Điều khiển hệ thống trộn polymer sử dụng PLC trong nhà máy sản xuất núi pháo

LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay, ngành tự động hóa đóng vai trò
hết sức quan trọng. Là một sinh viên tự dộng hóa trong quá trình học ở trường em
đã tiếp thu được kiến thức lý thuyết và đã cố gắng hoàn thành những chương trình
lý thuyết mà nhà trường đã truyền đạt. Những lý thuyết chuyên ngành tự động hóa
rất quý báu cho em đế trở thành một kỹ sư có trình dộ chuyên môn , vững vàng
trong công tác, góp phần sức lực nhỏ bé của mình cho quá trình công nghiệp hóa
hiện đại hóa đất nước.
Do tính chất quan trọng và thiết thực của công tác làm đồ tốt nghiệp, với
mục đích giúp các sinh viên có được hiểu biết về thực tế công việc, vận dụng các
kiến thưc, lý thuyết đã học. Nhà trường đã tổ chức cho các sinh viên nghiên cứu và
làm đồ án tốt nghiệp trong 12 tuần.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, qua nghiên cứu tài liệu cùng với sự
hướng dẫn tận tình của cô giáo T.s Nguyễn Thị Thanh Bình và các thầy cô giáo
trong khoa, em đã tìm hiểu Điều khiển hệ thống trôn Polymer sử dụng PLC trong
nhà máy sản xuất núi pháo.
Báo cáo đồ án tốt nghiệp của em gồm những nội dung như sau:
Chương 1: Tổng quan về nhà máy núi pháo
Chương 2: Giới thiệu về S7-300 và WinCC
Chương 3: Điều khiển hệ thống trộn Polymer sử dụng PLC trong nhà máy
sản xuất núi pháo
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của giảng viên T.s Nguyễn
Thị Thanh Bình đã giúp đỡ em rất nhiều để em hoàn thành báo cáo này.

Sinh viên
Đinh Văn Chung

1


LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan: Toàn bộ nội dung đồ án tốt nghiệp “Điều khiển hệ thống
trôn Polymer sử dụng PLC trong nhà máy sản xuất núi pháo” là do em tự học từ
bài giảng của các thầy cô giáo, tìm hiểu tài liệu trên internet và sách tham khảo.
Không sao chép từ bất kỳ một đồ án tốt nghiệp nào khác.
Sinh viên
Đinh Văn Chung

2


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. 2
MỤC LỤC.............................................................................................................. 3
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NÚI PHÁO ................................... 7
1.1. Giới thiệu về nhà máy núi pháo................................................................... 7
1.1.1. Lich sử phát triển................................................................................... 7
1.1.2. Nhà máy núi pháo.................................................................................. 8
1.2. Chu trình hoạt động của hệ thống.............................................................. 10
1.3. Sản phẩm ................................................................................................... 11
1.3.1. Muối Ammoni Paratungstate............................................................... 11
CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 VÀ WINCC................................. 15
2.1.Tổng quan về PLC S7-300 ......................................................................... 15
2.2. Giới thiệu về Simatic S7-300..................................................................... 15
2.2.1. Cấu trúc, chức năng PLC S7-300........................................................ 15
2.2.2 Module CPU......................................................................................... 16
2.2.3. Module mở rộng .................................................................................. 18
2.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của CPU.................................................................... 19
2.2.5. Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 - 300................................................. 20

2.2.6. Giới thiệu về WINCC (Windows Control Center).............................. 27
2.2.7. Chức năng của WinCC........................................................................ 28
2.2.8. Các kiểu dữ liệu................................................................................... 30
2.2.9. Các bước tạo một dự án WinCC ......................................................... 31
2.2.10. Các module của chức năng soạn thảo ............................................... 31
2.2.11. Chạy chương trình Runtime (Runtime Software RT) ....................... 36
3


CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN POLYMER SỬ DỤNG PLC
TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT NÚI PHÁO................................................... 38
3.1.Mô tả hệ thống Polymer.............................................................................. 38
3.2. Nguyên lý hoạt động.................................................................................. 42
3.3. Trang bị điện cho hệ thống trộn Polymer .................................................. 42
3.3.1. Thông số lựa chọn thiết bị của hệ thống ............................................. 42
3.3.2. Sơ đồ điều khiển hệ thống ................................................................... 45
3.3.3 . Mạch cấp nguồn cho động cơ............................................................. 46
3.3.4.Mạch bảo vệ và cấp nguồn cho máy rung và cơ cấu truyền hút chân
không. ............................................................................................................ 47
3.3.5.Mạch điều khiển điện áp cho hệ thống................................................. 48
3.4.1. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH............................................................ 49
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 58

