Luận văn thạc sĩ về giám sát và điều khiển trạm bơm khu resort sử dụng PLC S7-1200

Luận văn thạc sĩ phân tích hcmute điều khiển và giám sát trạm bơm khu resort dùng plc s7 1200, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Tiêu Tấn Phước
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Văn Sỹ
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử - Truyền Thông
• Đề tài: Giám Sát Trạm Bơm Resort Bằng PLC S7-1200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
• 2.2. PHÂN LOẠI
• 2.3. HÌNH DẠNG BÊN NGOÀI (CPU 1214C)

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về giám sát trạm bơm resort

Giám sát trạm bơm resort là một phần quan trọng trong việc quản lý và điều hành hệ thống cấp nước cho các khu nghỉ dưỡng. Việc sử dụng PLC S7-1200 trong giám sát và điều khiển giúp tối ưu hóa quy trình hoạt động, đảm bảo cung cấp nước ổn định và tiết kiệm năng lượng. Hệ thống này không chỉ giúp theo dõi các thông số như áp suất và lưu lượng mà còn cho phép điều chỉnh hoạt động của bơm một cách tự động. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong quản lý trạm bơm không chỉ nâng cao hiệu quả mà còn giảm thiểu chi phí vận hành.

1.1. Tầm quan trọng của giám sát trạm bơm

Trạm bơm nước đóng vai trò thiết yếu trong việc cung cấp nước cho các khu resort. Việc giám sát liên tục giúp phát hiện sớm các vấn đề như rò rỉ hoặc áp suất không ổn định, từ đó có thể đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời. Hệ thống giám sát sử dụng cảm biến và PLC để thu thập dữ liệu, cho phép người quản lý theo dõi tình trạng hoạt động của trạm bơm từ xa. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp nước cho khách hàng.

II. Công nghệ PLC S7 1200 trong giám sát

Công nghệ PLC S7-1200 của Siemens được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp. Với khả năng mở rộng và tính linh hoạt cao, PLC S7-1200 cho phép kết nối với nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm biến tần và cảm biến. Hệ thống này hỗ trợ giao thức truyền thông Modbus RTU, giúp việc giao tiếp giữa các thiết bị trở nên dễ dàng hơn. Việc lập trình PLC cũng được thực hiện thông qua phần mềm TIA Portal, cho phép người dùng thiết kế giao diện điều khiển và lập trình các thuật toán điều khiển một cách trực quan.

2.1. Các tính năng nổi bật của PLC S7 1200

PLC S7-1200 có nhiều tính năng nổi bật như khả năng xử lý nhanh, dung lượng bộ nhớ lớn và khả năng kết nối mạng linh hoạt. Hệ thống này có thể mở rộng từ 10 đến 284 I/O, cho phép người dùng tùy chỉnh theo nhu cầu thực tế. Đặc biệt, với tính năng PID control, PLC S7-1200 có thể tự động điều chỉnh các thông số hoạt động của bơm, giúp duy trì áp suất ổn định trong hệ thống. Điều này không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn giảm thiểu sự cố trong quá trình vận hành.

III. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống giám sát

Hệ thống giám sát trạm bơm resort bằng PLC S7-1200 đã được triển khai tại HCMUTE, mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Việc giám sát và điều khiển tự động giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu chi phí vận hành. Hệ thống này cho phép người dùng theo dõi các thông số như áp suất, lưu lượng và trạng thái hoạt động của bơm một cách dễ dàng. Nhờ vào việc sử dụng cảm biến và biến tần, hệ thống có thể tự động điều chỉnh hoạt động của bơm theo nhu cầu sử dụng nước thực tế, từ đó tối ưu hóa quy trình cấp nước.

3.1. Lợi ích của việc tự động hóa trong quản lý trạm bơm

Tự động hóa trong quản lý trạm bơm mang lại nhiều lợi ích, bao gồm giảm thiểu nhân lực cần thiết cho việc giám sát, tăng cường độ chính xác trong việc điều khiển và giảm thiểu rủi ro do con người gây ra. Hệ thống giám sát tự động giúp phát hiện sớm các sự cố, từ đó có thể đưa ra các biện pháp khắc phục kịp thời. Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả hoạt động của trạm bơm mà còn đảm bảo cung cấp nước ổn định cho khu resort, đáp ứng nhu cầu của khách hàng.

Nội dung chính

Giới thiệu dự án

Trong ngành dịch vụ du lịch và nghỉ dưỡng cao cấp, hệ thống cấp nước sinh hoạt và cảnh quan đóng vai trò huyết mạch đối với trải nghiệm của khách hàng và hiệu quả vận hành. Theo các báo cáo kỹ thuật trong ngành quản lý tòa nhà và khu nghỉ dưỡng (Hospitality Facility Management), chi phí năng lượng dành cho hệ thống bơm nước và HVAC chiếm tới 35% – 45% tổng điện năng tiêu thụ toàn khu. Tuy nhiên, phần lớn các trạm bơm truyền thống tại các khu nghỉ dưỡng quy mô vừa và nhỏ vẫn vận hành theo phương thức đóng/cắt trực tiếp qua rơ-le áp suất cơ khí hoặc tiết lưu van cơ.

Phương thức vận hành cũ bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng (pain points):

• Hiện tượng búa nước (Water Hammer): Khi khởi động hoặc ngắt bơm trực tiếp qua khởi động từ (DOL - Direct On Line), áp suất thay đổi đột ngột gây sốc thủy lực, dẫn đến rò rỉ hoặc vỡ đường ống mạng nhánh cấp nước ngầm của resort.
• Áp suất đường ống thiếu ổn định: Sự thay đổi lưu lượng đột biến theo giờ cao điểm (sáng sớm và chiều tối) gây sụt áp cục bộ tại các khu biệt thự xa trạm bơm, trong khi giờ thấp điểm áp suất lại tăng quá cao gây lãng phí nước và mài mòn thiết bị.
• Tổn hao điện năng: Động cơ luôn chạy ở tần số định mức 50 Hz ngay cả khi nhu cầu tiêu thụ nước chỉ đạt 20% – 30% công suất tải.

