Thiết kế hệ thống điều khiển chiết rót , không có đóng nắp bằng PLC S71200 có chương trình

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 tốt nghiệp với nội dung: “Thiết kế hệ thống điều khiển chiết rót tự động
sử dụng WinCC và PLC S7-1200” .
Bản đồ án này được hoàn thành với sự hướng dẫn trực tiếp và nhiệt tình của thầy
giáo Nguyễn Văn Tuấn và các thầy cơ giáo giúp đỡ em nhiệt tình, cùng với sự nỗ lực
của bản thân. Em đã hoàn thành đề tài được giao.
Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm thực tế không nhiều, nên bản đồ án này
khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ,
bạn bè và đồng nghiệp để cho đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!..
Tp.Vinh, ngày…tháng … năm 2022
Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT
1.1. Khái niệm
Hệ thống chiết rót, dập nắp và đóng gói sản phẩm 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 công tác
quản lý sản xuất và tiết kiệm nhân cơng.

Hình 1.1 Máy chiết rót, dập nắp tự động
Máy chiết rót dung dịch là một trong những sản phẩm được sử dụng phổ biến
trên thị trường hiện nay, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp chiết rót mỹ phẩm,
dược phẩm và thực phẩm...
Máy chiết rót dung dịch là công cụ dùng để chiết một thể tích nhất định như: sản
phẩm lỏng và rót vào trong chai, bình, lọ, ...
Máy chiết rót được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm,
dược phẩm, mỹ phẩm. Khi định lượng bằng máy giúp cải thiện được điều kiện vệ sinh,
đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác. Tùy theo
tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ khác nhau ở các bộ phận làm việc chính,
các cơ cấu rót.
1.2. Yêu cầu chung của hê 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.

1.3. Lựa chọn thiết bị cơng nghệ
1.3.1. Cảm biến tiệm cận

Hình 1.2. Cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 và sơ đồ chân
Trong thiết kế sử dụng cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4
Thông số:
-

Điện áp: 6 – 36 VDC

-

Ngõ ra: NPN thường hở

-

Khoảng cách phát hiện: 3 – 30 cm

-

Số dây: 3 dây

-

Dây nâu: VCC

-

Dây xanh dương: GND

-

Dây đen: tín hiệu

1.3.2. Cảm biến quang


Hình 1.3. Cảm biến quang
Chức năng: Cảm biến phản xạ
Thơng số:



Phạm vi phản xạ lăng trụ 0 … 3



Có ánh sáng đỏ, độ dài sóng 624 nm



Điện áp hoạt động 10 … 36 DC (V)



Chuyển đổi tần số DC 1500 Hz,



Tối đa đường kính điểm sáng 80mm.
Cảm biến quang O5G500 có vỏ làm bằng thép khơng gỉ, kích thước 56 x 18,2 x

46,8 mm, trọng lượng 72 g. Hoạt động trong nhiệt độ môi trường -25..60 ° C. Đầu nối:
1 x M12.
1.3.3. Băng tải
Băng tải có cơng dụng đưa vật từ vị trí này sang vị trí khác.
Cấu tạo:
-

Chiều dài băng tải: 1.000 – 6.000 (mm).

-

Chiều rộng băng tải: 300 – 1.000 (mm)

-

Tốc độ điều chỉnh phù hợp với công suất băng tải 5-30 (m/phút).

-

Vật liệu khung băng tải: Khung thép, Inox, khung nhơm định hình…

-

Dây băng tải: Dây PU.


-

Con lăn: Thép, Inox, con lăn bọc cao su …

Hình 1.4. Băng tải
1.3.4. Bộ nguồn 24VDC

Hình 1.5. Bộ nguồn 24VDC
Bộ nguồn 24 VDC cấp nguồn cho PLC và các thiết bị sử dụng điện áp 24VDC
Thông số kỹ thuật:
-

Điện áp ngõ vào: 220 VAC

-

Điện áp ngõ ra: 24 VDC

-

Dòng điện ngõ ra: 7 A

-

Công suất bộ nguồn: 150 W


Hình 1.6. Cấu tạo bộ nguồn 24VDC
Cấu tạo:
-

DC Output Terminals (+V, -V): Ngõ ra điện áp 24VDC

-

Input Terminals (L, N): Ngõ vào điện áp 220 VAC

-

Input Voltage Selector Terminals (VOLTAGE SELECT)

