Thiet ke-he-thong-can-dinh-luong

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG

Page 1

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

PHẦN 1: Tổng quan về đề tài

Chương 1: Giới thiệu hệ thống cân định lượng

Chương 2: Thiết bị

Chương 3: Giới thiệu PLC S7 300

Chương 4: Tổng quan hệ thống SCADA phần mềm WINCC

PHẦN 2: Mô phỏng và lập trình

Chương 1: Mô phỏng WINCC

Chương 2: Lập trình PLC


Page 2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình sản xuất tại các nhà máy, khu công nghiệp tập trung hiện nay khâuđịnh lượng vô cùng quan trọng. Khâu định lượng giúp xác định chính xác khối lượngnguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm tronng sản xuất. Các thiết bị định lượngcó mặt trong hầu hết các khâu trong hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữnguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn, cân và đóng gói sản phẩm…

Tự động điều khiển giám sát các quá trình sản xuất nói chung và cân định lượng nóiriêng là một trong những ưu tiên hàng đầu của cac doanh nghiệp nhằm nâng cao năngsuất hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí hoạt động tăng cường khả năng cạnh tranh trongquá trình hội nhập hiện nay.

Những ứng dụng và lợi ích của hệ thống cân định lượng là rất lớn vì vậy em đã lựachọn để tài “ thiết kế hệ thống cân định lượng”. Thông qua những tìm hiểu của em về hệthống cân định lượng còn nhiều thiếu sót mong nhận được sự đánh giá và góp ý của thầycô.

Em xin trân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2014


Page 3

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG

1.1 Giới thiệu chung

Cùng với sự phát triển kinh tế, sự mở rộng sản xuất công nghiệp ứng dụng của hệ thống

cân định lượng ngày càng lớn. Yêu cầu cho hệ thống ngày càng đòi hỏi độ chình xác cao,

sản lượng lớn. Những ứng dụng của hệ thống cân định lượng là rất nhiều, em đã chon cân

định lượng trong khâu định lượng bán thành phẩm nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi là

hướng tìm hiểu sâu về đề tài của mình.

1.1.1 Sản xuất thức ăn chăn nuôi

Thức ăn chăn nuôi là một nhân tố quan trọng trong phát triển chăn nuôi. Ở nước ta

hiện nay đã và đang sử dụng thức ăn chăn nuôi hỗn hợp công nghiệp bên cạnh sử dụng

thức ăn chăn nuôi truyền thống. Thức ăn công nghiệp cần sản xuất tại các nhà máy thức

ăn chăn nuôi quy mô lớn với hệ thống tự động hóa trong đó có hệ thống cân tự động

trong phối trộn nguyên liệu thức ăn. Việc áp dụng cân định lượng trong khâu sản xuất

giúp giảm lao động, nâng cao hiệu quả, giảm chi phí sản xuất hạ giá thành sản phẩm

chăn nuôi.

Thức ăn chăn nuôi gồm nhiều thành phần với tỷ lệ khác nhau vì vậy cân định lượng cần

đảm bảo tính chính xác và hiệu quả.


Page 4

1.1.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ


Page 5

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ

2.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỈ THỊ KHỐI LƯỢNG:Thiết bị chỉ thị khối lượng (đầu cân) có nhiều loại, do nhiều hãng sản xuất khác

nhau. Tuỳ mỗi loại và yêu cầu cho từng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khácnhau. Tuy nhiên các chức năng cơ bản của một đầu cân vẫn là lấy tín hiệu điện áp từloadcell, biến đổi A/D, xử lý và hiển thị khối lượng cân được ra đèn Led 7 đoạn hoặcmàn hình tinh thể lỏng, có thể truyền dữ liệu về máy tính hoặc ra máy in. Ngoài ra còn cócác chức năng như “Auto Zero”, “Tare”, “Clear”… Để thực hiện các chức năng như trênvới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ nguồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell vàA/D. Thông thường A/D sử dụng là loại 16 bits hoặc cao hơn sẽ cho độ phân giải là lớnhơn một phần 65536 (216) và như vậy độ chính xác sẽ rất cao. Ngoài bộ vi xử lý đủmạnh, đầu cân nhất thiết phải có bộ nhớ để lưu trữ số liệu sau khi cân chỉnh.

Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của trạm cân mà có thể có thêm thiết bị hiển thị từ xa haykhông.

Sau đây giới thiệu hình ảnh một số đầu cân và thiết bị hiển thị từ xa trong thực tế:


Page 6

Hình 2.1: Giới thiệu hình ảnh một số loại đầu cân có trong thực tế

2.1.1. Đặc điểm đầu cân BDI –9301:

- Điều chỉnh hoàn toàn dùng kỹ thuật số làm cho việc chỉnh điểm 0 và định bước cân(span) trở nên dễ dàng. Không cần phải nạp và xoá trọng lượng đặt một cách liên tục.

- Có 16 hàm chức năng được điều chỉnh thông qua 16 phím nhấn. Có thể sử dụng chorất nhiều ứng dụng cân tĩnh cũng như cân động.

- Cho phép khởi động lại các giá trị mặc định tạo bởi nhà sản xuất khi có sự cố đốivới hoạt động bình thường.

- Chức năng kiểm tra hệ thống sẽ kiểm tra từng bộ phận của hệ thống để bảo đảmhoạt động đúng.

- Hai chương trình chứa các giá trị như: Final Weight (SETPOINT), Upper Limit (HI),Lower Limit (LO), Preliminary Weight (PRELIM) và tầm bù rơi tự do (FreeFall) có thểđược lưu trữ.

2.1.2. Giải thích cách chỉnh cân:

- Chỉnh độ phân giải: Khối lượng hiển thị lên màn hình thì dựa vào độ phân giải này.Đây là khoảng thay đổi nhỏ nhất mà thiết bị có thể nhận biết được. Ví dụ nếu đặt độ phângiải nhỏ nhất là 1 thì thiết bị sẽ hiển thị cách nhau 1 đơn vị như là 101, 102, 103.… Nếuđộ phân giải nhỏ nhất là 2 thì sẽ hiển thị 100, 102, 104… Có thể lựa chọn độ phân giảinày là 1, 2, 5, 10, 20 hay 50 và được giới hạn theo khối lượng tối đa được cho trongcatalogue của BDI-9301.

- Chỉnh Zero: Đây là cách chỉnh khi trên bàn không có vật cần cân. Thực hiện việcnày là để BDI-9301 biết được một giá trị cơ sở để so sánh với khối lượng thêm vào. Cóthể phải chỉnh Zero theo một chương trình thường xuyên để tránh ảnh hưởng của việcthay đổi theo nhiệt độ hay các ảnh hưởng khác.

- Khối lượng tối đa: Đây là cách chỉnh khối lượng lớn nhất mà người sử dụng muốncân. Điều này phụ thuộc vào tải trọng của loadcell hay là những giới hạn khác mà ngườidùng đặt. Độ phân giải sẽ phụ thuộc vào khối lượng lớn nhất này.

- Cân chỉnh bước cân (Span Calibration): Với việc chỉnh Zero nhằm mục đích đặt giátrị ban đầu là không, cân chỉnh bước cân là xác định điểm giới hạn mà có thể cân được(khối lượng lớn nhất). Điều này là để cho BDI-9301 biết hai đầu mút mà có thể cân đượcchính xác. BDI-9301 sẽ tính toán giá trị cân được nếu khối lượng cần cân nằm trong hai


Page 7

giới hạn này. Tuy nhiên, trong thực tế có thể dùng các khối lượng chuẩn để cân chỉnh choviệc này mà không nhất thiết phải dùng khối lượng tối đa (nhưng khối lượng chuẩn cànggần giới hạn lớn nhất thì cho kết quả càng chính xác).