                  SƠ ĐỒ TỔNG THỂ HỆ THỐNG TRẠM BƠM THÔNG MINH
                  
  +------------------------------------------------------------------+
  |                        HMI Weintek MT8070iH                      |
  |             (Giám sát SCADA nội bộ qua Ethernet/RS485)          |
  +---------------------------------+--------------------------------+
                                    | Profinet / RS485
  +---------------------------------v--------------------------------+
  |                     PLC Siemens S7-1200 (CPU 1214C)              |
  |                - Thuật toán điều khiển luân phiên / PID         |
  |                - Giao tiếp Modbus Master qua Board CB 1241       |
  +--------+------------------------------------------------+--------+
           | Modbus RTU (RS485 - 2 dây)                     | Tín hiệu Analog
           |                                                | (0-10V / 4-20mA)
  +--------v----------------------+               +---------v--------+
  |    2x Biến tần Sinamics V20   |               | Cảm biến áp suất |
  |   (Macro Cn011 - RS485 Modbus)|               |   SMC ISE50      |
  +--------+----------------------+               +---------+--------+
           | Ngõ ra 3 pha (U, V, W)                         | Đo áp suất tĩnh
  +--------v------------------------------------------------v--------+
  |           2x Động cơ bơm ly tâm 3 pha (0.75kW - 380VAC)         |
  |              Đường ống cấp nước chính mạng lưới Resort           |
  +------------------------------------------------------------------+

Mục tiêu dự án

1. Thiết kế và chế tạo trạm bơm tăng áp tự động: Tích hợp bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-1200 (CPU 1214C) và 02 biến tần Siemens Sinamics V20 để điều khiển luân phiên 02 bơm nước không đồng bộ 3 pha.
2. Xây dựng mạng truyền thông công nghiệp Modbus RTU: Kết nối điều khiển và thu thập dữ liệu giám sát giữa PLC và biến tần qua board truyền thông tín hiệu CB 1241 RS485, loại bỏ toàn bộ dây cáp điều khiển I/O analog rời rạc.
3. Phát triển giao diện trực quan HMI: Ứng dụng màn hình cảm ứng công nghiệp Weintek MT8070iH kết hợp phần mềm EasyBuilder8000 để giám sát thời gian thực các thông số: áp suất đường ống (bar), tần số biến tần (Hz), dòng điện động cơ (A) và trạng thái báo lỗi.
4. Tối ưu hóa năng lượng và ổn định áp lực: Duy trì sai số áp suất trên đường ống không vượt quá $\pm 0.1 \text{ bar}$ so với giá trị cài đặt ($SP - Setpoint$), giảm điện năng tiêu thụ tối thiểu 25% so với phương pháp chạy trực tiếp.

Phạm vi và giới hạn đề tài

• Phạm vi: Nghiên cứu lý thuyết truyền động điện, thiết kế thi công bảng tủ điện động lực - điều khiển, lập trình Ladder/SCL trên TIA Portal V13, thiết kế đồ họa HMI và thử nghiệm mô hình thực nghiệm với 02 động cơ bơm 3 pha.
• Giới hạn: Đồ án tập trung vào bài toán điều áp trạm bơm cục bộ của khu nghỉ dưỡng sử dụng cảm biến áp suất dải đo $0 - 1.0 \text{ MPa}$ ($0 - 10 \text{ bar}$), chưa tích hợp giao thức điều khiển từ xa qua nền tảng Cloud IoT hoặc Web SCADA diện rộng.

---

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí kỹ thuật	Phương pháp truyền thống (DOL + Rơ-le cơ)	Phương pháp Biến tần độc lập (Stand-alone Inverter)	Giải pháp Đề tài (PLC S7-1200 + V20 + Modbus RTU)
Độ ổn định áp suất	Dao động lớn ($\pm 0.5 - 1.0\text{ bar}$), phụ thuộc trễ rơ-le	Khá tốt ($\pm 0.2\text{ bar}$) nhờ PID tích hợp	Rất cao ($\pm 0.05 - 0.1\text{ bar}$) với thuật toán tối ưu
Tác động dòng khởi động	$I_{start} = (5 - 7) \times I_{dm}$, sụt áp lưới	$I_{start} \le I_{dm}$, tăng tốc êm theo dốc Ramp	Khởi động mềm hoàn toàn, điều khiển luân phiên giảm sốc
Dây dẫn kết nối	Đơn giản nhưng cồng kềnh, dễ nhiễu	Nhiều dây analog 0-10V/4-20mA và DI/DO	Tối giản hóa qua 02 dây mạng Modbus RS485
Khả năng mở rộng/SCADA	Không thể tích hợp dữ liệu	Hạn chế, cần thêm card truyền thông đắt tiền	Dễ dàng kết nối HMI, SCADA qua Ethernet/Profinet
Bảo vệ động cơ	Chỉ có rơ-le nhiệt cơ (cháy động cơ khi mất pha nhanh)	Bảo vệ toàn diện: quá áp, thấp áp, quá dòng, mất pha	Bảo vệ 2 lớp: từ biến tần Sinamics V20 và cảnh báo qua PLC

Phân loại yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW

• Must have (Bắt buộc): Điều khiển ổn định áp suất theo giá trị đặt; luân phiên thời gian chạy giữa 2 bơm; tự động chuyển sang bơm dự phòng khi bơm chính lỗi; nút dừng khẩn cấp cơ khí (Emergency Stop).
• Should have (Nên có): Truyền thông Modbus RTU đọc tham số động cơ (dòng điện, tần số, điện áp, mã lỗi); chế độ chuyển mạch linh hoạt Auto/Manual.
• Could have (Có thể mở rộng): Biểu đồ hiển thị lịch sử áp suất (Trend Curve); bộ đếm tổng giờ chạy động cơ phục vụ bảo trì định kỳ.
• Won't have (Chưa thực hiện đợt này): Tự động phát hiện rò rỉ đường ống ngầm qua thuật toán phân tích AI; điều khiển qua App di động.

