Thiết kế giao diện cho mô hình đo lường độ ôxy hòa tan (DO) sử dụng phần mềm TIA portal và bộ điều khiển PLC s7 1200 (sử dụng khối hàm FC)

BỘ CƠNG THƯƠNG

Cộng Hịa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập-Tự do-Hạnh Phúc

BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC :
SCADA,DCS VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
Họ và tên HS-SV : Nhóm 7
1.Nguyễn Văn Hiền
2. Nguyễn Tùng Lâm
3. Lê Xuân Linh
4.Đỗ Thành Trung
Lớp : ĐH TĐH2
Khoá:8………………………………………………………
Khoa:Điện …………………………………………………..
Giáo viên hướng dẫn : Hoàng Quốc Xuyên
NỘI DUNG
Thiết kế giao diện cho mơ hình đo lường độ Ơxy hịa tan (DO) sử dụng phần mềm
TIA-Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200 (Sử dụng khối hàm FC)
PHẦN THUYẾT MINH
Chương 1- Tìm hiểu các cảm biến đo độ Ơxy hịa tan (DO)
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 mơ phỏng.
Ngày giao đề : 12/9/2016 Ngày hồn thành : 12/11/2016
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hoàng Quốc Xuyên

1


LỜI MỞ ĐẦU
Cũng như các loài sinh vật sống trên cạn, các thủy sinh vật cũng cần có oxy để
duy trì sự sống.Đa phần thủy sinh vật điều sử dụng oxy hòa tan trong nước.Lượng oxy
hòa tan trong nước gọi tắt là DO ( Dessolved Oxygen ).
Ngày nay trong công nghiệp nuôi trồng thủy sản cũng như công nghệ xử lý nước
rất chú trọng tới việc đánh giá lượng DO nhằm giúp thủy hải sản phát triển tốt cũng
như việc đánh giá mức độ ơ nhiễm nước.Bên cạnh đó giúp cho chúng ta có thể phát
hiện ra các biến cố để kịp thời xử lý (Như thiếu oxy hòa tan trong nước khiến thủy sản
chết hàng loạt hoặc tăng trưởng chậm).Do vậy oxy hòa tan là một yếu tố quan trọng
khơng thể thiếu ở các thủy vực.
Vì vậy với đề tài này chúng em xin đưa ra mơ hình điều khiển giám sát mức độ DO
trong nước tan sử dụng phần mềm TIA-Portal và bộ điều khiển PLC S7-1200 (Sử
dụng khối hàm FC) giúp sinh vật phát triển.

2


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................... 2
MỤC LỤC................................................................................................................3
CHƯƠNG 1 :............................................................................................................4
TÌM HIỂU CÁC CẢM BIẾN ĐO ĐỘ OXY HÒA TAN (DO).................................4
1.1.Sơ lược về DO....................................................................................................4
1.2.Phương pháp xác định DO..................................................................................5
1.2.1.Có thể xác định DO bằng hai phương pháp khác nhau....................................5

1.2.2.Kỹ thuật phân tích............................................................................................5
1.2.2.1.Phương pháp Winkler...................................................................................5
1.2.2.2.Phương pháp điện cực oxy hoà tan- máy đo oxy..........................................5
1.3.Lựa chọn cảm biến:.............................................................................................6
1.3.1.Giới thiệu cảm biến..........................................................................................7
1.3.2. Thông số kỹ thuật............................................................................................8
CHƯƠNG 2 :............................................................................................................9
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TIA PORTAL & PLC 1200...................................9
2.1.Tổng quan về TIA PORTAL...............................................................................9
2.2.Tổng quan về PLC S7-1200..............................................................................12
2.2.1. Cấu trúc và phân vùng bộ nhớ S7-1200........................................................12
2.2.2. Khái niệm và Cấu trúc S7-1200....................................................................12
2.2.3.Cấu trúc bên trong..........................................................................................15
2.2.4.Sơ đồ đấudây của S7-1200:............................................................................16
2.3. Làm việc với phần mềm Tia Portal..................................................................17
2.3.1. Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI..........17
2.3.2. Kết nối qua giao thức TCP/IP.......................................................................17
2.3.3 Cách tạo một Project......................................................................................17
2.3.4. TAG của PLC / TAG local............................................................................20
2.4. Làm việc với một trạm PLC............................................................................21
2.4.1. Quy định địa chỉ IP cho module CPU...........................................................21
2.4.2. Đổ chương trình xuống CPU.........................................................................22
2.4.3. Giám sát và thực hiện chương trình..............................................................22
2.5. Kỹ thuật lập trình............................................................................................22
2.5.1. Vịng qt chương trình................................................................................22
2.5.2. Cấu trúc lập trình..........................................................................................22
3


