CHƯƠNG I: Tổng quan về thiết bị PLC Siemens S7-1200 và phần mềm TIA PORTAL 1. Thiết bị PLC Siemens S7-1200 a. Giới thiệu chung 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: - S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa.
Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 - S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). - Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển: o Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC o Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình - S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232. Cấu hình giao tiếp của PLC S7-1200 - Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic.
Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens. - Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI 6 Sự khác biệt giữa PLC S7-200 và PLC S7-1200 siemens Các dòng chính của PLC S7-1200 S7-1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C. o PLC S7-1200 CPU 1211C có bộ nhớ làm việc 50KB work memory.
Lưu ý không mở rộng được modul I/O o PLC S7-1200 CPU 1212C có bộ nhớ làm việc 75KB work memory. o PLC S7-1200 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc 100KB work memory. o PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory. o PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory.
7 Đặc tính kỹ thuật của CPU S7-1200 siemens Module mở rộng PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để mở rộng chức năng của CPU. Ngoài ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác. Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy định của nhà sản xuất. S7-1200 có các loại module mở rộng sau: 8 b.
Cấu trúc phần cứng Các thành phần của PLC S7 1200 o 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau: Điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng. o 2 mạch tương tự và số mở rộng: Điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm. 9 o 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau o 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP. o Bổ sung 4 cổng Ethernet.
o Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC. Cấu Trúc Bên Trong Của PLC S7 1200 Cấu trúc bên trong PLC S7 1200 có 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/ nhập. o Bộ xử lý trung tâm (CPU) có hứa bộ vi xử lý. Chức năng thứ nhất là biên dịch các tín hiệu được nhập vào.
Chức năng thứ 2 là thực hiện các hành động điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC. o Bộ nguồn: Có nhiệm vụ chuyển điện áp AC thành DC (24V). Cần thiết cho các bộ vi xử lý cũng như các mạch điện có trong module giao tiếp nhập và xuất hoạt động. o Bộ nhớ: Lưu trữ các chương trình để sử dụng cho các hoạt động dưới sự quản lý của bộ vi xử lý.
o Các thành phần giao tiếp nhập/ xuất. Đó là nơi nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vì rồi gửi cho các thiết bị điều khiển. Tín hiệu vào có thể là công tắc, cảm biến,… , tín hiệu ra có thể là động cơ, biến tần, … o Chương trình điều khiển được nạp vào với sự giúp đỡ của bộ lập trình hay bằng máy vi tính. Lựa chọn thiết bị Lựa chọn PLC - Trong báo cáo này chúng ra sử dụng PLC Siemens S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC 10 - Kích thước: 90 x100 x75 - Bộ nhớ người dùng: o Bộ nhớ làm việc: 25Kb o Bộ nhớl ưu trữ: 1Mb o Bộ nhớ Retentive: 2Kb - Ngõ vào ra số: 6 In/4 Out - Ngõ vào ra tương tự: 2 out - Vùng nhớ Truy suất bit (M): 4096Byte - Module tín hiệu mở rộng: 0 - Board tín hiệu/truyền thông:1 - Module truyền thông: 3 - Bộ đếm tốc độ cao: 3 o Pha 3 x 100KHZ o Pha 3 x 80KHZ - 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 Lựa chọn Module mở rộng - Trong báo cáo này chúng ta sẽ sử dụng module mở rộng COMMUNICATION CB 1241 RS 485 11 CB 1241 RS485 Thông số Mã sản 6ES7241-1CH30-1XB0 phẩm Thông SIMATIC S7-1200, Communication Board CB 1241, RS485, terminal block, số supports Freeport Kích 5,00 x 8,20 x 2,80 thước Khối 0,029 Kg lượng Hãng Siemens AG sản xuất Xuất China xứ Bảo Bảo hành chính hãng 12 tháng hành 12 2.
Phần mềm TIA PORTAL a. Tổng quan TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống. TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất.
Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống. TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành. TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác: 1.
Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng. Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát. Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống. Tích hợp mô phỏng hệ thống.
Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens. Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng. Ưu - nhược điểm khi sử dụng TIA Portal TIA Portal là thuật ngữ quen thuộc được ứng dụng trong các lĩnh vực tự động hóa, tích hợp nhiều phần mềm phổ thông khác như: HMI, PLC, Inverter của 13 Siemens.
Phần mềm TIA Portal có những ưu và nhược điểm trong vận hành hệ thống tự động hóa. Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệu chung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình. Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn. Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị.
Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất ký thao tác lập trình nào. Hạn chế: Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ. Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng. Các thành phần trong bộ cài TIA Portal Phần mềm TIA Portal được Siemens phát triển với nhiều thành phần giúp người dùng quản lý, lập trình PLC, HMI hiệu quả.
Các thành phần có trong bộ TIA Portal: 1. Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500… 2. Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA. Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens.
Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt. Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA. Thư viện Simatic Robot đầy đủ dữ liệu cho phép người dùng thiết lập cấu hình và hệ thống nhanh chóng. 14 CHƯƠNG II: Truyền thông Modbus-RTU 1.
Tổng quan về giao thức Modbus-RTU - Được thực hiện theo cơ chế hỏi-đáp - Các thiết bị trong mạng Modbus đều phải có một địa chỉ nhất định và không trùng nhau. - Cùng một tốc độ truyền thông, Frame truyền. - Chia ra làm hai loại khung truyền: đọc (Read) và ghi (Write) - Khung truyền hỏi và đáp tổng quát như sau: Device Address: Là địa chỉ thiết bị Function code: Là byte (8bit) quy định khung truyền thực hiện chức năng Read hay Write. Trong chương trình thực hành sử dụng hai mã Function là: o 03h: Read Holding Registers (đọc thanh ghi hold) Dùng để đọc thông tin về dòng điện, điện áp, tần số, trạng thái (dừng, lỗi,.
15 o 06h: Preset Single Register (ghi xuống 1 thanh ghi) Dùng để ghi giá trị tần số chạy là bao nhiêu Hz. Data byte: Tùy thuộc và mã Function code mà Data byte sẽ tuân thủ theo quy tắc đặt trước (sẽ được trình bày trong phần dưới đây). Error Check: Là mã kiểm tra lỗi được thực hiện theo một thuật toán quay, dịch bít và Xor các bít để tạo ra mã gọi là CRC. Mục đích để đảm bảo thông tin truyền đi và nhận về là tin cậy.
Khung truyền dạng tổng quát: ADDRESS FUNCTION DATA CRC CHECK 8 BITS 8 BITS n x 8 BITS 16 BITS Dữ liệu đóng gói cho 1 byte: Start 1 2 3 4 5 6 7 8 Par Stop Mã đọc hàm 03: Ví dụ: Khung truyền đọc 3 thanh ghi bắt đầu từ thanh ghi có địa chỉ là 107 (hệ 10, hay 006B hệ 16), trạm tớ có địa chỉ là 11.