Thiết kế và thi công cân đa năng phục vụ cho việc kiểm khám sức khỏe và định lượng đồ vật điều kiện và giám sát bằng PLC s7 1200 và HMI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ


SVTH: HUỲNH THẾ CƯƠNG
Đề tài:
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÂN ĐA NĂNG PHỤC VỤ CHO VIỆC KIẾM
KHÁM SỨC KHỎE VÀ ĐỊNH LƯỢNG ĐỒ VẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM
SÁT BẰNG PLC S71200 VÀ HMI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS. NGUYỄN HOÀI BÃO

Khánh Hòa – 2017


ii

ii


i

LỜI CẢM ƠN
Kính thưa:
- Ban giám hiệu trường Đại Học Nha Trang.
- Thầy cô khoa Điện – Điện tử.
Trải qua bốn năm học tập đầy căng thẳng và thú vị, dưới sự chỉ bảo và dạy dỗ

tận tình của các thầy cô trong khoa cũng như thầy cô trong trường đã giúp chúng em
tích lũy được nhiều kiến thức nền tảng quý giá trước khi hòa nhập xã hội.
Em xin chân thành cảm ơn thầy T.S Trần Tiến Phức – Trưởng khoa Điện–
Điện tử đã tạo điều kiện và cho phép em được thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn cô Th.S Nguyễn Thị Ngọc Soạn và thầy Nguyễn
Hoài Bão đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em có thể hoàn thành đồ án. Em cũng xin chân
thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong và ngoài khoa Điện – Điện tử đã giúp đỡ nhiệt
tình trong thời gian qua.
Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, do còn hạn chế về kiến thức cũng
như kỹ năng thực tế nên đồ án còn nhiều thiếu sót. Em kính mong thầy cô và bạn
bè có những ý kiến đóng góp quý báu để kiến thức trong lĩnh vực được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, em xin kính chúc quý thầy cô trong khoa Điện – Điện tử thật dồi
dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh tốt đẹp của mình và truyền đạt
kiến thực cho thế hệ mai sau.
Em xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Huỳnh Thế Cương

i


ii

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. viii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. ix
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN .....................................................................................1

1.1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ...............................................................................1

1.2.

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................2

1.3.

NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .........................................................2

1.3.1.

Nhiệm vụ của đề tài ...........................................................................2

1.3.2.

Giới hạn của đề tài.............................................................................2

1.4.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................................2

1.4.1.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết ..................................................2

1.4.2.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ...........................................2

1.5.

BỐ CỤC ĐỀ TÀI .........................................................................................3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................1
2.1.

GIỚI THIỆU PLC S7-1200 ........................................................................1

2.1.1.

Giới thiệu chung ................................................................................1

2.1.2.

Cấu trúc phần cứng S7-1200 ............................................................2

2.1.1.3.

Các module truyền thông..................................................................6

2.1.2.

Vòng quét chương trình của PLC ....................................................6

2.1.3.

Các chế độ hoạt động của CPU ........................................................7

2.2.

GIỚI THIỆU MÀN HÌNH GIÁM SÁT HMI ...........................................8

2.2.1.

HMI và các khái niệm cơ bản...........................................................8

2.2.2.

Các thiết bị HMI hiện đại ...............................................................10

2.3.

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL V13 .....................................10

2.3.1.

Sơ lược về phần mềm ......................................................................10

2.3.2. Hướng dẫn sử dụng phần mềm ............................................................12
2.4.

GIỚI THIỆU MÔ HÌNH CÂN ĐIỆN TỬ ...............................................23

2.4.2.

Khái niệm và cấu tạo cân đa năng .................................................23
ii

iii

2.4.3.

Ứng dụng cân điện tử trong đời sống ............................................24

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ........................................25
3.1.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CƠ KHÍ ..................................25

3.1.1.
3.2.

Thiết kế mô hình ..............................................................................25

Thi công cân ...............................................................................................26

3.2.1.

Thước đo chiều cao..........................................................................27

3.2.2.

Màn hình hiển thị. ...........................................................................27

3.2.3.

Thân Cân ..........................................................................................27

3.2.4.

Bàn cân .............................................................................................28

3.2.5.

