Tìm hiểu PLC s7 1200 kết hợp giao diện HMI ,thời gian thực thực hiện điều khiển giao thông thông minh(kết hợp PID+mờ+thời gian thực)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ SỐ ........6
Tên đề tài:....... Tìm hiểu PLC s7 1200 kết hợp giao diện HMI ,thời gian thực
thực hiện điều khiển giao thông thông minh(kết hợp PID+mờ+thời gian thực)
Nhóm sinh viên thực hiện: N6
Nội dung đánh giá:

Lớp-Khóa: TĐH3_K9


BÀI TẬP LỚN PLC

S
Ố
T
T

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

THỰC
HIỆN
CÁC BƯỚC THỰC
HIỆN
(Ghi tóm tắt nội dung)

Kế
hoạc
h

Thực
hiện

Sản
phẩm
đạt được

Mức độ
hoàn
thành

Ghi
chú

(15
tuần)
1

Tìm hiểu cơ sở lý thuyết

1

Báo cáo

2

Phân tích đối tượng điều
khiển

2

Báo cáo

3

Báo cáo

Phân tích các chỉ tiêu, chất
lượng của hệ thống điều
khiển

4

Báo cáo

5

Báo cáo

Lựa chọn phương pháp
điều khiển

6

Báo cáo

7

Báo cáo

5

Lựa chọn thiết bị điều

khiển, thiết bị vào, cơ cấu
chấp hành

8

Báo cáo

6

Sơ đồ nguyên lý

9

Báo cáo

10

Báo cáo

11

Báo cáo

12

Báo cáo

13

mô hình,

mô
phỏng

14

mô hình,
mô
phỏng

15

Báo cáo

3

4

7
8

9

Xây dựng thuật toán điều
khiển
Viết chương trình

Lắp đặt và thử nghiệm
hoặc mô phỏng

10 Nhận xét kết quả

MỤC LỤC
NHÓM 6

Trang 2


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là tốcđộ gia tăng
không ngừng về các loại phương tiện giao thông. Sự phát triển nhanh chóng của các
phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất thường
xuyên.
Hiện nay, các tuyến đường chính trong đô thị ở nước ta đều sử dụng đèn tín hiệu để
điều khiển giao thông. Hệ thống này góp phần giải quyết vấn nạn ùn tắc giao thông
trên các tuyến đường và nâng cao ý thức chấp hành luật giao thông của người dân,
nâng cao mức độ văn minh của đô thị.
Tuy nhiên, đa phần các đèn đặt tại các nút giao làm việc độc lập mà không có sự
liên hệ lẫn nhau khi hoạt động. Việc tổ chức điều khiển giao thông trong trường hợp
này tuy đơn giản nhưng sẽ làm cho dòng xe trên tuyến chính bị tổn thất thời gian rất
lớn do liên tục gặp phải đèn đỏ.Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để đảm bảo giao thông
thông suốt.
Việc giải quyết vấn đề nêu trên chính là nội dung yêu cầu của Đồ án tốt nghiệp với
tiêu đề: “ tìm hiểu plc s7-1200 kết hợp giao diện HMI , thời gian thực thực hiện
điều khiển đèn giao thông thông minh ( kết hợp PID+mờ+ thời gian thực) ”.
Nội dung chính của bài tập lớn là nghiên cứu hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao

thông ngã tư sử dụng PLC S7-1200
Bài tập lớn được trình bày thành 4 chương với nội dung cơ bản của từng chương
được tóm tắt như sau:

NHÓM 6

Trang 3


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Chương 1 – Tổng quan về hệ thống điều khiển phối hợp tín hiệu giao thông:
Giới thiệu một cách tổng quan về đèn giao thông, mô hình hệ thống điều khiển tín
hiệu đèn giao thông
Chương 2 – Giới thiệu tổng quan về phần cứng , bộ nhớ , cấu trúc chương
trình và giao diện lập trình trên PLC S7-1200:
Giới thiệu về bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200. Xây dựng thuật toán chương
trình điều khiển và giao diện màn hình HMI
Chương 3 – Thiết kế giao diện HMI và viết chương trình điều khiển giám sát
cho hệ thống đèn giao thông:
Tổng quan về phần mềm điều khiển giám sát sử dụng trong đồ án và từng bước thiết
kế giao diện điều khiển giám sát cho hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông ngã
tư.
Chương 4 – Kết luận đánh giá kết quả:
Đánh giá kết quả nghiên cứu lý thuyết so với thực tiễn.
Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu để hoàn thành nội dung yêu cầu đặt ra,
xong vì vốn kiến thức còn hạn hẹp và khả năng cũng như kinh nghiệm thực tế còn ít
nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được sự bổ xung góp ý

của các thầy cô và các bạn để Đồ án của nhóm em được hoàn thiện hơn.

NHÓM 6

Trang 4


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU
GIAO THÔNG
1.1. Khái quát chung về hệ thống đèn tín hiệu giao thông
1.1.1. Giới thiệu về đèn tín hiệu giao thông
Đèn giao thông là một thiết bị được dùng để điều khiển giao thông ở những giao lộ
có lượng phương tiện lưu thông lớn (thường là ngã ba, ngã tư đông xe qua lại). Đây là
một thiết bị quan trọng không những an toàn cho các phương tiện mà còn giúp giảm
ùn tắc giao thông vào giờ cao điểm. Nó được lắp ở tâm giao lộ hoặc trên vỉa hè. Đèn
giao thông có thể hoạt động hoàn toàn tự động hoặc cảnh sát giao thông điều khiển.

Hình 1-1. Hình ảnh thực tế hệ thống đèn giao thông

NHÓM 6

Trang 5


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Phân loại
− Đèn dành cho xe cộ

Loại 3 màu có 3 kiểu: xanh, vàng, đỏ. Ý nghĩa của màu đèn như sau:
+

Đỏ: Khi gặp đèn đỏ, tất cả các phương tiện đang lưu thông phải dừng lại ở phía trước

+

vạch dừng, người đi bộ được sang đường.
Xanh: Khi gặp đèn xanh, tất cả các phương tiện được phép đi và phải chú ý. Người đi

bộ không được sang đường.
+ Vàng: Đèn vàng là dấu hiệu của sự chuyển đổi tín hiệu.
+ Đèn dành cho người đi bộ
Loại 2 màu có hai màu xanh, đỏ. Ý nghĩa của màu đèn như sau:
+
+

Đỏ: Đèn đỏ có nghĩa là "không được sang đường".
Xanh: Đèn xanh có nghĩa là "được phép sang đường". là bao lâu .
− Đèn đếm lùi
Đèn đếm lùi là loại đèn lắp đặt bổ sung bên cạnh đèn tín hiệu chính. Đèn đếm lùi
được hiển thị bằng một con số đếm ngược với những màu sắc khác nhau. Khi đèn đếm
đến "0" là lập tức chuyển màu đèn chính.
1.1.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn tín hiệu giao thông
1.1.2.1. Cấu tạo

Hình 1-2. Mô hình hệ thống đèn giao thông tại một ngã tư
NHÓM 6

Trang 6


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Hệ thống đèn giao thông hay là đèn điều khiển giao thông gồm hai cột đèn chính
được lắp đặt tại hai đầu của hai làn đường khác nhau ở ngã tư. Mỗi một cột đèn gồm 6
đèn đó là 3 đèn chính gồm: đèn xanh, đèn vàng và đèn đỏ; 2 đèn phụ là 2 đèn dùng
điều khiển làn đường dành cho người đi bộ: đèn xanh người đi bộ và đèn đỏ người đi
bộ.
1.1.2.2. Nguyên tắc hoạt động
Đèn giao thông thường hoạt động cả ngày, đến 0 giờ (12 giờ đêm) thì chuyển sang
trạng thái nháy vàng hoặc ngừng hoạt động. Khi nháy vàng, xe cộ được đi và phải chú
ý người đi bộ được phép sang đường. Đến 6 giờ sáng ngày hôm sau đèn lại hoạt động
bình thường trở lại.

