Thiết Kế Và Mô Phỏng Hệ Thống Pha Màu Tự Động Dùng PLC S7-200

THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
DÙNG PLC S7-200

PHẦN I:LÝ THUYẾT
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
I. ĐẶT VẤN ĐỀ:
Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, hiện đại
hóa, để q trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các
dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất,
nâng cao năng suất lao động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao. Một
trong những phương án đầu tư vào tự động hố là việc ứng dụng PLC vào
các dây chuyền sản xuất.
Đối với những tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộ
điều khiển này đang được sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau.
Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là
ngành xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một
việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong cơng đoạn
pha chế sơn

II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
Sơn là một trong những ngun vật liệu chủ yếu trong ngành xây
dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng
đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn
là một yếu tố quan tâm hàng.Đa số việc pha Pha màu hiện nay trên thị
trường đều được thực hiện trên phương pháp thủ cơng (tức theo kinh
nghiệm). Chính vì vậy độ chính xác khơng cao, sản phẩm sản xuất ra đơi khi
khơng theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suất thấp, lãng phí sức

lao động, thời gian, …

Trang 1


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

Để loại bỏ những nhược điểm trên. Cũng như để tạo ra những sản
phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tác đơn giản, đưa bộ điểu khiển
lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động:
“Hệ Thống Pha màu Tự Động”.
Mơ hình này có thể sử dụng trong hệ thống trộn bêtơng và một số
lĩnh vực khác như pha chế hố chất, thực phẩm, …

III. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:
Từ u cầu của Luận văn tốt nghiệp, cũng như khả năng về kiến
thức và thời gian khơng cho phép nên em chỉ thực hiện những cơng việc
sau:
 Tìm hiểu mơ hình Pha màu trong thực tế
 Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7 – 200
 Viết chương trình
 Chạy chương trình trên PLC (CPU 224)
 Tìm hiểu phần mền Win CC
 Viết giao diện bằng phần mền Win CC
 Kết nối giao tiếp giữa giao diện và chương trình PLC
 Thi cơng mơ hình và phần cứng

IV. HƯỚNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI:
 Nghiên cứu mơ hình máy Pha màu từ các bồn chứa vật liệu cơ bản

(các màu cơ bản và thành phần để tổng hợp nên màu cơ bản)
 Ấn định sản xuất một số màu (cam,rêu,nho)từ các màu cơ bản
(xanh,đỏ,vàng)
 Ấn định sản xuất khối lượng được người sử dụng nhập từ giao diện
 Sử dụng giao diện để người sử dụng lựa chọn sản phẩm,khối lượng
và tỷ lệ theo các thành phần màu để có một màu theo mong muốn
 Sử dụng các bộ timer để tính thời gian trộn và xả sản phẩm
 Thơng qua PLC để tác động đóng mở các van cấp ngun vật liệu,
máy bơm và điều khiển động cơ khuấy trộn
 Lập trình điều khiển PLC

Trang 2


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

 Vẽ giao diện về mơ hình và bảng điều khiển để dễ dàng trong việc
giám sát và điều khiển
 Kết nối giữa giao diện và chương trình PLC thơng qua MOBUS
 Thi cơng mơ hình và điều khiển mơ hình hồn tồn hoạt động

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG
Giao Diện
Máy Tính

Nhập Dữ Liệu

PLC Xử Lý

Cơ Sở Dữ Liệu

Các thiết bò chấp
hành

V. SƠ LƯỢC VÀ NGUN TẮC ĐIỀU KHIỂN:
 Bật cơng tắc nguồn cho hệ thống hoạt động
 Chọn sản phẩm và khối lượng cần sản xuất thơng qua giao diện
 Xác nhận lại một lần nữa
 PLC điều khiển cho các van chứa ngun vật liệu lần lược mở ra
theo thứ tự mà sản phẩm và khối lượng đã chọn
 PLC kiểm tra khối lượng ngun vật liệu đã đủ hay chưa, và lần lượt
đóng lại các van chứa
 Sau đó PLC điều khiển cho động cơ trộn hoạt động trong 5 phút, để
trộn tất cả ngun vật liệu đã có trong bồn lớn



Sau khi trộn xong,hệ thống ngưng hoạt động ở chế độ chọn sản
phẩm và khối lượng, và cứ thế hệ thống hoạt động theo dây chuyền
khép kín.

