THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC SỬ DỤNG PLC S71200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN 2
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BƠM NƯỚC
SỬ DỤNG PLC S7-1200

Trưởng bộ môn

: TS. Trần Trọng Minh

Giáo viên hướng dẫn

: TS. Đỗ Mạnh Cường

Sinh viên thực hiện

: Phan Đăng Hùng

Lớp

: ĐK & TĐH3 – K57

MSSV

: 20121840

Hà Nội, 6-2015

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án 2: “Thiết kế hệ thống điều khiển bơm nước sử
dụng plc s7-1200” do nhóm chúng em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS.
Đỗ Mạnh Cường. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này chúng em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh
mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát
hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, ngày…… tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phan Đăng Hùng


MỤC LỤC


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

4


Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG

5

Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PLC

:

H/C

:

Programmable Logic Controller

Bộ điều khiển Logic khả trình
Hiệu chỉnh


Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Trên thế giới, việc sử dụng PLC để điều khiển mức nước đã được áp dụng từ lâu
và ngày càng phổ biến. Còn ở Việt Nam, việc áp dụng PLC cũng đang phát triển và việc
áp dụng PLC để điều khiển mức nước trong các bể chứa đang dần trở nên phổ biến hơn.
Với tính năng nổi trội, PLC cho phép điều khiển với độ chính xác cao, dễ dàng
điều khiển và mở rộng điều là mà người sử dụng đang hướng tới.
Trong đồ án tốt nghiệp nhóm em đã được giao đề tài : “Thiết kế hệ thống điều

khiển mức nước sử dụng plc s7-1200” .Nội dung đồ án gồm các phần cơ bản như sau:
-

Tổng quan chung về điều khiển mức nước và yêu cầu bài toán.
Thuật toán và giao diện HMI.
Sơ đồ dấu dây.
Kết quả đạt được.

Sau 3 tháng được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Đỗ Mạnh Cường đồ án
của nhóm em đã hoàn thiện. Do thời gian làm đồ án ngắn và khả năng còn hạn chế, chắc
chắn đồ án của nhóm em còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp của
thầy cô và các bạn.
Hà nội, ngày …… tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phan Đăng Hùng

7


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC VÀ YÊU CẦU BÀI
TOÁN

1.1.Yêu cầu công nghệ

ALAR

Hệ thống gồm 2 bể nước được đặt cách nhau một khoảng trong không gian:

-Dùng bơm để bơm nước từ bình dưới lên trên khi sensor dưới ở bình trên dưới mức
-Bơm liên tục cho đến khi sensor trên ở bình trên vượt quá mức thì dừng bơm
-Trong trường hợp sensor ở bình dưới ở dưới mức thì hệ thống cũng dừng bơm và đưa ra
cảnh báo
1.2.Chọn PLC và Sensor
1.2.1.Chọn PLC
Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC
không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự
kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực..
Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một
hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ thống
được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp
với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn.

8


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

PLC cũng đã phát triển ở Việt Nam khá lâu với nhiều hãng sản xuất như Siemens,
Ormon, Misubishi, Alenbratlay… nhưng nhóm chọn PLC S7-1200 của Siemens vì nó đáp
ứng được yêu cầu bài toán và cũng vì nó là loại PLC mới nên dễ dàng mở rộng bài toán.
Về CPU nhóm quyết định chọn CPU 1214C vì một số lý do:
- Có 14 inputs/10 output số trong khi bài toán chỉ cần 3 inputs và 2 outputs số vì thế nó
không những dáp ứng yêu cầu mà có thể mở rộng bài toán
- Bộ nhớ sử dụng lớn 100 Kbytes
- Hỗ trợ truyền thông PROFINET Ethernet communication port nên dễ dàng giao tiếp
HMI
- Phổ biến dễ dàng mua được
1.2.1.Sensor

CHƯƠNG 2. THUẬT TOÁN VÀ GIAO DIỆN HMI

2.1.Thuật toán

Sơ đồ khối:
Start

Trong đó:
Quét trạng
thái đầu
vào
S1:=False
S3:=True S
9
Pump:= True

S


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

Đ

S

S2:=True
S S3:=True

S3:=False

S

Đ

Đ

Pump:=False

Pump:=False

Alarm:=true
S
Tắt :=True

Đ

Stop
Dựa vào yêu cầu bài toán, ta đặt các biến vào ra như sau:
Đầu vào

Tên biến

Đầu ra

Tên biến

Cảm biến 1

S1

Pump

P

Cảm biến 2

S2

Alarm

A

Cảm biến 3

S3

10


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

Ngoài ra chúng ta sử dụng 2 nút nhấn hành trình Start và Stop để khởi động và dừng hệ
thống
Quy định trạng thái các biến như sau:
Biến S1 ở trạng thái logic cao “1” khi mức nước chạm đầu cảm biến S1 và ở mức logic
thấp khi “0” khi đầu cảm biến không chạm nước.Tương tự cho cảm biến S2 và S3.
Biến P ở mức logic cao “1” khi máy bơm nước hoạt động va logic thấp “0” khi bơm
ngừng hoạt động. Biến A ở mức logic cao “1” khi Alarm cảnh báo và ở mức logic không
“0” khi Alarm nghỉ.

2.2.Giản đồ Ladder

11


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

12


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

13


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

2.2.Giao diện HMI

14


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

CHƯƠNG 3. SƠ ĐỒ DẤU DÂY

3.1.Kết nối

15

Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

3.2.Hoạt động

PHẦN 4: THỰC HIỆN MÔ PHỎNG

4.1. Phần mềm TIA PORTAL
Để mô phỏng được quá trình làm việc của hệ thống ta sử dụng phần mềm TIA
Portal V13. Phần mềm dùng để điều khiển và lập trình cho Simatic S7-1200 là TIA
Portal.TIA PortalThe Totally Integrated Automation Portal) là phần mềm cơ sở tích hợp
tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện. Phần
mềm tích hợp các sản phẩm SIMATIC khác nhau trong một phần mềm ứng dụng ví dụ
Simatic Step 7 V13 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V13 để cấu

16


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính, giúp tăng năng suất và hiệu quả
làm việc.

TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự
thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng.Ví dụ, tất cả các thiết bị và
mạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ. Hướng ứng
dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đoán lỗi, các tính
năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ
liệu TIA Portal.
TIA Portal cung cấp một hệ thống kĩ thuật mới thông minh và trực quan hơn, với

các giao diện trực quan, dễ nhìn, tính năng “kéo- thả” đơn giản, thuận tiện cho việc lập
trình.
Hai phần mềm quan trọng nhất trong TIA Portal là Simatic Step7 và Simatic
WinCC( phiên bản mới nhất dành cho S7-1200 là TIA Portal V13).

17


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

4.2. Chạy thử trên máy tính

Khi nhấn nút Start trên HMI cho chạy chương trình và trạng thái của Sensor 3=True
,Sensor 1 =False, Sensor 2 = False:Bơm sẽ chạy .Ta sẽ có các trạng thái trên giao diện
HMI thay đổi theo trạng thái các biến:
- Bảng thông báo Run chuyển từ màu cam sang màu đỏ
- Bảng thông báo Pump chuyển từ màu xám sang màu xanh và các mũi tên nhấp nháy
chỉ trạng thái bơm chạy

18


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

Khi trạng thái Sensor 3 chuyển sang False, Sensor 1 và 2 vẫn giữ nguyên trạng thái
False lúc này: Dừng bơm , đưa ra cảnh báo. Ta sẽ có các trạng thái trên giao diện HMI
thay đổi theo trạng thái các biến:
- Bảng thông báo Run vẫn ở màu đỏ
- Bảng thông báo Pump sẽ chuyển từ màu xanh sang mà xám đồng thời mũi tên dừng
nhấp nháy chỉ trạng thái dưng bơm

- Vòng tròn Alarm đổi từ màu trắng sang đỏ và nhấp nháy chỉ trạng thái bật cảnh báo

4.3. Kết quá đạt được
Đây là bước cuối cùng cả quá trình mô phỏng và kết quả thu được là từ giao diện mô
phỏng HMI ta có thể điều khiển được hoạt động đóng mở hệ thống, đồng thời xem được

19


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

các trạng thái của Bơm và Cảnh báo một cách rõ ràng.Hệ thống chạy ổn định và dễ dàng
sử dụng.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Sau quá trình làm đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ : “Thiết kế hệ thống điều khiển
mức nước sử dụng plc s7-1200”, chúng em đã tổng hợp được khá nhiều kiến thức đã
học trên giảng đường vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo TS.Đỗ Mạnh
Cường các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa XNCN đã giúp đỡ chúng em hoàn
thành bản đồ án này. Chúng em đã thu được những kết quả cụ thể như sau:
Đã thực hiện:
•
•
•
•

Hiểu và nắm được các phương pháp đo mức.
Thiết kế thành công phần mềm PLC điều khiển bơm nước.

Thiết bị giao diện người máy HMI.
Thiết kế và viết chương trình thu thập dữ liệu, vẽ đồ thị trên máy tính bằng C#.

Định hướng mở rộng:
• Thiết kế điều khiển hệ thống bơm nước với nhiều máy bơm.
• Thiết kế đo mức liên tục và đo cả áp suất
• Cải tiến giao diện người máy HMI.
Do thời gian và năng lực bản thân còn hạn chế nên kết quả của chúng em chắc
chắn còn nhiều thiếu sót,chúng em rất mong được sự chỉ dạy và đóng góp ý kiến của thầy
cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…tháng…năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phan Đăng Hùng

20


Chương 2.Thuật toán và giao diện HMI

21


Kết luận và hướng phát triển của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ điều khiển LOGIC khả trình PLC và ứng dụng

[2] Bài giảng điều kiển LOGIC Trường đại học bách khoa Hà Nội
[3] />[4] s71200_easy_book_en-US_en-US

22