Bộ phận phát âm thanh...................................................................29

3.3.

SƠ ĐỒ KẾT NỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .............................31

3.3.1.

Sơ đồ khối hệ thống .........................................................................31

3.3.2.

Sơ đồ kết nối .....................................................................................32

CHƯƠNG 4. LẬP TRÌNH PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN CÂN ĐA NĂNG .......34
4.1.

LẬP TRÌNH CHO PLC S7-1200 .............................................................34

4.1.1.

Sơ đồ thuật toán ...............................................................................34

4.1.2.

Phân định địa chỉ vào ra .................................................................34

4.1.3.

Viết chương trình điều khiển .........................................................37

4.2.

THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN CHO HMI ..............................48

4.2.1.

Quy trình xây dựng hệ thống HMI ................................................48

4.2.2.

Các bước thiết kế giao diện HMI dùng TIA PORTAL V13 .......49

4.2.3.
ứng

Thiết kế các màn hình HMI với các chức năng đặc biệt tương
52

4.3.

Các bước tải chương trình xuống HMI ...................................................65

4.4. Tải chương trình HMI phòng trường hợp hư hỏng hay gãy chương
trình 67
4.5.

Lỗi thường gặp dành cho HMI mới sử dụng ..........................................68

4.6.

Code dùng trên arduino để phát nhạc theo ý muốn ...............................69

4.6.1.

Điều kiện phát nhạc .........................................................................69

4.6.2.

Chương Trình lập trình Arduino...................................................70

iii


iv

4.7.

Tinh chỉnh cho bộ khuếch đại tín hiệu cảm biến ....................................73

4.8.

Nguyên lý hoạt động ..................................................................................74

4.9.

Phương pháp vận hành, điều khiển sản phẩm........................................74

4.9.1. Chế độ cân sức khỏe ...............................................................................74
4.9.2.

Chế độ cân vật..................................................................................77

KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................................79
Kết luận ..........................................................................................................79
Hướng phát triển ...........................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................80

iv


v

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. PLC S7-1200 ..............................................................................2
Hình 2.2. PLC S7-1200 và bảng tín hiệu ...................................................5
Hình 2.3. PLC và module tín hiệu..............................................................5
Hình 2.4. PLC và module truyền thông .....................................................6
Hình 2.5. Màn hình giám sát HMI .............................................................9
Hình 2.6. Cửa sổ Portal view ...................................................................12
Hình 2.7. Cửa sổ Overview ......................................................................13
Hình 2.8. Cửa sổ Devices and networks ..................................................14

Hình 2.9. Online & diagnostics ................................................................16
Hình 2.10. Cửa sổ Main OB1 ...................................................................16
Hình 2.11. Sơ đồ xây dựng Project ..........................................................17
Hình 2.12. Cửa sổ “Create new project” ..................................................18
Hình 2.13. Thêm thiết bị PLC ..................................................................18
Hình 2.14. Lựa chọn CPU ........................................................................19
Hình 2.15. Cửa sổ Main[OB1] .................................................................19
Hình 2.16. Mạng LAD sai quy tắc ...........................................................20
Hình 2.17. Ví dụ lập trình FBD................................................................21
Hình 2.18. Cảm biến lực (loadcell) ..........................................................23
Hình 2.19. Màn hình hiển thị ...................................................................23
Hình 2.20. Cân được dùng trong y tế .......................................................24
Hình 3.2. Bàn cân y tế .............................................................................26
Hình 3.4. Màn hình hiển thị .....................................................................27
Hình 3.5. Thân cân ...................................................................................28
Hình 3.6. Bàn cân .....................................................................................28
Hình 3.7. Arduino Uno R3 .......................................................................29
Hình 3.8. Modun SD cad adapter ............................................................29
Hình 3.9. Loa DC 5V 3W x 2 .................................................................30
Hình 3.13. Cân đa năng ............................................................................30
Hình 3.10. Sơ đồ chân cảm biến .............................................................32
Hình 3.12. Sơ đồ kết nối ..........................................................................33
v


vi

Hình 4.1. Tạo 1 Block ..............................................................................38
Hình 4.2. Cửa sổ tạo Block ......................................................................38
Hình 4.3. Cài đặt thông số block ..............................................................39

