Điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông bằng PLC S71200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
=====o0o=====

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ
Đề tài : Điều khiển và giám sát trạm trộn bê tông
bằng PLC S7-1200
HỒ MINH TRỌNG

MSSV : 20174282

Giảng viên hướng dẫn : TS. CUNG THÀNH LONG
Bộ môn

: Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp

Viện

: Điện

Hà Nội, tháng 8 năm 2021
1


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ...........................................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 .....................................................7
1.1

Giới thiệu chung về PLC S7-1200 ..............................................................7

1.1.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200 ..........................................................7
1.1.2 PLC S7-1200 CPU 1214C.........................................................................9
1.2 Giới thiệu các tập lệnh ..................................................................................10
1.2.1. Bit logic ...................................................................................................10
1.2.2 Bộ Timer ..................................................................................................11
1.2.3. Bộ Counter .............................................................................................12
1.2.4. So sánh ....................................................................................................13
1.2.5. Toán học .................................................................................................13
1.2.6. Di chuyển MOVE...................................................................................14
1.2.7. Chuyển đổi ..............................................................................................15
1.3 FB, FC, Ngắt ..................................................................................................15
1.3.1 Cấu trúc chương trình............................................................................15
1.3.2 Lập trình cấu trúc...................................................................................16
2.1 Tổng quan về bê tông. ..................................................................................18
2.1.1 Khái niệm bê tông. ..................................................................................18
2.1.2. Thành phần cấu tạo bê tơng. ................................................................18
2.1.3. Các đặc tính của bê tơng. ......................................................................19
2.2. Quy trình cơng nghệ. ...................................................................................21
2.3 Nhiệm vụ thiết kế ..........................................................................................22
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦM MỀM và THIẾT KẾ WINCC...........24
3.1 Tổng quan vè phần mềm thiết kế WinCC. .................................................24
2


3.1.1 Giới thiệu chung ......................................................................................24
3.1.2. Các đặc điểm chính................................................................................25
3.1.3 Thiết kế giao diện ....................................................................................26
CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH WinCC .......................................................................30
4.1 Ngơn ngữ lập trình và chương trình con. ...................................................30

4.2 Lập trình cho hệ thống trạm trộn bê tông..................................................31
4.2.1 Main .........................................................................................................31
4.2.2 Chế độ điều khiển tự động .....................................................................33
4.2.3 Đọc thông số về Loadcell ........................................................................38
4.2.4 Đặt giá trị ban đầu ..................................................................................40
4.2.5 Tính thời gian trộn .................................................................................41
4.2.6 Mô phỏng .................................................................................................42
4.3 Đầu vào, đầu ra và địa chỉ khác ..................................................................44
CHƯƠNG 5: KẾT NỐI S7 1200 VỚI WinCC VÀ ĐĂNG NHẬP & PHÂN
QUYỀN ...................................................................................................................48
5.1 Kết nối S7 1200 với WinCC .........................................................................48
5.2 Đăng nhập & phân quyền ............................................................................49
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG .........................................50
KẾT LUẬN .............................................................................................................53
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................54

3


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 CPU S7 1200 ............................................................................................7
Hình 1. 2 Các cổng kết nối CPU .............................................................................8
Hình 1. 3 Chức năng một số CPU S7 1200 ............................................................8
Hình 1. 4 Cấu trúc các khối...................................................................................15
Hình 1. 5 Khối FB ..................................................................................................17
Hình 1. 6 Khối FC ..................................................................................................17

Hình 2. 1 Trạm trộn bê tơng .................................................................................21
Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động....................................................................22
Hình 2. 3 Lưu đồ thuật tốn ..................................................................................23

Hình 3. 1 Đặc tính mở của WinCC.......................................................................24
Hình 3. 2 Tạo new project .....................................................................................26
Hình 3. 3 Chọn WinCC .........................................................................................27
Hình 3. 4 Thêm card mạng....................................................................................27
Hình 3. 5 Kết nối PLC và PC system ...................................................................27
Hình 3. 6 Màn hình đăng nhập .............................................................................28
Hình 3. 7 Màn hình chế độ Auto...........................................................................28
Hình 3. 8 Màn hình chế độ Manual ......................................................................29
Hình 3. 9 Màn hình biểu đồ...................................................................................29
Hình 4. 1 Các chương trình ...................................................................................30
Hình 4. 2 Chương trình Main ...............................................................................32
Hình 4. 3 Chương trình chế độ điều khiển tự động ............................................38
4


Hình 4. 4 Chương trình đọc thơng số về Loadcell ..............................................40
Hình 4. 5 Chương trình đặt giá trị ban đầu ........................................................41
Hình 4. 6 Chương trình tính thời gian trộn .........................................................42
Hình 4. 7 Chương trình mơ phỏng .......................................................................43
Hình 4. 8 PLC tags .................................................................................................44

Hình 5. 1 Kết nối nút bấm .....................................................................................48
Hình 5. 2 Kết nối Symbol ......................................................................................48
Hình 5. 3 kết nối Trend..........................................................................................49
Hình 5. 4 Tạo tài khoản đăng nhập ......................................................................49
Hình 5. 5 Phần quyền đăng nhập .........................................................................50
Hình 5. 6 Kết nối tài khoản với Wincc .................................................................50

Hình 6. 1 Mơ Phỏng màn hình đăng nhập...........................................................51

Hình 6. 2 Mơ phỏng màn hình chế độ tự động ....................................................51
Hình 6. 3 Mơ phỏng màn hình chế độ bằng tay ..................................................52
Hình 6. 4 Mơ phỏng màn hình đồ thị ...................................................................52

5


LỜI MỞ ĐẦU
Nền công nghiệp thế giới đang trên đà phát triển ngày càng cao, trong đó
vấn đề tự đợng điều khiển được đặt lên hàng đầu trong quá trình nghiên cứu cũng
như ứng dụng công nghệ mới vào trong sản xuất. Nó địi hỏi khả năng xử lý, mức
đợ hồn hảo, sự chính xác của hệ thống sản xuất ngày mợt cao hơn, để có thể đáp
ứng được nhu cầu về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hợi.
Sự xuất hiện của máy tính vào những năm đầu thập niên 60 đã hỗ trợ con
người làm việc hiệu quả hơn trong nhiều lĩnh vực như cơng nghiệp, nơng nghiệp,
v.v… Với sự địi hỏi của con người, nhiều thiết bị, phần mềm chun dụng có tính
năng ưu việt hơn đã được ra đời. Một trong những thiết bị đó là PLC. Với khả năng
ứng dụng và các ưu điểm nổi bật, PLC ngày càng thâm nhập sâu rộng vào nền
công nghiệp sản xuất.
Từ yêu cầu thực tế ấy, em đã chọn đề tài :”Điều khiển và giám sát trạm trợn
bê tơng bằng PLC S7-1200”. Mục đích chính của đề tài là thiết kế được mợt
chương trình điều khiển sử dung PLC cho trạm trộn bê tông với tính tự đợng hóa
và đợ chính xác cao.
Em xin cảm ơn sự giúp đỡ của TS Cung Thành Long đã giúp em hoàn thành
đồ án này!

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200

1.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200
1.1.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200
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 nổi trội:
Bao gồm module nguồn, module CPU, module IO, Signal board, module
truyền thơng.
PLC S7 1200 có thể kết nối tối đa 8 module IO và 3 module truyền thông
chuẩn RS485, RS232.
PLC S7 1200 có thể kết nối tối đa 146 đầu vào/142 đầu ra số hoặc 67 đầu
vào Analog hoặc 33 đầu ra Analog.
PLC S7 1200 còn hỗ trợ 6 bộ đếm HSC và bốn kênh phát xung PWM - S71200 là mợt dịng của bợ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt nhiều
ứng dụng tự đợng hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và mợt tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.

Hình 1. 1 CPU S7 1200
PLC S7 1200 có tích hợp sẵn cổng truyền thông Ethernet hỗ trợ giao thức
PROFINET để kết nối mạng PROFINET.
PLC S7 1200 có thể tích hợp thêm 3 module truyền thông hỗ trợ giao thức
truyền thông Modbus, Profibus,…
PLC S7 1200 cho phép mở rộng thêm 4DI hoặc 4DO hoặc 1AI hoặc 1AO
thông qua Signal board gắn trực tiếp trên module CPU.
PLC S7 1200 tích hợp khe cắm thẻ nhớ SIMATIC

7


Hình 1. 2 Các cổng kết nối CPU
PLC S7 1200 có 5 model: 1211C, 1212C, 1214C, 1215C, 1217C
▪ CPU1211C: tích hợp 6 DI, 4 DO, 2 AI(0-10V), 1 cổng PROFINET, 1 Signal
board, 1 khe cắm thẻ nhớ, không mở rộng thêm được IO

▪ CPU1212C: tích hợp 8 DI, 6 DO, 2 AI(0-10V), 1 cổng PROFINET, 1 Signal
board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng thêm được 2 module IO
▪ CPU1214C: tích hợp 14 DI, 10 DO, 2 AI(0-10V), 1 cổng PROFINET, 1 Signal
board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng thêm được 8 module IO.
▪ CPU1215C: tích hợp 14 DI, 10 DO, 2 đầu vào AI(0-10V), 2 đầu ra AO, 2 cổng
PROFINET, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rợng thêm được 8 module
IO.
➢ CPU1217C: tích hợp 14 DI, 10 DO, 2 đầu vào AI(0-10V), 2 đầu ra AO, 2 cổng
PROFINET, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rợng thêm được 8 module
IO.
Chức năng:

Hình 1. 3 Chức năng một số CPU S7 1200
8


- Mợt 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 mợt cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngồi
ra có thể dùng các module truyền thong mở rợng 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 15.1 của Siemens.
- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã
bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI
1.1.2 PLC S7-1200 CPU 1214C
- Kích thước: 110 x 100 x 75
- Bộ nhớ người dùng:

Bộ nhớ làm việc: 50Kb
Bộ nhớl ưu trữ: 2Mb
Bộ nhớ Retentive: 2Kb
- Ngõ vào ra số: 14 In/10 Out
- Ngõ vào ra tương tự: 2 in
- Vùng nhớ Truy suất bit (M): 4096Byte
- Module tín hiệu mở rợng: 8
- Board tín hiệu/truyền thơng:1
- Module truyền thông: 3
- Bộ đếm tốc độ cao:
 1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ
 2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ
9


- Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2
- Truyền thông: Ethernet
- Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày
- Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 micro giây/lệnh
1.2 Giới thiệu các tập lệnh
1.2.1. Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)
1) Tiếp điểm thường hở
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
2) Tiếp điểm thường đóng
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0
Tốn hạng n: I, Q, M, L, D
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
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ
4) Lệnh OUT đảo
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
5) Lệnh logic NOT
Lệnh đảo trạng thái ngõ vào / ra
6) Lệnh SET
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 ngun trạng
thái.
Tốn hạng n: Q, M, L,
7) Lệnh Reset
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
8) Lệnh set nhiều bit
Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là OUT sẽ bằng 1 khi đầu vào
10


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
Tốn hạng OUT: Q, M, L, D
n : là hằng số
9) Lệnh reset nhiều bit
Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là OUT 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. Trong đó số bit là giá trị của n
Tốn hạng OUT: Q, M, L, D
n : là hằng số
10) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên
Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước khơng 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.
11) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống
Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước khơng ảnh hưởng đến “IN”
Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ 1 xuống 0
Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào “M_BIT”
Độ rộng của xung này bằng thời gian của mợt chu kì qt.
12) Lệnh SR fliplop
Mạch chốt RS ưu tiên Reset
13) Lệnh RS fliplop
Mạch chốt RS ưu tiên Set
1.2.2 Bộ Timer
Sử dụng lệnh Timer để tạo mợt 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.
1) Timer tạo xung - TP
11

Timer TP tạo một chuỗi xung với độ rộng xung đặt trước.
Thay đổi PT, IN không ảnh hưởng khi Timer đang chạy.
Khi đầu vào IN được tác động vào timer sẽ tạo ra mợt xung
có đợ rợng bằng thời gian đặt PT
2) Timer trễ sườn lên có nhớ - Timer TONR
Thay đổi PT không ảnh hưởng khi Timer đang vận hành, chỉ ảnh
hưởng khi timer đếm lại
Khi ngõ vào IN chuyển sang “FALSE” khi vận hành thì timer sẽ
dừng nhưng khơng đặt lại bợ định thì. Khi chân IN “TRUE” trở lại
thì Timer bắt đầu tính thời gian từ giá trị thời gian đã tích lũy.
3) Timer trễ khơng nhớ - TON
Khi ngõ vào IN ngừng tác đợng thì reset và dừng hoạt động Timer.
Thay đổi PT khi Timer vận hành khơng có ảnh hưởng gì
4) Timer trễ sườn xuống – TOF
Khi ngõ vào IN ngừng tác đợng thì reset và dừng hoạt
động Timer.
Thay đổi PT khi Timer vận hành khơng có ảnh hưởng gì
1.2.3. Bộ Counter
Lệnh Counter được dùng để đếm các sự kiện ở ngoài hay các sự kiện quá
trình ở trong PLC. Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu trữ của khối dữ liệu DB để
làm dữ liệu của Counter. Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy lệnh. Tầm giá trị đếm
phụ thuộc vào kiểu dữ liệu mà bạn chọn lựa. Nếu giá trị đếm là mợt số Interger
khơng dấu, có thể đếm xuống tới 0 hoặc đếm lên tới tầm giới hạn. Nếu giá trị đếm
là mợt số interder có dấu, có thể đếm tới giá trị âm giới hạn hoặc đếm lên tới một
số dương giới hạn.
1) Counter đếm lên - CTU
Giá trị bợ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyên
từ 0 lên 1. Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV>=PV. Nếu trạng
thái R = Reset được tác đợng thì bợ đếm CV = 0.
2) Counter đếm xuống – CTD

Giá trị bộ đếm được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên
1. Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV <=0. Nếu trạng thái LOAD
được tác đợng thì CV = PV.
3) Counter đếm lên xuống – CTUD

12


Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển
từ 0 lên 1. Ngõ ra QU được tác động lên 1 khi CV >=PV. Nếu trạng
thái R = Reset được
tác đợng thì bợ đếm CV = 0.
Giá trị bộ đếm CV được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0
lên 1. Ngõ ra QD được tác động lên 1 khi CV <=0. Nếu trạng thái
Load được tác đợng thì
CV = PV.
1.2.4. So sánh
1) Lệnh so sánh
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ là
mức 1 = TRUE
Kiểu dữ liệu so sánh là : SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String,
Char, Time, DTL, Constant.
Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1 =
IN2, IN1 >= IN2, IN1 <= IN2, IN1 < IN2, IN1 > IN2 hoặc IN1 <>
IN2
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ
là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngược lại
Kiểu dữ liệu so sánh là : SInt, Int, Dint, USInt,
UDInt, Real, LReal, String, Char, Time, DTL,
Constant.

2) Lệnh trong khoảng In – range
Tham số : MIN, VAL, MAX
Kiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real,
LReal, Constant
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh MIN<=VAL<=MAX
thỏa thì tác đợng mức cao và ngược lại
3) Lệnh ngoài khoảng out-of-range
Tham số : MIN, VAL, MAX
Kiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real,
LReal, Constant
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh MIN > VAL hoặc
MAX < VAL thỏa thì tác đợng mức cao và ngược lại
1.2.5. Tốn học
1) Lệnh tính toán

13


Cơng dụng : thực hiện phép tốn 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 phải chung định dạng
2) Lệnh cộng, trừ, nhân, chia
Lệnh cộng ADD : OUT = IN1 + IN2
Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 – IN2
Lệnh nhân MUL : OUT = IN1*IN2
Lệnh chia DIV : OUT = IN1/IN2
Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu : SInt, Int, Dint,
USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Constant
Tham số OUT có kiểu dữ liệu : SInt, Int, Dint, USInt, UInt,

UDInt, Real, LReal
Tham số ENO = 1 nếu khơng có lỗi xảy ra trong quá trình thực
thi. Ngược lại ENO = 0 khi có lỗi, mợt số lỗi xảy ra khi thực
hiện lệnh này :
-Kết quả tốn học nằm ngồi phạm vi của kiểu dữ liệu.
-Chia cho 0 (IN2 = 0)
-Real/LReal : Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau
đó được trả về NaN.
-ADD Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác
nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN
-SUB Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là INF cùng dấu, đây
là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN
-MUL Real/LReal : Nếu một trong 2 giá trị là 0 hoặc là INF,
đây là khai báo không hợp lệ và được trả về NaN.
-DIV Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN bằng không hoặc INF,
đây là khai báo không hợp lệ và được trả về NaN.
1.2.6. Di chuyển MOVE
1) Lệnh MOVE
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
14


1.2.7. Chuyển đổi
1) Lệnh CONV

Công dụng : chuyển đồi từ kiểu dữ liệu này sang kiểu dữ liệu khác
Tham số :
IN : giá trị ngõ vào
OUT : giá trị sau khi chuyển đổi
Khối NORM_X
Sử dụng khối NORM_X để chuyển giá trị số đầu vào thành % của
dải giá trị tuyến tính.

Khối SCALE_X
Sử dụng khối SCALE_X để chuyển giá trị % của dải giá trị thành
giá trị cần đo
1.3 FB, FC, Ngắt
1.3.1 Cấu trúc chương trình
Chương trình cho PLC S7 1200 được viết trong các khối OB, FB, FC trong đó khối
OB1(Main) được gọi tự động và thực thi theo chu kỳ.
Nếu chương trình điều khiển là lớn, thì ta có thể chia nhỏ chương trình thành các
khối chương trình nhỏ được bố trí theo chức năng, và dễ theo dõi.
Các khối chương trình được gọi từ các khối tổ chức OB, sau khi kết thúc khối
chương trình thì chúng sẽ nhảy về khối tổ chức đã gọi chúng.
Chương trình nhỏ có thể viết theo kiểu tuần tự.
Chương trình lớn có thể chia thành các khối chương trình OB, FB, FC, DB

Hình 1. 4 Cấu trúc các khối
15


1.3.2 Lập trình cấu trúc
Các khối sau đây được sử dụng cho lập trình cấu trúc:
1. OB(Organization Block): được hệ điều hành gọi theo chu kì và là giao diện giữa
chương trình và hệ điều hành

2. FB(Function Block): Mỗi lần gọi khối FB cần được cấp một vùng nhớ xác định
– khối dữ liệu DB mẫu. Dữ liệu trong khối DB sẽ được truy cập bởi các biến của
khối FB. Các vùng nhớ khác nhau được gán tới FB nếu nó được gọi nhiều lần.
3. FC(Function): FC khơng cần truy cập vùng nhớ, dữ liệu cục bộ của một khối FC
sẽ mất sau khi khối được thực hiện.
4. DB(Data Block): các khối DB được sử dụng để cung cấp vùng nhớ cho biến dữ
liệu, có 2 loại DB là Global DB và Instance DB.
Global DB – khối DB toàn cục có thể được OB, FB, FC đọc dữ liệu lưu trữ trong
chúng và các khối OB, FB, FC có thể ghi dữ liệu vào khối DB toàn cục .
Instance DB – khối DB mẫu chỉ được gán tới một FB xác định.
▪ Khối tổ chức OB:
• Đáp ứng mợt sự kiện xác định trong CPU và có thể ngắt sự thực thi của chương
trình chính. Khối thực thi theo chu trình của chương trình người dùng (OB 1) cung
cấp cấu trúc cơ bản dành cho chương trình.
• Nếu ta thêm các khối OB khác trong chương trình, các OB này sẽ ngắt sự thực thi
của OB 1. Các OB khác thực hiện các hàm đặc trưng, ví dụ như cho các tác vụ
khởi động, cho việc xử lý các ngắt và lỗi, hay cho việc thực thi chương trình đặc
trưng tại các khoảng thời gian dừng riêng biệt.
▪ Khối chức năng FB:
• Khối chức năng FB là mợt chương trình con được thực thi khi nó được gọi từ các
khối khác(OB, FB hay FC).
• Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FB và nhận dạng một khối dữ liệu
đặc trưng DB mà khối dữ liệu đó lưu trữ dữ liệu cho lần gọi riêng hay cho giá trị
mẫu của FB đó.

16


• Thay đổi DB mẫu cho phép một FB điều khiển sự hoạt động của một tổ hợp các
thiết bị. Ví dụ, mợt FB có thể điều khiển mợt vài máy bơm, với các DB mẫu chứa

các thông số vận hành riêng biệt của mỗi máy bơm hay van.

Hình 1. 5 Khối FB
▪ Khối chức năng FC:
• Khối chức năng (FC), là mợt chương trình con mà được thực thi khi nó được gọi
từ mợt khối mã khác (OB, FB hay FC). FC khơng có mợt khối dữ liệu DB mẫu đi
kèm
• Khối đang gọi chuyển tiếp các thơng số đến FC. Các giá trị ngõ ra từ FC phải
được ghi đến mợt địa chỉ nhớ

Hình 1. 6 Khối FC

17


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ TRẠM TRỘN BÊ
TƠNG
2.1 Tổng quan về bê tơng.
2.1.1 Khái niệm bê tơng.
Bê tông (gốc từ béton trong tiếng Pháp) là một loại đá nhân tạo, được hình thành
bởi việc trợn các thành phần: Chất liệu thơ, Chất liệu mịn, Chất kết dính,... theo
một tỷ lệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tơng).
Trong bê tơng, chất kết dính (xi măng + nước, nhựa đường, phụ gia...) làm vai trò
liên kết các cốt liệu thô (đá, sỏi,...đôi khi sử dụng vật liệu tổng hợp trong bê tông
nhẹ) và chất liệu mịn (thường là cát, đá mạt, đá xay,...) và khi đóng rắn, làm cho tất
cả thành một khối cứng như đá.
2.1.2. Thành phần cấu tạo bê tông.
a) Xi măng:
Xi măng là thành phần đặc biệt quan trọng của bê tông. Xi măng có nhiều
loại khác nhau, xi măng mác càng cao thì khả năng kết dính càng tốt và làm chất

lượng thiết kế bê tông tăng lên. Tuy nhiên giá thành của xi măng mác cao là rất
lớn. Vì vậy khi lựa chọn loại xi măng, ta vừa phải đảm bảo chất đúng yêu cầu kĩ
thuật, vừa phải giải quyết tốt bài tốn kinh tế.
b) Cát:
Cát dùng trong sản xuất bê tơng có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo,
kích thước hạt cát là từ 0.4 - 5 mm. Chất lượng cát phụ tḥc vào thành phần
khống, thành phần tạp chất, thành phần hạt… Trong thành phần của bê tông cát
chiếm khoảng 29%.
c) Đá dăm:
Đá dăm có nhiều loại tùy tḥc vào kích cỡ của đá, do đó tùy tḥc vào kích
cỡ của bê tơng mà ta chọn kích thước đá sao cho phù hợp. Trong thành phần bê
tông đá dăm chiếm khoảng 52%.
d) Nước:
18


Nước là thành phần quan trong không thể thiếu trong sản xuất bê tông. Nước dùng
trong sản xuất bê tông phải đáp ứng đủ tiêu chuẩn để không ảnh hưởng xấu đến
khả năng ninh kết của bê tông và chống ăn mòn kim loại.
e) Chất phụ gia:
Phụ gia sử dụng thường có dạng bợt, được chia ra 2 loại:
- Loại phụ gia hoạt động bề mặt: Được sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng
cải thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác
của bê tơng.
- Loại phụ gia rắn nhanh: Có khả năng rút ngắn q trình rắn chắc của bê tông
trong điều kiện tự nhiên cũng như nâng cao cường độ bê tông.
Hiện nay trong công nghệ sản xuất bê tơng người ta cịn sử dụng phụ gia đa chức
năng.
2.1.3. Các đặc tính của bê tơng.
a) Độ cứng của bê tông:

Độ cứng của bê tông là khả năng chống lại các lực tác đợng từ bên ngồi mà
khơng bị phá hoại, nó phản ánh khả năng chịu lực của bê tơng. Đợ cứng của bê
tơng phụ tḥc vào tính chất của xi măng, tỷ lệ nước và xi măng, phương pháp đổ
bê tông và điều kiện đông cứng.
Để đặc trưng cho độ cứng của bê tông người ta dùng “mác bê tông”. Mác
của một loại bê tông (ký hiệu M) là cường đợ chịu lực nén (tính theo N/cm2) của
mẫu bê tơng hình lập phương cạnh 15cm, tuổi 28 ngày được dưỡng hợ và thí
nghiệm theo điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt đợ 20oC ± 2oC), đợ ẩm khơng khí 90%
đến 100%.
Mác M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông và mọi kết cấu.
Tiêu chuẩn nhà nước quy định bê tơng có các mác thiết kế sau:
- Bê tông nặng: M100, M150, M200, M250, M300, M350, M400, M500, M600.
Bê tơng nặng có khối lượng riêng khoảng 1800 - 2500kg/m3 cốt liệu sỏi đá đặc
chắc.

19


- Bê tông nhẹ: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300. Bê tơng nhẹ có khối
lượng riêng trong khoảng 800 -1800kg/m3, cốt liệu là các loại đá có lỗ rỗng,
keramzit, xỉ quặng,...
Trong kết cấu bê tông cốt thép chịu lực phải dùng mác không thấp hơn
M150. Độ cứng của bê tơng tăng theo thời gian, đây là mợt tính chất đáng q của
bê tơng, đảm bảo cho cơng trình làm bằng bê tơng bền lâu hơn những cơng trình
làm bằng gạch, đá, gỗ, thép. Lúc đầu độ cứng bê tông tăng lên rất nhanh, sau đó
tốc đợ giảm dần. Trong môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) thuận lợi sự tăng đợ cứng có
thể kéo dài trong nhiều năm, trong điều kiện khơ hanh hoặc nhiệt đợ thấp thì đợ
cứng bê tông tăng không đáng kể.
b) Độ giãn nở của bê tơng:
Trong q trình rắn chắc, bê tơng thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra

trong nước và co lại trong khơng khí. Về giá trị tuyệt đối đợ co lớn hơn đợ nở 10
lần mợt giới hạn nào đó, đợ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tơng cịn hiện
tượng co ngót ln kéo theo hậu quả xấu.
Bê tơng bị co ngót do nhiều ngun nhân: trước hết là sự mất nước hoặc xi
măng, quá trình Cacbon hoá Hyđroxit trong đá xi măng. Hiện tượng giảm thể tích
tuyệt đối của hệ xi măng - nước. Co ngót là ngun nhân gây ra nứt, giảm cường
đợ, chống thấm và để ổn định của bê tông, và bê tơng cốt thép trong mơi trường
xâm thực. Vì vậy đối với những cơng trình có chiều dài lớn, để tránh nứt người ta
đã phân đoạn để tạo thành các khe co dãn.
c) Tính chống thấm của bê tơng:
Tính chống thấm của bê tông đặc trưng bởi độ thẩm thấu của nước qua kết
cấu bê tông. Độ chặt của bê tông ảnh hưởng quyết định đến tính chống thấm của
nó. Để tăng cường tính chống thấm phải nâng cao đợ chặt của bê tông bằng cách
đầm kỹ, lựa chọn tốt thành phần cấp phối hạt của cốt liệu, giảm tỷ lệ nước, xi măng
ở vị trí số tối thiểu. Ngồi ra để tăng tính chống thấm người ta cịn trợn bê tơng mợt
số chất phụ gia.
d) Q trình đơng cứng của bê tơng và biện pháp bảo quản:
Q trình đơng cứng của bê tơng phụ tḥc vào q trình đơng cứng của xi
măng thời gian đông kết bắt đầu không sớm hơn 45 phút. Vì vậy sau khi trợn bê
tơng xong cần phải đổ ngay để tranh hiện tượng vữa xi măng bị đông cứng trước
khi đổ thời gian từ lúc bê tông ra khỏi máy trộn đến lúc đổ xong một lớp bê tông
20


(khơng có tính phụ gia) khơng q 90' khi dùng xi măng pooclăng không quá 110',
khi dùng xi măng pooclăng xỉ, tro núi lửa, xi măng pulơlan. Thời gian vận chuyển
bê tông (kể từ lúc đổ bê tông ra khỏi máy trộn) đến lúc đổ vào khuôn và không nên
lâu quá làm cho vữa bê tông bị phân tầng.
2.2. Quy trình cơng nghệ.
a) u cầu chung:

Trạm trợn bê tơng xi măng là một tổng thành nhiều cụm và thiết bị, các cụm
thiết bị này phải phối hợp nhịp nhàng với nhau để hồ trợn các thành phần: cát, đá,
nước, phụ gia và xi măng tạo thành hỗn hợp bê tông xi măng. Mợt trạm trợn bê
tơng có các u cầu chung sau đây:
- Đảm bảo trộn và cung cấp được nhiều mác bê tông với thời gian điều chỉnh nhỏ
nhất.
- Cho phép sản xuất được sản xuất được hai loại hỗn hợp bê tông khô hoặc ướt.
- Hỗn hợp bê tông không bị tách nước hay bị phân tầng khi vận chuyển.
- Trạm làm việc êm không ồn, không gây ô nhiểm môi trường.
- Lắp dựng, sửa chữa đơn giản.
- Có thể làm việc ở hai chế đợ là tự đợng hoặc bằng tay.

Hình 2. 1 Trạm trộn bê tơng
b) Quy trình trộn bê tơng:
21


Quy trình chung của 1 trạm trợn đó là: Tập kết vật liệu → Định lượng vật
liệu → Đưa vào máy trộn → Trộn bê tông → Thu được bê tơng thành phẩm, đưa
đến cơng trường.
Ngun lý hoạt đợng

Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động
2.3 Nhiệm vụ thiết kế
Tầng 1: Gồm 5 khối đá, cát, nước, phụ gia và xi măng.
Tầng 2: Gồm bồn cân, băng tải và cảm biến load cell.
Tầng 3: Gồm bồn trộn bê tông và động cơ trộn.
Khởi động 5 van khối đá, cát, nước, phụ gia và xi măng sẽ xả -> Load Cell sẽ cân
đủ khối lượng đặt thì đóng. Các van đá, cát mở để xả xuống băng tải. Băng tải xả
xuống bồn trộn trong 10s và sau 5s khi xả hết băng tải sẽ dừng. Van xi măng sẽ xả

cùng lúc với van đá, cát xuống bồn trợn. Q trình trợng khơ sẽ bắt đầu trong vịng
10s đặt trước.
Tiếp tục sau khi xong trộn khô các van nước, phụ gia sẽ xả xuống bồn trợng tiếp
tục q trình trợn ướt trong 10s đặt trước. Sau khi hồn thành trợn ướt thì xi măng
22


được xả ra khỏi bồn đến xe vận chuyển. Quá trình được lặp đi lặp lại cho đến khi
hồn thành số mẻ đặt trước.
Lưu đồ thuật tốn

Hình 2. 3 Lưu đồ thuật toán

23


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PHẦM MỀM và THIẾT KẾ
WINCC
3.1 Tổng quan vè phần mềm thiết kế WinCC.
3.1.1 Giới thiệu chung
Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao
diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và
lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data
Aquisition) tḥc chun ngành tự đợng hóa.
WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy
trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các cơng cụ phần mềm để thiết lập
một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows
NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng các sản phẩm thiết
kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA
(SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển.

Hình 3. 1 Đặc tính mở của WinCC
WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, cơng ty hàng đầu trong tự đợng hóa q
trình, và năng lực của Microsoft, cơng ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm
cho PC. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mơ lớn
nhỏ khác nhau, WinCC cịn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy
mơ tồn cơng ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao
như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản
xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ
24


sở quy mơ tồn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế
giới. Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức.
3.1.2. Các đặc điểm chính.
a) Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến:
WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất. Nhờ sự cộng tác của Siemens và
Microsoft, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm
mà Microsoft là người dẫn đầu.
b) Hệ thống khách chủ với các chức năng SCADA:
Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người
dùng có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những hình ảnh
(picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể
dễ dàng được thiết lập.
c) Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp:
WinCC là một module trong hệ thống tự đợng hố, vì thế, có thể sử dụng nó để mở
rợng hệ thống mợt cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với mợt
máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân
tán với nhiều máy chủ (server).
Có thể phát triển tuỳ theo lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ. Một

loạt các module phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng dụng đã được
phát triển sẵn để người dùng chọn lựa khi cần.
d) Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn:
Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC. Tất cả các dữ liệu
về cấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển đựơc lưu giữ trong cơ
sở dữ liệu này. Người dùng có thể dễ dàng truy cập tới cơ sở dữ liệu của WinCC
bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database
Connectivity). Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng
và cơ sở dữ liệu khác chạy trên nền Windows.
e) Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC):
Các giao diện chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các
chương trình chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của WinCC. Các
tính năng như ActiveX control và OPC server và client cũng được tích hợp sẵn.
25