3 Giới thiệu về PLC S7-1200

chức năng của PLC ngày càng được cải thiện nhưng các tiêu chí thiết kế cũng như chi tiết

kỹ thuật vẫn dựa trên những ý tưởng ban đầu là dễ sử dụng và có khả năng tái sử dụng.

Những tiến bộ về phần cứng:

- Dung lượng bộ nhớ lớn hơn.

- Số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn.

- Nhiều loại mô-đun chuyên dụng hơn.

- Có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra từ xa thông qua kỹ thuật truyền thông.

- Phát triển và hoàn chỉnh hơn về tốc độ xử lý cũng như hiệu suất làm việc bằng

cách áp dụng những tiến bộ trong công nghệ điện tử và vi xử lý.

- Chi phí giá thành thấp.

- Giao diện điều khiển được cải thiện.

Về phần mềm cũng có sự phát triển cụ thể là:

- Lập trình hướng đối tượng đa ngơn ngữ dựa trên tiêu chuẩn IEC 1131-3. Nhưng

ngôn ngữ được sử dụng nhiều và hiệu quả nhất là ngôn ngữ bậc thang.

- Ngơn ngữ lập trình bậc cao như C hay Passcal đã được sử dụng để lập trình cho

các mơ-đun của PLC, giúp tạo sự linh hoạt hơn khi giao tiếp với các thiết bị ngoại vi và

thao tác dữ liệu.

- Các lệnh lập trình đơn giản nhờ có sự mở rộng của các khối chức năng. - Hệ

thống chuẩn đoán và phát hiện lỗi đã được mở rộng và đơn giản hóa, nhằm phát hiện lỗi

trong điều khiển bao gồm chuẩn đốn máy, tìm lỗi trong q trình điều khiển.

- Từ các lệnh logic đơn giản thì ngày nay các bộ PLC được hỗ trợ thêm các lệnh

về tác vụ định thời, tác vụ đếm, sau đó làcác lệnh về xử lý toán học, xử lý bảng dữ liệu,

xử lý xung ở tốc độ cao, tính tốn số thực 32-bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch giúp

PLC có khả năng thực hiện các yêu cầu phức tạp.

- Thao tác và xử lý dữ liệu được đơn giản hóa phù hợp với các yêu cầu điều khiển

phức tạp.

Ngày nay, PLC cung cấp khả năng dự đoán cao. Chúng có thể giao tiếp với các hệ

thống điều khiển khác, đưa ra các báo cáo sản xuất, lập kế hoạch sản xuất, và dự đoán lỗi

của hệ thống trong quá trình hoạt động. Chính những tiến bộ đó đã góp phần làm cho



PLC ngày càng đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu về chất lượng và

năng suất công việc.



Table 1: Lịch sử ra đời của PLC

Năm

1968

1969



Sự kiện

Ra đời khái niệm về bộ điều khiển logic khả trình - PLC

Giới thiệu bộ điều khiển logic khả trình PLC đầu tiên với bộ nhớ 1k và xử

lý được 128 điểm vào/ra

1975

PLC với bộ điều khiển PID

1980

Các module vào/ra thơng minh

1981

PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu

1992

Chuẩn IEC 61131 ra đời

1996

PLC được thiết kế với các khe cắm để có thể mở rộng các mơ-đun vào/ra

Ngày nay Các PLC có thể kết nối với nhau tạo thành các hệ thống điều khiển phân

tán

2.3.1.3 Tiêu chuẩn của PLC

a) Tiêu chuẩn IEC (Uỷ ban kỹ thuật điện quốc tế)

Ngày nay, nhiều người đã gặp những khó khăn nhất định với ngơn ngữ lập trình và

truyền thơng khi làm việc với PLC của các nhà sản xuất khác nhau. Để giải quyết vấn đề,

IEC đã thống nhất và đưa ra tiêu chuẩn quốc tế IEC 1131. Tiêu chuẩn này bao gồm 5

phần.

Phần

Mô tả

1

Đặc điểm cơ bản của PLC và định nghĩa các thuật ngữ

2

Các chức năng cần thiết và các điều kiện thử nghiệm của các tính năng

3

Ngơn ngữ lập trình

4

Chú ý cho người sử dụng

5

Giao tiếp và mạng truyền thông

2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200

2.3.2.1 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 nỗi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt

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 hồn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với 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:



 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.

Ngồi ra bạn có thể dùng các Module truyền thông mở rộng kết nối bằng

RS485 hoặc RS232.

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 hỗ trợ 3 ngơn ngữ lập trình là FBD, LAD

và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 14 của Siemems.

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal V14 phần mềm này đã

bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

2.3.2.2 Cấu tạo PLC S7-1200



Figure 2: Thành phần của PLC

(1) Bộ phận kết nối nguồn.

(2) Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các

nắp che) và khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.

(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.

(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng

giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.



Chức năng

Kích thước vật lý (mm)

Bộ nhớ người dùng:

 Bộ nhớ làm việc

 Bộ nhớ nạp

 Bộ nhớ giữ lại



CPU 1211C

CPU 1212C

90 x 100 x 75

 25 kB

 1 MB

 2 kB



I/O tích hợp cục bộ:

 Kiểu số

 Kiểu tương tự

Kích thước ảnh tiến

trình

Bộ nhớ bit (M)

Độ mở rộng các

module tín hiệu

Bảng tín hiệu

Các module truyền

thơng

Các bộ đếm tốc độ cao

 Đơn pha

 Vuông pha

Các ngõ ra xung

Thẻ nhớ

Thời gian lưu giữ đồng

hồ thời gian thực

PROFINET

Tốc độ thực thi tính

tốn thực

Tốc độ thực thi

Boolean



CPU 1214C

110 x 100 x 75

 50 kB

 2 MB

 2 kB



 6 ngõ vào /

4 ngõ ra

 2 ngõ ra



 8 ngõ vào /

6 ngõ ra

 2 ngõ ra



 14 ngõ vào /

10 ngõ ra

 2 ngõ ra



1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

4096 byte

2



Không



8192 byte

8



1

3 (mở rộng về bên trái)

3

 3 tại 100

kHz

 3 tại

kHz



80



4

 3 tại 100

kHz 1 tại 30

kHz

 3 tại 80 kHz

1 tại 20 kHz



6

 3 tại 100

kHz 3 tại 30

kHz

 3 tại 80 kHz

3 tại 20 kHz



2

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C

1 cổng truyền thông Ethernet

18 μs/lệnh

0,1 μs/lệnh



Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở

rộng dung lượng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông

để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

Module



Chỉ ngõ vào



Chỉ ngõ ra



Kết hợp In/Out



Module tín hiệu

(SM)



Bảng tín hiệu

(SB)



8 x DC In



8 x DC Out

8 x Relay Out



16 x DC In



16 x DC Out

16 x Relay

Out



Kiểu tương tự



4 x Analog In

8 x Analog In



2 x Analog In

4 x Analog In



Kiểu số



_



_



_



1 x Analog In



Kiểu số



Kiểu tương tự

Module truyền thông (CM)

 RS485

 RS232



8 x DC In / 8 x

DC Out

8 x DC In / 8 x

Relay Out

16 x DC In / 16 x

DC Out

16 x DC In / 16 x

Relay Out

4 x Analog In / 2

x Analog Out

2 x DC In / 2 x

DC Out

_



2.3.2.3 Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người dùng

có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía trước của

CPU.

 SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

 SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự.



Figure 3: Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200

(1) Các LED trạng thái trên SB

(2) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra



2.3.2.4 Các module tín hiệu.

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng.

Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.



Figure 4: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200

Hình 3.3: Các Module tín hiệu của PLC S7-1200

(1) Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu

(2) Bộ phận kết nối đường dẫn

(3) Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.3.2.5 Các module truyền thông.

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ

sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.

 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông.\

 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một

CM khác).



Figure 5: Các Module truyền thông của PLC S7-1200



(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

(2) Bộ phận kết nối truyền thông

2.3.2.6 Ưu điểm PLC S7-1200 so với những dòng PLC trước

2.3.2.6.1 Về phần cứng

Khả năng mở rộng:



Figure 6: PLC S7-1200 và S7-200

Tín hiệu I/O và tín hiệu trên PLC:



Figure 7: Bảng I/O



Về cấu hình phần cứng:

 Đối với PLC S7 – 200 không thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O mà nó tự

động nhận.

 Đối với PLC S7 – 1200 có thể thay đổi được vùng địa chỉ I/O tùy theo

người sử dụng

2.3.2.6.2 Về kết nối, phần mềm

SIMATIC S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ

nhỏ đến trung bình.

Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet

(Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và

các màn hình HMI. Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi cơng hệ thống điều

khiển được nhanh chóng, đơn giản. Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới,

một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho S7-1200 cũng được giới thiệu. Tất cả

cùng tạo ra một giải pháp tích cực, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ.

S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C. Mỗi loại CPU có đặc điểm

và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng. Bên cạnh truyền thơng Ethernet

được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 có thể mở rộng được 3 module truyền thông khác nhau,

giúp cho việc kết nối được linh hoạt.

2.4 Giới thiệu biến tần Mitsubishi



2.4.1 Khái niệm và vai trò của biến tần

2.4.1.1 Khái niệm

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động

cơ và thơng qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng

đến các hộp số cơ khí. Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần

tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).



Figure 8 Sơ đồ cấu tạo biến tần



2.4.1.2 Vai trò của biến tần

Năng lượng là nguồn lực quan trọng cho mọi hoạt động sản xuất, là yếu tố đảm bảo

cho sự phát triển của mỗi quốc gia. Tuy nhiên, việc sử dụng năng lượng lãng phí và kém

hiệu quả vẫn còn rất lớn. Phần lớn các doanh nghiệp hiện nay sử dụng các thiết bị, cơng

nghệ lạc hậu có hiệu suất thấp, việc quản lý năng lượng chưa được chú ý dẫn đến tổn thất

cao. Để khắc phục nhược điểm này, người ta sử dụng biến tần nhằm nâng cao hiệu suất

cho động cơ xoay chiều trong các dây chuyền sản xuất.

Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:

-



Hiệu suất làm việc của máy cao.

Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ động

cơ và các cơ cấu bền hơn.



-



An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân

cơng phục vụ và vận hành máy...



-



Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành.



-



Ngồi ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung

tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống

và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay...), trạng thái làm