Đồ án ứng dụng plc s7 200, s7 300 điều khiển băng tải dừng thuận

N HC PHN III

1.Tên đề tài : " ứng dụng plc S7-200,S7-300 Điều khiển băng tải dừng thuận".
Nhấn start :
§/C §1quay sau 5s ->§2quay sau 5s -> §3quay sau 5s -> §4quay sau 5s ->
§5quay,sau 5s §/C §1dõng sau 5s ->§2dõng sau 5s -> §3dõng sau 5s ->
§4dõng sau 5s -> Đ5dừng.Sau 5 chu kỳ mạch tự động dừng .
Khi có sự cố nhấn stop mạch tự động dừng .
2.

Yêu cầu thực hiện:
1- Cơ sở lý thuyết của tự động hóa .
2- Tìm hiểu quá trình công nghệ.
3- Xây dựng mạch điều khiển và mạch động lực cho hệ thống ở 2 chế độ:
Bằng tay và tự động.
4- Viết chơng trình điều khiển bằng S7-300.
5- Mô phỏng quá trình .

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

1


…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
………………………………………………

LỜI NÓI ĐẦU

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

2


Đất nước đang càng ngày càng phát triển, quá trình cơng nghiệp hố,
hiện đại hố đang diễn ra mạnh mẽ. Song song với sự gia tăng các nhà máy,
đó là trình độ kĩ thuật của nước ta đã tăng lên đáng kể, đang dần bắt kịp với
thế giới, đã ứng dụng các kĩ thuật hiện đại vào trong sản xuất giúp tăng năng
suất, giảm sức lao động của con người …từ đó giảm giá thành sản phẩm,
tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất. Có được những lợi ích đó là do các nhà
máy đã tự động hóa q trình sản xuất nhờ việc sử dụng các thiết bị điện,
điện tử, cơ khí…Một thiết bị rất quan trọng góp phần tự động hóa trong nhà
máy đó là PLC và PLC của hãng Siemens đang được sủ dụng phổ biến nhất
trong các khu cơng nghiệp lớn. Vì vậy việc tìm hiểu về và biết sử dụng PLC
là rất quan trọng đối với các sinh viên nghành kĩ thuật.

Với đề tài “Ứng dụng PLC trong việc điều khiển Băng tải dừng
thuận"
Em đã có cơ hội để tìm hiểu về PLC và đặc biệt là PLC của hãng Siemens
để có thể ứng dụng khi ra trường làm việc trong các nhà máy. Để có được

điều đó phần lớn là nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy
Trần Đức Chuyển và các thầy cơ khoa : Điện – Điện Tử .
Đề tài lần này của em chỉ là một ứng dụng của PLC nhưng do lần đầu
làm quen với công nghệ PLC nên dù đã rất cố gắng hồn thành đề tài nhưng
em cũng khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong thầy cơ
và các bạn đóng góp ý kiến để em hoàn thiện được đề tài.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Nam Định tháng 10 năm 2010
Sinh viên thực hiện : Trần Văn Thực
Trần Thắng

PHẦN 1 :TỔNG QUÁT VỀ PLC
SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

3


I.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN :

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (programmable controller) đã
được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Moto Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử
dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. 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. Qua quá trình
vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới
cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là :Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang
(The diagroom format). Trong những năm đầu thập niên 1970, những
hệ thống PLC cịn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hổ

trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật”
(datamanipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy
tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều
khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn. Sự phát
triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay đã
làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở
rộng: hệ thống ngõ vào/ra có thể tăng lên đến 8.000 cổng vào/ra, dung
lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (word of
memory). Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các
hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng
của từng hệ thống riêng lẻ.

Một bộ vi xử lý (CPU) ,một hệ điều hành ,bộ nhớ để lưu chương trình điều
khiển ,dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với đối tương điều khiển và
trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh.
Bài tốn điều khiển số ,PLC cịn cần phải có khối chức năng đặc biệt khác
như bộ đếm ( Counter) ,bộ định thì (Timer ) …và những khối chuyên dùng.

