Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát mức nước sử dụng plc s7 300 và mô phỏng trên wincc

Nhằm ứng dụng các kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập môn học Điều Khiển Lập Trình do thầy giáo Ths: Tạ Hùng Cường giảng dạy để áp dụng áp dụng vào Đồ án Tốt Nghiệp, em đã

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

VÀ MÔ PHỎNG TRÊN WINCC

Giảng viên hướng dẫn : ThS Tạ Hùng Cường

Vinh, tháng 01 năm 2018

LỜI NÓI ĐẦU

***

Khoa học kỹ thuật đang thay đổi từng ngày, từng giờ và chúng ta - những con người của kỹ thuật cũng phải thay đổi tầm nhìn của mình để theo kịp công nghệ hiện đại Trọng tâm của khoa học kỹ thuật trong nền văn minh công nghiệp này đặt vào 5 lĩnh vực chính đó là công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu, công nghệ năng lượng, công nghệ sinh học và công nghệ tự động Từ khi bộ điều khiển lập trình PLC đầu tiên

ra đời từ ý tưởng của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor năm 1968, nó đã tạo nên một bước ngoặc mới cho sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp Sự xuất hiện của bộ điều khiển logic khả trình PLC đã dần thay thế những mạch điều khiển bằng

rơ le và thiết bị rời rạc, cồng kềnh

Nhằm ứng dụng các kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập môn học Điều Khiển Lập Trình do thầy giáo Ths: Tạ Hùng Cường giảng dạy để áp dụng áp dụng

vào Đồ án Tốt Nghiệp, em đã lựa chọn đề tài “thiết kế hệ thống điều khiển giám sát

mức nước sử dụng PLC S7 và mô phỏng trên WinCC” Nội dung chính của hệ thống

là xử lý tín hiệu từ phao nước báo chất mức chất lỏng để từ đó đo mức nước trong bồn nước, điều khiển hoạt động của hệ thống bơm nhằm mục đích ổn định mức chất lỏng trong bồn chứa Hệ thống này có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống như hệ thống bồn nước cho những tòa nhà cao tầng tân tiến, hệ thống pha trộn nguyên liệu chất lỏng, các trạm chứa nước cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất

Mặc dù, em đã cố gắng hoàn thành đề tài đặt ra nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong các Thầy và các bạn thông cảm Em mong nhận được những

ý kiến đóng góp từ Thầy và các bạn

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quang Tiến

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện)

MỤC LỤC

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Hệ thống điều khiển mức và nguyên lý làm việc 2

1.2.1 Các loại cảm biến đo mức nước báo đầy, báo cạn 2

1.2.2 Điều khiển mức nước bằng cảm biến mức 6

1.3 Hệ thống bơm cấp nước cho tòa nhà hiện nay 7

1.4 Mục đích nghiên cứu 10

1.5 Phạm vi và hướng giải quyết của đề tài 10

1.6 Kết quả nghiên cứu 11

CHƯƠNG II BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WINCC 12

2.1 Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình PLC 12

2.1.1 Lịch sử phát triển của PLC 12

2.1.2 Cấu tạo của họ PLC- S7-300 12

2.1.3 Các khối chức năng của PLC- S7-300 13

2.2 Các lệnh lập trình trong Step 7 15

2.2.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm 15

2.2.2 Lệnh về timer 17

2.2.3 Bộ đếm Counter 19

2.3 WinCC – Phần mềm giám sát hệ thống 24

CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT MỨC NƯỚC SỬ DỤNG PLC S7-300 VÀ MÔ PHỎNG TRÊN WINCC 31

3.1 Yêu cầu công nghệ bài toán 31

3.2 Sơ đồ đấu nối trên PLC S7-300 (bản vẽ Cad) 36

3.3 Các thiết bị dùng trong hệ thống 37

3.4 Mô phỏng hệ thống trên phần mềm WINCC 39

3.5 Chương trình Step 7 46

3.6 Kết quả thực hiện 47

KẾT LUẬN 49

Phương pháp đo thủ công truyền thống và nó có nhiều hạn chế như vật liệu của thiết bị có thể bị ăn mòn, chịu sự tác động của môi trường; con người phải tiếp xúc trực tiếp với môi trường đo; có thể xảy ra tình trạng cháy, nổ dễ rò rỉ chất lỏng qua nắp, và cặn của chất lỏng có thể hạn chế tầm nhìn Do có quá nhiều hạn chế, nên thiết bị này nhanh chóng bị các thiết bị công nghệ tiên tiến hơn thay thế