Hình 1-3. Giản đồ thời gian của đèn tín hiệu giao thông hoạt động ở chế độ bình
thường
1.1.3. Quy trình điêu khiển đèn tín hiệu giao thông
Đèn giao thông phải bật từng màu riêng biệt, đèn này tắt mới được bật đèn kia lên,
không được bật nhiều màu cùng một lúc. Giữa 2 chiều đường, khi chiều A bật đèn đỏ
thì lập tức chiều B phải bật ngay đèn xanh và ngược lại. Khi chuyển từ xanh-đỏ và đỏ

NHÓM 6

Trang 7


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

xanh bắt buộc phải bật qua màu vàng, vì màu vàng đệm giữa 2 màu xanh đỏ. Khi bật
đèn vàng thì phải bật sáng ở cả 2 chiều đường A và B.
1.1.4. Các phương pháp điều khiển tín hiệu đèn giao thông
1.1.4.1. Phương pháp điều khiển đèn giao thông bằng IC số
Với mạch dùng IC số có những ưu điểm sau:
−
−
−

Giá thành rẻ
Mạch đơn giản dễ thực hiện
Tổn hao công suất bé, mạch có thể dùng pin hoặc acquy
Tuy nhiên khi sử dụng kỹ thuật số rất khó khăn trong việc thay đổi chương trình.
Muốn thay đổi một chương trình nào đó thì buộc ta phải thay đổi phần cứng. Do đó
mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không
thực hiện được nhờ phương pháp này.
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử
lý, vi điều khiển hay PLC đã giải quyết được những bế tắc và kinh tế hơn mà phương
pháp dùng IC số kết nối lại không thực hiện được.
1.1.4.2 Phương pháp điều khiển đèn giao thông với PLC

Với phương pháp sử dụng PLC có những ưu diểm sau:

−
−

Lập trình đơn giản, độ tin cậy cao.
Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà

không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị nhập xuất.
− Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh.
Tuy nhiên phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn vi xử lý nhưng việc áp dụng
trong hệ thống nhỏ là không thích hợp bởi giá thành rất cao.
1.2. Mô hình hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông
Hiện nay với sự phát triển của công nghệ thông tin và đặc biệt là sự phát triển của
mạng internet thì hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông cũng trở nên hiện đại hơn rất
là nhiều:
− Có khả năng lựa chọn theo khoảng thời gian trong ngày hoặc bằng tay.
− Chế độ ưu tiên, tùy theo nhu cầu giao thông thực tế.
− Hệ thống điều khiển có một giao diện vận hành tiện lợi dựa trên giao diện người

sử dụng bằng đồ họa.
Dưới đây là sơ đồ khối của một hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông:

NHÓM 6

ĐÈN GIAO
BỘ ĐIỀU
KHIỂN
THÔNG
MÁY
TÍNH
PLC

Trang 8


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Hình 1-4. Mô hình hệ thống điều khiển tín hiệu đèn giao thông
−

Máy tính: Trung tâm điều phối, cung cấp giao diện người dùng trực quan cho việc điều
khiển giám sát hệ thông.

−

PLC (Programable Logic Controler): Là thiết bị điều khiển logic lập trình được, PLC
nhận thông tin từ các cảm biến và xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định
dồng thời truyền lại kết quả xuống cơ cấu chấp hành. PLC cũng cung cấp thông tin đến
trung tâm điều phối.

−

Ethernet switch: Mở rộng kết nối giữa các thiết bị PLC và máy tính thông qua mạng
Ethernet.

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN CỨNG ,BỘ NHỚ,
CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH VÀ GIAO DIỆN LẬP TRÌNH TRÊN PLC
S7-1200
2.1 Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200

PLC S7-1200 là bộ điều khiển logic khả trình của hãng Siemens - Đức, được ra đời
vào năm 2009. Sự ra đời của PLC S7-1200 đãdần thay thế cho dòng PLC cũ là S7-200.
NHÓM 6

Trang 9


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

So với S7-200 thì PLC S7-1200 có nhiều tính năng nổi trội hơn, 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
đểgiám 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.
PLC S7-1200 bao gồm 4 dòng CPU 1211C, 1212C, 1214C và 1215C. Các module
CPU khác nhau về hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình…và
chúng đều được tích hợp sẵn một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.