Thiết kế hệ thống

Technology Stack và Phần cứng

+---------------------------------------------------------------------------------------+
| PHẦN MỀM LẬP TRÌNH & THIẾT KẾ:                                                       |
| - Siemens TIA Portal V13 (Lập trình PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/Relay)               |
| - Weintek EasyBuilder8000 v4.65.02 (Thiết kế giao diện HMI MT8070iH)                  |
+---------------------------------------------------------------------------------------+
| PHẦN CỨNG HỆ THỐNG:                                                                  |
| - PLC: SIMATIC S7-1200 CPU 1214C (Part No: 6ES7 214-1HG40-0XB0)                      |
|   + Bộ nhớ Work: 100 KB, Load: 4 MB, Tốc độ xử lý: 0.08 us/lệnh logic                |
|   + Tích hợp 14 DI 24VDC / 10 DO Relay / 2 AI (0-10VDC)                               |
| - Module mở rộng: Board truyền thông CB 1241 RS485 (6ES7 241-1CH30-1XB0)              |
| - Biến tần: 02 x Siemens Sinamics V20 (6SL3210-5BB17-5UV0), 0.75 kW, 1-phase 230VAC   |
| - Màn hình HMI: Weintek MT8070iH (7 inch TFT, 800x480, Flash 128MB, RAM 64MB)        |
| - Cảm biến áp suất: SMC ISE50 Series (Áp suất tĩnh 0 - 1.0 MPa, ngõ ra 1 - 5VDC)      |
| - Bộ nguồn: MeanWell Tổ ong 24VDC - 5A (Cấp nguồn điều khiển PLC, HMI, Sensor)       |
+---------------------------------------------------------------------------------------+

Thiết kế mạng truyền thông Modbus RTU và bản đồ thanh ghi (Register Map)

Hệ thống sử dụng mạng truyền thông 2 dây RS485 với các thông số cấu hình: Baudrate = 9600 bps, Parity = None, Data Bits = 8, Stop Bits = 1. Địa chỉ trạm (Node Address): Biến tần 1 = Slave 1, Biến tần 2 = Slave 2.

+---------------------------------------------------------------------------------------+
|                      BẢN ĐỒ THANH GHI MODBUS RTU TRÊN BIẾN TẦN V20                   |
+------------+-------------+-----------+------------------------------------------------+
| Địa chỉ    | Kiểu dữ liệu| Quyền truy| Chức năng chi tiết                             |
| Modbus     | (Data Type) | xuất      |                                                |
+------------+-------------+-----------+------------------------------------------------+
| 40099 (1)  | WORD        | Read      | Control Word 1 (Trạng thái lệnh điều khiển)    |
| 40100 (2)  | INT         | Read/Write| Speed Setpoint (HSW: 0 - 16384 ứng với 0-50Hz) |
| 40110 (11) | WORD        | Read      | Status Word 1 (ZSW: Trạng thái đóng ngắt/sẵn)  |
| 40111 (12) | INT         | Read      | Actual Frequency (HIW: Tần số thực tế)         |
| 40112 (13) | INT         | Read      | Actual Current (Dòng điện thực tế r0027)       |
| 40113 (14) | INT         | Read      | Actual Voltage (Điện áp ra r0025)              |
| 40114 (15) | WORD        | Read      | Fault Code (Mã lỗi r0947)                      |
+------------+-------------+-----------+------------------------------------------------+

Phương pháp nghiên cứu và triển khai (Methodology)

Quy trình phát triển đồ án được triển khai theo mô hình chu trình khép kín kết hợp kiểm định thực nghiệm:

[Khảo sát thực tế trạm bơm] 
       │
       ▼
[Tính toán tải thủy lực & Chọn thiết bị (PLC, Inverter, Sensor, Bơm)] 
       │
       ▼
[Thiết kế sơ đồ nguyên lý & Gia công cơ khí bảng tủ điện] 
       │
       ▼
[Cấu hình Macro V20 & Lập trình TIA Portal / EasyBuilder8000] 
       │
       ▼
[Thử nghiệm đóng cắt tĩnh & Hiệu chuẩn truyền thông RS485] 
       │
       ▼
[Chạy thử có tải với mạng đường ống & Tối ưu tham số PID]

Ma trận đánh giá rủi ro và giải pháp khắc phục

• Rủi ro 1: Nhiễu điện từ (EMI) từ ngõ ra biến tần ảnh hưởng tín hiệu RS485 và cảm biến.
  • Giải pháp: Sử dụng cáp xoắn đôi có vỏ bọc kim (STP), nối đất (PE) một đầu chuẩn xác tại thanh cái tiếp địa tủ điện, lắp điện trở đầu cuối $120,\Omega$ tại hai điểm mút của mạng RS485.
• Rủi ro 2: Treo truyền thông Modbus Master khi một biến tần bị ngắt nguồn đột ngột.
  • Giải pháp: Thiết lập bộ định thời giám sát lỗi Timeout ($100 \text{ ms}$) trong PLC, tự động bỏ qua lượt quét và reset trạng thái khối hàm MB_MASTER mà không làm gián đoạn chu kỳ quét của CPU.

---

Implementation và kết quả

Quá trình phát triển và Thuật toán điều khiển

Cài đặt cấu hình biến tần Sinamics V20

Hệ thống sử dụng tính năng nạp nhanh thông qua Macro có sẵn của Siemens:

• Connection Macro Cn011: Chế độ điều khiển hoàn toàn bằng mạng truyền thông Modbus RTU qua giao tiếp RS485 (Terminals: P+, N-, 0V).
• Application Macro AP010: Tối ưu hóa cho ứng dụng tải bơm ly tâm (Pump Application), thiết lập đặc tuyến mô-men xoay chiều theo bình phương tốc độ (Parabolic U/f characteristic).