2.5.2.1. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS.........................................22

2.5.2.2. Hàm chức năng – FUNCTION..................................................................23
2.6 Tập lệnh S7-1200..............................................................................................24
2.6.1 Lệnh xử lý bit.................................................................................................24
2.6.2. Lệnh Timer, Counter.....................................................................................26
2.6.2.1.Timer...........................................................................................................26
2.6.2.2 Counter.......................................................................................................27
CHƯƠNG 3:...........................................................................................................29
LẬP TRÌNH CHO BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT
CHO HỆ THỐNG...................................................................................................29
3.1. Lập trình khối hàm FC.....................................................................................29
3.2. Lập trình cho bộ điều khiển.............................................................................30
3.2.1.Cấu hình phần cứng trong Tia Portal..............................................................30
3.2.2.Viết chương trình cho khối hàm FC...............................................................30
3.2.3.Chương trình chính OB1 gọi chương trình con..............................................32
3.3.Thiết kế giao diện giám sát hệ thống.................................................................32
CHƯƠNG 4- KẾT QUẢ MÔ PHỎNG..................................................................33
4.1.Kết quả mô phỏng.............................................................................................33
4.2. Nhận xét:..........................................................................................................33

4


CHƯƠNG 1 :
TÌM HIỂU CÁC CẢM BIẾN ĐO ĐỘ OXY HỊA TAN (DO)
1.1.Sơ lược về DO
-Oxy hịa tan là lượng oxy có trong nước được tính bằng mg/l hay % bão hòa dựa vào
nhiệt độ. Phần trăm bão hòa là phần trăm tìm tàng của nước để giữ oxi có mặt trong
nước. Oxy trong nước mặt dao động từ 0 mg/l ở nguồn nước có điều kiện quá tệ cho
tới 15 mg/l trong nước đóng băng
-Oxy hồ tan trong nước đóng vai trị rất quan trọng đối với động vật thuỷ sinh nói

chung và động vật thuỷ sản nói riêng, oxy hồ tan của thuỷ vực có hai nguồn chính:
khuyếch tán từ khơng khí (nhờ gió, sóng) và do tảo quang hợp tạo ra, oxy bị tiêu hao
bởi các quá trình: thốt vào khơng khí, hơ hấp của tảo và động vật, phân huỷ chất hữu
cơ do vi sinh vật, do các chất sa lắng trong lớp bùn. Đảm bảo lượng oxy hoà tan cần
thiết cho thuỷ vực là đảm bảo năng suất nuôi trồng thủy sản, chất lượng sản phẩm
thuỷ sản.
-Nhằm mục đích theo dõi đánh giá nồng độ oxy tan trong nước để đảm bảo sự sống
cho sinh vật thủy sinh ta sử dụng cảm biến oxy hòa tan DO
1.2.Phương pháp xác định DO
1.2.1.Có thể xác định DO bằng hai phương pháp khác nhau
- Phương pháp Winkler (hóa học).
- Phương pháp điện cực oxy hòa tan - máy đo oxy.
1.2.2.Kỹ thuật phân tích
1.2.2.1.Phương pháp Winkler
- Cách tiến hành: Oxy trong nước được cố định ngay sau khi lấy mẫu bằng hỗn hợp
chất cố định (MnSO4, KI, NaN3), lúc này oxy hòa tan trong mẫu sẽ phản ứng với
Mn2+ tạo thành MnO2. Khi đem mẫu về phịng thí nghiệm, thêm acid sulfuric hay
phosphoric vào mẫu, lúc này MnO2 sẽ oxy hóa I- thành I2. Chuẩn độ I2 tạo thành bằng
Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột. Tính ra lượng O2 có trong mẫu theo cơng thức:
DO (mg/l) = (VTB x N/ VM ) x 8 x 1.000
Trong đó: VTB: là thể tích trung bình dung dịch Na 2S2O3 0,01N (ml) trong các lần
chuẩn độ.
N: là nồng độ đương lượng gam của dung dịch Na 2S2O3 đã sử dụng.
8: là đương lượng gam của oxy.
VM: là thể tích (ml) mẫu nước đem chuẩn độ.
1.000: là hệ số chuyển đổi thành lít.

5

1.2.2.2.Phương pháp điện cực oxy hoà tan- máy đo oxy
- Đây là phương pháp được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Máy đo DO được dùng để
xác định nồng độ oxy hòa tan ngay tại hiện trường. Điện cực của máy đo DO hoạt
động theo nguyên tắc: dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng oxy hòa tan
trong nước khuếch tán qua màng điện cực, trong lúc đó lượng oxy khuếch tán qua
màng lại tỷ lệ với nồng độ của oxy hòa tan. Đo cường độ dòng điện xuất hiện này cho
phép xác định được DO
- Các cảm biến đo hàm lượng oxy hịa tan thơng dụng hoạt động dựa trên nguyên lý
do Macbeth đề xuất, trong đó, cảm biến hoạt động giống như một pin điện hóa.
- Nguyên lý về cấu tạo và hoạt động của cảm biến này được trình bày trên sơ đồ

Hình 1
Cảm biến đo hàm lượng oxy hòa tan
Trong cảm biến chứa dung dịch KCl và 2 điện cực, anốt bằng kẽm hay chì và catốt
bằng bạc. Một màng chắn xốp ngăn cách phần trong cảm biến và dung dịch cần đo
nhưng cho phép oxy di chuyển vào trong cảm biến.
Tại anốt xẩy ra sự oxy hóa : Zn → Zn2 + + 2 e Tại catốt xẩy ra sự khử oxy : 2 e -+ ½ O2 + H2O → 2 OH Do các phản ứng oxy hóa khử trên mà cảm biến hoạt động giống như một pin điện
hóa và tạo ra dòng điện. Cường độ dòng điện này phụ thuộc vào hàm lượng oxy hòa
tan trong dung dịch đo. Khi đo được cường độ dòng điện ta xác định được hàm lượng
oxy hòa tan.
6


Cấu tạo thực tế của cảm biến được trình bày trong Hình 1b, trong đó catốt là một lõi ở
giữa, anốt là một ống bọc ngoài catốt. Tất cả đặt trong một thân.
1.3.Lựa chọn cảm biến:
Nhằm đáp ứng nhu cầu cơng nghệ nhóm chúng em xin đưa ra cảm biến
GLI5500 –một loại cảm biến đo DO rất hay được sử dụng trên thị trường hiện
nay.
1.3.1.Giới thiệu cảm biến

Hình2. Cảm biến GLI5500
GLI5500 sử dụng công nghệ tế bào polarographic Clark, hệ thống cảm biến bao
gồm ba bộđo một anot bạc, một catot vàngvà một điện cực bạctham
chiếu. Cảm biến tham chiếu bạccho ra tín hiệu rõ nhờsử dụng một hằng số
phép đo điện áp phân cực đóng vai trị ổn định, để tránh sự gián đoạn của hệ
thống cảm biến .Với việc sử dụng bộ ba cảm biến tế bào kết hợp với việc điện
cực oxy hòa tan GLI 5500 cho phép ta xác đinh DO với độ chính xác và ổn định
cao .
Tính năng :
- Màng chống bám bẩn và bền
Màng thẩm thấu có tính năng kị nước dày 50 micron đảm bảo sensor khơng bị
đóng bám cặn và hoạt động được trong môi trường khắc nghiệt như trong các
nhà máy xử lý nước thải.
- Bao bọc toàn bộ
Cấu trúc thiết kế bao bọc toàn bộ để bảo vệ các bộ phận điện tử bên trong
sensor tránh khỏi các vấn đề về độ ẩm, kéo dài tuổi thọ của sensor
7


- Kiểu gắn đa dạng
Có thể lắp sensor vào các khung gắn kiểu trục, kẹp hay lắp vào ống đứng, khớp
quay hay quả cầu nổi để định vị trí sensor cũng như lấy sensor ra khỏi hệ thống
dễ dàng. Kiểu lắp với quả cầu nổi giúp sensor nhấp nhô lên xuống để màng điện
cực va chạm nhẹ nhàng với dòng mẫu. Kiểu gắn nhúng ngập giúp cố định vị trí
ở độ sâu cần đo đạc trong bể.
1.3.2. Thông số kỹ thuật
Đầu ra Analog :4-20mA .
Dải đo oxy hòa tan: 0-20 mg/L
Giao thức truyền thông RS-232 & 485, Profibus DPV1 RS-232 N / A

Lớp bảo vệ NEMA4X (IP66), 1 / 2DIN NEMA4X (IP65), 1 / 4DIN (panel)
NEMA4X

8


CHƯƠNG 2 :
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TIA PORTAL & PLC 1200
2.1.Tổng quan về TIA PORTAL
-

Siemens giới thiệu TIA Portal – phần mềm cơ sở tích hợp tất cả phần mềm lập
trình điều khiển cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện tại Việt
Nam.

-

Vào ngày 21 tháng 6 năm 2011, tại thành phồ Hồ Chí Minh, bộ phận Tự động
hóa Cơng nghiệp thuộc cơng ty Siemens Việt Nam ra mắt thị trường Việt Nam
phần mềm lập trình đầu tiên trong công nghiệp sử dụng chung một môi trường,
một phần mềm duy nhất cho tất cả các tác vụ trong tự động hóa, với tên gọi
Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal). Đây là phần mềm lập
trình điều khiển trực quan, hiệu quả và xác thực giúp khách hàng thiết kế tồn
bộ chương trình tự động hóa một cách tối ưu chỉ trong một giao diện phần mềm
duy nhất, từ đó mang đến cho các nhà tích hợp hệ thống và các doanh nghiệp
sản xuất cơ hội nâng cao năng suất và lợi thế cạnh tranh hữu hiệu.

-

Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho

cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự
động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình,
tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa tồn diện (TIA)
của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 V11 để lập trình các
bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V11 để cấu hình các màn hình HMI và
chạy Scada trên máy tính.

-

Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng
dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu
cầu của khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần
mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm
này chia sẽ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và
tính tồn vẹn cho ứng dụng. Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thơng bây
giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ. Hướng ứng dụng, các khái
niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đốn lỗi, các tính năng
online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở
dữ liệu TIA Portal.

-

Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens
đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian,
công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này. Ví dụ người sử
9


dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả’ một biến của trong chương trình
điều khiển PLC vào một màn hình của chương trình HMI. Biến này sẽ được

gán vào chương trình HMI và sự kết nối giữa PLC – HMI đã được tự động
thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm.
-

Phần mềm mới Simatic Step 7 V11, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho
S7-1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC.
Simatic Step 7 V11 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu
của người sử dụng. Simatic Step 7 V11 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi
chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal.

-

Phần mềm mới Simatic WinCC V11, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng
để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng
như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA).

-

Việc thiết lập cấu hình cho các Sinamics biến tần cũng sẽ được tích hợp vào
TIA Portal trong các phiên bản sau.

-

Ban công nghiệp của Siemens (Erlangen, Đức) là một trong những nhà cung
cấp hàng đầu thế giời về các công nghệ sản xuất, vận chuyển, xây dựng và
chiếu sáng thân thiện mơi trường. Với các cơng nghệ tích hợp tự động hóa và
các giải pháp cơng nghiệp đặc thù, Siemens tăng cường năng xuất, hiệu quả và
tính linh động cho khách hàng trong các lãnh vực công nghiệp và hạ tầng cơ
sở. Ban công nghiệp bao gồm 6 bộ phận: Cơng nghệ Tịa nhà, Cơng nghệ
truyền động, Tự động hóa Cơng nghiệp, Giải pháp cơng nghiệp, Vận chuyển và

Osram. Với hơn 207,000 nhân viên trên toàn thế giới, Ban công nghiệp
Siemens đạt doanh số khoảng 35 tỉ EUR trong năm 2009.

-

Bộ phận cơng nghiệp Tự động hóa của Siemens (Nuremberg, Đức) dẫn đầu
toàn cầu trong các lãnh vực về hệ thống tự động, điều khiển công nghiệp và các
phần mềm công nghiệp. Dãi danh mục rộng lớn từ các sản phẩm tiêu chuẩn cho
các ngành công nghiệp sản xuất và chế biến tới các giải pháp cho toàn ngành
cơng nghiệp bao gồm cơ sở.

-

Siemens Việt Nam chính thức hiện diện tại Việt Nam vào năm 1993 khi hai văn
phịng đại diện của chúng tơi được thành lập tại Thành phố Hồ Chí Minh và Hà
Nội. Kể từ đó cho đến nay, Siemens đã tham gia thực hiện một loạt các dự án
cơ sở hạ tầng tại Việt Nam trong các lĩnh vực then chốt của nền kinh tế như
năng lượng, công nghiệp, y tế và giao thông vận tải. Nhằm tạo dựng một cơ sở
kinh doanh vững chắc để thúc đẩy sự hợp tác với các đối tác trong nước, công
ty TNHH Siemens đã được thành lập vào tháng 9 năm 2002, cung cấp các giải
pháp và dịch vụ liên quan đến các hệ thống và sản phẩm của Siemens. Sự phát
triển nhanh chóng trong quan hệ hợp tác kinh doanh với Việt Nam thúc đẩy sự
thành lập Nhà máy Tự động hóa Siemens vào năm 2005 chuyên sản xuất hệ
10


thống thanh cái dẫn điện. Siemens luôn phấn đấu trở thành một bộ phận hữu cơ
của nền kinh tế Việt Nam với cam kết vì sự phát triển kinh tế và xã hội bền
vững.

- Phần Totally Intergrated Automation Portal cung cấp hai kiểu xem thiết lập
công cụ khác nhau: một là thiết lập được định hướng theo công việc, thiết lập
này được tổ chức trong chức năng của các công cụ (kiểu xem Portal), hai là
kiểu xem được định hướng theo đề án gồm các phần tử bên trong đề án (kiểu
xem Project). Người dùng cần chọn kiểu xem nào giúp làm việc với hiệu quả
tốt nhất. Với một cú nhấp chuột, người dùng có thể chuyển đổi giữa kiểu xem
Portal và kiểu xem Project.

- Kiểu xem Portal cung cấp một kiểu xem theo chức năng đối với các nhiệm vụ
và tổ chức chức năng của các công cụ theo nhiệm vụ để được hoàn thành, như
là tạo ra việc cấu hình các thành phần và các mạng phần cứng. Người dùng có
thể dễ dàng xác định cách thức để tiến hành.

Hình 3
-

Kiểu xem Project cung cấp việctruy xuất đến tất cả các thành phần nằm
trong một đề án. Với tất cả các thành phần này nằm trong một vị trí, người
dùng có một truy xuất dễ dàng đến mỗi phương diện của đề án. Đề án chứa tất
cả các các phần tử đã vừa được tạo ra hay hoàn thành.

11


Hình 4
2.2.Tổng quan về PLC S7-1200
2.2.1. Cấu trúc và phân vùng bộ nhớ S7-1200
2.2.2. Khái niệm và Cấu trúc S7-1200
-S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt 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 hồn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
-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. Ngồi ra
bạn có thể dùng các module truyền thơng mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
-Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngơn
ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL.Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11
của Siemens.
-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:
12


Tính năng

CPU1211C

CPU1212C

CPU1214C

CPU1215C

Kích thước vật lý (mm)

90x100x75

90x100x75

110x100x75

130x100x75

Bộ
nhớ Work
người dùng
Load

30 Kbytes

50 Kbytes

75 Kbytes

100 Kbytes

1 Mbytes

1 Mbytes

4 Mbytes

4 Mbytes

10 Kytes

10 Kytes

10 Kytes

10 Kytes

Retentive

I/O tích hợp Kiểu số
6 inputs/4 8 inputs/6 14 inputs/10
trên CPU
outputs
outputs
outputs
(onboard)
Kiểu tương 2 inputs
2 inputs
2 inputs
tự

14 inputs/10
outputs

Kích thước Inputs
bộ đệm
Outputs

1024 bytes

1024 bytes

1024 bytes

1024 bytes

1024 bytes

1024 bytes

1024 bytes

1024 bytes

Bit nhớ (M)

4096 bytes

4096 bytes

4096 bytes

4096 bytes

Module mở rộng vào ra None
(SM)

2

8

8

Board tín hiệu (SB),
board pin (BB) hoặc
board truyền thông (CB)
Module truyền thông
(CM)
Bộ
đếm Total
tốc độ cao

1

1

1

1

3

3

3

3

3 built-in 4 built-in 6
I/O, 5 with I/O, 6 with
SB

SB

6

Singe phase

3at100kHz 3at100kHz
SB:2 at 30 1 at 30kHz
kHz
SB:2at30
kHz

3at100kHz
3 at 30kHz

3at100kHz
3 at 30kHz

Quadrature
phase

3at80kHz
3at100kHz 3at80kHz
SB:2
at 1 at 20kHz 3 at 20kHz
20kHz
SB:2
at
20kHz

3at80kHz
3 at 20kHz

2
inputs/
2outputs

13


Ngõ ra xung

4

4

4

Card nhớ

SIMATIC Memory card (optional)

4

Lưu trữ thời gian đồng hồ Chuẩn là 20 / nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 40 oC (duy
thời gian thực
trì bằng tự điện có điện dưng lớn)
PROFINET

1 cổng truyền thơng Enthernet

2
cổng
truyền thơng
Enthernet

Tốc độ thực thi phép tốn
thực
2.3µs/lệnh
Tốc đọ thực thi logic
Boolean
0.08µs/lệnh

Hình dạng bên ngoài của các đèn báo:
1-Chế độ hoạt động của các ngõ I/O
2-Chế độ hoạt động của PLC

3-Cổng kết nối
4-Khe cắm thẻ nhớ
5-Nơi gắn dây nối
Hình 5: Hình dạng bên ngoài của S7-1200 (CPU1212C)
CPU 1212C gồm 10 ngõ vào và 6 ngõ ra, có khả năng mở rộng thêm 2 module
tín hiệu (SM), 1 mạch tín hiệu(SB) và 3 module giao tiếp (CM).
Các đèn báo trên CPU 1212C:
• STOP / RUN (cam / xanh): CPU ngừng / đang thực hiện chương trình đã nạp
vào bộ nhớ.
• ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực hiện chương trình đã
xảy ra lỗi.
14

• MAINT (Maintenance): led cháy báo hiệu việc có thẻ nhớ được gắn vào hay
khơng.
• LINK: Màu xanh báo hiệu việc kết nối với tính thành cơng.
• Rx / Tx: Đèn vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền. Đèn cổng vào ra:
• Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng
Ix.x. đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của cơng tắc.
• Qx.x(đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng
Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
2.2.3.Cấu trúc bên trong
Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: 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 của 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 module giao tiếp nhập và xuất hoạt
động.
- Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển
dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý.
- 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 cơng tắc, các bộ cảm biến,… Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của
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 6: cấu trúc bên trong
Phân vùng bộ nhớ S7-1200

Có 3 loại bộ nhớ sử dụng là: Load memory, word memory và system memory.
15


-

Load memory chứa bộ nhớ của trương trình khi bạn down xuống.

-

Word memory là bộ nhớ lúc làm việc

-

System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa
các dữ liệu cần lưu vào đây.

Bộ nhớ

CPU1211C

CPU1212C

CPU1214C

Load memory

1Mb

2MB

Word memory

25Kb

50Kb

System memory

2Kb

2Kb

2.2.4.Sơ đồ đấudây của S7-1200:

Ở đây ta chọn CPU 1212C, để trình bày đấu dây.
Chúng ta có thể cung cấp nguồn 24VDC hay 100 – 230VAC cho PLC:

Hình 7. Sơ đồ đấu dây S7 -1200 / CPU 1214
Nguồn cung cấp cho PLC là 100 – 230VAC với tần số từ 47Hz – 63Hz. Điện áp có
thể thay đổi trong khoảng từ 85V – 264V . Ở 264V dòng điện tiêu thụ là20A.
Nguồn cung cấp là 24VDC.Điện áp có thể thay đổi trong khoảng 20.4V
- 28.8V. Ở 28.8V dòng điện tiêu thụ là 12A.
16


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 cơng 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 yêu cầu thực
tế mà ta có thể nối nguồn khác nhau để phù hợp với ứng dụng của nó.
2.3. Làm việc với phần mềm Tia Portal
2.3.1. 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 hồn hảo.
Một hệ thống kỹ thuật mới
Thơng minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình,
chẩn đốn 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.
2.3.2. 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
2.3.3 Cách tạo một Project
Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V13

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.
Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

17


Bước 3 : Chọn device & networks

Bước 4: chọn Add new device

18


Bước 5 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Bước 6 : Project mới được hiện ra

19


2.3.4. 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

20


-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

Tìm và thay thế tag PLC.
Ngồi ra cịn 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
2.4. Làm việc với một trạm PLC
2.4.1. 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 khơng 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.
-Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổi cấu
21


hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200.
2.4.2. Đổ chương trình xuống CPU

Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng download
trên thanh cơng cụ của màn hình
Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface như hình dưới
sau đó nhấn chọn load
Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish
2.4.3. Giám sát và thực hiện chương trình
Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trên thanh
cơng cụ.
Hoặc cách 2 làm như hình dưới
Sau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau:
2.5. Kỹ thuật lập trình
2.5.1. Vịng qt chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vịng lặp được gọi là vịng
qt. 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 vịng
qt chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dụng của bọ đệm
ảo
Q tới các cổng ra số. Vịng qt kết thúc bằng giai đoạn truyền thơng nội bộ và kiểm
tra lỗi.
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào / ra tương tự nên các
lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ khơng
thơng qua bộ đệm.
2.5.2. Cấu trúc lập trình
2.5.2.1. Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS
-Organization blocks (OBs) : là giao diện giữa hoạt động hệ thống và chương
trình người dùng. Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, và điều khiển theo quá
trình:
+Xử lý chương trình theo quá trình
+Báo động – kiểm sốt xử lý chương trình

+Xử lý lỗi
-Startup oB, Cycle OB, Timing Error OB và Diagnosis OB : có thể chèn và lập
trình các khối này trong các project. Không cần phải gán các thông số cho chúng và
22


cũng khơng cần gọi chúng trong chương trình chính.
-Process Alarm OB và Time Interrupt OB : Các khối OB này phải được tham số
hóa khi đưa vào chương trình. Ngồi ra, q trình báo động OB có thể được gán cho
một sự kiện tại thời gian thực hiện bằng cách sủ dụng các lệnh ATTACH, hoặc tách
biệt với lệnh DETACH.
-Time Delay Interrupt OB : OB ngắt thời gian trễ có thể được đưa vào dự án và
lập trình. Ngồi ra, chúng phải được gọi trong chương trình với lệnh SRT_DINT,
tham số là không cần thiết
-Start Information : Khi một số OB được bắt đầu, hệ điều hành đọc ra thông tin
được thẩm định trong chương trình người dùng, điều này rất hữu ích cho việc chẩn
đốn lỗi, cho dù thơng tin được đọc ra được cung cấp trong các mô tả của các khối
OB
2.5.2.2. Hàm chức năng – FUNCTION
-Funtions (FCs) là các khối mã không cần bộ nhớ. Dữ liệu của các biến tạm thời
bị mất sau khi FC được xử lý. Các khối dữ liệu tồn cầu có thể được sử dụng để lưu
trữ dữ liệu FC.
-Functions có thể được sử dụng với mục đích
+Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi
+Thực hiện công nghệ chức năng, ví dụ : điều khiển riêng với các hoạt động
nhị phân
+Ngồi ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một
chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp lại phức tạp.
-FB (function block) : đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ. Khi một FB
được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance

DB
sau đó truy cập vào các biến của FB. Các khu vực bộ nhớ khác nhau đã được gán
cho
một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần.
-DB (data block) : DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu . Có hai
loại của khối dữ liệu DB : Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc
được dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được
gán cho một FB nhất định.

23


2.6 Tập lệnh S7-1200
2.6.1 Lệnh xử lý bit
Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của
bit có địa chỉ là n bằng 1
Toán hạng n: I, Q, M, L, D

Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trịcủa bit có địa chỉ n
là 0
Tốn hạng n: I, Q, M, L, D
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
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ

Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh
này bằng 0 và ngược lại
Toán hạng n : Q, M, L, D
Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ

Lệnh đảo trạng thái ngõ vào ra

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng
1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu
vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.
Toán hạng n: Q, M, L, D
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của
lệnh này bằng 1. Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này
vẫn giữ nguyên trạng thái.
Toán hạng n: Q, M, L, D

24


Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là sẽ bằng 1 khi đầu vào
của lệnh này bằng 1. Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit
này vẫn giữ nguyên trạng thái.
Trong đó số bit là giá trị của n
Toán hạng OUT: Q, M, L, D
n : là hằng số
Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là sẽ bằng 0 khi đầu vào
của lệnh này bằng 1. Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit
này vẫn giữ ngun trạng thái.
Trong đó số bit là giá trị của n
Toán hạng OUT: Q, M, L, D
n : là hằng số
Tiếp điểm phát hiện cạnh lên sẽ phát ra một xung khi đầu vào
tiếp điểm P có sự chuyển đổi từ mức thấp lên mức cao.
Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào “M_BIT”.
Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì qt.

Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến
“IN”. Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ 0
lên 1
Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”
Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.

Tiếp điểm phát hiện cạnh xuống sẽ phát ra một xung khi đầu
vào tiếp điểm này có sự chuyển đổi từ mức cao xuống mức
thấp
Trạng thái của tín hiệu được lưu lại vào “M_BIT”
Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.

25