Đồ án tốt nghiệp lập trình plc ngôn ngữ Graph s71500

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài: Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình kiểu Graph cho S7 – 1500
điều khiển mơ hình cầu trục, hệ phân loại sản phẩm, điều khiển động cơ trong
phịng thực hành
GVHD:
Nhóm SVTH:

Ts. Bùi Văn Huy


Đặt vấn đề


Trong thực tế, để lập trình cho PLC nói chung và PLC của hãng Siemens nói riêng, có các
ngôn ngữ: LAD (Ladder logic), FBD (Function Block Diagram), STL (Statement List),…



Đến phiên bản PLC S7 – 1500 (S7 – 300), hãng Siemens đã bổ sung sử dụng ngôn ngữ kiểu
GRAPH để lập trình cho PLC, đem lại cách nhìn trực quan về các q trình của một bài tốn
điều khiển tuần tự hoặc quá trình sản xuất.


Nội dung thực hiện


Phần 1: Tìm hiểu về PLC Siemens S7 – 1500



Phần 2: Tìm hiểm phương pháp lập trình kiểu Graph



Phần 3: Ứng dụng điều khiển giám sát các q trình tuần tự trong phịng thực hành thiết bị
và hệ thống thiết bị: mơ hình cầu trục, hệ thống phân loại sản phẩm (kim loại/phi kim), điều
khiển động cơ (Lập trình kiểu Graph trên TIA Portal V14 và mơ phỏng điều khiển giám sát
trên WinCC Runtime)


Phần 1: Tìm hiểu về PLC Siemens S7 – 1500


Hình ảnh thực tế của PLC S7 – 1500



Đặc điểm nổi bật của PLC S7 – 1500

•

Mơ hình nhỏ gọn, có khả năng mở rộng module, tất cả được bảo
vệ dưới chuẩn IP20.

•

Truyền thơng mạnh mẽ: Cổng bus truyền dữ liệu nhanh hơn,

PROFINET IO (công tắc 2 cổng) làm giao tiếp tiêu chuẩn.

•

Khả năng mở rộng cao: dễ thích nghi linh hoạt với bất kỳ ứng
dụng nào.



Một số module I/O của PLC S7 – 1500

•

Các module đầu vào/ra kỹ thuật số chuẩn và fail-safe

•

Module đầu vào/ra số, vào/ra tương tự

•

Các module analog tốc độ cao (HS) với thời gian thực hiện cơ
bản là 62,5μs

PLC S7 – 1500 CPU 1517 - 3PN/DP


Phần 2: Tìm hiểu phương pháp lập trình
kiểu Graph với PLC S7 – 1500


Khái niệm: Graph (Grafcet) là từ viết tắt của tiếng Pháp
"Graphe fonctionnel de commande étape transition“:
chuỗi chức năng điều khiển giai đoạn - chuyển tiếp.



Mạng Graph bao gồm: trạng thái và tác nhân kích thích.



Việc chuyển tiếp từ trạng thái này sang trạng thái khác
chỉ có thể được thực hiện khi các tác nhân kích thích
được thoả mãn.



Các mạng Graph đặc biệt: phân kỳ hoặc/và, hội tụ
hoặc/và


Lập trình kiểu Graph trên TIA Portal V14


Thành phần chính của Graph trong TIA Portal là Step và Transistion
(Trans)



Step: các trạng thái của mạch. Step bao gồm các Action cho phép thiết lập

các chức năng thực hiện khi Step có hiệu lực



Transistion: tác nhân kích thích để chuyển đổi trạng thái. Trans bao gồm
các điều kiện, sự kiện có chức năng chuyển đổi hoặc kết thúc một trạng thái
nào đó.



Các cơng cụ lập trình kiểu Graph (Intructions/GRAPH structure)



Step and transistion: tạo mới 1 trạng thái và tác nhân kích thích



Step: tạo mới trạng thái



Transistion: tạo mới tác nhân kích thích



Sequence end: kết thúc trạng thái



Jump to step: nhảy tới trạng thái bất kỳ



Altemative branch: rẽ nhánh có điều kiện


Phần 3: Ứng dụng lập trình kiểu Graph cho mơ hình
cầu trục, hệ phân loại sản phẩm, điều khiển động cơ
Bài toán 1. Điều khiển giám sát cầu trục
I.

