dây chuyền phối liệu là tương đối phức tạp nên trong đồ án này dù đã cố gắng nhưng vẫn chưa thật đầy đủ và còn thiếu sót rất nhiều Ngay như khi trình bày về cấu tạo hệ thống cũng mới chỉ dừng lại ở trình bầy sơ lược chưa đi sâu về mạch lực, ghép nối, các thiết bị khác… Phần trình bầy về phần mềm Micro PLC S7 – 200(công cụ chính để thực hiện bài tốn) được phân thành phần như: cấu hình cứng, cấu trúc bộ nhớ, mở rộng ngõ vào /ra, thực hiện chương trình, ngôn ngữ lập trình, microwin Từ đó ta thấy PLC Simatic S7 – 200 có phạm vi kiến thức và sự hiểu biết tương đối lớn,trong một khoảng thời gian ngắn ngủi không thể tìm hiểu hết được Khi tìm hiểu cũng không có sự so sánh với các công nghệ khác, ưu điểm

và nhược điểm của công nghệ còn chưa được chỉ rõ Thực chất của quá trình là giới thiệu qua qua về nó , biến nó trở thành bước đệm để tìm hiểu về Micro PLC và ứng dụng của Micro PLC trong sản xuất, đó là nội dung chính của đồ án này Trong quá trình thực hiện vì khó khăn của thiết bị và trình độ còn hạn chế nên chưa thể xây dựng một mô hình minh hoạ cụ thể, vì vậy bài toán mới chỉ dừng lại ở việc viết trên Microwin32, điều đó đã nói nên phần nào những thiếu sót trong đồ án.Và đây cũng là sự mong muốn phát triển tiếp theo của đồ án này Đồ án được thực hiện trong một thời gian ngắn nên không tránh khỏi những sai sót mong các thầy

cô thông cảm và giúp đỡ chúng em hoàn thiện đồ án này