-

V. ADJ Adjuster: Núm điều chỉnh điện áp ngõ ra

-

Output Indicator (DC ON): Đèn báo ngõ ra có điện áp

-

Remote Sensing (+S, −S)

-

Remote Control Terminals (+RC, −RC)

-

ACG Terminal

-

FG Terminal: Võ thiết bị nối đất

-

10. NC Terminals

-

Short Bar

1.3.5. Nút ấn

Hình 1.7. Nút ấn
Thông số kỹ thuật:


-

Model: LA38-11

-

Loại nút nhấn khơng tự giữ

-

Đường kính lỗ gắn: 22mm

-

2 cặp tiếp điểm: 1 NO, 1 NC

-

Điện áp tối đa: 380 VAC

-

Dòng điện tối đa: 10 A

1.3.6. Relay thời gian

Hình 1.8. Relay thời gian
Cấu tạo từ nam châm điện có các tiếp điểm NO và NC
Ưu điểm:
-

Số lượng tiếp điểm lớn.

-

Mức điện áp đa dạng.

-

Chuyển mạch lớn với công xuất nhỏ.

Nguyên lý hoạt động.
Ở trạng thái bình thường, khi chưa cấp nguồn cho relay tiếp điểm NC sẽ đóng và NO
sẽ mỡ ra.
Khi cấp nguồn, cuộn hút sẽ trở thành nam châm điện hút xuống và làm cho tiếp điểm
NC sẽ mở ra và NO sẽ đóng lại.


CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU PLC -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 khơng 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 khơng cần thêm khơng 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 vòng 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 q 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.
Ngồi 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 thông
dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C Thơng 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
thực
Tốc độ thi hành
- Hình dạng bên ngồi (CPU 1214C)

18 us
0.1 us


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 thông 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. Ngôn 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.
2.3 Giới thiệu phần mềm WinCC
Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng
giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và
lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data
Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.
WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển
chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết
lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như
Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng các

sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng
SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển.
WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, cơng ty hàng đầu trong tự động hóa
q trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm
cho PC. Ngồi khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mơ lớn nhỏ
khác nhau, WinCC cịn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mơ tồn
cơng ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing
Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise
Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mơ tồn cầu nhờ hệ
thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới. Ở Việt Nam hệ thống của
Siemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức.
Thơng thường hiện nay có những phiên bản WinCC như sau:
-

WinCC v5.

-

WinCC v6.

-

WinCC Flexible.

Sự khác nhau giữa những phiên bản này là:
WinCC nói chung là một giải pháp truyền thống trong hệ thống của
Seimens . Nếu như trong bản V5.x ngơn ngữ lập trình cho phép là các script C/C++ thì
đến V6.x tích hợp thêm vào đấy là các scrip Visual basic . Điều này giúp cho WinCC
trở nên thân thiên hơn với các kỷ sư tích tích hợp hệ thống vốn quen thuộc với VB, là

ngơn ngử có thế mạnh trong việc xây dựng giao diện người dùng,về một khía cạnh nào
đó là một cơng cụ rất hữu ích cho những người lập trình khơng thực sự chuyên sâu về
mặt công nghệ thông tin hay kỉ thuật lập trình, hay đơn thuần là thời gian hoàn thành
dự án nhanh.
WinCC theo như khuyến cáo của Seimens là chương trình sử dụng để xây dựng hệ
thống Scada cho một nhà máy, một dây chuyền công nghệ lớn.
WinCC Flexible: Có khả năng lập trình mềm dẻo và linh hoạt hơn so với WinCC
bởi sự tích hợp khả năng lập trình giao điện HMI cho các dịng màn hình cảm ứng của
Seimens.
WinCC Flexblle có thể dùng được cho việc lập trình cho nhứng trạm ở cấp thấp
với các màn hình cảm ứng, PLC trong các quy trình cơng nghệ nhỏ.
WinCC Flexible 2007 hỗ trợ sẵn OPC cho khá nhiều PLC thông dụng như FX của
Misubishi . LG . Omron…
Về cảm nhận của người dùng: Có lẽ WinCC Flexble thân thiện hơn trong giao
diện lập trình bởi sự gần gũi hơn trong việc bố trí các panel gần giống hơn với một số
ngơn ngữ lập trình trên nền Window như VB hay VC … Việc khai báo các kết nối
OPC ngoài cũng thuận tiện hơn bởi WinCC Flexible tự nhận các OPC hiện có trong hệ
thống người dùng chỉ phải lựa chọn bằng việc kích chọn thay vì phải khai báo chính
xác tên các OPC như trong WinCC v5.x hay v6.x.
Phát triển một dự án trên WinCC xét trên khía cạnh người dùng quan tâm đến
một số vấn đề sau:
Khả năng tương thích của phần mềm với các thiết bị sử dụng trong nhà máy.
Liên kết WinCC với các thiết bị:
Về cơ bản WinCC tích hợp sẵn các OPC cho phép giao tiếp với các PLC hoặc
các thiết bị khác theo các chuẩn công nghiệp: MODBUS. PROFIELD BUS đồng thời
trong WinCC cũng tích hợp sẵn các OPC cho phép liên kết với các PLC của một số
hãng lớn như ABB, GE hoặc dòng FX của Misubishi.
WinCC là một hệ thống diều khiển trung lập có tính cơng nghiệp và có tính kỹ
thuật hệ, thống màn hình đồ họa và điều khiển nhiệm vụ trong sản xuất và tự động hóa