Yêu cầu công nghệ:
Hệ thống điều khiển giám sát cầu trục gồm 2 chuyển động: sang trái/phải, lên/xuống. Nhấn Start, hệ thống bắt
đầu làm việc. Nhấn và giữ nút nhấn Up trên bảng điều khiển, cầu trục di chuyển đi lên cho tới khi nhả tay ra
khỏi nút nhấn Up. Chuyển động đi xuống tương tự. Nhấn nút nhấn Left trên bảng điều khiển, cầu trục đi
chuyển sang trái đến khi chạm cơng tắc hành trình trái thì dừng lại. Chuyển động sang phải tương tự khi ta
nhấn nút Right. Trong bất kì trường hợp nào, nhấn Stop hoặc nút dừng khẩn EMG, hệ thống dừng hoạt động.

II.

Lập trình kiểu Graph trên TIA Portal V14


Danh sách tags


Tín hiệu vào: nút nhấn Stop, start, các nút nhấn
điều khiển đi lên/xuống, sang trái/phải, cơng
tắc hành trình trái/phải



Tín hiệu ra: đèn báo trạng thái Start, stop, đầu
ra điều khiển động cơ cầu trục di chuyển
lên/xuống, sang trái/phải


Trạng thái STOP/START


Trạng thái STOP là trạng thái đầu tiên của mạch hoặc khi nút
nhấn Stop được tác động



Tác động nhấn nút Start, mạch chuyển sang trạng thái
START



Tại cuối trạng thái START, sử dụng cơng cụ Altemative
branch ta có được 5 rẽ nhánh có điều kiện:



Nhấn UP: Chuyển trạng thái UP, điều khiển cầu trục đi lên



Nhấn DOWN: Chuyển trạng thái DOWN, điều khiển cầu
trục đi xuống



Nhấn LEFT: Chuyển trạng thái LEFT, điều khiển cầu trục
sang trái



Nhấn RIGHT: Chuyển trạng thái RIGHT, điều khiển cầu trục
sang phải



Nhấn STOP: Chuyển về trạng thái STOP


Trạng thái UP/DOWN


Nhấn giữ nút UP, mạch chuyển trạng thái
UP, điều khiển cầu trục đi lên. Sử dụng
chức năng N trong cột Qualifier (Set bit
lên giá trị 1 chỉ khi Step được kích hoạt).



Nhấn giữ nút DOWN, mạch chuyển trạng
thái DOWN, điều khiển cầu trục đi xuống.

Trạng thái LEFT/RIGHT


Nhấn nút LEFT, mạch chuyển trạng thái
LEFT, điều khiển cầu trục đi sang trái cho
đến khi chạm công tắc hành trình Left thì
dừng



Nhấn nút RIGHT, mạch chuyển trạng thái
RIGHT, điều khiển cầu trục đi sang phải
cho đến khi chạm cơng tắc hành trình
Right thì dừng.



Chi tiết sơ đồ lập trình Graph có trong
phần phụ lục 1.


Giám sát điều khiển cầu trục trên WinCC Runtime


Bảng điều khiển cầu trục



Giao diện điều khiển, giám sát cầu trục


Kết quả điều khiển giám sát cầu trục trên
WinCC Runtime


Mô phỏng trực tiếp



Video mô phỏng


Bài toán 2. Điều khiển hệ phân loại sản phẩm
I.

Yêu cầu công nghệ:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu kim loại, phi kim sử dụng 2 băng tải: băng tải chính và băng
tải phụ. Nhấn Start, băng tải phụ cung cấp sản phẩm cần phân loại cho bằng tải chính vận chuyển, phân
loại và cách ly. Băng tải phụ đặt 1 cảm biến vật liệu (cảm biến tiệm cận điện cảm). Nếu sản phẩm kim
loại đi qua, cảm biến được tác động, sản phẩm phi kim thì khơng. Sản phẩm tiếp tục được chuyển đến
băng tải chính bằng piston đẩy. Sản phẩm đi qua cơng tắc hành trình 1 của bằng tải chính, băng tải
chính hoạt động, đi qua cơng tắc hành trình 2. Băng tải chính dừng. Sản phẩm được piston hút và quay
trái nếu là sản phẩm kim loại, quay phải nếu là sản phẩm phi kim và nhả ra. Sản phẩm được đếm số
lượng kim loại, phim kim, và tổng số lượng sản phẩm được phân loại. Chương trình lặp lại đến khi
nhấn Stop.

