CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

CHO HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC SINH HOẠT

2.1 Đặt vấn đề

Trong đồ án này chúng em sẽ thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát cung

cấp nước cho tòa nhà 24T tại khu đô thị Trung Hòa – Nhân Chính, quận Thanh

Xuân, Hà Nội. Đây là một tòa nhà có khoảng 175 căn hộ bao gồm nhiều dân cư và

nhiều văn phòng của các công ty lớn nhỏ... với mức tiêu thụ hàng tháng rất lớn.

Với mức tiêu thụ khổng lồ như vậy, việc thiết kế hệ thống cung cấp nước cho tòa

nhà là một nhu cầu cấp thiết để có thể đảm bảo cung cấp đầy đủ nước sinh hoạt cho

toàn bộ cư dân trong tòa nhà.

Tính toán lưu lượng nước tiêu thụ trung bình của chung cư

Lưu lượng nước cho hệ thống cấp nước trong nhà có thể xác định theo yêu

cầu của đối tượng sử dụng, theo tiêu chuẩn và theo chế độ dùng nước. Tiêu chuẩn

dùng nước rất khác nhau và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ trang bị thiết

bị kỹ thuật vệ sinh trong nhà, điều kiện khí hậu, công nghệ sản xuất…

Lưu lượng nước sinh hoạt của chưng cư:

Q sd=

N . q1000

Trong đó: N là tổng số người trong chưng cư, N= 175.4=700 (người)

: q là tiêu chuẩn dùng nước của một người (l/người. ngày)

Dựa vào tiêu chuẩn TCVN 4513-88 điều 3.2 bảng 1=> q = 300(l/người.

ngày)

=> Q sd=

700 .3001000

=210 m3

Dung tích của bể chứa

Dung tích bể chứa nước ngầm lấy từ 0.5 – 2 lần lưu lượng sử dụng hàng

ngày đêm của chưng cư. Ở đây ta chọn 2 lần lưu lượng nước tính toàn ngày

đêm. Ngoài ra ta cần phải dự trữ vào bể chứa lựu lượng nước chữa cháy trong

3 giờ liền.

Lưu lượng nước cần phải dự trữ cho chữa cháy trong bể chứa:

Qcc=

∑ qcc .t .n

1000 m3

Trong đó qcc là lưu lượng tính cho 1 đám cháy

qcc = 2,5 (l/s)

n là số đám cháy n = 2

t là số giờ tính toán t = 3h

=> Qcc= 2,5. 2 .3 . 60 .601000 = 54 m

3

Dung tích bể chứa:

ƯW bc=2 . Qsd+Qcc = 2.210+54= 474 m3

Ta thiết kế chọn 1 bể chứa dung tích 474 m3.

Lưu lượng tính toán cho toàn bộ chung cư

Để tính toán sát với thực tế và đảm bảo nước cung cấp đầy đủ, thì lưu lượng

tính toán phải dựa theo số lượng chủng loại, các thiết bị vệ sinh trong nhà đó.

Mỗi thiết bị vệ sinh tiêu thụ một lượng nước khác nhau, do đó để dễ dàng

tính toán người ta đưa tất cả các lưu lượng tính toán của các thiết bị vệ sinh về

dạng lưu lượng đơn vị gọi là đương lượng.

Một đương lượng đơn vị tương ứng với lưu lượng nước là 0.2l/s của một vòi nước

ở chậu rửa có đường kính 15mm, áp lực tự do 2m.

Tổng số đượng lượng được tính như sau:

N=aX + bL + cR + dBT

=0,5.175 + 0,33.175 + 175 +175 = 495,25

Lưu lượng của toàn bộ chưng cư theo đương lượng vệ sinh:

= 0.22√495 ,25 + 0,003.495,25

= 5,94(l/s) = 21,384(m3 /h)

Lưu lượng của bơm cấp nước sinh hoạt cho chưng cư.

Để tăng độ an toàn cấp nước lấy thêm 35% lưu lượng nước cấp.

