Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình sản xuất chiết rót đóng nắp sử dụng WinCC và PLC S712001500 có link file mô phỏng cuối bài hoặc liên lạc vào sdt : 0799008541

LỜI NÓI ĐẦU
Như chúng ta đã biết sự phái triển của khoa học kỹ thuật qua từng thời kì lịch sử,
nó đã có những ảnh hưởng khơng nhỏ để thúc đẩy nên kinh tế phát triển, cụ thể là
trong các ngành sản xuất cơng nghiệp hiện đại. Có thể nói rằng sự phát triển của Công
nghệ điện tử - tin học, được coi là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thế giới. Ở
nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự
động, đặc biệt là kĩ thuật vi xử lí.
Trên thế giới hiện nay người ta đã sản xuất ra những thiết bị có thể lập trình được.
Đó chính là thiết bị điều khiển có lập trình Programable Logic Controlle viết tắt là
PLC. PLC có thể coi là một ứng dụng điển hình của mạch vi xử lí. So với q trình
điều khiển bằng mạch điện tử thơng thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn, ví dụ
như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt cơng trình, dễ dàng
thay đổi cơng nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, ứng dụng điều
khiển trong phạm vi rộng, độ tin cậy cao... Sự ra đời của các thiết bị điều khiển này đã
làm thay đổi năng suất lao động và chất lượng sản phẩm rõ rệt. Vì vậy việc cải tiến và
phát triển các thiết bị điều khiển luôn được quan tâm, để đáp ứng yêu cầu thay thế con
người trong các môi trường độc hại, các yêu cầu về cơng nghệ mới địi hỏi sự chính
xác tuyệt đối.
Trong q trình học tập và làm việc tại trường, tìm hiểu các bộ điều khiển, em được
giao đề tài đồ án môn học với nội dung: “Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình sản
xuất sử dụng WinCC và PLC S7-1200/1500” .
Bản đồ án này được hoàn thành với sự hướng dẫn trực tiếp và nhiệt tình của thầy
giáo Phạm Văn Tuấn cùng với các thầy cô giáo giúp đỡ em nhiệt tình, cùng với sự nỗ
lực của bản thân. Em đã hoàn thành đề tài được giao.
Em xin chân thành cảm ơn!..
Tp.Vinh, ngày…tháng … năm 2022
Sinh viên thực hiện


CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH U CẦU CƠNG NGHỆ DÂY
CHUYỀN CHIẾT SẢN PHẨM (CHẤT LỎNG) VÀ ĐÓNG NẮP

CHAI
1.1 Đặt vấn đề
1.1.1 Sơ lược về hệ thống chiết rót, đóng nắp
Hệ thống chiết rót, dập nắp là dây chuyền được lắp đặt, thiết kế hiện đại, đạt
tiêu chuẩn cao đảm bảo dây chuyền hoạt động ổn định và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Thiết bị điều khiển PLC cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển thơng
qua một ngơn ngữ lập trình sẵn tạo điều kiện trong cơng tác quản lý sản xuất và tiết
kiệm nhân công.
Dây chuyền được kết hợp giữa các khâu dán nhãn, định mức, chiết rót,
đóng nắp, đóng thùng bán tự động.
Mỗi khâu là một máy được ghép với nhau thành dây chuyền. Công nhân
chỉ tham gia vào một số công đoạn như xếp chai trên các băng truyền, đóng thùng
và vận hành máy thơng qua các giao diện. Các máy đều có 2 chế độ hoạt động
auto / manual giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt động của các chức năng.
1.2 u cầu cơng nghệ
1.2.1 Máy chiết rót
Hiện nay có khá nhiều công nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ
có cách chiết rót khác nhau như: chất lỏng cơ đặc, nước có gaz,nước khơng gaz.
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót
vào trong chai, bình, lọ, v.v.. Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng
rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy thì cải
thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm
một cách chính xác. Hiện nay với cơng nghệ hiện đại, rất nhiều quy trình cơng
nghiệp được tự động hóa. Trong đó dây chuyền chiết rót và đóng nút chai tự động
là một trong những hệ thống được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi.
Một hệ thống sản xuất các chất lỏng đóng chai thường được phân chia thành


nhiều khâu nối tiếp nhau. Một quy trình khép kín có thể được mơ tả như sau:

Hình 1.2 Máy chiết rót tự động

Từ khâu cấp chai, các chai được đưa vào hệ thống băng tải, trước tiên chai
được cho qua hệ thống rửa. Chai dùng trong hệ thống đóng chai thường là chai
thành phẩm, nên thường tại khâu này chỉ qua súc rửa để làm sạch bụi. Sau khi
được rửa sạch, các chai được băng tải đưa đến hệ thống rót liệu, tới vị trí rót, để
đảm bảo có thể bố trí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai. Tại đây, chất lỏng được
chiết vào chai theo các phương pháp khác nhau, chiết đẳng áp, chiết đẳng tích,
chiết định lượng…Khi chiết xong, chai được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng
nút hoặc đóng nắp. Khâu đóng nút( nắp) bao gồm cơ cấu cấp phơi và đóng
nút( nắp). Cơ cấu đóng có thể là xi lanh khí nén (với nút dập) hoặc motor (với nút
vặn).
Sau khi đóng nút (nắp) xong, là khâu dán nhãn. Cơ cấu bôi kéo dính được gắn
ngay trên băng tải và bố trí tiếp tuyến sao cho tì vào mặt chai, ngồi chuyển động
thẳng trên băng tải, chai còn chuyển động quay tròn do lực tì của cơ cấu bơi keo.
Tương tự với cơ cấu cấp nhãn, chai sau khi bơi keo, quay trịn, cuốn băng giấy
nhãn 1 vòng quanh chai.
Khâu cuối cùng là khâu kiểm tra và đóng gói sản phẩm. Khâu kiểm tra bao
gồm 1 loạt các cảm biến để kiểm tra chất lượng sản phẩm (đủ định mức, đóng nút,
dán nhãn đạt yêu cầu…) sau khi kiểm tra sẽ qua cơ cấu phân loại, 1 tay gạt sẽ loại


bỏ chai sang 1 băng tải khác. Các chai đạt tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai
được xếp thành khối nhờ các tay máy gạt và nâng hạ. Như vậy tồn bộ quy
trình cơng nghệ chiết rót, đóng nút chai được tự động hóa hồn tồn, với đầu vào
là nguyên liệu và chai rỗng, đầu ra là sản phẩm có
thể đem bán trực tiếp.
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
Định lượng bằng bình định mức : chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình
định mức trước khi rót vào chai

 Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố định
trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi
đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của
các chai có bằng nhau hay khơng. Ngồi ra cịn sử dụng ống thơng hơi, chất
lỏng được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ dừng lại. Phương pháp này
có độ chính xác khơng cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai.

 Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong
khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là không đổi.
phương pháp này chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá trị thấp, khơng u cầu
độ chính xác định lượng.
Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có :

 Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai độ chênh lệch
về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít
nhớt.

 Phương pháp rót chân khơng: Nối chai với một hệ thống hút chân không, chất
lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai.
Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp
bù trừ hoặc chiết đầy chai.

 Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các có gas như
bia, nước ngọt. Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyển
nhằm tránh khơng cho ga (khí CO2) thốt khỏi chất lỏng. Với phương pháp rót
đẳng áp thơng thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất


trong chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa

chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao
Máy định mức, chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót
được bố trí chiết cho 1 chai. Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc
cùng lúc (máy chiết có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần
tự (máy chiết bàn quay) như hình bên dưới:

Hình 1.3 Máy chiết rót bàn quay

1.2.2 Máy đóng nắp chai
Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống,
thực phẩm, mỹ phẩm và hóa chất cơng nghiệp. Máy có tác dụng đóng bao kín các
loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, khơng rị rỉ chất lỏng ra
ngồi.
Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được xếp đúng
chiều, chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt
động. Sau khi dập nắp chai sẽ được đưa tới bộ phận vặn nắp để chắc chắn rằng tất
cả các nắp phải được đóng kín.