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1.Dự án núi pháo chỉ là bão đất trống ........................................................ 7

Hình 1.2. Nhà máy núi pháo. ................................................................................. 8
Hình 1.3. Thông tin chính ...................................................................................... 9
Hình 1.4. Sản lượng dự tính................................................................................. 10
Hình 1.5. Sản lượng đạt được .............................................................................. 10
Hình 1.6. Chu trình công nghệ ............................................................................. 10
Hình 1.7. Muối Ammoni Paratungstate ............................................................... 12
Hình 1.4. Bảng đặc tính........................................................................................ 12
Hình 1.8. Blue Tungsten Oxide............................................................................ 12
Hình 1.9. Bảng đặc tính........................................................................................ 13
Hình 1.10. Yellow Tungsten Oxide ..................................................................... 13
Hình 1.11. Bảng đặc tính...................................................................................... 13
Hình 2.1. Simatic 7-300 ....................................................................................... 15
Hình 2.2. Module phía sau Simatic...................................................................... 16
Hình 2.3 Sơ đồ module CPU............................................................................... 17
Hình 2.4 Các nhóm Tag và Tags trong Tag Management của WinCC .............. 32
Hình 2.5 Cửa sổ Graphics Designer..................................................................... 32
Hình 2.6 Cửa sổ Tag-Logging Editor .................................................................. 34
Hình 2.7 Cửa sổ Alarm Logging Editor.............................................................. 35
Hình 2.8: Thiết lập thuộc tính Runtime. .............................................................. 36
Hình 3.1. Hệ thống trộn Tomal Polymer 4.0........................................................ 38
Hình 3.2. Bản vẽ kỹ thuật của hệ thống ............................................................... 39
Hình 3.3. Tủ điện điều khiển cho hệ thống. ......................................................... 45
Hình 3.4 Mạch bảo vệ và cấp nguồn cho tay trộn và phễu tiếp liệu .................... 46
Hình 3.5 Mạch bảo vệ và cấp nguồn cho máy rung, cơ cấu truyền chân không và
5


buồng sấy.............................................................................................................. 47
Hình 3.6 Mạch điều khiển điện áp cho hệ thống.................................................. 48

6


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo T.s Nguyễn Thị Thanh
Bình, giảng viên khoa Công nghệ Tự động hóa, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo em trong suốt quá trình làm đồ án.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Tự
động hóa đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn
chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ
em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều
kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành
đồ án.

Sinh viên
Đinh Văn Chung

7


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NÚI PHÁO
1.1. Giới thiệu về nhà máy núi pháo
1.1.1. Lich sử phát triển.
Giữa thập niên 1990, công ty khoáng sản Tiberon Minerals của Canada phát
hiện ra khu vực Núi Pháo, huyện Đại Từ, Thái Nguyên là một mỏ đa kim có trữ
lượng lớn với các khoáng sản có giá trị cao, gồm vonfram, bismut và florit. Khi đi
vào hoạt động, mỏ Núi Pháo sẽ trở thành nhà cung cấp vonfram và bismut lớn nhất

và nhà cung cấp florit lớn thứ 2 bên ngoài Trung Quốc.
Sau một thời gian dài thăm dò và lập dự án, đến đầu năm 2004, liên doanh
Nuiphaovica – do Tiberon sở hữu 70%, phần còn lại thuộc về 2 đối tác trong nước
– đã nhận được giấy phép đầu tư.
Cuối năm 2006 Việt Nam sau khi gia nhập WTO, công ty quản lý quỹ
Dragon Capital đã thực hiện thương vụ đầu tư lớn nhất trong lịch sử của mình: chi
251 triệu USD để sở hữu toàn bộ Tiberon Minerals.
Sau khi tiếp quản, Dragon Capital kỳ vọng dự án có thể vận hành từ năm
2009. Tuy nhiên, do khủng hoảng tài chính toàn cầu nên Dragon Capital không thể
giải được bài toán huy động vốn để triển khai dự án. Để triển khai tiếp dự án này,
chủ đầu tư cần phải có nguồn tài chính lớn, ước tính tại thời điểm đó lên tới gần
500 triệu USD.
Đến đầu năm 2010, sau 6 năm nhận được giấy phép, dự án Núi Pháo cơ bản
vẫn chỉ nằm trên giấy ngoài việc giải phóng được vỏn vẹn 2% diện tích mặt bằng
cần thiết. Nuiphaovica đứng trước nguy cơ bị thu hồi giấy phép.