Bảng 2-1. Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của CPU 1211C/ 1212C/ 1214C
Chức năng

CPU 1211C

CPU 1212C

CPU 1214C

Kích thước vật lý(mm)

90 x 100 x 75

110 x 100 x75

− Bộ nhớ làm việc

− 25 kB

− 50 kB

− Bộ nhớ nạp

− 1 MB

− 2 MB

− Bộ nhớ giữ lại

− 2 kB

− 2 kB

Bộ nhớ người dùng:

NHÓM 6

Trang 10


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

I/O tích hợp cục bộ
− Kiểu số

− 6 ngõ vào / 4

− 8 ngõ vào / 6

− 14 ngõ vào /

ngõ ra

ngõ ra

− Kiểu tương tự

− 2 ngõ ra

− 2 ngõ ra

Kích thước ảnh tiến trình

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

Bộ nhớ bit (M)

4096 byte

Độ mở rộng các module tín Không
hiệu

10 ngõ ra
− 2 ngõ ra

8192 byte
2

8

Bảng tín hiệu

1

Các module truyền thông

3 (mở rộng về bên trái)

Các bộ đếm tốc độ cao

3

4

6

− Đơn pha

− 3 tại 100kHz

− 3 tại 100kHz

− 3 tại 100kHz

− Vuông pha

− 3 tại 80kHz

1 tại 30kHz

1 tại 30kHz

− 3 tại 80kHz

− 3 tại 80kHz

1 tại 20kHz

1 tại 20kHz

Ngõ xung ra

2

Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ đồng hồ Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40oC
thời gian thực
PROFINET

Một cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính toán 18 μs/lệnh
thực
Tốc độ thực thi Boolean
0.1 μs/lệnh
− Giới thiệu về module mở rộng:
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở
rộng chức năng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền
thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác .

NHÓM 6

Trang 11


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy
định của nhà sản xuất.
S7-1200 có các loại module mở rộng sau:

Hình 2-1. Hình ảnh các module mở rộng S7-1200
− Communication module (CM):Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các

bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
− Signal board (SB):Board tín hiệu vào ra số, tương tự được gắn phía trên CPU.
− Signal Module (SM):Module tín hiệu vào ra số, tương tự.

Chi tiết các đặc tính của module được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 2-2. Bảng các đặc tính module mở rộng
Module

Chỉ ngõ vào

Chỉ ngõ ra

Kết hợp In/Out

Modul Kiểu số
e
tín
hiệu
(SM)

8 x DC In

8 x DC Out

8 x DC In / 8 x DC Out

8 x Relay Out

8 x DC In / 8 x Reley Out

16 x DC Out

16 x DC In / 16 x DC Out

16x Relay Out

16 x DC In / 16 x Reley Out

NHÓM 6

16 x DC In

Trang 12


BÀI TẬP LỚN PLC
Kiểu
tương tự

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH
4 x Analog In

2 x Analog In

8 x Analog In

4 x Analog In

Bảng
Kiểu số
−
tín hiệu
(SB)
Kiểu
−
tương tự
Module truyền thông (CM)
− RS485
− RS232

−

4 x Analog In / 2 x Analog
Out
2 x DC In / 2 x DC Out

1 x Analog In

−

2.2 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200
a. Các bộ phận và chức năng

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ
chương trình khác nhau… nhưng về cơn bản chúng đều bao gồm các bộ phận sau:
1.
2.
3.
4.

Nguồn cấp PS
Kết nối với các module mở rộng
Đèn LED hiển thị I/O trên board
Kết nối Profinet

Hình 2-2. Cấu tạo PLC S7-1200 – CPU 1214C

Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu chức năng của từng bộ phận:
Các đầu vào/ra số:
−

Đầu vào (Ix.x): kết nối với nút ấn, công tắc, sensor … với điện áp vào tiêu chuẩn

24VDC.

