thiết kế dây chuyền đóng hộp tự độngsử dụng bộ điều khiển khả trình PLC

Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................4
CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN ĐÓNG HỘP.......................5
1.1 Tổng quan........................................................................................................5
1.2 Một số dây chuyền đóng hộp tự động.............................................................7
1.2.1 Dây chuyền đóng nắp chai C2.................................................................7
1.2.2 Dây chuyền đóng gói cà phê...................................................................8
1.2.3 Dây chuyền đóng thùng sơn....................................................................9
CHƯƠNG II: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG, ỨNG DỤNG PLC VÀ BỘ
ĐIỀU KHIỂN S7-300........................................................................................10
2.1 Nguyên tắc hoạt động và ứng dụng PLC trong điều khiển quá trình............10
2.1.1 Giới thiệu về PLC...................................................................................10
2.1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC..............................................................11
2.1.3 Ứng dụng của PLC.................................................................................14
2.2 Bộ điều khiển S7-300 cách kết nối ngoại vi, lập trình ứng dụng cụ thể.......16
2.2.1 PLC S7-300............................................................................................16
2.2.2 Cách kết nối với thiết bị ngoại vi...........................................................24
2.2.3 Cách lập trình ứng dụng cụ thể..............................................................25
CHƯƠNG III: CÁC PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG SIMATIC, WINCC 29
3.1 Phần mềm Simatic.........................................................................................29
3.1.1 Khai báo phần cứng và cách lập trình trong Simatic Manager..............29
3.1.2 Kết nối và tải chương trình từ Simatic xuống PLC................................35
3.1.3 Sử dụng phần mềm Simulation..............................................................36
3.2 Phần mềm WinCC 6.0...................................................................................38
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 1

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

3.2.1 Khởi động...............................................................................................38
3.2.2 Tạo một project......................................................................................39
3.2.3 Cài đặt Drive kết nối với PLC................................................................40
3.2.4 Tạo Tag và nhóm Tag............................................................................42
3.2.5 Hiệu chỉnh ảnh quá trình........................................................................45
3.2.6 Tạo thuộc tính cho hình ảnh...................................................................49
3.2.7 Một số chức năng cơ bản của Wincc......................................................50
3.2.8 Thiết lập thuộc tính chạy thực................................................................52
3.2.9 Kích hoạt Project....................................................................................52
CHƯƠNG IV: MÔ HÌNH BÀI TOÁN DÂY TRUYỀN ĐÓNG HỘP TỰ
ĐỘNG.................................................................................................................54
4.1 Mô tả hoạt động của dây truyền....................................................................54
4.1.1 Giới thiệu thiết bị của dây truyền...........................................................54
4.1.2 Nguyên tắc điều khiển............................................................................55
4.1.3 Mô tả hoạt động của cơ cấu gắp lon bia.................................................55
4.2 Lựa chọn thiết bi............................................................................................56
4.2.1 Chọn cảm biến........................................................................................56
4.2.2 Chọn băng tải.........................................................................................58
4.2.3 Chọn công tắc tơ.....................................................................................59
4.2.4 Lựa chọn relay........................................................................................60
4.3 Sơ đồ kết nối và xây dựng giản đồ Grafcet cho dây truyền..........................62
4.3.1 Sơ đồ kết nối các thiết bị với PLC.........................................................62

4.3.2 Xây dựng giản đồ Grafcet......................................................................65
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 2

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

CHƯƠNG V: KIỂM TRA TÍNH KHẢ THI CỦA HỆ THỐNG..................68
5.1 Kiểm tra tính khả thi của hệ thống bằng PLC SIM.......................................68
5.2 Giám sát bằng WinCC...................................................................................71
5.2.1 Các Tag và nhóm Tag tạo trong chương trình......................................72
5.2.2 Các giao diện của chương trình.............................................................72
KẾT LUẬN........................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................81
PHỤ LỤC...........................................................................................................82

