THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG MÀN HÌNH CẢM ỨNG TP460L VÀ PLC S7 200

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỰ ĐỘNG
HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG MÀN HÌNH CẢM ỨNG TP460-L
VÀ PLC S7 200

Tác giả

LƯ HẢI QUANG
CAO VĂN TUẤN DŨNG

Khóa luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành Cơ Điện Tử
Giáo viên hướng dẫn

ThS.NGUYỄN LÊ TƯỜNG
ThS.DƯƠNG THẾ PHONG

Tháng 06 năm 2011

i


LỜI CẢM TẠ
Chúng em xin trân trọng cảm ơn tất cả Quý Thầy / Cô ở trường Đại học Nông
Lâm TP.Hồ Chí Minh và quý thầy / Cô trong khoa Cơ Khí- Công Nghệ đã trang bị cho
em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy / Cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã
giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài.
Chúng em cũng xin bài tỏ sự biết ơn chân thành đối với cô Nguyễn Lê Tường
đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp
Chúng em cũng xin bài tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Dương Thế Phong
đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.

Đặc biệt, chúng em xin cảm ơn quý Thầy / Cô trong hội đồng đã dành thời gian
nhận xét góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn.
Và cuối cùng, chúng em xin dành tất cả lòng biết ơn và kính trọng sâu sắc nhất
tới bố mẹ chúng em, những người đã sinh thành, nuôi dưỡng chúng em nên người, đã
lo lắng, chỉ bảo từ những việc nhỏ nhất, đã tạo mọi điều kiện cho chúng em được sống
và học tập một cách tốt nhất để vươn tới những ước mơ và hoài bão của mình.
Mặc dù đã rất nỗ lực và cố gắng để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, song chắc
chắn không thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo
của thầy cô giáo để đề tài hoàn thiện.
Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày ….. tháng…..năm 2011
Sinh viên thực hiện
Lư Hải Quang
Cao Văn Tuấn Dũng

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Thiết kế chế tạo mô hình điều khiển giám sát tự động hệ
thống nhiệt độ ứng dụng màn hình cảm ứng HMI TP460-L và PLC S7 200” được tiến
hành tại trường Đại Học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh.
Giao diện trên TouchWin có hai chế độ lựa chọn là tự động và điều khiển bằng
tay, việc điều khiển bằng tay được thực hiện bằng cách nhấn vào các nút trên giao
diện.Khi chọn chế độ tự động thì sẽ cho phép PLC thực thi chương trình đã được cài
đặt cho PLC. Trên giao diện ta có thể giám sát nhiệt độ và trạng thaiis các thiết bị đang
hoạt động
Kết quả đạt được là điều khiển được nhiệt độ như yêu cầu và giám sát vàđược
nhiệt độ và các đối tượng điều khiển.trền màn hình cảm ứng HMI.
Kết quả khảo nghiệm cho thấy toàn bộ hệ thống hoạt động tương đối ổn định.