−

Đầu ra (Qx.x): kết nối với các thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC hoặc
220VAC (tùy thuộc vào loại CPU).

−

Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC (tùy thuộc vào loại CPU).

NHÓM 6

Trang 13


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Hình 2-3. Sơ đồ đấu nối đầu vào/ra và nguồn trên S7-1200
Đèn trạng thái:
CPU và các module I/O sử dụng các LED để cung cấp thông tin về các trạng thái
hoạt động. Các trạng thái đó được thể hiện như sau:
− STOP/RUN
+ Màu xanh: Chỉ thị PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã nạp

được nạp vào bộ nhớ chương trình.
+ Màu cam: Chỉ thị PLC đang ở chế độ dừng và không thực hiện chương trình, các

đầu ra đều ở trạng thái “OFF”.
+ Đèn nhấp nháy luôn phiên giữa xanh lá và cam: Chỉ thị PLC đang khởi động.
− ERROR
+ Màu đỏ nhấp nháy: Chỉ thị lỗi, có thể là lỗi nội bộ trong CPU, lỗi với thẻ nhớ hay

một lỗi về cấu hình (các module không tương thích).
+ Màu đỏ thuần túy: Chỉ thị phần cứng bị hỏng.
− MAINT (maintenance): Đèn này sẽ nhấp nháy khi ta gắn vào một thẻ nhớ.
− LINK: Màu xanh báo hiệu việc kết nối với máy tính thành công.
− Rx/Tx: Màu vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền phát.
− Ix.x: Màu xanh chỉ thị trạng thái đầu vào số (ON/OFF)
− Qx.x: Màu xanh chỉ thị trạng thái đầu ra số (ON/OFF)

NHÓM 6

Trang 14


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

b. Cấu trúc phần cứng

KHỐI NGÕ VÀO

BỘ NHỚ
ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM

QUẢN LÝ GHÉP NỐI

NGUỒN

KHỐI NGÕ RA

Hình 2-4. Mô hình tổng quát của một PLC

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Cental Processing Unit):
Có nhiệm vụ xử lý thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của
PLC. Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.
CPU thường được chia làm hai loại: Đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ
ngữ”:
−

Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, đơn thuần là
xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản thời gian xử lý dài.

−

Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán,
đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời
gian xử lý được cải thiện nhanh hơn.
Bộ nhớ:

−

Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EPROM, EEPROM, là nơi lưu trữ các thông

−

tin cần xử lý trong chương trình PLC.
Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức
năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ
vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.

NHÓM 6

Trang 15


BÀI TẬP LỚN PLC
−

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện.
Khối vào ra:

−

Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với

mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC).
− Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn
để đưa vào bộ xử lý.
− Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và
cách ly quang.
Bộ nguồn:
Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt dộng của PLC.
Khối quản lý ghép:

Dùng để ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình,
bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp.

2.2.1.1 Cấu trúc và cách thức truy cập bộ nhớ của PLC S7-1200

-Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ của PLC S7-1200 được chia thành 3 vùng cơ bản và hầu hết đều có khả năng
đọc ghi được.
EEPROM

Miền nhớ ngoài

CHƯƠNG TRÌNH

CHƯƠNG TRÌNH

CHƯƠNG TRÌNH

THAM SỐ

THAM SỐ

THAM SỐ

DỮ LIỆU

DỮ LIỆU

DỮ LIỆU

Hình 2-5. Cấu trúc bộ nhớ của PLC
−

Vùng nhớ chương trình: Là miền nhớ được dùng để lưu trữ các lệnh được dùng trong

chương trình. Vùng nhớ này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được.
− Vùng nhớ tham số: Dùng để lưu trữ các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm… Vùng nhớ
−

này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được.
Vùng dữ liệu: Dùng để cất giữ các giữ liệu của chương trình bao gồm kết quả các phép
tính, các hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông…

NHÓM 6

Trang 16


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu chi tiết về vùng nhớ chương trình, vùng nhớ tham số và
vùng dữ liệu của PLC S7-1200.
2.2.1.2 Cấu trúc chương trình và giao diện lập trình trên PLC S7-1200
a. Hoạt động của chương trình trên PLC

