Bài tập lớn SCADA_Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát đèn giao thông với PLC S7_1200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

Bài tập lớn môn học:
HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Nghiêm Xuân Thước
Sinh viên thực hiện:
1. Lê Bảo Long

Mã sinh viên: 1041240051

2. Trần Xuân Hiển

Mã sinh viên: 1041240012

3. Phạm Công Minh

Mã sinh viên: 1041240082

4. Nguyễn Hồng Quân Mã sinh viên: 1041240007
5. Nguyễn Tuấn Đạt

Mã sinh viên: 1041240077

Lớp: Tự động hóa 1 - K10

Hà Nội - 2018


MÉu: MC 11)

BỘ CÔNG THƯƠNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bài tập lớn môn học: HỆ THỐNG SCADA, DCS VÀ MẠNG TRUYỀN
THÔNG CÔNG NGHIỆP
Họ và tên HS-SV : Nhóm 8
1. Lê Bảo Long
2. Trần Xuân Hiển
3. Phạm Công Minh
4. Nguyễn Hồng Quân
5. Nguyễn Tuấn Đạt

Mã sinh viên: 1041240051
Mã sinh viên: 1041240012
Mã sinh viên: 1041240082
Mã sinh viên: 1041240007
Mã sinh viên: 1041240077

Lớp: TĐH1
Khoá: 10………………………………Khoa: Điện ………….….………….
Giáo viên hướng dẫn: Nghiêm Xuân Thước
NỘI DUNG
Thiết kế giao diện cho mô hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thông sử
dụng phần mềm TIA Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200
(Sử dụng khối hàm FB)

PHẦN THUYẾT MINH
Chương 1- Tổng quan về hệ thống đèn tín hiệu giao thông
Chương 2- Giới thiệu tổng quan về phần mềm TIA-Portal và bộ điều khiển
PLC S7-1200
Chương 3- Lập trình cho bộ điều khiển và thiết kế giao diện giám sát cho hệ
thống
Chương 4- Kết quả mô phỏng.
Ngày giao đề:

Ngày hoàn thành:
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Mục lục nội dung
CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống đèn tín hiệu giao thông.......................6
1.1 Lịch sử ra đời của hệ thống đèn giao thông..............................................6
1.2 Vai trò của hệ thống đèn giao thông ở Việt Nam......................................8
CHƯƠNG 2: Giới thiệu tổng quan về phần mềm TIA-Portal và bộ điều
khiển PLC S7-1200..........................................................................................10
2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200........................................................................10
2.1.1 Cấu trúc và hình dáng bên ngoài..........................................................10
2.1.2 Cấu trúc bên trong..................................................................................11
2.2 Module mở rộng.........................................................................................13
2.3 Cách đấu dây..............................................................................................14
2.4 Phương phấp lập chương trình điều khiển.............................................15
2.5 Các ngôn ngữ lập trình..............................................................................16

2.5.1 Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder Logic).............................................16
2.5.2 Ngôn ngữ bảng lệnh (STL).....................................................................17
2.5.3 Ngôn ngữ lập trình FBD.........................................................................18
2.5.4 Việc hiểu biết về EN và ENO cho các lệnh “hộp”................................18
2.6 Tập lệnh của PLC S7-1200 dạng LAD.....................................................19
2.6.1 Các lệnh về bit.........................................................................................19
2.6.2 Lệnh sườn................................................................................................20
2.6.3 P_TRG và N_TRIG................................................................................21
2.6.4 COIL (Cuộn dây)....................................................................................22
2.6.5 Lệnh định thời.........................................................................................22
1


TĐH1. K10

SCADA & DCS

2.6.6 Lệnh đếm (Counter)...............................................................................24
2.6.7 Lệnh so sánh............................................................................................26
2.6.8 Lệnh cộng - trừ........................................................................................26
2.6.9 Lệnh nhân chia........................................................................................27
2.6.10 Lệnh NEG (Phủ Định)..........................................................................27
2.6.11 Lệnh tuyệt đối........................................................................................28
2.6.12 Lệnh MIN and MAX............................................................................28
2.6.13 Nhóm lệnh toán logic............................................................................29
2.7 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic......................30
2.7.1 Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển............................31
2.7.2 Giao diện phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic..................31
2.7.3 Các kiểu xem khác nhau giúp công việc dễ dàng hơn.........................32
2.7.4 Trợ giúp người dùng khi cần.................................................................33

