Thiết kế trạm plc s7 1200 điều khiển biến tần

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN
CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN
TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TRẠM PLC S7 1200 ĐIỀU KHIỂN
BIẾN TẦN

Giáo viên hướng dẫn: Trần Đình Nga
Sinh viên thực hiện:
Lớp: 06DHLDT3

Đà Nẵng, Năm 2018


Đồ án học phần 2

Khoa điện

MỤC LỤC

GVHD: ThS. Trần Đình Nga


Đồ án học phần 2

Khoa điện

LỜI NÓI ĐẦU
Nền công nghiệp đang trên đà phát triển ngày càng cao, trong đó vấn đề tự động

điều khiển được đặt lên hàng đầu trong quá trình nghiên cứu cũng như ứng dụng công
nghệ mới vào trong sản xuất. Nó đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ chính xác của hệ
thống sản xuất ngày một cao hơn, để có thể đáp ứng được nhu cầu về số lượng, chất
lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội
Từ khi mới ra đời PLC đã trở thành cơ sở trong công nghiệp tự động hóa, đặc
trung của PLC là làm cho các thao tác máy trở thành nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy
hơn. Nó có khả năng thay thế hoàn toàn các phương pháp điều khiển truyền thông
dùng rơle (loại thiết bị phức tạp và cồng kênh); PLC có khả năng điều khiển thiết bị
dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định
thời, đếm; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ; khả năng tạo lập, gửi đi, tiếp
nhận nhưng tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức
năng của máy hoặc giây chuyền công nghệ. So sánh với hệ thông thế hệ cũ dùng rơle
thì những kỹ thuật PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh hoạt và khả năng quyết
định nhưng bài toán tự động hóa phức tạp.
Với đề tài “Thiết kế trạm PLC S7-1200 điều khiển biến tần” chúng em đã thực
hiện chương trình điều khiển theo yêu cầu của đề tài đặt ra.
Dựa trên những định hướng được đề ra, đồ án được chia làm 3 chương như sau:

Đà nẵng, ngày…tháng…năm 2018
Sinh viên thực hiện

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 1


Đồ án học phần 2

Khoa điện

CHƯƠNG 1
BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
1.1.TỔNG QUAN PLC
1.1.2.ĐẶC ĐIỂM BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Hiện nay yêu cầu của một số bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã
thúc đẩy sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình (programmable logic control).
Hệ thống sử dụng CPU với bộ nhớ điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.
Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình PLC đã được thiết kế nhằm thay thế
phương pháp điều khiển truyền thông dùng role và thiết bị công kềnh, nó tạo ra một
khả năng điều khiển thiết bị dẽ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic
cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những thao tác khác như làm tăng khả
năng cho hoạt động phúc tạp.
Panel
lập
trình

Bộ nhớ
chương
trình

Đơn vị
điều
khiển

Bộ nhớ
dữ liệu

Khối
ngỏ
vào

Khối
ngỏ ra

Mạch giao
tiếp cảm biến

Mạch công
suất và cơ
cấu tác động

Nguồn cấp điện

Hình 2.1. Sơ đồ khối trong PLC
Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đua
vào từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín
hiệu điều khiển cho thiết bị bên trong tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối
vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến nhưng cơ cấu tác động
(actuaos) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu
(transducers) ở ngõ vào, mà không cần mạch giao tiếp hay role trung gian. Tuy nhiên,
cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có
công suất lớn.