Qb =21,384.1,35 = 28,8684 (m3 /h)

Từ các thông số trên ta chọn 2 bơm, 1 bơm làm việc và 1 bơm dự phòng. Chọn

máy bơm ly tâm trục đứng Dragon- Mỹ model DVM 32-70. Thông số kỹ thuật:

Công suất: 115 kw/ 380V

Lưu lượng: 16-40 m3/h

Cột áp: 126-67 m

Yêu cầu công nghệ đặt ra là phải thay đổi được lưu lượng nước cấp cho mạng tuỳ

vào yêu cầu của phụ tải. Hiện nay, để thực hiện việc thay đổi lưu lượng người ta sử

dụng nhiều bơm với các công suất và lưu lượng khác nhau hoặc là cắt bớt cánh

bơm để giảm lưu lượng cộng với việc sử dụng các van điều tiết đầu ra. Việc thay

đổi lưu lượng bằng cách cắt bỏ bớt cách bơm rất phức tạp và mất nhiều công sức.

Như vậy, việc các động cơ bơm luôn chạy với 100% công suất định mức trong khi

lưu lượng thực tế cần thấp hơn định mức đó gây ra lãng phí điện năng. Tuỳ thuộc

vào yêu cầu của phụ tải mà lượng điện năng lãng phí là ít hay nhiều. Mặt khác, các

động cơ bơm đang được khởi động trực tiếp nên dòng khởi động lớn, gây ra sụt áp

trên lưới, không tốt cho động cơ và tác động xấu đến các cơ cấu cơ khí.

Vì vậy em xin đề xuất ứng dựng biến tần dùng cho bơm.

Nguyên tắc điều khiển máy bơm của thiết bị biến tần: 

Khi sử dụng thiết bị biến tần cho phép điều chỉnh một cách linh hoạt lưu

lượng và áp lực cấp vào mạng lưới theo yêu cầu tiêu thụ.

Với tín hiệu từ cảm biến áp lực phản hồi về thiết bị biến tần, bộ vi xử lý của

biến tần sẽ so sánh giá trị truyền về với giá trị cài đặt để từ đó thay đổi tần

số dòng điện, điện áp cung cấp cho động cơ làm thay đổi tốc độ quay của

động cơ để đảm bảo lưu lượng và áp lực cấp vào mạng lưới.

Sự điều chỉnh linh hoạt các máy bơm khi sử dụng biến tần được cụ thể như

sau:

Điều chỉnh tốc độ quay khi lưu lượng và cột áp cùng thay đổi

Điều chỉnh tốc độ quay khi lưu lượng thay đổi còn cột áp không

thay đổi

Đa dạng trong phương thức điều khiển các máy bơm trong trạm

bơm. Một thiết bị biến tần có thể điều khiển đến 5 máy bơm .

Những ưu điểm khi điều khiển tốc độ bơm bằng thiết bị biến tần

Hạn chế được dòng điện khởi động cao

Tiết kiệm năng lượng

Điều khiển linh hoạt các máy bơm

Sử dụng công nghệ điều khiển vecto

Ngoài ra còn các ưu điểm khác của thiết bị biến tần như:

Dãy công suất rộng từ 1,1 – 400 Kw

Tự động ngừng khi đạt tới điểm cài đặt

Tăng tốc nhanh giứp biến tần bắt kịp tốc độ hiện thời của động cơ

Tự động tăng tốc giảm tốc tránh quá tải hoặc qúa điện áp khi khởi động

Bảo vệ được động cơ khi : ngắn , mạch, mất pha lệch pha, quá tải, quá

dòng, quá nhiệt.