iii


Mục lục

iv


Danh mục hình

v


Danh mục bảng

vi


Danh mục viết tắt
PLC

: Programmable logic controller

VDK

: Vi điều khiển

RTD

: Cấu tạo nhiệt điện trở

TC

: Thermocuple

HMI

: Human - Machine interface

vii


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vần đề
Một vài năm gần đây bắt đầu xuất hiện các màn hình có tính năng khá đặc biệt
trên các lĩnh vực giải trí, trong những thiết bị điều khiển thế hệ mới. người dùng chỉ
việc chạm đầu ngón tay vào những nút ảo được thiết kế hoặc vẽ bằng phần mềm trên
màn hình là lập tức thao tác tương ứng được thực hiện. Loại màn hình này được gọi là
màn hình cảm ứng. Sự ra đời của màn hình cảm ứng đã tạo ra rất nhiều tiện ích cho
các ngành công nghiệp điện tử trong đó có cả lĩnh vực sản xuất.
Trước sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật, kéo theo sự phát triển
của tất cả các ngành, nghề và đòi hỏi tất cả các ngành các lĩnh vực phải hỗ trợ lẫn nhau
cùng phát triển. Các ngành tự động hóa, kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin cũng có
những bước phát triển nhảy vọt theo, các ứng dụng của các ngành này vào các ngành
khác ngày càng nhiều, trong đó có kỹ thuật nhiệt là một trong những tầm quan
trọng.Trong thực tế kỹ thuật nhiệt sẽ giúp ta giải quyết nhiều vấn đề , góp phần tích
cực vào nâng cao năng xuất lao động cho con người,tăng chất lượng của hàng hoá đặt
biệt là trong lĩnh vực sản xuất,xuất khẩu, đáp ứng được các tiêu chuẩn về chất lượng
và an toàn sản phẩm của quốc tế.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen với màn hình cảm ứng
HMI để điều khiển và gián sát một cách ổn định,chính sát và hiệu quả hơn.Vì vậy
nhóm tác giả không thực hiện mô hình của những ứng dụng thực tế,mà chỉ thiết kế chế
tạo mô hình điều khiển giám sát tự động hệ thống nhiệt độ ứng dụng màn hình cảm
ứng HMI TP460-L và PLC S7 200,để đưa ra các yêu cầu chỉ tiêu về một hệ thống
nhiệt để điều khiển ….và nghiên cứu sử dụng các thiết bị tự động hóa trong đề tài,qua
đó nhóm có thể hiểu hơn về các tính năng của màn hình cảm ứng HMI ,PLC,các thiết
bị tự động và hệ thống nhiệt để điều khiển trong thực tế và sản phẩm tạo ra có thể sử
dụng làm mô hình trong dạy học để mô phỏng.
1.2. Mục đích đề tài


Nghiên cứu khảo sát màn hình cảm ứng HMI với mục đích hiều rỏ về những
công nghệ mới để vận dụng vào thực tế và vận dụng những kiến thức về PLC để điều
khiển nhiệt độ sử dụng các thiết bị tự động.
Thiết kế , chế tạo mô hình điều khiển giám sát tự động hệ thống nhiệt độ ứng
dụng màn hình cảm ứng HMI TP460-L và PLC S7 200
Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng hữu ích không những phụ vụ việc
thiết kế chế tạo điều khiển nhiệt độ mà còn có thể được sử dụng làm cơ sở giản dậy và
đào tạo hoặc nghiên cứu có liên quan.
1.3. Hạn chế chế đề tài.
- Hạn chế về kích thước màn hình cảm ứng HMI.
- Hạn chế về phần mền tạo giao diện màn hình cảm ứng HMI
- Hạn chế về lập trình cho PLC
- Hạn chế về kiến thức về nhiệt
- Hạn chế nhiệt độ điều khiển nhỏ hơn 100oC
- Hạn chế về mô hình bồn nhiệt

2

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1.Tổng quan về mà hình cảm ứng HMI
HMI được viết tắt của cụm từ Human machine interface là giao diện giữa người
và máy. Là một hệ thiết bị để người sử dụngcó thể giao tiếp thông tin qua lại với
máy,hệ thống điều khiển thông qua mọi hình thức. HMI cho phép người dùng theo
dõi, ra lệnh điều khiển toàn bộ hệ thống một cách dễ dàng. HMI có giao diện đồ họa,
giúp cho người dùng có cái nhìn trực quan về tình trạng của hệ thống. Ví dụ như
những chương trình nhập liệu, báo cáo, văn bản, hiển thị LED, khẩu lệnh bằng giọng
nói… Ngoài ra HMI còn giúp cho việc thiết kế tủ điện gọn gàng hơn vì thay thế được
số lượng lớn nút nhấn,đồng thời tiết kiệm đáng kể ngõ vào(input) của PLC.Hiện trên
thị trường có các sản phẩm HMI của Seimen, Omron, TouchWin…
Ngày nay trên thế giới các hệ thống dây chuyền sản xuất tự động hóa,các robots
đều được tích hợp các hệ thống giao tiếp người và máy rất thông minh. Hệ thống này
không những cho phép con người có thể điều khiển và giám sát môt cách dễ dàng các
thiết bị mà nó còn cung cấp các thông tin cần thiết cho người điều khiển một cách trực
quan nhất.Một hệ thống thông minh thì không thể thiếu được hệ giao tiếp này.Chính vì
vậy HMI là một thành phần quan trọng kết nối giữa một nhân viên vận hành nhà máy
và một dây chuyền sản xuất tự động,HMI phải phù hợp với người sử dụng ở mọi cấp.