Trang 3


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG II:
GIỚI THIỆU VỀ PLC STEMENS S7-200

I. PLC LÀ GÌ?
PLC (Programmable Logic Control) là thiết bi có thể lập trình được
thiết kế chun dùng trong cơng nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ
đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà có thể 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 s4 bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi xung ra các thiết bị bên
ngồi được gắn vào ngõ ra của PLC. Như vậy nếu t thay đổi các chương
trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau
trong các mơi trừơng điều khiển khác nhau. Hiện nay PLC đã được nhiều
hãng khác nhan sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Alan
Bradley, Shneider. Hitachi, …. Mặt khác ngồi PLC cũng đã bổ cung thêm
các thiết bị mở rộng khác như: các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI
(Digital Input), các thiết bị hiện thị, các bộ vào.

II. ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH:
Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành
thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình được
(programmable control systems) hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều
khiển máy móc hay q trình hoạt động. Trong bối cản đó, bộ điểu khiển lập
trình (PLC – Programmable Logic Controller) được thiết kế nhằm thay thế
phương pháp điề khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh và
nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc
lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngồi ra, PLC còn có thể thực hiện
những tác vụ khác như định thời, đếm, … làm tăng khả năng điều khiển cho
những hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất.
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ngõ vào
được đưa về từ q trình điều khiển, thực hiện các thao tác logic được lập

Trang 4


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

trong chương trình và đưa ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị tương ứng, với
các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối
trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có cơng suất nhỏ ở ngõ ra và
những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà khơng cần có
các mạc giao tiếp hay rơ-le trung gian. Tuy nhiên, khi dùng PLC điều khiển
những thiết bị có cơng suất lớn cần phải có mạch điện tử cơng suất trung
gian gắn thêm vào.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển
mà khơng cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay
đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thơng qua thiết bị lập trình chun
dùng. Hơn nữa, chúng ta còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt
động nhanh hơn so với những hệ thống truyền thơng mà đòi hỏi cần phải
thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thơng”, và chúng
có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong cơng nghiệp.
 Khả năng kháng nhiễu tốt
 Cấu trúc dạng Modul cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối
thêm Modul mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Modul
chun dùng)
 Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được
chuẩn hố
 Ngơn ngữ lập trình chun dùng – Ladder, Instruction và Funtion
Chart, dễ hiểu và dể sử dụng
 Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc
điểu khiển các máy móc cơng nghiệp và trong điền khiển q trình
(Process – control)

Trang 5


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

1. Khái niệm cơ bản:
Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm lỹ sư hãng General
Motors vào năm 1968. họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng
nh7ững u cầu điều khiển trong cơng nghiệp:
 Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp
trong nhà máy
 Cấu trúc dạng Modul dể dàng bảo trì và sửa chữẵ
 Tin cậy hơn trong mơi trường sản xuất của nhà máy cơng nghiệp
 Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ – le chức
năng tương đương
 Giá thành cạnh tranh
Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kỹ sư thuộc nhiều ngành
nghiên cứu về khả năng ứng dụng của PLC trong cơng nghiệp, các kết quả
đã đưa ra thêm một số u cầu cần phải có trong chức năng của PLC:
Tập lệnh từ các lệnh logic đơn giản được hỡ trơ thêm các lệnh về tác
vụ định thì, tác vụ đếm; sau đó là các lệnh xử lý tốn học, xử lý bằng dữ
liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính tốn số liệu số thực 32 bit, xử lý thời gian
thực, đọc mã vạch, … Song song đó, sự phát triển về phần cứng cũng đạt
được nhiều kết quả: bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ ra nhiều hơn, nhiều
Modul chun dùng hơn. Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các

ngõ vào/ ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thơng, khoảng 200m
Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong cơng nghiệp đã thúc đẩy các
nhà sản xuất hồn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng,
tốc độ xử lý và hiệu suất. Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ
20 ngõ vào/ ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC
có cấu trúc Modul nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng vá chức năng
chun dùng:
 Xử lý tín hiệu liên tục (analog)
 Điều khiển động cơ servo, động cơ bước
 Truyền thơng

Trang 6


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

 Số lượng ngõ vào/ ra
 Bộ nhớ mở rộng
Với cấu trúc dạng Modul cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp
một hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và cơng suất ít nhất.