Kết nối với máy tính chạy trên hệ điều hành Windows

Kích thước nhỏ gọn không chiếm diện tích trong nhà trạm

Mô men khởi động cao với chế độ tiết kiệm năng lượng

Dễ dàng lắp đặt vận hành

Hiển thị các thông số của động cơ và biến tần

2.2 Các giải pháp thiết kế

Có ba phương thức điều khiển các máy bơm:

Điều khiển theo áp suất trên đường ống chính: Trên cơ sở tín hiệu áp suất

chất lỏng trên đường ống chính hồi tiếp về biến tần. Bộ PLC sẽ so sánh tín hiệu hồi

tiếp với áp suất chất lỏng được cài đặt. Trên cơ sở kết quả so sánh biến tần sẽ điều

khiển đóng mở các máy bơm sao cho phù hợp để mực chất lỏng trong bể luôn bằng

giá trị cài đặt. Ngược lại khi tín hồi tiếp lớn hơn giá trị cài đặt, biến tần sẽ điều

khỉên cắt lần lượt các bơm để mực chất lỏng luôn đạt ổn định ở giá trị cài đặt.

Điều khiển theo hình thức chủ động/ thụ động: Mỗi một máy bơm được nối

với một bộ biến tần trong đó có một biến tần chủ động và các biến tần khác là thụ

động. Khi tín hiệu hồi tiếp về biến tần chủ động thì bộ PLC sẽ so sánh với tín hiệu

được cài đặt để từ đó tác động đến các biến tần thụ động điều chỉnh tốc độ quay

của các máy bơm cho phù hợp và không gây ra hiện tượng va đập thuỷ lực phản

hồi từ hệ thống. Phương thức điều khiển này là linh hoạt nhất, khắc phục những

khó khăn trong quá trình vận hành bơm khác với thiết kế. Phương thức này được

sử dụng cho trường hợp thay đổi cả về lưu lượng và áp lực trên mạng lưới.

Điều khiển theo hình thức biến tần điều khỉên một bơm: Một máy bơm

chính được điều chỉnh thông qua thiết bị biến tần, các máy bơm còn lại đóng mở

trực tiếp bằng khởi động mềm. Khi tín hiệu áp lực và lưu lượng trên mạng lưới hồi

tiếp về biến tần. Bộ vi xử lý sẽ so sánh với giá trị cài đặt, và điều khiển tốc độ máy

bơm chính chạy với tốc độ phù hợp và điều khiển đóng mở các máy bơm còn lại

cho phù hợp với nhu cầu trên mạng lưới đồng thời điều chỉnh tốc độ bơm chính

sao cho hạn chế tối đa hiện tượng va đập thuỷ lực mạng lưới cấp nứơc. Phương

thức điều khiển này được áp dụng cho trường hợp áp lực của máy bơm đúng với

thiết kế nhưng lưu lượng thay đổi.

Căn cứ vào yêu cầu công nghệ của bài toán nhóm em chọn phương án dùng

PLC điều khiển theo áp suất trên đường ống chính thông qua biến tần và sử

dụng phần mềm WinCC giám sát hệ thống để đảm bảo chất lượng cho hệ thống.

2.3 Xây dựng cấu hình

Cấu hình hệ thống cấp nước cho cả tòa nhà bao gồm:

Cấp trường: là cảm biến báo áp suất, các cơ cấu chấp hành như : động cơ

bơm nước…

Cấp điều khiển: là bộ PLC đặt tại phòng điều khiển có nhiệm vụ điều khiển

cơ cấu chấp hành, thu thập dữ liệu từ các cảm biến đồng thời gửi dữ liệu lên

cáp giám sát là máy tính có sử dụng WinCC.

Cáp giám sát: là một máy tính có sử dụng phần mềm WinCC để giám sát

quá trình hoạt động và gửi lệnh xuống điều khiển PLC.

Sơ đồ hoạt động của hệ thống

Nguyên lý làm việc:

Chế độ điều khiển tự động

Sau khi khởi động hệ thống, bộ điều khiển PLC sẽ điều khiển biến tần chạy

với tốc độ nào đó đảm bảo đạt giá trị áp lực ở cuối nguồn theo yêu cầu. Bộ PLC sẽ

điều khiển biến tần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ bơm sao cho P thực tế nhỏ

hơn P cho phép. Điều này cho phép giảm chi phí vận hành.

