BÀI TẬP LỚN : Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7200 Sử dụng khối hàm SBR Subroutine

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC
HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
Họ và tên HS-SV : Nhóm 12
1. Nguyễn Viết ý
2. Đặng Văn Việt
3. Mai Hoàng Anh
Lớp : ĐH TĐH 2
Khoá : 7……………………………………………………… Khoa : Điện………….………………………………….

NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông sử dụng phần mềm WinCC và bộ
điều khiển PLC S7-200 - Sử dụng khối hàm SBR Subroutine

PHẦN THUYẾT MINH
Chương 1- Tổng quan về công nghệ trạm trộn bê tông
Chương 2- Thiết kế phần mềm điều khiển trên S7-200
Chương 3- Thiết kế giao diện điều khiển giám sát
Chương 4- Kết quả mô phỏng.

Ngày giao đề : 8/10/2015 Ngày hoàn thành : 10/12/2015

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Hoàng Quốc Xuyên

Mô Hình ĐiềKhiển - Giám Sát Trạm Trộn Bê-tông

Mục lục
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... 3

......................................................................................................................................... 3
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................... 4
a)Xi măng:.................................................................................................................... 5
I. Giới thiệu về PLC S7-200 của SIEMMENS...................................................................15
1.1 PLC là gì ?............................................................................................................... 15
• Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:.......................................................................20
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT..............................................50
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG....................................................................................55
KẾT LUẬN.....................................................................................56

Nhóm 12

Page 2


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án này, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
Thầy Hoàng Quốc Xuyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi đế nhóm chúng em thực hiện tốt đồ án
này trong khoảng thời gian ngắn nhất.
Các thầy cô trong khoa công nghệ điện tử đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức về
chuyên môn, tạo mọi điều điện thuận lợi đế chúng em thực hiện tốt đồ án ” xây dựng mô hình, điều
khiến giám sát trạm trộn bê tông “ dùng PLC và giám sát bang wince.
Sau cùng là gửi lời cảm ơn tới gia đình và tất cả những nguời bạn, những nguời đã gắn bó cùng
học tập, cùng làm đồ án đã nhiệt tình giúp đỡ nhóm em trong quá trình thực hiện.

Nhóm 12

Page 3


LỜI MỞ ĐẦU
Ngành Tự Động Hóa là một trong những ngành quan trọng và mang tính quyết định cho
sự phát triển của một quốc gia. Từ những thiết bị thô sơ lạc hậu trong những ngày đầu, đến
nay ngành tự động hóa Việt Nam đã có những buớc phát triển vượt bậc với hệ thống cơ sở hạ
tầng, công nghệ kỹ thuật hiện đại.Ngành tự động hóa được xem như là huyết mạch của nền
kinh tế, phát triến dịch vụ tự động hóa sẽ tạo điều kiện cho các ngành kinh tế khác phát triển.
Ngày nay, hệ thống điều khiến tự động không còn quá xa lạ với chúng ta. Nó được ra đời
từ rất sớm, nhằm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người. Vì vậy điều
khiến tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của
ngành điều khiến tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người.
Đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC trong quá trình sản xuất bê tông
tại các trạm trộn bê tông xi măng thực sự đã mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn cho quá trình
sản xuất. Vì vậy, nhằm tạo điều kiện tốt nhất đế có thế tiếp xúc, làm quen với các thiết bị tự
động và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Nhóm em đã chọn đề tài: “ Thiết kế hệ
thống điều khiển giám sát cho mô hình trạm trộn bê tông”.
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã cố gắng tìm hiếu và học hỏi. Nhưng
do khả năng còn hạn chế nên có những sai xót mong nhận được sự thông cảm từ thầy giáo.

Nhóm 12

Page 4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRẠM TRỘN BÊ TÔNG
I. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG

1.1 Khải niệm về bê tông:
Bê tông là hỗn hợp đuợc tạo thành từ cát, đá, xi-măng, nuớc. Trong đó cát và đá chiếm
80% - 85%, xi măng chiếm 8% - 15%, còn lại là khối lượng của nước, ngoài ra còn có chất
phụ gia thêm vào đế đáp ứng yêu cầu cần thiết.
Hỗn hợp vật liệu sau đó được nhào trộn tạo nên hỗn họp bê tông. Hỗn họp bê tông phải
có độ dẻo nhất định, phù họp với mục đích sử dụng. Có nhiều loại bê tông tùy thuộc vào
thành phần của hỗn họp trên. Mỗi thành phần cát, đá, xi măng, nước, ... khác nhau sẽ tạo
thành nhiều Mác bê tông khác nhau.
1.2 Các thành phần cấu tao bê tông:
a) Xi măng:
Việc lựa chon xi măng là đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất ra bê tông, có nhiều
loại xi măng khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và làm chất
lượng thiết kế bê tông tăng lên tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao là rất lớn. Vì vậy khi
thiết kế bê tông vừa phải đảm bảo chất đúng yêu cầu kĩ thuật và giải quyết tốt bài toán kinh tế.
b) Cát:
Cát dùng trong sản xuất bê tông có thế là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo, kích thước hạt
cát là từ 0.4 - 5 mm. Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần tạp chất,
thành phần hạt... Trong thành phần của bê tông cát chiếm khoảng 29%.
c) Đá dăm:
Đá dăm có nhiều loại tùy thuộc vào kích cỡ của đá, do đó tùy thuộc vào kích cỡ của bê
tông mà ta chọn kích thuớc đá phù hợp. Trong thành phần bê tông đá dăm chiếm khoảng
52%.
d) Nước:
Nước dùng trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng xấu
đến khả năng ninh kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại.
e) Chất phu gia:
Phụ gia sử dụng có dạng bột, thường có hai loại phụ gia:
+ Loại phụ gia hoạt động bề mặt:
Nhóm 12

Page 5


Loại phụ gia hoạt động bề mặt này mặc dù được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả
năng cải thiện đáng kế tính chất của hỗn họp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của
bê tông.
+Loại phụ gia rắn nhanh:
Loại phụ gia rắn nhanh này có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong
điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông. Hiện nay trong công nghệ sản xuất
bê tông người ta còn sử dụng phụ gia đa chức năng.

1.3 Môt số tính chất đặc thù của bê tông:
1.3.1. Cường đô của bê tông:
Cường độ của bê tông là độ cứng rắn của bê tông chống lại các lực tác động từ bên ngoài
mà không bị phá hoại.
Cường độ của bê tông phản ánh khả năng chịu lực của nó. Cường độ của bê tông phụ
thuộc vào tính chất của xi măng, tỷ lệ nước và xi măng, phương pháp đố bê tông và điều kiện
đông cứng.
Đặc trưng cơ bản của cường độ bê tông là "mác" hay còn gọi là "số liệu".
Mác bê tông ký hiệu M ( xem bảng 1.1.1 ), là cường độ chịu nén tính theo (N/cm 2) của
mẫu bê tông tiêu chuẩn hình khối lập phương, kích thước cạnh 15cm, tuổi 28 ngày được
dưỡng hộ và thí nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn ( nhiệt độ 20°c ± 2°C), độ ẩm không khí
90% đến 100%. Mác M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu.
Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tông có các mác thiết kế sau:
• Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500,
M600.
Nhóm 12

Page 6

Bê tông nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 kg/m 3 đến 2500kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặc
chắc.
• Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300 bê tông nhẹ
có khối lượng riêng trong khoảng 800 II đến 1800kg/m 3, cốt liệu là các loại đá có lỗ
rỗng, keramzit, xỉ quặng...
Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn MI50.
Cuờng độ của bê tông tăng theo thời gian, đây là một tính chất đáng quý của bê tông,
đảm bảo cho công trình làm bằng bê tông bền lâu hơn những công trình làm bằng gạch, đá,
gỗ, thép. Lúc đầu cường độ bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó tốc độ giảm dần. Trong môi
trường (nhiệt độ, độ ấm) thuận lọi sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, trong
điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp thì cường độ bê tông tăng không đáng kế.
MÁC (M) Xi Măng (Kg)

Cát(m3)
0.498

Đá (m3)

Nước (lít)

0.856

195

150

244

200

250

293

0.479

0.846

195

341

0.461

0.835

195

300

390

0.438

0.829

195

350

450

0.406

0.846

200

400

465

0.419

0.819

186
Bảng1.1.1: Một số Mác bê tông cụ thế với xi măng PCB40.

1.3.2 Tính giãn nở của bẽ tông:
Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thế tích, nở ra trong nước
và co lại trong không khí. về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn độ nở 10 lần một giới hạn nào đó,
độ nở có thế làm tốt hơn cấu trúc của bê tông còn hiện tượng co ngót luôn kéo theo hậu quả
xấu.
Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân: trước hết là sự mất nước hoặc xi măng, quá
trình Cacbon hoá Hyđroxit trong đá xi măng. Hiện tượng giảm thế tích tuyệt đối của hệ xi
măng - nước. Co ngót là nguyên nhân gây ra nứt, giảm cường độ, chống thấm và để ốn định
của bê tông, và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực. Vì vậy đối với những công trình
có chiều dài lớn, đế tránh nứt người ta đã phân đoạn đê tạo thành các khe co dãn.