Hình 1.4 : Máy đóng nắp và chiết rót tích hợp
1.2.3 Yêu cầu chung của hệ thống
- Tốc độ sản xuất ra 1 sản phẩm của dây chuyền phải nhanh.
- Giá nhân công và làm ra sản phẩm phải hạ.
- Chất lượng cao và ít phế phẩm.
- Thời gian chết của máy móc là ít và có thế là khơng có.
- Máy móc sản xuất giá rẻ.
- Vốn đầu tư phù hợp.
- Chi phí vận hành thấp.
1.2.4 Sử dụng các thiết bị cho máy vận hành
Sử dụng 2 băng tải, 4 cảm biến và bộ phận dập nắp

- Băng tải :
+ Băng tải 1 ( băng tải sản phẩm ): Đưa sản phẩm đến các vị trí để chiết rót và
dập nắp
+ Băng tải 2 ( băng tải thùng ): Đưa thùng đến vị trí để đóng gói sản phẩm
- Cảm biến : Cảm biến quang để phát hiện sản phẩm và cảm biến tiệm cận


- Bộ phận dập nắp : gồm xi lanh đẩy và dập nắp
1.2.5 Sơ đồ cơng nghệ

Hình 1.5 : Sơ đồ công nghệ
1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Giai đoạn 1 : Rót nước vào chai
Sau khi rửa chai xong hệ thống băng tải di chuyển đưa chai đi qua cảm biến 1 => =>
Băng tải dừng => Pittong kẹp giữ cố định chai và rót nước vào chai=> sau khi chai đầy
pittong thả ra và băng tải tiếp tục di chuyển cho đến khi gặp cảm biến 2 của giai đoạn
tiếp theo


Hình 1.6 : Hệ thống rót nước vào chai

Giai đoạn 2 : Đóng nắp chai
Sau khi q trình rót nước vào chai hoàn thành => băng tải tiếp tục di chuyển => gặp
biến 2 thì sẽ dừng lại => pittong sẽ kẹp giữ cố định thân chai và cổ chai => Pittong
phía có sẵn nắp chai thì đóng nắp chai xuống => hồn thành quy trình pittong kẹp dần
nới lỏng ra => băng tải hoạt động đưa ra tiếp công đoạn tiếp theo

Hình 1.7 : Hệ thống đóng nắp chai

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU PLC S7-1200/1500 và WinCC
2.1 Giới thiệu chung về PLC
Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trị quan trọng đời sống và cơng
nghiệp, tự động hóa đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết
điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học… Chính vì vậy mà nhiều hệ
thống điều khiển ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng là Bộ
điều khiển lập trình PLC.
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những nhà
thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Motor-Mỹ), với các chỉ tiêu kỹ thuật
nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển :
- Dễ lập trình và thay đổi chương trình.
- Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa.
- Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất.
Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó
khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải
tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống
điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời
vào năm 1969. Điều này đã tạo ra sự phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình. Trong
giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ
thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ. Qua quá trình vận hành, các nhà
thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn:
Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang.
Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ
thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng:
- Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào,
ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông.
- Bộ nhớ lớn hơn.
- Nhiều loại Module chuyên dùng hơn.

Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình
PLC khơng chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà cịn có thêm các lệnh về định thì,
đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian
thực..
Ngồi ra các nhà thiết kế cịn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ
thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của
hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có
thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở
rộng hơn.

2.2 Giới thiệu PLC S7-1200
2.2.1 Giới thiệu chung
PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các lựa
chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các bộ
nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay. Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các
module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển. Tất cả các phần cứng
Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều
khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt.
Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8,16, và
32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog. Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiên
tiến có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiển S71200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian. Thiết kế có thể mở rộng
này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năng tương
thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang
một bộ điều khiển lớn hơn. Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạn giữa dữ
liệu người sử dụng và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16 vịng lặp
PID với khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xác định thơng số vịng
lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình thơng dụng. Simatic S71200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100 Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức
Profinet cho lập trình, kết nối HMI/SCADA hay nối mạng PLC với PLC.
2.2.2 Đặc điểm của PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt
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 hồn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,
các đầu 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 thong 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
ngơn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA
Portal 11 của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã
bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
2.2.3 Phân loại
Việc phân loại S7-1200 dựa vào loại CPU mà nó trang bị: Các loại PLC thơng
dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C Thông thường S7-1200 được phân ra làm
2 loại chính:
Loại cấp điện220VAC:
- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC(từ 15VDC – 30VDC).
- Ngõ ra:Relay.
- Ưu điểm của loại này là dùng ngõ ra Relay. Do đó có thể sử dụng ngõ ra ở
nhiều cấp điện áp khác nhau (có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V, 220V…)

