HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

MỤC LỤC
Chương 1. Khảo sát công nghệ cân băng định lượng
 Đặt vấn đề
 Sơ đồ công nghệ
 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cân băng định lượng
 Yêu cầu công nghệ
 Sơ đồ khôi
Chương 2. Giới thiệu chung thiết bị phần cứng










PLC S7-200, CPU 226, DC/DC/DC, 24DI, 16DO
Module đầu vào/ra tương tự S7 200 EM235 4 AI/1AO
Loadcell (cảm biến lực) UDA UTE Taiwan
Loadcell tổng 1250
Mơ tơ
Thiết bị khí nén cho sơ đồ mạch lực
Van khí nén 5/2
Rơ le
Cơng tắc tơ

Chương 3. Giới thiệu PLC S7-200










Trang
3
3
3
5
6
6
8
8
9
11
12
14
16
18
18
19
20


GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-200
CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA S7-200
CẤU TRÚC BỘ NHỚ
MỞ RỘNG CỔNG VÀO RA
THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH
CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH
KIỂU DỮ LIỆU
THIẾT BỊ LẬP TRÌNH
CÁC TẬP LỆNH LẬP TRÌNH SỬ DỤNG

20
21
23
26
26
26
27
27
32

Chương 4. Lập trình điều khiển cho hệ thống cân băng định lượng

37

Sơ đồ công nghệ
Phân công vào ra và chọn CPU
Sơ đồ nguyên lý đấu dây vào ra PLC
Giản đồ thời gian


37
37
39
40






SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 1


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

 Lưu đồ thuật tốn
 Chương trình LAD

41
43

Chương 5. Kết luận

55

CHƯƠNG I

KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 2


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

1 : Đặt vấn đề
Vai trò của cân băng đinh lượng trong các nhà máy xí nghiệp là vơ cùng quan trọng, điều này
thể hiện rõ nét trong các nhà máy xi măng, sản xuất thức ăn gia súc, xây dựng….. Cân băng định
lượng có vai trị sản xuất ra sản phẩm cần thiết từ những nguyên liệu có sẵn ban đâu mà không
cần sử dụng nhiều sức lao động của con người.
Vấn đề đặt ra là trong quá trinh sản xuất địi hỏi tính liên tục, pha trộn ngun liệu có tính
chính xác cao, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu
cầu của sản phẩm. Từ các yêu cầu trên thì hệ thông cân băng định lượng là giải pháp tốt nhất. Hệ
thống cân bằng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp nhà máy hoạt động một
cách liên tục. Cân băng định lượng là một khâu trong dây chuyên cơng nghệ nhằm cung cấp
lượng ngun liệu chính xác cho nhà máy, lượng nguyên liệu này đã được người lập trình cài đặt
một giá trị trước. Khi mà lượng nguyên liệu trên băng tải ít đi thì cần điều khiển hệ thông cung
cấp nguyên liệu nhiều hơn và ngược lại.

2: Sơ đồ cơng nghê
1

2

3


Chú thích :
- NL1, NL2, NL3 các bình chứa nguyên liệu
- A,B,C các phễu chứa nguyên liệu để cân
- 1,2,3,4,5,6,7 các van dùng để đóng mở các bình chứa và phễu chứa
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 3


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

-

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Lc1,lc2,lc3,lc4, các cảm biến loadcell đo khối lượng nguyên liệu
M1,M2,M3,M4,M5 mô tơ băng tải va mơ tơ máy trộn
G bình trộn nguyên liệu

3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cân bằng định lượng
Cân định luợng là một loại cân được điều khiển tự động dùng trong nhiều ngành công
nghiệp. Cân định luợng dung để pha chế các loại vật liệu khác nhau với liều lượng được đặt
truớc, sau đó được trộn đều để tiếp tục cho khâu kế tiếp.
Ở sơ đồ công nghệ trên ta sử dụng các phễu và bình chứa tạo thành các tầng có nhiệm vụ khác
nhau.
Tầng thứ nhất chứa vật liệu, tầng thứ hai sử dụng để cân định lượng vật liệu, tầng thứ ba là bằng
tải dùng để vận chuyển nguyên liệu đến bình trộn, tầng thứ tư có nhiệm vụ trộn đều các vật
liệu.Trên thực tế quy trình trên có thể mở rộng cho hệ thống khơng chỉ với 3 bình chứa vật liệu
mà còn nhiều hơn