Hình 4.4. IN - K1 & K2-K1 & HI-LO .....................................................40
Hình 4.6. AIREAL = TEMP5 + LOLim ..................................................41
Hình 4.7. Hàm analog vừa được tạo. ......................................................41
Hình 4.8. Thêm thiết bị HMI vào dự án ...................................................49
Hình 4.9. Kết nối HMI với PLC...............................................................50
Hình 4.10. Root screen được tạo xong .....................................................50
Hình 4.11. Thanh công cụ vẽ ...................................................................51
Hình 4.12. Màn hình Template_1 ............................................................52
Hình 4.13. Màn hình bắt đầu ....................................................................52
Hình 4.14. Tab Element ...........................................................................53
Hình 4.15. Chọn thuộc tính cho màn hình ...............................................53
Hình 4.16. Chọn invisible cho button ......................................................53
Hình 4.17. Chọn hotkey ...........................................................................54
Hình 4.18. Event của button .....................................................................54
Hình 4.19. Tag của PLC ...........................................................................55
Hình 4.20. tab cài đặt chuyển màn hình ...................................................55
Hình 4.21. Chọn màn hình muốn chuyển ................................................56
Hình 4.22 Màn hình chọn chế độ .............................................................56
Hình 4.23. Tab Basic objects 1 ................................................................57
Hình 4.24. Tag Basic objects 2 ................................................................57
Hình 4.25. Chọn hình ảnh cho button ......................................................57
Hình 4.26. Các bước gán hình cho button................................................58
Hình 4.27. Cài đặt chuyển màn hình cho button ......................................59
Hình 4.28. Màn hình nhập chiều cao .......................................................59
Hình 4.29. Cài đặt hình ảnh cho button ...................................................60
Hình 4.30. Chọn hình ảnh cho button ......................................................60
Hình 4.31. Cài đặt input cho ô nhớ ..........................................................60
Hình 4.32. Liên kết ô nhớ ........................................................................61
vi

vii

Hình 4.33. Cài đặt chuyển màn hình ........................................................61
Hình 4.34. Màn hình hiển thị tình trạng cơ thể ........................................62
Hình 4.35. Tab Basic objects 3 ................................................................62
Hình 4.36. Cài đặt nhấp nháy ...................................................................63
Hình 4.37. Cài đặt chức năng cho button .................................................63
Hình 4.38. Màn hình cơ thể cân đối ........................................................63
Hình 4.39. Màn hình cơ thể ốm ..............................................................64
Hình 4.40. Màn hình cơ thể hơi mập ......................................................64
Hình 4.41. Màn hình cơ thể béo ..............................................................64
Hình 4.42. Màn hình cơ thể cực béo ........................................................65
Hình 4.43. Màn hình chế độ cân .............................................................65
Hình 4.44. Kết nối HMI thành công ........................................................66
Hình 4.45. Kết thúc quá trình đổ chương trình HMI ..............................66
Hình 4.46. Tìm kiếm Simatic prosave .....................................................67
Hình 4.47. Chọn dòng HMI .....................................................................68
Hình 4.48. Giao diện truyền OS cho HMI ...............................................68
Hình 4.49. Cài đặt IP ................................................................................69
Hình 4.50. Bộ khuếch đại Loadcell ..........................................................73
Hình 4.51. Các nút vặn của Bộ khuếch đại Loadcell ...............................73
Hình 4.52. Màn hình khởi động ..............................................................75
Hình 4.53. Màn hình chọn chế độ ...........................................................75
Hình 4.54. Màn hình nhập chiều cao ......................................................76
Hình 4.55. Màn hình tình trạng cơ thể ....................................................76
Hình 4.56. Màn hình cơ thể đang ở mức ốm ...........................................77
Hình 4.57. Chọn chế độ...........................................................................77
Hình 4.58. Màn hình cân vật ...................................................................78

vii


viii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật các module CPU………………………………….3
Bảng 2.2. Các module hỗ trợ……………………………………………………4
Bảng 2.3. So sánh ngôn ngữ LAD và FBD…………………………………….21
Bảng 4.1. Quy định địa chỉ ngõ vào…………………………………………....32
Bảng 4.2. Quy định địa chỉ ngõ ra……………………………………………...32
Bảng 4.3. Quy định địa chỉ biến, bit nhớ……………………………………….33

viii


ix

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
PLC

Programmable Logic Controller: Thiết bị điều khiển tự động.