- Tuy nhiên, nhược điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đáp ứng không
nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung, hoặc Output tốc độcao…
Loại cấp điện áp 24VDC:
- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC - 30VDC).
- Ngõ ra: Transistor.
- Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là do ngõ ra transistor nên chỉ có thể sử
dụng một cấp điện áp duy nhất là 24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng
có cấp điện áp khác nhau. Trong trường hợp này, phải thông qua một Relay 24VDC
đệm.
Bảng 1.1: Các đặc điểm cơ bản của S7-1200

Đặc trưng
Kích thước (mm)
Bộ nhớ người dùng
Bộ nhớ làm việc
Bộ nhớ tải
Bộ nhớ sự kiện
Phân vùng I/O
Digital I/O
Analog I
Tốc độ xử lý ảnh
Modul mở rộng
Mạch tín hiệu
Modul giao tiếp
Bộ đếm tốc độ cao
Trạng thái đơn
Trạng thái đôi

CPU 1211C
CPU 1212C

90 x 100 x 75

CPU 1214C
110 x 100 x 75

25 Kbytes
50 Kbytes
1 Mbytes
2 Mbytes
2 Kbytes
2 Kbytes
6 Inputs/4
8 Inputs/6
14 Inputs/10
Outputs
Outputs
Outputs
2 inputs
2 inputs
2 inputs
1024 bytes
And 1024 bytes (outputs)
(inputs)
None
2
8
1
3(left – side expansion)
4
6

3
3 – 100 kHz
3 – 100 kHz
3 – 100 kHz
1 – 30 kHz
3 – 30 kHz
3 – 80 kHz
3 – 80 kHz
3 – 80 kHz
1 – 20 kHz
3 – 20 kHz
2
Thẻ nhớ simatic (tùy chọn)
240 h
1 cổng giao tiếp ethernet

Mạch ngõ ra
Thẻ nhớ
Thời gian lưu trữ khi mất điện
PROFINET
Tốc độ thực thi phép toán số
18 us
thực
Tốc độ thi hành
0.1 us
- Hình dạng bên ngồi (CPU 1214C)


Hình 2.1 Hình dạng bên ngồi của S7-1200 ( CPU 1214C)

CPU 1214C gồm 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng mở rộng thêm 2 module
tín hiệu (SM), 1 mạch tín hiệu(SB) và 3 module giao tiếp (CM).
Các đèn báo trên CPU 1214C:
- STOP/RUN (cam/xanh): CPU ngừng/đang thực hiện chương trình đã nạp vào
bộ nhớ.
- ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực hiện chương trình đã
xảy ra lỗi.
- MAINT (Maintenance): led cháy báo hiệu việc có thẻ nhớ được gắn vào hay
khơng.
- LINK: Màu xanh báo hiệu việc kết nối với tính thành cơng.
- Rx / Tx: Đèn vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền.
Đèn cổng vào ra:
- Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng
Ix.x. đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của công tắc.
- Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng
Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
2.2.4 : Cấu trúc bên trong PLC S7-1200


Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ
xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/nhập.

Hình 2.2 : Cấu trúc bên trong của PLC S7-1200

- Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịch
các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu
trong bộ nhớ của PLC. Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các
thiết bị xuất.
- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần
thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt

động.
- Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển
dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý.
- Các thành phần nhập và xuất (input / output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ
các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển. Tín hiệu nhập có
thể từ các cơng tắc, các bộ cảm biến,… Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ
khởi động động cơ, các van solenoid,…
- Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình
hay bằng máy vi tính.
2.2.5 Đấu dây


Ở đây ta chọn CPU 1214C, để trình bày đấu dây tiêu biểu:Chúng ta có thể cung
cấp nguồn 24VDC hay với tần số từ 47Hz÷63Hz cho PLC vàcác thơng số điện áp
được thể hiện ở (hinh 1.3).
PLC Siemens S7-1200 6ES7214-1HG31-0XB0
CPU 1214C DC/DC/DC
Nguồn cấp: 20.4 … 28.8 VDC
Memory: 50 Kbytes
Số I/O:
14 digital inputs 24VDC
10 digital outputs 24VDC
2 analog inputs 0-10VDC
Logic 1 signal (min): 15VDC/2.5mA
Logic 0 signal (max): 5VDC/1mA