Quy trinh hoạt động:
Khởi động

ss
Các Van xả đóng

Đ
Khởi động M1,M2,M3

Mở van xả NL1,NL2,NL3

LC1,LC2,LC3 =
Khối lượng nhập

Đóng van xả NL
Ngừng M1,M2,M3
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 4

Đóng các van xả


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Khởi động M4

Mở van xả phễu cân


LC1,LC2,LC3=0

N
Đóng các van xả của các phễu
cân

LC 4 = khôi lượng sản phẩm
cần

Ngừng M4
Khơi động M5

M5 hoạt động 20s

Mở van xả máy trộn

LC4=0

Đóng van xả máy trộn

N: số mẻ trộn
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 5


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN


4. Yêu cầu công nghệ
Tùy theo yêu cầu của lượng sản phẩm cần thiết và các thành phần có trong sản phẩm mà ta điều
khiển các bình chứa nguyên liệu cho phu hợp. Ví dụ lượng sản phẩm yêu cầu là 1 tấn. Trong đó
nguyên liệu 1 là 60%, nguyên liệu 2 là 30 %, nguyên liệu 3 là 10% từ đó suy ra khối lượng cần
thiết cho từng nguyên liệu là :
- Nguyên liệu 1 : 600kg
- Nguyên liệu 2 : 300kg
- Nguyên liệu 3 : 100kg
Dựa vào số liệu trên ta điều chinh các cảm biến loadcell của từng nguyên liệu sao cho phù hợp
với yêu cầu. Sau đây là trinh tự thực hiên :
Ban đầu vật liệu được chứa ở các bình chứa NL1,NL2,NL3. Khi có tín hiệu điều khiển mở cửa
các bình chứa tầng 1 sẽ trút vật liệu xuống các băng tải. sau đó nguyên liệu dc vận chuyển đến
các phễu cân D,E,F. Vật liệu được trút cho tới khi các cảm biến lc1, lc2, lc3 có tín hiệu để đóng
các bình NL1,NL2,NL3 lại và dừng các động cơ M1,M2,M3. Sau khi động cơ M1, M2,M3 được
dừng lại, thì động cơ M4 được khởi động đồng thời các phễu D, E, F sẽ được mở để xả vật liệu
xuống băng tải tổng đến khi các lc1,lc2,lc3 về mức 0 thi đóng các phễu cân lại. Nguyên liệu
chuyển đến bình trộn G , khi cảm biến lc4 có tín hiệu đủ khối lượng u cầu thi dừng băng tải
tổng . Ở đây diễn ra quá trình trộn vật liệu nhờ vào việc điều khiển động cơ M5. Sau một thời
gian trộn t1, động cơ M5 dừng và bình G mở cửa xả liệu đã trộn ra ngồi. Sau thời gian t2,
nguyên liệu được trút hết ra ngoài, có tin hiệu của lc4=0, bình G đóng lại và quy trình trộn liệu
của một mẻ trộn kết thúc và tiếp tục cho mẻ trộn liệu tiếp theo bắt đầu lại từ đầu.
Khi một trong các loadcell phễu cân lc1,lc2,lc3 không đủ khối lượng nhập ban đầu trong khoảng
thời gian 10 phút hay một trong các bình nguyên liệu đã hết thi còi báo sẽ kêu và dừng hệ thống.
Đến khi được cung cấp nguyên liệu và ấn nút start hệ thông mới làm việc lại
Ðể đơn giản trong quá trình xây dựng hàm logic điều khiển ở phần sau, và do 3 quá
trình NL1-A-G, NL2-B-G, NL3-C-G là dộc lập nhau nên ta chỉ xét hàm điều khiển cho 1 nhánh
NL1-A-G, các nhánh còn lại tương tự.

5. Sơ đồ khối

NGUỒN ĐIỆN

CẢM BIẾN

PLC

ĐIỀU KHIỂN

 Sơ đồ 1 nhánh NL1-A-G
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 6

CƠ CẤU CHẤP HÀNH


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU CHUNG THIẾT BỊ PHẦN CỨNG
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 7


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN


1: PLC S7-200, CPU 226, DC/DC/DC, 24DI, 16DO

Nhà sản xuất: PLC Siemens
PLC Siemens S7-200, CPU 226, 24 vào,16 ra ,nguồn DC
PLC S7-200, CPU 226
6ES7216-2AD23-0XB0
Nguồn cung cấp: 24 VDC
Ngõ vào số: 24 DI DC
Ngõ ra số : 16 DO DC
Bộ nhớ chương trình: 24KB
Bộ nhớ dữ liệu: 10KB
2 PPI/FREEPORT PORTS
Điều khiển PID: Có.
Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.
Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0.37ms.
Bit memory/Counter/Timer : 256/256/256.
Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 Khz.
Bộ đếm lên/xuống: Có.
Ngắt phần cứng: 4.
Số đầu vào/ra có sẵn: 24 DI / 16DO.
Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng: DI/DO/MAX: 128 / 120 /
248
Số đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng: AI/AO/MAX: 28 / 7/ 35
hoặc 0 / 14 / 14.
IP 20
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 8



HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 196 x 80 x 62.