2.7.5 Nạp chương trình xuống PLC...............................................................35
2.7.6 Giao tiếp giữ máy tính và PLC..............................................................36
CHƯƠNG 3: Lập trình cho bộ điều khiển và thiết kế giao diện giám sát
cho hệ thống......................................................................................................37
3.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đèn giao thông............................37
3.1.1 Cấu tạo.....................................................................................................37
3.1.2 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều khiển đèn giao thông.........37
3.2 Giản đồ thời gian.......................................................................................38
3.3 Khai báo các TAG......................................................................................38
3.3.1 Tag Button...............................................................................................38
2


TĐH1. K10

SCADA & DCS

3.3.2 Tag Output...............................................................................................39
3.3.3 Khai báo Tag của biến phục vụ mô phỏng chuyển động.....................40
3.3.4 Khai báo Tag biến trung gian................................................................40
3.4 Các chương trình con................................................................................41
3.4.1 Chương trình con chọn chế độ hoạt động của đèn (FB1)....................42
3.4.2 Chương trình con xuất tín hiệu bật đèn (FB2).....................................41
3.4.3 Chương trình con phục vụ tạo chuyển động (FB3).............................42
3.5 Chương trình chính (Main)......................................................................43
3.6 Xây dựng giao diện màn hình...................................................................44
CHƯƠNG 4: Kết quả mô phỏng....................................................................45
4.1 Chế độ Off..................................................................................................45
4.2 Chế độ MOD..............................................................................................45
4.3 Đèn xanh làn 1 sáng, đèn đỏ làn 2 sáng...................................................46

4.4 Đèn đỏ làn 1 sáng, đèn vàng làn 1 sáng....................................................46

3


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Danh mục hình ảnh
Hình 1.1 John Peake Knigh và chiếc đèn giao thông sơ khai......................6
Hình 1.2 Những chiếc đèn giao thông đời đầu..............................................6
Hình 2.1 Hình dạng bên ngoài của PLC S7 1200.......................................10
Hình 2.2 Sơ đồ khối của hệ thống................................................................12
Hình 2.3 Hình ảnh một số module mở rộng................................................13
Hình 2.4 Sơ đồ đấu nối PLC.........................................................................14
Hình 2.5 Phương pháp điều khiển lập trình...............................................16
Hình 2.6 Ngôn ngữ LAD...............................................................................16
Hình 2.7 Ngôn ngữ bảng lệnh.......................................................................18
Hình 2.8 Công tắc thường hở.......................................................................19
Hình 2.9 Lệnh đảo.........................................................................................20
Hình 2.10 Lệnh sườn.....................................................................................21
Hình 2.11 Lệnh P_TRIG và N_TRIG..........................................................21
Hình 2.12 Cuộn dây.......................................................................................22
Hình 2.13 Khối lệnh TP................................................................................22
Hình 2.14 Timer TON...................................................................................23
Hình 2.15 Timer TOF....................................................................................23
Hình 2.16 Counter Up...................................................................................24
Hình 2.17 Counter Down..............................................................................24
Hình 2.18 Counter Up Down........................................................................25

Hình 2.19 Lệnh so sánh.................................................................................26
Hình 2.20 Lệnh cộng trừ...............................................................................26
Hình 2.21 Lệnh nhân chia.............................................................................27
Hình 2.22 Lệnh phủ định..............................................................................27
Hình 2.23 Lệnh tuyệt đối..............................................................................28
Hình 2.24 Lệnh Min......................................................................................28
Hình 2.25 Lệnh AND.....................................................................................29
4


