CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Giới thiệu chung về PLC S7-1200 1. Khái niệm PLC S7-1200 Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm PLC S7-1200 dùng để thay thế dần cho PLC S7-200. Bộ điều khiển PLC S7-1200 cung cấp sự linh hoạt một loạt các thiết bị hỗ trợ các nhu cầu tự động hóa của bạn.Thiết kế nhỏ gọn,cấu hình linh hoạt và tập lệnh được kết hợp mạnh mẽ để kiểm soát nhiều ứng dụng đã làm cho PLC S7-1200 trở nên hoàn hảo hơn.
PLC S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). PLC S7-1200 - Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU PLC S7- 1200 và chương trình điều khiển : + Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC + Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình - S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET , hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra ta có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232,GPRS. - Tốc độ truyền 10/100 Mbit/s.
- Ngõ ra điều rộng xung PWM,điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…. 6 - Mở rộng tín hiệu vào ra bằng board tín hiệu mở rộng ( Signal Board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào ra mà không thay đổi kích thước hệ điều khiển. Mỗi CPU của PLC S7-1200 có thể kết nối 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra. Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU.
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 12 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.
Các module trong hệ PLC S7-1200 Các module CPU ( theo Simen “S7-1200 Programable Controller”) Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau … PLC S7-1200 có các loại sau : Bảng 1. Module CPU nguồn [7] Tính năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C CPU1215C Kích thước 90x100x75 90x100x75 110x100x75 130x100x75 Bộ nhớ Làm việc 30 Kb 50Kb 75Kb 100 Kb Tải 1 MB 4Mb 4Mb 4Mb Giữ lại 10KB 10KB 10KB 10KB I/O Digital 6I /4 O 8I/6 O 14I/10 O 14I/10 O trên CPU Anlog 2I 2I 2I 2I/2O Kích thước Input 1024 byte 1024 byte 1024 byte 1024 byte hình ảnh QT Output 1024 byte 1024 byte 1024 byte 1024 byte Bit bộ nhớ 4096byte 4096byte 8192byte 8192byte Module SM mở rộng 2 8 8 SB,BB,CB 1 1 1 1 Module truyền thông 3 3 3 3 Xung ra 4 4 4 4 Thẻ nhớ SIMATIC Memory card Profinet 1 Ethernet 2 Ethernet Digital signal modules và signal boards. Signal modules và signal boards số nguồn [7] Loại Input Output Input/Output 2x24VDC In/2x24VDC Out 4x24VDC,200kHz 4x24VDC,200kHz 2x24VDC In/ Digital SB 4x5VDC,200kHz 4x5VDC,200kHz 2x24VDC Out,200kHz 2x5VDCIn/2x5VDC Out 8x24 VDC In/8x24 VDC Out 8x24 VDC 8x24 VDC In/8 x ReLay Out 8x24 VDC 8x Relay Out 8x120/230 VAC In/ 8x Relay Out Digital SM 16x24 VDC In/16x24 VDC 16x24 VDC 16x24 VDC Out 16x Relay Out 16x24 VDC In/16x Relay Out Analog signal modules và signal boards. Signal modules và signal boards tương tự nguồn [7] Type Input Output Input/Output 1x12 bit Analog In Analog SB 1x16 bit RTD 1x analog 1x16 bit Thermocouple 4x analog 4x analog x16 bit 8x analog In + Thermocouple: 2x analog 4x analog In/2x Analog SM -4x16 bit TC 4x analog analog out -8x16 bit TC +RTD: -4x16 bit RTD -8x16 bit RTD Module truyền thông.
Module truyền thông nguồn [7] Module Type Description Communication module RS232 Full duplex CM RS422/485 Full duplex (RS422) 8 Full duplex (RS485) PROFIBUS Master DPV1 PROFIBUS Slave DPV1 As-I Master (CM AS-interface 1243-2) Communication processor Modem connectivity GPRS Communication board RS485 Half – duplex 1. Làm việc với phần mềm Tia Portal Trong tiến trình cải tiến việc thực hiện các giải pháp tự động hóa cho công nghiệp, Siemens đã mở rộng đáng kể môi trường thiết kế, lập trình trong lĩnh vực này. Chương trình phần mềm Tự động hóa Tích hợp Toàn diện - TIA Portal cung cấp một chương trình thống nhất giúp tránh phải sử dụng các giao diện riêng rẽ cho các hệ thống thiết kế, lập trình khác nhau. Đặc tính này giúp đơn giản hóa công việc của người lập trình các giải pháp tự động và truyền động.