Lời Nói Đầu
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 3

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

Trong đời sống hàng ngày và trong sản xuất chúng ta có thể thấy xung
quanh mình có rất nhiều ứng dụng điều khiển tự động, từ những cơ cấu đơn giản
như quạt bàn tự quay tới những dây chuyền tự động phức tạp. Hệ thống điều
khiển tự động phát triển mạnh vào nữa cuối thế kỷ 20 và có xu thế phát triển hơn
nữa với những kỹ thuật mới tiên tiến hơn.
Đáng kể nhất là sự ra đời của bộ điều khiển logic khả trình PLC năm 1968
do các kỹ sư hãng GENERAL MOTOR chế tạo, có thể lập trình để thực hiện
một qui trình điều khiển theo trình tự được định trước. Với thiết bị mới này
người vận hành có thể thay đổi qui trình điều khiển dễ dàng mà không cần phải
thay đổi cách liên kết với các thiết bị động lực đang kết nối. Chính nhờ những
ưu điểm nổi trội so với các thiết bị điều khiển khác mà PLC đã được ứng dụng
rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất tự động, cho phép nâng cao năng suất sản
xuất, chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức
an toàn tiện nghi và thỏa mái trong lao động.
Đối với một kỹ sư cơ - điện tử thì PLC trở thành một đối tượng cần phải đi
sâu nghiên cứu, do vậy ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM đã giao cho tôi
nhiệm vụ hoàn thành đồ án tốt nghiệp “thiết kế dây chuyền đóng hộp tự động
sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC”. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ
tận tình của các thầy bộ môn,đặc biệt thầy Trần Thanh Hải cùng với những kiến
thức có được trong những năm học tại trường đã giúp tôi hoàn thành đề tài tốt
nghiệp này.
Tuy nhiên do trình độ hiểu biết của bản thân còn hạn chế vì vậy đề tài
không tránh khỏi những sai xót. Rất mong sự góp ý chỉ bảo của các Thầy Cô và
các bạn để giúp cho đề tài hoàn thiện hơn.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ DÂY TRUYỀN ĐÓNG HỘP
TỰ ĐỘNG

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 4

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

1.1. Tổng quan:
- Trong xã hội hiện nay, mọi sản phẩm được sản xuất ra đều phải được
đóng hộp dưới nhiều dạng khác nhau nhằm tăng mục đích bảo quản sản phẩm
lâu dài, giữ vệ sinh và dễ dàng trong khâu vận chuyển, đồng thời tăng tính thẩm
mỹ cho sản phẩm.

Hình 1.1. Một số mẫu sản phẩm đóng hộp
- Mặt khác, đóng hộp cũng là một cách để định lượng nhất là đối với những
mặt hàng tiêu dùng và thực phẩm.

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 5

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

Hình 1.2. Các thông số in trên nhãn
hộp sản phẩm
- Sự phát triển mạnh mẽ của thiết bị tự động hóa tiêu biểu là sự xuất hiện của
các thiết bị vi xử lý, PLC, biến tần, Servo,…song song với các lĩnh vực tiên tiến
như điện-điện tử, máy tính, điều khiển tự động làm cho các dây chuyền đóng
hộp tự động ra đời ngày càng nhiều. Các dây chuyền đóng hộp tự động được sử
dụng ngày càng rộng rãi dần thay thế các hình thức đóng hộp thủ công, bán tự

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 6

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

động nhằm giảm bớt thời gian, nhân công, chi phí đồng thời tăng chất lượng cho
khâu đóng hộp sản phẩm.

.
1.3.a) Dây truyền đóng hộp tự động

1.3. b) Dây truyền đóng hộp bán tự động

Hình 1.3. Các dây truyền đóng hộp

 Phân loại: Tùy theo kết cấu hình dạng sản phẩm và mục đích đóng hộp mà có
2 hình thức đóng hộp :
+ Đóng hộp với bao bì gián tiếp: để đựng các đồ hộp thành phẩm, tạo
thành các kiện hàng thường là các thùng gỗ kín, nan thưa hay thùng carton, các
loại bao bì…
+ Đóng hộp với bao bì trực tiếp: tiếp xúc với các sản phẩm, tạo với các sản
phẩm thành một đơn vị sản phẩm hàng hóa hoàn chỉnh và thống nhất. Trong
nhóm này sử dụng các loại bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì giấy nhiều
lớp…