+------------------------------------------------------------------------------------+
| CÀI ĐẶT THAM SỐ ĐỘNG CƠ TRÊN BIẾN TẦN V20 (SETUP MENU)                            |
+---------+--------------------+---------------+-------------------------------------+
| Mã tham | Giá trị cài đặt    | Đơn vị        | Giải thích ý nghĩa                  |
| số      |                    |               |                                     |
+---------+--------------------+---------------+-------------------------------------+
| P0010   | 1 (hoặc 30 để rst) | -             | Commissioning Parameter (Cài đặt)   |
| P0100   | 0                  | -             | Chuẩn Châu Âu: 50 Hz, Công suất kW  |
| P0304   | 380                | V             | Điện áp định mức động cơ 3 pha      |
| P0305   | 2.10               | A             | Dòng điện định mức động cơ          |
| P0307   | 0.75               | kW            | Công suất định mức                  |
| P0310   | 50.00              | Hz            | Tần số định mức                     |
| P0311   | 1410               | RPM           | Tốc độ quay định mức rotor          |
| P2010   | 6                  | -             | Baudrate Modbus RTU = 9600 bps      |
| P2014   | 1000               | ms            | Modbus Timeout Monitoring           |
+---------+--------------------+---------------+-------------------------------------+

Đo đạc áp suất và thuật toán chuyển đổi Analog

Nguyên lý đo áp suất tĩnh dựa trên định nghĩa áp lực tác dụng vuông góc lên diện tích thành ống:

$$p = \frac{dF}{ds}$$

Tín hiệu điện áp ngõ ra của cảm biến ISE50 ($1 - 5 \text{ VDC}$) tỉ lệ tuyến tính với dải áp suất $0 - 1.0 \text{ MPa}$ ($0 - 10 \text{ bar}$). Bộ chuyển đổi Analog tích hợp trên CPU 1214C chuyển đổi điện áp $0 - 10 \text{ VDC}$ thành giá trị số nguyên $0 - 27648$.

Đoạn mã Structured Control Language (SCL) trên TIA Portal V13 tính toán chuẩn hóa áp suất thực tế:

// ====================================================================
// KHỐI XỬ LÝ TÍN HIỆU CẢM BIẾN ÁP SUẤT VÀ CHUẨN HÓA VỀ ĐƠN VỊ BAR
// Tín hiệu ngõ vào Analog: %IW64 (0..10V ứng với 0..27648)
// Cảm biến ISE50 xuất: 1V = 0.0 bar, 5V = 10.0 bar (ứng với RAW: 2765..13824)
// ====================================================================
FUNCTION_BLOCK "FB_Pressure_Scaling"
VAR_INPUT
    raw_input : INT;        // Giá trị nhận trực tiếp từ thẻ AI (%IW64)
END_VAR
VAR_OUTPUT
    pressure_bar : REAL;   // Giá trị áp suất ngõ ra (bar)
    sensor_fault : BOOL;   // Cờ báo đứt dây cảm biến (< 0.8V)
END_VAR
VAR_TEMP
    norm_val : REAL;
END_VAR

BEGIN
    // Kiểm tra đứt dây hoặc lỗi cảm biến (1V tương ứng RAW xấp xỉ 2765)
    IF raw_input < 2000 THEN
        sensor_fault := TRUE;
        pressure_bar := 0.0;
    ELSE
        sensor_fault := FALSE;
        // Chuẩn hóa tuyến tính dải đo 1V..5V (2765..13824) ra 0.0..10.0 Bar
        norm_val := INT_TO_REAL(raw_input - 2765) / REAL#(13824.0 - 2765.0);
        IF norm_val < 0.0 THEN norm_val := 0.0; END_IF;
        IF norm_val > 1.0 THEN norm_val := 1.0; END_IF;
        
        pressure_bar := norm_val * 10.0; // Áp suất thực tế tính bằng Bar
    END_IF;
END_FUNCTION_BLOCK

Xử lý truyền thông Modbus Master điều khiển Biến tần V20

Hệ thống sử dụng các khối hàm hệ thống MB_COMM_LOAD để khởi tạo cổng RS485 và MB_MASTER để gửi/nhận bức điện (Telegram) điều khiển động cơ luân phiên.

// ====================================================================
// TRÍCH ĐOẠN KHỞI TẠO VÀ GỬI LỆNH ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN QUA MODBUS RTU
// Khối MB_MASTER gửi thanh ghi Control Word (STW) và Tốc độ đặt (HSW)
// ====================================================================

// 1. Khởi tạo cấu hình mạng truyền thông
"MB_COMM_LOAD_DB"(
    REQ := "FirstScan",
    "PORT" := 269,               // Địa chỉ phần cứng Board CB 1241
    BAUD := 9600,
    PARITY := 0,                 // 0 = None
    FLOW_CTRL := 0,
    RTS_ON_DLY := 0,
    RTS_OFF_DLY := 0,
    RESP_TO := 200,              // Timeout 200ms
    MB_DB := "MB_MASTER_DB"
);

// 2. Gửi bức điện điều khiển Run/Speed tới Biến tần 1 (Slave Address: 1)
"MB_MASTER_DB"(
    REQ := "Clock_5Hz" AND "Step_Send_V20_1",
    MB_ADDR := 1,                // Slave ID = 1 (Biến tần 1)
    MODE := 1,                   // Mode 1: Ghi dữ liệu (Write)
    DATA_ADDR := 40100,          // Thanh ghi bắt đầu ghi
    DATA_LEN := 2,               // Độ dài 2 Words: [Control Word, Speed Setpoint]
    DATA_PTR := "DB_V20_Control".V20_1_WriteData,
    DONE => "Send_Done_1",
    BUSY => "Send_Busy_1",
    ERROR => "Send_Err_1",
    STATUS => "Send_Status_1"
);

       LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN LUÂN PHIÊN & ỔN ÁP TRẠM BƠM
       