Với phiên bản TIA Portal V12, chúng ta có thể điều khiển tự động hệ truyền động trong công nghiệp một cách nhanh chóng và hiệu quả. Chẳng hạn, việc chuẩn đoán lỗi và hệ thống không những đã được tích hợp toàn bộ vào chương trình TIA Portal một cách thân thiện với người sử dụng, mà còn có giao diện thống nhất cho toàn bộ hệ thống. Hơn nữa, mức độ bảo mật gia tăng giúp bảo vệ chống lại các thay đổi không cho phép. Phần mềm TIA PORTAL V1 Hiện nay, những người thiết kế lập trình các nhà máy sản xuất phải sử dụng các công cụ phần mềm khác nhau để điều khiển các máy móc, rôbốt và các động cơ.
Do đó, họ phải tự làm quen với các gói phần mềm khác nhau, cập nhật bất 9 cứ thay đổi về thiết kế trong mỗi chương trình và đảm bảo rằng mọi chi tiết không được sai lệch. Đây là một khối lượng công việc rất lớn, chưa kể tới sự đa dạng của các loại máy móc ngày một tăng. Trong khi đó, TIA Portal tạo ra một môi trường thống nhất để lập trình tất cả các giải pháp tự động và qua đó, giảm đáng kể thời gian thiết kế, công sức và chi phí. Một hệ thống lập trình tự động cho các biến tần thường có trong các ứng dụng bơm, thang máy hay hệ thống nghiền, đã được tích hợp vào chương trình TIA Portal.
Việc chuẩn đoán hệ thống hiện nay cũng đã được tích hợp hoàn toàn vào TIA Portal và qua đó, có thể kích hoạt chỉ bằng một cái nhấp chuột, chứ không phải tự thiết kế, lập trình như trước. Ngoài ra, các thông báo lỗi cũng đồng nhất trên tất cả các giao diện của người sử dụng web servers và các bộ điều khiển. TIA Portal cũng có chức năng chống lỗi cho các biến tần, truyền động công nghiệp. Sự kết hợp chương trình TIA Portal với thế hệ các bộ điều khiển mới mang lại thêm nhiều chức năng hơn cho môi trường thiết kế, lập trình.
Đối với vấn đề bảo mật dữ liệu, hệ thống còn được bảo vệ tốt hơn, chống lại sự sao chép của các máy móc và truy cập bất hợp pháp. Cuối cùng, các ngôn ngữ lập trình không chỉ tương thích với phiên bản trước đó mà còn hiệu quả hơn nhiều. + Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lặp đi lặp lại phức tạp.
- FB (function block): đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ. Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB. Các khu vực bộ nhớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần.
- DB (data block): DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu. Có hai loại của khối dữ liệu DB: Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB và instance DB được gán cho một FB nhất định [7]. Làm việc với phần mềm WinCC Phần mềm WinCC của Siemens [8] 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) thuộc chuyên ngành tự động hóa. 10 WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center ( Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows ), nói cách khác nó cung cấp các công 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. WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóa quá trình và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm cho PC. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có qui mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui mô toàn 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. Tùy theo chức năng sử dụng mà người dùng có thể chọn các gói khác nhau của WinCC như là một trong các lựa chọn của sản phẩm. Các gói cơ bản của WinCC chia làm hai loại như sau: WinCC Runtime Package (Viết tắt là RT): chứa các chức năng ứng dụng dùng để chạy các ứng dụng của WinCC như hiển thị, điều khiển, thông báo các trạng thái, các giá trị điều khiển và làm các báo cáo. WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xây dựng cấu hình hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng (Runtime).
Các gói này có các phiên bản khác nhau tùy theo số lượng các tham số làm việc (Powertag) mà nó có thể đáp ứng: 128, 256, 1024, 65536 Powertag. Powertag là các tham số làm việc mà bộ điều khiển theo dõi giá trị của nó bằng việc nối ghép với quá trình và thiết bị mà nó điều khiển hoặc giám sát. Trong trường hợp người sử dụng muốn nâng cấp từ một phiên bản có số powertag nhỏ lên cấp lớn hơn, họ có thể mua các phiên bản chuyên để năng cấp gọi là WinCC Powerpacks. 11 Ngoài các gói phần mềm cơ bản trên, WinCC còn có các module nâng cao dành cho những ứng dụng cấp cao hơn (WinCC Options) và các mô đun mở rộng đặc biệt (WinCC Add-on).
Các WinCC Option là sản phẩm của Siemens Automation and Drive (A&D). Các WinCC Add-on là các sản phẩm của các bộ phận khác của Siemens hay các đối tác của Siemens xây dựng lên nhằm mở rộng chức năng hay để phù hợp với từng loại ứng dụng.