Nhóm 12

Page 7


1.3.3 Tính chống thấm của bê tông:
Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết cấu bê tông.
Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của nó. Để tăng cường tính
chống thấm phải nâng cao độ chặt của bê tông bằng cách đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp
phối hạt của cốt liệu, giảm tỷ lệ nước, xi măng ở vị trí số tối thiếu. Ngoài ra để tăng tính
chống thấm người ta còn trộn bê tông một số chất phụ gia.

1.3.4 Quá trình đông cứng của bê tông và biên pháp báo quản:
Quá trình đông cứng của bê tông phụ thuộc vào quá trình đông cứng của xi măng thời
gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút... Vì vậy sau khi trộn bê tông xong cần phải đố
ngay đế tranh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước khi đổ thời gian từ lúc bê tông ra
khỏi máy trộn đến lúc đố xong 1 lớp bê tông (không có tính phụ gia) không quá 90' khi dùng
xi măng pooclăng không quá 110', khi dùng xi măng pooclăng xỉ, tro núi lửa, xi măng
pulơlan. Thời gian vận chuyển bê tông (kế từ lúc đố bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào
khuôn và không nên lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng.
Thời gian vận chuyên cho phép của bê tông (không có phụ gia):
Nhiệt độ (°c )

Thời gian vận chuyến (phút)

20 đến 30

45

10 đến 20

60
90

5 đến 10

Bảng 1.1.2: Thời gian vận chuyến cho phép của bê tông
( không có phụ gia)

II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRẠM TRỔN BÊ TÔNG
1. Giới thiệu chung:
Hiện nay trên thị truờng có hai loại trạm trộn chính: trạm trộn bê tông nhựa nóng và
trạm trộn bê tông xi măng.
• Trạm trộn bê tông nhựa nóng: Dùng đế sản xuất bê tông từ hỗn họp nhựa đuờng (hắc
ín), đá, chất phụ gia..., nó đuợc ứng dụng phổ biến trong xây dựng đường xá, các công trình
giao thông, cầu, cảng... được rải lên bề mặt.

Nhóm 12

Page 8


Hình 1.2.1: Trạm trộn bê tông nhựa nóng thực tế

• Trạm trộn bê tông xi măng: ứng dụng rộng rãi trong đòi sống hiện nay nhất là trong
lĩnh vực xây dựng, bê tông đuợc sản xuất từ hỗn họp cát, đá, xi măng, nuớc, phụ gia.

Hình 1.2.2: Trạm trộn bê tông xi măng thực tế

2.Tram trộn bê tông xi măng:

2.1 Giói thiêu chung:
Trạm trộn bê tông xi măng là một tống thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm thiết bị này
phải phối hợp nhịp nhàng với nhau đế hoà trộn các thành phần: cát, đá, nước, phụ gia và xi
măng tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng. Một trạm trộn bê tông có các yêu cầu chung sau
Nhóm 12

Page 9


đây:
- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ nhất.
- Cho phép sản xuất được sản xuất được hai loại hỗn họp bê tông khô hoặc ướt.
- Hỗn họp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyến.
- Trạm làm việc êm không ồn, không gây ô nhiếm môi truờng.
- Lắp dựng sửa chữa đơn giản.
- Có thể làm việc ở hai chế độ là tự động hoặc bằng tay.
2.2 Phân loai:
Có hai loại trạm trộn bê tông xi măng chính như sau:
> Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng băng tải.
> Trạm trộn bê tông xi măng cấp liệu bằng gầu.
2.3 Cấu tao chung tram trôn bê tông xi măng:
Mặc dù có hai loại trạm trộn bê tông xi măng tuy nhiên nhìn chung đều bao gồm các
cụm và thiết bị sau:
- Cụm cấp liệu
- Thiết bị định lượng (cát, đá, xi măng, nước và phụ gia).
- Hệ thống điều khiến.
- Thiết bị trộn- máy trộn.
-Kết cấu thép.
2.3.1 Cụm cấp liệu:
❖ Cấp cát đá lên thùng trộn bê tông.

