HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA CƠ - ĐIỆN
------------

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN
ĐỀ TÀI:
“THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN
SẢN XUẤT BIA”

Giảng viên hướng dẫn

: TS. Ngơ Trí Dương

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Đăng Minh

Lớp
MSV

: K59 – TĐHB
: 597745
Hà Nội - 2022
LỜI CẢM ƠN

0


Mơn học được hồn thành tại Bộ mơn Tự động hóa- Khoa Cơ Điện- Học

Viện Nơng Nghiệp Việt Nam dưới sự hướng dẫn của TS. Ngơ Trí Dương
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong bộ mơn Tự động hóa
cùng các thầy cơ trong khoa Cơ- Điện Học Viện Nơng Nghiệp Việt Nam đã tận
tình dạy dỗ em những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để em hồn thành mơn
học và tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn tất chương trình học.
Và em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy TS. Ngơ Trí Dương đã trực
tiếp hướng dẫn khoa học, và các bạn về những đóng góp q báu trong q
trình thực hiện mơn học.
Trong q trình nghiên cứu và hồn thành mơn học, vì thời gian có hạn,
nên khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của
q Thầy Cơ và bạn bè.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2022

Sinh viên

Nguyễn Đăng Minh

1


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN................................................................................................................ 1
MỤC LỤC..................................................................................................................... 2
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, VẶN NẮP CHAI............................5
1.1.


Tổng quan về dây chuyền....................................................................................5

1.1.1.

Phạm vi áp dụng...............................................................................................5

1.1.2.

Yêu cầu thiết kế................................................................................................5

1.1.3.

Các chức năng chính của hệ thống...................................................................6

1.1.4.

Nguyên lý hoạt động........................................................................................7

1.1.5.

Các công nghệ trên dây chuyền chiết rót, đóng nắp, đóng thùng......................8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-1200...................................................15
2.1.
2.1.1.

Giới thiệu chung................................................................................................15
Các modul PLC S7-1200................................................................................16


2.2.

Ngơn ngữ lập trình.............................................................................................21

2.3.

Tập Lệnh S7-1200.............................................................................................22

2.3.1.

Lệnh về timer.................................................................................................22

2.3.2.

Bộ đếmCounter..............................................................................................25

2.3.3.

Lệnh so sánh...................................................................................................26

2.3.4.

Các lệnh về số học..........................................................................................26

2.3.5.

Lệnh di chuyển...............................................................................................27

2.3.6.


Lệnh dịch bit...................................................................................................27

CHƯƠNG III. XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ
THỐNG CHIẾT NƯỚC, VẶN NẮP CHAI................................................................28
3.1 Giới thiệu quy trình cơng nghệ..............................................................................28
3.1.1 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai....................................................................28
3.2 Viết chương trình S7-1200.....................................................................................29
3.2.1 Lưu đồ thuật tốn................................................................................................29
3.2.2 Phân cơng vào ra và lập bảng đồ tài nguyên.......................................................31

2


3.2.3 Viết chương trình PLC........................................................................................31
CHƯƠNG IV. TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..............................38
4.1 Tổng kết................................................................................................................. 38
4.2 Hạn chế của đề tài..................................................................................................38
4.3 Hướng phát triển....................................................................................................39
4.5

Mơ hình thực tế..................................................................................................39

KẾT LUẬN.................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................51

3


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Hệ thống chiết rót, đóng nắp..........................................................................6

Hình 1.2 Thiết bị chiết rót.............................................................................................6
Hình 1.3 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động..................................................8
Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật chai..........................................................................9
Hình 1.5 Máy chiết bàn quay......................................................................................11
Hình 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay.....................................................11
Hình 1.7 Cảm biến phản quang...................................................................................12
Hình 1.8 Bộ phận gắp chai..........................................................................................13
Hình 1.9 Đóng thùng kiểu “Drop”..............................................................................14
Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-1200..........................................................16
Hình 2.2 Một số CPU của PLC S7-1200....................................................................17
Hình 3.1 Lưu đồ thuật tốn..........................................................................................30
Bảng 3.2 Bảng đồ tài ngun.......................................................................................31
Hình 3.3 Đặt tên cho Profect........................................................................................32
Hình 3.4 Chọn Station > 2 Simatic 300 Station...........................................................32
Hình 3.5 Chọn các module cho cấu hình phần cứng trạm............................................33
Hình 3.6 Mở khối OB1................................................................................................33
Hình 3.7 Nơi viết chương trình cho PLC.....................................................................34
Hình 3.8 Giao diện Simatic S7 manager......................................................................34
Hình 3.9 chương trình điều khiển trên PLC S7-1200...................................................37
Hình 4.1 Động cơ 1 chiều có giảm tốc........................................................................41
Hình 4.2 Bơm một chiều mini....................................................................................42
Hình 4.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận................................................43
Hình 4.4 Hình ảnh thực tế của cảm biến.....................................................................43
Hình 4.5 Van điện từ...................................................................................................45
Hình 4.6 Xi lanh khí nén.............................................................................................46
Hình 4.7 Ngun lý làm việc của xy lanh khí nén......................................................46
Hình 4.8 Relay trung gian...........................................................................................47
Hình 4.9 Nút nhấn.......................................................................................................48

4



CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, VẶN NẮP CHAI
1.1. Tổng quan về dây chuyền
1.1.1. Phạm vi áp dụng
Cơ sở sản xuất bia, sữa tươi, và các loại nước uống tinh khiết đóng chai
hoặc nước khống hoặc các loại nước uống không ga khác. Chai nước sử dụng:
Loại chai PET có dung tích từ250ml đến 2250ml.
1.1.2. u cầu thiết kế
 Điện áp sử dụng: 1 pha 220V, 50Hz hay 3 pha 380V, 50 Hz. Dịng tải: Tùy
theo cơng suất bơm sử dụng và các thiết bị ngoại vi khác, thơng thường
khơng nhỏ hơn 5A.
 Các biện pháp an tồn điện: Hệ thống được thiết kế ELCB chống giật trên
toàn hệ thống và các thiết bị điện khác đạt chuẩn CE. Nút tắt khẩn cấp khi
có sự cố xảy ra.
 Khung sườn thiết bị: Được thiết kế bằng thép không gỉ SS304 hoặc
SS316, chịu được lực rung lớn.
 Ống dẫn nước: Ống chịu áp lực cao bằng PVC hoặc bằng thép không gỉ
304 (tùy theo yêu cầu thiết kế), đảm bảo an tồn vệ sinh, khơng đóng cặn,
gỉ sét và gây ra các nấm mốc vi sinh.
 Các thiết bị lọc sữa: Vật tư, thiết bị lọc đạt chuẩn.

Hình 1.1 Hệ thống chiết rót, đóng nắp

5


Hình 1.2 Thiết bị chiết rót
1.1.3. Các chức năng chính của hệ thống

 Hệ thống kết hợp 3 máy xúc rửa, chiết rót và đóng nắp thành 1 dây
chuyền thống nhất.
 Hệ thống tiêu chuẩn: hệ thống bao gổm 3 máy rời rạc: Xúc rửa, chiết rót,
đóng nắp, nối liền với nhau thành 1 hệ thống xuyên suốt.
 Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens: Điều khiển xuyên suốt hệ
thống xúc rửa, chiết rót, đóng nắp. Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt
động của hệ thống trên các đèn led (màu xanh). Khi có sự cố xảy ra, hệ
thống ngắt điện hồn tồn tự động, tín hiệu âm thanh bíp bíp sẽ được phát
ra. Ngồi ra chương trình trong PLC này nhiều chức năng hơn hệ thống
tiêu chuẩn.
 Khung sườn : Được làm bằng thép không gỉ.
 Động cơ xoay vịng bằng cơng nghệ Đức: Các chai PET được vận chuyển
tự động trên băng chuyền xoay vòng liên tục vào hệ thống chiết rót, xúc
rửa.
 Ống dẫn nước: Bằng Inox.

6


 2 chế độ hoạt động auto/manual: Giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt
động của các chức năng.
1.1.4. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:
 Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửa
chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
 Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC.
 Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xúc rửa. Các
chai di chuyển xoay vòng và vào đúng vị trí vịi nước xúc rửa. Lưu ý nước
rửa có áp lực khá mạnh để rửa sạch chai PET do bơm thiết kế sẵn trong
máy phun lên.

 Sau khi rửa, chai PET sẽ được đưa vào vịtrí chiết rót, các cánh tay đòn sẽ
giữ chặt cổ chai để tránh đổc hai trong qua trinh rót. Các chai được xoay
vịng liên tục trên băng chuyền chiết rót. Máy bơm nước được thiết kế sẵn
trong máy sẽ tự động chiết rót vào bình.
 Khi bình chứa đã đầy nước, sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp. Nắp
bình chứa được lấp đầy trong ống chứa và được đưa vào ngay đầu chai
PET.
 Các tay địn sẽ siết nắp chặt.
 Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngồi.
 Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có).

7


Hình 1.3 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động
Do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính nên em sẽ nghiên cứu những
thiết bị phần điện tự động là chính, mơ hình mơ phỏng sẽ có một số điểm khác
so với hệ thống thực để thuận thiện cho việc mô phỏng.Cụ thể là dây chuyền mơ
phỏng sẽ có các khâu chính là:
 Kiểm tra khuyết tật chai.
 Chiết nước vào chai.
 Đóng nắp chai.
 Đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm.
1.1.5. Các cơng nghệ trên dây chuyền chiết rót, đóng nắp, đóng thùng
1.1.5.1. Kiểm tra khuyết tật chai
Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thường
dùng các hệ thống máy hiện đại, hiện nay có khơng ít các nhà cung cấp thiết bị
để thực hiện quá trình này, theo kinh nghiệm và tìm hiểu thì em được biết hãng
PRESSCO TECHNOLOGY INC là nhà cung cấp dòng sản phẩm
INTELLISPEC mã CP500 thực hiện quá trình kiểm tra và phân loại và loại bỏ

chai bị hỏng không đủ yêu cầu chất lượng như:
 Chai bị móp trong lúc sản xuất hay trong q trình vận chuyển.
 Chai dính bẩn.

8


Dòng sản phẩm INTELLISPEC CP500: được trang bị 2 camera bên trong
và được kết nối với hệ thống máy tính chuyên dụng được cung cấp bởi chính
nhà cung cấp. Máy có bộ nguồn UPS mắc song song với nguồnđiện nên có thể
hoạt động thêm một thời gian sau khi cúp điện.
Ngun tắc: Camera chụp và phân tích hình ảnh từng chai, đưa tín hiệu về
máy tính xử lí với phần mền chuyên dụng được cài đặt độ nhạy theo mục đích
của yêu cầu sản phẩm và loại (Reject) các sản phẩm khơng đạt u cầu. Tốc độ
chụp của camera có thể lên đến hàng nghìn chai một phút.

Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật chai
1.1.5.2. Chiết nước vào chai
Hiện nay có khá nhiều cơng nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng
sẽ có cách chiết rót khác nhau như: Nước có ga, nước khơng ga, chất lỏng dạng
cơ đặc. Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng
và rót vào trong chai, bình, lọ, v.v.. Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được
sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng
máy thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định
lượng sản phẩm một cách chính xác.
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:

9



 Định lượng bằng bình định mức: Chất lỏng được định lượng chính xác
nhờ bình định mức trước khi rót vào chai.
 Định lượng bằng chiết tới mức cố định: Chất lỏng được chiết tới mức cố
định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi
chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất
kể thể tích của các chai có bằng nhau hay khơng. Ngồi ra cịn sử dụng
ống thông hơi, chất lỏng được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ
dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác khơng cao, tuỳ thuộc độ đồng
đều của chai.
 Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: Cho chất lỏng chảy vào chai
trongkhoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là
khơng đổi. phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp,
khơng u cầu độ chính xác định lượng.
Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:
 Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai do
chênh lệch về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với
các chất lỏng ít nhớt.
 Phương pháp rót chân khơng: Nối chai với một hệ thống hút chân không,
chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất
trong chai. Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp
dụng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai.
 Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản
phẩm có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn
áp suất khí quyển nhằm tránh khơng cho ga (khí CO2) thốt khỏi chất
lỏng. Với phương pháp rót đẳng áp thơng thường, người ta nạp khí CO2
vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp suất trong bình hứa,
sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ

10



cao. Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi
cơ cấu rót được bố trí chiết cho 1 chai.
 Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc (máy chiết
có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máy
chiết bàn quay) như hình bên dưới:

Hình 1.5 Máy chiết bàn quay
1.1.5.3. Đóng nắp chai
Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống,
thức phẩm, mỹ phẩm và hóa chất cơng nghiệp. Máy có tác dụng đóng bao kín
các loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, khơng rị rỉ chất
lỏng ra ngồi.
Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được xếp
đúng chiều, chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập
nắp hoạt động. Sau khi dập nắp chai sẽ được đưa tới bộ phận vặn nắp để chắc
chắn rằng tất cả các nắp phải được đóng kín.

Hình 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay

11


1.1.5.4. Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót
Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sản
phẩm. Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh
điều khiển. Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảm
biến quang điện. Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu
quang. Nguồn phát quang sử dụng Led hoặc Laser phát ra ánh sáng thấy hoặc
không thấy tùy theo bước sóng. 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor

quang. Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc
phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện.
Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấu kính. ở phần thu ánh sáng
từ thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia
sẽ khơng tác động đến bộ thu được. sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh
hưởng của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo
tần số mạch dao động. Phương pháp này sử dụng mạch dao động làm cho cảm
biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít cơng suất hơn.
Trên thị trường hiện nay có 3 loại cảm biến quang điện chính:Throughbeam sensors (cảm biến tia xuyên qua), Retro-reflective sensors (cảm biến phản
quang), Diffuse reflection sensor (cảm biến phản xạ khuếch tán).

Hình 1.7 Cảm biến phản quang

12


Trong quá khứ, đối với nhà máy bia, nước ngọt, việc phát hiện các chai
PET có chất liệu trong suốt là rất khó khăn, yêu cầu phải điều chỉnh phức tạp
cảm biến cho ứng dụng đó. Hiện nay cơng nghệ phát triển hơn ta có loại cảm
biến phản quang dể dàng phát hiện các vật liệu cho trai PET và thủy tinh. Một
trong số đó là bộcảm biến O5G500 và một bộ lọc phân cực cùng với lăng kính
phản xạ E20722.
1.1.5.5. Dây chuyền đóng thùng
Các máy đóng thùng chai hiện nay rất đa dạng từ thô sơ tới cực kỳ hiện
đại. tùy theo doạng sản phẩm sẽ có cách đóng gói khác nhau. Với chai lọ thủy
tinh dễ vỡ hay các chai có dung tích lớn thường được đóng thùng bằng cánh tay
Robot.
Phương pháp này hiện đại và chính xác nhất, đảm bảo chống va đập làm
hư sản phẩm. Số lượng sản phẩm phụ thuộc vào kích thước thùng chứa, số
lượng chai gắp trong một lần cũng dễ dàng cài đặt, ví dụ như để đóng két cho

bia chai thì mỗi lần cánh tay robot có thể gắp 20 chai. Dây chuyền đóng thùng
gồm 2 băng tải, một bang tải đưa sản phẩm đến tay gắp, một băng vận chuyển
thùng, hai băng tải đặt ngang nhau. Bộ phận gắp chai đượcđiểu khiển đồng bộ
bằng khí nén.

Hình 1.8 Bộ phận gắp chai

13


Với các loại chai nhỏ và khó vỡ thì thường dùng phương pháp đóng thùng
kiểu “Drop”, hệ thống có hai băng tải, một băng tải chở sản phẩm chai
ở phía trên, băng tải chứa thùng phía dưới, khi số chai chạy vào khung đủ số
lượng thì phần đáy của khung mở ra để toàn bộ chai trong khung rơi xuống
thùng, các chai rơi xuống thùng đồng thời thùng được hạ xuống để giảm lực tác
động vàođáy chai, cách đóng thùng này nhanh và đơn giản hơn dùng cánh tay
Robot.

Hình 1.9 Đóng thùng kiểu “Drop”

14


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-1200
2.1.

Giới thiệu chung
Để đáp ứng u cầu tự động hóa ngày càng tăng địi hỏi kỹ thuật điều


khiển phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì
vậy người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy
trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hồn
tồn cho các phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có tính năng
ưu việt và thích hợp trong mơi trường cơng nghiệp là:
 Khả năng chống nhiễu tốt.
 Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp.
 Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt.
 Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để
xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động.
 Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như:
Omron,
Schneider, Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley...
S7-1200 là dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn
với những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng
và có khả năng mở rộng, nâng cấp.Ngơn ngữ lập trình đa dạng cho phép người
sử dụng có quyền chọn lựa. Đặc điểm nổi bật của S7-1200 đó là ngơn ngữ lập
trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta
có thể sử dụng ngơn ngữ chun biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà
ta cần.

15


2.1.1. Các modul PLC S7-1200

Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-1200
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng
điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra

khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế khơng bị cứng hố về cấu
hình. Chúng được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ
vào yêu cầu thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU,
các modul cịn lại nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul
chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí… Chúng gọi
chung là modul mở rộng.
2.1.1.1 . Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể cịn có một vài cổng
vào ra số. Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra
Onboard. PLC S7_1200 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt
tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul
CPU315. Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về
cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong

16


thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ
được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated
Function Module).

Hình 2.2 Một số CPU của PLC S7-1200
Ngồi ra cịn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thơng, trong đó
cổng truyền thơng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân
tán. Các loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP
(Distributed Port) như là modul CPU314C-2DP.
2.1.1.2. Modul mở rộng
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-1200 được thiết kế theo kiểu
modul. Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng

PLC theo cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và
dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ
theo từng ứng dụng nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là
modul CPU, các modul cịn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối
tượng điều khiển bên ngoài như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ.
Chúng được gọi chung là các modul mở rộng.
Các modul mở rộng chia thành 5 loại chính:
a) Module nguồn ni (PS - Power supply)
Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)

17


Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
 DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số
mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.
 DO (Digital output): Modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở
rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.
 Modul mở rộng các cổng vào/ra số...
 Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ
từng loại modul.
 CPU 312 IFM CPU 314C-2PTP CPU 314 CPU 314C-2DP AI (Analog
input):
 Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào tương tự có thể là
2, 4, 8 tuỳ từng loại modul.
 AO (Analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng ra
tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại modul.
 AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra

tuỳ từng loại modul.
Các CPU của S7_1200 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu
analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Cũng như các modul số,
người sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog.
c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)
Modul ghép nối nối các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và
được quản lý chung bởi 1 modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được
gắn liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8
modul mở rộng (không kể modul CPU, modul nguồn ni). Một modul CPU
S7-1200 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải
được nối với nhau bằng modul IM.

18


Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_1200 theo nhiều
cấu hình, S7-1200 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:
 IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul
trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU.
 IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng
chứa 8 modul với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn
24 VDC cho mỗi tầng.
 IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul
trên đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.
d) Modul chức năng (FM - Function modul)
e) Modul có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như modul PID, modul điều
khiển động cơ bước.
f) Module truyền thông (CP - Communication modul)
Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc
giữa PLC với máy tính.


Hình 2.3 Các loại modul mở rộng của S7-1200
Các Tín hiệu kết nối với PLC:

19


 Tín hiệu số : Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có
2 trị 0 hoặc 1.
Mức 0 : tương ứng với 0V hoặc hở mạch.
Mức 1 : Tương ứng với 24V.
Vd: Các tín hiệu từ nút nhấn, từ các cơng tắc hành trình….. đều là những tín
hiệu số.
 Tín hiệu tương tự : Là tín hiệu liên tục, từ 0-10V hay từ 4-20mA….
Vd: Tín hiệu đọc từ Loadcell,từ cảm biến lưu lượng…
 Tín hiệu khác : Bao gồm các tín hiệu giao tiếp với máy tính với các thiết
bị ngoại vi khác bằng các giao thức khác nhau như giao thức RS232,
RS485, Modbus…. Modul ra sè (DO).
Kiểu dữ liệu:
 Kiểu Bool: True hoặc False ( 0 hoặc 1) VD: M0.0
 Kiểu Byte : gồm 8 Bit
 Kiểu Word
 Kiểu DWord
 Kiểu Int
 Kiểu Real.....

20


Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC

2.2.

Ngơn ngữ lập trình

PLC S7_1200 có 3 ngơn ngữ lập trình cơ bản sau:
Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng
ngơn ngữ lập trình thơng thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi
nhiều câu lệnh theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu
trúc chung là “tên lệnh”+”tốn hạng”.
Ví dụ:

Ngơn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic). Đây là dạng
ngơn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển
logic.
Ví dụ:

21


Ngơn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). Đây là
dạng ngơn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển
số.
Ví dụ:

Trong đồ án em sử dụng ngơn ngữ LAD để lập trình để đơn giản và trực
quan hơn. Phần mềm dùng viết chương trình là Step7 V5.5 SP1_Home_x32.
2.3. Tập Lệnh S7-1200
2.3.1. Lệnh về timer
Lệnh S_PULSE:


Nếu I0.0=1 Timer được kích chạy,khi I0.0=0 hoặc chạy đủ thời gian đặt
2s thì Timer dừng. Hoặc có tín hiệu I0.1 thì Timer cũng dừng.

22


Timer chỉ chạy lại khi có tín hiệu mới từ I0.0 (tức là I0.0 chuyển trạng thái từ
0 lên 1).
Q0.0=1 khi Timer đang chạy.
MW100 lưu giá trị đếm của Timer theo dạng Integer.
MW102 lưu giá trị của Timer theo dạng BCD.
Chức năng của Timer này là tạo xung có thời gian được đặt sẵn.
Lệnh S_PEXT:

Timer kích có nhớ,Khi có tín hiệu cạnh lên ở I0.0 Timer T5 chạy,nếu đủ thời
gian đặt Timer dừng.
Trong q trình chạy nếu có tín hiệu mới từ chân I0.0 thì thời gian Timer lại
được tính lại từ đầu.
Trong q trình chạy nếu có tín hiệu I0.1 thì Timer dừng Q0.0 =1 khi Timer
đang chạy. Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo
dạng Integer và dạng BCD
Lệnh S_ODT:

Nếu I0.0=1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q0.0 sẽ
lên 1 nếu I0.0 vẫn cịn giữ trạng thái 1,khi có tín hiệu I0.1 thì tất cả phải được

23


Reset về 0. Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo

dạng Integer và dạng BCD.
Lệnh S_ODTS:

Timer kích có nhớ, khi có xung cạnh lên ở I0.0 Timer bắt đầu chạy, ngõ ra
Q0.0=1 khi Timer ngưng và chỉ tắt khi có tín hiệu Reset (tín hiệu I0.1).
Trong q trình Timer chạy nếu có sự chuyển đổi tín hiệu từ chân I0.0 thêm 1
lần nữa thì Timer sẽ nhớ và tiếp tục chạy khi hết thời gian lần trước.
Số Timer trong S7_1200 phụ thuộc vào loại CPU.
CPU 312: Có 128 Timer.
CPU 313 trở lên: Có 256 Timer.
Có 2 cách cài đặt giá trị cho Timer:
 Cài thông số thời gian trực tiếp: Để cài giá trị trực tiếp cho Timer ta phải
thêm kí tự S5T# trước giá trị đặt. Các kí tự kế tiếp là thơng số thời gian
muốn cài đặt cho Timer.
 Cài đặt thông số thời gian thông qua biến nhớ: Giá trị cài đặt cho timer
thông qua một biến kiểu WORD 16 bits.

24