2 : Module đầu vào/ra tương tự S7 200 EM235 4 AI/1AO
EM 235 là một module tương tự gồm có 4AI và 1AO 12bit (có tích hợp các bộ
chuyển đổi A/D và D/A 12bit ở bên trong).

Thông số kỹ thuật:
Dòng tiêu thụ từ bus
Dòng tiêu thụ từ L
Điện năng tiêu thụ
Số đầu vào tương tự
Số đầu ra tương tự
Dạng đầu vào/ra
Dải điện áp vào

Dải dòng vào
Dải điện áp ra
Dải dịng ra
Số bít chuyển đổi
Dải số chuyển đổi(2 cực)
Dải số chuyển đổi(đơn
cực)
Độ dài cáp(ko chống
nhiễu)
Trở kháng đầu ra


20mA
60mA
2W
4
1
Vi phân
0 đến 50 mV; 0 đến 100 mV; 0 đến 500 mV; 0 đến 1V
0 đến 5 V; 0 đến 10 V; +/- 25 mV; +/- 50 mV;
+/- 100 mV; +/- 200 mV; +/- 500 mV; +/- 1 V; +/- 2.5 V;
+/-5 V; +/- 10V
0 đến 20 mA
10V~10V
4~20mA
12 bit với áp, 11 bit với dịng
-32,000 to +32,000
0 to +32,000
300m
≥10M Ω với tín hiệu áp
250 Ω với tín hiệu dịng

Thời gian chuyển đổi
Chế độ loại trừ chung
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

<250µs
40db,DC to 60Hz
Page 9



HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG
Chế độ điện áp
Áp lớn nhất
Dịng lớn nhất
Kích thước (RxCxD)(mm)

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN
Tín hiệu áp + điện áp chung≤12V
30V DC
32mA
120.5×80×62

*Điều chỉnh độ phân giải

*Sơ đồ đấu dây

Module EM235

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

A+, A-, RA
B+, B-, RB
C+, C-, RC
D+, D-, RC
M0, V0, I0
Gain
Offset
Switch cấu hình(configuration)

Page 10


Đầu vào tương tự
Đầu vào tương tự
Đầu vào tương tự
Đầu vào tương tự
Đầu ra tương tự
Chỉnh hệ số khuyếch đại
Chỉnh trôi điểm khơng
Chọn dải tín hiệu và độ phân giải


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

3 : Loadcell (cảm biến lực) UDA UTE Taiwan

Loadcell điểm đơn UDA (UTE - Taiwan).
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 11


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

- Capacity (kg): 60, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1000
- Vật liệu: nhôm hợp kim cao cấp
- Dùng cho cân bàn, cân đóng bao, cân đóng gói.

- Kích thước bàn cân lớn nhất (mm): 800 x 800
Thông số kỹ thuật

Accuracy Class

C3

Rated output (mV/V)

2.0 ± 0.2

Combined Error (%FS)

Temperature effect on span (%FS/10oC)

0.014

Temperature effect on zero (%FS/10oC)

0.017

0.02

Temperature, compensated (oC)

-10 ~+40

Non-linearity (%FS)

0.017


Temperature, operating (oC)

-35 ~+65

Non-repeatability (%FS)

0.01

Excitation, recommended (V)

5~12(DC)

Creep (%FS/30min)

0.015

Excitation, Max. (V)

18(DC)

Input Resistance (Ω)

414 ± 3

Safe Overload (%FS)

150

Output Resistance (Ω)


350 ± 3

Ultimate Overload (%FS)

300

Insulation Resistance (MΩ)

≥5000(50VDC)

Protection Class

IP 67

Zero Balance (%FS)

2.0

Cable length (m)

2

Off center load error(% per R76)