II.

Lập trình kiểu Graph trên TIA Portal V14


Danh sách tags


Tín hiệu vào: nút nhấn Stop, start, reset đếm, cảm biến
báo có sản phẩm, cảm biến phân biệt kim loại/phi
kim, cảm biến piston quay trái/phải/đi xuống hết hành
trình, cơng tắc hành trình đầu/cuối băng tải chính



Tín hiệu ra: đèn báo trạng thái Start, stop, đầu ra điều
khiển piston đẩy sản phẩm, piston hút sản phẩm,
piston đi xuống, piston quay trái/phải, băng tải
chính/phụ



Biến đếm sản phẩm kim loại, phi kim, tổng số lượng
sản phẩm


Trạng thái Stop/Start


Trạng thái Stop: là trạng thái đầu tiên của mạch
điều khiển, hoặc được kích hoạt khi nhấn nút
Stop



Trạng thái Start: được kích hoạt sau khi nhấn
nút Start



Cuối trạng thái Start, rẽ nhánh có điều kiện


Trạng thái nhận biết phi kim/kim loại


Trạng thái Phi kim được kích hoạt khi
sản phẩm đi qua cảm biến vật liệu mà nó
khơng tác động



Trạng thái Kim loại được kích hoạt khi
sản phẩm đi qua cảm biến vật liệu và nó
được tác động nhận biết sản phẩm


Trạng thái piston đẩy sản phẩm, chạy băng tải chính


Trạng thái Piston đẩy liệu được kích hoạt khi cảm biến báo có sản phẩm tại băng tải
phụ.



Trạng thái chạy băng tải chính được kích hoạt khi sản phẩm được piston đẩy chạm
cơng tắc hành trình 1 của băng tải chính.


Trạng thái piston đi xuống, hút sản phẩm


Trạng thái piston đi xuống được kích hoạt khi sản phẩm đi đến cuối bang tải chính,
chạm vào cơng tắc hành trình 2 của băng tải chính.



Trạng thái piston hút sản phẩm được kích hoạt khi piston đi xuống hết hành trình, chạm
vào cơng tắc hành trình cuối của piston.


Trạng thái piston quay trái (kim loại), quay
phải (phi kim)


Trạng thái piston quay trái được kích hoạt khi biến trung gian nhận biết sản phẩm kim loại
được kích hoạt



Trạng thái piston quay phải được kích hoạt khi biến trung gian nhận biết sản phẩm phi kim
được kích hoạt

Trạng thái piston nhả sản phẩm, piston đi lên


Trạng thái piston nhả sản phẩm được kích hoạt khi piston quay hết hành trình trái/phải,
chạm vào các cơng tắc hành trình trái/phải.



Trạng thái piston đi lên được kích hoạt khi piston nhả sản phẩm hồn tất.



Kết thúc q tình phân loại sản phẩm, quay về trạng thái Start.



Chi tiết sơ đồ lập trình Graph có trong phần phụ lục 2.


Giám sát điều khiển hệ phân loại sản phẩm trên WinCC
Runtime


Màn hình chọn chế độ điều khiển: AUTO/MANUAL



Màn hình chế độ điều khiển tự động AUTO



Màn hình chế độ điều khiển bằng tay MANUAL


Kết quả điều khiển giám sát hệ phân loại sản phẩm
trên WinCC Runtime


Mô phỏng trực tiếp



Video mô phỏng


Bài tốn 3. Điều khiển khởi động động cơ
khơng đồng bộ (KĐB) đổi nối sao – tam giác
I.

Yêu cầu công nghệ
Nhấn nút ON, mạch điều khiển động cơ khởi động, cuộn K1 và K2 điều khiển động cơ chạy theo sơ
đồ hình sao trong vịng 10s. Sau 10s, cuộn K2 tắt, cuộn K1 và K3 điều khiển động cơ chạy theo sơ
đồ tam giác đến khi nhấn nút Off. Động cơ dừng.

II.

Lập trình kiểu Graph trên TIA Portal V14

Danh sách tags


Tín hiệu vào: nút nhấm On, Off



Tín hiệu ra: tín hiệu điều khiển cuộn dây K1,
K2, K3



Biến trung gian đếm thời gian chuyển đổi chế
độ hoạt động của động cơ