2. PC hay PLC:
Có một số thuật ngữ dùng để mơ tả điền khiển lập trình:
 PC

Programmable Controller (Anh)

 PLC

Programmable Logic Controller (Mỹ)

 PBS

Programmable Binary Systems (Thụy Điển)

Hai thuật ngữ sau có đều thể bộ điều khiển lập trình làm việc với tín
hiệu nhị phân. Trong thực tế, tất cả bộ điều khiển trừ bộ điều khiển loại nhỏ
đều có khả năng xử lý tín hiệu analog, nên các thuận ngữ đó khơng nói lên
được hết khả năng của bộ điều khiển lập trình. Vì lý do này và một số lý do
khác mà thuật ngữ Programmable Controller, viết tắt là PC, thể hiện ý nghĩa
tổng qt nhất về bộ điều khiển lập trình. Tuy nhiên, để tránh sự hiểu lầm
với thuật ngữ máy vi tính cá nhân “PC” thì PLC thường được dùng thay cho
PC.
So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển:
Chỉ tiêu so
sánh
Giá thành từng
chức năng
Kích thước
Kích thước vật
lý
Tốc độ điều
khiển
Khả năng
chống nhiễu
Lắp đặt

Rơ – le

Mạch số

Máy tính

PLC

Khá thấp

Thấp

Cao

Thấp

Lớn

Rất gọn

Khá gọn

Rất gọn

Lớn

Rất gọn

Khá gọn

Rất gọn

Chậm

Rất nhanh

Khá nhanh

Nhanh

Xuất sắc

Tốt

Khá tốt

Tốt

Mất thời gian

Mất thời gian

Mất nhiều thời

Lập trình và lắp

thiết kế và lắp

thiết kế

gian lập trình

đặt đơn giản

Trang 7


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp
đặt
Khả năng điều
khiển tác vụ

Khơng

Có

Có

Có

Rất khó

Khó

Khá đơn giản

Rất đơn giản

phức tạp
Dễ thay đổi
điều khiển

Kém – có rất
Cơng tác bảo

Kém - có rất

Kém – nếu IC

nhiều mạch

trì

nhiều cơng tắc

được hàn

điện tử chun
dùng

Tốt – các
Modul được
tiêu chuẩn hố

Theo bảng so sánh, PLC có những đặv điểm về phần cứng và phần
mềm làm cho nó trở thành bộ điều khiển cơng nghiệp được sử dụng rộng
rãi.

3. Tóm lại:
Sự ra đời của PLC củng như các bộ điều khiển hiện đại khác đã mở
ra một thời đại mới trong lĩnh vực tự động hố. Với những khả năng điều

khiển phong phú và phức tạp hơn, PLC đã vượt xa các mạch điều khiển cổ
điển dùng dây nối và Relay. Các hệ thống dây chuyền sản xuất được điều
khiển một các nhịp nhàng hơn, các thiết bị máy móc được điều khiển chính
xác hơn.

Trang 8


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

CHƯƠNG III:
SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Thiết bị điểu khiển lập trình đầu tiên (Programmable Controller) đã
được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (cơng ty General Motor Mỹ).
Tuy nhiên, hệ thống này còn kha đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp
nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng
bước cải tiến hệ thống làm cho hệ thống đơn giản, gọn nh5, dễ vận hành,
nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này khơng có các
thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho cơng việc lập trình.
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 được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiển lập
trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn
giản nhằm thay thế hệ thốntg Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ
điển. Qua q trình vận hành, các nhà thiết kế đả từng bước tạo ra được một
tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: dạng lập trình dùng giản đồ
hình thang (The Diagram Format). Trong những nămđầu thập niên 1970,
những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật tốn
hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (Data

Manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho mày tính
(Cathode Ray Tube: CRT) nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập
trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn.
Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho
đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh hơn với các chức năng
mở rộng: hệ thống ngõ vào/ ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào/ ra, dung
lượng bộ nhớ tăng lên hơn 128.000 từ bộ nhớ (word of memory) có thể gắn
thêm nhiểu Modul bộ nhớ để có thể tăng thêm kích thước chương trình.
Ngồi ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC
riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, kết nối với các hệ thống máy tính,
tăng khả năng điều khiển của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ xử lý của hệ

Trang 9


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

thống được cải thiện, chu kỳ qt (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC
xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng vào/ ra lớn. Một số
thuật tốn cơ bản dùng cho điều khiển cũng được tích hợp vào phần cứng
như điều khiển PID (cho điều khiển nhiệt độ, cho điều khiển tốc độ động cơ,
cho điều khiển vị trí), điều khiển mờ, lọc nhiễu tín hiệu đầu vào…
Trong tương lai hệ thống PLC khơng chỉ giao tiếp với các hệ thống
khac thơng qua CIM (Computer Integrated Manefacturing) để điều khiển
các hệ thống: Robot, Cad/ Cam, … Ngồi ra các nhà thiết kế còn đang xây
dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thơng minh” (Intelligent)
còn gọi là các siêu PLC (super PLC) cho tương lai.

I. CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC:

1. Cấu trúc:
Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần:
 Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit)
 Hệ thống giao tiếp vào/ ra (I/O)
 Trong đó:
 Thiết bị đầu vào gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển như nhấn,
cảm biến, cơng tắc hành trình
 Input, Output các cổng nối phía đầu vào/ ra của PLC hay của các
Modul mở rộng
 Cơ cấu chấp hành: gồm các thiết bị được điều khiển như: chng,
đèn, contactor, động cơ, van khí nén, mày bơm, Led hiển thị, …v.v

Trang 10


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

I
N
P
U
T
S

CENTRAL
PROCESSING
UNIT

MÁY TÍNH

O
U
T
P
U
T
S

M

M

PG/PC

Chương trình điều khiền: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output
đầu ra theo tín hiệu Input đầu vào như mong muốn. Các chương trình điều
khiển được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chun dụng cầm tay
(Hand – Hold Programmer PG) hoặc chạy bằng phần mềm điều khiển trên
máy vi tín sau đó được nạp vào PLC thơng qua cáp nối giữa PLC với máy
tính hay (PG)
Khối điều khiển trung tâm (CPU : Central Processing Unit) gồm ba
phần:
 Bộ xử lý hệ thống
 Hệ thống bộ nhớ
 Hệ thống nguồn cung cấp
Processor

Memory

Power Supply

Có nhiều loại bộ nhớ để người sử dụng lực chọn theo mục đích hay
u cầu sử dụng

Trang 11


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

 ROM (Read Only Memory) bộ nhớ chỉ đọc khơng xố dùng lưu trữ
chương trình cố định, khơng thay đổi thường dùng cho nhà sản xuất
PLC.
 RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngãu nhiên dùng
để lưu trữ dữ liệu và chương trình cho người sử dụng.
 EPROM:ROM lập trình có thể xố được
 EEPROM: Electtrically EPROM

2. Cổng truyền thơng:
S7 – 200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp có 9 chân để phục vụ
cho việc ghép nố với các thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc
độ truyền tự do của PLC là 300 đến 38.400 được set trong thanh ghi đặc biệt
SM 30.2 đến SM 30.4
SM30.2

SM30.3

SM30.4

Tốc độ Baul

0

0

0

38400(CPU 212=19200)

0

0

1

19200

0

1

0

9600

0

1

1

4800

1

0

0

2400

1

0

1

1200

1

1

0

600

1

1

1

300

Chức năng các chân:

Trang 12


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

II. GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC
SIMATIC S7 – 200
1. Cấu trúc phần cứng của S7 – 200 CPU 214:
PLC là viết tắt của Programmable Logic Control, là thiết bị điều khiển
logic lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều
khiển thơng qua một ngơn ngữ lập trình.
S7 – 200 là thiết bị điều khiểu khả trình loại nhỏ của hãng Siemens,
có cấu trúc theo kiểu Modul và có các Modul mở rộng, các Modul này sử
dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7 –
200 là khối vi xử lý CPU212 hoặc CPU214. Về hình thức bên ngồi, sự
khác nhau giữa hai loại CPU này nhận biết được nhờ số đầu vào/ ra và
nguồn cung cấp.
CPU 212 có 8 cổng vào, 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng
thêm bằng 3 Modul mở rộng.
CPU 214 có 14 cổng vào, 10 cổng ra và có khả năng được mở rộng
thêm bằng 7 Modul mở rộng.

S7 – 200 có nhiều loại MoDdul mở rộng khác nhau
CPU 214 bao gồm:
2048 từ đơn (4K byte) thuộc miền nhớ đọc/ ghi non – volatile để lưu
chương trình (vùng nhớ có giao diện với EEPROM)
2048 từ đơn (4K byte) kiểu đọc/ ghi để lưu dữ liệu, trong đó 512 từ
đầu thuộc miền nhớ non – volatile
14 cổng vào và 10 cổng ra logic
có 7 Modul để mở rộng thêm cổng vào/ ra bao gồm ln cả Modul
analog
Tổng số cổng vào/ ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra
128 bộ đếm chia làm 2 loại: chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm
lùi
388 bit nhớ đặc biệt dùng để thơng báo trạn g thái và đặt chế độ làm
việc

Trang 13


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

các chế độ ngắt vá xử lý ngắt bao gồm : ngắt truyền thơng, ngắt theo
sườn lên hoặc xuống, ngắt thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt
truyền xung
3 bộ đếm tốc độc cao với nhịp 2Khz và 7 Khz
2 bộ phát xung nhan cho dãy xung kiểu Pto hoặc kiểu PWM
2 bộ điều chỉnh tương tự
Tồn bộ vùng nhớ khơng bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian
190h khi PLC bị mất nguồn ni.
Các cổng ra

SF
SIEMENS

RUN
STOP

SIMATIC
S7-200

I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7

I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5

Các cổng vào

Q0.0
Q0.1

Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7

Q1.0
Q1.1

Cổng truyền thơng

Hình 1: bộ điều khiển lập trình được S7 – 200, CPU214
Mơ tả các đèn báo trên S7 – 200, CPU214
SF (đèn đỏ): đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. Đèn SF sáng lên
khi PLC bị hỏng hóc.
RUN (đèn xanh): đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm
việc và thực hiện chương trình được nạp trong máy.
STOP (đèn vàng): đèn vàng STOP 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 Ix.x (x.x=0.0÷1.5). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá
trị logic của cổng.

Trang 14


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

Qy.y (đèn xanh): đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của
cổng Qy.y (y.y=0.0÷1.1). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá
trị logic của cổng.

2. Cổng truyền thơng:
S7 – 200 sử dụng cổng truyền thơng 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 trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc độ
truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300 đến 38400.

Để ghép nối S7 – 200 với máy lập trình PG702 hoặc với các loại
máy lập trình thuộc họ PD7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng PMI. Cáp
đó đi kèm theo máy lập trình.
Ghép nối S7 – 200 với máy tính PC qua cổng RS – 232 cần có cáp
nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.
Cơng tắc chọn chế độ làm việc của PLC.
Cơng tắc chọn chế độ làm việc nắm phía trên, bên cạnh các cổng ra
của S7 – 200 có ba vị trí cho phép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho
PLC.
Run cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7 –
200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP trong máy có sự

Trang 15


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi cơng tắc ở
chế độ RUN. Nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo.

STOP cưỡng bức PLC dừng thực hiện chương trình đang chạy và
chy\uyển sang chế độ STOP. Ơ chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại
chương trình hoặc nạp một chương trình mới.
TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong các chê độ
làm việc cho PLC hoặc ở chế độ RUN hoặc ở chế độ STOP chỉnh định
tương tự.
Điều chỉnh tương tự ( 1 bộ trong CPU 212 và 2 trong CPU 214) cho
phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sự dụng trong chương trình.
Núm chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp đậy bên cạnh các cổng ra. Thiết bị
chỉnh định có thể quay 2700.
Pin và nguồn ni bộ nhớ.
Nguồn ni dùng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có
trong bộ nhớ. Nguồn Pin tự động được chuyển 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 khơng bị mất đi.

3. Cấu trúc bộ nhớ:
a. Phân chia bộ nhớ:
Bộ nhớ của S7 – 200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ
duy trì dữ liệu trong 1 khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ
của S7 – 200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong tồn vùng, loại
trừ phần bit nhớ đặc biệt được kí hiệu SM ( Special Memory) chỉ có thể truy
nhập để học.
Vùng chương trình: là miền nhớ được sử dụng để lưu các lệnh
chương trình. Vùng này thuộc kiểu non - volatile đọc/ghi được.
Vùng tham số: là miền lưu giữ các tham số như: từ khóa, địa chỉ
trạm … cũng như vùng chương trình, vùng tham số thuộc kiểu non –
volatile đọc/ ghi được.

Trang 16

THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

Vùng dữ liệu: dùng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các
kết quả các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm
truyền thơng … một phần của vùng nhớ này thuộc kiểu non – volatile.
Vùng đối tượng: timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào
ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng. Vùng này khơng kiểu non –
volatile nhưng đọc ghi được.
Hình: bộ nhơ trong và ngồi của S7 – 200

Chương trình

Chương trình

Chương trình

Tham số

Tham số

Tham số

Dữ liệu

Dữ liệu

Dữ liệu

Vùng đối tượng

Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động, nó có thể được truy nhập theo
từng bit, từng byte, từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu
cho các thuật tốn các hàm truyền thơng, lập bảng các hàm dịch chuyển,
xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ, …
Vùng dữ liệu lại được chia thành các miền nhớ nhỏ với các cơng
dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng các chữ cái đầu của tên tiến anh,
đặc trưng cho từng cơng dụng của chúng như sau:
V

- Variable memory

I

- Inputs image register

O

- Putputs image register

M

- Internal memory bits

SM

- Speacial memory bits

Tất cả các miền này đều có thể truy nhập được theo từng bit, từng
byte, từng từ đơn (Word – 2 byte) hoặc từ kép (2 Word).

Trang 17


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

b. Địa chỉ truy nhập được truy xuất theo ơ nhớ:
Truy nhập theo bit: tên miền (+) địa chỉ byte (+) (+) chỉ số it. Ví dụ
V150.4 chỉ bit của byte 150 thuộc miền V.
Truy nhập theo byte: tên miền (+) B (+) địa chỉ byte miền. Ví dụ
V150 chỉ 150 thuộc miền V.
Truy nhập theo từ: tên miền (+) W (+) địa chỉ byte cao của từ trong
miền. Ví dụ VW150 chỉ từ đơn gồm 2 byte 150 và 151 thuộc miền V, trong
đó 150 có vai trò byte cao trong từ.

Truy nhập theo từ kép: tên miền (+) D (+) địa chỉ byte cao của từ
trong miền. Ví dụ VW150 chỉ từ kép gồm 4 byte 150, 151 và 152 thuộc
miến V, trong đó 150 có vai trò byte cao và byte 153 là thấp trong từ kép.

Trang 18


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

Tất cả các byte thuộc vùng dữ liệu đều có thế truy cập được bằng
con trỏ. Con trỏ được định nghĩa trong miền V hoặc các thanh ghi AC1,

AC2 và AC3. Mỗi con trỏ địa chỉ gồm 4 byte (từ kép).
c.

Vùng đối tượng:
Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữa dữ liệu cho các đối tượng

lập trình như các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm, hay timer. Dữ
liệu kiểu đối tượng bao gồm của thanh ghi của timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ
cao, bộ đếm vào/ ra tương tự và các thanh ghi Accumulator (AC).
Kiểu đối tượng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ
được ghi theo mục đích cần sử dụng của đối tượng đó.
Sau đây là một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các Modul mở rộng trên
CPU214:
Modul 0
CPU 214

(4 Vào\4
Ra)

Modul 2
Modul 1

(3 Vào

Modul 3

(8 Vào)

analog

(8 Ra)

\1 Ra analog)

Modul 4
(3 Vào analog
\1 Ra analog)

I0.0

I2.0

I3.0

AIW0

Q3.0

AIW8

I0.1

I2.1

I3.1

AIW2

Q3.1

AIW10

I0.2

I2.2

I3.2

AIW4

Q3.2

AIW12

I0.3

I2.3

I3.3

AQW0

Q3.3

AQW4

I0.4

Q2.0

I3.4

Q3.4

I0.5

Q2.1

I3.5

Q3.5

I0.6

Q2.2

I3.6

Q3.6

I0.7

Q2.3

I3.7

Q3.7

I1.0
I1.1

I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
Q0.0
Q0.1

Trang 19


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1

4. Cấu trúc chương trình của S7 – 200:
Có thể lập trình cho S7 – 200 bằng cách sử dụng một trong những
phần mềm say đây:


STEP 7 – Micro/DOS



STEP 7 – Micro/WIN
Những phần mềm này đều có thể cài đặt được 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 (main program) và sau đó đến các chương trình con và các
chương trình xử lý ngắt được chỉ ra sau đây:
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.
Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Nếu
cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình
chính MEND.
Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau
chương trình chính. Sau đó đến chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như
vậy, cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc

Trang 20


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

chương trình sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương
trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính.

III. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA 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 cơng
nghiệp. Kích thước của PLC hiện nay được thi nhỏ lại để bộ nhớ và số
lượng Inputs/ Outputs 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.
Ưu điểm đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một
lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ ra
…), ma khơng cần phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự
tốn kém kinh phí khi phải thay đổi lắp đặt điều khiển cao hơn ( như giao tiếp

Trang 21


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều
khiển linh hoạt hơn.
PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong mơi trường cơng
nghiệp một PLC có thể lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical
Noise), vùng có từ trường mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ và độ ẩm
mơi trường cao, …
Khơng như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm
một khoảng khơng gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ
thống khác. Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều
khiển lớn, phức tạo và q trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn
các hệ thống khác.
Cuối cùng là người sử dụng có thể 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 của hệ thống và báo cho người sử dụng),

điều này làm cho việc sữa chửa thuận lợi.

IV. MỘT VÀI LĨNH VỰC TIÊU BIỂU ỨNG DỤNG PLC:
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành cơng trong nhiều lĩnh vựa
sản xuất cả trong cơng nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều
khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/ mở (ON/ OFF) thơng
thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác
cao, ứng dụng các thuật tốn trong q trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu
ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:
Hố học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ
thống ống dẫn, cân đơng trong ngành hố, …
Chế tạo máy và sản xuất: tự động trong chế tạo máy, cân đong q
trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại, …
Bột giấy, giấy, xử lý giấy: điều khiển máy băm, q trình ủ bột, q
trình cán, gia nhiệt, …
Thủy tinh và phim ảnh: q trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu , cân
đong, các khâu hồn tất sản phẩm, đo cắt giấy, …

Trang 22


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

Thực phẩm, rược bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm,
kiểm sốt q trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây, …) cân đong, đóng
gói, hồ trộn, ….
Kim loại: điều khiển q trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất,
kiểm tra chất lượng.
Năng lượng: điều khiển ngun liệu (cho q trình đốt, xử lý trong

các turbin, …) các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một các tự
động (than, gỗ, dầu mỏ, …)

CHƯƠNG IV:
GIỚI THIỆU VỀ TẬP LỆNH S7 – 200
I. CÁC LỆNH VÀO RA SỬ DỤNG TRONG CHƯƠNG TRÌNH:
1. Các lệnh tiếp điểm và cuộn dây:
Dạng lệnh

Mơ tả chức năng lệnh

LAD

Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi có giá trị logic bit

LDN n

bằng 1 và sẽ hở nếu giá trị logic bằng 0.
LD n

STL

Tốn hạng : Bit: I, Q, M, SM, T, C, V (n)
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng tức thời khi giá trị bit

LAD

STL

Tốn hạng : Bit: I, Q, M, SM, T, C, V (n)

