Trạm trộn nguyên liệu plc s7 300

I. CƠ SỞ LÍ THUYẾT...........................................................................................1
1.1

Phân tích công nghệ......................................................................................1

1.2

Tìm hiều PLC-S7-300...................................................................................1

1.2.1

Khái quát về PLC sử dụng......................................................................1

1.2.2

Các module mở rộng.............................................................................4

1.3

Giới thiệu về phần mềm TIA PORTAL........................................................5

1.3.1

Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic........................................................5

1.3.2

Các bước tạo một project........................................................................5

1.4

Kết nối PLC với Wincc Professional trong TIA PORTAL...........................8

1.5

Tìm hiểu về SCADA, DCS, HMI...............................................................11

II. THIẾT KẾ HỆ THỐNG....................................................................................11
2.1

Lựa chọn thiết bị.........................................................................................11

2.2

Xây dựng sơ đồ khối...................................................................................12

2.2.1

Lưu đồ chính.........................................................................................12

2.2.2

Lưu đồ tín hiệu vào silo 2.....................................................................13

2.2.3

Lưu đồ tín hiệu vào silo3......................................................................13

2.2.4

Lưu đồ tín hiệu vào ra của silo1...........................................................14

2.3

Mạch lực, bảng địa chỉ và sơ đồ đấu dây, thực hiện bài toán điều khiển....15

2.3.1

Mạch lực...............................................................................................15

2.3.2

Mạch lực PLC tổng quát.......................................................................15

2.3.2.1
2.3.3

Mạch lực động cơ quay..................................................................15

Bảng địa chỉ..........................................................................................16

2.3.3.1

INPUT............................................................................................16

2.3.3.2

OUTPUT........................................................................................16

2.3.4

Sơ đồ đấu dây.......................................................................................17

2.3.5

Chương trình điều khiển.......................................................................17


2.4
III.

2.3.5.1

Cấu hình phần cứng CPU S7 300...................................................18

2.3.5.2

Module Analog...............................................................................18

2.3.5.3

Module DI/DO...............................................................................18

2.3.5.4

Chương trình chính Main...............................................................19

2.3.5.5

Xử lý tín hiệu Analog.....................................................................21

2.3.5.6

Khối chương trình điều khiển FB...................................................22

2.3.5.7

Chương trình mô phỏng simulate(FC)...........................................26

2.3.5.8

Giao diện thiết kế hmi....................................................................31

(a)

Màn hình chính.....................................................................................31

(b)

Chế độ tự động.....................................................................................32

(c)

Chế độ bằng tay....................................................................................33

Trình bày về giao thức truyền thông trong hệ thống...................................33
KẾT LUẬN....................................................................................................34

3.1

Các nội dung đã đạt được trong đề bài.......................................................34

3.2

Các hạn chế tồn tại và phương pháp khắc phục..........................................34


I.

CƠ SỞ LÍ THUYẾT
I.1 Phân tích công nghệ

Phân phối liệu một trong những sản phẩm là quan trọng trong các doanh nghiệp
chế biến, sản xuất hiện nay. Phân phối liệu có tác dụng xác định chính xác các mức
khối lượng nguyên liệu định sẵn cho sản phẩm. Nó sẽ được xác định đồng thời tất
cả các loại nguyên liệu sau đó tập trung lại tại một băng tải hoặc máy trộn nguyên
liệu để tạo ra hỗn hợp nguyên liệu. Sản phẩm đầu ra khi sử dụng hệ thống phân
phối liệu sẽ đảm bảo được chất lượng tiêu chuẩn cao nhất theo đúng tỉ lệ thành
phần mong muốn. Hiện hệ thống cân phối liệu đang được ứng dụng phổ biến trong
các nhà máy, doanh nghiệp sản xuất như: xi măng, nhà máy thức ăn chăn nuôi,
phân bón, bột thạch cao, bột trét tường, xi măng tươi.....Hầu hết các sản phẩm cần
được trộn nguyên liệu theo một tỉ lệ nhất định sẽ cần đến một hệ thống phân phối
liệu để làm việc này.
I.2 Tìm hiều PLC-S7-300
I.2.1

Khái quát về PLC sử dụng

 Định nghĩa:
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Controller) là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một

ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Ưu điểm:
 Nhỏ gọn
 Dễ thay đổi thuật toán
 Dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quang (với PLC khác hoặc với
máy tính)
 Các bộ phận của PLC
 Bộ vi xử lí trung tâm (CPU)
 Hệ điều hành
 Bộ nhớ chương trình
 Các cổng vào ra...
Page 1


Hình 1. 1 Cấu trúc bên trong của PLC S7-300
 Các tín hiệu kết nối với PLC S7-300
 Tín hiệu số: Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có 2
trị 0 hoặc 1.
Đối với PLC Siemens:
 Mức 0: Tương ứng với 0V hoặc mạch hở
 Mức 1: Tương ứng với 24V
Ví dụ: Tín hiệu từ nút nhấn, từ các công tắc hành trình,... đều là những tín hiệu số.
 Tín hiệu tương tự: Là tín hiệu liên tục từ 0-10V hoặc 4-20mA.
Ví dụ: Tín hiệu đọc từ cảm biến loadcell,...
 Kiểu dữ liệu và phân chia bộ nhớ
 Kiểu BOOL: dung lượng một bit có giá trị 0 hoặc 1.
Page 2


 Kiểu BYTE: gồm 8 bits, được dùng để biểu diễn số nguyên dương trong

khoảng từ 0 đến 255.
 Kiểu WORD: gồm 2 bytes, biểu diễn một số nguyên dương từ 0 đến 65535.
 Kiểu INT: gồm 2 bytes, biểu diễn số nguyên trong khoảng từ -32768 đến
32767.
 Kiểu DINT: gồm 4 bytes, biểu diễn số nguyên từ -2147483648 đến
2147483648.
 Kiểu S5T (hay S5TIME): khoảng thời gian, được tính theo
giờ/phút/giây/mili giây.
 Kiểu TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.
 Kiểu DATE : biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/ tháng/ ngày.
 Kiểu CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều kí tự (nhiều nhất là 4 kí tự).
 Cấu trúc bộ nhớ của CPU
Bộ nhớ của S7-300 chia làm 3 vùng chính:
 Vùng chứa chương trình ứng dụng:
Được chia làm 3 miền:
 OB (Organization Block): Miền chứa chương trình tổ chức.
 FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến
hình thức để dễ trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
 FB (Function Block): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm
có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.
 Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng:
 I (Process Image Input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số.
 Q (Process Image Output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số.
 M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu
trữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (M), byte (MB), từ
(MW) hoặc từ kép (MD).
 T: Miền nhớ phụ vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời
gian đặt trước (PV: Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV: Current
Value).
 C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (Counter) bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt

trước, giá trị đếm tức thời, giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
 PI: Miền địa chỉ cổng vào của các Module tương tự.
Page 3


 PQ: Miền địa chỉ cổng ra của các Module tương tự.
 Vùng chứa các khối dữ liệu:
Được chia thành 2 loại:
 DI (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước
và số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều
khiển.
 L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình
OB, FC, FB tổ chức, sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu
của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của một
số dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa đi sau khi kết thúc chương trình
tương ứng trong OB, FC, FB.
I.2.2

Các module mở rộng

Được chia thành 5 loại chính sau:
 Nguồn nuôi (PS: Power Supply): Cung cấp nguồn cho CPU và các module
khác.
 SM ( Signal Module): Module tín hiệu vào ra, bao gồm:
 DI: Digital Input
 DO: Digital Output
 DI/DO: Digital Input/ Output
 AI: Analog Input
 AO: Analog Output
 AI/AO: Analog Input/ Output

 IM (Interface Module): Module ghép nối
 FM (Function Module): Module điều khiển riêng: điều khiển servo,...
 CP (Communication Module): Module truyền thông

Page 4


Hình 1. 2 Ghép nỗi Module mở rộng của PLC S7-300
I.3 Giới thiệu về phần mềm TIA PORTAL
I.3.1

Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic.

Step 7 Basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo.
Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình,
chuẩn đoán và nhiều hơn nữa.
Trực quan dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động.
I.3.2

Các bước tạo một project.

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V13

Bước 2: Click chuột vào “Create new project” để tạo dự án.

Page 5


Bước 3: Nhập tên dự án vào “Project name” sau đó nhấn “Create”.

Bước 4: Chọn “configure a device”.

Page 6


Bước 5: Chọn “add new device”.

Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn “add”.