Hình 2-6. Hoạt động của chương trình trên 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 (scancycle). Mỗi vòng quét được bắt đàu
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 Main OB.
b. Cấu trúc chương trình

Chương trình của PLC S7-1200 được lưu trong bộ nhớ chương trình và có thể được
lập trình dưới dạng cấu trúc khác nhau:
-

Chương trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình nằm trong khối chương trình chính
Main OB, các lệnh trong chương trình luôn được quét từ đầu đến cuối chương trình và
quay lại từ đầu trong quá trình PLC hoạt động. Chương trình này chỉ thường áp dụng
với các bài toán đơn giản, không yêu cầu phức tạp.

NHÓM 6

Trang 17


BÀI TẬP LỚN PLC
-

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Chương trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần
thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, từng phần nằm trong các khối OB1 và các khối
chương trình FC, FB. Sử dụng lập trình cấu trúc giúp chương trình dễ quản lý và sửa
lỗi, thuận tiện cho việc lập trình theo nhóm với nhũng chương trình lớn.

Hình 2-7. Lập trình cấu trúc với FB/FC

C.Phần mềm lập trình
Từ năm 2010 – đến nay, Siemens không ngừng cải thiện và nâng cấp phần mềm
TIA Portal V10.5 lên tới TIA Portal V13. Hiện nay, phần mềm TIA Portal là phần mềm
cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ tự động hóa và truyền động
điện: PLC, HMI, Inverter của Siemens. TIA Portal được thiết kế với giao diện thân
thiện người sử dụng, lần đầu làm quen thì rất rối mắt bởi rất nhiều tính năng và tác vụ
của nó, nhưng khi làm quen nhiều rồi thí đúng là rất tiện, tất cả trong một. Tất cả các
BĐK PLC, HMI, Inverter đều được cấu hình trên TIA Portal V13, tạo ra sự nhất quán
trong việc lập trình, cấu hình sản phẩm.
Các gói phần mềm có trong TIA Portal:
− SIMATIC STEP7 Professional V13 và SIMATIC STEP7 V13 PLCSIM: dùng để

lập trình và mô phỏng PLC S7-1200, S7-300, S7-400.
NHÓM 6

Trang 18


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

− SIMATIC WinCC Professional V13: Lập trình giao diện HMI và IPC.
− SIMATIC Start Driver V13: Cấu hình biến tần Siemens.

Phần mềm STEP 7 Basic cung cấp một môi trường thân thiện cho người dùng nhằm
phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng,
bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong đề án, như

các thiết bị PLC hay HMI. STEP 7 Basic cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và
FBD) để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối
với ứng dụng, và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI
trong đề án của người dùng. Để giúp người dùng tìm ra thông tin cần thiết, STEP 7
Basic cung cấp một hệ thống trợ giúp trực tuyến.
2.2.1.3 Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-1200

Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens phát
triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình:
− Lập trình hình thang (LAD – Ladder Logic)
− Lập trình khối hàm (FBD – Funtion Block Diagram)
− Lập trình theo dạng text (SCL - Structured Control Language)

Ngôn ngữ LAD:
Là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch relay. Sử dụng các phần tử cơ bản để
biểu diễn lệnh logic. Ưu điểm đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi.
−

Tiếp điểm: Mô tả các tiếp điểm thường dùng trong mạch relay, toán hạng tiếp điểm
dùng ttrong chương trình là bit. Có hai lạo tiếp điểm:
+ Tiếp điểm thường đóng:
+ Tiếp điểm thường mở:

−
−

Cuộn dây:
Mô tả cuộn dây relay, toán hạng sử dụng là bit.
Khối hộp: Là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, làm việc khi có tín hiệu ích đến.
Những hàm thường được biểu diễn bằng khối hộp là các hàm tạo trễ (Timer), hàm đếm

(Counter) và các hàm toán học khác.