Một thiết bị đo mức khác dựa vào trọng lực, đó là thước đo kiểu phao Một chiếc phao đơn giản được thả nổi trên bề mặt chất lưu Chiếc phao này chịu sự tác động từ lực của chất lưu và không khí phía trên làm nó nổi trên bề mặt và dao động theo mức chất lưu Bên cạnh đó, một thiết bị khác cũng được sử dụng rộng rãi để xác định mức chất lưu đó là đầu đo thủy tĩnh

Trên đây là những thiết bị đo mức đơn giản, đã quen thuộc với người sử dụng Nhưng khi xuất hiện những nguyên tắc và ứng dụng đo mức trở nên phức tạp hơn, thì đây là lúc ngành công nghiệp đo mức chuyển mình với sự ra đời của những công nghệ mới sử dụng máy tính để tính toán

Chính vì vậy khi mà nhiều nhà máy, khu cao ốc nhà cao tầng mọc lên càng nhiều Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt rất lớn và luôn thay đổi thường xuyên Do đó, ở những nơi đó cần có một hệ thống máy bơm nước luôn đảm bảo được nguồn nước cung cấp sinh hoạt và cũng như bơm nước thải Việc quy hoạch cấp nước đòi hỏi tính kỹ thuật cao, nhất là luôn đảm bảo mọi người có đủ nước sinh hoạt tại mọi thời điểm Và rủi ro mất nước từ nhà cung cấp thì vẫn có nước để mọi người sử dụng, ít nhất là trong 1 ngày đêm Thời gian này để nhà cung cấp khắc phụt tình trạng sự cố, ta nên sử dụng thêm

để có thể quản lý được hệ thống bơm cấp nước cho những tòa nhà lớn, yêu cầu thiết yếu

2

đầu tiên là tính tiện nghi của hệ thống để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của con người, yêu cầu thứ hai là hệ thống có thể quản lý, giám sát, vận hành qua màn hình máy tính chủ

1.2 Hệ thống điều khiển mức và nguyên lý làm việc

1.2.1 Các loại cảm biến đo mức nước báo đầy, báo cạn

 Cảm biến báo mức siêu âm không hiển thị

Đây là loại cảm biến được sử dụng khá nhiều trong các ứng dụng đo mức với độ chính xác cao Nguyên lý hoạt động của cảm biến sẽ phóng một tia sóng siêu âm từ đầu cảm biến xuống, sóng siêu âm khi gặp chất lỏng sẽ phản hồi lại Dựa vào sóng siêu âm phản hồi lại cảm biến xác định được khoảng cách từ đầu cảm biến tới mức nước Tín hiệu ngõ ra của cảm biến siêu âm là tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V nên chúng ta dể dàng cài đặt cũng như kết nối với PLC

Cảm biến báo mức nước bằng siêu âm cũng có những nhược điểm nhất định Do

cơ chế hoạt động dựa trên việc truyền và nhận lại sóng siêu âm nên cảm biến siêu âm rất nhạy cảm với bề mặt Cụ thể là bọt khí cũng làm giảm độ chính xác của cảm biến

Hay vị trí lắp đặt không đúng thì cảm biến cũng bị ảnh hưởng

Hình 1.1 Cảm biến đo mức nước liên tục bằng siêu âm không hiển thị ULM-53

3

Hình 1.2 Cảm biến đo mức nước bằng sóng siêu âm của hãng Carlo Gavazzi

 Cảm biến báo mức siêu âm có hiển thị

Cảm biến đo mức bằng sóng siêu âm không có hiển thị thì loại có hiển thị sẽ có nhiều ưu điểm hơn: hiển thị được khoảng cách, khối lượng, thể tích Một ưu điểm của cảm biến siêu âm có hiển thị nữa là việc cài đặt giá trị đo mong muốn dể dàng và chính xác hơn rất nhiều so với loại cảm biến siêu âm không có hiên thị

