ỨNG DỤNG PLC s7 1200 GIÁM sát và điều KHIỂN bơm ổn ĐỊNH áp SUẤT nước

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.4 MB, 96 trang )

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7-1200 GIÁM SÁT VÀ
ĐIỀU KHIỂN BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT NƯỚC

Giáo viên hướng dẫn: TH.S NGUYỄN ANH TUẤN

Tp.HCM, ngày

, tháng

, năm 2019

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

chung và ngành nước nói riêng vẫn sử dụng công nghệ truyền động không thích hợp, điều
khiển thụ động, không linh hoạt. Đối với nhà máy nước, yếu tố cấu thành giá nước bị chi
phối phần lớn bởi chi phí điện bơm nước (30-35%). Trước đây tồn tại quan điểm việc đầu
tư vào tiết kiệm năng lượng là một công việc tốn kém và không mang lại hiệu quả thiết
thực. Với công nghệ biến tần tính toán đã chỉ ra việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết
kiệm năng lượng cho trạm bơm có thời gian hoàn vốn đầu tư hết sức ngắn và giảm được
chi phí cho công tác quản lí vận hành thiết bị. Máy bơm và quạt gió là những ứng dụng
rất thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm năng lượng.
Trong phạm vi đồ án, chúng ta chỉ đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần trong
điều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm mà vẫn ổn định áp suất trong
đường ống cấp nước.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Đối với các hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, người ta sử dụng máy bơm công
suất lớn, biến tần công suất lớn để bơm cấp nước cho cả khu dân cư, thành phố, cho cả
khu công nghiệp. Với đề tài này, chúng em đã mô hình hóa hệ thống nên chỉ sử dụng biến
tần công suất nhỏ và bơm công suất nhỏ để mô tả hoạt động của hệ thống. Một phần vì
máy bơm ba pha thường rất to và nặng kéo theo hệ thống sẽ không đơn giản, lý do nữa là
chi phí cho một đồ án như vậy là quá lớn với khả năng của chúng em. Để thực hiện được
đề tài chúng em đã:
-

Nghiên cứu kĩ hệ thống bơm cấp nước trong thực tế, nắm rõ trình tự điều

-

khiển từng máy bơm
Tìm hiểu về PLC Simatic S7-1200: Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc

-

bộ nhớ của PLC S7-1200
Tìm hiểu về cách sử dụng biến tần
Lựa chọn biến tần và động cơ có công suất hợp lý
Tìm hiểu giao tiếp giữa PLC S7-1200 và biến tần
Lập trình PLC

-

Lập trình bộ PID để điều khiển máy bơm
Tìm hiểu Module truyền thông GPRS CP 1242-7 V2 để điều khiển và giám

-

sát từ xa thông qua GPRS
Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA PORTAL dùng để lập trình cho PLC
S7-1200 và WinCC để thiết kế giao diện.

1.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài cho thấy việc ứng dụng của tự động hóa vào cuộc sống là rất cần thiết, nó
giúp ta tiết kiệm được thời gian, công sức, tiền bạc nhưng vẫn mang lại hiệu quả kinh tế
cao và hoạt động rất ổn định.
Từ đề tài nghiên cứu về điều khiển ổn định áp suất nước cho đường ống nước,
chúng ta có thể mở rộng cho hệ thống điều khiển lò nhiệt, hệ thống điều hòa không khí,…
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Từ những kiến thức cơ sở học được tại trường và ngoài thực tế, do còn hạn chế về
kiến thức cũng như về khả năng kinh tế và thời gian có hạn nên chúng em chỉ có thể tạo
mô hình mang tính chất mô phỏng cao để thể hiện quy trình hoạt động của hệ thống cấp
nước trong thực tế. Trong đó, chúng em đã thực hiện một số công việc:
-

Lập trình PLC theo thuật toán đưa ra
Giao tiếp PLC với WinCC giám sát hệ thống
Giao tiếp truyền thông PLC với biến tần
Thiết kế giao diện điều khiển tự động với WinCC
Lập trình PID bằng PLC cho động cơ hoạt động theo giá trị áp suất yêu cầu
Điều khiển và giám sát hệ thống từ xa qua GPRS

2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT
Mỗi trạm bơm thường có nhiều máy bơm cùng cấp nước vào cùng một đường ống.

