nghiên cứu ứng dụng plc s7 – 1200 điều khiển mô hình phân loại sản phẩm phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm truyền động điện

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

SVTH: VÕ LÊ TÔN TRUNG
ĐỂ TÀI
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH
PHÂN LOẠI SẢN PHẨM PHỤC VỤ THỰC TẬP TẠI PHÒNG THÍ
NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CBHD:

TH.S BÙI THÚC MINH

KHÓA:

52 (2010-2014)

Nha Trang tháng 6 năm 2014

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


i

Lời cảm ơn
Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, em và các bạn trong lớp
52D-DT đã đƣợc các thầy cô trong bộ môn cũng nhƣ toàn thể giảng viên trong toàn
trƣờng truyền thụ những kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em. Vì vậy
lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn bộ những giảng viên Khoa Điện - Điện Tử
đã truyền đạt kiến thức cho chúng em trong những năm qua. Tiếp theo em muốn gửi
lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh ngƣời đã trực tiếp và tận tình hƣớng dẫn em trong
suốt thời gian làm đồ án. Em xin chân thành cảm ơn thầy. Em cũng xin chân thành cảm
ơn bố mẹ, ngƣời thân và bạn bè. Những ngƣời đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng nhƣ
vật chất rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt đồ án này. Xin chân thành cảm ơn mọi
ngƣời.

Nha Trang, tháng 6 năm 2014
Sinh viên

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


ii

Mục lục
Lời cảm ơn ........................................................................................................................i
Mục lục .............................................................................................................................ii
Danh mục hình ảnh .......................................................................................................... v
Danh mục bảng biểu.......................................................................................................vii
Danh mục các từ viết tắt............................................................................................... viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
TỔNG QUAN .................................................................................................................. 3

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 .............................................................. 4
1.1.

CHỨC NĂNG HỆ PLC...................................................................................... 4

1.2.

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG................................................................................ 5

1.2.1.

Giới thiệu về plc s7-1200............................................................................. 5

1.2.2.

Các module tín hiệu ..................................................................................... 9

1.2.3.

Các module truyền thông ............................................................................. 9

1.3.

VÒNG QUÉT CHƢƠNG TRÌNH CỦA PLC.................................................. 10

1.4.

CẤU TRÚC CHƢƠNG TRÌNH ...................................................................... 11

1.4.1.

Các khối tạo mã nên cấu trúc chƣơng trình ............................................... 11

1.4.2.

Các kiểu cấu trúc chƣơng trình .................................................................. 12

1.5.

CÁC KHỐI OB ĐẶT BIỆT ............................................................................. 13

1.6.

CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU ....................................................... 14

CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM .................................................... 17
2.1.

MÔ HÌNH CƠ KHÍ .......................................................................................... 17

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


iii

2.2.

CẤU TẠO MÔ HÌNH ...................................................................................... 20

2.2.1.

Khối nguồn ................................................................................................ 20

2.2.2.

Động cơ. ..................................................................................................... 21

2.2.3.

Rờ le trung gian ......................................................................................... 22

2.2.3.1.

Cấu tạo ................................................................................................ 23

2.2.3.2.

Nguyên lý hoạt động ........................................................................... 23

2.2.4.

Bộ khí nén. ................................................................................................. 23

2.2.4.1.

Van khí nén 5/2 ................................................................................... 23

2.2.5.

Bộ cảm biến lực ......................................................................................... 26

2.2.6.

Cảm biến quang điện BR100-DDT ........................................................... 30

CHƢƠNG 3. PHẦN MỀM TIA PORTAL .................................................................... 35
3.1.

SƠ LƢỢC VỀ PHẦN MỀM TIA PROTAL .................................................... 35

3.2.

HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ........................................................ 36

3.2.1.

Một số cửa sổ chính của phần mềm Step7 ................................................ 36

3.2.2.

Các cách xây dựng một Project ................................................................. 42

3.2.3.

Các bƣớc tạo một Project ........................................................................... 43

3.2.4.

Ngôn ngữ lập trình ..................................................................................... 45

3.3.