Tín hiệu ngõ ra của cảm biến đo mức siêu âm cũng là tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V chuẩn Option thì có truyền thông Modbus

Hình 1.3 Cảm biến đo mức nước liên tục bằng siêu âm có hiển thị ULM-70

4

 Cảm biến đo mức chất lỏng trong bình nhựa và kính

Để báo được mức trong các vật liệu nhựa và kính trong các bình chứa có kích thước nhỏ thì hầu như rất ít thiết bị có thể đo được Cảm biến đo mức nước FLD-48 có thể lắp được trên bình dạng thẳng đứng và bề mặt cong Với chất lỏng dẩn điện thì cảm biến có thể báo mức chất lỏng với độ dày của bề mặt nhựa hoặc kính là 8mm

Hình 1.4 Cảm biến đo mức chất lỏng trong bình nhựa và kính

 Cảm biến báo mức chất lỏng dạng điện dung

Đối với cảm biến báo mức nước dạng điện dung thì có độ chính xác khá cao vì khi chất lỏng chạm vào đầu cảm biến thì cảm biến sẽ xuất tín hiệu xung dạng relay Khi mục tiêu cần phát hiện di chuyển đến gần đầu phát hiện của cảm biến sẽ làm điện dung của

tụ điện C thay đổi (cấu tạo bởi 1 bản cực là bề mặt đầu thu và bản cực còn lại chính là

đối tượng cần phát hiện) Khi điện dung của tụ điện thay đổi thì mạch dao động sẽ tạo

ra tín hiệu dao động Khi tín hiệu dao động có biên độ lớn hơn một ngưỡng đặt trước thì mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trạng thái ON Khi đối tượng ở xa cảm biến, biên độ tín hiệu ở mạch dao động sẽ nhỏ, mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch

ra ở trạng thái OFF

Hình 1.5 Cảm biến đo mức chất lỏng dạng điện dung

5

Một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận loại điện dung:

 Phát hiện mức chất lỏng bên trong chai từu bên ngoài

 Phát hiện sữa bên trong hộp giấy

 Đếm sản phẩm

 Phát hiện vị trí của vật

Hình 1.6 Cảm biến điện dung phát hiện chất lỏng trong chai thủy tinh

 Cảm biến đo mức dạng điện cực

Cảm biến vô cùng đặc biệt với các que điện cắm vào trong bể Phần lớn cảm biến

đo mức nước ở dạng điện cực dùng điều khiển bơm nước vào hoặc ra khỏi bể Khi bể đầy hoặc cạn Theo đó, cảm biến có que cắm điện có độ dài khác nhau, que thứ 3 dài nhất vừa làm chuẩn cho 2 que còn lại, vừa phải so sánh điện trở Khi điện trở xuống mức que thứ 2, khi đó, điện trở giữa các que có sự chênh lệch đáng kể Ngay lúc đó, cảm biến sẽ điều khiển bơm cho nước vào Còn ngược lại khi nước dâng cao lên que thứ nhất, bộ điều khiển sẽ tự động đo điện trở giữa que số 2 và số 1 Nếu que số 2 lớn hơn điện trở que số 1, hệ thống sẽ báo tự động đến cảm biến và ngừng cấp nước Loại cảm biến này hoạt động dựa theo nguyên tắc so sánh điện trở giữa các que Do không có điện

áp nên chúng có thể dùng được cả trong môi trường cháy nổ

6

Hình 1.7 Cảm biến đo mức chất lỏng dạng điện cực

1.2.2 Điều khiển mức nước bằng cảm biến mức

Nhu cầu về những hệ thống tự động hóa xử lý tinh vi, sự nghiêm ngặt của những quy chuẩn trong điều khiển quá trình, và những yêu cầu ngày càng khắt khe trong môi trường đo mức khiến kỹ sư quá trình phải đi tìm những hệ thống đo mức tin cậy hơn, chính xác hơn Kết quả đo chính xác cao hơn làm giảm thiểu những khả năng sai lệch trong quá trình xử lý hóa chất, nâng cao chất lượng của sản phẩm đầu ra, giảm chi phí

và lãng phí trong quá trình hoạt động Những công nghệ đo mức tiên tiến hiện nay có thể giúp các kỹ sư dễ dàng tìm được thiết bị ưng ý, đáp ứng được những yêu cầu nêu trên

Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn Sóng âm thanh di chuyển với vận tốc thay đổi theo nhiệt độ và áp suất của môi trường Tại nhiệt

độ và áp suất tiêu chuẩn v = 300 m /s

Loại cảm biến này phát ra xung siêu âm Nếu tồn tại vật thể trong vùng làm việc của cảm biến sẽ xuất hiện sóng phản xạ về đầu thu Phần tử cơ bản của loại cảm biến này là bộ biến âm thường là một thạch anh tạo dao động được bảo vệ bằng một chất nhựa tổng hợp nhằm chống lại sự ẩm ướt, bụi bẩn và các nhân tố khác của môi trường

Bộ thu âm thanh sẽ hứng âm đưa tới bộ biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện Tất cả các thành phần này để trong một vỏ

Hệ thống gồm 2 bồn (bồn trên và bồn dưới) đặt lệch nhau để tạo áp suất chảy Bồn

trên có một van điều khiển bằng tay để tạo nhiễu với lưu lượng khác nhau Mức nước ở bồn trên được đo bằng một cảm biến siêu âm với ngõ ra analog Nước được bơm vào bồn trên bằng một động cơ được điều khiển bằng bộ điều khiển PLC S7-200 Toàn bộ

1.3 Hệ thống bơm cấp nước cho tòa nhà hiện nay

1.3.1 hệ thống bơm cấp nước cho tòa nhà

 Hệ thống cấp nước sạch

Trên đường ống cấp nước chính đặt cảm biến đo áp suất Khi có sự thay đổi về áp suất trong đường ống thì cảm biến sẽ truyền tín hiệu về biến tần Sau đó biến tần nhận tín hiệu này và so sánh với giá trị áp suất được đặt sẵn Biến tần dựa vào kết quả so sánh

đó và điều khiển tần số nguồn điện cấp cho máy bơm Ở bể chứa nước ngầm đặt cảm biến báo mức nước, nếu mức nước xuống quá thấp không đủ để bơm hoạt động thì cảm biến báo mức sẽ truyền tín hiệu về biến tần để dừng bơm

 Hệ thống thoát nước thải

Tương tự như hệ thống cấp nước, bể chứa nước thải cũng có đặt cảm biến báo mức bùn trong bể Để đạt hiệu quả cao trong việc thoát nước thải thì nên dùng máy bơm nước thải Ebara

 Các yêu cầu để bơm nước cho nhà cao tầng

 Khối lượng nước yêu cầu một ngày, với 8 giờ làm việc là 700 lít

 Nước cấp cho nhà được dùng vào việc: tắm, giặt, vệ sinh, phun sương …v.v

 Cột áp đẩy là 10 m

 Một số vấn đề có thể gặp

Để đáp ứng nhu cầu áp lực nước trong hệ thống luôn đủ khi nhu cầu sử dụng nước thay đổi bất thường, các máy bơm trong hệ thống luôn làm việc liên tục ở chế độ đầy tải tương ứng với trường hợp nhu cầu sử dụng nước của hệ thống ở mức cực đại Tuy nhiên điều này dẫn đến 1 số bất lợi sau:

dụng nước giảm xuống nhưng hệ thống bơm vẫn chạy đầy tải

tăng lên (do tăng số lượng bơm) nếu muốn các bơm chạy luân phiên

8

cầu sử dụng nước giảm xuống

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống bơm cấp nước

Khi hệ thống cấp nước tự động hoạt động, sẽ có một cảm biến áp suất với độ nhạy cao gắn trên đường ống để phát hiện sự thay đổi của áp suất trên đường ống so với nhu cầu tiêu thụ nước thay đổi gây ra, sau đó sẽ tuyền tín hiệu thay đổi này về biến tần Biến tần sẽ gửi lệnh thay đổi tần số xuống bộ điều khiển tốc độ quay của động cơ máy bơm

và có thể bổ sung thêm hoặc giảm bớt số lượng bơm trong hệ thống Do đó sẽ ổn định được áp suất nước trên đường ống