1.2. Một số dây chuyền đóng hộp tự động
1.2.1. Dây chuyền đóng nắp chai C2
 Nguyên lý hoạt động: Chai được người sử dụng đưa vào đầu dây chuyền bằng
tay và cấp liên tục trong quá trình dây chuyền hoạt động. Băng tải luôn quay, khi
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 7

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

chai vào thì băng tải sẽ dẫn chai đi. Cảm biến số 1 nhận, động cơ giữ chai để
chai không chuyển động.
Trong lúc chai được giữ, xilanh chuyển động đi xuống đưa vòi phun vào
miệng chai. Sau đó bơm hoạt động bơm nước vào chai trong 1 khoảng thời gian
delay nhất định. Cụm chi tiết giữ mở ra, chai tiếp tục chạy trên băng tải, đồng

thời chai sau được giữ không chuyển động. Chạy trên băng tải đến cụm chi tiết
cấp nắp, chai kéo nắp đã chờ sẵn vào đầu chai. Rồi chai được chuyển động qua
bộ định hướng điều chỉnh nắp chai nếu nắp chai bị kênh. Chai tiếp tục chạy, cảm
biến 2 nhận biết chai đã chạy đến, mạch điều khiển cho cụm chi tiết xoáy nắp đi
xuống và xoáy nắp chai vào. Sau đó chai chạy tiếp hết băng tải ra ngoài.

Hình 1.4. Dây truyền đóng nắp chai C2
1.2.2. Dây chuyền đóng gói cà phê
 Nguyên lý hoạt động:
Bao cuộn được đưa vào trục đỡ có gắn bạc chặn hai đầu 1, đầu bao được kéo
qua các con lăn căng bao 2 và con lăn đều hòa lực căng bao bằng trọng lượng trục
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 8

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

đến bộ phận tạo hình ban đầu 4 rồi đến bộ phận tạo hình chính 5. Tại đây bao
được uốn theo hình dáng yêu cầu rồi đưa qua cặp con lăn ép 6 tạo nếp để đến
phễu cấp liệu 7. Sau đó bao được kéo cuốn qua cảm biến quang 8 để xác định
chiều dài bao, tiếp tục đến cặp con lăn hàn 9 ( hàn dọc chiều dài bao), rồi đến cặp
con lăn cuốn bao 10 (là nguồn động lực kéo bao). Cuối cùng bao đi đến bộ phận
hàn đáy bao 11 (đồng thời hàn đầu bao của bao trước đó) và cắt. Kết hợp với
chuyển động cuốn bao và cắt bao là chuyển động theo nhịp của cửa cấp liệu và
chuyển động quay để trộn và cấp liệu của mâm gạt bột 13 đặt bên dưới thùng

chứa liệu 12.

Hình 1.5. Dây truyền đóng gói cà phê
1.2.3. Dây chuyền đóng thùng các hộp sơn
 Mục đích: đóng gói các hộp sơn sau khi đã được pha trộn.
- Qui trình công nghệ:
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 9

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

- Băng chuyền thứ nhất được điều khiển với motor1 (q0.0) chuyển các hộp
sơn sau khi đã được pha trộn.
- Khi hộp sơn đi đến gặp sensor1 phát hiện thì băng tải dừng lại và robot
(Q0.3) hoạt động đưa hộp sơn vào thùng. Băng chuyền Q0.0 tiếp tục hoạt động.
- Khi đủ bốn hộp sơn trong thùng thì băng tải Q0.1 hoạt động cho đến khi
sensor2 (I0.3) tác động thi dừng lại.
- Và hệ thống lại tiếp tục hoạt động để bỏ vào thùng tiếp theo...

Sensor1 (I 0.2)
Motor1 (Q 0.0)
Robot (Q 0.2)
Motor2 (Q 0.1)

Sensor2 (I 0.3)

Hình 1.6. Dây truyền đóng thùng sơn.

