4.Thiết Kế hệ thống băng chuyền Phân loại sản Phẩm dùng VĐK AT89S52

Lời Mở Đầu
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin
ngày càng cao đem lại nhiều lợi ích cho con người nhằm giảm thiểu tối đa
sức lao động của con người trong quá trình sản xuất. Mức độ tự động hóa
tại các phân xưởng và nhà kho cũng như các khu vực quản lý điều hành vẫn
tiếp tục được nâng cao. Ngày càng nhiều các thiết bị tiên tiến đòi hỏi khả
năng xử lý, mức độ hoàn hảo, sự chính xác của các hệ thống sản xuất ngày
một cao hơn, đáp ứng nhu cầu sản xuất về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ
ngày càng cao của xã hội.
Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa tại các phân xưởng, nhà kho
và các khu vực điều hành quản lý vẫn đang tiếp tục được nâng cao cùng với
kiến thức đã được học trong trường, chúng em đã nghiên cứu và thực hiện
đề tài thiết kế dây truyền phân loại và đếm sản phẩm theo đặc tính kích
thước kết hợp điều khiển trên máy tính qua phần mềm giao diện WinCC.
Đây chỉ là một phần nhỏ trong quy trình sản xuất, tuy vậy chúng em mong
rằng với đề tài này chúng em sẽ củng cố được kiến thức đã được học trong
trường và ứng dụng một phần nhỏ trong sản xuất.
Nội dung đề tài
Chương I: Sơ Lược Về Đề Tài Mô Hình Phân Loại Sản Phẩm
Chương II: Giới Thiệu PLC S7-200, Phần Mềm Step Microwin Và
Phần Mềm WinCC
Chương III: Lập Trình PLC Và Tạo Giao Diện WinCC
Chương IV: Thiết Kế, Xây Dựng Mô Hình Và Nhận Xét
Do hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tế, vừa tìm hiểu, vừa học hỏi
trong quá trình thực hiện nên không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất
mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn
thiện hơn.
Ngày 20 tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Phạm Hữu Cao
2

Lời Cảm Ơn
Trên con đường học vấn của mình, tới nay chúng em đã đi qua bao
chặng đường từ tiểu học, trung học cơ sở, trung học phổ thông và hiện bây
giờ là giảng đường đại học. Và cứ đi qua mỗi chặng đường như vậy thì
chúng em lại được trưởng thành hơn cả trong kiến thức chuyên sâu lẫn
trong suy nghĩ. Với chúng em thì môi trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
với quãng thời gian dài 5 năm đã trở thành một khoảng thời gian không thể
nào quên. Ở ngôi trường này, chúng em đã được tiếp thu, học tập những
kiến thức chuyên môn trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật. Không những thế
Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng còn là nơi cho chúng em tôi luyện, rèn giũa
ngọn lửa tinh thần, lòng đam mê khoa học. Hơn thế nữa, tất cả những điều
đó sẽ trở thành hành trang tốt cho chúng em, để cho chúng em thêm vững
bước trên con đường sự nghiệp của mình.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Nguyễn Quốc Định.
Thầy đã trực tiếp hướng dẫn, theo sát, ân cần chỉ bảo chúng em từng bước,
thúc đẩy chúng em hoàn thành đồ án đúng tiến độ.
Bên cạnh đó, gia đình đã trở thành nguồn động viên to lớn về vật
chất lẫn tinh thần giúp chúng em thêm can đảm, tự tin để hoàn thành đồ án
này. Xin gửi lời biết ơn vô vàn tới cha, mẹ đã luôn ủng hộ con trong suốt
thời gian qua.
Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành tới các bạn cùng lớp, khoa đã có
những giúp đỡ kịp thời, những đóng góp ý kiến thật lòng trong suốt thời
gian làm đồ án, giúp cho đồ án hoàn thiện hơn.
Ngày 20 tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Phạm Hữu Cao
3
Lời Cam Đoan
Đây là đề tài lớn nhất trong quá trình học đại học của chúng em, tuy với sự
hiểu biết có hạn và khó khăn trong việc tìm kiếm thiết bị, vật dụng. Nhưng