8


Hình 1.1.Dự án núi pháo chỉ là bão đất trống
Và rồi Masan Group xuất hiện, mua lại toàn bộ 70% lợi ích tại dự án Núi
Pháo do Dragon Capital nắm giữ cũng như 30% lợi ích nắm giữ bởi nhà đầu tư
trong nước.
Thương vụ mua lại dự án Núi Pháo là một trong những thương vụ M&A
phức tạp nhất từ trước đến nay với một loạt các giao dịch phát hành hối phiếu nhận
nợ, quyền chọn mua, quyền chọn bán.
Đến cuối năm 2013, khi hai bên hoàn tất các điều khoản của thương vụ này,
phía Dragon Capital đã nhận về gần 30 triệu cổ phiếu Masan Group cùng một
lượng lớn tiền mặt. Đổi lại, phía Masan đã trực tiếp sở hữu hơn 3/4 lợi ích của dự
án Núi Pháo.

1.1.2. Nhà máy núi pháo.
1.1.2.1.Giới thiệu chung
Công ty TNHH Khai thác chế biến khoáng sản Núi Pháo.(Công ty con của
Công ty cổ phần tài nguyên Ma San - Masan Resources) . Dự án đa kim Núi Pháo,
trải rộng trên diện tích 9.21 km2, nằm ở huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, cách Hà
Nội khoảng 80km về phía Tây Bắc bằng đường bộ. Địa điểm mỏ có vị trí rất thuận
tiện, dễ dàng tiếp cận bằng đường bộ thông qua Quốc lộ 37 và tiếp giáp với tuyến
đường sắt khổ hẹp kết nối với hệ thống đường sắt Việt Nam. Dự án cách cảng Hải
9


Phòng và cảng Cái Lân mới ở tỉnh Quảng Ninh, lần lượt khoảng 180 km và
240km, thuận tiện cho việc vận chuyển sản phẩm dự án

Hình 1.2. Nhà máy núi pháo.
1.1.2.2. Mô tả.
Núi Pháo là một mỏ vonfram - đa kim độc đáo, hiện nay là một trong những
nhà sản xuất vonfram có chi phí thấp nhất thế giới.
Vị trí đia lý

Huyện Đại từ, Tỉnh Thái Nguyên, Việt Nam

Diện tích

9.21 km²

Sở hữu

100% thông qua Công ty Masan Resources Thái nguyên

Khoáng sản

Vônfram, Flo-rít , bít-mut, đồng

Tài nguyên(WO3)(2014)
Chắc chắn + Tin cậy

65.0 triệu tấn với hàm lượng WO3 tương đương 0.1%

Chắc chắn + Tin cậy + Dự tính

97.4 triệu tấn với hàm lượng WO3 tương đương 0.1%

Trữ lượng (WO3)(2014)
10


Xác định + Tin cậy

66.0 triệu tấn với hàm lượng WO3 tương đương 0.1%
Hình 1.3. Thông tin chính

1.1.2.3. Khoáng sản
Núi Pháo có lịch sử thăm dò và khai thác lâu dài. Theo "Báo cáo kết quả
thăm dò chi tiết của mỏ đa kim Vonfram Núi Pháo" được Hội đồng Đánh giá Trữ
lượng Khoáng sản Quốc gia phê duyệt, tổng trữ lượng tài nguyên của mỏ Núi Pháo
được xác định là 110.260.000 tấn, trong đó Cấp trữ lượng 111 là 30.500.000 tấn,
Cấp trữ lượng 122 là 52.720.000 tấn (có hàm lượng biên tương đương là 0.2%
WO3 vào năm 2003), và Cấp trữ lượng 333 là 27.040.000 tấn.
Tài nguyên của mỏ Núi Pháo ban đầu được AMEC ước tính và được Cube

Consulting tính lại vào năm 2011 và 2014, theo JORC Code. Cube Consulting đã
sử dụng tổng cộng 376 lỗ khoan để dự tính tài nguyên vào năm 2014, trong đó 78
lỗ khoan với chiều dài 8.762 m đã được khoan từ lần tái ước tính trước đó vào năm
2011.