quá trình. Hệ thống này đưa ra những modul chức năng tích hợp cơng nghiệp cho hiển
thị đồ họa, những thơng báo, những lưu trữ, và những báo cáo. Nó là một trình điều
khiển mạnh, nhanh chóng cập nhật các ảnh, và những chức năng lưu trữ an toàn đảm


bảo một tính lợi ích cao đem lại cho người vận hành một giao diện trực quan dễ sử
dụng, có khả năng giám sát và điều khiển q trình cơng nghiệp theo chế độ thời gian
thực.
Ngoài những chức năng hệ thống WinCC đưa các giao diện mở cho các giải pháp của
người dùng. Những giao diện này làm cho nó có thể tích hợp trong những giải pháp tự
động hóa phức tạp, các giải pháp cho công ty mở. Sự truy nhập tới cơ sở dữ liệu tích
hợp bởi các giao diện chuẩn ODBC và SQL, sự lồng ghép những đối tượng và những
tài liệu được tích hợp bởi OLE 2.0 và OLE Custom Controls (OCX).Những cơ chế làm
này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, đễ truyền tải trong môi trường Windows.
Để xây dựng giao diện HMI bằng phần mềm WinCC thì cấu hình phần cứng phải
bao gồm thiết bị PLC S7-xxx và cấu hình phần cứng tối thiểu của máy tính cho việc sử
dụng phần mềm WinCC và các thiết bị khác phục vụ cho việc truyền thơng.
WinCC hỗ trợ cho tất cả các máy tính- những nền tảng PC thích hợp mặc dù giá trị
đưa ra cho cấu hình tối thiểu nhưng bạn phải nhắm đạt được cấu hình khuyến cáo để
đạt được hiệu quả tối ưu.
Bảng 2.1: Các thông số của WinCC.
Tên thiết bị
CPU
RAM
Graphics Controller
Resolution
Hard Disk
WinCC dựa trên hệ

Yêu cầu tối thiểu

Nên sử dụng
Pentum II 266 MHz
Pentum II 400 MHz
96 MB
128MB
SVGA (4MB)
XGA (8MB)
800*600
1024*768
500 MB trống
>500 MB
điều hành MS 32 bit – Windows 95 hoặc Windows NT,

bảo đảm phản ứng nhanh để xử lý những sự kiện và chống lại sự mất mát dữ liệu bên
trong, tạo ra một sự an toàn cao một dự án nhiều người dùng. Windows NT cũng đưa
những hàm được tạo ra cho sự an toàn và phục vụ như những thao tác cơ sở cho Server
trong một dự án WinCC nhiều ng sử dụng. phần mềm WinCC là một ứng dụng 32 bit
phát triển với công nghệ phần mềm hiện đại, hướng đối tượng nhất
Cấu trúc Control Center như sau:
Control Center
WinCC Explorer trong Control Center: giao diện đồ họa cho cấu hình dưới Windows
95 và Windows NT.
Quản Lý Dữ Liệu: cung cấp ảnh quá trình với những Tag giá trị theo các loại sau:
Chu kỳ.