Hình 2.1: IOVU-XXX by IEI Technology
3


Hình 2.2: TPA60-T-by touchwin
2.1.1. Lịch sử về màn hình cảm ứng HMI
Từ năm 1971, Tiến sỹ Sam Hurst (người sáng lập của công ty Elographics) đã
là người đầu tiên chế tạo "cảm biến cảm ứng" (touch sensor), khi đó ông ta còn là một
trợ giáo ở trường Đại học Kentucky (Hoa Kỳ). Khi chế tạo xong cảm biến này được

gọi là "Elograph" và đã được đăng ký phát minh tại Quỹ Tài trợ Nghiên cứu của
Trường Đại Học Tổng hợp Kentucky. Cảm biến "Elograph" không trong suốt như các
màn hình cảm ứng thế hệ gần đây, tuy nhiên, sự ra đời của loại cảm biến "Elograph"
đã đánh dấu một mốc quan trọng của công nghệ màn hình cảm ứng.
Đến năm 1974, lần đầu tiên màn hình cảm ứng dạng trong suốt đã được Sam
Hurst chế tạo, cũng tại Elographics. Năm 1977, công ty Elographics đã phát minh và
đăng ký sáng chế công nghệ năm dây điện trở (five-wire resistive), là công nghệ được
ứng dụng trong hầu hết các màn hình cảm ứng hiện đang lưu hành trên thị trường.
Ngày 24 tháng hai năm 1994, công ty Elographics chính thức thay đổi tên thành Elo
TouchSystems.Vì vậy ngày nay công ty Elo TouchSystems vẫn được coi là nơi phát
minh ra màn hình cảm ứng và là một trong số ít các nhà cung cấp nhiều màn hình cảm
ứng nhất thế giới.
Một vài năm gần đây bắt đầu xuất hiện các màn hình có tính năng khá đặc biệt
trên các lĩnh vực giải trí, trong những thiết bị điều khiển thế hệ mới.người dùng chỉ
việc chạm đầu ngón tay vào những nút ảo được thiết kế hoặc vẽ bằng phần mềm trên
4


màn hình là lập tức thao tác tương ứng được thực hiện. Loại màn hình này được gọi là
màn hình cảm ứng. Sự ra đời của màn hình cảm ứng đã tạo ra rất nhiều tiện ích cho
các ngành công nghiệp điện tử trong đó có cả lĩnh vực giải trí .
2.1.2. Định ngĩa về màn hình cảm ứng
Màn hình cảm ứng là dạng màng hình thể hiện sự nhạy cảm và có những phản
hồi với các thao tác tiếp xúc,tác động của ngón tay,bút trâm …lên bề mặt màn
hình.Màn hình cảm ứng có nhiều ưu điểm, nhưng ưu điểm quan trọng bậc nhất là cung
cấp nhiều cách thức thiết kế, thay đổi giao diện ứng dụng, thiết bị so với một nhóm các
nút nhấn vật lý cố định như trước. công nghệ màn hình cảm ứng hội đủ tiềm năng để
thay thế hầu hết tính năng quan trọng của chuột và bàn phím cũng như các nút nhấn
điều khiển.
2.1.3. Cấu tạo về màn hình cảm ứng

Gồm ba phần:
 Cảm biến cảm ứng.
 Một bộ điều khiển.
 Phần mềm điều khiển
2.1.3.1. Cảm biến cảm ứng
Cảm biến cảm ứng là một tấm thuỷ tinh trong suốt với đặc tính là bề mặt có thể
phản ứng khi ta chạm ngón tay vào. Tấm cảm biến cảm ứng được đặt sát màn hiển thị
LCD sao cho vùng nhạy cảm của tấm cảm biến phủ lên vùng nhìn thấy của màn hình
LCD.Trên thị trường hiện nay có một vài công nghệ khác nhau để thể hiện được tính
cảm ứng của màn hình, mỗi loại đều sử dụng phương pháp khác nhau để phát hiện tín
hiệu xuất hiện ở chỗ chạm vào. Nói chung, các cảm biến đều có một dòng điện hoặc
một tín hiệu dạng khác đi qua nó và việc chạm vào màn hình sẽ gây nên sự thay đổi
một giá trị điện áp hoặc thay đổi dòng điện. Sự thay đổi điện áp hoặc dòng điện này
được sử dụng để định vị chỗ bị chạm tay vào trên màn hình.
2.1.3.2. Bộ điều khiển
Bộ điều khiển là một bản mạch nhỏ nối giữa cảm biến cảm ứng và bộ xử lý. Nó
tiếp nhận thông tin từ cảm biến cảm ứng và dịch sang dạng thông tin mà Bộ xử lý có
thể hiểu. Thông thường, bộ điều khiển được lắp đặt ngay bên trong màn hình LCD
.Màn hình cảm ứng tích hợp sẵn bộ điều khiển có thể kết nối Bộ xử lý với nhiều thiết
5