Việc cấp cát, đá cho trạm trộn có nhiều phương án khác nhau tuy nhiên tham khảo thực tế
ta có hai phương án sau:
a. Cấp liệu kiểu gầu
■

Nguyên lý:
- Vật liệu đá, cát được tập kết ngoài bãi chứa liệu ở các ngăn riêng biệt, sau đóđược gầu
cào đố vào thiết bị định lượng , sau khi được định lượng vật liệu được xả vào skip, từ
skip vật liệu đố vào thùng trộn.

■

ưu điểm:
- Cấp liệu trực tiếp từ bãi chứa mà không qua thiết bị vận chuyến trunggian.
- Diện tích mặt bằng cho toàn trạm không cần lớn lắm.

■

Nhươc điêm:
- Vật hệu ở bãi chứa phải đuợc vun cao cho đủ luợng dự trữ.
- Việc cấp liệu cho máy trộn không hên tục.

Nhóm 12

Page 10


Bãi chứa phải có vách ngăn phân chia vật liệu.
- Với phuơng án này chỉ áp dụng cho trạm trộn có năng suất thấp
b.Cấp liệu kiểu băng tải:

■

Nguyên lý:
- Vật liệu (cát, đá) đựoc tập kết ngoài bãi sau đó đuợc máy xúc gầu lật đố vào bunke,
thiết bị định luợng. Sau khi đuợc định lượng đúng yêu cầu thì băng tải vận chuyên đô
vào thùng trộn.

■

Ưu điểm:
- Cấp liệu cho máy trộn được liên tục.
- Vật liệu ở bãi chứa không cần phải vun cao và không cần phải có tấm phân cách vật
hệu.

■

Nhươc điêm:
- Việc cấp liệu cho băng tải phải có thiết bị chuyên dùng.
- Khoảng cách giữa băng tải và thùng trộn tương đối lớn dẫn đến khả năng tiếp xúc của
vật liệu với môi trường nhiều, sẽ gậy ô nhiễm môi trường nếu không được che chắn kỹ.
- Phương án này áp dụng cho các trạm trộn có năng suất lớn.

2.3.2 Cấp xi măng:
a. Dùng bằng gầu tả liệu:
■

Nguyên lý:
- Xi măng từ bao bì nhỏ đố vào phễu được băng gầu vận chuyến đố vào xi lô nhỏ vào
thiết bị định lượng, sau đó được xả vào thùng trộn.

■

ưu điềm:
- Có thế cấp xi măng cho trạm với khối luợng nhỏ.
- Ket cấu đon giản , giá thành hạ.

■

Nhươc điềm:
- Do cấp xi măng từ bao bì nên gây ô nhiếm.
- Năng suất vận chuyến thấp không thích hợp với trạm trộn có năng suấtcao. b. Dùng xi
lô:

■

Nguyên lý:
- Xi măng rời đuợc vận chuyến bằng khí nén vào xiclô sau đó đuợc vít tải vận chuyển đố
vào thiết bị định luợng truớc khi vào thùng trộn.

■

Ưu điềm:
- Không gây ô nhiểm môi truờng.
- Tiết kiệm đuợc chi phí vận chuyến do nạp xi măng với khối luợng lớn.

Nhóm 12

Page 11

■

Nhược điềm:
- Khi cần nạp liệu với khối luợng nhỏ không thuận lọi.
- Ket cấu phức tạp, giá thành đắt.
- Phuơng pháp này đuợc dùng phố biến ở các trạm trộn bê tông.

2.3.3 Cấp nước và phụ gia:
Việc cấp nước và phụ gia hầu nhu điều dựa trên phương pháp cấp trực tiếp từ bồn chứa:
nước và phụ gia từ bồn chứa theo đường ống xả xuống thiết bị định lượng và vào nồi trộn.

Nhóm 12

Page 12


2.3.5 Thiết bi trôn, máy trôn:
Dùng đế trộn hỗn hợp các nguyên liệu và xả ra xe bồn. Thường sử dụng động cơ để
quay trục quay trộn bê tông.
2.3.6 Hê thống điều khiến
a. Hệ thống điều khiển bằng điện
- Cấp nguồn cho trạm trộn.
- Điều khiến các động cơ cấp liệu, động cơ trộn.
- Cảnh báo sự cố, báo lỗi.
- Dừng khi có lỗi...
b. Hệ thống điều khiển khí nén, thủy lực.
- Điều khiến các van khí và xy lanh đế đóng mở cửa cấp liệu, cửa xả.
2.3.7 Kết cấu thép
Dùng để làm giá đỡ giữ cho các cụm ở trên được chắc chắn, đảm bảo an toàn khi vận
hành và sản xuất.