CHƯƠNG II: NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG, ỨNG DỤNG PLC VÀ BỘ
ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300.
2.1 Nguyên tắc hoạt động và ứng dụng PLC trong điều khiển quá trình
2.1.1 Giới thiệu về PLC:
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 10

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta lựa chọn nhằm mục đích để
điều khiển một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ
thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống điều
khiển có thể lập trình được PLC ra đời đã giải quyết được vấn đề trên.
PLC: (programmable Logic Control): là bộ điều khiển khả trình cho phép
thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình,
thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng số.

Tương đương với một mạch số:

Hình 2.1. Chương trình PLC tương đương với một mạch số

Như vậy với chương trình điều khiển trong mình PLC trở thành bộ điều
khiển số nhỏ gọn và dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với
môi trường xung quanh (với PLC khác hoặc máy tính).Toàn bộ chương trình
điều khiển được lưu trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối
OB, FC hoặc FB) và thực hiện theo chu kỳ của vòng quét.
Do đó PLC cho phép người điều hành không mất nhiều thời gian nối dây
phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập chương trình mới
thay cho chương trình cũ.
2.2.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC:
 Cấu trúc PLC:
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải
có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 11

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để
giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung
quanh. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có
thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thì
(Timer) … và những khối hàm chuyên dụng.

Hình 2.2. Sơ đồ hệ thống điều khiển lập trình

Hình 2.3 . Cấu trúc một PLC.
Khối xử lý trung tâm (CPU) gồm ba phần : Bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ
thống nguồn cung cấp.

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 12

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

Hình 2.4. Sơ đồ khối tổng quát của CPU.
 Hoạt động của PLC:

Hình 2.5.Một Chu kỳ hoạt động PLC
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp, mỗi vòng lặp được gọi là
vòng quét. Mỗi vòng quét bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các ngõ vào
(contact, sensor, relay...) vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện
chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu
tiên và kết thúc tại lệnh MEND. Sau giai đọan thực hiện chương trình là giai
đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai
đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các ngõ ra.
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 13

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, lệnh này không trực tiếp làm
việc với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng tham số.
Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với thiết bị ngoại vi trong giai đọan 1 và 4 là
do CPU quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi
công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này trực tiếp
với cổng vào/ra.
Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với một thời gian rất ngắn, một
vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện từ 1ms tới 100ms. Việc thực
hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình và
cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…). Vi
xử lý có thể đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với
khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý coi như không có tín hiệu
này. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành là các hệ
thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể đáp ứng được các chức năng của
dây chuyền sản xuất. Để khắc phục thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình
sản xuất các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ
thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy
cập và xử lý lượng thông tin lớn.
- Ngõ vào: Ngõ vào thực là ngõ vào có các mạch điện chuyển đổi làm cho tín
hiệu từ bên ngoài sau khi qua bộ chuyển đổi này sẽ có mức logic 0, hoặc 1 mà vi
xử lý nhận biết được.
Như vậy, các ngõ vào ảo dùng làm vùng nhớ. Ta chỉ có thể dùng ngõ vào

thực để kết nối với các tiếp điểm bên ngoài.
- Ngõ ra: PLC sử dụng hai giải pháp để xuất tín hiệu đó là dùng Relay và
Transistor.
+Relay với đặc điểm là đóng ngắt chậm, tốn nhiều không gian làm cho
kích thước của PLC lớn.
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 14

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

+Transistor có hạn chế về dòng điện ra và thường mắc theo dạng cực thu
hở.

Hình 2.6.a Ngỏ ra dùng Relay

Hình 2.6.b Ngõ ra dùng Transistor

Hình 2.6. Các dạng ngõ ra của PLC
2.1.3:Ứng dụng của PLC:
 Các ưu điểm khi dử dụng hệ thống điều khiển với PLC:
- PLC dễ dàng thay thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêu
cầu mới mà vẫn có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây…
- PLC có thể điều khiển nhiều chức năng khác nhau từ những thao tác đơn
giản, lặp lại, liên tục đến những thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp.