bị khác ,còn những bộ điều khiển đặc biệt (chuyên dụng) thường được dùng để kết nối
với bộ đọc đĩa DVD...
Thành phần gồm : IC chuyên dụng có chức năng nhận tín hiệu từ cảm biến cảm
ứng truyền về giải mã và chuyển đổi tín hiệu cấp cho vi điều khiển
IC chuyên dụng của màn hinh cảm ứng
Các IC chuyên dụng hỗ trỡ cho màn hình cảm ứng là : ADS7843, TCS2046,
RSM1483
Ta chọn khảo sát IC ADS7843 là IC chuyên dụng hổ trỡ cho màn cảm ứng .

Ưu điểm : Viết chương trình sẽ đơn giản hơn

Hình 2.3: sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của IC ADS7843
-

Chức năng của các chân
Vcc : Cấp nguốn nuôi cho IC điện áp từ 2,7V đến 5V
Vref : Cấp điện áp tham chiếu dung cho quá trình chuyển đổi ADC
PENIRO : tạo ra sự kiện ngắt cho ADS7843 khi cảm biến cảm ứng được tác
động
CS : Chân cho phép IC hoạt động ,Khi CS=1 IC bị cấm
BUSY: chân báo trạng thái chờ của IC, khi chân CS chưa cho phép
DLCK: chân cấp xung cho IC , tần số xung cấp khỏang 1 Micro giây
IN3,IN4 : chân tạo mã chọn chế độ phân giải cho IC trong quá trình chuyển
đổi ADC
DIN : chân cấp dữ liệu đầu vào
DOUT : Chân xuất dữ liệu đầu ra
GND : Chân nối đất cho
6


X+,X-,Y+,Y- : Chân kết nối với cảm biến cảm ứng
-

Cách kết nối cảm biến cảm ứng với ADS7843 : chỉ cần xác định được các
chân X+ ,X- ,Y+ ,Y- của cảm biến cảm ứng đấu vào chân X +, X-, Y+, Y- của

-

ADS7843

Cách kết nối ADS7843 với vi điều khiển
Chuẩn giao tiếp : ADS7843 giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn SPI
Các dòng vi điều khiển có hổ trợ chuẩn giao tiếp SPI : là các dòng vi điều
khiển Thanh ghi SPI có chúc năng nhân dữ liệu từ ADS7843 chuyển về
Nguyên tắc giao tiếp giữa ADS7843 với vi điều khiển tuân theo chuỗi sơ đổ
sau
VĐK cấp
dữ liệu
cho

Chân BUSY xuống
thấp , báo chờ cho
ADS7843

ADS7843
chuyển tín
hiệu cho VĐK

Màn hình
tác động

Chân PENRIO
tạo ngắt Chân
BUSY lên cao

Hình 2.4: sơ đồ chuỗi nguyên tắc giao tiếp giữa ADS7843 với VĐK
-

Dữ liệu đầu vào ADS7843 : là dữ liệu mà ta phải cấp cho ADS7843 được
VDK gửi qua cấp vào chân DIN . Dữ liệu đó là một Buyte 8bit

Chức năng các BIT như sau :
S : là bit báo cho IC biết bắt đầu họat động , S=1 kích hoạt
MODE : bit chọn chế độ phân giải cho IC , có 2 chế độ 8BIT và 12BIT
MODE = 0 : Chế độ 12BIT
MODE = 1 : Chế độ 8BIT
A2-A1-A0 : bit chọn kênh hoạt động