2.4 Nguyên ly hoat đông chung của tram trôn bẽ tông xi măng
Trạm trộn bê tông xi măng nhìn chung hoạt động theo nguyên lý sau:

Nhóm 12

Page 13


Hình 1.2.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của trạm trộn bê tông xi măng

Nhóm 12

Page 14


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN TRÊN S7-200
I. Giới thiệu về PLC S7-200 của SIEMMENS
1.1 PLC là gì ?
PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thế lập trình, được thiết kế chuyên
dùng trong công nghiệp đế điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc
vào người điều khiến mà có thế thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện này được
kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các
bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện được kích hoạ
nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra
của PLC.
Như vậy nếu thay đối các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thế thực hiện
các chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiến khác nhau. Hiện nay PLC đã được
nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Alan Bradley,
Shneider. Hitachi, .... Mặt khác ngoài PLC cũng đã bố sung thêm các thiết bị mở rộng khác

như: các cống mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiến thị, các bộ vào.
1.2 Cấu trúc và hoạt động của PLC
1.2.1 Cấu trúc
• Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần ( xem hình II. 1.2)
• Khối xử lý trung tâm ( CPU:CentralProcessingưnit )
Gồm có 3 phần: Bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.
• Hệthốnggiaotiếpvào/ra( Input/Output ).

1.2.2 Hoạt động

Hình II. 1.1: Sơ đồ khối CPU của PLC

Về cơ bản hoạt động của một PLC nhu sau: Ban đầu, hệ thống các cổng vào/ra
( Input/Output ) dùng đế đua các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi ( nhu cảm biến, công
tắc...) vào CPU. Sau khi nhận đuợc tín hiệu từ ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đua các tín
hiệu điều khiến qua các Module xuất ra các thiết bị đuợc điều khiển.
PLC biểu diễn một mạch logic cứng bằng một dãy các lệnh lập trình. PLC thực hiện
Nhóm 12

Page 15


chuơng trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối cùng trong
một vòng. Một vòng nhu vậy được gọi là vòng quét ( scan ). Xem hình II. 1.3.

Hình II. 1.3: Thực hiện chương trình theo vòng quét trong PLC

Thường việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong một khoảng thòi gian rất ngắn, một
vòng quét đơn có thòi gian thực hiện một vòng quét từ lms tói lOOms. 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. Đe khắc phục việc thời gian quét dài thì các nhà sản xuất
đã chế tạo ra các hệ thống PLC cập nhật tức thời, các hệ thống này thường áp dụng cho
những nơi có số lượng I/O nhiều và cần xử lý lượng thông tin lớn.
1.2.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC
Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính
năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp. Kích thước của PLC ngày nay
được thu nhỏ lại để số lượng I/O và bộ nhớ càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng
mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ
thống.
Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (với một sơ đồ
hệ thống, các đuờng nối dây, các tín hiệu ở các ngõ vào/ra ...), mà không phải thay đối kết
cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đối lắp đặt khi đối thứ tự điều
khiển ( đối với hệ thống điều khiển relay ...) khả năng chuyển đổi hệ điều khiến cao hơn (như
giao tiếp giữa các PLC đế truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiến linh
hoạt hơn.
Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không
gian nhỏ nhưng khả năng điều khiến nhanh, nhiều hơn các hệ thống điều khiến khác. Điều
này càng tỏ ra thuận lợi hơn vói các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp và quá trình lắp hệ
Nhóm 12