Page 7


Bước 7: Project mới được hiện ra.

Hình 3. 1 Một project mới được tạo ra.
I.4 Kết nối PLC với Wincc Professional trong TIA PORTAL
Bước 1: Chọn add new device
Page 8


Bước 2: Trong cửa sổ add new device. Chọn PC Systems và chọn Wincc RT
professional

Page 9


Bước 3: Kết nối thêm cổng CP cho winccprofessional

Bước 4 :Kết nối phần cứng PLC với Wincc RT professional và save lại

Đây là cách kết nối bằng cổng DP ngoài ra các loại s7 300 có cổng PN có thể kết
nối bằng cổng PN.
Page 10


I.5 Tìm hiểu về SCADA, DCS, HMI
SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition): là hệ thống thu thập dữ liệu
và điều khiển giám sát.Nhiệm vụ chính của hệ thống là thu thập dữ liệu, ra lệnh
điều khiển hệ thống và hiển thị thông tin theo yêu cầu người sử dụng. 1 hệ thống
Scada sẽ có 1 thiết bị master để thu thập dữ liệu về nhờ các phương thức truyền
thông và đưa các yêu cầu lên SCADA. SCADA có ý nghĩa nhiều khí sử dụng với
các hệ thống hoạt động với khoảng cách của hệ đang điều khiển với hệ bị diều
khiển là xa.
DCS (Distributed Control System): là hệ điều khiển phân tán và hệ này được sử
dụng chủ yếu trong các hệ thống điều khiển quá trình. Trong hệ thống DCS, dữ liệu
thu thập và chức năng điều khiển được hiện thông qua một số các bộ xử lý phân
tán cỡ nhỏ nằm gần các thiết bị điều khiển hay các thiết bị đo mà dữ liệu thu thập
từ đó. DCS là một loại hệ thống được xây dựng cho những hệ thống có khả năng
điều khiển tín hiệu quá trình với độ phức tạp cao.
HMI (Human Machine Interface): là giao diện giao tiếp giữa người và máy, ở đây
người là người vận hành, máy là máy móc chúng ta đang điều khiển. Nói như vậy
thì cả HMI,SCADA,DCS đều có thể điều khiển máy móc do vậy người ta dùng cái
tên HMI cho các màn hình giao diện hiển thị có chức năng cảm ứng (touch panel)
hay có các phím chức năng (Key panel).
II.

THIẾT KẾ HỆ THỐNG
II.1

Lựa chọn thiết bị

 Van điều khiển: để tiết chế nguyên vật liệu đưa vào các silo.
 Cảm biến: sử dụng các loại cảm biến gắn với trên các silo để xác định mức
chính xác khối lượng nguyên vật liệu đã định sẵn, có thể sử dụng cảm biến
mức, cảm biến chất lỏng,...
 Các silo: bao gồm các thùng chứa nguyên vật liệu cần phân phối liệu.
 Các nút ấn: bao gồm Start (bắt đầu), Stop (kết thúc), Auto (điều khiển tự
động), Menu (điều khiển bằng tay), On (bật) - Off (tắt) ở các van.
 Động cơ bồn trộn công xuất 3kw.

Page 11


II.2

Xây dựng sơ đồ khối
II.2.1

Lưu đồ chính

Page 12


II.2.2

Lưu đồ tín hiệu vào silo 2

II.2.3

Lưu đồ tín hiệu vào silo3

Page 13


II.2.4

Lưu đồ tín hiệu vào ra của silo1

Page 14


Page 15


II.3
Mạch lực, bảng địa chỉ và sơ đồ đấu dây, thực hiện bài toán điều
khiển.
II.3.1

Mạch lực

II.3.2

Mạch lực PLC tổng quát

Page 16


II.3.2.1 Mạch lực động cơ quay

II.3.3

Bảng địa chỉ

II.3.3.1 INPUT

II.3.3.2 OUTPUT

Page 17


II.3.4

Sơ đồ đấu dây

Page 18


II.3.5

Chương trình điều khiển

Page 19


II.3.5.1 Cấu hình phần cứng CPU S7 300

II.3.5.2 Module Analog

Page 20

II.3.5.3 Module DI/DO

II.3.5.4 Chương trình chính Main

Page 21


Page 22


II.3.5.5 Xử lý tín hiệu Analog

Page 23