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

4


SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

5

Hệ thống điều khiển sử dụng PLC

Các module của PLC S7 -200,S7-300,kết nối máy tính và PLC

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

6


Module CPU là module chứa bộ vi xử lý ,hệ điều hành ,bộ nhớ,các bộ định
thì ,bộ đếm cổng truyền thơng (RS 485) …cịn có một vài cổng vào/ra
số .Các cổng vào/ra omboard như CPU 314FM .
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại mơ dun khác nhau .Nói chung chúng
được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong module CPU 312,module CPU 314 …
Những module cùng sử dụng mội loại vi xử lý ,nhưng khác nhau về cổng
vào/ra omboard
Và các module cổng truyền thơng ,trong đó có cổng truyền thơng thứ hai có
chức năng chính là phục vụ nối mạng phân tán như mạng PROFIBUS .Các
loại module này phân biệt với module khác bằng cách thêm cụm từ DP.

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

7

II . Các loại PLC
1. Các sản phẩm của Siemens có rất nhiều loại như: LOGO , S7-200 ,
S7-300,400 Màn hình ,dịng C7
Với đồ án 3 này em giới thiệu loại PLC S7-300 của hãng Siemens được
dùng hiện nay.
PLC Step 7 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC
hỗn hợp vừa đơn khối vừa đa khối. Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một
đơn vị cơ bản sau đó có thể ghép thêm các module mở rộng về phía bên
phải. Có các module mở rộng tiêu chuẩn. Những module ngoài này bao gồm
những đơn vị chức năng mà có thể tổ hợp lại cho phù hợp với những nhiệm
vụ kỹ thuật cụ thể.
2. PLC S7-300
Modul CPU khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý lệnh. Loại
312IFM, 314IFM khơng có thẻ nhớ. Loại 312IFM, 313 khơng có pin ni.
Loại 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có cổng truyền thơng DP. Các đèn báo có ý
nghĩa sau:
SF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay mềm,

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

8


BATF ... (đỏ) ... lỗi pin nuôi,
DC5V ... (lá cây) ... nguồn 5V bình thường,
FRCE ... (vàng ) ... force request tích cực
RUN ... (lá cây) ... CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w. 1 Hz;

mode HALT w. 0.5 Hz
STOP mode ... (vàng) ... CPU mode STOP hay HALT hay start-up;
LED chớp khi memory reset request
BUSF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS

Khóa mode có 4 vị trí:
RUN-P chế độ lập trình và chạy
RUN
chế độ chạy chương trình
STOP
ngừng chạy chương trình
MRES reset bộ nhớ

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

9


Thẻ nhớ có thể có dung lượng từ 16KB đến 4MB, chứa chương trình
từ PLC chuyển qua và chuyển chương trình ngược trở lại cho CPU.
Pin ni giúp ni chương trình và dữ liệu khi bị mất nguồn (tối đa 1
năm), ngồi ra cịn ni đồng hồ thời gian thực. Với loại CPU khơng có pin
ni thi cũng có một phần vùng nhớ được duy trì.
Thơng qua cổng truyền thơng MPI (MultiPoint Interface) có thể nối :
máy tính lập trình, màn hình OP (Operator panel) , các PLC có cổng MPI
(S7-300, M7-300, S7-400, M7-400, C7-6xx), S7-200, vận tốc truyền đến
187.5kbps (12Mbps với CPU 318-2, 10.2 kbps với S7-200) . Cổng Profibus
–DP nối các thiết bị trên theo mạng Profibus với vận tốc truyền lên đến

12Mbps.
+ PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
- CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM,
314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2,
- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321,
SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374
- Module chức năng FM
- Module truyền thông CP
- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác,
dòng 2A, 5A, 10A
- Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

10


Các module được gắn trên thanh rây như hình dưới, tối đa 8 module
SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus
connector gắn ở mặt sau của module . Mỗi module được gán một số slot tính
từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế
mang số 4…

Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và
CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát
IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack
này có module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module
SM/FM/CP. Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m. Các module được đánh

số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra
tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý
cho các module

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

11


Mỗi địa chỉ tương ứng với một byte. Với các module số địa chỉ một
ngõ vào hay ra là x.y, x là địa chỉ byte, y có giá trị từ 0 đến 7. Ví dụ module
SM321 DI 32 có 32 ngõ vào gắn kế CPU slot 4 có địa chỉ là I0.y, I1.y, I2.y,
I3.y, I là ký hiệu chỉ ngõ vào số. Module analog có địa chỉ theo word, ví dụ
module SM332 AO4 có 4 ngõ ra analog gắn ở slot 5 rack 1 có địa chỉ
PQW400, PQW402, PQW404, PQW406, ngõ ra số có ký hiệu là Q cịn ngõ
vào analog ký hiệu là PIW.
SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