2.1.3.3. Phần mềm điều khiển

7


Phần mềm điều khiển là một phần mềm được lưu trữ trên bộ nhớ trong dùng để
cập nhật hệ thống các câu lệnh nhờ vậy mà màn hình cảm ứng và bộ xử lý có thể làm
việc được với nhau.Nó chỉ cho hệ điều hành của bộ xử lý biết là phải dịch như thế nào
đối với các thông tin về sự kiện bị ngón tay chạm vào mà bộ điều khiển gửi đến. .Một
số thiết bị, chẳng hạn như bộ đọc đĩa DVD, và các hệ thống máy tính chuyên dụng
hoặc là không cần đến phần mềm điều khiển hoặc là đã có những phần mềm điều
khiển màn hình cảm ứng được đặt sẵn bên trong để dành riêng cho nó.
Phần mềm TuochWin
TouchWin là màn hình HMI của Trung Quốc sản xuất với giá thành rẻ và sử
dụng hiệu quả.Sau khi thiết kế giao diện trên máy tính chúng ta cần phải download
xuống HMI để nó có thể thực hiện những công việc như chúng ta đã thiết kế. Việc
download được thực hiện trên phần mềm thiết kế giao diện thông qua cáp giao tiếp
PC-HMI, cáp này thường được cung cấp bởi nhà sản suất hoặc có thể tự làm theo
hướng dẫn của nhà sản xuất.
Phần mềm dùng để thiết kế giao diện cho HMI TouchWin TP460-L là phần
mềm TouchWin Edit Tool v2.9

8

Giao diện chương trình thiết kế giống như hình.

Hình 2.5: Giao diện thiết kế phần mền TouchWin
Các đối tượng cơ bản trong thiết kế giao diện


Nút nhấn – Button: Nút nhấn có thể tác động vào vùng nhớ của PLC S7-

200 theo bit, làm thay đổi giá trị của bit đó,
Các thuộc tính cơ bản:
Object: Chứa địa chỉ bit mà nút nhấn sẽ tác động tới ví dụ M0.0, I0.0, …
Operate: Qui định cách thức hoạt động của nút nhấn
Set ON: Set giá trị của bit trong Object = 1
Set OFF:Reset giá trị của bit trong Object = 0
Reverse: Đảo giá trị của bit trong Object
On Instant: Giá trị của bit trong Object bằng 1 chỉ khi nhấn và giử.
Button: Qui định cách thức hiển thị của nút nhấn trên màn hình.
9




Đèn hiển thị - Lam: Đèn hiển thị là đối tượng mà hình ảnh của nó thay

đổi theo trạng thái của một bít trong vùng nhớ của PLC S7-200. Hai trạng
thái hình ảnh của đèn tương ứng với giá trị 0, 1 của bit.
Các thuộc tính cơ bản:
Object: Chứa địa chỉ bit mà đèn hiển thị sẽ lấy giá trị để hiển thị ví dụ M0.0,

I0.0, …
Lamp: Qui định cách thức hiển thị của đèn trên màn hình
Twinkle: Chọn kiểu đèn nhấp nháy
Stop: đèn sáng bình thường, không nhấp nháy.
ON: đèn nhấp nháy khi bit ở trạng thái 1
OFF: đèn nhấp nháy khi ở trạng thái 0
Slow: Tốc độ nhấp nháy chậm.
Fast:Tốc độ nhấp nhanh.


Nhập số - Digital Input: Nhập số là đối tượng dùng để đưa một giá trị

vào vùng nhớ của PLC S7-200 theo kiểu truy cập Byte, Word, DoubleWord.
Các thuộc tính cơ bản:
Object: Khai báo biến nhớ mà sẽ thay đổi dữ liệu, ví dụ. VW4, T73
Display: Quy định cách thức hiển thị trên màn hình.
Format: Định dạng số, gồm Dec (số thập phân), Hex (số thập phân), Float (số
thực), Unsigned (số nguyên dương).
Bit length: Số kí tự hiện thị trên màn hình, gồm Total (tổng số kí tự hiển thị),
Float (số kí tự sau dấu chấm)
Input: Khai báo khoảng giá trị của biến nhập vào