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 2


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Việc dùng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần sự thay đổi
nào về mặt kết nối dây. Sự thay đổi là sự thay đổi chương trình trong bộ nhớ thông qua
thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm nữa là thời gian lắp đặt
và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền thông mà đòi hỏi
cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thông và chúng có đặc điểm
thích hợp với mục đích điều khiển trong công nghiệp.
- Khả năng chống nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng modol do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modul
mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng)
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngõ vào được chuẩn hóa.
- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat, dễ hiểu và
dễ sử dụng.
- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC được dùng nhiều trong điều khiển các máy
móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.
1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC
PLC gồm 3 khối chức năng cơ bản: bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào/ra. Trạng thai ngõ
vào cua PLC được phát hiện và được lưu vào bộ nhớ đệm PLC thực hiện các lệnh
logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái.ngõ ra được
cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng
để đóng mở các tiếp điểm linh hoạt các thiết bị tương ứng, như vạy sự hoạt động của
các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ, chương
trình được nạp vào PLC thông qua thiêt bị lập trình chuyên dụng.

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 3

Đồ án học phần 2

Khoa điện

Bus địa chỉ

Bộ
đệm

Bus điều khiển
Bộ nhớ
chương
trình
EEPRAM
tùy chọn

Bộ nhớ
chương
trình
EEPROM

Nguồn
pin

CPU
bộ vi
xử
lý

Bộ
đệm

Bộ
nhớ
hệ
thống
ROM

clook

Bộ
nhớ
dữ
liệu
RAM

Khối
vào
ra

Bus điều khiển

Bộ
đệm

Bus điều khiển

Mạch chốt

Mạch giao tiếp

Bộ điệm

Mạch cách ly

Bộ
đệm

Mạch cách ly

Kênh ngõ ra
16 role, triac hay tranzitor

Kênh ngõ vào
24 ngõ vào

Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC
1.2.1 Bộ xử lý trung tâm CPU (center procesing unit)
GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 4


Đồ án học phần 2

Khoa điện

- Bộ xử lý trung tâm điều khiển và quản lý tất cả hoạt động bên trong của PLC.
Việc trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối đầu ra được thực hiện thông qua hệ

thống Bus dưới sự điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung
clook tần số chuẩn cho CPU thường là1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được
sử dụng.
- Tần số xung clook xác định tốc độ hoạt động của PLC và được dùng để thực
hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống.
1.3 Cơ chế hoạt động và xử lý tín hiệu trên PLC
1.3.1 Cơ chế hoạt động
Khi chương trình được nạp vào PLC chúng được đặt trong một vùng nhớ riêng
được gọi là bộ nhớ chương trình.
Bộ xử lý có thanh ghi bộ đếm lệnh dùng để trỏ đến lệnh kế tiếp sẽ được thi hành
khi CPU thực hiện một lệnh nào đó. Khi lệnh được lấy tù CPU thì nó được đặt vào
thanh ghi lệnh để giải mã thành các vi lệnh vên trong CPU.
Hệ thống bus

X000
X001
Ngõ vào

Khối
ngõ
vào

Ram ngõ
vào

Trạng thái
ngõ vào được
lưu Ram

Ngõ

LogicX00X
10X21

Ram ngõ
ra

Ngõ ra
Y000
Y001
Y002
Khối
ngõ
ra

NgõLogicY
00Y10Y21
Trạng thái
ngõ ra được
lưu vào ngõ
ra

CPU
ALUTha
nh ghi
Thanh
ghi lệnh
LD X000
Bộ đếm
lệnh

Chương trình
điều khiển Ram
hay EERROM
BướcLệnh000LD
X000001ANDX00
1002OUTY000…
…NEND

Thực hiện sao
chép và trở về
đầu chương trình

000

Hình 1.3. Cơ chế hoạt động
1.4 GIỚI THIỆU PLC S7-1200

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 5


Đồ án học phần 2

Khoa điện

1.4.1 Các module trong hệ PLC S7-1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ
chương trình khác nhau….
PLC S7-1200 có các loại sau:

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 6


Đồ án học phần 2

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Khoa điện

Trang 7


Đồ án học phần 2

Khoa điện

1.4.2. Sign board của PLC SIMATIC S7-1200
Sign board: SB1223 DC/DC
Digital inputs / outputs
DI 2 x 24 VDC 0.5A
DO 2x24 VDC 0.5A
Sign boards : SB1232AQ
- Ngõ ra analog
-AO 1 x 12bit
-+/- 10VDC, 0 – 20mA

Cards ứng dụng:

- CPU tín hiệu để thích ứng với các ứng dụng
-Thêm điểm của kỹ thuật số I/O hoặc tương tự với CPU như các yêu cầu ứng
dụng
- Kích thước của CPU sẽ không thay đổi

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 8


Đồ án học phần 2

Khoa điện

1.4.3. Module nhập tín hiệu số

1.4.4. Module xuất nhập tín hiệu tương tự

1.4.5. Module truyền thông

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 9


Đồ án học phần 2

Khoa điện

1.4.6. Giới thiệu các tập lệnh

Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)
LAD

Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)

Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị

1) tiếp điểm thường hở

của bit có địa chỉ là n bằng 1
Toán hạng n: I, Q, M, L,

LAD

2) tiếp điểm thường đóng

Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị
của bit có địa chỉ n là 0
Toán hạng n: I, Q, M, L, D

LAD

3) lệnh OUT

Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1
khi
đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại
Toán hạng n : Q, M, L, D

4)Sử dụng bộ Timer

Sử dụng lệnh Timer để tạo một chương trình trễ định thời. Số lượng của
Timer phụ thuộc vào người sử dụng và số lượng vùng nhớ của CPU. Mỗi
timer sử dụng 16 byte IEC_Timer dữ liệu kiểu cấu trúc DB. Step 7 tự động
tạo khối DB khi lấy khối Timer.
Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu
Dint : T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay
là 2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms
Timer TP tạo một chuỗi xung với độ
5)Timer tạo xung – TP
rộng xung đặt trước. Thay đổi PT, IN
không ảnh hưởng khi Timer đang chạy.

6) Lệnh tính toán

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Khi đầu vào IN được tác động vào timer

Trang 10


Đồ án học phần 2

Khoa điện
sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằng thời
gian đặt PT
Công dụng : thực hiện phép toán từ các
giá trị

ngõ vào IN1, IN2, IN(n) theo

công thức
OUT=…(+,-,*,/) rồi xuất kết quả ra ngõ
ra OUT.
Các thông số ngõ vào dùng trong khối
7)Lệnh MOVE

phải chung định dạng
Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào
IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay
đổi giá trị ngõ IN Tham số:
EN : cho phép ngõ vào
ENO : cho phép ngõ ra
IN : nguồn giá trị đến

OUT1: Nơi chuyển đến
7). Xử lý tín hiệu analog input Hàm SCALE xử lý những tín hiệu
với hàm SCALE

Analog input để trả về đúng giá trị thực:
mức của cảm biến, mức của hệ thống, tỉ
lệ phần trăm…
Vị trí lấy hàm SCALE trong TIA Portal:
Basic

instructions



Conversion

operations  SCALE

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 11


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Hình 2.4.Hàm SCALE và vị trí lấy hàm SCALE
1.4.7. Cách cấu hình và sử dụng bộ PID_Compact
Đầu tiên phải tạo một khối hàm ngắt chu kỳ OB30 đối với CPU 1212C vì bộ PID
cần thời gian để thực thi, một chú ý ở đây là không nên để khối PID_Compact trong
chương trình chính OB1 sẽ khiến chu kỳ quét của PLC tăng lên nhiều làm cho ứng dụng
có nhiều bộ PID thì OB1 càng chậm đồng thời làm đáp ứng của PLC bị chậm theo

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 12


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Chọn Organization block(OB) → Cyclic interrupt → LAD → Cycle time 100→
OK Số thứ tự của OB được tự động đánh số là OB30

Lấy khối hàm PID_Compact : Chọn Extended instructions → PID →
PID_Compact → OK.

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 13


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Trong phần Input Scaling >>nhập các thông số theo trình tự sau → Scaled high
value (ví dụ 1000.0 L) → high limit (ví dụ 1000.0 L) → Low limit (ví dụ 0.0 L) →
Scaled low value (ví dụ 0.0 L). Ở đây tùy từng ứng dụng bài toán mà nhập các giá trị
thích hợp, giá trị trong hình ví dụ cho hệ thống ổn định mức

Trong phần Advance settings chỉ cần quan tâm tới PID parameter → PID
parameters : với mỗi một hệ thống sẽ có những thông số để hệ thống ổn định, ở đây
chúng ta chỉ đưa ra thông số gần đúng để chức năng auto turning hoạt động nhanh hơn,
chúng ta cũng có thể để thông số mặc định. Thực hiện xong nhấn Save project.
GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 14


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Khi CPU khởi động ban đầu, bộ điều khiển PID_Compact chưa được kích hoạt.
Để kích hoạt nó, chúng ta bắt đầu lệnh bằng cách click vào biểu tượng

Chọn Start measurement để mở chức năng giám sát hệ thống bằng đồ thị

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 15


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Tiếp tục chọn Start fine turning để bắt đầu dò thông số cho hệ thống. Bây giờ Self
optimization bắt đầu hoạt động.Trong vùng ‘Status’ những bước hoạt động và lỗi xảy
ra sẽ được hiển thị. Thanh vận hành cho thấy quá trình của các bước vận hành.

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 16


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Nếu quá trình tự điều chỉnh không có lỗi xảy ra,các thông số PID sẽ được điều
chỉnh cho tối ưu. Bộ điều khiển PID chuyển sang chế độ tự động và sử dụng các thông

sổ tối ưu đó. Các thông số tối ưu được lưu lại bằng cách nhấn nút

(Upload PID

parameters to project). Và mỗi khi Power ON lại PLC thì thông số này sẽ được sử
dụng.

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 17


Đồ án học phần 2

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Khoa điện

Trang 18


Đồ án học phần 2

Khoa điện

1.5. Làm việc với phần mềm Tia Portal
1.5.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và
HMI
Step 7 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo.
Một hệ thống kỹ thuật mới

Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập
trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa.
Lợi ích với người dùng:
-Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động
-Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật
-Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi
mới trong tương lai.
1.5.2. Kết nối qua giao thức TCP/IP
-Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
-Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các
địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
1.5.3. Cách tạo một Project
Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V11

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

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 19


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn crea

Bước 4 : Chọn configure a device

Bước 5 : Chọn add new device

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 20


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Bước 7 : Project mới được hiện ra

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 21


Đồ án học phần 2

Khoa điện

1.5.4. TAG của PLC / TAG local
Tag của PLC
- Phạm vi ứng dụng : giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trong PLC
- Ứng dụng : binary I/O, Bits of memory
- Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC
- Miêu tả : Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép
Tag Local

- Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai báo, mô tả
tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau cho các mục đích khác nhau.
- Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời
- Định nghĩa vùng : khối giao diện
- Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu # Sử dụng Tag trong hoạt động

- Layout : bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các hằng số có giá trị
trong CPU. Một bảng tag của PLC được tự động tạo ra cho mỗi CPU được sử dụng trong
project.
- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thể
kéo nhả như một lệnh chương trình
- Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU
- Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag
- Address : địa chỉ của tag
- Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại
- Comment : comment miêu tả của tag
Nhóm tag : tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table

GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 22


Đồ án học phần 2

Khoa điện

Tìm và thay thế tag PLC

Ngoài ra còn có một số chức năng sau:

- Lỗi tag
- Giám sát tag của plc
- Hiện / ẩn biểu tượng
- Đổi tên tag : Rename tag
- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag
- Copy tag từ thư viện Global
1.5.5. Làm việc với một trạm PLC
1.5.5.1. Quy định địa chỉ IP cho module CPU
IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong 2 cách.
Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái của địa chỉ IP đó :
- Gán một địa chỉ IP ban đầu : Nếu PLC S7-1200 không có địa chỉ IP, IP TOOL sử
dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một địa chỉ IP ban đầu cho PLC S7- 1200.
GVHD: ThS. Trần Đình Nga

Trang 23