                     ┌──────────────────┐
                     │   Bắt đầu (RUN)  │
                     └─────────┬────────┘
                               ▼
               ┌───────────────────────────────┐
               │ Đọc cảm biến áp suất P (bar)  │
               │ & Đọc trạng thái 02 Biến tần  │
               └───────────────┬───────────────┘
                               ▼
               ┌───────────────────────────────┐
               │ Chế độ hoạt động (AUTO/MAN)?  │
               └───────────────┬───────────────┘
                     AUTO      │      MAN
            ┌──────────────────┴──────────────────┐
            ▼                                     ▼
  ┌───────────────────┐                 ┌───────────────────┐
  │ Tính sai số:      │                 │ Điều khiển ON/OFF │
  │ e = P_set - P_doc │                 │ thủ công từng bơm │
  └─────────┬─────────┘                 │ từ nút bấm HMI    │
            ▼                                   └─────────┬─────────┘
  ┌───────────────────────────────────┐                   │
  │ Thuật toán luân phiên thời gian:  │                   │
  │ - Chạy Bơm 1 (Master), Bơm 2 Stop │                   │
  │ - Đổi Bơm sau mỗi chu kỳ T_switch │                   │
  └─────────┬─────────────────────────┘                   │
            ▼                                             │
    /───────────────\                                     │
   /   P_doc < SP?   \   CÓ                               │
   \   (Thiếu áp)    / ──────► Tăng tần số biến tần f (Hz)│
    \───────────────/          (Tối đa 50.0 Hz)           │
            │ KHÔNG                                       │
            ▼                                             │
    /───────────────\                                     │
   /   P_doc > SP?   \   CÓ                               │
   \   (Thừa áp)     / ──────► Giảm tần số biến tần f (Hz)│
    \───────────────/          (Duy trì áp tối thiểu)     │
            │                                             │
            ▼                                             │
  ┌───────────────────────────────────┐                   │
  │ Gửi lệnh điều khiển Modbus RTU    │◄──────────────────┘
  │ tới biến tần V20 qua Board CB1241 │
  └─────────────────┬─────────────────┘
                    ▼
  ┌───────────────────────────────────┐
  │ Xuất dữ liệu lên HMI Weintek      │
  │ MT8070iH & Lặp lại chu kỳ quét    │
  └───────────────────────────────────┘

Kiểm nghiệm và Đánh giá kết quả thực nghiệm

Mô hình đã được thử nghiệm liên tục trong 120 giờ tại phòng thực hành Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM với các kịch bản tải thực tế:

+------------------------------------------------------------------------------------+
| BẢNG DỮ LIỆU ĐO KIỂM THỰC NGHIỆM VẬN HÀNH HỆ THỐNG TRẠM BƠM                       |
+---------------------+-------------+-------------+---------------+------------------+
| Kịch bản kiểm tra   | Áp suất đặt | Áp suất thực| Tần số đáp    | Độ lệch áp suất  |
| (Nhu cầu xả nước)   | (Setpoint)  | tế đo được  | ứng trung bình| lớn nhất         |
+---------------------+-------------+-------------+---------------+------------------+
| Tải tĩnh (Khóa van) | 2.50 bar    | 2.50 bar    | 18.5 Hz       | $\pm 0.02\text{ bar}$ |
| Mở 1 van xả (Nhẹ)   | 2.50 bar    | 2.48 bar    | 32.0 Hz       | $\pm 0.04\text{ bar}$ |
| Mở 2 van xả (Mạnh)  | 2.50 bar    | 2.45 bar    | 47.5 Hz       | $\pm 0.08\text{ bar}$ |
| Đột biến ngắt van   | 2.50 bar    | 2.58 bar    | Giảm về 20Hz  | $+ 0.08\text{ bar}$ |
| Sự cố Bơm 1 (Trip)  | 2.50 bar    | 2.42 bar    | Bơm 2 chạy    | Phục hồi sau 2.8s|
+---------------------+-------------+-------------+---------------+------------------+

   BIỂU ĐỒ ĐÁP ỨNG ÁP SUẤT VÀ TẦN SỐ KHI CÓ NHIỄU TẢI ĐỘT BIẾN (MỞ/ĐÓNG VAN XẢ)
   
  Áp suất (Bar)
   3.0 ┤
       │
   2.5 ┼─────────────────┐            ┌─────────────────────────── [SP = 2.5 Bar]
       │                 │   Mở van   │  ▲ Đóng van đột ngột
   2.0 ┤                 └───┐ đột ngột│  │
       │                     └────────┘  │ (Áp vọt lố nhẹ +0.08 Bar,
   1.5 ┤                                 └─► biến tần giảm tốc tức thì)
       └─┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────► Thời gian (s)
         0         5        10        15        20        25
         
  Tần số V20 (Hz)
   50  ┤                               ┌─────────┐
       │                               │         │
   35  ┤                  ┌────────────┘         └────────────┐
       │                  │ (Tăng tốc bù áp)                  │
   20  ┼──────────────────┘                                   └───── [Duy trì 20Hz]
       └─┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────┬─────────► Thời gian (s)
         0         5        10        15        20        25

• Thời gian đáp ứng của vòng điều khiển: Chu kỳ cập nhật dữ liệu Modbus RTU giữa PLC và 02 biến tần đạt $45 \text{ ms} - 60 \text{ ms}$, đáp ứng tức thời trước các biến động áp suất.
• Khả năng triệt tiêu búa nước: Thời gian tăng/giảm dốc tốc độ ($T_{acc} = 5.0\text{ s}, T_{dec} = 8.0\text{ s}$) loại bỏ hoàn toàn tiếng ồn và hiện tượng rung lắc giật cục trên tuyến ống PVC.

---

Đổi mới và đóng góp

1. Đột phá về cấu trúc mạng điều khiển truyền thông số: Thay vì phương pháp truyền thống phải sử dụng 08 đầu dây tín hiệu điều khiển analog và logic cho mỗi biến tần (chân AI1, AI2, DI1..DI4, DO1), hệ thống chỉ sử dụng duy nhất một tuyến cáp 2 dây chuẩn RS485 chuẩn công nghiệp. Giải pháp này giúp cắt giảm 75% khối lượng dây đấu nối trong tủ điện và loại bỏ hoàn toàn hiện tượng sụt áp, nhiễu tín hiệu tương tự thường gặp trong môi trường công nghiệp.
2. Thuật toán điều khiển luân phiên thông minh (Smart Alternation): Hệ thống tự động hoán đổi vai trò bơm chính/bơm phụ theo chu kỳ vận hành đặt trước (ví dụ: sau mỗi 6 giờ hoạt động), cân bằng độ hao mòn cơ khí của vòng bi và phốt bơm, giúp nâng cao tuổi thọ của hệ thống bơm thêm 45%.
3. Tiết kiệm năng lượng định lượng rõ ràng: Theo lý thuyết cơ học chất lưu và quy luật đồng dạng của bơm ly tâm:

$$\frac{P_1}{P_2} = \left(\frac{n_1}{n_2}\right)^3 = \left(\frac{f_1}{f_2}\right)^3$$

Khi nhu cầu nước ban đêm giảm, biến tần hạ tần số từ định mức $50\text{ Hz}$ xuống $35\text{ Hz}$ (tốc độ $n$ giảm tương đương 30%), công suất tiêu thụ điện thực tế giảm xuống chỉ còn:

$$P_{night} = P_{rate} \times (35/50)^3 = 0.343 \times P_{rate}$$

Hệ thống đã tiết kiệm được tới 65.7% điện năng tiêu thụ trong khung giờ thấp điểm so với việc đóng ngắt trực tiếp.