3.2.4.1.

Ngôn ngữ LAD .................................................................................... 45

3.2.4.2.

Ngôn ngữ lập trình FBD ..................................................................... 47

CÁC ƢU ĐIỂM CỦA PHẦN MỀM STEP 7 V11 .......................................... 49

CHƢƠNG 4. LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH .................................................. 51
4.1.

CÁCH THỨC LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG............................ 51

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


iv

4.2.

LƢU ĐỒ THUẬT TOÁN ................................................................................ 58

4.3.

PHÂN ĐỊA CHỈ RA VÀO VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC .................................. 62

4.4.

SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC......................................................................................... 64

4.5.

CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.................................................................... 65

CHƢƠNG 5. CÁC BÀI THỰC TẬP TRÊN MÔ HÌNH ............................................... 71
5.1.

SƠ ĐỒ KẾT NỐI MÔ HÌNH ........................................................................... 71

5.2.

CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH ................................................... 72

5.2.1.

Bài thực tập số 1: ....................................................................................... 72

5.2.2.

Bài thực tập số 2: ....................................................................................... 73

5.2.3.

Bài thực tập số 3: ....................................................................................... 74

5.2.4.

Bài thực tập số 4: ....................................................................................... 75

5.2.5.

Bài thực tập số 5: ....................................................................................... 76

KẾT LUẬN................................................................................................................. 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 79

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


v

Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: PLC s7-1200 .................................................................................................... 5
Hình 1.2. PLC S7-1200 và bảng tín hiệu ......................................................................... 8
Hình 1.3. PLC và module tín hiệu.................................................................................... 9
Hình 1.4. PLC S7-1200 và module truyền thông ............................................................. 9
Hình 1.5 các kiêu cấu trúc chƣơng trình ........................................................................ 13
Hình 1.6. Chế độ hoạt động của CPU STARTUP ......................................................... 16
Hình 2.1. Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lƣợng................................................ 17
Hình 2.3. Cánh tay gạt vật nặng ..................................................................................... 18

Hình 2.2. Pitton đẩy vật nặng ......................................................................................... 18
Hình 2.4. Loadcell và bàn cân ........................................................................................ 19
Hình 2.5. Van khí nén 5/2 điều khiển pitton .................................................................. 19
Hình 2.6. Mô – đun thí nghiệm ...................................................................................... 20
Hình 2.7. Nguồn 12V, 5A .............................................................................................. 20
Hình 2.8. Động cơ ......................................................................................................... 21
Hình 2.9. Mặt cắt động cơ .............................................................................................. 22
Hình 2.10. Cấu tạo rờ le trung gian ................................................................................ 22
Hình 2.11.Cấu tạo rờ le trung gian ................................................................................. 23
Hình 2.12.Van khí nén 5/2 ............................................................................................. 24
Hình 2.14. Van Điện Từ 4V110-06 với các kích thƣớc ................................................. 25
Hình 2.13.Van Điện Từ 4V110-06 ................................................................................ 25
Hình 2.15. cấu tạo xi lanh khí ........................................................................................ 26
Hình 2.16.cấu tạo loadcell .............................................................................................. 27
Hình 2.17. Nguyên lý hoạt động của loadcell ................................................................ 28
Hình 2.18.Đầu cân strain gauge indicator ...................................................................... 29
Hình 2.19.sơ đồ chân đầu cân ........................................................................................ 30
Hình 2.20. Cảm biến quang điện .................................................................................... 30

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


vi

Hình 2.21.giới thiệu Cảm biến quang điện BR100-DDT .............................................. 31
Hình 3.1: Cửa sổ Portal view ......................................................................................... 37
Hình 3.2: Cửa sổ Overview ............................................................................................ 37
Hình 3.3: Cửa sổ Devices & Network ........................................................................... 38

Hình 3.4. Cửa sổ Online & diagnostics.......................................................................... 40
Hình 3.5. Cửa sổ Main OB1........................................................................................... 41
Hình 3.6.Sơ đồ xây dựng Project ................................................................................... 42
Hình 3.7. Ví dụ lập trình LAD cơ bản ........................................................................... 45
Hình 3.8. Minh họa không thể tạo một nhánh tạo dòng tín hiệu theo chiều ngƣợc lại .. 46
Hình 3.9. Minh họa không thể tạo một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch ............... 46
Hình 3.10. Ví dụ về lập trình FBD ................................................................................. 47
Hình 5.1 Sơ đồ nối dây trên bảng điện........................................................................... 71
Hình 5.2 Sơ đồ nối dây trên PLC S7-1200 .................................................................... 71

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


vii

Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1: Các kiểu thông số CPU.................................................................................... 5
Bảng 1.2.Các kiểu module truyền thông .......................................................................... 7
Bảng 2.1: thông số cảm biến quang điện BR100-DDT ................................................. 31
Bảng 3.1.So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD. ..................................................... 48

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


viii

Danh mục các từ viết tắt
Từ viết tắt
PLC
CPU
TIA Portal

Tiếng anh
Programmable Logic
Control
Central Processing Unit
Totally Integrate
Automation Portal
Oganization blocks

Tiếng việt

Khối xử lý trung
tâm

Khối tổ chức

OB
Funtions

Chức năng hoạt
động
Bảng tín hiệu SB

FB

Function Block

Khối chức năng

FC

Function code

Mã chức năng

DB

Data Block

Khối dữ liệu

FC
SB

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


1
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài:
Ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, Trƣờng Đại học Nha Trang đã mở đào tạo
từ năm 2006. Một vấn đề đƣợc Bộ môn Điện công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử,
Trƣờng Đại học Nha Trang quan tâm đó là đảm bảo chất lƣợng đào tạo cho ngành học
trên. Môn học thực hành điều khiển lập trình là một môn học chuyên ngành có một tầm
quan trọng để sinh viên làm việc sau khi tốt nghiệp. Trong hoàn cảnh trang thiết bị thí
nghiệm, thực hành cho sinh viên về môn học này hầu nhƣ chƣa có. Đáp ứng nhu cầu
nâng cao chất lƣợng đào tạo chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, trên thực
tế đó, đề tài nghiên cứu ứng PLC S7-1200 (viết tắt Programmable Logic Controller)
điều khiển mô hình phân loại sản phẩm phục vụ tại phòng thí nghiệm Truyền động
điện, xuất phát từ ý tƣởng thiết kế một bộ thực hành và các bài thực hành để sinh viên
có thiết bị, tài liệu học tập. Đề tài này thực hiện thành công sẽ giải quyết đƣợc vấn đề
mô hình thực tập cho sinh viên, giúp sinh viên tiếp cân sớm với PLC và các mô hình
thực tế.
Hiện tại phòng thí nghiệm thuộc Khoa Điện-Điện tử, trƣờng Đại học Nha Trang
chƣa có mô hình phân loại sản phẩm phù hợp phục vụ cho quá trình thực tập của sinh
viên.
 Mục đích của để tài:


Thiết kế chế tạo và lập trình điều khiển mô hình phân loại sản phẩm.



Xây dựng một số bài thực tập trên mô hình.
 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

 Đối tƣợng nghiên cứu: nghiên cứu ứng PLC S7-1200 điều khiển mô hình phân
loại sản phẩm phục vụ tại phòng thí nghiệm Truyền động điện trƣờng đại học Nha
Trang

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


2
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

 Phương pháp nghiên cứu:


Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: thiết kế mô hình trên phần mềm autocad, lập

trình và mô phỏng điều khiển PLC S7-1200 trên phần mềm tia portal v11.


Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: thi công mô hình phân loại sản phẩm và

điều khiển mô hình bằng PLC S7-1200.
 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:


Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo khối lƣợng và lập trình điều khiển mô

hình phân loại sản theo khối lƣợng tại phòng thực hành Truyền động điện.


Xây dựng một số bài thực hành điều khiển lập trình ứng dụng PLC S7-1200 trên

mô hình cho ngành Công nghệ kỹ thuật Điện, Điện tử, Trƣờng Đại học Nha Trang.
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Đề tài sau khi hoàn thành, sinh viên, cán bộ kỹ
thuật có thể tham khảo về kết nối điều khiển giữa cảm biến lực và thiết bị điều khiển
lập trình PLC để phân loại các sản phẩm trong các ứng dụng thực tế và làm mô hình
thực tập tại phòng thí nghiệm truyền động điện trƣờng đại học Nha Trang.

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


3
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

TỔNG QUAN
 Hiện nay các dây chuyền sản xuất đã đƣợc tự động và một trong đó cần có các
dây chuyền phân loại các sản phẩm. Trong đó có nhiều loại hệ thống phân loại sản
phẩm nhƣ phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lƣợng, phân loại theo vật liệu,
phân loại theo màu sắc… đƣợc nghiên cứu và chế tạo nhiều.


Đồ án phân loại sản phẩm theo mau sắc của Nguyễn Đức Hậu K51 Trƣờng Đại

học Nha Trang đã ứng dụng cám biến màu sắc TCS230 để chế tạo thành công mô hình
phân loại sản phẩm theo màu sắc, đƣợc lập trình và điều khiển bằng PLC S7-1200 sử
dụng màn hình HMI và giao diện WinCC để giám sát hoạt động của hệ thống, sử dụng

hệ thống xi lanh khí nén kết hợp với động cơ servo đề gắp vật. [1]


Đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao của Đỗ Quang Thành sinh viên trƣờng

Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã ứng dụng cảm biến quang để chế tạo mô hình phân
loại sản phẩm theo chiều cao, điều khiển băng PLC, sử dụng pitton để phân loại sản
phẩm. [4]


Ở đây em sử dụng cảm biến khối lƣợng để chế tạo mô hình phân loại sản phẩm

theo khối lƣợng, sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển mô hình, dùng pitton để dịch
chuyển vậy và dùng cánh tay gạt để phân loại sản phẩm, sản phẩm đƣợc phân loại theo
khối lƣợng đặt trƣớc, nếu sản phẩm nặng hơn khối hoặc nhẹ hơn khối lƣợng đặt trƣớc
thì sản phẩm sẽ bị gạt khỏi băng chuyền, nếu sản phẩm bằng với khối lƣợng đặt trƣớc
thì tiếp tục đi thẳng.

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


4
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
1.1.

CHỨC NĂNG HỆ PLC
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ

vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình đƣợc để lƣu trữ các lệnh , thực hiện các chức năng và
thuật toán để điều khiển máy và các quá trình. Mang lại tính linh hoạt và sức mạnh
để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết
hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S71200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa
dạng khác nhau. Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và
mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh
mẽ. Sau khi ngƣời dùng tải xuống một chƣơng trình, CPU sẽ chứa mạch logic đƣợc
yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát
các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chƣơng trình ngƣời dùng, có thể
bao gồm các hoạt động nhƣ logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức
hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.
Để PLC có thể thực hiện đƣợc một chƣơng trình điều khiển, tất nhiên PLC phải
có tính năng nhƣ một máy tính, nghĩa là phải có khối vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ
nhớ để lƣu chƣơng trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để trao đổi dữ
liệu và giao tiếp với các đối tƣợng điều khiển.[4]

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


5
Đồ án tốt nghiệp

1.2.

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

CẤU TRÚC PHẦN CỨNG

1.2.1. Giới thiệu về plc s7-1200

Hình 1.1: PLC s7-1200
1: Bộ phận kết nối nguồn.
2: Các bộ phận kết nối nối dây của ngƣời dùng có thể tháo đƣợc (phía sau các nắp
che).
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
4: Bộ phận kết nối PROFINET của CPU.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lƣợng
giúp cho ngƣời dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng 1.1: Các kiểu thông số CPU
Chức năng

CPU 1211C

Kích thƣớc vật

90x100x75

CPU 1212C

CPU 1214C
110x100x75

lý(mm)

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


6
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

Bộ nhớ ngƣời
dùng:
• Bộ nhớ làm việc

• 25kB

• 50KB

• Bộ nhớ nạp

• 1MB

• 2MB

• Bộ nhớ giữ lại

• 2KB

• 2KB

I/O tích hợp cục bộ
• Kiểu số

• 6 ngõ vào/4 ngõ

• 8 ngõ vào/6 ra

•

• Kiểu tƣơng tự

ngõ ra

• 2 ngõ ra

vào/10 ngõ ra

• 2 ngõ ra
Kích thƣớc ảnh

14

ngõ

• 2 ngõ ra

1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

tiến trình
Bộ nhớ bit (M)

4096 byte

8192
byte

Độ mở rộng các

Không

2

8

Bảng tín hiệu

1

1

1

Các module truyền

3 (mở rộng về bên trái)

module tín hiệu

thông
Các bộ đếm tốc độ 3

4

6

cao

• 3 tại 100 kHz

• 3 tại 100

• Đơn pha

• 3 tại 100kHz

1tại 30 kHz

kHz

• Vuông pha

• 3 tại 80kHz

• 3 tại 80 kHz

2 tại 30 kHz

• 3 tại 80 kHz

1tại 20 kHz

• 3 tại 80 kHz
2 tại 20 kHz

Các ngõ ra xung

1

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


7
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lƣu giữ

Thông thƣờng 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40ºC

đồng hồ thời gian
thực
PROFINET

1 cổng truyền thông Etherne

Tốc độ thực thi tính 18 μs/lệnh
toán thực
Tốc độ thực thi

0.1 μs/lệnh

Boolean
Họ S7-1200 cung cấp một số lƣợng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng dung lƣợng của CPU. Ngƣời dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền
thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Bảng 1.2.Các kiểu module truyền thông
Module
Module

Kiểu số

Chỉ ngõ vào

Chỉ ngõ ra

Kết hợp In/Out

8xDC in

8 x DC Out

8xDC

8 x Relay Out

Out

tín hiệu
(SM)

In/8xDC

8xDC

In/8x

Relay Out
16xDC in

16xDC Out

16xDC

16x Relay Out

In/16xDC Out
16xDC

In/16x

Relay Out
Kiểu

4 x Analog In

2 x Analog In

4xAnalog In/2x

tƣơng tự

8 x Analog In

4 x Analog In

Analog Out

-

-

2 x DC In / 2 x

Bảng tín Kiểu số

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


8
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

hiệu
(SB)

DC Out
Kiểu

-

1 x Analog In

-

tƣơng tự
Module truyền thông (CM)-RS485/RS232
Các bảng tín hiệu
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép ngƣời dùng thêm vào I/O cho CPU. Ngƣời
dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tƣơng tự SB kết nối vào phía
trƣớc của CPU.
- SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC).
- SB với 1 ngõ ra kiểu tƣơng tự.
1: Các LED trạng thái trên SB
2: Bộ phận kết nối dây của ngƣời dùng có thể tháo ra.

Hình 1.2. PLC S7-1200 và bảng tín hiệu

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung

9
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

1.2.2. Các module tín hiệu
Ngƣời dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các
chức năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
1: Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu.

Hình 1.3. PLC và module tín hiệu
2: Bộ phận kết nối đƣờng dẫn.
3: Bộ phận kết nối dây của ngƣời dùng có thể tháo ra
1.2.3. Các module truyền thông
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông(CM) dành cho các tính năng bổ

Hình 1.4. PLC S7-1200 và module truyền thông
GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


10
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.

- CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông.
- Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM
khác).
1: Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
2: Bộ phận kết nối truyền thông
1.3.

VÒNG QUÉT CHƢƠNG TRÌNH CỦA PLC
PLC thực hiện chƣơng trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp đƣợc gọi là vòng

quét (scan). Mỗi vòng quét đƣợc bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng
vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chƣơng trình. Trong từng
vòng quét, chƣơng trình đƣợc thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối
OB1 (Block end). Sau giai đoạn thực hiện chƣơng trình là giai đoạn chuyển các nội
dung của bộ đệm ảo Q đến các cổng ra số. Vòng quét đƣợc kết thúc bằng giai đoạn
truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét
(Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng
đƣợc thực hiện lâu, có vòng quét đƣợc thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong
chƣơng trình đƣợc thực hiện, vào khối dữ liệu đƣợc truyền thông... trong vòng quét đó.
Nhƣ vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tƣợng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều
khiển tới đối tƣợng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét.Nói
cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chƣơng trình điều
khiển trong PLC.Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chƣơng trình
càng cao.
Nếu sử dụng các khối chƣơng trình đặc biệt có chế độ ngắt.Chƣơng trình của các
khối đó sẽ đƣợc thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng
loại.Các khối chƣơng trình này có thể đƣợc thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ
không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chƣơng trình. Chẳng hạn nếu một tín
GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


11
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC
sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chƣơng trình tƣơng
ứng với khối tín hiệu báo ngắt đó. Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt nhƣ vậy, thời gian
vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó,
để nâng cao tính thời gian thực cho chƣơng trình điều khiển tuyệt đối không nên viết
chƣơng trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong
chƣơng trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thƣờng lệnh không làm việc trực tiếp
với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Ở một
số Module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc
khác, ngay cả chƣơng trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
1.4.

CẤU TRÚC CHƢƠNG TRÌNH

1.4.1. Các khối tạo mã nên cấu trúc chƣơng trình
Khi tạo ra một chƣơng trình ngƣời dùng ta chèn các lệnh của chƣơng trình vào
trong các khối mã:
- Khối tổ chức (OB), đáp ứng một sự kiện xác định trong CPU và có thể ngắt sự
thực thi của chƣơng trình. Mặc định đối với thực thi theo chu trình của chƣơng trình
ngƣời dùng (OB1) cung cấp cấu trúc cơ bản dành cho chƣơng trình và chỉ là khối mã

đƣợc yêu cầu đối với chƣơng trình. Nếu ta bao hàm các OB khác trong chƣơng trình,
các OB này sẽ ngắt sự thực thi của OB1. Các OB khác thực hiện các hàm đặc trƣng, ví
dụ nhƣ cho các tác vụ khởi động, cho việc xử lý các ngắt và lỗi, hay cho việc thực thi
mã chƣơng trình đặc trƣng tại các khoảng thời gian dừng riêng biệt.
- Khối chức năng (FB): là một đoạn chƣơng trình con đƣợc thực thi khi nó
đƣợc gọi từ khối mã khác (OB, FB hay FC). Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số
đến FB và còn nhận dạng một khối dữ liệu đặc trƣng mà khối dữ liệu đó lƣu trữ dữ liệu
cho lần gọi riêng hay cho giá trị mẫu của FB đó. Việc thay đổi DB mẫu cho phép một
FB chung điều khiển sự hoạt động của một tổ hợp các thiết bị. Ví dụ, một FB có thể
GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


12
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

điều khiển một vài máy bơm hay van, với các DB mẫu chứa các thông số vận hành
riêng biệt của mỗi máy bơm hay van.
- Mã chức năng (FC): là một chƣơng trình con mà đƣợc thực thi khi nó đƣợc gọi
từ một khối mã khác (OB, FB hay FC). FC không có một DB mẫu có liên quan. Khối
đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FC. Các giá trị ngõ ra từ FC phải đƣợc ghi đến
một địa chỉ nhớ hay đến một DB toàn cục.
- Khối DB (Data Block): khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chƣơng trình. Các
tham số của khối do ngƣời sử dụng đặt. Một chƣơng trình ứng dụng có thể có nhiều
khối DB và các khối DB này đƣợc phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm
ký tự DB. Chẳng hạn nhƣ DB1, DB2...
Chƣơng trình trong các khối đƣợc liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối và