chúng em đã cố gắng tự mình xoay sở và chúng em xin cam đoan đề tài của
chúng em là tự thực hiện không phải là sản phẩm mua hay bản sao từ người
khác.
Sinh viên thực hiện
Phạm Hữu Cao
Trần Đức Sáng
4
Nhận Xét Của Giảng Viên Hướng Dẫn
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
5
Nhận Xét Của Giảng Viên Phản Biện
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
6
Mục lục
Lời Mở Đầu 1
Lời Cảm Ơn 2
Nhận Xét Của Giảng Viên Hướng Dẫn 4
Nhận Xét Của Giảng Viên Phản Biện 5
Chương 1 8
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 8
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 8
1.2. CÁC LOẠI BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 8
1.2.1. Giới thiệu chung 8
1.2.2. Các loại băng tải hiện nay 9
1.2.3. Tỷ lệ truyền của băng tải 14
Chương 2 15
TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200, PHẦN MỀM STEP MICROWIN VÀ PHẦN MỀM
WINCC 15
2.1. GIỚI THIỆU PLC S7-200 15

2.1.1. Giới thiệu chung 15
2.1.2. Sơ đồ khối 17
2.1.3. Cấu hình phần cứng 19
2.1.4. Các vùng nhớ 21
2.1.5. Kết nối với máy tính 24
2.1.6. Giới thiệu chung về CPU 224 sử dụng trong mô hình 26
2.2. PHẦN MỀM STEP MICROWIN 27
2.2.1. Các phần tử cơ bản trong chương trình PLC S7-200 27
2.2.2. Phần ngôn ngữ lập trình 29
2.3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC 30
2.3.1. Giới Thiệu Chung 30
2.3.2. Cấu Hình WinCC 33
2.4. PHẦN MỀM PC ACCESS KẾT NỐI PLC VÀ WINCC 45
2.4.1. Bước 1: Tạo Tag trong phần mềm PC Access 1.0 45
2.4.2. Bước 2: Kết nối biến với WinCC 48
Chương 3 51
LẬP TRÌNH PLC,TẠO GIAO DIỆN WINCC 51
3.1. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH PLC 51
3.1.1. Thuật Toán 51
3.1.2. Chương trình 53

Code chương trình. 54
Xem phụ lục trang 85 54
3.2. Thiết Kế Giao Diện WinCC 55
3.2.1. Tạo biến liên kết trên PC-Access 1.0 55
3.2.2. Giao diện 55
3.2.3. Code bằng ngôn ngữ C trên WinCC 56
Xem phụ lục trang 94 56
Chương 4 57
THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 57

4.1. CẤU TẠO MÔ HÌNH 57
4.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH 58
7
4.2.1. Chế độ hoạt động tự động 59
4.2.2. Chế độ hoạt động bằng tay 59
4.3. GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 60
4.3.1. Động Cơ Một Chiều 60
4.3.2. Cảm Biến E3F3 – D31 63
4.3.3. Rơle 66
4.3.4. Bình Chứa Khí Nén 70
4.3.5. Xy lanh 73
4.3.6. Van Đảo Chiều 74
4.4. HÌNH ẢNH THỰC TẾ CỦA MÔ HÌNH 81
4.5. ỨNG DỤNG 82
4.5.1 . Ứng dụng trong sản xuất gạch 82
4.5.2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm 83
4.6. NHẬN XÉT 85
4.6.1. Ưu điểm của mô hình 85
4.6.2. Khuyết điểm 85
Phụ lục 86
8
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG BĂNG CHUYỀN PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật,
kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan
trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động
hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó
một cách hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật

thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói
riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu
công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng tôi đã thấy
được nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong
những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng
sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống
nâng gắp phân loại sản phẩm. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa
và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những
khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân xông, chính vì vậy
nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã được
nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức đã được học, và
mong muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm
bảo được độ chính xác cao về kích thước. Nên tôi đã quyết định thiết kế và
thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm vì nó
rất gần gũi với thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có
kích thước tương đối chính xác và nó còn thật sự rất ý nghĩa đối với chúng
tôi được góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng
tầm với sự phát triển của thế giới.
1.2. CÁC LOẠI BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1.2.1. Giới thiệu chung
Băng tải thường dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời
theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất,
các thiết bị này được sủ dụng rộng rãi như những phương tiện để vận
chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển
quạng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển
nhiên liệu.
9
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật
liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công
nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn

thành, chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời
cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được.
1.2.1.1. Ưu điểm của băng tải
-Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo
các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm
nghiêng.
-Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản,
bảo dưỡng dể dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng
so với máy vận chuyển khác không lớn lắm.
1.2.1.2. Cấu tạo chung của băng tải
1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo
và các yếu tố làm việc.
1.2.2. Các loại băng tải hiện nay
1. 2.2.1. Băng tải bố NN
 Cấu tạo
Hình 1.1: Băng tải bố NN
 Băng tải bố NN gồm nhiều sợi dọc /ngang đểu là Nylon, có
các thành phần gồm: cao su mặt trên + lớp bố + cao su mặt dưới. Lớp bố
của băng tải loại này duy trì sức căng cũng như tạo độ bền cho kết cấu băng
tải, chịu lực nén và kéo tải, chịu nhiệt 100
0
C tới 600
0
C.
 Đặc điểm
10
 Cường lực chịu tải lớn: chịu lực gấp 5 lần sợi Cotton.

 Chịu lực va đập lớn: sợi Nylon là loại sợi tổng hợp chịu sự va
đập rất tốt nên các tác động ngoại lực hầu như không ảnh hưởng đến chất
lượng bố.
 Chịu axit, chịu nước và một số loại hóa chất khác.
 Chống được lão hóa do gấp khúc, uốn lượn nhiều trong sử
dụng.
 Tăng cường sự bám dính giữa sợi và cao su, đồng thời giảm
thiểu việc tách tầng giữa các lớp bố.
 Rất bền nếu phải hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp.
 Độ dai cực lớn,nhẹ và làm tăng lên sức kéo của motor dẫn đến
giảm tiêu thụ điện.
Hình 1.2. Thông số cấu tạo băng tải
 Ứng dụng
 Băng tải NN có đặc tính mềm dẻo, dai và hiện được coi là loại
bố chịu lực phổ thông và có nhiều ưu điểm vượt trội.
 Thường dùng để tải than, sỏi, đá (các cỡ), cát, quặng sắt, xi
măng, than, gỗ… Không dùng để tải các vật liệu chịu nhiệt trên 600
0
C hoặc
các bề mặt có chất dầu.
11
 Băng tải bố NN chiếm từ 60-70% trên thị trường hiện nay do
tính kinh tế và nhẹ của nó.
1.2.2.2. Băng tải con lăn
Hình 1.3: Băng tải con lăn
 Băng tải có thể nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vận
chuyển.
 Dùng để vận chuyển các sản phẩm đã đóng thùng, có trọng
lượng lớn.
1.2.2.3. Băng tải cáp thép