- PLC dễ dàng hiệu chỉnh chính xác công việc điều khiển và xử lý nhanh
chóng các lệnh, từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm (Counter), định
thời (time), chương trình con (SBS) v.v…
- Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụ
trợ như màn hình hiển thị.
- Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp.
- Ngôn ngữ lập trình cho PLC đơn giản, dễ hiểu.
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất
cả trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 15

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng
dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật
toán trong quá trình sản xuất.
 Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:
- Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống
dẫn, cân đong trong ngành hóa …
- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân đong, quá
trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại…
- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, cán, gia
nhiệt …

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong,
các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy .
- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá
trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây …), cân đong, đóng gói, hòa trộn …
- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm
tra chất lượng sản phẩm.
- Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu, các trạm cần hoạt động tuần tự khai
thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ).
2.2 Bộ điều khiển S7-300, cách kết nối ngoại vi, lập trình ứng dụng cụ thể:
2.2.1 PLC S7-300:
- Là dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với
những ứng dụng I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng, có
khả năng mở rộng cho sau này.

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 16

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

- Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người lập trình có quyền lựa chọn.
Đặc điểm nổi bật của S7-300 là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa
dạng cho những yêu cầu chuyên biệt như: hàm Scale..
- Ngoài ra 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…
 Cấu hình phần cứng PLC S7-300:
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối
tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu
vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hóa về
cấu hình. Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng
nhiều hay ít tùy thuộc vào từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một
module chính là module CPU. Các module còn lại là những module nhận/truyền
tín hiệu với đối tượng điều khiển, các module chuyên dụng như PID, điều khiển
động cơ...Chúng được gọi chung là module mở rộng.

Hình 2.7. Cấu trúc phần cứng PLC S7-300.
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

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 17

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số
4.

Hình 2.8. Vị trí các modul gắn trên RACK
Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU 312-IFM và
CPU 313 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.
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 có thể gán địa chỉ
tùy ý cho các module.
 Các Modul của PLC S7-300:
 Modul CPU:
- Là loại modul chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ các bộ thời gian bộ đếm,
cổng truyền thông … và còn có một số cổng vào ra số. Các cổng vào ra số
trên CPU gọi là cổng vào ra onboard.
- Trong họ PLC S7-300 có các loại CPU khác nhau đặt tên theo bộ vi xử lý
có trong nó như: CPU 312, 314, 315…
- Những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về
cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn
trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào ra
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 18

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm từ

IFM (Intergrated Function Module). Chẳng hạn module CPU 312-IFM,
module CPU 314...Ngoài ra còn có loại module với hai cổng truyền thông
như module CPU 315-DP.
Bảng 2.1 các mode điều khiển Modul CPU S7-300
Mode

Mô tả

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 19

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp
RUN-P

GVHD: Trần Thanh Hải

CPU thực hiện quét chương trình.
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng có
thể nạp vào CPU

RUN

CPU thực hiện quét chương trình
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình nhưng không
thể thay đổi chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của CPU

STOP

CPU không thực hiện quét chương trình
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng có
thể nạp vào CPU

MRES(Me Mode thực hiện reset bộ nhớ của CPU
mory
Đối với CPU 312 IFM và CPU 314 IFM khi chúng ta thực hiện reset
Reset)
bộ nhớ của CPU thì các vùng nhớ tích hợp giữ nguyên không thay đổi

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 20

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

Hình 2.9. Cấu tạo bên ngoài của modul CPU S7-300
 Modul mở rộng:
*Modul IM( Interface Modul): Modul ghép nối
Đây là loại modul có nhiệm vụ nối từng nhóm các modul mở rộng với nhau
lại thành từng khối và được quản lý chung bởi modul CPU. Thông thường các
modul mở rộng gá liền với nhau bằng một thanh đỡ gọi là Rack.
Trên mỗi Rack có thể gá được tối đa 8 module mở rộng (không kể module

CPU và module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp
được với nhiều nhất 4 Rack và các Rack này phải được nối với nhau bằng
module IM.
IM360: truyền, IM 361:nhận.