TIA PORTAL Totally Integrated Automation Portal: Phần mềm tự động hóa tích
hợp.
LAD

Ladder Diagram: Ngôn ngữ lập trình trực quan.

FBD

Function Block Diagram: Ngôn ngữ lập trình logic.

HMI

Human Block Interface: Màn hình giao tiếp người dùng.

DI

Digital Input: Đầu vào số.

DO

Digital Output: Đầu ra số.

AI

Analog Input: Đầu vào tương tự.

SM

Module tín hiệu.

CM

Module truyền thông.

OB

Organization blocks: Khối tổ chức.

VAC

Điện áp xoay chiều

VDC

Điện áp một chiều

ix


1

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN

1.1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, tự động hóa và ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động phát triển
ngày càng mạnh mẽ. Ứng dụng nhiều trong sản xuất, phục vụ nhu cầu đời sống sinh
hoạt ngày càng cao của con người. Nhu cầu về nhân lực của hệ thống điều khiển tự
động ngày càng cao.
Trường Đại học Nha Trang, khoa Điện – Điện tử, bộ môn Điện Công Nghiệp rất
quan tâm đến đảm bảo chất lượng đào tạo nhân lực cho ngành. Môn thực hành điều
khiển hệ thống tự động là môn học chuyên ngành quan trọng để sinh viên làm việc
sau khi tốt nghiệp ra trường.
Xã hội ngày càng phát triễn, đời sống và sản xuất cũng từ đó mà lấy đà phát
triển theo. Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang là xu hướng phát triển hàng đầu của

xã hội hiện nay, Nhu cầu sản xuất công nghiệp cũng từ đó mà cần nhiều thiết bị tự
động hơn. Một trong những nhu cầu đó là xác định khối lượng của vật thể hay còn
gọi là "Cân". Cân điện tử cũng từ đó mà ra đời và chiếm vai trò quan trọng trong
sản xuất.
Cân điện tử loại nhỏ thường được sử dụng để cân đồ trong phòng thí nghiệm,
cửa hàng, siêu thị, trung tâm mua sắm… Cân điện tử loại lớn được dùng để cân ô
tô, cân bàn, cân sàn, cân đóng bao, cân băng tải… trong những nhà máy công
nghiệp.
Một số loại cân điện tử được tích hợp nhiều chức năng như: máy tính tiền, máy
in mã vạch, máy chấm công, in báo cáo…hoặc một số loại cân có cổng giao tiếp với
máy tính (thông qua cổng RS232, RS485…) phục vụ việc quản lí, lưu trữ và xử lý
dữ liệu…
Dần dần vai trò của cân trong đời sống là không thể thiếu. Nắm được nhu cầu
dó, trong đồ án tốt nghiệp môn hc này nhóm em chọn đề tài " Thiết kế và thi công
cân đa năng phục vụ cho việc kiểm khám sức khỏe và định lượng đồ vật điều khiển
và giám sát bằng PLC và HMI S7 1200". Đề tài này sẽ ứng dụng những kiến thức

1


2

đã học về tự động hóa để xây dựng một mô hình mà gọi tắt là cân đa năng để xác
định khối lượng của 1 vật chính xác 1 cách tối đa nhất cho cả người lẫn vật để dễ
dàng theo dõi sức khỏe và thao tác trên HMI một cách dễ dàng. Điều mà em hướng
tới là sản phẩm gần như ở ngoài thực dụng nhất có thể để sinh viên có thể tiếp xúc
với một mô hình gần như là dùng được trong đời sống hay khi đi làm ngoài xã hội.
1.2.

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu, ứng dụng kiến thức điều khiển lập trình vào thực tế để thiết lập
được một mô hình "Cân đa năng " chính xác nhất có thể. Ứng dụng vào việc
giảng dạy và học tập tại phòng thực hành.
1.3.

NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài
- Lập trình điều khiển và giám sát mô hình trên PLC S7-1200 và màn

hình HMI.
- Cân đạt được độ chính xác cao nhất có thể.
- Nắm được các kiến thức về xử lí PLC và HMI khi hư hỏng.
- Mô hình có thẩm mỹ cao.
- Sử dụng kiến thức trong mô hình để áp dụng vào thực tiễn.
1.3.2. Giới hạn của đề tài
- Đề tài này là mô hình có thể áp dụng vào thực tế để cân các vật thể
muốn xác thực khối lượng.
- Chỉ có thể cân được vật thể dưới 100 Kg, do hạn chế về tài chính và
kỹ thuật nên chỉ cân được những người 80kg trở xuống.Nếu hơn thì củng được
nhưng tác hại sau đó là đồ án sẽ nhanh hỏng hóc.
1.4.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu tài liệu hiện có và trên mạng về lập trình PLC, HMI điều

khiển hệ thống, lập trình và mô phỏng trên máy tính.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

2


3

- Kết hợp với đợt Thực tập tổng hợp, Sử dụng các trang thiết bị hiện đại
trong nhà máy nơi thực tập và sự giúp đỡ đội ngũ kỹ sư Tự động hóa tự
động.
- Kế thừa từ đồ án môn học và các kiến thức có trên mạng
- Đo khối lượng từ loadcell từ mô hình thực tế.
- Vận hành mô hình thực tế.
1.5.

BỐ CỤC ĐỀ TÀI

Đồ án được thực hiện theo các nội dung sau:
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH
CHƯƠNG 4. LẬP TRÌNH PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH

3


1

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.

GIỚI THIỆU PLC S7-1200

2.1.1. Giới thiệu chung
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 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 S7-1200 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 người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch
logic được 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 chương trình
người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì,
các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và
chương trình điều khiển:
- Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu
hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
- Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã
nằm trong một khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET.
Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232
hay RS485.

Đồ Án Cân Điện Tử


2

2.1.2. Cấu trúc phần cứng S7-1200

Hình 2.1. PLC S7-1200
(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau
các nắp che).
(2) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung
lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng
khác nhau.
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật các module CPU
Chức năng
Kích thước vật lý
(mm)

Đồ Án Cân Điện Tử

CPU 1211C
90x100x75

CPU 1212C

CPU 1214C
110x100x75


3

Bộ nhớ làm việc

25 kB

50 Kb

Bộ nhớ nạp

1 MB

2 MB

Bộ nhớ giữ lại

2 kB

2 kB

I/O tích hợp cục bộ

6 inputs/4

8 inputs/6 outputs 14 inputs/10 outputs

Kiểu số

outputs

2 inputs

Kiểu tương tự

2 inputs

Kích thước ảnh tiến

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

2 inputs

trình
Bộ nhớ bit (M)

4096 byte

Độ mở rộng các

Không

8192 byte
2

8

module tín hiệu
Bảng tín hiệu

1

Các module truyền

3 (mở rộng về bên trái)

thông
Các bộ đếm tốc độ cao 3

4

6

Đơn pha

3 tại 100 kHz

3 tại 100 kHZ

3 tại 100 kHz

1 tại 30 kHz

3 tại 30 kHz

3 tại 80 kHz

3 tại 80 kHz

3 tại 80 kHz

1 tại 20 kHz

3 tại 20 kHz

Vuông pha

Các ngõ ra xung

2

Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ

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

đồng hồ thời gian thực
PROFINET

Một cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính

18 µs/lệnh

toán thực
Tốc độ thực thi
Boolean

Đồ Án Cân Điện Tử

0,1 µs/lệnh


4

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu
để mở rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module
truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Bảng 2.2. Các module hỗ trợ
Module

Chỉ ngõ vào
Kiểu số

8 x DC In

Kết hợp In/Out

Chỉ ngõ ra
8 x DC Out

8 x DC In / 8 x DC Out

Module

8 x Relay Out 8 x DC In / 8 x Relay Out

tín hiệu

16 x DC Out
16 x DC In

16 x Relay Out 16 x DC In / 16 x

4 x Analog In

2 x Analog In

Relay Out
4 x Analog In / 2 x

tương tự 8 x Analog In
Kiểu số
_

4 x Analog In
_

Analog
2
x DC In / 2 x DC Out
Out

Kiểu

1 x Analog In

_

(SM)
Kiểu

Bảng tín

16 x DC In / 16 x DC Out

_

hiệu (SB)

tương tự
Module truyền thông (CM)
• RS485
• RS232
2.1.1.1.

Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người
dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía
trước 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 tương tự.

Đồ Án Cân Điện Tử


5

Hình 2.2. PLC S7-1200 và bảng tín hiệu
(1) Các LED trạng thái trên SB.
(2) Bộ phận kết nối dây có thể tháo rời.
2.1.1.2.

Các module tín hiệu

Người 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.

Hình 2.3. PLC và module tín hiệu
(1) Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu.
(2) Bộ phận kết nối đường dẫn.
(3) Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo rời

Đồ Án Cân Điện Tử


6

2.1.1.3.

Các module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng
bổ 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.

Hình 2.4. PLC và module truyền thông

(1) Các Led trạng thái dành cho module truyền thông.
(2) Bộ phận kết nối truyền thông.
2.1.2. Vòng quét chương trình của PLC
PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu
trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét. Mỗi vòng quét được bắt đầu
bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo (I), tiếp theo là giai
đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ
lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ
đệm ảo (Q) tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các
yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU. Mỗi vòng quét có thể
mô tả như sau:

Đồ Án Cân Điện Tử


7

Gửi tín hiệu
tới đầu ra

Kiểm tra
trạng thái làm
việc của CPU

Xử lý các
yêu cầu về
truyền thông
(nếu có)

Nhận các tín
hiệu đầu vào

Thực hiện
chương trình
điều khiển

- Chú ý: Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các
lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không
thông qua các bộ đệm.
Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là thời
gian vòng quét. Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét
nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được
thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong
chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông trong vòng quét
đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín
hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng
quét. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
2.1.3. Các chế độ hoạt động của CPU
CPU có 3 chế độ hoạt động: STOP, STARTUP, RUN. Các LED trạng thái
trên mặt trước của CPU hiển thị chế độ hiện thời của sự vận hành.
- Trong chế độ STOP: CPU không thực thi bất cứ chương trình nào, người
dùng có thể tiến hành tải xuống một đề án.
- Trong chế độ STARTUP: các khối tổ chức (OB) khởi động và được thực thi
một lần nếu có. Các sự kiện ngắt không được xử lý cho đến khi chế độ RUN hoạt
động.

Đồ Án Cân Điện Tử

8

- Trong chế độ RUN: chu kỳ quét được thực thi một cách lặp lại. Các sự kiện
ngắt có thể xuất hiện và được thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong chu kỳ chương
trình. Người dùng không thể tiến hành tải xuống đề án khi chế độ RUN hoạt động.
2.2.

GIỚI THIỆU MÀN HÌNH GIÁM SÁT HMI

2.2.1. HMI và các khái niệm cơ bản
2.2.1.1.

Khái niệm HMI

HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp
giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị.
Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một
máy móc thì đó là một HMI. Cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số
điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên
TV đều là HMI,…
Bộ truyền và cảm biến trước kia đều không có HMI, nhiều thiết bị trong số đó
thậm chí không có cả một HMI đơn giản như một hiển thị đơn thuần. Rất nhiều
trong số đó không có hiển thị, chỉ với một tín hiệu đầu ra. Một số có một HMI
thông sơ: một hiển thị ASC II đơn hoặc hai dòng ASCII với một tập hợp các arrow
cho lập trình, hoặc 10 phím nhỏ. Có rất ít các thiết bị hiện trường, cảm biến và bộ
phân tích từng có bảng HMI thực sự có khả năng cung cấp hình ảnh đồ họa tốt, có
cách thức nhập dữ liệu và lệnh đơn giản, dễ hiểu, đồng thời cung cấp một cửa sổ có
độ phân giải cao cho quá trình.
HMI sử dụng toàn bộ máy tính và màn hình hiển thị thì hạn chế đối với các
phòng điều khiển bởi vì mạch máy tính, màn hình và ổ đĩa dễ hỏng. Vỏ bọc được

phát triển để giúp cho HMI sử dụng máy tính có thể định vị bên ngoài sàn nhà máy,
nhưng rất rộng, kềnh càng và dễ hỏng do sức nóng, độ ẩm, sự rửa trôi và các sự cố
khác ở sàn nhà máy.
HMI máy tính trước đây cũng tiêu thụ rất nhiều điện năng. Một máy tính
“desktop” thông thường trong những năm 80 của thế kỷ 20 có công suất 200 W.

Đồ Án Cân Điện Tử


9

Hình 2.5. Màn hình giám sát HMI
2.2.1.2.

Hỗ trợ người vận hành

Khi các quá trình ở sàn nhà máy được tự động hóa nhiều hơn, người điều
khiển cần có thêm nhiều thông tin về quá trình, và yêu cầu về hiển thị và điều khiển
nội bộ trở nên phức tạp hơn. Một trong những đặc điểm tiến bộ trong lĩnh vực này
là hiển thị dạng cảm ứng. Điều này giúp cho người điều khiển chỉ cần đơn giản ấn
từng phần của hiển thị có một “nút ảo” trên thiết bị để thực hiện hoạt động hay nhận
hiển thị. Nó cũng loại bỏ yêu cầu có bàn phím, chuột và gậy điều khiển, ngoại trừ
công tác lập trình phức tạp ít gặp có thể được thực hiện trong quá trình rửa trôi.
Một ưu điểm khác nữa là hiển thị dạng tinh thể lỏng. Nó chiếm ít không gian
hơn, mỏng hơn hiển thị dạng CRT, và do đó có thể được sử dụng trong những
không gian nhỏ hơn.
Ưu điểm lớn nhất là trong các máy tính nhúng có hình dạng nhỏ gọn giúp nó
thay thế hiển thị 2 đường trên một công cụ thông thường hay trên bộ truyền với một
HMI có đầy đủ tính năng.

Đồ Án Cân Điện Tử


10

Người điều khiển làm việc trong không gian rất hạn chế tài sản nhà máy. Đôi
khi không có chỗ cho họ, các công cụ, phụ tùng và HMI cỡ lớn nên họ cần có HMI
có thể di chuyển được.
2.2.2. Các thiết bị HMI hiện đại
Do phát sự phát triển của Công nghệ thông tin và Công nghệ Vi điện tử, HMI
ngày nay sử dụng các thiết bị tính toán mạnh mẽ.
2.2.2.1.

Phân loại

HMI hiện đại chia thành 2 loại chính:
- HMI trên nền các máy tính nhúng: HMI chuyên dụng.
- Ngoài ra còn có một số loại HMI biến thể khác MobileHMI dùng Palm,
Poket PC.
2.2.2.2.

Ưu điểm của HMI hiện đại

- Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin.
- Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết.
- Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
- Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều
loại giao thức.
2.3.

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL V13

2.3.1. Sơ lược về phần mềm
Ban Tự động hóa Công nghiệp của Siemens giới thiệu phần mềm tự động
hóa đầu tiên trong công nghiệp sử dụng chung một môi trường, một phần
mềm duy nhất cho tất cả các tác vụ trong tự động hóa, gọi là Totally
Integrated Automation Portal (TIA Portal).
Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ
thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc
tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ.
Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp
cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình
tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu

Đồ Án Cân Điện Tử


11

hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn
diện (TIA) của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 V13 để
lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V13 để cấu hình các
màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính.
Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng
dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ
nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp
các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, 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.
Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của
Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm
thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này. Ví
dụ người sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả’ một biến của trong
chương trình điều khiển PLC vào một màn hình của chương trình HMI.
Biến này sẽ được gán vào chương trình HMI và sự kết nối giữa PLC – HMI
đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm.
Phần mềm mới Simatic Step 7 V13, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình
cho S7-1200, S7-1500, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based
Simatic WinAC. Simatic Step 7 V13 được chia thành các module khác nhau,
tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Simatic Step 7 V13 cũng hỗ trợ tính
năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình
mới trên TIA Portal.
Phần mềm mới Simatic WinCC V13, cũng được tích hợp trên TIA Portal,
dùng để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới

Đồ Án Cân Điện Tử