 Cấu tạo
 Băng tải lõi thép gồm nhiều lõi cáp thép được sắp xếp theo
chiều dọc ở những khoảng cách từ 10 đến 15mm, lớp cáp thép này là phần
chịu lực tải chính giữ cho băng tải luôn chạy đúng hướng bao quanh nó là
lớp phủ cao su mặt trên và mặt dưới.
 Lớp cáp thép sẽ được liên kết với nhau bằng một phương pháp
đặt biệt, sự liên kết này giúp cho băng tải không có bất kỳ sự cố nào xảy ra
12
trong suốt quá trình sử dụng, cao su mặt và cao su bao phủ cáp thép được
chế tạo theo những tính chất riêng.
 Ký hiệu thông thường các loại băng tải cáp thép: ST-500,ST-
630,ST-800 và cao nhất tới ST-7000, độ dày có thể lên tới 50mm. Băng tải
cáp thép thường rất nặng như loại ST-1000, khổ 1 mét có thể lên tới
25Kg/m. Vì vậy thường chỉ dài 150m/cuộn.
 Đặc điểm
 Băng tải cáp thép chủ yếu sử dụng tại các hệ thống truyền tải
có chiều dài lớn trên 300m, do có thể chịu được cường lực rất cao.
Hình 1.4: Băng tải cáp thép
 Các sợi cáp thép được bố trí song song đều nhau theo chiều
dọc băng tải và rải đều trên toàn mặt băng tải.
 Băng tải cáp thép có tỷ lệ dãn dư cực thấp dưới 1% kể cả
trong điều kiện toàn tải.
 Băng tải cáp thép có độ bền tuyệt hảo nhất trong các loại băng
tải.
 Toàn bộ cáp thép trước khi lưu hóa phải được xử lý tráng
ngoài tạo bám dính với lớp cao su bao quanh và đây là yếu tố quang trọng
nhất khi chọn băng tải. Lớp cao su mặt được chế tạo đặc biệt để chống lại
các lực xé rách từ mọi hướng.
13
 Có những băng tải thép có tuổi thọ tới 15- 20 năm trong điều

kiện vận hành liên tục hiệu quả kinh tế là rất lớn.
Hình 1.5. Thông số băng tải cán thép
1.2.2.4. Băng tải bố EP
 Cấu tạo và đặc điểm
 EP ký hiệu là băng tải có vải bố chịu lực bằng sợi tổng
hợp Polyester làm sợi dọc và sợi Nylon làm sợi ngang.
 Độ dãn băng tải rất nhỏ làm cho hành trình khởi động
ngắn hơn do vậy tiết kiệm điện hơn. Băng chuyền khởi động êm,
đặc biệt là đối với băng chuyền có độ dài lớn.
 Chịu ẩm tốt hơn các loại bố khác, vì sợi Polyester có
đặc điểm chịu ẩm, nước rất tốt do đó tuổi thọ băng kéo dài hơn
đặc biệt khi gặp ẩm cao, chịu nhiệt rất tốt khi dưới 150
0
C , chịu
hóa chất cực tốt.
14
 Ưu điểm
Độ dãn rất thấp nhỏ hơn 4%, vì vậy bề mặt cao su không bị rạng nứt tránh
được hiện tượng thẩm thấu - tác nhân gây lão hóa tới các lớp bố .
Hình 1.6. Thông số băng tải bố EP
1.2.3. Tỷ lệ truyền của băng tải
Ta có:
2
1
1
2



N

N
Với N1 : là số vòng quay của buli băng tải.
N2: là số vòng quay của động cơ.
θ1, θ2 : là đường kính của buli băng tải, buli động cơ.
15
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200, PHẦN MỀM STEP
MICROWIN VÀ PHẦN MỀM WINCC
2.1. GIỚI THIỆU PLC S7-200
2.1.1. Giới thiệu chung
Trong các hệ thống sản xuất, trong các thiết bị tự động và bán tự động, hệ
thống điều khiển đóng vai trò điều phối toàn bộ các hoạt động của máy
móc thiết bị. Các hệ thống máy móc và thiết bị sản xuất thường rất phức
tạp, có rất nhiều đại lượng vật lý phải điều khiển để có thể hoạt động đồng
bộ hoặc theo một trình tự công nghệ nhất định nhằm tạo ra một sản
phẩm mong muốn.
Từng đại lượng vật lý đơn lẻ có thể được điều khiển bằng
một mạch điều khiển cơ sở dạng tương tự hay gián đoạn. Điều khiển
nhiều đại lượng vật lý đồng thời chúng ta không thể dùng các mạch điều
khiển tương tự mà phải sử dụng hệ thống điều khiển logic. Trước đây các
hệ thống điều khiển lôgíc được sự dụng là hệ thống logic rơ le. Nhờ sự phát
triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển lôgíc khả lập
trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện vào năm 1969
thay thế các hệ thống điều khiển rơ le. Càng ngày PLC càng trở nên hoàn
thiện và đa năng. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thể
hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế
các thiêt bị điều khiển tương tự. Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp.
Chức năng chính của PLC là kiểm tra trạng thái của các đầu vào và
điều khiển các quá trình hoặc các hệ thống máy móc thông qua các tín hiệu