Page 16


thống ít tốn thời gian hơn các hệ thốn khác.
Cuối cùng là người sử dụng có thế nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao
diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc
(trouble shoding ) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc sửa chữa
thuận lợi hơn.
1.2.4 Một số lĩnh vực úng dụng PLC
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 đế điều khiến các hệ thống đơn giản, chỉ có
chức năng ON/OFF thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi chính
xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Một số lĩnh vực tiêu biếu ứng dụng
PLC như sau:
+ Hóa học và dầu khí: định áp suất, bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn...
+ Chế tạo máy và sản xuất: tự động hóa trong chế tạo máy, điều khiển nhiệt độ lò nhiệt
luyện kim...
+ Công nghiệp giấy, xi măng: Tự động hóa trong qua trình sản xuất nghiền bột giấy, bột
đá, trộn hỗn hợp...
+ Thực phẩm, sản xuất bia, ruợu, thuốc lá: đóng gói sản phẩm, phân loại...
+ Kim loại: Điều khiến qua trình luyện, cán thép...
+ Năng luợng, giao thông...
1.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 của Siemens.
1.3.1. Cấu hình phần cứng.
PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens ( Cộng hòa
liên bang Đức ), có cấu trúc theo kiếu modul và có các modul mở rộng. Các modul này đuợc
sử dụng cho những lập trình ứng dụng khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi
xử lí CPU. Hiện nay PLCS7-200 có nhiều loại PLC như CPU 212, CPU 214, CPU 224, CPU
224XP.. .về hình thức bên ngoài các CPU này chỉ khác nhau số lượng ngõ vào/ngõ ra.
+ CPU 212 có 8 cống vào và 6 cống ra và có thể mở rộng thêm bằng 2 modul mở
rộng.
+ CPU 214 có 14 cồng vào và 10 cồng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng

Nhóm 12

Page 17


7 modul mở rộng
+CPU 224XP có 14 cồng vào và 10 cồng ra có khả năng được mở rộng thêm bằng

7 modul mở rộng.
Trong đề tài này nhóm chỉ đề cập đến PLC S7- 200, CPU 224XP, các modul khác tương
tự.
1.3.2 CPU 224 XP.
-

CPU 224XP có hai loại chủ yếu: nguồn cấp 24VDC hoặc 220VAC.

-

512 từ đơn ( word ), tức là IK byte, để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi
được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM.( Vùng nhớ có giao diện
với EEPROM ).

-

14 cổng vào logic và 10 cống ra logic.

-

2 ngõ vào analog và một ngõ ra analog.

-

6 bộ đếm tốc độ cao: 2x200kHz và 4x400kHz.

-

2 ngõ ra xung tần số cao: tối đa 100kHz.

-

Có thế ghép nối thêm 7 modul để mở rộng số cống vào và ra, bao gồm cả modul tương
tự ( analog ).

-

Tổng số cổng logic vào/ra cực đại là 256: 128 cồng vào và 128 cổng ra.

-

Có 256 bộ tạo thời gian trễ ( Timer ), trong đó 4 Timer có độ phân giải lms, 16 Timer
có độ phân giải 10ms và 236Timer có độ phân giả 100ms.

-

Có 256 bộ đếm ( Counter ), chia làm hai loại: một loại chỉ đếm lên và một loại vừa
đếm lên vừa đếm xuống.

-

688 bit nhớ đặc biệt, sử dụng làm các bit trạng thái hoặc các bit đặt chế độ làm việc.

-

Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm: ngắt truyền thông, ngắt
xung cạnh lên hoặc xung cạnh xuống, ngắt theo thòi gain và ngắt báo hiệu bộ đếm tốc
độ cao và ngắt truyền xung.

-

Có 2 cổng truyền thông portO/portl: qua RS485.

-

Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 100 giờ khi PLC bị mất nguồn
nuôi.

1.3.3 Cổng truyền thong
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho
việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập

Nhóm 12

Page 18


trình kiếu PPI là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 300 đến
38.400
Chân 1: nổi đất.
Chân 2: nối nguồn 24VDC. -4-

5

4

3

2

Chàn 3: truyền và nhận dử liệu. +
Chân 4: không sư dụng.

9

-+- Chân 5: đát
4- Chân 6: nối nguồn
5VDC
-+~ Chân 7: nối nguồn
24VDC.
Chân 8: Truyền và nhận dử liệu.
4r Chân 9: không sứ dụng.

•

8

•

7

••

6

Hình 11.1.7: Sơ đồ chân của cổng truyền thong
Đe ghép nối S7-200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại máy lập trình thuộc họ
PG7xx có thế sử dụng một cáp nối thắng qua MPI.

Hình 11.1.8: Ghép nối qua cổng MPI

Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ
chuyển đổi RS-232/RS-485.