---

Ứng dụng thực tế và triển khai

Kịch bản triển khai tại Resort cao cấp

Trong thực tế, một khu resort diện tích 5 – 10 hecta bao gồm:

• Khu tòa nhà điều hành & Nhà hàng trung tâm.
• 30 – 50 căn Bungalow / Villa biệt lập trải dài theo bãi biển hoặc triền đồi.
• Hệ thống tưới cây tự động và hồ bơi vô cực.

Trạm bơm sử dụng mô hình PLC S7-1200 sẽ đóng vai trò trung tâm áp lực:

• Khung giờ 06:00 – 09:00 & 17:00 – 20:00 (Cao điểm sinh hoạt): Hai biến tần tự động tăng tốc lên $45 - 50\text{ Hz}$ để đảm bảo áp suất $3.0\text{ bar}$ cung cấp đồng đều tới các biệt thự ở xa nhất.
• Khung giờ 23:00 – 05:00 (Đêm khuya): Tự động chuyển về chế độ "Sleep Mode" tiết kiệm năng lượng, chỉ 01 bơm duy trì ở tần số thấp $18 - 20\text{ Hz}$ để bù rò rỉ đường ống.
• Khung giờ 14:00 – 16:00 (Tưới cây tự động): PLC nhận tín hiệu mở van điện từ tưới cảnh quan, tự động điều chỉnh tốc độ bơm bù lượng lưu lượng hao hụt mà không làm tụt áp sinh hoạt.

                   SƠ ĐỒ PHÂN BỔ MẠNG CẤP NƯỚC THỰC TẾ RESORT
                   
                          ┌───────────────────────────┐
                          │   Bể chứa nước ngầm 500m³ │
                          └─────────────┬─────────────┘
                                        │
                                        ▼
                          ┌───────────────────────────┐
                          │  Trạm bơm tăng áp tự động │
                          │ (PLC S7-1200 + V20 Modbus)│
                          └─────────────┬─────────────┘
                                        │
             ┌──────────────────────────┼──────────────────────────┐
             ▼                          ▼                          ▼
   ┌───────────────────┐      ┌───────────────────┐      ┌───────────────────┐
   │ Phân khu Villa A  │      │ Phân khu Villa B  │      │ Cảnh quan hồ bơi  │
   │ (Khu vực giáp biển│      │ (Khu vực đồi cao) │      │ & Tưới cây tự động│
   └───────────────────┘      └───────────────────┘      └───────────────────┘

Phân tích hiệu quả kinh tế và thời gian thu hồi vốn (ROI)

• Chi phí đầu tư phần cứng (CAPEX):
  • PLC S7-1200 CPU 1214C + Board CB 1241: ~7.500.000 VNĐ.
  • 02 Biến tần Siemens V20 0.75kW: ~6.000.000 VNĐ.
  • Màn hình HMI Weintek 7 inch MT8070iH: ~4.500.000 VNĐ.
  • Tủ điện, khí cụ đóng cắt, cảm biến áp suất ISE50: ~5.000.000 VNĐ.
  • Tổng chi phí đầu tư: ~23.000.000 VNĐ.
• Hiệu quả vận hành (OPEX): Tiết kiệm trung bình 15 kWh điện/ngày đối với hệ thống bơm 2.2kW thực tế. Với đơn giá điện kinh doanh 2.800 VNĐ/kWh, số tiền tiết kiệm mỗi năm khoảng 15.330.000 VNĐ.
• Thời gian hoàn vốn (Payback Period): $23.000.000 / 15.330.000 \approx \mathbf{1.5 \text{ năm}}$ (18 tháng), chưa tính chi phí tiết kiệm được do giảm thiểu sự cố nứt vỡ đường ống.

---

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế hiện tại

• Mô hình thử nghiệm tại phòng Lab sử dụng bơm công suất nhỏ ($0.5\text{ HP}$), động cơ 3 pha kéo tải mô phỏng nên các thông số nhiệt độ động cơ và rung lắc chưa phản ánh hoàn toàn tải công nghiệp nặng.
• Hệ thống HMI giao tiếp nội bộ trong trạm điều khiển, chưa có kênh truyền không dây tầm xa (Wireless/LoRa) để giám sát các đồng hồ nước nhánh tại từng biệt thự.

Hướng phát triển đề xuất

1. Nâng cấp thuật toán điều khiển PID chuyên sâu trên TIA Portal: Tích hợp khối hàm PID_Compact với tính năng tự động dò tìm thông số (Autotuning) để thích ứng linh hoạt hơn khi đặc tính hệ thống mạng ống nước thay đổi.
2. Mở rộng kết nối IoT / Cloud SCADA: Tích hợp bộ chuyển đổi Gateway IIoT (Industrial IoT) truyền dữ liệu qua giao thức MQTT lên máy chủ đám mây (AWS / ThingSpeak), cho phép người quản lý resort giám sát trạng thái lưu lượng, áp lực nước trực tiếp trên điện thoại thông minh mọi lúc, mọi nơi.
3. Thuật toán dự báo rò rỉ nước: Tích hợp thêm cảm biến đo lưu lượng điện từ ngõ ra để so sánh tương quan giữa áp suất và lưu lượng tức thời, tự động gửi cảnh báo khi phát hiện rò rỉ đường ống ngầm.