Trong trường hợp nước quá yếu và để đảm bảo tuổi thọ động cơ người ta sử dụng thêm bơm tăng áp Máy bơm tăng áp có các thiết bị auto- reset hoặc cảm biến áp suất sẽ trả tín hiệu về bộ điều khiển, bộ điều khiển dựa vào các tín hiệu này để điều khiển bơm

áp đóng hoặc mở Bầu áp liên tục tích áp suất hoặc trả áp suất về đường ống, giúp giảm tần suất hoạt động của máy bơm nước và kéo dài tuổi thọ hệ thống Trên đường ống có gắn van giảm áp để điều chỉnh áp suất phù hợp điều kiện sử dụng

Trên thị trường hiện nay, dòng máy bơm này có 2 loại phổ biến là máy bơm tăng

áp điện tử và máy bơm tăng áp cơ

1.3.3 Kết cấu, đặc điểm của máy bơm sử dụng trong hệ thống bơm cấp nước

Máy bơm là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thủy năng ) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống

Hình 1.8 Máy bơm trục đứng

9

Người ta chia máy bơm ra nhiều loại dựa vào những đặc điểm như nguyên lý tác động của cánh bơm vào dòng nước, dạng năng lượng làm chạy máy bơm, kết cấu máy bơm, mục đích bơm, loại chất lỏng cần bơm Trong đó thường dùng đặc điểm thứ nhất

để phân loại máy bơm, theo đặc điểm này máy bơm được chia làm hai loại: máy bơm trục ngang và máy bơm trục đứng

 máy bơm trục đứng:

Về cơ bản tất các các máy bơm trục đứng đều có động cơ nằm trên đỉnh của máy thay vì động cơ nằm ở phần đuôi của máy như các loại bơm trục ngang khác Điều này giúp động cơ luôn khô ráo, tránh các trường hợp bị ẩm hay rò rỉ nước từ nguồn nước bơm, mặc khác động cơ có thể tản nhiệt tốt hơn do vị trí nằm trên cao, thoáng gió Cánh bơm được đặt dưới đáy của bơm, được vận hành bởi động cơ thông qua một trục nằm giữa Tùy vào mỗi dòng bơm, có thể có một cánh hoặc nhiều cánh bơm Các cánh bơm được làm bằng inox, nhựa hoặc đồng tùy theo nhu cầu của người sử dụng

Hình 1.9 Cấu tạo máy bơm trục đứng

Máy bơm trục đứng hoạt động dựa trên nguyên tắc bơm ly tâm, cánh bơm thường

là cánh kính Nhờ vậy nên cột áp bơm thường rất cao Các dòng bơm trục đứng có thiết

kế miệng hút và miệng xả nằm ngang hàng vàn gần nhau, giữ cho lực ly tâm không bị suy giảm trong quá trình vận chuyển Tuy nhiên, lương bơm lại khá thấp so với các dòng máy bơm cùng công suất

Khác với cấu tạo nằm ngang của dòng bơm trục ngang Dòng bơm trục đứng có thiết kế đứng ưu điểm nổi bật là cột áp đẩy nước rất cao nhờ thiết kế thân bơm chứa nhiều tầng cánh giúp tăng áp lực nước đẩy, loại bơm này thường được sử dụng tại các

10

trạm bơm cấp nước hoặc trạm bơm cứu hỏa dự phòng Ngoài ra còn được ứng dụng để vận chuyển tuần hoàn nước trong khu chung cư, các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp

và xây dựng khác như hệ thống tăng áp tưới tiêu trong nông nghiệp, vì một số dòng bơm

có khả năng đẩy nước lên độ cao trên 250 mét Ngoài ra, các máy bơm trục đứng có thể lắp kết hợp với nhau để tạo thành một bộ bơm giúp gia tăng lưu lượng hoặc gắn thêm bình tích áp để trở thành bộ bơm tăng áp

1.4 Mục đích nghiên cứu

Em thực hiện đề tài với mục đích sau:

 Củng cố và vận dụng kiến thức đã học: điện tử cơ bản, điện tử công suất, điều khiển lập trình, PLC vào trong thực tế