12


Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở
rộng
- CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7,
I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0…Q124.5.
- CPU 313C: 24 DI I124.0..126.7, 16DO Q124.0..125.7, 5 ngõ vào

tương đồng AI địa chỉ 752..761, hai ngõ ra AO 752..755
CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.0 … I126.3; 16 ngõ ra số Q124.0 …
Q125.7; 4 ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một
ngõ ra tương đồng PQW128

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

13


Về mạng PROFIBUS-DP trong thực tế:

Nguyên tắc lắp đặt một PLC S7-300

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

14


Ưu điểm:
So với dịng sản phẩm S7-200 thì S7-300
+ Đây là loại sản phẩm cao cấp , được dùng trong những ứng dụng lớn
với những I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh yêu cầu kết nối mạng . Và
có khả năng mở rộng
+ Ngơn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền lựa chọn
+ Đặc điểm nổi bật của S7-300 đó là ngơn ngữ lập trình cung cấp

những hàm tốn đa dạng cho u cầu chuyên biệt : Hàm SCALE…
+ S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc Modul , nghĩa là đối với
S7-300 sẽ có những Modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt như :
Modul PID , Modul đọc xung tốc độ cao
+ Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích
nghi nhanh với mọi chức năng điều khiển. Khi đã được lắp ghép thì PLC sẵn
sàng làm việc ngay. Ngồi ra nó cịn được sử dụng lại cho các ứng dụng
khác dễ dàng.
+ Dễ dàng thay đổi chương trình: Những thay đổi chương trình được tiến
hành đơn giản. Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển
đang được sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác, gần như
không cần mắc nối lại dây (tuy nhiên, có thể vẫn phải nối lại nếu cần thiết).
Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả.
+ Đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và các đầu ra thì có
thể đánh giá được kích cỡ u cầu của bộ nhớ hay độ dài chương trình. Do
đó, có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các u cầu
cơng nghệ đặt ra.
Ngồi ra S7- 300 cịn dùng CPU quản lý hệ thống
- Nhược điểm:

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

15


+ Giá thành của bộ PLC S7-300 dang còn cao so với bộ LOGO , hay
PLC S7- 200

2. Phương pháp lập trình LAD ( Ladder logic).

LAD là ngơn ngữ lập trình bằng đồ họa , những thành phần cơ bản dùng
trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng Rơle
3 .Phương pháp lập trình hình khối FBD (Function block diagram).

Đây là một cách lập trình kiểu đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế
mạch điều khiển số.

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

16


PHẦN 2: TÌM HIỂU Q TRÌNH CƠNG NGHỆ
Hệ thống băng tải được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực,có thể dụng để vận
chuyển, dây chuyền sản xuất, cơng trình xây dựng trạm thủy điện và bến
càng ,băng tải công nghiệp ,băng tải gạch ,băng tải xi măng vv, phòng sản
xuất trong khai tháo mỏ, luyện kim ,hóa chất ,đúc, vật liệu xây dựng vv, có
thể vận chuyển vật liệu rời hoặc vật phẩm thành kiện, để đáp ứng từng yêu
cầu dây chuyền sản xuất về hình thức phân bố và căn cứ u cầu cơng nghệ
vận chuyển, có thể chỉ dụng một máy vận chuyển , cũng có thể tổ hợp nhiều
băng tải hoặc cấu hành với thiết bị băng chuyền khác hoặc hệ thống băng tải
ngang hoặc băng tải nghiêng, để thực hiện tính liên tục và tự động hố trong
khâu sản xuất, nâng cao năng xuất và giảm bớt cường độ lao động.Tùy vào
các trường hơp và khâu sản xuất mà chúng ta sử dụng đảm bảo tăng năng
xuất và chi phi lắp đặt dễ .
Trong giới hạn đồ án này băng tải được điều khiển dừng thuận gồm có 5

động cơ chạy theo chu kỳ .
Khi ta nhấn nut Start động cơ Đ/C Đ 1 quay sau 5s -> Đ 2 quay sau 5s -> Đ
3 quay sau 5s -> Đ 4 quay sau 5s -> Đ 5 quay,Sau 5s Đ/C Đ 1dừng sau 5s ->
Đ 2 dừng sau 5s -> Đ 3 dừng sau 5s -> Đ 4 dừng sau 5s -> Đ 5 dừng.Sau 5
chu kỳ mạch tự động dừng.
Khi có sự cố nhấn nút Stop mạch tự động dừng.