Hiển thị số - Digital Display: Hiển thị số là đối tượng dùng để hiển thị

giá trị của một vùng nhớ trên PLC S7-200 theo kiểu truy cậpByte, Word,
DoubleWord.
Các thuộc tính cơ bản:
Object: Khai báo biến nhớ mà sẽ thay đổi dữ liệu, ví dụ. VW4, T73
Display: Quy định cách thức hiển thị trên màn hình. Tương tự như đối tượng

nhập số
10




Chuyển trang màn hình: Do giới hạn kích thước của màn hình HMI nên

khi có quá nhiều đối tượng để điểu khiển, theo giỏi thì không thể thiết kế trên
một trang mà hình mà phải thiết kết trên nhiều trang màn hình khác nhau.
Khi thiết kế cần đưa các đối tượng có chức năng tương tự nhau trên một
trang màn hình.Dựa vào mức độ liên quan giữa các đối tượng mà tạo sự liên
kết giữa các trang màn hình bằng các phím chuyển màn hình.
Các thuộc tính cơ bản:
Operate: Qui định cách thức hoạt động
Screen ID: ID của màn hình cần chuyển tới.
Log On: chuyển tới màn hình không cần xác nhận
Validate: Chuyển tới màn hình có yêu cầu nhập mật khẩu.
2.1.4. Các loại màn hình cảm ứng
2.1.4.1. Màn hình cảm ứng kiểu điện trở
a.
Cấu tạo: Màn hình cảm biến điện trở gồm lớp kính mỏng bao phủ bên
ngoài 2 lớp mạch dẫn xuất điện và lớp mạch cảm biến. Hai lớp này rất mỏng và được
phân tách bởi một lớp đệm là những điểm riêng biệt không nhìn thấy được để tránh
những tương tác không mong muốn.

Hình 2.6: Cấu tạo màn hình cảm ứng kiểu điện trở
b.

Nguyên lý hoạt động: Khi hoạt động, dòng điện sẽ được truyền qua màn

hình, các lớp mạch này sẽ tương tác với nhau, gây ra sự thay đổi dòng điện và sẽ xác
định được vị trí chúng ta chạm vào.
2.1.4.2.Màn hình cảm ứng kiểu điện dung
11


a. Cấu tạo: Màn hình cảm ứng điện dung chỉ là một lớp (một lưới điện) được
bảo vệ bởi một lớp dẫn xuất điện, được làm chủ yếu từ oxit thiếc in-di (Indium tin
oxide), mà không có lớp đệm.

Hình 2.7:Cấu tạo màn hình cảm ứng kiểu điện dung
b. Nguyên lý hoạt động: Các điện cực được đặt tại 4 góc màn hình để đo sự
thay đổi dòng điện khi có tác động. Cơ thể chúng ta chứa điện tích nên khi chạm tay
vào sẽ có sự thay đổi dòng điện trong lưới điện tại vị trí tác động, điện thế tại vị trí đó
sẽ bị sụt giảm, và đó là cách xác định vị trí được tương tác.
2.1.4.3. Màn hình cảm ứng kiểu âm thanh
a. Cấu tạo: Không có nhiều lớp mạch trên màn hình cảm ứng như những công
nghệ trên mà chỉ có một tấm kính mỏng làm chức năng hiển thị đồng thời chứa một
mạch thiết bị điều khiển nhỏ và 4 bộ điều biến điện áp ngay phía dưới bề mặt kính.

Hình 2.8: Cấu tạo màn hình cảm ứng kiểu âm thanh
12


b. Nguyên lý hoạt động: hoạt động của mà hình này là nhận diện âm thanh
được tạo ra khi người sử dụng chạm vào màn hình và chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Những tín hiệu này được số hóa bằng một thiết bị điều khiển rồi được so sánh với âm
thanh đã được lập trình từ trước cho từng vị trí trên màn hình. Giá thành sản xuất màn
hình cảm biến áp dụng công nghệ này tương đối thấp, ngoài ra màn hình có khả năng

chống xước và chống nước, bụi bẩn cao
2.1.4.4. Màn hình cảm ứng kiểu sóng âm
a. Cấu tạo: Công nghệ sử dụng sóng siêu âm có cấu tạo bề mặt tương tự như
công nghệ cảm biến nhận diện âm thanh.Bề mặt chỉ gồm tấm kính mỏng, bao phủ trên
những bộ điều biến điện áp có chức năng truyền và nhận trên hai trục X và Y.