 Tìm hiểu về phương pháp điều khiển và nhận tín hiệu Analog từ cảm biến

 Nâng cao khả năng thi công mô hình thực tế

 Xây dựng một mô hình, trên cơ sở đó phát triển thành mô hình thí nghiệm cho sinh viên các khóa sau

1.5 Phạm vi và hướng giải quyết của đề tài

Quan nghiên cứu và điều tra trong thực tế các tòa nhà cao tầng hay trong các xí nghiệp hiện nay, thì việc quản lý và giám sát hệ thống nước vẫn chưa được quan tâm đúng mức Việc áp dụng những khoa học công nghệ vào những hê thống này còn gặp nhiều khó khăn, một mặt vì chi phí đầu tư ban đầu là khá cao, một mặt vì cần một đội ngũ thiết kế và vận hành chuyên nghiệp Chính vì vậy đề tài mà em nghiên cứu mới chỉ giải quyết được một bài toán nhỏ là giám sát và điều khiển hệ thống cấp nước trong các tòa nhà cao tầng

Đề tài này đã giải quyết được vấn đề trong hệ thống cấp nước ở các tòa nhà cao tầng đó là không kiểm soát được lượng nước ở bồn dự trữ trên mái và trường hợp không

có nước sinh hoạt ở các tòa nhà cao tầng, gây bất lợi cho sinh hoạt

Đề tài này có thể kết hợp với hệ thống cảm biến đo áp suất lưu lượng nước sử dụng

để điều chỉnh công suất hoạt động máy bơm thông qua bộ biến tần

11

Hình 1.10 Mô phỏng trên WinCC thông qua mô hình đào tạo PLC S7-300

1.6 Kết quả nghiên cứu

Chế tạo được một mô hình điều khiển dùng PLC S7-300 và giám sát mức nước trong bồn qua phần mềm WinCC

Chương trình điều khiển trên Step 7

Một cuốn báo cáo kết quả thực hiện đề tài

12

MỀM MÔ PHỎNG WINCC 2.1 Giới thiệu về bộ điều khiển logic khả trình PLC

2.1.1 Lịch sử phát triển của PLC

Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được tạo ra từ ý tưởng của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor, Mỹ vào năm 1968 nhằm để thay thế những mạch điều khiển bằng Rơ le và thiết bị rời rạc, cồng kềnh Bộ điều khiển lập trình được sản xuất thương mại đầu tiên trên thế giới do hãng Modicon sản xuất có tên

là Modicon 084 Các kỹ sư hãng General Motor đã đề ra các chỉ tiêu cho bộ điều khiển lập trình như sau:

 Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển sử dụng thích hợp trong các nhà máy

 Cấu trúc dạng module dễ bảo trì và sửa chữa

 Độ tin cậy lớn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp

 Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch Rơ le, với chức năng tương đương

 Giá thành rẻ, có khả năng cạnh tranh

2.1.2 Cấu tạo của họ PLC- S7-300

PLC Step 7-300 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất Đây là loại PLC đa khối Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ bản (chỉ để xử lý) sau đó ghép thêm các module mở rộng về phía bên phải, có các module mở rộng tiêu chuẩn

Hình2.1 Khối PLC S7-300

13

 Các đèn báo

+ Đèn SF: báo lỗi CPU

+ Đèn BAF: Báo nguồn ắc qui

+ Đèn DC 5v: Báo nguồn 5v

+ Đèn RUN: Báo chế độ PLC đang làm việc

+ Đèn STOP: Báo PLC đang ở chế độ dừng

 Công tắc chuyển đổi chế độ

+ RUN-P: Chế độ vừa chạy vừa sửa chương trình

+ RUN: Đưa PLC vào chế độ làm việc

+ STOP: Để PLC ở chế độ nghỉ

+ MRES: Vị trí chỉ định chế độ xoá chương trình trong CPU

Muốn xoá chương trình thì giữ nút bấm về vị trí MRES để đèn STOP nhấp nháy, khi thôi không nhấp nháy thì nhả tay Làm lại nhanh một lần nữa (không để ý đèn STOP) nếu đèn vàng nháy nhiều lần là xong, nếu không thì phải làm lại