0.02

Cable Spec 4-wire shielded cable

6mm


** Ở đồ án này ta dùng điện áp kích thích là 5 v, nên điện áp ra khi loadcell đạt khôi lượng cực
đại 1000kg la 10 mv. Sau đó đưa qua bộ khuếch đại với hệ số khuếch đai k=5 ta có điện áp ra là
50mv phù hợp với đầu vào Modul EM 235

4 : Loadcell tổng 1250

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 12


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Thông số kỹ thuật

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 13


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

** Ở đồ án này ta dùng điện áp kích thích là 5 v, nên điện áp ra khi loadcell đạt khơi lượng cực
đại 1500kg la 10 mv. Sau đó đưa qua bộ khuếch đại với hệ số khuếch đai k=5 ta có điện áp ra là
50mv phù hợp với đầu vào Modul EM 235


5 : Mô tơ
a) Mô tơ băng tải
Mơ tơ xoay chiều có phanh 5.5 kw 7.5 hp

Dùng để giảm tốc độ đột ngột hoặc dừng trục motor đang chạy ngay lập tức ( khơng có qn
tính), dùng cho rất nhiều nhà máy sản xuất.
Khi đấu điện phanh tách rời ra khỏi trục motor và động cơ chạy bình thường, khi tắt điện phanh
giữ trục motor lại. Nếu mất điện khi vận hành, chế độ ngừng phanh bằng tay vẫn cho phép người
sử dụng đưa hệ thống về vị trí cần thiết.
Tốc độ motordien (mơ tơ điện) 1440. vịng/phút (4 cực điện- 4 poles), điện áp 380 vơn
Ký hiệu sản phẩm Y3EJ-132S- 4P (khoảng cách từ tâm trục xuống mặt đất là 132 mm)
Đường kính trục (cốt) của motor: 38 mm
Cường độ dòng điện định mức khi đấu điện là 11.6 (A)
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 14


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Motor kín với hệ số bảo vệ bụi và nước IP 55
Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, dây đồng tiết kiệm điện năng, vỏ gang hoặc vỏ hợp kim
nhôm
Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế dọc trục 140 mm
Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế ngang trục 216 mm
Tổng chiều cao thân moto (mô tơ) 345 mm


b) Mô tơ máy trộn và băng tải tổng
Mô tơ xoay chiều có phanh 7.5 kw 10 hp

Dùng để giảm tốc độ đột ngột hoặc dừng trục motor đang chạy ngay lập tức ( khơng có qn
tính), dùng cho rất nhiều nhà máy sản xuất.
Khi đấu điện phanh tách rời ra khỏi trục motor và động cơ chạy bình thường, khi tắt điện phanh
giữ trục motor lại. Nếu mất điện khi vận hành, chế độ ngừng phanh bằng tay vẫn cho phép
người sử dụng đưa hệ thống về vị trí cần thiết.
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 15


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Tốc độ motordien (mơ tơ điện) 1440 vịng/phút (4 cực điện- 4 poles), điện áp 380 vôn
Ký hiệu sản phẩm Y3EJ-132M – 4P (khoảng cách từ tâm trục xuống mặt đất là 132. mm)
Đường kính trục (cốt) của motor: 38 mm
Cường độ dòng điện định mức khi đấu điện là 15.4 (A)
Motor kín với hệ số bảo vệ bụi và nước IP 55
Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, dây đồng tiết kiệm điện năng, vỏ gang hoặc vỏ hợp kim
nhôm
Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế dọc trục 178 mm
Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế ngang trục 216 mm
Tổng chiều cao thân moto (mô tơ) 345 mm

6: Chọn thiết bị khí nén cho sơ đồ mạch lực
a) Chọn nguồn cung cấp khí nén

Chọn nguồn cung cấp khí nén là máy nén khí TA-12015HP của hãng FUSHENG

Model

Mơ tơ
(KW)

Số
vịng
quay
Mơ tơ
(Rpm)

Cơng
suất
làm
việc
(Mpa)

Cơng
suất
cực
đại
(Mpa)

Lưu
lượng
khí
(m3 /
min)


Thùng
khí
(L)

Kích thước
(mm)

Trọng
lượng
(Kg)