NHÓM 6

Trang 19


BÀI TẬP LỚN PLC
−

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Mạng LAD: Là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh. Thông thường các
tín hiệu điện phải đi từ dây nóng qua thiết bị rồi đến dây trung tính sau đó về nguồn,
tuy nhiên trong phần mềm lập trình chỉ thể hiện dây nóng ở bên trái và các đường nối
đến thiết bị từ đó.
Ngôn ngữ FBD:
Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại số Boolean. Sử dụng các khối hàm mô
phỏng các lệnh và khối làm việc trong mạch số. Các phần tử cơn bản trong phương
pháp này là các khối lệnh được liên kết với nhau.
Ngôn ngữ SCL:
− Đây à ngôn ngữ ập trình theo dạng text, và là ngôn ngữ lập trình cấp cao sử dụng dựa

trên nền Pascal phát triển.
− Ngôn ngữ lập trình SCL có thể coi là ngôn ngữ hướng đối tượng cho PLC, vì nó gần

gũi với tư duy người dùng
Lưu ý : Khi viết code cho một khối hàm nào đó (OB, FB, FC) thì người dùng có thể
sử dụng một trong 3 ngôn ngữ trên để có thể lập trình

2.3

Giới thiệu về màn hình hmi
• Kích thước màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI.
• Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số
lượng tối đa biến số, số lượng Screen và dung lượng lưu trữ thông tin như: history
data, Recipe, hình ảnh, backup…
• Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng mở rộng thao
tác vận hành.
• Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ.
• Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ.
• Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF card, SD card…

2.3.1 . Quy trình xây dựng hệ thống HMI:
a. Lựa chọn phần cứng:
• Lựa chọn kích thước màn hình: trên cơ sở số lượng thông số/thông tin cảm biến
hiển thị đồng thời. nhu cầu về đồ thị, đồ họa(lưu trình công nghệ…).
• Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc.
• Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị
ngoại vi khác.

NHÓM 6

Trang 20


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

• Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ
dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị.
b. Xây dựng giao diện:
• Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng ( Model), thiết bị kết nối ( PLC ), chuẩn giao
thức…
• Xây dựng các trang màn hình screen.
• Gán các biến số (tag) cho các đối tượng.
• Sử dụng các đối tượng đặc biệt.
• Viết các chương trình script (tùy chọn).
• Mô phỏng và gỡ rối chương trình.
• Nạp thiết bị xuống HMI.

NHÓM 6

Trang 21


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH
ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG ĐÈN GIAO THÔNG

3.1 Thiết lập bộ định thời gian thực RD_LOC_T
Bước 1: Khởi tạo khối dữ liệu DB1
Program blocks

Add new block

Data block, đặt tên và chọ kiểu (type) là

Global BD, và chọn OK để hoàn tất việc khởi tạo. Đặt tên và khai báo , giá trị khởi
đầu cho biến sử dụng trong khối dữ liệu DB Date_time.

Hình 3-1:Khởi tạo khối dữ liệu DB1
Bước 2: Gọi khối chức năng RD_LOC_T
Instruction

NHÓM 6

Extended instruction

RD_LOC_T

Trang 22


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

Hình 3-2: Gọi khối chức năng RD_LOC_T

3.1.1Cập nhật thời gian thực của plc
Bước 1: Kết nối PLC với phần mềm Tia Portal
Bước 2: Chọn online & diagnostic

Function

Set time

Hình 3-3: cập nhật thời gian thực
Bước 3: Cài đặt thời gian bắt đầu hoạt động cho PLC rồi chon Apply

NHÓM 6

Trang 23


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

3.2 Viết chương trình đèn giao thông
3.2.1 Bảng địa chỉ
-Xác định các đầu ra vào và gắn địa chỉ cho chúng.
PLC tag

Default tag tble

Hình 3-4: Gắn địa chỉ
3.2.2. Thuật toán:
- Chế độ giờ cao điểm:

-

NHÓM 6

Chế độ giờ thấp điểm:

Trang 24


BÀI TẬP LỚN PLC

GVHD: PHẠM THỊ HỒNG HẠNH

3.2.2 Viết chương trình bằng ngôn ngôn ngữ LAD

NHÓM 6

Trang 25