2.1.3 Các khối chức năng của PLC- S7-300

Tuỳ theo quá trình tự động hoá đòi hỏi số lượng đầu vào và đầu ra ta phải lắp thêm bao nhiêu module mở rộng cũng như loại module cho phù hợp Tối đa có thể gá thêm

32 module vào ra trên 4 panen (rãnh), trên mỗi panen ngoài module nguồn, CPU và module ghép nối còn gá được 8 các module về bên phải Thường Step 7-300 sử dụng các module sau:

Hình 2.2 Các khối module của PLC S7-300

14

+ Vào số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh

+ Ra số: 8 kênh, 16 kênh, 32 kênh

+ Vào, ra số: 8 kênh vào 8 kênh ra

+ Vào tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh

+ Ra tương tự: 2 kênh, 4 kênh, 8 kênh

+ Vào, ra tương tự: 2 kênh vào 2 kênh ra

+ Đếm tốc độ cao

+ Truyền thông CP 340, CP340-1, CP341

+ Module điều khiển PID

+ Module điều khiển Fuzzy

+ Module điều khiển rô bot

+ Module điều khiển động cơ bước

+ Module điều khiển động cơ Servo

2.1.4 Cáp truyền thông PLC và PC (MPI)

SIMATIC PC Adapter USB được sử dụng để kết nối một PC tới giao diện MPI/DP của S7/C7/M7 thông qua USB

Mô hình kết nối:

Hình 2.3 Kết nối PC và PLC thông qua PC Adapter USB

Một đoạn mạng MPI/DP có thể kết nối lớn nhất là 32 điểm Và tổng chiều dài của cáp phải không được vượt quá 50m Các mạng lưới có thể được kết nối chung lại với nhau sử dụng các bộ lặp RS – 485, khi đó có thể lên tới 127 điểm kết nối

Khoảng truyền dữ liệu lớn nhất trong mạng lưới MPI/DP lên tới 12Mbaul

PC Adapter USB cung cấp khoảng truyền lớn nhất lên tới 1.5 Mbauds

PC Adapter USB có thể được sử dụng trong mạng MPI và PROFIBUS Khoảng cách truyền và tốc độ truyền lại phụ thuộc vào từng loại mạng

15

Trạng thái kết nối được hiển thị trên PC Adapter USB:

Đèn:

MPI Nguồn USB

Hình 2.4 Trạng thái hiển thị PC Adapter USB

Trong đó đèn báo trạng thái được hiển thị trong bảng sau:

Đèn sáng khi PC Adapter USB được kết nối với USB và sự vận hành

hệ thống của PC là bình thường Đèn led không sáng khi PC đang ở chế độ standby

Đèn led nhấp nháy thể hiện đang được chuyển dữ liệu

nháy khi có lỗi phần cứng được phát hiện

Đèn sáng khi PC Adapter USB được kết nối với mạng MPI/DP và đang được hoạt động Đèn tắt khi không có chương trình được load tới PC Adapter USB

2.2 Các lệnh lập trình trong Step 7

Số Timer trong S7_300 phụ thuộc vào loại CPU

CPU 312: có 128 Timer

CPU 313 trở lên: có 256 Timer

Có 2 cách cài đặt giá trị cho Timer:

Cài thông số thời gian trực tiếp: Để cài giá trị trực tiếp cho Timer ta phải thêm kí

tự S5T# trước giá trị đặt Các kí tự kế tiếp là thông số thời gian muốn cài đặt cho Timer Cài đặt thông số thời gian thông qua biến nhớ: Giá trị cài đặt cho timer thông qua một biến kiểu WORD 16 bits

2.2.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm

 Lệnh về bit:

17

bằng 1, các lệnh S hoặc R sẽ đóng ngắt tiếp điểm hoặc một dãy các tiếp điểm (giới hạn

từ 1 đến 255) Nội dung của ngăn xếp không bị thay đổi bởi các lệnh này

Q0.0 I0.0

s

Q0.0 I0.0

R 5

Lệnh SET Bit: Tín hiệu ra Q0.0 = 1 (Q0.0 sẽ được thiết lập ) khi I0.0 = 1

Lệnh RESET Bit: Tín hiệu ra Q0.0 sẽ bị xóa khi tín hiệu đầu vào I0.0 = 1

 Bộ nhớ RS: Toán hạng là địa chỉ bit I, Q, M, D, L

Khi I0.0 = 1 và I0.1 = 0 thì M0.0 bị Reset và đầu ra Q4.0 là "0"