11


Quặng
Loại

Tấn (‘000)

Vonfram(%)

Flotit(%)

Đồng(%)

Bismut(%)

Chắc chắn + Tin cậy

73.751

0.17

7.80

0.16

0.08

Dự tính (I)

22.724

0.14

7.00

0.16

0.08

M + I+ I

96.475

0.16

7.61

0.16

0.08

(M + I)

Hình 1.4. Sản lượng dự tính

Tài nguyên quặng có hàm lượng biên tương đương trên 0,123% WO3
Tương đương tính đến tháng 11 năm 2014.
Quặng
Loại

Tấn (‘000)

Vonfram(%)

Flotit(%)

Đồng(%)

Bismut(%)

Chắc chắn

24.700

0.24

8.19

0.23

0.10

Tin cậy

41.300

0.14

7.33

0.13

0.06

Chắc chắn + Tin cậy

66.000

0.18

7.65

0.17

0.08

Hình 1.5. Sản lượng đạt được
Với những kết quả trên đây, Núi Pháo được coi là một trong những mỏ
Vonfram đang hoạt động lớn nhất được xác định ngoài Trung Quốc, với trữ lượng
66 triệu tấn WO3 ở mức hàm lượng trung bình là 0.18%.
1.2. Chu trình hoạt động của hệ thống

12

Hình 1.6. Chu trình công nghệ

13


Quá trình tuyển quặng trải qua các giai đoạn sau:
-(1): Máy đập hàm làm nhỏ kích thước các khối đá chứa quặng.
-(2): Nghiền và tách các loại quặng bằng các phản ứng hóa học...v...v
-(3): Bột quặng lúc này vẫn lẫn tạp chất, chưa đạt yêu cầu. Bởi vậy sẽ được
trộn với dung dich thuốc tuyển.
-(4): Liên kết vật lý xảy ra giữa cation và anion polymer.
-(5): Sử dụng các phương pháp điện phân, thủy phân, nhiệt phân...cho ra mẻ
quặng tinh khiết.
3.2. Đáp ứng của hệ thống.
Từ sơ đồ công nghệ chế biến quặng phần trên, ta thấy được tầm quan trọng
của dung dịch thuốc tuyển. Dung dịch thuốc tuyển cần đảm bảo các yêu cẩn sau
đây:
-Nồng độ dung dịch tùy vào yêu cầu tuyển khoáng thường là 0.25% hoặc 0.5%.
-Tốn ít nguyên liệu nhất để đạt được nồng độ yêu cầu (7.7 ÷9.5 kilogram để
đạt được nồng độ 0.5% và 3.8÷4.7 kilogam để đạt được nồng độ 0.25%).
-Thời gian điều chế tối đa từ 45 đến 60 phút.
Hệ thống trộn Tomal Polyrex 4.0 hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu về dung
dịch sau điều chế như trên. Mặt khác nó còn đáp ứng một số yêu cầu để làm việc
trong môi trường công nghiệp như sau:
-Đáp ứng các phép định lượng với độ chính xác cao
-Cơ cấu nạp liệu đa trục vít.
-Các thùng chứa bằng thép không rỉ, cơ cấu máy vững chắc.
-Người dùng dễ dàng diều khiển nhờ sử dụng bộ điều khiển PLC với màn
hình cảm ứng.
1.3. Sản phẩm

1.3.1. Muối Ammoni Paratungstate
Muối Ammoni Paratungstate là muối tinh thể có màu trắng có độ tinh khiết
14


hóa học cao. Sản phẩm này đóng vai trò trung gian cho hàng loạt các ứng dụng
như sản xuất sản phẩm vonfram oxit và bột vonfram kim loại, axit vonfram, thành
phần kim loại hữu cơ và là chất xúc tác hoặc ứng dụng trong ngành công nghiệp
hóa chất có giá trị tinh khiết cao

Hình 1.7. Muối Ammoni Paratungstate
Poperties
Công thức hóa học

(NH4)10(2W12O42).4H2O

Khối lượng Mol

3132.2 g/mol

Hình dạng bên ngoài

Muối tinh thể màu trắng

Điểm sôi

Phân hủy ở nhiệt độ 600°C
Hình 1.4. Bảng đặc tính

 Blue Tungsten Oxide(BTO)

Blue Tungsten Oxide(BTO) là dạng Oxit Vonfram hoặc Vonfram Trioxit hỗn hợp hợp hóa học chứa oxy và bột vonfram kim loại đã biến đổi. Đây là chất
trung gian thu được trong quá trình thu hồi vonfram từ quặng

15


Hình 1.8. Blue Tungsten Oxide
Poperties
Công thức hóa học

W20O58

Hình dạng bên ngoài

Bột màu xanh đậm

Điểm nóng chảy

1,473°C

Điểm sôi

1,700°C
Hình 1.9. Bảng đặc tính

 Yellow Tungsten Oxide (YTO )
Yellow Tungsten Oxide (YTO ) là một dạng oxit vonfram hoặc vonfram
trioxit-một hỗn hợp hóa học chứa oxy và bột vonfram kim loại đã biến đổi. Nó là
chất trung gian thu được trong quá trình thu hồi vonfram từ quặng

16


Hình 1.10. Yellow Tungsten Oxide
Poperties
Công thức hóa học

W2O3

Khối lượng Mol

231.84 g/mol

Hình dạng bên ngoài

Bột màu vàng, đôi khi có màu xanh nõn chuối nhạt

Điểm nóng chảy

1,473°C

Điểm sôi

1,700°C
Hình 1.11. Bảng đặc tính

17


KẾT LUẬN

Trong chương 1 đã nghiên cứu về:
-Tìm hiểu quá trình phát triển của nhà máy khoáng sản núi pháo .Đây là một
mỏ Vonfram- đa kim độc đáo. Hiện là nhà máy có chi phí sản xuất thấp nhất thế
giới.
-Tìm hiểu chu trình hoạt động của hệ thống, các giai đoạn của quá trình
tuyển quặng. Từ sơ đồ công nghệ chế biến quặng ta thấy được tầm quan trọng của
dung dịch thuôc tuyển với các yêu cầu cần đảm bảo của dung dịch đó và hệ thống
trộn hoàn toàn đáp ứng dung dịch tuyển sau điều chế và một số yêu cầu để làm
việc trong môi trường công nghiệp. Một trong những yêu cầu đó là người vận
hành dễ dàng điều khiển nhờ bộ điều khiển PLC và màn hình cảm ứng.
Ngoài ra còn tìm hiểu về một số sản phẩm đó là muối Ammoni
Paratungstate. Đóng vai trò trung gian cho các úng dụng như sản phảm Vofram
oxit và bột vofram kim loại( Blue Tungsten oxide và Yellow Tungsten oxide)

18


CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-300 VÀ WINCC
2.1.Tổng quan về PLC S7-300
Thiết bị điều khiển logic lập trình (Programmable Logic Control , viết tắt là
PLC ) là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ
các lệnh và thực hiện các chức năng như: thực hiện các phép toán logic, lập chuỗi,
định giờ, đếm và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình. PLC được
thiết kế có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra và có thể lập trình với ngôn ngữ lập
trình đơn giản và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch,
cho phép các kĩ sư không yêu cầu cao về máy tính và ngôn ngữ máy tính cũng có
thể sử dụng được.
2.2. Giới thiệu về Simatic S7-300.

Hình 2.1. Simatic 7-300

2.2.1. Cấu trúc, chức năng PLC S7-300
Các khối chức năng
- Khối tín hiệu (SM:singnal module)
- Khối ngõ vào digital: 24VDC, 120/230VAC
19


- Khối ngõ ra digital: 24VDC
- Khối ngõ vào analog: Áp, dòng, điện trở, thermocouple
- Khối giao tiếp (IM): Khối IM360/IM365 dùng để nối nhiều cấu hình.
Chúng điều khiển nhiều thanh ghi của hệ thống.
- Khối giả lập (DM): Khối giả lập DM370 dự phòng các khối tín hiệu chưa
được chỉ định.
- Khối chức năng (FM): thể hiện những chức năng đặc biệt sau:
+ Đếm
+ Định vị
+ Điều khiển hồi tiếp
- Xử lý liên lạc (CP):
+ Nối điểm-điểm
+ Mạng PROFIBUS
+ Ethernet công nghiệp
2.2.2 Module CPU
PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau:
 CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM,
314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2.
 Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng/số: SM321, SM322,
SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374
 Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365
Các module được gắn trên thanh ray 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.