Áp lực và lưu lượng của đường ống thay đổi hàng giờ theo nhu cầu sử dụng. Bơm và các
thiết bị đi kèm như đường ống, van, đài nước được thiết kế với lưu lượng nước bơm rất
lớn. Vì thế điều chỉnh lưu lượng nước bơm được thực hiện bằng các phương pháp sau:
-

Điều chỉnh bằng cách khép van trên ống đẩy của bơm
Điều chỉnh bằng cách đóng mở các máy bơm hoạt động đồng thời
Điều khiển thay đổi tốc độ quay bằng khớp nối

Điều khiển theo những phương pháp trên không những không tiết kiệm được năng
lượng điện tiêu thụ mà còn gây nên hỏng hóc thiết bị và đường ống do chấn động khi
đóng mở van gây nên, đồng thời các máy bơm cung cấp không bám sát được chế độ tiêu
thụ trên mạng lưới.
Để giải quyết các vấn đề kể trên chỉ có thể sử dụng phương pháp điều khiển truyền
động biến đổi tốc độ bằng biến tần kết hợp với thuật toán điều khiển PID. Thiết bị biến
tần là thiết bị điều chỉnh biến đổi tốc độ quay của động cơ bằng cách thay đổi tần số của

dòng điện cung cấp cho động cơ.
2.1 Nguyên tắc điều khiển trong hệ thống
Đầu ra của PLC được nối với biến tần để điều khiển biến tần và từ dây biến tần
điều khiển tốc độ động cơ.
Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh một cách linh hoạt lưu lượng và
áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ.
Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi về PLC, PLC sẽ so sánh giá trị truyền về
này với giá trị đặt để từ đó ra lệnh cho biến tần giúp thay đổi tốc độ của động cơ bằng
cách thay đổi tần số dòng điện đưa vào động cơ để đảm bảo áp suất nước trong đường ống
được ổn định.
Sử điều chỉnh linh hoạt các máy bơm khi sử dụng biến tần được cụ thể như sau:
-

Điều chỉnh tốc độ quay khi áp suất thay đổi
Đa dạng trong phương thức điều khiển các máy bơm trong trạm bơm. Một
thiêt bị biến tần có thể điều khiển tới 5 máy bơm

1.1.1 Phương thức điều khiển bơm
Có 3 phương thức điều khiển các máy bơm:
-

Điều khiển theo mực nước:

Trên cơ sở tín hiệu mực chất lỏng trong bể hút hồi tiếp về PLC. Bộ vi xử lý sẽ so
sánh tín hiệu hồi tiếp với mực chất lỏng được cài đặt. Trên cơ sở kết quả so sánh, PLC sẽ
điều khiển đóng mở các máy bơm sao cho phù hợp để mực chất lỏng trong bể luôn bằng
giá trị cài đặt. Ngược lại khi tín hiệu hồi tiếp lớn hơn giá trị cài đặt, biến tần sẽ điều khiển
các bơm để mực chất lỏng luôn đạt giá trị đặt.
-

Điều khiển theo hình thức chủ động thụ động:

Mỗi một máy bơm được nối với một bộ biến tần trong đó có một biến tần là
chủ động, các biến tần khác là thụ động. Khi tín hiệu hồi tiếp về biến tần chủ
động thì bộ vi xử lý của biến tần này sẽ so sánh với tín hiệu được đặt để từ đó
tác động đến các biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay của các máy bơm
cho phù hợp và không gây ra hiện tượng đập thủy lực phản hồi từ hệ thống.
Phương thức điều khiển này là linh hoạt nhất khắc phục những khó khăn trong
quá trình vận hành bơm khác với thiết kế. Phương thức này được sử dụng cho
trường hợp thay đổi cả về lưu lượng và áp suất trên mạng lưới.
-