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Hình 2.26 Lệnh Invert...................................................................................29
Hình 2.27 Lệnh SEL......................................................................................30
Hình 2.28 Các bước thiết kế.........................................................................31
Hình 2.29 Giao diện phần mềm....................................................................32
Hình 2.30 Giao diện phần mềm sau khi chọn PLC....................................33
Hình 2.31 Nạp chương trình.........................................................................36
Hình 2.32 Kết nối...........................................................................................36
Hình 2.33 Giản đồ thời gian của hệ thống...................................................38
Hình 2.34 Tag khai báo địa chỉ nút ấn.........................................................39
Hình 2.35 Tag khai báo địa chỉ cho đèn.......................................................39
Hình 2.36 Tag khái báo biến tạo chuyển động............................................40
Hình 2.37 Tag khai báo biến trung gian......................................................40
Hình 2.38 Xuất tín hiệu bật đèn (FB2)........................................................41
Hình 2.39 Phục vụ tạo chuyển động (FB3)..................................................42
Hình 2.40 Chọn chế độ hoạt động của đèn (FB1).......................................42
Hình 2.41 Chương trình chính.....................................................................43

Hình 2.42Tạo kết nối màn hình....................................................................44
Hình 2.43 Giao diện mô hình được xây dựng trên WinCC.......................44
Hình 2.44 Chế độ Off của hệ thống..............................................................45
Hình 2.45 Chế độ Mod..................................................................................45
Hình 2.46 Khi đèn xanh làn 1 bật................................................................46
Hình 2.47 Đèn đỏ làn 1 bật...........................................................................46

5


TĐH1. K10

SCADA & DCS

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG
1.1 Lịch sử ra đời của hệ thống đèn giao thông

Từ thời xa xưa, khi chiếc ô tô đầu tiên chưa xuất hiện, những chiếc đèn báo
giao thông màu xanh, màu đỏ đã được sử dụng để làm đèn chỉ dẫn cho tàu hỏa.
Cũng trong thời kỳ đó, phương tiện di chuyển chủ yếu của con người là bằng
xe ngựa.
Thập niên 1860, Ở London, ùn tắc giao thông xuất hiện khi mà con người
chen chúc nhau tại mọi tuyến đường đòi hỏi phải có giải pháp nào đó để khắc phục.
Khi đó, một nhà quản lý giao thông đường sắt có tên John Peake Knight đã
đưa ra một giải pháp khắc phục là tiền đề cho sự xuất hiện của những chiếc đèn báo
giao thông ngày nay.

Hình TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG.1 John Peake Knigh
và chiếc đèn giao thông sơ khai

Sau 8 năm, tại giao lộ của 2 tuyến phố Bridge và Great George ở London, hệ
thống cột đèn tín hiệu đầu tiên ra đời đánh dấu một bước phát triển lớn trong lĩnh
vực giao thông và quản lý giao thông.
Knight dự đoán, hệ thống đèn tín hiệu giao thông sẽ nhanh chóng được lắp đặt
tại nhiều tuyến đường khác không chỉ tại Anh và nhiều quốc gia khác trên thế giới.

6


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Hình TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÈN TÍN HIỆU GIAO THÔNG.2 Những chiếc đèn
giao thông đời đầu

Tuy nhiên, một sự cố xảy ra chỉ sau một tháng vận hành hệ thống đèn tín hiệu
giao thông. Một sỹ quan cảnh sát đã gặp tai nạn do khi gas trong các bóng đèn bị rò
rỉ và phát nổ.
Ngay lập tức, dự án đèn tín hiệu giao thông đường bộ đã bị dừng lại vì lo sợ
ảnh hưởng tới người tham gia giao thông
Cũng từ sau vụ tai nạn đó, đèn tín hiệu giao thông phải mất thêm tới 40 năm
mới xuất hiện trở lại mà chúng trở nên phổ biến tại các tuyến đường giao thông ở
Mỹ.
Khi mà sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô là rất lớn. Từ đây, nhiều ý
tưởng về đèn tín hiệu giao thông cũng ra đời khi mà lượng phương tiện tham gia
giao thông là rất lớn ví dụ như:
+ Năm 1910, một nhà sáng chế người Mỹ tên Ernest Sirrine đã sáng chế ra đèn
tín hiệu giao thông điều khiển một cách tự động và được giới thiệu tại bang
Chicago, Mỹ.