trên chính đầu ra của PLC. Tổ hợp logic của các đầu vào để tạo ra một hay
nhiều tín hiệu ra được gọi là điều khiển logic. Các tổ hợp logic thường
16
được thực hiện theo trình tự điều khiển hay còn gọi là chương trình điều
khiển. Chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC có thể bằng
cách lập trình bằng thiết bị cầm tay nối trực tiếp với PLC hoặc lập trình
trên máy tính cá nhân nhờ các phần mềm chuyên dụng và truyền vào PLC
qua mạng hay qua cáp truyền dữ liệu. Bộ xử lý tín hiệu, thường là các bộ vi
xử lý tốc độ cao, thực hiện chương trình điều khiển theo chu kỳ. Khoảng
thời gian thực hiện một chu trình điều khiển từ lúc kiểm tra các tín hiệu
vào, thực hiện các phép tính logic hoặc đại số để có được tín hiệu điều
khiển, cho đến khi phát tín hiệu đến đầu ra được gọi là chu kỳ thời gian
quét.
Ngày nay, PLC được sử dụng rộng rãi trong toàn bộ hệ thống tự
động hoá nhờ sự vượt trội nổi bật này.
Bộ điều khiển chương trình có khả năng làm nhiệm vụ sau:
Điều khiển chuyên gia giám sát:
+ Thay cho điều khiển relay.
+ Thời gian đếm.
+ Thay cho các panel điều khiển mạch in.
+ Điều khiển tự động, bán tự động bằng máy và các quá trình.
Điều khiển dãy:
+ Các phép toán số học.
+ Cung cấp thông tin.
+ Điều khiển liên tục (nhiệt độ, áp suất).
+ Điều khiển động cơ chấp hành, động cơ bước.
Điều khiển mềm dẻo:
+ Điều hành quá trình báo động
+ Ghép nối với máy tính, maý in.
+ Mạng tự động hoá xí nghiệp (cục bộ, mở rộng).

+ Phát hiện lỗi và điều hành.
17
2.1.2. Sơ đồ khối
Phần cứng PLC có 5 bộ phận cơ bản:
- Bộ xử lý: còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) , là linh kiện chứa bộ
vi xử lý. Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động
điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU , truyền các
quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các tín hiệu ra.
Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự , đầu
tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và
được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và
đưa ra kết quả ra đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét ( scan ) .
Thời gian vòng quét phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ , tốc độ của CPU.
Giao diện ra
Giao diện vào
Bộ xử lý ( CPU )
Bộ nhớ
Nguồn cung cấp
Thiết bị lập trình
4. Chuyển dữ liệu từ bộ
đệm ảo ra thiết bị ngoại vi.
1. Nhập dữ liệu từ thiết bị
ngoại vi vào bộ đệm.
2. Thực hiện chương trình.
3. Truyền thông và kiểm
tra lỗi.
18
Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi
bộ đếm của trương trình đi qua một chu kỳ đầy đủ , sau đó bắt đầu lại từ
đầu.