Hình 2.9:Cấu tạo màn hình cảm ứng kiểu sóng âm
b. Nguyên lý hoạt động: Khi có sự tương tác vào màn hình, sóng thu nhận
được tại vị trí đó sẽ được gửi tới 2 trục X và Y để so sánh với bản đồ số hóa các vị trí
trên màn hình, sự thay đổi sẽ được thực hiện nếu như tọa độ được tính toán là phù
hợp.Thiết bị điều khiển sẽ gửi tín hiệu điện tới thiết bị điều biến có chức năng truyền
gửi để chuyển đổi tín hiệu đó thành sóng siêu âm ngay bên trong bề mặt kính.Những
sóng này sẽ được truyền tới bộ điều biến có chức năng nhận bởi các hệ thống gương
phản xạ được đặt đối nhau, tại đó những sóng siêu âm này lại được chuyển thành
những tín hiệu điện.Quá trình này được lặp đi lặp lại trên 2 trục đặt tại mép của màn
hình cảm ứng.
2.1.4.5. Màn hình cảm ứng kiểu hồng ngoại:
a. Cấu tạo: Các cảm biến được bố trí ở trên và xung quanh màn hình, tạo thành
lưới tia hồng ngoại, khi chúng ta chạm vào thì lưới hồng ngoại ở chỗ đó bị ngắt quãng
và thiết bị xác định được vị trí tương tác.
13


Hình 2.10: Cấu tạo màn hình cảm ứng kiểu hồng ngoại
b. Nguyên lý hoạt động:Lưới hồng ngoại do các cảm biến xung quanh màn
hình tạo ra sẽ bị ngắt quãng khi tay chạm vào màn hình.
2.1.5. Cổng kết nối:
2.1.5.1. Cổng kết nối với PLC:
Có cổng RS-485 để giao tiếp với PLC kết nối được với hầu hết các PLC đang
được lưu hành trên thị trường qua một cáp nối tiếp tới cổng lập trình.

Nguồn nuôi 24 VDC.
Nhờ có cổng RS-485 mà các bàn điều khiển loại này có thể giao tiếp trực tiếp
với PLC và càng trở nên hấp dẫn đối với các ứng dụng trong công nghiệp.Các thao tác
như khởi động (start)dừng (stop),đóng ngắt rơle, bật/ tắt mô-tơ mà PLC phải thực hiện
đều có thể tác động thông qua các phím.
2.1.5.2. Cổng kết nối với máy tính:
Giao tiếp theo cổng nối tiếp (COM): làm việc với Windows 95 / 98 / ME / NT /
2000 / XP và Redhat 9.0 .
Giao tiếp theo cổng USB: làm việc với Windows 98 / ME / 2000 / XP, Redhat
9.0 và các tuỳ chọn Macintosh OS 9.x - 10.3.1.
2.1.6. Các ứng dụng của màn hình cảm ứng:
Màn hình cảm ứng là một trong số ít các giao diện với máy tính PC dễ dàng sử
dụng nhất, đồng thời cho phép lựa chọn một trong số lớn các khả năng thao tác. Khó
có thể liệt kê ra một danh sách đầy đủ các địa chỉ ứng dụng màn hình cảm ứng.
 Các hệ thống điều khiển và tự động hoá.
 Sử dụng trong máy Photocopy
14


 Hiển thị những dòng thông tin ngắn ở nơi công cộng.
 Các hệ thống bán lẻ và trong nhà hàng.
 Tự động phục vụ khách hàng.
 Và nhiều ứng dụng khác...
2.2. Tổng quan về PLC
2.2.1. Sơ lược về PLC
Thiết bị điều khiển Logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) là loại
thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn
ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng các mạch số. Như vậy với
chương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng
thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường môi trường

xung quanh (Với các PLC khác hoặc với máy tính).
Toàn bộ chương trình được lưu nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối
chương trình con hoặc chương trình ngắt (Khối chính OB1). Trường hợp dung lượng
nhớ của PLC không đủ cho việc lưu trữ chương trình thì ta có thể sử dụng thêm bộ nhớ
ngoài hỗ trợ cho việc lưu chương trình và dữ liệu (Catridge)
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có
tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lí (CPU), một hệ điều hành,
một bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường
xung quanh. Bên cạnh đó nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải
có thêm những khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thời
(Timer).. Và những khối hàm chuyên dụng.
2.2.1.1. Bộ nhớ PLC:
Gồm 3 vùng chính:
a/ Vùng chứa truong trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình được chia thành
3 miền:
i/ OB1 (Oranistion block): miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình
chính, các lệnh khối này luôn được quét.
ii/ Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con được tổ chức
thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con này sẽ được thực
hiện khi nó được gọi trong chương trình chính.