Hình 2.3 : Sơ đồ đấu dây S7-1200 / CPU 1214C
PLC Siemens S7-1200 6ES7214-1GH31-0XB0
CPU 1214C DC/DC/DC
Nguồn cấp: 20.4 … 28.8 VDC

Memory: 50 Kbytes
Số I/O:
14 digital inputs 24VDC
10 digital outputs 24VDC
2 analog inputs 0-10VDC
Logic 1 signal (min): 15VDC/2.5mA
Logic 0 signal (max): 5VDC/1mA
2.2.6 Module mở rộng

Hình 2.4 : Hình dạng bên ngồi của các module mở rộng

1)Communication
2) CPU
3) Signal module 1(SM)
4) Signal module 2(SM)
5) Signal module (SB)
Họ PLC S7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạch tín
hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng. Ngồi ra bạn cũng có thể cài đặt thêm 3
module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyền thông.

Bảng 2.2: Thông số các module


2.2.7 Phương pháp lập trình điều khiển
Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển có lập trình,
cấu trúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình. Chương trình định
nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của một máy vi tính.
Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần một thay đổi nội dung bộ nhớ điều

khiển, chứ không cần thay đổi cách nối dây bên ngồi. Qua đó, ta thấy được ưu điểm
của phương pháp điều khiển lập trình được so với phương pháp điều khiển cứng. Do
đó, phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển vì nó rất
mềm dẻo…
Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau:

Hình 2.5 : Phương pháp lập trình điều khiển


2.2.8 Các ngơn ngữ lập trình của PLC S7-1200
a) Ngơn ngữ lập trình LAD

Hình 2.6 : Ví dụ về chương trình LAD

Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng với các kí
hiệu cơng tắc logic tạo thành một nhánh mạch điện logic nằm ngang. Ở hình bên, logic
điều khiển được biểu diễn bằng hai cơng tắc thường hở, một cơng tắc thường đóng và
một ngõ ra relay logic.
Các kí hiệu cơng tắc trên được dùng để xây dựng nên bất kì mạch logic nào: sự
kết hợp nhiều mạch logic có thể biểu diễn mạch điều khiển cho một ứng dụng có logic
điều khiển phức tạp. Điều cần thiết cho cơng việc thiết kế chương trình ladder là lập tài
liệu về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng để người sử dụng hiểu được mạch
ladder một cách nhanh chóng và chính xác.
Các qui ước của ngơn ngữ lập trình LAD:
- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được kết nối
với đường này.
- Mỗi nấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trình điều
khiển.
- Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống. Nấc ở đỉnh thang
được đọc từ trái sang phải, nấc thứ hai tính từ trên xuống cũng đọc tương tự… Khi ở

chế độ hoạt động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang sau đó lặp đi lặp lại
nhiều lần. Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc thang gọi là chu kỳ quét.
- Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít một ngõ
ra.
- Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng. Vì vậy, cơng tắc
thường hở được trình bày ở sơ đồ thang ở trạng thái hở. Cơng tắc thường đóng được
trình bày ở trạng thái đóng.


- Thiết bị bất kỳ có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang. Có thể có một role đóng
một hoặc nhiều thiết bị.
- Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng, kí hiệu tùy theo nhà
sản xuất qui định.
b. Ngơn ngữ lập trình FDB (Funtion Block Diagram)

Hình 2.7: Ví dụ về ngơn ngữ FDB

Phương pháp này có cách biểu diễn chương trình như sơ đồ không tiếp điểm
dùng các cổng logic (thường dùng theo ký tự của EU). Theo phương pháp này các tiếp
điểm ghép nối tiếp được thay thế bằng cổng AND, các tiếp điểm ghép song song được
thay thế bằng cổng OR, các tiếp điểm thường đóng thì có cổng NOT. Phương pháp này
thích hợp cho người dùng sử dụng kiến thức về điện tử mà đặc biệt là mạch số.

CHƯƠNG 3 : VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN


3.1 Xây dựng lưu đồ thuật tốn

3.2 Chương trình điều khiển của hệ thống
3.2.1 Bảng địa chỉ đầu ra/vào của PLC

Input :

Output :

3.2.2 Thiết kế chương trình
Main : đèn chế độ


Network 1 : Khởi động hệ thống

Network 2 : Chọn chế độ làm việc


Network 3 : Reset hệ thống