TA12015H

11

800

0.7

0.8

1.5

300

1825*700*122
0

441


SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 16


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

P

b) Chọn xylanh
Một số thông số cần quan tâm để chọn xylanh:
 Lực của pittong xylanh phải đủ cung cấp cho tải.
 Chiều dài tối đa của một hành trình xylanh.
 Độ lớn xung lực ban đầu tạo ra ở pittong khi pittong bắt đầu hành trình, nếu q lớn có
thể làm gãy hoặc bẻ cong thanh truyền pittong
.  Dải nhiệt độ của mơi trường làm việc bình thường của xylanh trong khoảng nào. Thông
thường các xy lanh được chọn trong khoảng 5 -60oC. Nếu quá dải nhiệt độ làm việc bình
thường của xylanh cần tư vấn của chuyên gia thiết kế.
 Cần bảo vệ xylanh khỏi bụi bẩn bằng các tấm che chắn, đồng thời xem môi trường làm
việc có xảy ra ăn mịn khơng để bảo vệ hợp lý.
Trong công nghệ của hệ thống cân băng định lượng, xylanh có nhiệm vụ đóng mở các bình
chưa ngun liệu nên chọn loại xylanh phù hợp loại DNU -100-500PPV–A của hãng
FESTO có các thơng số quan tâm sau:

Chiều dài tồn bộ Pittong
Chiều dài chu trình làm việc
Đường kính trục

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

734mm
500mm
25mm
Page 17


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Dải áp suất làm việc
Dải nhiệt độ xung quanh cho phép
Lực hiệu dụng ở áp suất 6Bar khi chạy thuận
Lực hiệu dụng ở áp suất 6Bar khi chạy ngược
Lượng khí tiêu tốn trong chu trình thuận
Lượng khí tiêu tốn trong chu trình ngược

0,2 ÷ 12Bar
-20 ÷ 80oC
4496N
4221N
29,5 L
28,15 L

7: Van khí nén 5/2
Mơ tả : Là van điều khiển đóng-mở bằng điện 24VDC
Ứng dụng: Sử dụng trong hệ thống tự động cung cấp khí cho xylanh dung để mở binh chứa
nguyên liệu và bình cân


*Thơng số kỹ thuật
-Van điện từ 5/2 Airtac 4V220-08 .
-Port size: In=1/4'', Out=1/8'' .
-Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa .
-Loại van 5 cửa 2 vị trí .
-Nhiệt độ hoạt động: 5~50oC .
-Điện Áp: 110V, 220V, 24V.

8 : Rơ le

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 18


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Chọn rơ-le loại MY4N DC24 của hãng MORON có các thơng số quan tâm sau:

9 : chọn công tắc tơ
Chọn công tắc tơ Contactor Schneider 3P 380V LC1F115BD

** thông số kỹ thuật
Hãng sản xuất
Loại

Schneider

DC

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 19


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

Số pha
Điện áp
Điện áp cuộn coil

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

3 Pha
380V
24VDC

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU PLC S7-200
I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-200
PLC, viết tắt của programable logic controler là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết
bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một
ngơn ngữ lập trình. Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số
nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật tốn điều khiển và trao đổi thơng tin với mơi trường bên
ngồi ( PLC khác hoặc máy tính ). S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens
( CHLB Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng. Các module này được sử
dụng với những mục đích khác nhau. Tồn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của
PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ khơng đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngồi để lưu
chương trình và dữ liệu (Catridge ). Dịng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ ) và 22X ( loại

mới ), trong đó họ 21X khơng cịn sản xuất nữa. Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP,
216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM
* Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X :

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 20


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

* Giới thiệu về module mở rộng:
- Module đầu vào số: EM221, có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120230VAC
- Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC.
- Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC
/RELAY/230VAC.
- Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 0-10V,4-20mA…
- Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra .
- Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra.
- Ngồi ra cịn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị
trí, module truyền thơng.

II. CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA S7-200:
1. Hình dáng và cấu trúc bên ngoài:
1.1. Các đầu vào/ra số:
- Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC. Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC/220VAC ( tùy theo loại
CPU ). - Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU)
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN


Page 21


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

1.2. Đèn trạng thái:
- Đèn RUN (màu xanh): Chỉ báo PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã
được nạp vào bộ nhớ chương trình.
- Đèn STOP (màu vàng): Chỉ báo PLC đang ở chế độ dừng và khơng thực hiện chương trình, các
đầu ra đều ở trạng thái “OFF”.
- Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành. - Đèn
Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số(ON/OFF).
- Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số(ON/OFF).
1.3. Port truyền thông:
- Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần…
- Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng.
1.4. Công tắc chuyển chế độ:
- RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì
PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù cơng tắc vẫn ở vị trí RUN ( quan sát đèn trạng
thái ).
- STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF. - TERM: Cho
phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngồi ra cịn được dùng để
download chương trình người dùng.
1.5. Vít chỉnh tương tự:
Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay được 270 độ để thay đổi giá trị
của vùng nhớ biến trong chương trình.