7


TĐH1. K10

SCADA & DCS

+ Năm 1912, Một sỹ quan tại thành phố Salt Lake, Utah có tên Lester Wire
Farnsworth đã phát minh ra chiếc đèn tín hiệu giao thông sử dụng điện đầu tiên trên
thế giới, đặc điểm của những chiếc đèn tín hiệu này có 2 màu là xanh lá cây và đỏ
+ Đến năm 1920, Một sỹ quan cảnh sát tại thành phố Detroit- Mỹ, William
Potts đã biến đèn tín hiệu giao thông từ 2 màu thành 3 màu đó là xanh lá cây, vàng
và đỏ như ngày nay.
+ Đến thập niên 1930 thì đèn tín hiệu giao thông dành cho người đi bộ qua
đường mới chính thức ra đời
Ngày nay, những chiếc đèn báo giao thông được sử dụng ở tất cả các tuyến
đường giao thông, việc trang bị hệ thống đèn báo giao thông giúp người tham gia
giao thông nhận biết được đâu là thời điểm an toàn để họ lái xe qua ngã ba, ngã tư,
đâu là thời điểm để người đi bộ qua đường… Hệ thống này giúp điều khiển giao
thông theo một trật tự nhất định
1.2 Vai trò của hệ thống đèn giao thông ở Việt Nam

Trong điều kiện các phương tiện giao thông công cộng ở Việt Nam chưa được
phát triển tốt, thêm vào đó là sự tràn ngập xe gắn máy Trung Quốc giá rẻ, những
năm gần đây vấn đề ách tắc giao thông ở các tuyến đường huyết mạch của các thành
phố lớn là điều không thể tránh khỏi. Trong khi đó, hầu hết các hệ thống đèn tín
hiệu giao thông ở nước ta hiện nay hoạt động dựa trên nguyên tắc định thời, với chu
kỳ tắt mở đèn xanh-đỏ được thiết lập cố định cho cả 2 tuyến đường.
Điều này tỏ ra kém hiệu quả khi các phương tiện lưu thông trên hai tuyến

đường có sự chênh lệch. Lượng xe trên tuyến đường có lưu lượng cao sẽ tích lũy
theo thời gian, là một trong những nguyên nhân cơ bản dẫn đến tắc nghẽn. Điều này
không chỉ gây lãng phí về thời gian, nhiên liệu mà còn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe,
tâm lý người dân và môi trường sinh thái.
Ở các quốc gia tiên tiến trên, giải pháp đưa ra là lắp đặt các hệ thống camera
để tự động điều tiết giao thông tại các giao lộ trọng yếu. Trong quá trình phát triển
hệ thống kiểm soát giao thông, đã có rất nhiều công bố về việc nghiên cứu thông
qua mô phỏng và thực nghiệm nhằm tối ưu hóa các bộ điều khiển đèn tín hiệu.

8


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Trong đó, các nghiên cứu điển hình về việc sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh kết hợp
với điều khiển mờ (fuzzy control) đèn tín hiệu đã được áp dụng thành công (Lin, H.,
K. M. Aye, H. M. Tun, Theingi and Z. M. Naing, 2008; Wiering M., J. v. Veenen, J.
Vreeken and A. Koopman, 2004; Tan K. K., M. Khalid and R. Yusof, 1996;
Kulkarni, G. H.; Waingankar, P.G., 2007). Các hệ thống này có giá rất cao, ví dụ:
một hệ thống đèn giao thông thông minh thương mại sử dụng máy tính công nghiệp
và các camera giám sát được giới thiệu bởi AdvanTech lên đến hàng tỉ đồng cho
mỗi chốt giao thông (AdvanTech, 2007).
Ở nước ta, hầu hết các hệ thống đèn giao thông hiện đại đều được nhập khẩu
với giá thành cao và kèm theo hàng loạt các vấn đề cần khắc phục, do chúng ta chưa
làm chủ được công nghệ.
Chẳng hạn, để lắp đặt 121 trụ đèn giao thông do Tây Ban Nha sản xuất, trong
dự án “Tăng cường năng lực giao thông Thành phố Hồ Chí Minh”, cần đến 3,5 triệu
USD. Tuy nhiên, chưa đầy một năm sử dụng, chúng ta đã “phơi nắng” số tiền khổng