Điều khiển theo hình thức biến tần điều khiển một bơm:

Một máy bơm chính thông qua thiết bị biến tần, các máy bơm còn lại đóng mở
trực tiếp bằng khởi động mềm. Khi tín hiệu áp lực và lưu lượng trên mạng lưới
hồi tiếp về PLC, bộ vi xử lý sẽ so sánh với giá trị cài đặt và điều khiển tốc độ
máy bơm chính chạy với tốc độ phù hợp. Đây cũng chính là cách mà nhóm
em đã tiến hành làm. Khi mà bơm được điều khiển bằng biến tần hoạt động ở
chế độ định mức mà vẫn chưa đáp ứng được áp suất trên đường ống thì PLC sẽ
ra lệnh để đưa các máy bơm khởi động mềm tham gia vào hệ thống nhằm duy
trì được áp suất mong muốn trong đường ống. Đến một lúc nào đó, khi mà áp
suất trong đường ống đã đủ thì PLC sẽ ngắt các bơm phụ ra dần dần tránh áp
suất cao gây nguy hiểm cho đường ống. Trong trường hợp ngắt tất cả các bơm
mà áp suất vẫn còn cao thì PLC sẽ ra lệnh cho biến tần để biến tần giảm dần tần
số của động cơ để đưa áp suất trong đường ống về gần bằng giá trị đặt nhanh

nhất trong thời gian có thể. Tất cả những việc này được theo dõi và giám sát

bằng Tia Portal qua màn hình máy tính (hoặc được điều khiển bằng tay).

2.1.1 Những ưu điểm khi điều khiển tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần
-

Hạn chế dòng khởi động cao
Tiết kiệm năng lượng
Điều khiển linh hoạt các máy bơm
Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400KW
Tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt
Tăng tốc nhanh giúp biến tần bắt kịp tốc độ hiện thời của động cơ
Tự động tăng tốc giảm tốc tránh quá tải hoặc quá điện áp khi khởi động
Bảo vệ được động cơ khi: ngắn mạch, mất pha, lệch pha, quá tải, quá dòng,

-

quá nhiệt,…
Kết nối được với máy tính chạy trên hệ điều hành Window
Kích thước nhỏ gọn, không chiếm diện tích trong nhà trạm
Mô-men khởi động cao với chế độ tiết kiệm năng lượng
Dễ dàng lắp đặt vận hành
Hiển thị các thông số của động cơ và biến tần

2.1.2 Mô tả hoạt động của hệ thống (được điều khiển theo hình thức biến tần điều
khiển một bơm)
Trong hệ thống có tất cả là 2 máy bơm: một máy bơm 3 pha và một máy bơm 1
pha. Biến tần sẽ điều khiển trực tiếp máy bơm 3 pha, máy bơm 1 pha sẽ bơm dự phòng
khi mà máy bơm 3 pha chạy hết công suất định mức mà áp suất vẫn chưa ổn định ở giá trị
setpoint. Máy bơm dự phòng này sẽ được điều khiển trực tiếp bằng điện lưới 220V.
Khởi động hệ thống lên thì máy bơm 3 pha được điều khiển bằng biến tần sẽ được

chạy cho đến khi đạt được áp suất đặt, khi áp suất trong đường ống đã bằng áp suất đặt thì
biến tần sẽ giữ ổn định tốc độ của máy bơm này. Trường hợp tải thay đổi tức là áp suất
thay đổi, tùy theo tải tăng hay giảm thì biến tần sẽ điều khiển máy bơm chạy nhanh hay
chậm.
Khi tải tăng tức là áp suất giảm, lúc này muốn ổn định áp suất thì biến tần sẽ điều
khiển máy bơm chạy nhanh hơn (tăng tần số của máy bơm 3 pha) cho tới khi đạt áp suất
đặt.
Ngược lại, khi tải giảm thì biến tần sẽ giảm tần số của máy bơm xuống cho tới khi
đạt áp suất đặt.

Nếu lúc tải giảm mạnh nhất (áp suất tăng lên cao) thì bơm dự phòng sẽ tự động
dừng chỉ còn bơm biến tần hoạt động. Hệ thống cứ hoạt động liên tục như vậy, áp suất
trong đường ống luôn luôn giữ ổn định tránh tình trạng áp suất tăng quá cao sẽ gây vỡ
đường ống.
2.2 Hệ thống điều khiển áp suất
Sử dụng biến tần Mitsubishi E720 điều khiển động cơ bơm, công suất tiêu thụ của
động cơ sẽ được biến tần điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu phụ tải. Động cơ thứ 2 sẽ sử
dụng chạy nền nếu sau này phụ tải phát triển lớn hơn. Một sensor áp suất được đưa vào
đầu ra nước cấp của Nhà máy để đo áp lực nước đưa về hệ thống điều khiển.
Hệ thống điều khiển là 1 PLC S7-1200 (Siemens) đảm bảo cho việc tự động hóa
hoàn toàn quá trình bơm cấp nước của Nhà máy. Vận hành hệ thống thông qua Tia Portal.

Figure 1: Biểu đồ minh họa hoạt động điều khiển bơm
Như vậy với viêc đưa biến tần vào hệ thống sẽ hoạt động bám sát theo đúng thực tế
lưu lượng phụ tải, do vậy sẽ giảm đáng kể năng lượng tiêu hao không cần thiết vào các
giờ phụ tải thấp điểm.
Hệ thống sẽ tự động giám sát áp suất nước trên đường ống và điều khiển ngược lại
để đảm bảo giữ đúng áp suất theo yêu cầu. PLC sẽ điều khiển áp suất nước trên đường
ống theo đồ thị phụ tải hàng ngày, tức là hệ thống sẽ điều khiển áp suất theo thời gian

thực. Hệ thống điều khiển tự động này thực hiện một số chức năng chính sau:

 Đo lường: do đầu đo áp suất đo lường và chuyển đổi để đưa về CPU của S7




1200
Xử lý thông tin: bộ điều khiển trung tâm sẽ đảm nhiệm vấn đề này
Điều khiển: S7-1200 sẽ phối hợp với biến tần làm việc này theo yêu cầu
Giám sát: S7-1200 sẽ kết nối đầu đo áp suất để giám sát hệ thống hoạt động
Giao tiếp giữa người vận hành và thiết bị: sử dụng phần mềm giao diện
người máy Tia Portal.

Đồng thời để cho phép mở rộng và phát triển phụ tải sau này, hệ thống có thể sử
dụng cùng lúc hai bơm nếu cần. Bơm thứ hai sẽ được đóng chạy trực tiếp thông qua
contactor như là một bơm nền và bơm có biến tần sẽ chạy điều chỉnh cho phù hợp với phụ
tải.

3

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH

2.3 Giới thiệu về PLC S7-1200

2.3.1 Lịch sử ra đời và phát triển của PLC
2.3.1.1 Định nghĩa
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển logic khả

trình), được dùng để thay thế chức năng của các bộ rơle, bộ đếm hay bộ định thời trong
các thiết bị điều khiển, đồng thời có thêm khả năng tính toán cơ bản giúp khả năng điều
khiển dễ dàng được thực hiện.
Hiệp hội những nhà sản xuất điện quốc gia (NEMA) định nghĩa “PLC là thiết bị
điện tử định hướng kĩ thuật số, sử dụng bộ nhớ có thể lập trình được để thực hiện những
chức năng đặc biệt như logic, chuỗi, định thời, đếm và tính toán thông qua các mô-đun
vào/ra số hoặc tương tự, có khả năng điều khiển các máy móc và các bộ xử lí khác nhau”.
2.3.1.2 Lịch sử ra đời
Khái niệm PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hãng General Motors vào năm 1968,
với ý tưởng ban đầu là thiết kế và chế tạo một thiết bị với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp
ứng những yêu cầu điều khiển sau:
- Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển.
- Cấu trúc dạng mô-đun dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.
- Đảm bảo độ tin cậy hơn bộ điều khiển rơle.
- Đầu ra phải có khả năng kết nối tới các máy tính bậc cao hơn.
- Có hiệu quả kinh tế hơn so với bộ điều khiển rơle.
- Điện áp đầu vào sử dụng nguồn 115 VAC.
- Điện áp đầu ra 115 VAC, 2A.
- Trang bị bộ nhớ có khả năng lập trình được.
- Có khả năng mở rộng mà không cần phải thay đổi toàn bộ hệ thống.
Năm 1970, bộ điều khiển logic khả trình đầu tiên đã ra đời, đáp ứng được các
thông số kỹ thuật cơ bản và mở ra sự phát triển cho một công nghệ điều khiển mới.
PLC có thể được coi là một tiến bộ mới với những chức năng giống như hệ điều
khiển sử dụng rơle, thiết bị tương tự, hay các bộ xử lý logic khác. Theo thời gian, các

chức năng của PLC ngày càng được cải thiện nhưng các tiêu chí thiết kế cũng như chi tiết
kỹ thuật vẫn dựa trên những ý tưởng ban đầu là dễ sử dụng và có khả năng tái sử dụng.
Những tiến bộ về phần cứng:
- Dung lượng bộ nhớ lớn hơn.

- Số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn.
- Nhiều loại mô-đun chuyên dụng hơn.
- Có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra từ xa thông qua kỹ thuật truyền thông.
- Phát triển và hoàn chỉnh hơn về tốc độ xử lý cũng như hiệu suất làm việc bằng
cách áp dụng những tiến bộ trong công nghệ điện tử và vi xử lý.
- Chi phí giá thành thấp.
- Giao diện điều khiển được cải thiện.
Về phần mềm cũng có sự phát triển cụ thể là:
- Lập trình hướng đối tượng đa ngôn ngữ dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3. Nhưng
ngôn ngữ được sử dụng nhiều và hiệu quả nhất là ngôn ngữ bậc thang.
- Ngôn ngữ lập trình bậc cao như C hay Passcal đã được sử dụng để lập trình cho
các mô-đun của PLC, giúp tạo sự linh hoạt hơn khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và
thao tác dữ liệu.
- Các lệnh lập trình đơn giản nhờ có sự mở rộng của các khối chức năng. - Hệ
thống chuẩn đoán và phát hiện lỗi đã được mở rộng và đơn giản hóa, nhằm phát hiện lỗi
trong điều khiển bao gồm chuẩn đoán máy, tìm lỗi trong quá trình điều khiển.
- Từ các lệnh logic đơn giản thì ngày nay các bộ PLC được hỗ trợ thêm các lệnh
về tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau đó làcác lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu,
xử lý xung ở tốc độ cao, tính toán số thực 32-bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch giúp
PLC có khả năng thực hiện các yêu cầu phức tạp.
- Thao tác và xử lý dữ liệu được đơn giản hóa phù hợp với các yêu cầu điều khiển
phức tạp.
Ngày nay, PLC cung cấp khả năng dự đoán cao. Chúng có thể giao tiếp với các hệ
thống điều khiển khác, đưa ra các báo cáo sản xuất, lập kế hoạch sản xuất, và dự đoán lỗi
của hệ thống trong quá trình hoạt động. Chính những tiến bộ đó đã góp phần làm cho

PLC ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu về chất lượng và
năng suất công việc.

Table 1: Lịch sử ra đời của PLC
Năm
1968
1969

Sự kiện
Ra đời khái niệm về bộ điều khiển logic khả trình - PLC
Giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình PLC đầu tiên với bộ nhớ 1k và xử
lý được 128 điểm vào/ra
1975
PLC với bộ điều khiển PID
1980
Các module vào/ra thông minh
1981
PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu
1992
Chuẩn IEC 61131 ra đời
1996
PLC được thiết kế với các khe cắm để có thể mở rộng các mô-đun vào/ra
Ngày nay Các PLC có thể kết nối với nhau tạo thành các hệ thống điều khiển phân
tán
2.3.1.3 Tiêu chuẩn của PLC
a) Tiêu chuẩn IEC (Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế)
Ngày nay, nhiều người đã gặp những khó khăn nhất định với ngôn ngữ lập trình và
truyền thông khi làm việc với PLC của các nhà sản xuất khác nhau. Để giải quyết vấn đề,
IEC đã thống nhất và đưa ra tiêu chuẩn quốc tế IEC 1131. Tiêu chuẩn này bao gồm 5
phần.
Phần
Mô tả

1
Đặc điểm cơ bản của PLC và định nghĩa các thuật ngữ
2
Các chức năng cần thiết và các điều kiện thử nghiệm của các tính năng
3
Ngôn ngữ lập trình
4
Chú ý cho người sử dụng
5
Giao tiếp và mạng truyền thông
2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200
2.3.2.1 Giới thiệu chung
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200.
So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nỗi trội:
S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200, bao
gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra
(DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình
điều khiển:

 Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào
PLC
 Tính năng “Know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngoài ra bạn có thể dùng các Module truyền thông mở rộng kết nối bằng
RS485 hoặc RS232.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ 3 ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD

và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 14 của Siemems.
Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal V14 phần mềm này đã
bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
2.3.2.2 Cấu tạo PLC S7-1200

Figure 2: Thành phần của PLC
(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) và 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.

Chức năng
Kích thước vật lý (mm)
Bộ nhớ người dùng:
 Bộ nhớ làm việc
 Bộ nhớ nạp
 Bộ nhớ giữ lại

CPU 1211C
CPU 1212C
90 x 100 x 75
 25 kB
 1 MB
 2 kB

I/O tích hợp cục bộ:

 Kiểu số
 Kiểu tương tự
Kích thước ảnh tiến
trình
Bộ nhớ bit (M)
Độ mở rộng các
module tín hiệu
Bảng tín hiệu
Các module truyền
thông
Các bộ đếm tốc độ cao
 Đơn pha
 Vuông pha
Các ngõ ra xung
Thẻ nhớ
Thời gian lưu giữ đồng
hồ thời gian thực
PROFINET
Tốc độ thực thi tính
toán thực
Tốc độ thực thi
Boolean

CPU 1214C
110 x 100 x 75
 50 kB
 2 MB
 2 kB

 6 ngõ vào /

4 ngõ ra
 2 ngõ ra

 8 ngõ vào /
6 ngõ ra
 2 ngõ ra

 14 ngõ vào /
10 ngõ ra
 2 ngõ ra

1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
4096 byte
2

Không

8192 byte
8

1
3 (mở rộng về bên trái)
3
 3 tại 100
kHz
 3 tại
kHz

80

4
 3 tại 100
kHz 1 tại 30
kHz
 3 tại 80 kHz
1 tại 20 kHz

6
 3 tại 100
kHz 3 tại 30
kHz
 3 tại 80 kHz
3 tại 20 kHz

2
Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C
1 cổng truyền thông Ethernet
18 μs/lệnh
0,1 μs/lệnh

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.
Module

Chỉ ngõ vào

Chỉ ngõ ra

Kết hợp In/Out

Module tín hiệu
(SM)

Bảng tín hiệu
(SB)

8 x DC In

8 x DC Out
8 x Relay Out

16 x DC In

16 x DC Out
16 x Relay
Out

Kiểu tương tự

4 x Analog In
8 x Analog In

2 x Analog In
4 x Analog In

Kiểu số

_

_

_

1 x Analog In

Kiểu số

Kiểu tương tự
Module truyền thông (CM)
 RS485
 RS232

8 x DC In / 8 x
DC Out
8 x DC In / 8 x
Relay Out
16 x DC In / 16 x
DC Out
16 x DC In / 16 x
Relay Out
4 x Analog In / 2
x Analog Out
2 x DC In / 2 x
DC Out
_

2.3.2.3 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.

Figure 3: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200
(1) Các LED trạng thái trên SB
(2) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.3.2.4 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.

Figure 4: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200
Hình 3.3: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200
(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 nối dây của người dùng có thể tháo ra
2.3.2.5 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 (hay về phía bên trái của một
CM khác).