20


Hình 2.2. Module phía sau Simatic
Các CPU 312 IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở
rộng.
 CPU 312 IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6
ngõ ra số Q124.0,..Q124.5.
 CPU 313C: 24DI I124.0..126.7, 16DO Q124.0..125.7, 5 ngõ vào tương
đồng AI địa chỉ 725..761, hai ngõ ra AO 752..755
 CPU 314 IFM: 20 ngõ vào số I124.0..126.7, 16 DO Q124.0…125.5, 16
ngõ ra số Q124.0…Q125.7, 4 ngõ vào tương đồng PIW 128, PIW 130, PIW 132,
PIW134; 1 ngõ ra tương đồng PQW 128.
Module CPU:
Các module CPU khác nhau có chức năng khác nhau, vận tốc xử lý lệnh…
21


Hình 2.3 Sơ đồ module CPU
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có 1 vài cổng vào ra
số. Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào/ra onboard.
PLC S7_300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Chúng được đặt tên
theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module
CPU315…Những module cùng sử dụng 1 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 onboard này sẽ được
22

phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM(Intergrated Function
Module). Ví dụ như Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM…
Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó
cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán.
Các loại module này phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP (
Distributed Port ) như là module CPU315-DP.
2.2.3. Module mở rộng
Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính:
* PS (Power supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
* SM (Signal module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
- DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số
mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.
- DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. . Số các cổng ra số
mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.
- DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra
số.. Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/ 16 ra tuỳ từng
loại module.
- AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng
vào tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại module.
- AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng
ra tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại module.
- AI/AO (Analog input/ Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ từng
loại module.
* IM (Interface module): Module ghép nối, nối các module mở rộng lại với
nhau thành 1 khối và được quản lý chung bởi 1 module CPU. Thông thường các
module mở rộng được gá liền với nhau trên 1 thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack
có thể gán nhiều nhất là 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn

23


nuôi. Một module CPU S7_300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và
các racks này phải được nối với nhau bằng module IM.
* FM (Function module): Module có chúc năng điều khiển riêng. Ví dụ như
module PID, module điều khiển động cơ bước…
* CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông trong mạng
giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
2.2.4 Cấu trúc bộ nhớ của CPU
Bộ nhớ của S7-300 được chia thành 3 vùng chính
* Vùng chứa chương trình ứng dụng. Vùng nhớ chương trình được chia
thành 3 miền OB(Organisation Block): Miền chứa chương trình tổ chức.
- FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có
biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
- FB (Function Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành
hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.
Các dữ liệu này phảiđược xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB-Data
Block).
Các vùng nhớ của CPU:
 vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng
(không chứa địa chỉ ký hiệu và chú thích) có thể là RAM hay EEPROM hay CPU
hay trên thẻ nhớ.
 Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do
vùng nhớ chương trình chuyển qua, chỉ các phần chương trình, ví dụ Block header,
Data Block.
 Vùng nhớ hệ thống (System memory) phục vụ cho chương trình người
dùng, bao gồm Timer, couter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập.
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ vòng lặp, mỗi vòng lặp được gọi là
vòng quét, mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng

vào vùng đệm ảo, tiếp theo là thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét,
24


chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh MEND. Sau
giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền các nội dung của bộ đệm ảo
tới các cổng. Như vậy, tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường lệnh
không làm việc trực tiếp cổng vào mà chỉ thông qua bộ đếm ảo của cổng trong
vùng nhớ tham số, việc truyền thông giữa bộ đếm ảo với ngoại vi trong giai đoạn
nhập dữ liệu và thực hiện chương trình do CPU quản lý, khi gặp lệnh vào/ra ngay
lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khá. Nếu sử dụng các chế độ ngắt
chương trình tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như bộ
phận của chương trình, chương trình xử lý ngắt chỉ thực hiện trong vòng quét khi
xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ thời điểm nào trong vòng quét.
2.2.5. Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 - 300.
Lập trình có nghĩa là nhập một mạch vào trong phần mềm của PLC S7-300.
Đây thực ra là cách biểu diễn khác của sơ đồ mạch. Chúng ta viết chương trình
trên phần mềm soạn thảo Simentic S7 một cách ngắn gọn và phù hợp nhất.
Để viết chương trình điều khiển trên PLC có 3 phương pháp cơ bản là:
-Sơ đồ hình thang LAD (Ladderr Diagram).
-Lu đồ hệ thống điều khiển FBD (Function Block Diagram).
-Liệt kê lệnh STL (Statement List).
Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang STL, nhưng
không xảy ra ngợc lại vì trong STL có nhiều lệnh không có trong LAD hay FBD.
 Phương pháp lập trình bằng LAD.
Phương pháp này có cách biểu diễn chương trình tương tự như sơ đồ tiếp
điểm dùng Rơle trong sơ đồ điện công nghiệp.VD:
Sơ đồ điều khiển nối cứng dùng Rơle được biểu diễn bằng phương pháp LAD.:

25