Nhóm 12

Page 19


Hình 11.1.9: Ghép nối PC/PPI
- Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC S7-200:
Côngtắcchọnchếđộlàmviệcnắmphíatrên,bêncạnhcáccốngracủaS7200cóbavịtríchophépchọncácchếđộlàmviệckhácnhauchoPLC.
•

RUN cho phép PLC thực hiện chuông trình trong bộ nhớ .PLCS7-200 sẽ rời khỏi

chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương
trình gặp lệnh STOP ,thậm chí ngay cả khi công tắc ở chế độ RUN.Nên quan sát trạng
thái thực tại của PLC theo đèn báo.
•

STOP cuỡng bức PLC dừng thực hiện chuơng trình đang chạy và chuyển sang chế

độ STOP .Ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chuơng trình hoặc nạp một
chuơng trình mới.
•

TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chế độ làm việc cho

PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP.
Điều chỉnh tuơng tự cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đối và sự dụng

trong chuơng trình .Núm chỉnh analog đuợc lắp đặt duới nắp đậy bên cạnh các cống
ra.Thiết bị chỉnh định có thể quay 270 độ.
• Mô tả các đèn báo trên PLC S7-200:
+Đèn đỏ SF: đèn sáng khi PLC đang làm việc báo hiệu hệ thống bị hỏng hóc +Đèn xanh
RUN: đèn sáng báo hiệu PLC đang ở chế độ làm việc +Đèn vàng STOP: đèn sáng báo
PLC đang ở trạng thái dừng +Đèn xanh Ix.x: đèn sáng báo tín hiệu ở cống vào đang ở
mức logic 1 và nguợc lại ở mức logic 0.
+Đèn xanh Qx.x: đèn sáng báo tín hiệu ở đầu ra đang ở mức logic 1 và ngược lại ở mức
logic 0.
Nhóm 12

Page 20


1.3.4 Pin và nguồn nuôi bộ nhớ
Nguồn nuôi dùng đế mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ.
Nguồn Pin tự động được chuyến sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn
kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.
1.4 Cấu trúc chương trình của S7-200
Có thể lập trình cho S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm STEP 7 Micro WIN:

Những phần mềm này đều có thế cài đặt đuợc trên máy lập trình họ PG7xx và các máy
tính cá nhân (PC).
Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính
(mainprogram) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt được
chỉ ra trong hình II. 1.10.
Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình (MEND).Chương
trình con là một bộ phận của chương trình.Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết
thúc chương trình chính,đó là lệnh MEND.
1.5. Các lệnh sử dụng trong chương trình.

1.5.1 Lệnh xử lý bit (công tắc)
Công tắc thường mở (Nomally open, viết tắt là NO) và công tắc thường đóng (Nomally
Closed, viết tắt là NC). Đối với PLC, mỗi công tắc đại diện cho trang thái 1 bit trong bộ nhớ
dữ liệu hay vùng ảnh của các đầu vào, ra. Công tắc thường mở sẽ đóng (ON nghĩa là cho
dòng điện đi qua) khi bit bằng 1, còng công tắc thường đóng sẽ đóng (ON) khi bit bằng 0.

Nhóm 12

Page 21


Trong LAD, các lệnh này đuợc biếu diễn bằng chính các công tắc thuờng
đóng và thường mở. Trong FBD, các công tắc thường mở được biếu diễn như các đầu vào
hoặc ra của các khối chức năng AND hoặc OR. Công tắc thường đóng được thêm dấu đảo
(vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng.

Hình II. 1.11: Ký hiệu công tắc trong LAD và FBD.
1.5.2 Bộ định thời
Có 3 loại bộ định thời:
• Bộ đóng trễ (On - Delay Timer) TON
• Bộ đóng trễ có nhớ (Retentive On - Delay Timer) TONR
• Bộ ngắt trễ (Off - Delay Timer) TOF
SIMHTIC I IK 1131 1

Hình 11.1.12: Ký hiệu bộ định thời

Các bộ đóng trễ và đóng trễ có nhớ bắt đầu đếm thời gian khi có đầu vào EN (enable) ở
mức 1 (ON). Lúc giá trị đếm được lớn hơn hay bằng giá trị đặt trước tại đầu vào PT (Preset
Time) thì bit trạng thái sẽ được đặt bằng 1 (ON). Điều khác nhau giữa 2 loại bộ đóng trễ này
là bộ đóng trễ bình thường sẽ bị Reset (cả giá trị đan đếm lẫn bit trang thai đều được đưa về

