BÁO cáo dự án CUỐI kì lập trình điều khiển bằng PLC với hệ thống và yêu cầu công nghệ được cho trước

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO DỰ ÁN CUỐI KÌ
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiên:
Mã số sinh viên:
Mã học phần :
Mã lớp học:

PGS. TS. Lê Giang Nam
Trần Ngọc Hiệp
20184440
ME4501
134717

HÀ NỘI, 2022

1


Mơ tả nội dụng thực hiện
- Nhiệm vụ: Lập trình điều khiển bằng PLC với hệ thống và yêu cầu công
nghệ được cho trước
- Các nội dung thực hiện:

o Xây dựng sơ đồ công nghệ
o Biểu diễn hệ thống: Sử dụng phương pháp ma trận trạng thái
o Xác định hàm logic: Rút gọn ma trận trạng thái, chọn biến trung gian
xây dựng các hàm logic của biến trung gian và biến đầu ra

o Xây dựng mạch logic: Từ các hàm logic đã tìm được
o Lập trình PLC: Sử dụng ngơn ngữ Ladder trên PLC S7-1200
1214DC/DC/DC

o Mô phỏng hệ thống: Sử dụng phần mềm Automation Studio

2


MỤC LỤC
I. Mở đầu..................................................................................................................4
II. Đề bài...................................................................................................................5
III. Thực hiện...........................................................................................................5
1. Biểu diễn hệ thống: Sử dụng Ma trận trạng thái..........................................5
2. Hàm logic cho biến trung gian:.......................................................................8
4. Lập trình PLC S7-1200 1214DC/DC/DC.....................................................10
4.1 Bảng các biến đầu vào/đầu ra và trung gian...............................................10
4.2 Chương trình Code bằng ngôn ngữ Ladder:...............................................11
5. Mô phỏng bằng phần mềm Automation Studio..........................................15
5.1 Mạch động lực.............................................................................................15
5.2

Mạch điều khiển......................................................................................15

6. Truyền thông giữa PC và PLC......................................................................16
6.1. Truyền thông Modbus................................................................................16
6.2 Truyền thông Ethernet.................................................................................17

3

BÁO CÁO DỰ ÁN CUỐI KÌ
I. Mở đầu
Ngày này các thiết bị điều khiển khả trình PLC được thay thế dần cho các
thiết bị điều khiển quá trình cũ để thực hiện việc tư động hồn tồn một q trình
cơng nghệ, thực hiện việc tích hợp mạng cơng nghiệp. Trên thế giới các hãng lớn
về tự động hóa như OMRON, SIEMENS… không ngừng phấn đấu để đưa ra các
sản phẩm mới trong lĩnh vực này với những tính năng của các PLC ngày càng
mạnh, tốc độ xử lý nhanh đáp ứng được yêu cầu trong công nghiệp với các bài tốn
điều khiển khó, phức tạp cao.
Một phần rất quan trọng khi học PLC là điều khiển Logic. Bài tập của nhóm
là phân tích điều khiển Logic của một hệ thống vận chuyển với đề bài cụ thể như
sau.

4


II. Đề bài

Yêu cầu
-

Biểu diễn hệ thống: Sử dụng Ma trận trạng thái
Xác định hàm logic
Xây dựng mạch logic
Lập trình Ladder trên PLC S7-1200 1214DC/DC/DC
Nội dung lý thuyết: Truyền thông giữa PC và PLC

III. Thực hiện

1. Biểu diễn hệ thống: Sử dụng Ma trận trạng thái
Từ yêu cầu bài toán ta xác định các biến vào ra:
- Vào: a0, a1, b0, b1
- Ra: A+, A-, B+, B-

5


Xây dựng Graph chuyển trạng thái:

Đổi biến:
-

a0, a1 thành a
o a = a1 + a.a 0

- b1, b2 thành b
o b = b1 + b.b 0

 Thu được Graph chuyển trạng thái mới:

6


Lập bảng chuyển trạng thái MI:
Trạng thái
①
②
③
④

⑤
⑥

00
①
3
③
 
 
1

Tín hiệu vào
01
11
 
 
 
 
4
 
5
④
6
⑤
 
⑥

10
2
②

 
 
 
 

A

Tín hiệu ra

+¿ ¿

A

1
0
0
1
0
0

−¿¿

0
1
0
0
1
0

B

+¿¿

0
0
1
0
0
0

B−¿ ¿

0
0
0
0
0
1

Lập bảng chuyển trạng thái MII (nhập hàng của MI).
 Quy tắc nhập hàng:
 Trên cùng 1 cột biến vào, các hàng phải có cùng số ký hiệu trạng thái
hoặc là giá trị trống.
 Không quan tâm đến giá trị biến đầu ra, nhưng tru tiên nhập các hàng
có đầu ra giống nhau
 Số hàng nhập nhiều nhất có thể
 Trạng thái ổn định nhập với khơng ổn định sẽ ghi trạng thái ổn định.
 Trạng thái (/không) ổn định nhập với 1 ô trống sẽ ghi trạng thái
(k/hơng) ổn định
Bảng chuyển trạng thái MII:

①+⑤+
⑥
②+③+
④
Mã hóa các biến trung gian:

①

⑥

⑤

2

③

④

5

②

- Số lượng biến trung gian tối thiểu Smin: 2Smin ≥ N (Số hàng của MII)
- N = 2 => Smin = 1 => Chọn một biến trung gian X
①+⑤+⑥