Biến tần có thể dùng để điều khiển chạy luân phiên các bơm, việc lựa chọn

này được thực hiện nhờ khoá chuyển mạch. Biến tần sẽ điều khiển việc đóng, cắt

các bơm bù thông qua các đầu ra rơle để điều khiển các contactor. Tuỳ thuộc vào

giá trị áp lực trong đường ống thấp hay cao hơn so với giá trị đặt mà biến tần có

thể điều khiển đóng hoặt cắt các bơm bù.

Chế độ điều khiển bằng tay

Tốc độ của động cơ sẽ được điều khiển bằng chiết áp thông qua biến tần.

Người vận hành có thể thao tác dễ dàng như chế độ điều khiển hiện tại.

Ưu điểm:

+ Hệ thống làm việc ổn định và tin cậy.

+ Chi phí đầu tư thấp.

Nhược điểm:

+ Chi phí vận hành cao.

2.4 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống

2.4.1 Cấp trường

Trong đồ án nhóm em dùng cảm biến áp suất SITRANS P, sê-ri Z của Siemens

dùng để đo áp suất và áp suất tuyệt đối.

Ưu điểm

Độ chính xác của phép đo cao

Lớp vỏ bền do làm bằng thép không gỉ

Dùng trong môi trường tích cực và không tích cực

Dùng đo áp suất cả chất lỏng, khí và hơi

Phép đo có phần tử bù nhiệt độ

Thiết kế nhỏ gọn

Ứng dụng

Cảm biến áp suất Sitrans P, sê-ri Z (7MF1564-. ..) đo áp kế và áp suất tuyệt

đối được sử dụng trên tất cả trong các khu công nghiệp :

Công nghiệp hóa chất

Công nghiệp dược

Công nghiệp thực phẩm

Cơ khí

Đóng tàu

Cung cấp nước

Cấu tạo

Cấu tạo của cảm biến áp suất phụ thuộc vào dải đo.

Dải đo < 1 bar ( < 14,5 psi )

Thành phần chính:

Lớp vỏ làm bằng thép không gỉ với bộ đo điện trở áp lực silicon (với màng

chắn bằng thép không gỉ, bộ bù nhiệt độ ) và mô-đun điện tử.

Quy trình kết nối làm bằng thép không rỉ trong các cấu tạo đa dạng

(xem lựa chọn và đặt hàng dữ liệu)

Điện kết nối được thực hiện bằng cách sử dụng một plug DIN 43650 với áp

đầu vào M16 x 1.5, ½ -14 NPT hoặc vòng cắm kết nối M12.

Cảm biến áp suất với dải đo danh nghĩa <1 bar g (<14,5 psi g) là giá trị tùy chọn

hoặc không có bảo vệ nổ.

Dải đo ≥ 1 thanh ( ≥ 14,5 psi )

Thành phần chính:

Lớp vỏ làm bằng thép không gỉ với đầu đo gốm và mô-đun điệnt ử. Đầu đo

gốm bù nhiệt độ có một áp kế màng mỏng được đặt trên một màng mỏng gốm.

Màng mỏng gốm cũng có thể được được sử dụng cho các phương tiện truyền thông

tích cực.

Quy trình kết nối làm bằng thép không rỉ trong các thiết kế đa dạng

(xem lựa chọn và đặt hàng dữ liệu)

Điện kết nối được thực hiện bằng cách sử dụng một plug DIN 43650 với cáp

đầu vào M16 x 1.5, ½ -14 NPT hoặc vòng cắm kết nối M12.

Cảm biến áp suất với dải đo danh nghĩa <1 bar g (<14,5 psi g) là giá trị tùy chọn

hoặc không có bảo vệ nổ.

Phương thức hoạt động

Sơ đồ chức năng cảm biến áp suất Sitrans P, series Z (7MF1564-. ..)

Phương thức hoạt động của cảm biến áp suất phụ thuộc phạm vi đo.