chuyển khối. Các chƣơng trình con đƣợc phép gọi lồng nhau, tức là một chƣơng trình
con này gọi một chƣơng trình con khác và từ chƣơng trình con đƣợc gọi lại gọi một
chƣơng trình con thứ 3... [2]
1.4.2. Các kiểu cấu trúc chƣơng trình
Dựa trên các yêu cầu của ứng dụng, ta có thể chọn cấu trúc thẳng còn gọi là lập
trình tuyến tính hay cấu trúc kiểu khối kết cấu để tạo ra chƣơng trình.
- Chƣơng trình thẳng thực thi tất cả các lệnh của tác vụ về tự động theo tuần tự,
lệnh này theo sau lệnh kia. Thông thƣờng ,chƣơng trình thẳng đặt tất cả các lệnh
chƣơng trình vào trong OB dành cho việc thực thi theo chu trình của chƣơng trình
(OB 1). Loại cấu trúc thẳng chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ, ít phức tạp.
- Chƣơng trình khối kết cấu sẽ gọi các khối mã đặc trƣng mà khối mã đó thực
hiện các tác vụ riêng biệt. Để tạo ra một cấu trúc theo khối kết cấu, ta chia tác vụ thành
nhiều tác vụ phụ nhỏ hơn phù hợp với các chức năng về mặt kỹ thuật của tiến trình.
Mỗi khối mã cung cấp đoạn chƣơng trình cho mỗi tác vụ phụ. Ta cấu trúc chƣơng trình
bằng cách gọi một trong số các khối mã từ một khối khác. Loại lập trình cấu trúc có thể
giúp ta giải quyết những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp dễ dàng hơn.
GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


13
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

Hình 1.5 các kiêu cấu trúc chƣơng trình
1.5.

CÁC KHỐI OB ĐẶT BIỆT

1) OB10 (Time of Day Interrupt): Chƣơng trình trong khối OB10 sẽ đƣợc thực

hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã
đƣợc quy định. Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 đƣợc thực hiện
nhờ chƣơng trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phần
mềm STEP 7.
2) OB20 (Time Relay Interrupt): Chƣơng trình trong khối OB20 sẽ đƣợc thực
hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trƣớc kể từ khi gọi chƣơng trình hệ thống SFC32
để đặt thời gian trễ.
3) OB35 (Cyclic Interrupt): Chƣơng trình trong khối OB35 sẽ đƣợc thực hiện
cách đều nhau một khoảng thời gian cố định. Mặc định, khoảng thời gian này là
100ms, nhƣng ta có thể thay đổi nhờ phần mềm STEP 7.
4) OB40 (Hardware Interrupt): Chƣơng trình trong khối OB40 sẽ đƣợc thực
hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đƣa vào CPU thông qua các cổng
onboard đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM.
5) OB80 (Cycle Time Fault): Chƣơng trình trong khối OB80 sẽ đƣợc thực hiện
khi thời gian vòng quét (scan time) vƣợt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


14
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

hoặc khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chƣa kết thúc ở
lần gọi trƣớc. Thời gian quét mặc định là 150 ms.

6) OB81 (Power Supply Fault): Chƣơng trình trong khối OB81 sẽ đƣợc thực hiện
khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi.
7) OB82 (Diagnostic Interrupt): Chƣơng trình trong khối OB82 sẽ đƣợc thực hiện
khi có sự cố từ các module mở rộng vào/ra. Các module này phải là các module có khả
năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities).
8) OB87 (Communication Fault): Chƣơng trình trong khối OB87 sẽ đƣợc thực
hiện khi có xuất hiện lỗi trong truyền thông.
9) OB100 (Start Up Information): Chƣơng trình trong khối OB100 sẽ đƣợc
thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN.
10) OB101 (Cold Start Up Information-chỉ với S7-400): Chƣơng trình trong
khối OB101 sẽ đƣợc thực hiện một lần khi công tắc nguồn chuyển từ trạng thái OFF
sang ON.
11) OB121 (Synchronous Error): Chƣơng trình trong khối OB121 sẽ đƣợc thực
hiện khi CPU phát hiện thấy hàm FC, FB không có trong bộ nhớ.
12) OB122 (Synchronous Error): Chƣơng trình trong khối OB122 sẽ đƣợc thực
hiện khi có lỗi truy nhập module trong chƣơng trình.
CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU

1.6.

CPU có 3 chế độ hoạt động: chế độ STOP, chế độ STARTUP và chế độ RUN.
Các LED trạng thái trên mặt trƣớc của CPU biểu thị chế độ hiện thời của sự vận
hành.
- Trong chế độ STOP, CPU không thực thi chƣơng trình nào, và ta có thể tải
xuống một đề án.
- Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) đƣợc thực thi một lần.
Các sự kiện ngắt không đƣợc xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN.

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


15
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

- Trong chế độ RUN, chu kỳ quét đƣợc thực thi một cách lặp lại. Các sự kiện
ngắt có thể xuất hiện và đƣợc thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong pha chu kỳ
chƣơng trình.
- Ta không thể tải xuống một đề án trong khi đang ở chế độ RUN.
CPU có hỗ trợ việc khởi động lại khi đang hoạt động (khởi động “nóng”) để đi
vào chế độ RUN.Khởi động lại nóng không bao gồm sự đặt lại bộ nhớ.Tất cả các hệ
thống không có khả năng giữ và dữ liệu ngƣời dùng đều đƣợc khởi chạy tại một sự
khởi động lại nóng. Dữ liệu ngƣời dùng có khả năng giữ vẫn đƣợc giữ nguyên.
Một bộ nhớ đặt lại sẽ xóa tất cả các bộ nhớ làm việc, xóa các vùng nhớ có khả
năng giữ và không có khả năng giữ, và sao chép bộ nhớ nạp đến bộ nhớ làm việc. Một
sự đặt lại bộ nhớ không xóa đi bộ đệm chẩn đoán hay các giá trị đƣợc lƣu vĩnh viễn của
địa chỉ IP.
Ta có thể chỉ định chế độ bật nguồn của CPU hoàn thành với phƣơng pháp khởi
động lại bằng cách sử dụng phần mềm lập trình. Biểu tƣợng cấu hình này xuất hiện
trong mục Device Configuration đối với CPU đang trong khởi động. Khi nguồn đƣợc
bật, CPU thực hiện một tuần tự các kiểm tra chẩn đoán bật nguồn và khởi chạy
hệ thống. CPU sau đó sẽ đi vào chế độ bật nguồn tƣơng ứng. Tất nhiên các lỗi đƣợc
phát hiện sẽ ngăn không cho CPU đi vào chế độ RUN. CPU hỗ trợ các chế độ bật
nguồn sau đây:
- Chế độ STOP.
- Chuyển sang chế độ RUN sau một sự khởi động lại nóng.
- Chuyển sang chế độ trƣớc đó sau một sự khởi động lại nóng.

- Trong chế độ RUN, CPU thực hiện các tác vụ đƣợc thể hiện nhƣ trong hình sau
đây:

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung


16
Đồ án tốt nghiệp

Điều khiển mô hình “Phân loại sản phẩm”

Hình 1.6. Chế độ hoạt động của CPU STARTUP
A -Xóa vùng nhớ I.
B -Khởi chạy các ngõ ra cả với giá trị cuối cùng hay giá trị thay thế.
C -Thực thi các OB khởi động.
D - Sao chép trạng thái của các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I.
E - Lƣu trữ bất kỳ các sự kiện ngắt nào vào trong thứ tự để xử lý trong chế
độ RUN.
F - Kích hoạt việc ghi vùng nhớ Q đến các ngõ ra vật lý RUN
1 - Ghi bộ nhớ Q đến các ngõ ra vật lý.
2 - Sao chép trạng thái các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I.
3 - Thực thi các OB chu kỳ chƣơng trình.
4 - Thực hiện các chẩn đoán tự kiểm tra.
5 - Xử lý các ngắt và truyền thông trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ
quét.

GVHD: Th.S Bùi Thúc Minh

SVTH: Võ Lê Tôn Trung