Nhóm 12

Page 22


0) khi đầu vào EN = 0; trong khi bộ định thòi có nhớ lưu lại giá trị của nó khi đầu vào EN
bằng 0 và tiếp tục đếm khi đầu vào EN bằng 1.
Như vậy ta có thế dùng loại có nhớ để cộng thời gian những lúc đầu vào EN bằng 1.
Loại bộ định thời này có the reset (xóa giá trị đang đếm về 0) bằng lệnh R (Reset). Cả hai loại
bộ đóng trễ vẫn tiếp tục đếm thời gian ngay cả sau khi đạt đến giá trị đặt trước PT và chỉ
dừng đếm khi đạt giá trị tối đa 32767 (16#7FFF).
Bộ ngắt trễ để đưa giá trị đầu ra (bit trạng thái) về 0 (OFF) trễ 1 khoảng thời gian sau khi
đầu vào (EN) đồi về 0. Khi đầu vào EN được đặt bằng 1 (ON) thì bit trạng thái của bộ ngắt
trễ cũng bằng 1 ngay lúc đó đồng thòi giá trị đếm của nó bị xóa về 0. Khi đầu vào EN về 0,
thì bộ định thời bắt đầu đếm cho đến khi đạt được giá trị đặt trước PT. Lúc đó bit trạng thái
của bộ ngắt trễ sẽ về 0 đồng thời nó cũng ngừng đếm. Neu đầu vào EN chỉ bằng không trong
khoảng thời gian ngắn hơn thời gian được đặt rồi quay lại bằng 1 thì bit trạng thái của bộ định
thời vẫn giữ nguyên bằng 1. Bộ ngắt trễ chỉ bắt đầu đếm khi có sườn thay đổi từ 1 về 0 ở đầu
vào EN.
Timer Type Resolution
TONR
1 ms
(retentive)
10 ms
100 ms
TON, TOF (nonretentive)

1.5.3 Bộ đếm

1 ms

10 ms
100 ms

Maximum Value
32 767 s (0 546 mm.)
327.67 s
(5.46 min.)
3276.7 s
(54.6 min.)
32 767 s (0 546 min.)
327.67 s
(5.46 min.)
3276.7 s
(54.6 min.)

Timer Number
TO, T64
T1toT4, T6510T68
T5 to T31. T69 to T95
T32, T96
T33 to T36.T97 to T100
T37 to T63.T101 to T255

Hình 11.1.13: Địa chỉ và thời gian trễ của bộ định thời

Ba loại bộ đếm : bộ đếm lên (Count up), bộ đếm xuống (Count Down) và bộ đếm lên
xuống (Count Up/Down).
Bộ đếm lên đếm cho đến giá trị tối đa của nó (32767) mỗi khi có sườn lên ở đầu vào
đếm lên (CU). Khi giá trị đếm (Cxxx) lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước (PV) thì bit trạng
thái (Cxxx) sẽ có giá trị 1 (ON). Bộ đếm có thể bị xóa (reset) bởi mức 1 ở đầu vào reset (R),

lúc đó cả giá trị đếm và bit trạng thái sẽ bị xóa về 0.
Bộ đếm xuống đếm từ giá trị đặt trước (PV) mỗi khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống
(CD). Khi giá trị đếm (Cxxx) bằng 0, bit trang thái (Cxxx) bằng 1 đồng thời bộ đếm ngừng
đếm. Mức cao ở đầu vào LD xóa bit trạng thái về 0 và tải giá trị đặt trước PV vào giá trị đếm.

Nhóm 12

Page 23


Bộ đếm vừa đếm lên vừa đếm xuống đếm lên khi có sườn lên ở đầu vào đếm lên (CU)
và đếm xuống khi có sườn lên ở đầu vào đếm xuống (CD). Khi giá trị đếm (Cxxx) lớn hơn
hoặc bằng giá trị đặt trước (PV) thì bit trạng thái (Cxxx) sẽ có giá trị 1 (ON). Bộ đếm có thể
bị xóa (reset) bởi mức 1 ở đầu vào reset (R), lúc đó cả giá trị đếm và bit trạng thái sẽ bị xóa
về 0.
Số hiệu các bộ đếm : co đến C255. Trong CPU 221,222 và 224 mỗi bộ đếm được xác
định loại tùy theo lệnh khai báo nhưng không thể khai báo các bộ đếm loại khác nhau với
cùng một địa chỉ (trong vùng C).
II. Thiết kế phần điều khiển trên S7-200

Nhóm 12

Page 24


Main

Nhóm 12

Page 25