15


iii/ Interrup (Chương trình ngắt) : Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức
thành hàm và có khả năng trao đôi dữ liệu với bất cứ 1 khối chương trinh nào khác.
Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra. Có rất nhiều sự kiện
ngắt như: Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao…
b/ vùng chứa tham số của hệ điều hành: Chia thành 5 miền khác nhau
I (Process image input) : Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thực

hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng vào số, trước khi bắt
đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào cất
giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp
trạng thái logic của cổng và số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đếm I.
Q (Process Image Output): Miền bộ đếm các dữ liệu cổng ra số. Kết thưc giai
đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới cổng ra số.
Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển
chúng tới bộ đệm Q.
M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng những biến này để lưu
giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo Bit (M), byte (MB), từ (MW) hay
từ kép (MD).
T (Timer): Miền nhớ phục vụ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị
thời gian đặt trước (PV-Preset Value), giá trị bộ đếm thời gian tức thời (CV-Current
Value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.
C (counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước
(PV- Peset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và giá trị logic đầu ra của
bộ đệm.
c/ Vùng chứa các khối dữ liệu: được chia làm 2 loại:
DB (Dât Block): Miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng
như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển.
Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW),
hoặc từ kép (DBD).
L (Local dât block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình
OB1, chương trình con, chương trình ngắt tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức
thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó. Nội
16


dung của một khối dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình
tương ứng trong OB1, chương trình con, chương trình ngắt. Miền này có thể được truy

nhập từng chương trình theo bit (L), byte (LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD).
2.2.1.2. Vòng quét chương trình:
PLC thực hiện chương trình theo chu kì lập. Mỗi vòng lập được gọi là vòng
quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn 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 thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB
(Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung
của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền
thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng và ra tương tự nên các
lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lí chứ không thông
qua bộ đệm. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện 1 vòng quét gọi là thời gian vòng
quét (Scan Time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào
cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực
hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình
được thực và khối dữ liệu truyền thông trong vòng quét đó.
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gởi tín
hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng
quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương
chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực
của chương trình càng cao. Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt,
ví dụ như khối OB40, OB80.., chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong
vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này
có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong
giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn nếu 1 tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC
đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ ngừng công việc truyền
thông, kiểm tra thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó. Với
hình thức xử lí tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có
nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó để nâng cao tính thời gian thực
17

cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lí ngắt quá dài
hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không việc trực tiếp với
cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc
truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 điều hành CPU
quản lí. Ở 1 số module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng
mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lí ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với
cổng vào ra.
2.2.1.3 Cấu trúc chương trình:
Chương trình S7-200 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng giành riêng cho
chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau.
a/Lập trình tuyến tính: toàn bộ chương trình nằm trong một khối trong bộ nhớ.
Loại hình cấu trúc tuyến này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ, không phức tạp.
Khối được chọn phải là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiện các lệnh
trong đó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên.
b/ Lập trình cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi
phần thực thi những nhiệm vụ chuyên biệt riêng của nó, từng phần này nằm trong
những khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này này phù hợp với những bài
toán điều khiển nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-200 có 3 loại khối cơ bản sau:
- Loại khối OB1 ( Organization Block) : Khối tổ chức và quản lí chương trình
điều khiển. Khối này luôn luôn được thực thi, và luôn được quét trong mỗi chu kì quét.
- Loại khối SBR (Khối chương trình con) : Khối chương trình với những chức
năng riêng giống như 1 chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến
hình thức). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối chương trình con và các
khối chương trình con này được phân biệt với nhau bằng tên của chương trình con đó.
- Loại khối INT (Khối chương trình ngắt): Là loại khối chương trình đặc biệt
có khả năng trao đổi 1 lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Chương trình
này sẽ được thực thi mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra.

2.2.2. Giơi thiệu về CPU 222
Đặc tính
Điện áp vào AC 220V
18