Tiếp điểm thường hở sẽ được đóng nếu giá trị logic

LAD

STL

bằng 0, và sẽ mở khi có giá trị logic bằng 1

bằng 1 và sẽ mở tức thời nếu gia trị logic bằng 0.
LDI n

Tốn hạng : Bit: I, Q, M, SM, CT, V (n)

LAD

Tiếp điểm thường đóng sẽ mở tức thì khi giá trị logic
bằng 1 và ngược lại
Tốn hạng: bit: I, Q, M, SM, CT, V (n)
LDNI n
Tiếp điểm đảo trạng thái của dòng cung cấp. Nếu dòng

LAD

STL

STL

cung cấp có tiếp điểm đảo thì nó ngắt mạch, và ngược
NOT

lại.

Trang 23


LAD

THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp
Cuộn dây ở đầu ra được kích thích khi có dòng điều

=n
Cuộn dây ở đầu ra được kích thích tức thời khi có dòng

LAD

STL

khiển đi ra.

STL

điện điều khiển đi qua
=I n

Tốn hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V (n)
Dùng để đóng một mảng gồm n tiếp điểm kể từ giá trị

LAD

ban đầu bit

STL

Tốn hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V, IB, QB, MB,
S bit n

SMB, VB, AC, *VD, *AD, Const
Dùng để ngắt một mảng gồm n tiếp điểm kể từ giá trị

LAD

ban đầu bit
Tốn hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V, IB, QB, MB,
SMB, VB, AC, *VD, *AD, Const

STL

R bit n

LAD

Ghi tức thời giá trị logic vào một mảng gồm n bit kể từ

STL

giá trị ban đầu bit
Tốn hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V (Bit), IB, QB,
SI bit n

MB, SMB, VB, AC, *VD, *AC, Const
Xố mơt mảng tức thời gồm n bit kể từ địa chỉ bit. Nếu

LAD

bit chỉ vào Timer hoặc Counter thì lệnh sẽ xố bit đầu
ra của Timer/ Counter
Tốn hạng: Bit: I, Q, M, SM, T, C, V (Bit), IB, QB,

STL

RI bit n

MB, SMB, VB, AC, *VD, *AC, Const

Trang 24


THIẾT KẾ,GIÁM SÁT&MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Luận văn tốt nghiệp

2. Các lệnh dùng để so sánh hai tiếp điểm:
Dạng lệnh

Mơ tả chức năng
Lệnh so sánh bằng sẽ làm cho tiếp điểm đóng

LAD

khi IN1 bằng IN2 (IN1, IN2 kiểu Byte)

Tốn hạng: IN1, IN2: VB, IB, QB, MB, SMB,
AC, Const, *VD, *AC

STL

LDB = IN1 IN2
Lệnh so sánh bằng sẽ làm cho tiếp điểm đóng

LAD

khi IN1 bằng IN2 (IN1, IN2 kiểu Word) và
ngược lại.
Tốn hạng: IN1, IN2: VW, IW, MW, SMW,

STL

LDW = IN1 IN2

Const, T, C, AIW, *VD, *AC
Lệnh so sánh bằng sẽ làm cho tiếp điểm đóng

LAD

khi IN1 bằng IN2 (IN1, IN2 kiểu Double
Word) và ngược lại.
Tốn hạng: IN1. IN2: VD, ID, MD, SMD, AC,

STL

LDD = IN1 IN2

Const, HC, *VD, *AC
Lệnh so sánh bằng sẽ làm cho tiếp điểm đóng

LAD

khi IN1 bằng IN2 (In1, IN2 kiểu Real số thực)
và ngược lại
Tốn hạng: IN1, IN2: VD, ID, QD, MD, SMD,
AC, HC, *AC Const, *VD
STL

LDR = IN1 IN2
Lệnh so sánh lớn hơn hoặc bằng sẽ làm cho

LAD

tiếp điểm đóng khi IN1 bằng IN2 (IN1, IN2
kiểu byte)
Tốn hạng: IN1, IN2: VB, IB, QB, MB, SMB,

STL

LDB>= IN1 IN2

AC, Const, *VD, *AC

Trang 25