---

Đối tượng hưởng lợi

• Sinh viên chuyên ngành Tự động hóa / Kỹ thuật Điện - Điện tử: Nắm vững trọn vẹn quy trình thiết kế hệ thống điều khiển thực tế, làm chủ công nghệ lập trình PLC S7-1200, truyền thông Modbus RTU và thiết kế giao diện HMI chuyên nghiệp.
• Kỹ sư vận hành và bảo trì tòa nhà (MEP Engineers): Có được tài liệu tham khảo chi tiết về sơ đồ nguyên lý, cấu hình tham số biến tần Sinamics V20 và giải pháp khắc phục lỗi truyền thông để ứng dụng trực tiếp vào công trình.
• Chủ đầu tư / Ban quản lý Resort & Khách sạn: Có phương án khả thi để nâng cấp trạm bơm hiện hữu với chi phí hợp lý, nâng cao chất lượng dịch vụ cấp nước và tối ưu hóa chi phí tiền điện hàng tháng.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật tối thiểu để triển khai hệ thống là gì?

Hệ thống yêu cầu nguồn điện lưới 1 pha 220VAC hoặc 3 pha 380VAC ổn định; 01 bộ điều khiển PLC Siemens S7-1200 (bất kỳ dòng CPU 1211C, 1212C, 1214C trở lên) kèm board mạch CB 1241 RS485; biến tần Sinamics V20 có cổng RS485 tích hợp; cảm biến áp suất dải đo phù hợp với áp lực mạng ống ($0 - 6\text{ bar}$ hoặc $0 - 10\text{ bar}$) cho ngõ ra analog chuẩn $0-10\text{ V}$ hoặc $4-20\text{ mA}$.

2. Khả năng mở rộng hệ thống (Scalability) lên nhiều bơm hơn như thế nào?

Với giao thức Modbus RTU trên cổng RS485, PLC S7-1200 đóng vai trò Master có thể điều khiển tối đa tới 31 biến tần (Slave) mắc nối tiếp dạng Bus mà không cần gắn thêm bất kỳ module I/O nào. Khi mở rộng trạm bơm từ 2 bơm lên 4 hoặc 6 bơm, kỹ sư chỉ cần lắp thêm biến tần, khai báo thêm địa chỉ Slave ID trong chương trình PLC và mở rộng các giao diện điều khiển tương ứng trên HMI.

3. Làm thế nào để chống nhiễu truyền thông RS485 khi đặt chung tủ điện với biến tần?

Cần thực hiện đồng thời 3 nguyên tắc: (1) Cáp truyền thông Modbus phải là loại cáp chống nhiễu xoắn đôi (Shielded Twisted Pair), đi riêng máng cáp với cáp động lực ngõ ra động cơ; (2) Vỏ giáp bọc kim của cáp chỉ được nối đất tại 1 điểm duy nhất ở tủ điều khiển; (3) Bật công tắc điện trở đầu cuối (Termination Resistor $120,\Omega$) tại thiết bị đầu và cuối của mạng truyền thông.

4. Quy trình bảo trì hệ thống định kỳ bao gồm những bước nào?

Định kỳ 3 tháng: Kiểm tra và siết lại các ốc vít tiếp điểm lực và domino điều khiển; vệ sinh quạt tản nhiệt của biến tần V20; kiểm tra độ kín khít cơ học của cảm biến áp suất. Định kỳ 6 tháng: Đối chiếu độ chính xác của cảm biến áp suất điện tử với đồng hồ cơ chuẩn để hiệu chỉnh lại offset trong PLC nếu có sai lệch.

5. Chi phí bảo trì và độ bền thiết bị của giải pháp này ra sao?

Do biến tần khởi động động cơ rất êm (dòng khởi động tăng dần theo thời gian dốc cài đặt), các hao mòn cơ khí trên cánh bơm, phốt chặn nước và vòng bi giảm đi đáng kể, giúp tăng chu kỳ bảo dưỡng động cơ từ 6 tháng lên 18 - 24 tháng. Tuổi thọ trung bình của các thiết bị công nghiệp Siemens (S7-1200, Sinamics V20) và Weintek đạt trên 7 - 10 năm trong điều kiện môi trường phòng kỹ thuật tiêu chuẩn.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp “Điều khiển và giám sát trạm bơm khu Resort dùng PLC S7-1200” đã giải quyết triệt để bài toán ổn định áp suất mạng lưới cấp nước và tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ thông qua việc làm chủ công nghệ điều khiển truyền động hiện đại.

Bằng cách tích hợp sâu giữa PLC Simatic S7-1200, biến tần Sinamics V20 qua mạng truyền thông công nghiệp Modbus RTU và màn hình cảm ứng HMI Weintek MT8070iH, đề tài đã chứng minh tính ưu việt vượt trội so với các phương pháp truyền thống: giảm $75%$ dây dẫn điều khiển, tiết kiệm tới $35% - 45%$ điện năng tiêu thụ tổng thể và triệt tiêu hoàn toàn sự cố sốc áp lực búa nước.

Mô hình không chỉ đáp ứng xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu học thuật của đồ án tốt nghiệp ngành Điện tử Công nghiệp mà còn sở hữu tính ứng dụng thực tiễn rất cao, sẵn sàng chuyển giao và mở rộng cho các hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, tòa nhà cao tầng và các khu nghỉ dưỡng sinh thái hiện nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về PLC, board truyền thông CB 1412, biến tần Sinamic V20 của Siemens, màng hình HMI điều khiển, cảm biến áp suất, máy bơm và lựa chọn đường ống  Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán Chương này nói về cách thiết kế và bố trí các thiết bị trong mô hình cho phù hợp với người giám sát và điều khiển. Tính toán và thiết kế mạch động lực, bảng điều khiển cho mô hình.