Hình 2.10. Modul ghép nối IM 360 và 361
*Modul SM( Signal Modul): Modul tín hiệu

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 21

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

 Input Digital Modules: Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ thiết
bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý.
 Digital Output Modules: Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùng
đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi.
 Digital input/output modules: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại
module nói trên.
 Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tương tự
từ các thiết bị ngoại vi thành các tín hiệu số để tiến hành xử lý bên trong S7
300.
 Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu số
của S7 300 thành các tín hiệu tương tự để phục vụ các quá trình hoạt động

của thiết bị ngoại vi.
 Input/Outputs Analog module: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại
module nói trên.
Các CPU của S7-300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu
analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Một tín hiệu analog được số
hoá thành hai phần: phần dấu và phần giá trị của tín hiệu.
*Modul PS( Power Supply): Modul nguồn nuôi Có 3 loai 2A, 5A và 10A.
*Modul FM( Function Modul): Modul chức năng.
Modul có nhiều chức năng điều khiển riêng,ví dụ như modul điều khiển
động cơ Servo, modul điều khiển động cơ bước, modul Pid….
 FM 350-1 : đếm xung một kênh.
 FM 350-2 : đếm xung tám kênh.
 FM 351, 353, 354, 357-2 : điều khiển định vị.
 FM 352: bộ điều khiển cam điện tử.
Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 22

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

 FM 355: bộ điều khiển hệ kín.
*Modul CP( Communication Modul): Modul truyền thông.
Modul

phục

vụ

truyền

thông

trong

mạng(

MPI,

PROFIBUS,

INDUSTRIAL ETHERNET) giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với
máy tính.
 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ:
* Kiểu dữ liệu:
Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:





BOOL: với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1.
BYTE: gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255.
WORD: gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535.
INT: có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768

đến 32767.
 DINT: gồm 4byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến
2147483647.
 REAL: gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động.
 S5T: khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/mili giây.
 TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.
 DATE : biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.
 CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự).
* Phân chia bộ nhớ: CPU S7-300 có 3 vùng nhớ cơ bản.
 Vùng nhớ hệ thống (System Memory): (RAM trong CPU) lưu trữ dữ liệu
hoạt động cho chương trình của ta:
I (Process Input Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước khi
bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng
đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình
ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy
dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I.
Q (Process Output Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc
giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 23

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị
tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.
M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để
lưu trữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte
(MB), từ (MW), từ kép (MD).

T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ định thời bao
gồm việc lưu trữ các giá trị thời gian đặt trước (PV-Preset Value), giá trị
đếm thời gian tức thời (CV-Current Value) cũng như giá trị logic đầu ra
của bộ thời gian.


C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá

trị đặt trước (PV-Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và
giá trị logic của bộ đếm.


PI (I/O External Input): Miền địa chỉ cổng vào của các module

tương tự. Các giá trị tương tự tại cổng vào của module tương tự sẽ được
module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ.


PQ (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module

tương tự. Các giá trị tương tự tại cổng ra của module tương tự sẽ được
module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ.
 Vùng nhớ nạp (load memory):
(RAM trong CPU, cộng thêm EEPROM có sẵn trong CPU hoặc thẻ

EEPROM gắn thêm) là vùng nhớ chứa chương trình của ta bao gồm tất cả các
khối chương trình ứng dụng OB, FB, FC, các khối chương trình trong thư viện
hệ thống được sử dụng (SFB, SFC) và các khối dữ liệu DB. Toàn bộ các khối
chương trình và các khối dữ liệu nằm trong RAM sẽ bị xóa khi tác động xóa bộ
nhớ “CPU Memory Reset” (MRES).
 Vùng nhớ làm việc (word memory):

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 24

SVTH: Võ Văn Dũng


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: Trần Thanh Hải

(RAM trong CPU) chứa các bản sao của các phần tử chương trình đang
được CPU thực thi. Như các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB,
FB, FC, SFB, SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho
những tham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ
điều hành và với các khối chương trình khác (local block). Tại một thời điểm
nhất định vùng work memory chỉ chứa một khối chương trình duy nhất.

2.2.2 Cách kết nối với thiết bị ngoại vi:
-Sơ đồ kết nối của PLC với các thiết bị vào ra:

Hình 2.11. Sơ đồ kết nối của PLC với thiết bị vào ra.

Lớp: Cơ-Điện Tử

Trang 25

SVTH: Võ Văn Dũng