Hình 1: plc và các đầu vào ra
2. Cấu trúc phần cứng:
Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 22


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

- Module nguồn.
- Module đầu vào.
- Module đầu ra.
- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU).
- Module bộ nhớ.
- Module quản lý phối ghép vào ra.

Hình 2: Mơ hình tổng quát của một PLC

2.1. Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit):
CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC. Mỗi
PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.
CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”:
- Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý
ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài.
- Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thơng tin số, văn bản, phép toán, đo
lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý
được cải thiện nhanh hơn.

2.2. Bộ nhớ:
Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thơng tin cần xử lý trong
chương trình của PLC.
Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều
khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ
sẵn trên module CPU.
Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện
2.3. Khối vào/ra:
Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công
suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC).

SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 23


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa
vào bộ xử lý.
Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly
quang.
2.4. Bộ nguồn:
Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC.
2.5. Khối quản lý ghép nối:
Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngồi như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận
hành, mạng truyền thơng cơng nghiệp.


III. CẤU TRÚC BỘ NHỚ:
1. Phân chia bộ nhớ:
Bộ nhớ của PLC S7-200 được chia thành bốn vùng cơ bản và hầu hết có thể đọc ghi được
chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt (SM) chỉ có thể truy cập để đọc.

CHƯƠNG TRÌNH

THAM SỐ

DỮ LIỆU

CHƯƠNG TRÌNH

CHƯƠNG TRÌNH

THAM SỐ

THAM SỐ

DỮ LIỆU

DỮ LIỆU

VÙNG ĐỐI
TƯỢNG

Hình 3 : Cấu trúc bộ nhớ của PLC
- Vùng nhớ chương trình: Là miền nhớ được dùng để lưu trữ các lệnh được dùng trong chương
trình.Vùng này thuộc kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được.
- Vùng nhớ tham số: Dùng để lưu giữ các tham số như từ khóa, địa chỉ trạm… Vùng này thuộc

kiểu non-volatile có thể đọc và ghi được.
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 24


HỆ THỐNG CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG

GVHD: TH.S NGUYỄN QUANG TÂN

- Vùng dữ liệu: Dùng để cất giữ các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả các phép tính, các
hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông…
- Vùng đối tượng: Bao gồm các bộ đếm, bộ định thì, các cổng vào ra tương tự. Vùng này khơng
thuộc kiểu non-volatile nhưng có thể đọc và ghi được.
Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình
2.Vùng nhớ chương trình:
Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT.
- OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này ln được qt trong mỗi vịng qt.
- SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao
đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính.
- INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi
dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác. Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự
kiện ngắt xảy ra.
3. Vùng nhớ dữ liệu:
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ
đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật
tốn, các hàm truyền thơng, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa
chỉ… Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ để phục vụ cho những mục đích và
cơng dụng khác nhau, bao gồm các vùng sau:
- V (Variable memory): Vùng nhớ biến.

- I (Input image register): Vùng đệm đầu vào.
- Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra.
- M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội.
- SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt.
Cách thức truy cập địa chỉ của vùng nhớ dữ liệu:
3.1. Truy cập trực tiếp:
- Truy cập theo bit: Tên miền nhớ + địa chỉ byte + • + chỉ số bit.Ví dụ:V10.4 chỉ bit 4 của byte
10 thuộc miền nhớ V.
- Truy cập theo byte: Tên miền nhớ + B + địa chỉ byte. Ví dụ VB15 chỉ byte 15 trong miền nhớ
V.
- Truy cập theo từ: Tên miền nhớ + W + địa chỉ byte cao của từ. Ví dụ VW183 chỉ từ đơn gồm
hai byte là VB183 và VB184 trong đó VB183 là byte cao trong từ
15
14 13 12 11 10 9 8
7
6
5
4
3
2
1
0
VB183 ( byte cao )
VB 184 ( byte thấp )
- Truy cập theo từ kép: Tên miền + D + địa chỉ byte cao trong miền.Ví dụ VD345 chỉ từ kép gồm
4 byte 345, 346, 347, 348 trong miền nhớ V trong đó 345 là byte cao trong từ kép.
31
24 23
16 15
8 7

0
VB183(byte cao)
VB184
VB185
VB186(byte thấp)
VD183
3.2. Truy cập gián tiếp:
SVTH: PHẠM ĐỨC THIỆN

Page 25