Mô tả cách thức hoạt động của dự án và sự liên kết giữa các thiết bị với nhau.  Chương 4: Thi Công Dựa trên những cơ sở đã thiết kế và lựa chọn thiết bị ở chương 3, nhóm bắt đầu thi công mô hình từ các khâu cơ khí, lắp ráp thiết bị và kết nối các thiết bị với nhau, kiểm tra độ an toàn về điện, tránh ảnh hưởng tới con người và thiết bị.  Chương 5: Kết Quả Chương này trình bày những gì đã làm được trong đề tài từ kiến thức về phần cứng và phần mềm.  Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát triển Chương này trình bày kết quả mà nhóm thực hiện được của đề tài, Có những ưu và nhược điểm gì.

Cuối cùng là đưa ra những hướng phát triển mới của đề tài có thể thực thi được. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 2 Luan van CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 2.1 Khái niệm PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay. Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển.

Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt. Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8, 16, và 32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog. Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiên tiến có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiển S7-1200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian. Thiết kế có thể mở rộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năng tương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang một bộ điều khiển lớn hơn.

Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạn giữa dữ liệu người sử dụng và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PID với khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xác định thông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình thông dụng. Simatic S7- 1200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI /SCADA hay nối mạng PLC với PLC.2 Phân loại Việc phân loai S7-1200 dựa vào CPU mà nó trang bị. Các loại PLC thông dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C. Thông thường S7-1200 được phân ra làm hai loại chính:  Loại cấp điện 220VAC: - Ngõ vào: kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (Từ 15VDC – 30VDC).

- Ngõ ra: Relay. - Ưu điểm của loại này là dung ngõ ra Relay. Do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau (có thể sử dụng 0V, 24V, 220V …). - Tuy nhiên, nhược điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đáp ứng không nhanh cho ứng dụng biến điệu đọ rộng xung, hoặc Output tốc độ cao…  Loại cấp điện áp 24VDC: - Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (Từ 15VDC – 30VDC).

- Ngõ ra: Transistor. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 3 Luan van CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT - Ưu điểm của loại này là ngõ ra Transistor. Do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biên điệu độ rộng xung, Output tốc độ cao.

- Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là do ngõ ra transistor nên chỉ có thể sử dụng ở cấp điện áp duy nhất là 24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối cho những ứng dụng có cấp điện áp khác nhau. Trong trường hợp này, phải thông qua một Relay 24VDC đệm.1: Các đặc điểm cở bản của S7-1200. Đặc trưng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C Kích thước (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ người dung:  Bộ nhớ làm việc:  25 Kbytes.  Bộ nhớ tải:  1 Mbytes.

 Bộ nhớ sự kiện:  2 Kbytes. Phân vùng I/O:  Digital I/O  6 inputs / 4  8 inputs /  14 intputs / 10  Analog I outputs. Tốc độ xử lý 1024 bytes (inputs) và 1024 bytes (outputs). Modul mở rộng Không 2 8 Mạch tín hiệu 1 Modul giao tiếp 3 (left-size expansion ).

Bộ đếm tốc độ cao 3 4 6  Trạng thái đơn: 3 – 100Khz 3 - 100Khz 3 - 100Khz 1 – 30Khz 3 – 30Khz  Trang thái đôi: 3 – 80Khz 3 – 80Khz 3 – 80Khz 1 – 20Khz 3 – 20Khz Mạch ngõ ra 2 Thẻ nhớ Thẻ nhớ Simatic(tùy chọn). Thời gian lưu trữ khi 240h. mất điện PROFINET 1 cổng giao tiếp Ethernet. Tốc độ thực thi phép 18us.

toán số thực Tốc độ thi hành 0,1us. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 4 Luan van CHƯƠNG 2.3 Hình dạng bên ngoài (CPU 1214C) Hình 2.1: Hình dạng bên ngoài của S7-1200(CPU 1214C)  1: Bộ phận kết nối nguồn.  2: Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thế tháo được (Phía sau các năp khe).  3: Led báo trạng thái I/O tích hợp.

 4: Led báo nguồn và cảnh báo lỗi.  5: Bộ phận kết nối cổng mạng.  6: Bộ phận kết nối module mở rộng. 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:  ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực hiện chương trình đã xảy ra lỗi.  STOP / RUN (cam / xanh): CPU ngừng / đang thực hiện chương trình đã nạp vào bộ nhớ.  MAINT (Maintenance): led cháy báo hiệu việc có thẻ nhớ được gắn vào hay không.  LINK: Màu xanh báo hiệu việc kết nối với tính thành công.

 Rx / Tx: Đèn vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền. Đèn cổng ngõ ra BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 5 Luan van CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT  Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix. đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị của công tắc.x(đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.

Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.4 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 công 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. Bộ nhớ Thiết Sensor bị Input CPU Output SW điều khiển Nguồn Công suất Hình 2. Cấu trúc bên trong BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 6 Luan van CHƯƠNG 2.5 Cách đấu dây Ở đây chúng ta chọn CPU 1214C để trình bày đấu dây tiêu biểu: Chúng ta cung cấp nguồn 24VDC cho PLC và các thông số điện áp được thể hiện ở hình 2.

Sơ đồ đấu dây S7-1200 / CPU 1214C Nguồn cung cấp là 24VDC. Điện áp có thể thay đổi trong khoảng 20.8V dòng điện tiêu thụ là 12A. 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 ra ở mức 1 khi công 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.6 Module mở rộng Họ PLC S7-1200 cung cấp nhiều nhất 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạch tín hiệu cho bộ xử lý có khả năng mở rộng.

Ngoài ra bạn cũng có thể cài đặt thêm 3 module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyền thông.  1 : Module giao tiếp (CM). BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 7 Luan van CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2.

Các module mở rộng Bảng 2.2: Thông số các module Module Ngõ vào Ngõ ra Ngõ vào / ra 8 x DC / 8 x DC 8 x DC 8 x DC 16 x DC / 8 x 8 x Relay Relay Digital 16 x DC / 16 x Module tín 16 x DC DC hiệu (SM) 16 x DC 16 x Relay 16 x DC / 16 x Relay 4 x Analog / 2 x Analog 4x Analog 2 x Analog Analog Board Digital - - 2 x DC / 2 x DC tín hiệu (SB) Analog - 1 x Analog - BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 8 Luan van CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Module giao tiếp:  RS485  RS232 2.