lồ này, do các trụ đèn giao thông trên không hoạt động được (Ngọc Ẩn, 2004). Năm
2007, Sở Giao Thông Công Chánh Thành phố Hồ Chí Minh triển khai lắp đặt 48
chốt đèn gắn cảm biến để điều tiết giao thông tự động, bằng nguồn vốn ODA (Lê
Mỹ, 2007).
Tuy vậy, mới sau một thời gian ngắn sử dụng, các chốt đèn giao thông này đã
bị bệnh “nan y”. Ủy Ban Nhân Dân thành phố Hồ Chí Minh phải chi hơn 8.456
USD để mời chuyên gia nước ngoài “chẩn bệnh” (Ánh Nguyệt và Thu Hồng, 2008).
Rõ ràng làm chủ công nghệ đèn giao thông thông minh là nhu cầu thiết thực mà xã
hội đã và đang đặt ra.
Nghiên cứu này hướng tới việc xây dựng mô hình thực nghiệm để kiểm chứng
giải pháp để thiết kế đèn giao thông thông minh dựa trên công nghệ xử lý ảnh và kỹ
thuật điều khiển mờ.
Hệ thống dùng 2 camera để quan sát 2 tuyến đường. Tuyến đường nào có lưu
lượng xe cao hơn thì chu kỳ đèn xanh tương ứng cho tuyến đường đó sẽ dài hơn
tuyến đường còn lại.

9


TĐH1. K10

SCADA & DCS

CHƯƠNG 2:
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200
2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200
2.1.1 Cấu trúc và hình dáng bên ngoài

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.
+ Mỗi 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.

10


TĐH1. K10

SCADA & DCS

1. Bộ phận kết nối nguồn
2. Các bộ phận kết nối 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).

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.3 Hình dạng bên ngoài của PLC S7 1200

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.
2.1.2 Cấu trúc bên trong

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC s7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản
đó là: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất-nhập.
Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý, biên dịch
các tín hiệu nhập, và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu
trong bộ nhớ PLC, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết
bị xuất.
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC 24V cần thiết
cho bộ xử lý và các mạch điện trong các modune giao tiếp nhập và xuất hoạt động.
Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều
khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý.

11


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Các thành phần nhập và xuất (input-output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ
các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển. Tín hiệu nhập có
thể từ các công tắc, các bộ cảm biến…Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây cảu
bộ khởi động động cơ, các van solenoid.
Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình
hay bằng máy vi tính.

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.4 Sơ đồ khối của hệ thống

Bảng tóm tắt một số CPU:
Chức năng

CPU 1211C

CPU 1212C

CPU 1214C

Kích thước vật lý (mm)

90x100x75

110x100x75

Bộ nhớ nạp:

25kB

50kB

Bộ nhớ làm việc:

1MB

2MB

Bộ nhớ giữ lại:

2kB

2kB

Bộ nhớ người dùng:

I/O tích hợp cục bộ:
Kiểu số:

6 ngõ vào/4 ngõ ra

8 ngõ vào/6 ngõ ra

14 ngõ vào/10 ngõ ra

Kiểu tương tự:

2 ngõ vào

2 ngõ vào

2 ngõ vào

Kích thước ảnh tiến trình:

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

12


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Bộ nhớ bit (M)

4096byte

Độ mở rộng của Module

8192byte
0

tín hiệu

2

Bảng tín hiệu

8

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

1 tại 30kHz

3 tại 30kHz

3 tại 80kHz

3 tại 80kHz

3 tại 20kHz

3 tại 20kHz

Vuông pha:

3 tại 80kHz

Các ngõ ra xung

2

Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu trữ đồng hồ

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

thời gian thực
PROFINET

1 cổng truyềền thông Ethernet

Tốc độ thực thi toán thực

18 µs/lệnh

Tốc độ thực thi Boolean

0,1 µs/lệnh

2.2 Module mở rộng

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.5 Hình ảnh một số module mở rộng

13


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Họ PLC s7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiệhgu đa dạng và một
mạch tín hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng. ngoài ra bạn có thể cài đặt them 3
module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyền thông.
Bảng tóm tắt một số Module mở rộng:
Module

Chỉ ngõ vào

Chỉ ngõ ra

Kết hợp In/Out

Module tín hiệu Kiểu số

8 x DC In

8 x DC Out

8 x DC In / 8 x DC Out

8 x DC Relay Out

8 x DC In / 8 x DC Relay

(SM)