Figure 5: Các Module truyền thông của PLC S7-1200

(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông
(2) Bộ phận kết nối truyền thông
2.3.2.6 Ưu điểm PLC S7-1200 so với những dòng PLC trước
2.3.2.6.1 Về phần cứng
Khả năng mở rộng:

Figure 6: PLC S7-1200 và S7-200
Tín hiệu I/O và tín hiệu trên PLC:

Figure 7: Bảng I/O

Về cấu hình phần cứng:
 Đối với PLC S7 – 200 không thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O mà nó tự
động nhận.
 Đối với PLC S7 – 1200 có thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O tùy theo
người sử dụng
2.3.2.6.2 Về kết nối, phần mềm
SIMATIC S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ
nhỏ đến trung bình.
Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet
(Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và
các màn hình HMI. Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều
khiển được nhanh chóng, đơn giản. Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới,
một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho S7-1200 cũng được giới thiệu. Tất cả
cùng tạo ra một giải pháp tích cực, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ.
S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C. Mỗi loại CPU có đặc điểm
và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng. Bên cạnh truyền thông Ethernet
được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 có thể mở rộng được 3 module truyền thông khác nhau,
giúp cho việc kết nối được linh hoạt.

2.4 Giới thiệu biến tần Mitsubishi

2.4.1 Khái niệm và vai trò của biến tần
2.4.1.1 Khái niệm
Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động
cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng
đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần
tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).

Figure 8 Sơ đồ cấu tạo biến tần

2.4.1.2 Vai trò của biến tần
Năng lượng là nguồn lực quan trọng cho mọi hoạt động sản xuất, là yếu tố đảm bảo
cho sự phát triển của mỗi quốc gia. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng lãng phí và kém
hiệu quả vẫn còn rất lớn. Phần lớn các doanh nghiệp hiện nay sử dụng các thiết bị, công
nghệ lạc hậu có hiệu suất thấp, việc quản lý năng lượng chưa được chú ý dẫn đến tổn thất
cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng biến tần nhằm nâng cao hiệu suất
cho động cơ xoay chiều trong các dây chuyền sản xuất.
Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:
-

Hiệu suất làm việc của máy cao.
Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ động
cơ và các cơ cấu bền hơn.

-

An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân
công phục vụ và vận hành máy...

-

Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành.

-

Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung
tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống
và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay...), trạng thái làm

việc cũng như cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy
ra.
-

Điều khiển biến tần ở chế độ PU là sử dụng các phím chức năng được tích
hợp trong phần cứng của biến tần để điều khiển hoặc được đưa ra mặt tủ
thông qua cáp kết nối.

2.4.2 Biến tần Mitsubishi
Biến tần Mitsubishi (Inverter Mitsubishi) được sản xuất bởi Mitsubishi
Electric là thương hiệu nổi tiếng của Nhật Bản. Trong nhiều năm qua biến tần Mitsubishi
đã được sử dụng rất phổ biến tại Việt Nam. Do đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật khắt
khe trong công nghiệp, chất lượng tốt, hoạt động ổn định nên biến tần Mitsubishi được
khách hàng tin tưởng sử dụng trong các dây truyền sản xuất, hệ thống tự động hóa, hệ
thống điều khiển trong các nhà máy, tòa nhà,...

Figure 9 Biến tần Mitsubishi

2.4.3 Đặc điểm nổi bật của biến tần Mitsubishi
-

Thân thiện với môi trường: bộ lọc EMC giảm nhiễu điện từ (được tích hợp
trong FR-A800, FR-F800). Có thể được kết hợp với cuộn kháng AC và DC
để triệt tiêu dòng điện hài nhằm cải thiện hệ số công suất. Biến tần
Mitsubishi đáp ứng các tiêu chuẩn hạn chế chất độc hại (RoHS) của EU,
thân thiện với con người và với môi trường.

ỨNG DỤNG PLC s7 1200 GIÁM sát và điều KHIỂN bơm ổn ĐỊNH áp SUẤT nước

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về