Nếu I0.0 = 0 và I0.1 = 1 thì Set cho M0.0 và đầu ra Q4.0 là "1"

Cả hai đầu vào Set và Reset cùng đồng thời =1 thì M0.0 và Q4.0 có giá trị là "1"

2.2.2 Lệnh về timer

S7-300 có 5 kiểu thời gian Timer khác nhau Tất cả 5 loại Timer này cùng bắt đầu tạo thời gian trễ tín hiệu kể từ thời điểm có sườn lên của tín hiệu kích vào, tức là khi có tín hiệu đầu vào U(t) chuyển trạng thái từ logic 0 lên logic 1, được gọi là thời điểm Timer được kích

Bên cạnh sườn lên của tín hiệu đầu vào U(t), Timer còn có thể kích bằng sườn lên của tín hiệu chủ động có tên là tín hiệu ENABLE nếu như tại thời điểm có sườn lên của tín hiệu ENABLE, tín hiệu đầu vào U(t) có giá trị là 1

Từng loại Timer được đánh số từ 0 đến 255 (tùy thuộc vào từng loại CPU) Một Timer được đặt tên là T(x), trong đó x là số hiệu của Timer (từ 0 đến 255)

 Lệnh S_PULSE:

Nếu I124.0 = 1 Timer được kích chạy, khi I124.0 = 0 hoặc chạy đủ thời gian đặt 2s thì Timer dừng, hoặc có tín hiệu I124.1 thì Timer cũng dừng Timer chỉ chạy lại khi

có tín hiệu mới từ I124.0 (tức là I124.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1)

Q124.0 = 1 khi Timer đang chạy

18

MW100 lưu giá trị đếm của Timer theo dạng Integer

MW102 lưu giá trị của Timer theo dạng BCD

Chức năng của Timer này là tạo xung có thời gian được đặt sẵn

Nếu I124.0 = 1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q124.0

sẽ lên 1 nếu I124.0 vẫn còn giữ trạng thái 1, khi có tín hiệu I124.1 thì tất cả phải được Reset về 0 Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng Integer và dạng BCD

Một bộ đếm tổng quát có thể được mô tả như hình sau:

20

Trong đó:

CU: BOOL là tín hiệu kích đếm tiến

CD: BOOL là tín hiệu kích đếm lùi

S: BOOL là tín hiệu đặt

PV: WORD là giá trị đặt trước

R: BOOL là tín hiệu xóa

CV: WORD là giá trị đếm ở hệ đếm 16

CV_BCD: WORD là giá trị đếm ở hệ BCD

Q: BOOL là tín hiệu ra

 Lệnh đếm lên xuống S_CUD:

Ngõ vào I124.2 = 1: đưa giá trị đếm vào PV

Khi I124.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1, C0 đếm tăng lên 1

Khi I124.1 chuyển trạng thái từ 0 lên 1, C0 đếm giảm xuống 1

Khi cả I124.0 và I124.1 đều chuyển trạng thái thì C0 không thay đổi

Khi I124.3=1 thì C0 bị Reset về 0

Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer

và dạng BCD, giá trị này có tầm từ 0 – 999

Ngõ ra Q124.0 = 1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

21

 Lệnh đếm lên S_CU:

Ngõ vào I124.0 = 1: đưa giá trị đếm vào PV

Khi I124.0 chuyển trạng thái từ 0 sang 1, C0 đếm tăng lên 1

Khi I124.2 = 1 Counter bị Reset

Ngõ ra Q124.0 = 1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer

và dạng BCD, giá trị này có tầm từ 0 – 999

 Lệnh đếm xuống S_CD:

Ngõ vào I124.1 = 1: đưa giá trị đếm vào PV

Khi I124.0 chuyển trạng thái từ 1 sang 0, C0 giảm đi 1

Khi I124.2 = 1 Counter bị Reset

Ngõ ra Q124.0 = 1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và dạng BCD, giá trị này có tầm từ 0 – 999

Ngõ ra Q124.0 = 1 khi giá trị đếm lớn hơn 0