- Bộ nguồn: có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp
cho bộ vi xử lý ( thường là 5V ) và cho các mạch điện trong các module
còn lại ( thường là 24V ).
- Thiết bị lập trình: được sử dụng để lập các chương trình điều khiển
cần thiết sau đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị
lập trình chuyên dụng , có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ , có thể
là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân.
- Bộ nhớ: là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều
khiển. Các bộ nhớ có thể là RAM , ROM , EPROM. Người ta luôn chế tạo
nguồn dự phòng cho RAM đề duy trì chương trình trong trường hợp mất
điện nguồn , thời gian duy trì tùy thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng
có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các
chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau , khi cần mở rộng có thể cắm
thêm.
- Giao diện vào ra: là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại
vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các
công tắc , các bộ cảm biến nhiệt độ , các tế bào quang điện … Tín hiệu ra
có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ , các rơle , các van điện từ …
Tín hiệu vào có thể là tín hiệu rời rạc , tín hiệu liên tục , tín hiệu logic…
Mỗi điểm vào ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng.
Các kênh vào / ra đã có các chức năng cách ly và điều hòa tín hiệu sao
cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà
không cần thêm mạch điện khác.
Tín hiệu vào thường được ghép cách điện ( cách ly ) nhờ linh kiện
quang. Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V,
220V. Các PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhận tín hiệu 24V.
Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiều rơle , cách ly
kiểu quang. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24V , 100mA ;
110V, 1A một chiều ; thậm chí 240V, 1A xoay chiều tùy loại PLC.
19

Cách ly kiều rơle Cách ly kiểu quang.
2.1.3. Cấu hình phần cứng
Hình 2.1. Hình dáng CPU 214
SF (đèn đỏ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF sáng lên
khi PLC có lỗi.
RUN (đèn xanh) : cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện
chương trình được nạp vào trong bộ nhớ chương trình của PLC.
STOP (đèn vàng) : chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương
trình đang thực hiện lại.
Ix.x (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của
cổng ( x.x = 0.0 – 1.5 ). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị
logic của cổng.
Qy.y (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của
cổng ( y.y = 0.0-1.10 ). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị
logic của cổng.
20
Một số loại CPU 22x:
Hình 2.2. Thông số các loại CPU S7-200
- Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS
485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập
trình hoặc với các PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là
9.6 kbps. Tốc độ truyền cung cấp PLC theo kiểu tự do là từ 300 baud đến
38400 baud. Các chân của cổng truyền thông là:
1. Đất.
2. 24VDC
3. truyền và nhận dữ liệu
4. không dùng
5. đất
6. 5VDC ( điện trở trong 100Ω )
7. 24VDC (100mA)

8. truyền và nhận dữ liệu
9. không dùng
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG720 có thể sử dụng một cáp
nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình.
21
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối
PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 , và qua cổng USB ta có cáp
USB/PPI.
- Card nhớ , pin , clock (CPU 221 , 222)
Một tụ điện với điện dung lớn cho phép nuôi bộ nhớ RAM sau khi bị
mất nguồn điện cung cấp. Tùy theo CPU mà thời gian lưu trữ có thể kéo
dài nhiều ngày. Chẳng hạn CPU 224 là khoảng 100h.
Card nhớ: được sử dụng để lưu trữ chương trình. Chương trình chứa
trong card nhớ bao gồm : program block , data block , system block , công
thức , dữ liệu đo và các giá trị cưỡng bức.
Card pin: dùng để mở rộng thời gian lưu trữ các dữ liệu có trong bộ
nhớ. Nguồn pin được tự động chuyển sang khi tụ PLC cạn. pin có thể sử
dụng đến 200 ngày.
Card Clock / Battery module: đồng hồ thơig gian thực cho CPU 221,
222 và nguồn pin để nuôi đồng hồ và lưu giữ liệu. Thời gian sử dụng đến
200 ngày.
- Biến trở chỉnh giá trị analog: hai biến trở này được sử dụng như hai
ngõ vào analog cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng
trong chương trình.
2.1.4. Các vùng nhớ
- Vùng nhớ đệm ngõ vào số I:
CPU sẽ đọc trạng thái tín hiệu của tất cả các ngõ vào số ở đầu mỗi chu
kỳ quét ,sau đó sẽ chứa các giá trị này vào vùng nhớ đệm ngõ vào. Có thể
truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword.
- Vùng nhớ đệm ngõ ra số Q:

Trong quá trình xử lý chương trình CPU sẽ lưu các giá trị sử lý thuộc
vùng nhớ ngõ ra vào đây. Tại cuối mỗi vòng quét CPU sẽ sao chép nội
dung vùng nhớ đệm này và chuyển ra các ngõ ra vật lý. Có thể truy nhập
vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword.
- Vùng nhớ biến V:
Sử dụng vùng nhớ V để lưu trữ các kết quả phép toán trung gian có
được do các xử lý logic của chương trình. Cũng có thể sử dụng vùng nhớ
để lưu trữ các dữ liệu khác liên quan đến chương trình hay nhiệm vụ điều
22
khiển. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay
Doubleword
- Vùng nhớ M:
Có thể coi vùng nhớ M như các rơle điều khiển trong chương trình để
lưu trữ trạng thái trung gian của một phép toán hay các thông tin điều khiển
khác. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit, Byte, Word hay
Doubleword.
- Vùng nhớ bộ định thời T:
S7-200 cung cấp vùng nhớ riêng cho các bộ định thời , các bộ định thời
được sử dụng cho các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn thời gian. Giá trị thời
gian đếm sẽ được đếm tăng dần theo 3 độ phân giải là 1ms , 10ms , 100ms.
- Vùng nhớ bộ đếm C:
Có 3 loại bộ đếm là bộ đếm lên , bộ đếm xuống , bộ đếm lên - xuống .
Các bộ đếm sẽ tăng hoặc giảm giá trị hiện hành khi tín hiệu ngõ vào thay
đổi trạng thái từ mức thấp lên mức cao.
- Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao HC:
Các bộ đếm tốc độ cao được sử dụng để đếm các sự kiên tốc độ cao độc
lập với vòng quét của CPU. Giá trị đếm là số nguyên 32 bit có dấu. Để truy
xuất giá trị đếm của các bộ đếm tốc độ cao cần xác định địa chỉ của bộ đếm
tốc độ cao , sử dụng bộ nhớ HC và số của bộ đếm , ví dụ HC0. Giá trị đếm
hiện hành của các bộ đếm tốc độ cao là các giá trị chỉ đọc và truy xuất theo