Dải đo < 1 bar ( < 14,5 psi )

Các đầu đo điện trở áp lực silicon của cảm biến áp suất có một mạch cầu điện trở

nơi áp suất vận hành được truyền qua dầu silicone và một màng chắn bằng thép

không gỉ.

Đầu ra điện áp bộ đo là nguồn cho một bộ khuếch đại và chuyển đổi thành dòng

điện đầu ra 4-20mA. Dòng điện đầu ra là tuyến tính tỷ lệ thuận với áp lực đầu vào.

Dải đo ≥ 1 bar ( ≥ 14,5 psi )

Đầu đo màng mỏng có một màng mỏng cầu điện trở với áp suất vận hành được

truyền qua một màng gốm. Điện áp đầu ra từ các đầu đo được biến đổi bởi một bộ

khuếch đại thành dòng điện đầu ra 4-20mA hoặc điện áp đầu ra từ 0 đến 10 V DC.

Dòng điện và điện áp đầu ra tuyến tính tỷ lệ thuận với áp lực đầu vào.

Chế độ hoạt động

Dải đo <1 bar (<14,5 psi) Điện trở áp lực

Dải đo ≥ 1 bar (≥ 14,5 psi) Cảm biến kiểu điện trở màng mỏng

Đầu vào

Biến đo Áp suất và áp suất tuyệt đối

Dải đo

Áp suất

- Metric 0 ….400bar g (0…5802 psi g)

- Dải đo của Mỹ 0 ….6000 psi g

Áp suất tuyệt đối

- Metric 0 ….16bar a ( 0…232 psi a)

- Dải đo của Mỹ 0 ….300 psi a

Đầu ra

Tín hiệu dòng điện ra 4…20mA

Tín hiệu điện áp ra (chỉ đối 0 ...10V DC

với dải đo ≥ 1 bar)

Độ chính xác

Lỗi trong phép đo (ở 25 ° C (77 ° F), 0,25% giá trị thật - điển hình

bao gồm trễ và lặp lại)

Thời gian đáp ứng T99 <0.1 s

Ảnh hưởng dài hạn của nhiệt độ 0.25% giá trị thật/ năm

môi trường xung quanh

Tỷ lệ bắt đầu 0,25% / 10 K (0,25% / 10 K)

giá trị thật

0,7% / 10 K của giá trị

thực cho dải đo <600 mbar

Giá trị thực 0,25% / 10 K (0,25% / 10 K)

giá trị thật

Đánh giá điều kiện hoạt động

Nhiệt độ quá trình -30 ... 120 ° C

(-22 ... 248 ° F)

Nhiệt độ môi trường -25 ... +85 ° C (-13 ... +185 ° F)

Nhiệt độ bảo quản -50 ... 100 ° C

(-58 ... 212 ° F)

Mức độ bảo vệ EN 60529 IP65

Cấu tạo

Trọng lượng ≈ 0,25 kg (≈ 0,55 lb)

Thành phần vật liệu

Đầu đo

- Dải đo <1 bar Thép không gỉ,

(<14,5 psi) mat. số 14404/316L

- Dải đo ≥ 1bar Al2O3 - 96%

(≥ 14,5 psi)

• Quá trình kết nối Thép không rỉ, mat. Số

14404/316L

• Lớp đệm Viton

Quá trình kết nối Xem lựa chọn và đặt hàng dữ

liệu

Nguồn cung cấp Uh

Điện áp thiết bị trên cảm biến áp suất

Đối với dòng điện ra DC 10 ... 36 V

(DC 10 ... 30 V cho

Ex)

Đối với các tín hiệu điện áp đầu ra (chỉ 15 ... 36 V DC

dải đo ≥ 1bar (14,5 psi))

2.4.2 Cấp điều khiển

Trong đồ án này nhóm em sử dụng PLC S7-200 CPU224 của Siemens là cấp điều

khiển.