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

17


PHẦN 3: XÂY DỰNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ
MẠCH ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG Ở 2 CHẾ
ĐỘ: BẰNG TAY VÀ TỰ ĐỘNG
Sơ đồ kết nối PLC

SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

18


SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

19


Nguyên lý :Khi nhấn nút MA .Cuộn A có điện đóng tiếp điểm A mạch điều
khiển chọn chế độ auto .Tiếp điểm A đóng mạch điều khiển đã được cung
cấp điện .Nhấn nút MAO mạch bắt đầu hoạt động cấp điện cho cuộn Y và có
tiếp điểm Y duy trì đồng thời cấp điện cho cuộn K1 đóng tiếp điểm K1 bên
mạch động lực ,động cơ 1 quay .
Sau thời gian 5s Tg1 đếm tiếp điểm Tg1 thương mở đóng lại cấp điện cho
Tg2 đếm ,đồng thời cấp điện cho cuộn K2 đóng tiếp điểm K2 bên mạch
động lực động cơ 2 quay.Sau thời gian 5s Tg2 thường mở đóng lại cấp điện
cho Tg3 đếm và cấp điện cho cuộn K3 đóng tiếp điểm K3 bên mạch động
lực động cơ 3 quay . Sau thời gian 5s Tg3 thương mở đóng lại cấp điện cho
Tg4 đếm và cấp điện cho cuộn K4 đóng tiếp điểm K4 bên mạch động lực
động cơ 4 quay . Sau thời gian 5s Tg4 thương mở đóng lại cấp điện cho Tg5
đếm và cấp điện cho cuộn K5 đóng tiếp điểm K5 bên mạch động lực động
cơ 5 quay . Sau thời gian 5s Tg5 thường mở đóng lại cấp điện cho Tg6 đếm
và tiếp điểm Tg5 thường đóng mở ra cắt điện cho cuộn K1 mất điện mở tiếp
điểm K1 bên mạch động lực động cơ 1 dừng. Sau thời gian 5s Tg6 thường
mở đóng lại cấp điện cho Tg7 đếm và tiếp điểm Tg6 thường đóng mở ra cắt
điện cho cuộn K2 mất điện mở tiếp điểm K2 bên mạch động lực động cơ 2
dừng. Sau thời gian 5s Tg7 thường mở đóng lại cấp điện cho Tg8 đếm và
tiếp điểm Tg7 thường đóng mở ra cắt điện cho cuộn K3 mất điện mở tiếp
điểm K3 bên mạch động lực động cơ 3 dừng. Sau thời gian 5s Tg8 thường
mở đóng lại cấp điện cho Tg9 đếm và tiếp điểm Tg8 thường đóng mở ra cắt
điện cho cuộn K4 mất điện mở tiếp điểm K4 bên mạch động lực động cơ 4
dừng.Đồng thời cuộn D có điện đóng tiếp điểm D đóng lại làm cảm biến C
tác động . Sau thời gian 5s Tg9 thường mở đóng lại cấp điện cho Tg10 đếm
và tiếp điểm Tg9 thường đóng mở ra cắt điện cho cuộn K3 mất điện mở tiếp
điểm K3 bên mạch động lực động cơ 5 dừng.Sau 5 chu kỳ cảm biền C báo

cuộn M có điện đồng thời ngắt tiếp điểm M.Làm mạch mất điện hệ thống
dừng.Nhấn nút D mạch mất điện hệ thống dừng hoạt động.
Nhấn nút MB chọn chế độ bằng tay.Cuộn B có điện đóng tiếp điểm duy trì
B.Nếu nhấn nút B1O cấp điện cho cuộn K1 đóng tiếp điểm K1 bên mạch
động lực ,động cơ 1 quay . Nếu nhấn nút B1F cấp điện cho cuộn K1 đóng
tiếp điểm K1 bên mạch động lực ,động cơ 1 dừng.Các động cơ khác tương
tự.

CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
BẰNG S7-300
SVTH : TRẦN VĂN THỰC - TRẦN THẮNG

GVHD:TRẦN ĐỨC CHUYỂN

20