Out
16 x DC In

16 x DC Out
16 x DC Relay
Out

16 x DC In / 16 x DC
Out
16 x DC In / 16 x DC
Relay Out

Kiểu tương tự

4 x Analog In

2 x Analog Out

8 x Analog In

4 x Analog Out

Bảng tím hiệu Kiểu số

-

-

2 x DC In / 2 x DC Out

(SB)

-

1 x Analog In

-

Kiểu tương tự

Module truyền thông (CM):
RS485
RS232

2.3 Cách đấu dây

Ở đây chọn CPU 1212C, để trình bày đấu dây tiêu biểu:

14

4 x Analog In / 2 x
Analog Out


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.6 Sơ đồ đấu nối PLC

Chúng ta có thể cung cấp nguồn 24VDC hay 100 – 230VAC cho PLC và các
thông số điện áp được thể hiện trong hình
Nguồn cung cấp cho PLC là 100-230VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz. Điện áp
có thể thay đổi trong khoản từ 85V – 264V. Ở 264V dòng điện tiêu thụ là 20A.
Nguồn cung cấp là 24VAC. Điện áp có thể tháy đổi trong khoảng20.4V –
28.8V dòng tiêu thụ 20A.
Các ngõ vào được tác động ở mức điện thế tiêu biểu là 24VDC. Các ngõ ra
của PLC ở mức 0 khi công tắc hở hay điện áp <= 5VDC.
Ngõ vào ở mức 1 khi công tắc đóng hay điện áp => 15VDC. Thời gian đổi
trạng thái từ “0” lên “1” và từ “1” xuống “0” tối thiểu là 0.1us để PLC nhận biết
được.
Các ngõ ra có thể là 5VDC – 30VDC hay 5VAC – 250VAC. Tùy theo cầu thực
tế mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của nó.
2.4 Phương pháp lập chương trình điều khiển.

Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển lập trình,

cấu trúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình.

15


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của 1
máy tính.
Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển,
chứ không cần thay đổi cách nối dây bên ngoài.
Qua đó ta thấy được ưu điểm của phương pháp điều khiển lập trình được so
với phương pháp điều khiển phần cứng.
Do đó phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển vì
nó rất mềm dẻo.

- Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau:

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.7 Phương pháp điều khiển lập trình

16


TĐH1. K10

SCADA & DCS

2.5 Các ngôn ngữ lập trình.
2.5.1 Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder logic)

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.8 Ngôn ngữ LAD

Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng với các
kí hiệu công tắc logic tạo thành một nhánh mách điện logic nằm ngang. Ở hình bên,
logic điều khiển được được biểu diễn bằng 2 công tắc thường đóng và một ngoc ra
relay logic.
Các kí hiệu công tắc trên được dung để xây dựng lên bất kì mạch logic nào: sự
kết hợp nhiều mạch logic có thể biểu diễn mạch điều khiển cho một ứng dụng có
logic điều khiển phức tạp.
Điều cần thiết cho công việc thiết kế chương trình ladder là lập tài liệu về hệ
thống mà mô tả hoạt động của chúng để người sử dụng hiểu được mạch ladder một
cách nhanh chóng và chính xác.
Các quy ước của ngôn ngữ lập trình LAD:
+ Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được kết nối
với đường dây này
+ Mỗi lấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trình điều
khiển.
+ Sơ đồ thang được đọc từ trái sáng phải và từ trên xuống. Lấc ở đỉnh than
được đọc từ trái sang phải lấc thức 2 tính từ trên xuống cũng đọc tương tự… Khi ở
chế đọ hoạt động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang sau đó lặp đi lặp lại
nhiều lần. Quá trình lần lượt đi qua tất cả các nấc thang gọi là chu trình quét.

17


TĐH1. K10

SCADA & DCS

+ Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc với ít nhất
một ngõ ra.
+ Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng. Vì vậy, công
tắc thường hở được trình bày ở sơ đồ thang ở trạng thái hở. Công tắc thường đóng
đước trình bày ở trạng thái đóng.
+ Thiết bị bất kì có thể xuất hiện trên nhiều nấc thang. Có thể có một role đóng
một hoặc nhiều thiết bị.
+ Các ngõ vào và ra được nhận biết theo địa chỉ của chúng. Kí hiệu tùy theo
nhà sản xuất quy định.
2.5.2 Ngôn ngữ bảng lệnh (STL)

Ngăn xếp là một khối 9bit chồng lên nhau từ S0÷S8, nhưng tất cả các thuật
toán liên quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên và bit thứ hai (S0 và S1)
của ngăn xếp, giá trị logic mới có thể được gửi hoặc nối thêm vào ngăn xếp.
Hai bit S0 và S1 phối hợp với nhau thì ngăn xếp được kéo lên một bit.

Ví dụ:

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.9 Ngôn ngữ bảng lệnh

Ngăn xếp là một khối 9bit chồng lên nhau từ S0÷S8, nhưng tất cả các thuật
toán liên quan đến ngăn xếp đều làm việc với bit đầu tiên và bit thứ hai (S0 và S1)

18

TĐH1. K10

SCADA & DCS

của ngăn xếp, giá trị logic mới có thể được gửi hoặc nối thêm vào ngăn xếp. Hai bit
S0 và S1 phối hợp với nhau thì ngăn xếp được kéo lên một bit.
2.5.3 Ngôn ngữ lập trình FBD

Giống như ngôn ngữ LAD, ngôn ngữ FBD cũng là một ngôn ngữ lập trình
kiểu đồ họa. Sự hiển thị của mạch logic được dựa trên các biểu tượng logic đồ họa
sử dụng trong đại số Boolean.
Các hàm toán học và các hàm phức khác có thể được thể hiện một cách trực
tiếp trong sự kết hợp với các hộp logic. Để tạo ra logic cho các vận hành phức tạp,
ta chèn các nhánh song song giữa các hộp.
2.5.4 Việc hiểu biết về EN và ENO cho các lệnh “hộp”

Cả ngôn ngữ LAD và FBD đều sử dụng “dòng tín hiệu” (EN và ENO) đối với
một vài lệnh “hộp”. Các lệnh cố định (như lệnh toán học và lệnh di chuyển) hiển thị
các thông số cho EN và ENO. Các thông số này liên quan đến dòng tín hiệu và xác
định khi nào lệnh được thực thi trong suốt lần quét đó.
EN (Enable In) là một ngõ vào Boolean cho các hộp trong ngôn ngữ LAD và
FBD. Dòng tín hiệu (EN = 1) phải được hiện diện tại ngõ vào này để cho lệnh hộp
được thực thi. Nếu ngõ vào EN của một hộp LAD được kết nối trực tiếp đến thanh
dẫn tín hiệu bên trái, hộp sẽ luôn luôn được thực thi.
ENO (Enable Out) là một ngõ ra Boolean cho các hộp trong ngôn ngữ LAD và
FBD. Nếu hộp có dòng tín hiệu tại ngõ vào EN và hộp thực thi các chức năng của
nó mà không có lỗi, khi đó ngõ ra ENO sẽ cho dòng tín hiệu (ENO = 1) đi qua đến
phần tử kế tiếp. Nếu một lỗi được phát hiện trong quá trình thực thi của lệnh hộp,
dòng tín hiệu sau đó sẽ bị ngắt (ENO = 0) tại hộp lệnh đã sinh ra lỗi.
2.6 Tập lệnh của PLC S7-1200 dạng LAD

2.6.1 Các lệnh về bit

2.6.1.1 Công tắc
Công tắc thường hở (Normally open, viết tắc là NO) vá công tắc thường đóng
(Normally Closed, viết tắc là NC). Đối với PLC, mỗi công tắc đại diện cho trạng

19


TĐH1. K10

SCADA & DCS

thái một bit trong bộ nhớ dữ liệu hay vùng ảnh của các đầu vào, ra. Công tắc thường
hở (ON - nghĩa là cho dòng điện đi qua) khi bit bẳng 1 còn công tắc thường đóng
(ON - nghĩa là không cho dòng điện đi qua) khi bit bằng 0.
Trong LAD, các lệnh này biểu diễn bẳng chính các công tắc thường hở và
thường đóng. Trong FBD, các công tắc thường hở được biểu diễn như các đầu vòa
hoặc ra của các khối chức nảng AND, OR hoặc XOR. Công tắc thường đóng được
biểu diễn them dấu đảo (vòng tròn nhỏ) ở đầu vào tương ứng.
- Các ví dụ minh họa:
Công tắc thường hở:

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.10 Công tắc thường hở

2.6.1.2 Lệnh đảo
Lệnh đảo thay đổi dòng năng lượng. Nếu dòng năng lượng gặp lệnh này, nó sẽ
bị chặn lại. Ngược lại nếu phía trước lệnh này không có dòng năng lượng, nó sẽ trở
thành nguồn cung cấp dòng năng lượng.

Trong LAD, lệnh này được biểu diễn như một công tắc. Trong FBD, lệnh đảo
không có biểu tượng riêng.
Nó được tích hợp như là đầu vào của những khối chức năng khác (với một
vòng tròn nhỏ ở đầu vào của các khối chức năng đó). Trong STL, lệnh này đảo giá
trị của đỉnh ngăn xếp: 0 thành 1 và 1 thành 0. Lệnh này không có toán hạng.

20


TĐH1. K10

SCADA & DCS

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.11 Lệnh đảo
2.6.2 Lệnh sườn.

Đều thuộc nhóm lệnh công tắc, ghi nhận trạng thái các bit dữ liệu (0 hay 1)
quen thuộc với khái niệm “mức”.
Các lệnh về sườn ghi nhận không phải mức đơn thuần mà là sự biến đổi mức
logic.
Lệnh sườn dương (Positive Transition) cho dòng năng lượng đi qua trong
khoảng thời gian bằng thời gian một vòng quét khi ở đầu vào của nó có sự thay đổi
mức từ 0 lên 1.
Lệnh sườn âm (Negative Transition) cho dòng nâng lượng đi qua trong khoảng
thời gian bằng thời gian một vòng quét khi đầu vào của nó có sự thay đổi mức từ 1
xuống 0.
Trong LAD, các lệnh này được biểu diễn cũng như các công tắc.
Tham số:

Parameter

Data type

Memory area

Description

<Operand 1>

BOOL

I, Q, M, L, D

Signal to be queried

<Operand 2>

BOOL

I, Q, M, L, D

Edge memory bit in which the signal
state of the previous query is saved

Ví dụ:

21

TĐH1. K10

SCADA & DCS

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.12 Lệnh sườn
2.6.3 P_TRIG và N_TRIG

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.13 Lệnh P_TRIG và N_TRIG

Các thông số của lệnh:
Parameter

Data type

Memory area

Description

<Operand>

BOOL

I, Q, M, L, D

Edge memory bit in which the RLO
of the last query is saved

CLK

I, Q, M, L, D

Current RLO

2.6.4 COIL (Cuộn dây)

Giống như môt cuộn dây của rơle

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.14 Cuộn dây
2.6.5 Lệnh định thời

TP: Bộ đếm thời gian Pulse tạo ra một xung có độ rộng với thời gian được đặt
trước.
TON (On-Delay Timer): Bộ đóng trễ.

22


TĐH1. K10

SCADA & DCS

TOF (OFF-Delay Timer): Bộ ngắt trễ.
TONF (Rete/7f/Ve On-Delay Timer): Bộ đóng trễ có nhớ.
2.6.5.1 Lệnh TP

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.15 Khối lệnh TP

Bảng thông số:
Thông số

Dữ liệu

Mô tả

IN

BOOL

Đặt đầu vào cho phép Timer

PT

TIMER

Giá trị đặt trước cho Timer

Q

BOOL

Đầu ra Timer

ET

TIMER

Giá trị thời gian trôi qua ở đầu ra

Timer data block

DB

Xác định bộ định thời để reset lại khi RT cho
phép

2.6.5.2 Lệnh TON

Hình GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA-PORTAL VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7-1200.16 Timer TON
Bảng thông số:

Thông số

Dữ liệu

Mô tả

IN

BOOL

Đặt đầu vào cho phép Timer

PT

TIMER

Giá trị đặt trước cho Timer

23