Đặc điểm của CPU 224

Kích thước: 120.5mm x 80mm x 62mm

Dung lượng bộ nhớ chương trình: 4096 words

Dung lượng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words

Bộ nhớ loại EEFROM

Có 14 cổng vào, 10 cổng ra.

Có thể thêm vào 14 modul mở rộng kể cả modul Analog.

Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37µs

Có 256 Timer, 256 Counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực.

Có 6 bộ đếm tốc độ cao (HSC) ,tần số đếm 20 KHz

Có 2 bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM, tần số 20 KHz chỉ ở

các CPU DC.

Có 2 bộ điều chỉnh tương tự.

Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,…

Đồng hồ thời gian thực.

Chương trình được bảo vệ bằng Password.

Toàn bộ dung lượng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị

mất điện.

Cấu trúc của CPU224

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là :

Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ

nhớ ngoài EPROM ).

Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC .

Các Modul vào /ra.

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm môt đơn vị lập trnh bằng

tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để

chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là

đơn vị xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương

trình đã được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC .

Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc

và kiểm tra chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232,

RS422, RS458, …

Nguyên lý hoạt động của PLC

Đơn vị xử lý trung tâm

CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra

chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh

trong chương trình , sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy

được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực

thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.

Hệ thống bus

Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường

tín hiệu song song :

Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.

Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu.

Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu

khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC .

Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra

thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời

điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.

Nếu môt modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ

chuyển tất cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte

của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận

được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào

theo dõi chu trình hoạt động của PLC .

Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời

gian hạn chế.

Hê thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O .

Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 18 MHZ.

Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về

định thời, đồng hồ của hệ thống.

Bộ nhớ

PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp :

Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.

Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm, ghi các

Relay.

Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí

trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ .

Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong

bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý

lệnh tiếp theo . Với một địa chỉ mới , nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất

hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá trình đọc .

Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này

có khả năng chứa 2000 ÷ 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong

PLC các bộ nhớ như RAM, EPROM đều được sử dụng .

RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa

bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện

nuôi bị mất . Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin

khô, có khả năng cung cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài

năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình.

Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và

tuổi thọ lớn .

EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà

người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào

được . Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn

trong máy , đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người

sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên

trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi và xóa EPROM.

Môi trường ghi dữ liệu thứ ba là đĩa cứng hoạc đĩa mềm, được sử dụng trong

máy lập trình . Đĩa cứng hoăc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được

dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài .

Kích thước bộ nhớ :

Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 ÷1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ

chế tạo .

Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K ÷ 16K, có khả năng chứa từ 2000

÷16000 dòng lệnh.

Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM.

Các ngỏ vào ra I / O

Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào

của PLC ) , các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của

PLC ) .

Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêu xử lý là

12/24VDC hoặc 100/240VAC.

Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh

I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm

tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản .

Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc

đóng hay ngắt mạch ở đầu ra .

2.4.3 Cấp giám sát

Để giám sát và đảm bảo hệ thống hoạt động một cách tốt nhất PLC sẽ được kết

nối với máy tính có sử dụng phần mềm WinCC.

WinCC viết tắt của Windows Control Center, là một phần mềm của hãng

Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất.

Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế các

giao diện Người và Máy-HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống SCADA

(Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số

liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần có trong WinCC

dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không

gặp bất kỳ trở ngại nào.

WinCC cung cấp các module chức năng thường dùng trong công nghiệp như:

Hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo. Giao diện điều khiển mạnh,

việc truy cập ảnh nhanh chóng và chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật) của nó đảm

bảo tính hữu dụng cao.

Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của các

hãng khác nhau như Misubishi, Allen Braddly, Siemens v.v thông qua cổng COM

với chuẩn RS-232 của máy tính với chuẩn RS-485 của PLC.

Đặc trưng cơ bản của WinCC

          WinCC 6.0 chạy trên hệ điều hành Microsoft Window XP, Windows 2000.