double word.
- Các thanh ghi AC:
Là các phần tử đọc / ghi mà có thể được dùng để truy xuất giống như bộ
nhớ. Chẳng hạn có thể sử dụng các thanh ghi để truy xuất các thông số từ
các chương trình con và lưu trữ các giá trị trung gian để sử dụng cho tính
toán. Các CPU s7-200 có 4 thanh ghi là AC0 , AC1 , AC2 và AC3. Chúng
ta có thể truy xuất dữ liệu trong các thanh ghi này theo Byte , Word và
Doubleword.
- Vùng nhớ đặc biệt SM:
23
Các bit SM là các phần tử cho phép truyền thông tin giữa CPU và chương
trình người dùng. Có thể sử dụng các bit này để chọn lựa và điều khiển một
số chức năng đặc biệt của CPU , chẳng hạn như bit lên mức 1 trong vòng
quét đầu tiên , các bit phát ra các xung có tần số 1Hz… Chúng ta truy xuất
vùng nhớ SM theo bit , Byte , Word và Doubleword.
- Vùng nhớ cục bộ L:
Vùng nhớ này có độ lớn 64 Byte , trong đó 60 Byte có thể được dùng
như vùng nhớ cục bộ hay chuyển các thông số tới các chương trình con , 4
Byte cuối cùng dùng cho hệ thống. Vùng nhớ này tương tự như vùng nhớ
biến V chỉ khác ở chỗ các biến vùng nhớ V cho phép sử dụng tất cả các
khối chương trình còn vùng nhớ L chỉ có tác dụng trong phạm vi soạn thảo
của một khối chương trình mà thôi. Vị trí biến thuộc vùng nhớ L trong
chương trình chính thì không thể sử dụng ở chương trình con và ngược lại.
- Vùng nhớ ngõ vào tương tự AI:
Các PLC S7-200 chuyển một giá trị tương tự thành giá trị số và chứa
vào một vùng nhớ 16 bit. Bởi vì các giá trị tương tự chiếm một vùng nhớ
word nên chúng luôn luôn có các giá trị worrd chẵn , chẳng hạn như AIW0
, AIW2 , AIW4… và là các giá trị chỉ đọc.
- Vùng nhớ ngõ ra tương tự AQ:
Các PLC S7-200 chuyển một giá trị số 16 bit sang giá trị điện áp hoặc

dòng điện , tương ứng với một giá trị số. Giống như các ngõ vào tương tự
chúng ta chỉ có thể truy xuất các ngõ ra tương tự theo word. Và là các giá
trị word chẵn , chẳng hạn AQW0, AQW2 , AQW4.
Bảng các vùng nhớ và đặc điểm của CPU S7-200:
24
Hình 2.3. Thông số kích thước các vùng nhớ
2.1.5. Kết nối với máy tính
Đối với các thiết bị lập trình của hẵng Siemens có các cổng giao tiếp
PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp. Tuy nhiên
đối với máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI . Có 2
loại cáp chuyển đổi là cáp RS232/PPI Multi-Master và cáp USB/PPI Multi-
Master.
- Cáp RS232/PPI Multi-Master.
Hình dáng của cáp và công tắc chọn chế độ truyền:
25
Hình 2.4. Cấu tạo cáp kết nối loại RS232-RS485
Tùy theo tốc độ truyền giữa máy tính và CPU mà công tắc 1,2,3
được để ở vị trí thích hợp. Thông thường đối với CPU 22x thì tốc độ truyền
thường đặt là 9.6 kbaud ( tức công tắc 1,2,3 được đặt theo thứ tự là 010 )
Tùy theo truyền thông là 10 bit hay 11 bit mà công tắc 7 được đặt ở vị trí
thích hợp. Khi kết nối bình thường với máy tính thì công tắc 7 chọn ở chế
độ truyền thông 11 bit ( công tắc 7 đặt ở vị trí 0 )
Công tắc 6 ở cáp RS232/PPI Multi-Master được sử dụng để kết nối
port truyền thông RS232 của 1 modem với S7-200 CPU. Khi kết nối bình
thường với máy tính thì công tắc 6 được đặt ở vị trí data Comunications
Equipment (DCE) (công tắc 6 ở vị trí 0) . Khi kết nối cáp PC/PPI với một
modem thì port RS232 của cáp PC/PPI được đặt ở vị trí Data Teminal
Equipment (DTE) (công tắc 6 ở vị trí 1).
Công tắc 5 được sử dụng để đặt cáp RS232/PPI Multi-Master thay
thế cáp PC/PPI hoặc hoạt động ở chế Freeport thì đặt ở chế độ PPI/Freeport

(công tắc 5 ở vị trí 0). Nếu kết nối bình thường là PPI (master) với phần
mềm STEP 7 Micro/Win 3.2 SP4 hoặc cao hơn thì đặt ở chế độ PPI (công
tắc 5 ở vị trí 1).
Sơ đồ nối cáp RS232/PPI Multi-Master giữa máy tính và CPU S7-200 với
tốc độ truyền 9,6 kbaud: