Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp với đề tài "Thiết kế mô hình thí nghiệm PLC S7-1200 Siemens" được thực hiện tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Cao đẳng Công Thương Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Việt Khoa trong khuôn khổ học phần Đồ án điều khiển 3. Theo trình bày của nhóm tác giả, đồ án là cột mốc nhằm đánh giá nhận thức tích lũy của sinh viên trong quá trình đào tạo, đồng thời kiểm tra năng lực vận dụng kiến thức lý thuyết vào việc phân tích, tổng hợp và xử lý các bài toán kỹ thuật thực tế trong lĩnh vực điều khiển tự động.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án bao gồm:

  1. Tổng hợp và lựa chọn danh mục thiết bị phần cứng để xây dựng hoàn chỉnh mô hình bàn thí nghiệm điều khiển logic.
  2. Tìm hiểu kiến trúc phần cứng dòng bộ điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-1200 của hãng Siemens, bao gồm các khối xử lý trung tâm (CPU), bo mạch tín hiệu mở rộng (Signal Board), các module xuất nhập số, tương tự và truyền thông.
  3. Nghiên cứu phương thức vận hành của phần mềm tích hợp SIMATIC STEP 7 Basic trong môi trường TIA Portal (phiên bản V11 và V12), thiết lập quy trình kết nối, cấu hình phần cứng, gán địa chỉ IP và nạp chương trình qua chuẩn mạng công nghiệp.
  4. Hệ thống hóa cấu trúc chương trình, cơ chế quét chu kỳ của CPU và toàn bộ tập lệnh lập trình điều khiển từ cơ bản đến nâng cao.
  5. Thiết lập giải thuật và xây dựng chương trình điều khiển cho hệ thống thiết bị chấp hành trên mô hình.

Đối tượng nghiên cứu là thiết bị điều khiển khả trình PLC Siemens S7-1200 (cụ thể là CPU 1212 AC/DC/RLY) phối hợp với các cơ cấu chấp hành điện khí nén, động cơ điện một chiều và cảm biến quang. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào không gian phòng thí nghiệm thực hành điều khiển tự động tại Khoa Điện – Điện tử thuộc Trường Cao đẳng Công Thương TP.HCM, phục vụ trực tiếp cho mục đích giảng dạy và học tập chuyên ngành.

Cơ sở lý thuyết và công nghệ điều khiển

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết điều khiển logic lập trình với đối tượng trọng tâm là dòng PLC SIMATIC S7-1200 do Siemens giới thiệu vào năm 2009 nhằm thay thế cho dòng sản phẩm tiền nhiệm S7-200. Các cơ sở kỹ thuật và công nghệ được tác giả sử dụng bao gồm:

  • Cấu trúc phần cứng PLC S7-1200: Thiết bị tích hợp một vi xử lý (microprocessor), bộ nguồn cấp tích hợp sẵn và các kênh ngõ vào/ngõ ra số (DI/DO). Thiết bị hỗ trợ mở rộng thông qua bo mạch tín hiệu gắn trực tiếp trên mặt trước CPU (Signal Board) giúp tăng số lượng điểm I/O mà không làm thay đổi kích thước vật lý của bộ điều khiển, cùng các module I/O số, module tương tự (Analog) và module truyền thông (hỗ trợ chuẩn nối tiếp RS485, RS232).
  • Chuẩn truyền thông công nghiệp: Thiết bị tích hợp sẵn cổng PROFINET hỗ trợ chuẩn Ethernet và giao thức mạng TCP/IP, cho phép kết nối trực tiếp với máy tính lập trình thông qua cáp mạng tiêu chuẩn.
  • Tính năng bảo mật: PLC S7-1200 cung cấp cơ chế bảo vệ quyền truy cập bằng mật mã (password) cho CPU và chương trình, kết hợp tính năng "know-how protection" nhằm khóa và bảo vệ bản quyền các khối thuật toán đặc biệt do người dùng tự xây dựng.
  • Nền tảng phần mềm TIA Portal và STEP 7 Basic: Môi trường kỹ thuật đồng bộ cho phép cấu hình thiết bị, cấu hình mạng, lập trình và chẩn đoán lỗi. Phần mềm hỗ trợ 3 ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn gồm Sơ đồ khối chức năng (FBD - Function Block Diagram), Ngôn ngữ hình thang (LAD - Ladder Logic) và Văn bản có cấu trúc (SCL - Structured Control Language), đồng thời tích hợp sẵn công cụ thiết kế giao diện vận hành màn hình HMI.
  • Cơ chế quét chương trình (Scan Cycle): Hoạt động của PLC diễn ra tuần hoàn theo chu trình khép kín gồm các bước: cập nhật tín hiệu từ các cổng vào vật lý tới vùng bộ đệm ảo ngõ vào (I) -> thực thi các lệnh chương trình từ đầu đến cuối khối OB1 -> chuyển nội dung từ vùng đệm ảo ngõ ra (Q) tới các cổng xuất vật lý -> thực hiện truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi hệ thống. Các lệnh truy xuất cổng tương tự (Analog) được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý thay vì thông qua vùng đệm ảo I/Q.
  • Cấu trúc khối chương trình:
    • Khối tổ chức (OB - Organization Blocks): Đóng vai trò giao tiếp giữa hệ điều hành CPU và chương trình người dùng, bao gồm Startup OB, Cycle OB, Timing Error OB, Diagnosis OB, Process Alarm OB, Time Interrupt OB và Time Delay Interrupt OB.
    • Hàm chức năng (FC - Functions): Các khối mã thực thi không lưu trữ dữ liệu nội tại (biến tạm thời bị giải phóng sau khi xử lý xong khối).
    • Khối hàm chức năng (FB - Function Blocks): Khối mã đi kèm vùng nhớ riêng được cấp phát qua khối dữ liệu thể hiện (Instance Data Block).
    • Khối dữ liệu (DB - Data Blocks): Cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu, phân thành Global DB (truy cập chung cho toàn bộ các khối OB, FB, FC) và Instance DB (gán cố định cho một FB xác định).

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng là phương pháp thiết kế kỹ thuật thực nghiệm: tính toán, lựa chọn vật tư linh kiện công nghiệp, tích hợp cơ - điện - khí nén trên một bàn gá mô hình, kết nối mạng giao tiếp và lập trình thử nghiệm từng nhóm lệnh điều khiển. Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu trích xuất từ tài liệu hướng dẫn kỹ thuật phần cứng S7-1200, tài liệu phần mềm SIMATIC STEP 7 Basic của Siemens và danh mục thiết bị thực hành tại xưởng trường.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Mô hình thí nghiệm được thiết kế dưới dạng bàn thực hành điều khiển tích hợp đầy đủ hệ thống cấp nguồn, bộ điều khiển trung tâm, thiết bị bảo vệ, giao diện nút bấm thao tác và các cơ cấu chấp hành cơ - điện - khí nén.

STT Tên thiết bị / linh kiện Số lượng Thông số và chức năng kỹ thuật
1 Cầu dao tự động (CB) một pha 01 Đóng cắt và cấp nguồn điện 1 pha cho hệ thống PLC
2 PLC Siemens S7-1200 01 Phiên bản CPU 1212 AC/DC/RLY, điều khiển logic trung tâm
3 Bộ nguồn DC 02 Điện áp ngõ ra 24V DC, cấp nguồn cho mạch điều khiển và chấp hành
4 Rơ-le trung gian (Relay) 07 Đóng vai trò tiếp điểm đệm cách ly và ghép nối tín hiệu
5 Cầu đấu dây domino 03 Phân nhánh và kết nối dây dẫn trong tủ điều khiển
6 Đèn báo pha/trạng thái 02 Hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống
7 Nút nhấn nhả 03 Nhập tín hiệu vận hành trực tiếp từ người thao tác
8 Van điện từ khí nén 5/2 02 Điều khiển đảo chiều dòng khí nén cho xi lanh
9 Pittong (xi lanh) khí nén 1 cửa 02 Tạo chuyển động tịnh tiến cho cơ cấu chấp hành
10 Động cơ điện một chiều (DC Motor) 01 Điện áp 24V DC, dẫn động băng tải hoặc cơ cấu quay
11 Cảm biến sợi quang 02 Phát hiện vật thể trên hành trình di chuyển
12 Dây cáp mạng Internet 01 Kết nối cổng RJ45 chuẩn TCP/IP giữa PLC và máy tính

Ngoài CPU chính, tài liệu còn khảo sát thông số của các bo mạch tín hiệu mở rộng lắp kèm:

  • Bo mạch tín hiệu số SB1223 DC/DC: Cung cấp thêm 2 ngõ vào số / 2 ngõ ra số (DI 2 x 24VDC 0.5A).
  • Bo mạch tín hiệu tương tự SB1232AQ: Cung cấp 1 ngõ ra analog (AO 1 x 12 bit, dải tín hiệu +/- 10VDC hoặc 0 – 20mA).

Quy trình triển khai và nạp chương trình từ máy tính xuống PLC qua phần mềm TIA Portal V12 được thực hiện theo 7 bước tuần tự:

  1. Nhấp đúp chuột vào biểu tượng phần mềm TIA Portal V12 trên màn hình máy tính.
  2. Chọn tác vụ "Create new project" để khởi tạo dự án kỹ thuật.
  3. Điền tên dự án vào mục "Project name" và nhấp chuột vào nút "Create".
  4. Chọn danh mục "Configure a device" để bắt đầu cấu hình phần cứng.
  5. Chọn tác vụ "Add new device" để mở danh mục phần cứng Siemens.
  6. Chọn đúng mã CPU PLC tương ứng với phần cứng thực tế (CPU 1212 AC/DC/RLY) rồi nhấn "Add".
  7. Giao diện Project cấu hình và soạn thảo chương trình mở ra.

Để giao tiếp giữa PLC và máy tính qua giao thức TCP/IP, địa chỉ IP của hai thiết bị phải cùng lớp mạng. Tác giả sử dụng tiện ích IP TOOL để gán địa chỉ IP ban đầu (khi PLC chưa có IP) hoặc chỉnh sửa cấu hình phần cứng HW Config (khi thiết bị đã có sẵn IP). Quá trình nạp chương trình diễn ra thông qua cửa sổ cấu hình "Type of the PG/PC interface" -> chọn card mạng giao tiếp PG/PC -> nhấp nút "Load" -> chọn trạng thái "Start all" cho CPU -> nhấn "Finish". Khi chương trình vận hành, chế độ "Monitor" trên thanh công cụ cho phép giám sát trực tuyến trạng thái các tiếp điểm và giá trị vùng nhớ.

Hệ thống biến điều khiển được quản lý chặt chẽ theo hai cấp độ:

  • Tag của PLC (Global Tag): Định nghĩa tại bảng Tag PLC, có phạm vi hoạt động trên toàn bộ các khối chức năng của CPU (nhận diện bằng dấu ngoặc kép "Tag"), gán cho các ngõ vào/ra nhị phân (I/Q) hoặc ô nhớ nội (M). Bảng tag quản lý các trường: Name, Data type, Address, Retain và Comment.
  • Tag Local (Local Tag): Khai báo tại giao diện khối hàm, chỉ có hiệu lực nội bộ bên trong khối được khai báo (nhận diện bằng ký tự thăng #Tag), dùng cho tham số ngõ vào/ra, dữ liệu static và dữ liệu tạm thời.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 là phần nội dung trọng tâm của đồ án, chiếm phần lớn dung lượng văn bản với việc trình bày toàn diện về cơ sở phần cứng, môi trường phần mềm và hệ thống tập lệnh của PLC S7-1200:

  • Thành phần mô hình: Trình bày danh mục gồm 12 thành phần phần cứng được gá lắp thực tế, phục vụ việc cấp nguồn 220V/24V, xử lý điều khiển và thao tác đóng ngắt cơ điện khí nén.
  • Kiến trúc PLC S7-1200: Phân tích lịch sử ra đời năm 2009, các ưu thế kỹ thuật về kích thước nhỏ gọn, cổng PROFINET, tính năng mã hóa mật khẩu, bảo vệ know-how và các tùy chọn bo mạch tín hiệu (SB1223 DC/DC, SB1232AQ).
  • Kỹ thuật phần mềm TIA Portal: Hướng dẫn chi tiết quy trình 7 bước tạo một dự án mới trên TIA Portal V12; quy tắc phân loại và cấu trúc quản lý biến Tag PLC và Tag Local; cách thức sử dụng công cụ IP TOOL để cấp phát/chỉnh sửa IP; các bước tải chương trình (download) và khởi động CPU; cơ chế giám sát chương trình trực tiếp (Monitor).
  • Cơ chế điều khiển và khối chương trình: Phân tích quy trình vòng quét CPU (Input Buffer -> OB1 -> Output Buffer -> Communication/Error check); phân loại và chức năng chi tiết của các khối cấu trúc: Organization Blocks (gồm Startup, Cycle, Timing Error, Diagnosis, Process Alarm, Time Interrupt, Time Delay Interrupt cùng cơ chế lệnh ATTACH/DETACH và SRT_DINT), Function (FC), Function Block (FB kèm Instance DB) và Data Block (Global DB và Instance DB).
  • Hệ thống tập lệnh chi tiết trong TIA Portal:
    1. Nhóm lệnh bit logic: Tiếp điểm thường hở, thường đóng; cuộn dây ngõ ra OUT, OUT đảo; lệnh logic NOT; lệnh SET, RESET; lệnh SET nhiều bit, RESET nhiều bit (sử dụng tham số n); tiếp điểm phát hiện sườn lên (dạng 1 và dạng 2 lưu trạng thái vào M_BIT, độ rộng xung bằng 1 chu kỳ quét); tiếp điểm phát hiện sườn xuống (dạng 1 và dạng 2); mạch chốt flip-flop SR (ưu tiên Reset) và RS (ưu tiên Set).
    2. Nhóm lệnh định thời (Timer): Kích thước dữ liệu Time là 32 bit (dạng số nguyên kép DInt, tầm định thời từ T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms), mỗi khối Timer tiêu tốn 16 byte cấu trúc dữ liệu IEC_Timer trong DB. Khảo sát 4 loại timer: TP (tạo xung có độ rộng cố định theo giá trị PT), TONR (trễ sườn lên có nhớ, giữ nguyên thời gian tích lũy khi ngõ vào IN về FALSE), TON (trễ sườn lên không nhớ, tự động xóa khi ngắt ngõ vào), TOF (trễ sườn xuống).
    3. Nhóm lệnh đếm (Counter): Sử dụng khối dữ liệu DB để lưu trữ, hỗ trợ kiểu số nguyên có dấu hoặc không dấu. Gồm CTU (đếm tăng ngõ vào CU, tác động ngõ ra Q khi CV >= PV), CTD (đếm giảm ngõ vào CD, tác động Q khi CV <= 0) và CTUD (đếm lên xuống kết hợp với hai ngõ ra QU và QD).
    4. Nhóm lệnh so sánh: So sánh bằng (==), khác (<>), lớn hơn hoặc bằng (>=), nhỏ hơn hoặc bằng (<=), nhỏ hơn (<), lớn hơn (>); lệnh kiểm tra trong khoảng In-range (MIN <= VAL <= MAX); ngoài khoảng Out-of-range (MIN > VAL hoặc MAX < VAL); lệnh kiểm tra tính hợp lệ của toán tử số thực OK và kiểm tra không hợp lệ NOT_OK.
    5. Nhóm lệnh toán học: Lệnh tính toán chung (Calculate); các phép toán số học ADD, SUB, MUL, DIV (quản lý cờ lỗi ENO khi kết quả tràn tầm dữ liệu, chia cho 0, hoặc giá trị NaN, INF); lệnh lấy phần dư Modulo (MOD); lệnh đổi dấu số học (NEG); lệnh tăng/giảm một đơn vị (INC/DEC); lệnh lấy trị tuyệt đối (ABS); lệnh chọn giá trị nhỏ nhất/lớn nhất (MIN/MAX, hỗ trợ tới 32 ngõ vào); lệnh giới hạn biên (LIMIT); các hàm toán học dấu chấm động.
    6. Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu (Move): Lệnh MOVE (di chuyển 1 giá trị), MOVE_BLK (sao chép mảng khối bộ nhớ theo số lượng COUNT), FILL (làm đầy khối bộ nhớ), SWAP (đảo thứ tự byte trong Word hoặc DWord).
    7. Nhóm lệnh chuyển đổi kiểu dữ liệu (Convert): Lệnh CONV (chuyển đổi kiểu); lệnh làm tròn số thực ROUND (làm tròn đến số nguyên chẵn gần nhất nếu ở chính giữa); lệnh cắt bỏ phần thập phân TRUNC; lệnh làm tròn lên số nguyên nhỏ nhất CEIL; lệnh làm tròn xuống số nguyên lớn nhất FLOOR.
    8. Nhóm lệnh điều khiển thực thi chương trình: Lệnh nhảy JUMP và nhãn chuyển tiếp LABEL; lệnh kết thúc thực thi khối RET; lệnh thiết lập lại bộ định thời giám sát quét chu kỳ CPU (Re-trigger); lệnh dừng CPU chuyển sang chế độ STOP; lệnh truy vấn lỗi hệ thống GET ERROR.
    9. Nhóm toán tử logic từ (Word logic): Các phép toán AND, OR, XOR từng bit giữa hai từ; lệnh đảo bit bù một INVERT; khối giải đa hợp và chọn kênh SEL (chọn IN0 hoặc IN1 theo tín hiệu điều khiển G), MUX (dồn kênh theo giá trị tham số K) và DEMUX.
    10. Nhóm lệnh dịch và xoay bit: Lệnh dịch phải bit SHR, dịch trái bit SHL; lệnh quay tròn bit sang phải ROR và quay tròn bit sang trái ROL với số bit dịch chuyển quy định qua tham số N.

Chương 2: Thiết kế chương trình

Chương 2 mở đầu bằng mục "I. Chương trình điều khiển", là phần chuyển tiếp từ việc nghiên cứu lý thuyết tập lệnh sang bước hiện thực hóa thuật toán điều khiển cho mô hình phần cứng gồm van khí nén, động cơ 24V và cảm biến sợi quang. Tuy nhiên, trong văn bản được cung cấp, nội dung chi tiết của Chương 2 chỉ mới dừng lại ở tiêu đề mục này.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã tổng hợp và xây dựng được các kết quả kỹ thuật cụ thể sau:

  • Xác định và thiết lập đầy đủ danh mục phần cứng cho một bàn thực hành điều khiển tự động gồm 12 chủng loại thiết bị: 01 CB một pha, 01 PLC S7-1200 CPU 1212 AC/DC/RLY, 07 rơ-le trung gian, 03 cầu đấu domino, 02 đèn báo, 03 nút nhấn, 02 bộ nguồn 24V DC, 02 van điện từ 5/2, 01 động cơ điện DC 24V, 02 xi lanh khí nén, 02 cảm biến quang và cáp mạng truyền thông.
  • Trình bày chính xác thông số kỹ thuật của 2 bo mạch mở rộng tín hiệu: SB1223 DC/DC (2 ngõ vào số/2 ngõ ra số 24VDC 0.5A) và SB1232AQ (1 ngõ ra analog 12 bit, dải +/-10VDC hoặc 0-20mA).
  • Chuẩn hóa quy trình 7 bước tạo lập dự án trên phần mềm TIA Portal V12, phương pháp thiết lập mạng qua IP TOOL và quy trình nạp/giám sát chương trình thông qua chuẩn kết nối Ethernet TCP/IP.
  • Hệ thống hóa toàn diện các tập lệnh điều khiển của dòng S7-1200 theo phân loại chức năng rõ ràng:
Nhóm tập lệnh Các lệnh tiêu biểu trong văn bản Đặc tính và thông số kỹ thuật chính
Bit Logic Thường hở, thường đóng, OUT, NOT, SET, RESET, P, N, SR, RS Thao tác trên ô nhớ nhị phân I, Q, M, L, D; lưu xung cạnh qua M_BIT
Bộ định thời (Timer) TP, TONR, TON, TOF Định dạng Time 32 bit (DInt: T#-14d... đến T#24d...), chiếm 16 byte DB
Bộ đếm (Counter) CTU, CTD, CTUD Kiểu số nguyên có dấu/không dấu; quản lý tín hiệu đếm CU/CD và reset
So sánh ==, <>, >=, <=, In-range, Out-of-range, OK, NOT_OK So sánh các kiểu SInt, Int, DInt, USInt, UDInt, Real, LReal, String, Time...
Toán học ADD, SUB, MUL, DIV, MOD, NEG, INC, DEC, ABS, MIN, MAX, LIMIT Kiểm tra trạng thái cờ lỗi ngõ ra ENO (chia 0, tràn vùng nhớ, NaN, INF)
Di chuyển (Move) MOVE, MOVE_BLK, FILL, SWAP Sao chép vùng nhớ đơn, sao chép mảng với tham số COUNT, hoán vị byte
Chuyển đổi (Convert) CONV, ROUND, TRUNC, CEIL, FLOOR Chuyển đổi dữ liệu số thực thành số nguyên chẵn gần nhất hoặc cắt phần thập phân
Điều khiển chương trình JUMP, LABEL, RET, Re-trigger, STOP, GET ERROR Can thiệp vòng quét CPU, quản lý thời gian giám sát và truy vấn lỗi khối
Word Logic & Dịch bit AND, OR, XOR, INVERT, SEL, MUX, SHR, SHL, ROR, ROL Thao tác cấp độ Word/DWord; dịch và quay bit theo số bước dịch N

Về mặt đóng góp, đề tài cung cấp tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống cao về cách thức cấu hình, tổ chức khối nhớ (OB, FC, FB, DB) và cẩm nang tra cứu cú pháp tập lệnh PLC S7-1200 trên TIA Portal. Đây là cơ sở thực nghiệm phục vụ trực tiếp cho sinh viên ngành Điện – Điện tử tại Trường Cao đẳng Công Thương TP.HCM trong các bài tập thực hành môn Đồ án điều khiển 3.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ trên nội dung văn bản fulltext được cung cấp, đề tài có những hạn chế và hướng phát triển sau:

  • Hạn chế của tài liệu: Văn bản dừng lại ở phần đầu Chương 2 (mục I. Chương trình điều khiển), do đó chưa thể hiện chi tiết mã lệnh chương trình (ngôn ngữ LAD, FBD hoặc SCL), bảng gán địa chỉ I/O cụ thể cho 12 thiết bị phần cứng của mô hình, cũng như các kết quả kiểm thử thực nghiệm chu trình vận hành tự động của piston và động cơ điện một chiều. Ngoài ra, phần mềm STEP 7 Basic được giới thiệu là có tích hợp thiết kế giao diện HMI nhưng văn bản chưa triển khai phần giao diện này.
  • Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp:
    1. Xây dựng hoàn chỉnh lưu đồ thuật toán và khối chương trình điều khiển phối hợp giữa cảm biến quang học, van điện từ khí nén 5/2 để điều khiển hai piston và động cơ 24V theo các kịch bản công nghệ tự động.
    2. Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển SCADA/HMI trên TIA Portal nhằm theo dõi trạng thái hệ thống từ máy tính.
    3. Mở rộng thử nghiệm truyền thông nối tiếp thông qua các module mở rộng RS485/RS232 hoặc kết nối mạng công nghiệp với các trạm PLC khác.

Giá trị tham khảo

Đồ án có giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên cao đẳng và đại học chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử: Tài liệu cung cấp tài liệu hướng dẫn cụ thể về quy trình thao tác với phần mềm TIA Portal (từ tạo dự án, gán địa chỉ IP mạng TCP/IP đến nạp và giám sát chương trình).
  • Người làm đồ án hoặc bài tập lớn về PLC Siemens: Phần phân tích cấu trúc khối chương trình (OB, FC, FB, Global DB, Instance DB) và bảng tra cứu chi tiết 10 nhóm tập lệnh (kèm theo điều kiện tác động của cờ lỗi ENO, quy tắc làm tròn số thực, kiểu dữ liệu timer/counter) là nguồn tham khảo trực tiếp phục vụ cho việc lập trình logic.
  • Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm và xưởng thực hành: Danh mục thiết bị phần cứng của mô hình là mẫu tham chiếu hữu ích cho việc thiết kế, lắp ráp các bàn thí nghiệm điều khiển điện khí nén quy mô nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí.

Câu hỏi thường gặp

1. PLC dòng SIMATIC S7-1200 được Siemens ra mắt vào năm nào và có những điểm nổi bật nào so với dòng S7-200?
Siemens giới thiệu dòng S7-1200 vào năm 2009 nhằm thay thế dần cho S7-200. Các ưu điểm nổi trội gồm: thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh mẽ; tích hợp sẵn cổng PROFINET hỗ trợ chuẩn Ethernet và giao thức TCP/IP; tích hợp bảo vệ bằng password chống truy cập và tính năng "know-how protection" để khóa các block chương trình đặc biệt; phần mềm lập trình TIA Portal tích hợp chung môi trường lập trình PLC và thiết kế giao diện HMI với 3 ngôn ngữ FBD, LAD và SCL.

2. Mô hình thí nghiệm trong đồ án sử dụng loại CPU nào và gồm những cơ cấu chấp hành, cảm biến nào?
Mô hình sử dụng CPU PLC S7-1200 mã hiệu CPU 1212 AC/DC/RLY. Các thiết bị chấp hành và cảm biến gồm có: 01 động cơ DC 24V, 02 van khí nén 5/2, 02 xi lanh (pittong) khí nén 1 cửa, 02 cảm biến sợi quang, kết hợp 07 rơ-le trung gian, 03 nút nhấn và 02 đèn báo.

3. Chu trình quét (vòng quét) của CPU PLC S7-1200 diễn ra theo các giai đoạn nào?
Mỗi vòng quét bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số vật lý tới vùng bộ đệm ảo ngõ vào I. Tiếp theo là giai đoạn thực hiện tuần tự các lệnh trong chương trình từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1. Kế tiếp, dữ liệu từ vùng bộ đệm ảo ngõ ra Q được chuyển tới các cổng ra số vật lý. Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Riêng các cổng vào/ra tương tự (Analog) được truy xuất trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm ảo.

4. Dữ liệu thời gian của khối Timer trong STEP 7 Basic được quy định như thế nào?
Mỗi khối Timer trong STEP 7 Basic tiêu tốn 16 byte dữ liệu cấu trúc IEC_Timer được lưu trữ trong một khối dữ liệu DB tự động tạo. Dữ liệu kiểu Time có kích thước 32 bit, lưu trữ dưới dạng số nguyên kép DInt, với tầm giá trị từ T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms.

5. Sự khác biệt cơ bản giữa Tag của PLC và Tag Local theo mô tả của đồ án là gì?
Tag của PLC có phạm vi sử dụng trên mọi khối chức năng của CPU, đại diện cho các ngõ vào/ra nhị phân và ô nhớ bit (I, Q, M), được định nghĩa trong bảng tag PLC và biểu thị bằng dấu ngoặc kép "Tag". Trong khi đó, Tag Local chỉ có giá trị sử dụng nội bộ bên trong khối chức năng mà nó được khai báo (dùng làm tham số khối, dữ liệu static hoặc biến tạm thời), được định nghĩa tại khối giao diện và biểu thị bằng dấu thăng #Tag.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế mô hình thí nghiệm PLC S7-1200 Siemens" của sinh viên Khoa Điện – Điện tử, Trường Cao đẳng Công Thương TP.HCM đã giải quyết trọn vẹn việc thiết lập cấu hình phần cứng mô hình thí nghiệm tích hợp điện khí nén và hệ thống hóa chi tiết môi trường lập trình TIA Portal V12. Đề tài cung cấp tài liệu toàn diện về cấu trúc hoạt động của CPU, cơ chế phân bổ vùng nhớ, cách thức kết nối giao tiếp qua chuẩn Ethernet TCP/IP và hệ thống các tập lệnh điều khiển từ cơ bản đến nâng cao. Đây là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao, đóng vai trò như tài liệu hướng dẫn kỹ thuật phục vụ đắc lực cho công tác thực hành và học tập môn Đồ án điều khiển 3.