①

⑥
7

⑤

2

X=0


②+③+④

③

④

5

②

Bảng Cacno cho X:

2. Hàm logic cho biến trung gian:
X = a. b + X. a = a1.b0 +X. a0
Xác định hàm Logic điều khiển các biến ra:

Ta có:
A + = X . b +X.b = X .b0 + X.b1
A - = a = a1
B += X. a . b = X.a0.b0
B - = X . a .b = X .a0.b1

8

X=1


3. Xây dựng mạch logic:

9


10


4. Lập trình PLC S7-1200 1214DC/DC/DC
4.1 Bảng các biến đầu vào/đầu ra và trung gian
Tên biến
a0
a1
b0
b1
A_cong
A_tru
B_cong
B_tru
a
b
X
Start
Stop
TG

Loại biến
Input
Input
Input
Input
output
output
output
output
trung gian
trung gian
trung gian
Input
Input
trung gian

Kiểu dữ liệu
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool

Bool
Bool

11

Địa chỉ
%I0.0
%I0.1
%I0.2
%I0.3
%Q0.0
%Q0.1
%Q0.2
%Q0.3
%M0.0
%M0.1
%M0.2
%I1.0
%I1.1
%M1.1


4.2 Chương trình Code bằng ngơn ngữ Ladder:

12


13

Kết nối HMI:
Sử dụng màn hình HMI: HMI TP700 Comfort
Kết nối PLC vs HMI trên TIA PORTAL.

Màn hình HMI khi chạy mô phỏng:

14


15


5. Mô phỏng bằng phần mềm Automation Studio
5.1 Mạch động lực

5.2 Mạch điều khiển

16


6. Truyền thông giữa PC và PLC
6.1. Truyền thông Modbus
Modbus hay MODBUS là một giao
thức truyền thông ở tầng Application
theo mơ hình OSI, hỗ trợ giao tiếp theo
mơ hình client/server giữa các thiết bị
kết nối trong nhiều loại bus hoặc mạng
khác nhau. Một hệ thống giao tiếp qua
MODBUS TCP/IP có thể bao gồm các
loại thiết bị khác nhau như: (1) Thiết

bị máy khách và máy chủ MODBUS
TCP/IP được kết nối với mạng TCP/IP; (2) Các thiết bị kết nối như cầu nối, bộ
định tuyến hoặc cổng để kết nối giữa mạng TCP/IP; (3) mạng con nối tiếp cho
phép kết nối các thiết bị đầu cuối, máy khách và máy chủ nối tiếp qua giao thức
MODBUS qua cáp RS 485 hay RJ45.

 Mã định danh giao thức: Được sử dụng để ghép nối các thiết bị máy chủ
MODBUS và máy tớ trong việc lấy dữ liệu và phản hồi trên đường truyền
theo yêu cầu.
 Xác định giao thức : Nó được sử dụng để ghép kênh trong hệ thống. Giao
thức MODBUS được xác định bởi giá trị 11.
 Trường chiều dài: Trường độ dài là số byte của các khối dữ liệu cần truyền,
bao gồm Mã nhận dạng đơn vị và trường dữ liệu.
 Địa chỉ Client: Sử dụng để khai báo các máy tớ (Client) trên đường truyền
có nhiều thiết bị
17


 Mã chức năng hay định danh đơn vị: Trường này được sử dụng cho mục
đích định tuyến trong hệ thống. Nó thường được sử dụng để liên lạc với
MODBUS Server và Client nối tiếp trong mạng MODBUS thông qua các
cổng mạng Ethernet TCP-IP hoặc đường nối tiếp MODBUS RTU. Trường
này được thiết lập bởi máy khách MODBUS trong yêu cầu đọc và ghi các
giá trị trong với sự phản hồi của máy chủ.
6.2 Truyền thông Ethernet
 Ethernet là một dạng công nghệ
truyền thống dùng để kết nối các
mạng LAN cục bộ, cho phép các
thiết bị có thể giao tiếp với nhau
thông qua một giao thức - một bộ

quy tắc hoặc ngôn ngữ mạng
chung.
 Là một lớp giao thức data-link
trong tầng TCP/IP, Ethernet cho
thấy các thiết bị mạng có thể định
dạng và truyền các gói dữ liệu như
thế nào, sao cho các thiết bị khác
trên cùng phân khúc mạng cục bộ
có thể phát hiện, nhận và xử lý các
gói dữ liệu đó. Cáp Ethernet là một hệ thống dây vật lý để truyền dữ liệu
qua.

18


 Giao thức Ethernet được xác định là hoạt động trên cả Layer 1 (Physical
layer) - lớp vật lý - và Layer 2 (Data link layer) - lớp liên kết dữ liệu - trên
mơ hình giao thức mạng OSI. Ethernet xác định hai đơn vị truyền: packet và
framework. Framework không chỉ có nội dung của dữ liệu được truyền mà
cịn bao gồm:
+ Địa chỉ truy cập vật lý (MAC) của cả người gửi và người nhận.
+ Thông tin sửa lỗi để phát hiện sự cố truyền
 Mỗi frame sẽ nằm trong một gói chứa một vài byte thơng tin để thiết lập kết
nối và đánh dấu vị trí framework bắt đầu.
 Cáp Ethernet kết nối các thiết bị mạng với các bộ định tuyến hoặc modem
phù hợp với chúng, các loại cáp khác nhau sẽ hoạt động với các tiêu chuẩn
và tốc độ khác nhau
 Một số loại cáp thông dụng hiện nay

19