Do có tính chất mở và thường xuyên được cập nhật, phát triển nên WinCC tương

thích với nhiều phần mềm chuẩn tạo nên giao diện người và máy đáp ứng nhu cầu

sản xuất. Chương trình tích hợp được nhiều ứng dụng, tận dụng dịch vụ của hệ

điều hành làm cơ sở mở rộng hệ thống. Với WinCC, ta có thể sử dụng nhiều giải

pháp khác nhau để giải quyết công việc, từ việc xây dựng hệ thống có quy mô nhỏ

và vừa khác nhau, cho tới việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn như MES: Hệ

thống quản lý việc thực hiện sản xuất-Manufacturing Excution System, hệ thống

ERP-Enterprise Resouce Planning.  

Tùy theo khả năng của người thiết kế cũng như các phần cứng hỗ trợ khác

mà WinCC đã và đang được phát triển trong nhiều lãnh vực khác nhau.

Ứng dụng phổ biến nhất của WinCC là:

Tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất. Khi một hệ

thống dùng chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ quá trình, nó

có thể mô phỏng bằng hình các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng

các chuỗi sự kiện. WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị,

thông báo bằng đồ họa, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, các bảng

ghi báo cáo, v.v... đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày một phát triển và là một trong

những chương trình ứng dụng trong thiết kế giao diện Người-Máy (HMI), sử dụng

phổ cập nhất tại Việt Nam hiện nay nhờ vào hệ thống trợ giúp của Siemen có mặt

tại nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam.

Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Người-Máy (HMI) và

mạng SCADA, WinCC sử dụng các chức năng sau:

Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và

hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows,

OLE, I/O,… với nhiều thuộc tính động (Dynamic).

Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo

cáo trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận được và

lưu trữ. Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để

chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging c� n

giúp ta t �m ra nguyên nhân của lỗi.

Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng

khác nhau. Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi,

chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các

tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt

động của toàn hệ thống.

Report Designer: Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết

quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện.

User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương

trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hóa khác.

Điều này có nghĩa: Các công thức, thông số trong chương trình WinCC có

thể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống.

WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh như:

Toolbox, các Control, OLE,… được đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế.

Ngoài ra, để phục vụ cho công việc giám sát điều khiển tự động WinCC còn

trang bị thêm nhiều tính năng mới mà các công cụ khác không có như:

Các Control thông qua hệ thống quản trị dữ liệu có thể gắn với một

biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển. Thông qua đó, tác động

đến việc giám sát các trạng thái.

Thông qua hệ thống, thông điệp có thể thực hiện được những hành

động tương ứng khi trạng thái thay đổi.

Trong WinCC, ngôn ngữ C-Sript được dùng để thao tác giúp cho việc

xử lý các sự kiện phát sinh một cách mềm dẻo và linh hoạt.

WinCC cho phép người sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện

chương trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành.

Ngoài ra, sự kết hợp giữa chương trình WinCC và các công cụ phát triển riêng

như: Visual C++ hoặc Visual Basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi,

gắn riêng với một cấu hình cụ thể nào đó.

WinCC có thể tạo một giao diện Người-Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp

giữa con người với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC,…) thông qua

các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp người

vận hành theo dõi được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức hoặc

quá trình hoạt động, hiển thị các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình

công nghệ thông qua các hệ thống tự động. Giao diện HMI cho phép người vận

hành giám sát các quy trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố.

Do đó, WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người-Máy thật sự cần thiết,

không thể thiếu trong các hệ thống có quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại.

Việc sử dụng chương trình WinCC để điều khiển và giám sát hệ thống tự

động hóa trong quá trình sản xuất đã cho kết quả điều khiển chính xác.

Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền

sản xuất được lập trình trên WinCC, bạn có thể giám sát tất cả các thiết bị trên dây

chuyền. Dựa vào giao diện HMI, có thể giám sát và thu thập dữ liệu vào/ra (I/O)

một cách chính xác, hỗ trợ các phương thức xử lý dữ liệu, tổ chức số liệu một cách

linh hoạt thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C.