- Sở dĩ cần cân chỉnh Zero là để A/D đọc giá trị sai lệch điện áp ban đầu khi không cóvật gì ở trên bàn cân. Chỉnh bước cân là cho A/D biết được giá trị điện áp ứng với mộtkhối lượng chuẩn đặt lên bàn cân. Từ đó, bộ xử lý sẽ lấy hiệu số hai giá trị điện áp này vàchia khối lượng chuẩn để ra một hệ số tương ứng cho mỗi đơn vị cân và lưu các giá trịnày vào bộ nhớ. Khi có khối lượng cần cân, bộ xử lý sẽ đọc giá trị điện áp và trừ đi điệnáp ở trạng thái Zero rối chia cho hệ số đã lưu trước đó sẽ ra được khối lượng cần cân.

Ngoài ra, khi cần chỉnh cho đầu cân nếu điện áp ngõ ra loadcell quá lớn lúcchỉnh Zero thì thêm một điện trở giữa EXC+ và SIG- của Loadcell như hình 2.2a.Hoặc ngược lại nếu tín hiệu ra của Loadcell quá nhỏ (lệch âm) khi cân chỉnh Zerothì trong trường hợp này phải mắc thêm một điện trở phụ giữa EXC+ và SIG+ nhưtrong hình 2.2b.

Các điện trở mắc thêm này phải có giá trị điện trở lớn (thường là từ 50K đến 500K); cóchất lượng cao và có hệ số nhiệt thấp. Các lỗi khi cân chỉnh trên đây và một số lỗi khác sẽ đượcbáo lên màn hình và cách xử lý đã được hướng dẫn trong “Operation Manual” của BDI-9301.

Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh điện áp đầu cân ngõ ra loadcell

2.2. GIỚI THIỆU VỀ LOADCELL

2.2.1. Lý thuyết về loadcell:

Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell. Đâylà một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi,

Exc+

Exc-

Sig+

Sig-

a)

Exc+

Exc-

Sig+

Sig-

b)


Page 8

lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa biết. Sauđây là giới thiệu về loại cảm biến này.

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở làmột phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điệntrở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệvới mức độ thay đổi của điện trở. Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầuWheatstone.- Nguyên lý:

Cầu Wheatstone là mạch được chọn dùng nhiều nhất cho việc đo những biến thiênđiện trở nhỏ (tối đa là 10%), chẳng hạn như việc dùng các miếng đo biến dạng. Phần lớncác thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều không ít thì nhiều dùng phiên bản của cầuWheatstone đã được sàng lọc. Như vậy, việc tìm hiểu nguyên lý cơ bản của loại mạchnày là một điều cần thiết.

Cho một mạch gồm bốn điện trở giống nhau R1, R2, R3, R4 tạo thành cầuWheatstone như trên hình trên. Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua những số hạng bậccao, hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:

Hình 2.3:Mạch cầu Wheatstone

R1 R2

R4 R3

Em

V+ -

Zm


Page 9

Em = ]44

33

22

11[

)1(4 RR

RR

RR

RR

ZmR

V

(V)

Với: - Ġ là biến đổi đơn vị của mỗi điện trở Ri- R là điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3, R4 (thường là 120

ohms, nhưng có thể là 350 ohms dành cho các bộ cảm biến).- V là hiệu thế nguồn.

Điện thế nguồn có thể thuộc loại liên tục với điều kiện là dùng một nguồn nănglượng cung cấp thật ổn định. Các thiết bị trên thị trường đôi khi lại dùng nguồn cung cấpxoay chiều. Trong trường hợp đó phải tính đến việc sửa đổi mạch cơ bản để có thể giảiđiều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu.

Trong phần lớn các trường hợp, Zm rất lớn so với R (ví dụ như Volt kế số, bộkhuếch đại với phần nối trực tiếp) nên biểu thức trên có thể viết lại là:

Em = ]44

33

22

11[

4 RR

RR

RR

RRV

(V)

Phương trình trên cho thấy là sự biến đổi đơn vị điện trở của hai điện trở đối mặtnhau, ví dụ là R1 và R3, sẽ là cộng lại với nhau trong khi tác động của hai điện trở kề bênnhau, ví dụ là R1 và R2, lại là trừ khử nhau. Đặc tính này của cầu Wheatstone thườngđược dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt của các mạch miếng đo và cũng để dùng chocác thiết kế đặc biệt .

2.2.2. Một số Loadcell thực tế:Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật),

Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques. Inc, Tedea – Huntleigh... Mỗi loạiloadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéohay nén. Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell có màu sắc khác nhau.

Các màu sắc này đều được cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua từng loạiloadcell.

Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu dây. Sơ đồnối dây của loại loadcell này có thể có hai dạng như sau:


Page 10

a. Dạng nối dây1 b.Dạng nối dây 2Hình 2.4: Các dạng nối dây của loadcell

Như vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở cả hai cách nối ta tìmhiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt.

Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau. Do đó cách kếtnối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp.

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcellvà thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá trị này cóthể là từ 2 miliVolt/Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độhoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải... (Với giá trị điệnáp ra danh định là 2miliVolt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện áp ra sẽ là 20miliVolt ứng với khối lượng tối đa).

Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau.Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng. Sau đây làhình dạng của một số loại loadcell có trong thực tế.


Page 11

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PLC S7-300

3.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KHẢ TRÌNH PLC:

3.1.1. Giới thiệu chung:

PLC là viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển Logic lậptrình hay khả trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logicthông qua một ngôn ngữ lập trình.

Trong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết bị có khả năng lậptrình được sử dụng rộng rãi. Kỹ thuật PLC được sử dụng từ những năm 60 cà được sửdụng chủ yếu để điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ hoặc các quá trình sảnxuất trong công nghiệp. Đặc trưng của PLC là sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, nócũng giống như con vi xử lý xong việc lập trình và tốc độ thuận tiện hơn, xử lí nhanh hơnvà dễ dàng thay đổi công nghệ, cải tạo dựa trên chương trình và phần mở rộng.

Các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển xử lí bằng phần mềm dongười dùng lập nên và cài vào. Cùng với lí do này nên chúng ta giải quyết các bài toán tựđộng hoá một cách dễ dàng, khác nhau nhưng cùng chung một bộ điều khiển và chỉ thayđổi phần mềm tức là các phương trình khác nhau.

Các ưu thế của PLC trong tự động hoá:

- Thời gian lắp đặt công trình ngắn

- Dễ dàng thay đổi nhưng không tốn kém về mặt chính

- Có thể tính toán chính xác giá thành

- Cần ít thời gian làm quen

- Do phần mềm linh hoạt nên khi muốn mở rộng và cải tạo công nghệ thì dễ dàng

- Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng

- Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn


Page 12

- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển

- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn.

Đứng đầu về các hệ PLC hiện nay phải kể đến các công ty AltanBrellay của Mỹ,công ty MitSubiShi, Omron của Nhật, Siemens của Đức, ABB của Thuỵ Sĩ, Schnider củaPháp…

Cấu trúc chung của một hệ thống PLC được thể hiện trên sơ đồ hình 3.1.

Bộđệm

Bộ nhớchương

trình

Nguồnpin

CPUbộ vixử lý

Clock

Bộnhớ hệthốngROM

BộnhớDữliêu

Khốivào

Bộđệm

Bus điều khiển

Bus địa chỉ

Bus hệ thống vào/ra

Panellập trình

Bộ đệm

Mạch cách ly

Mạch chốt

Mạch cách ly

Mạch giao tiếp

Kênh ngõ vào Kênh ngõ ra

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC

Bus địa chỉ

Bộđệm

Bộ nhớchương

trìnhEEPROM


Page 13

3.1.2. Bộ nguồn:

Bộ nguồn cung cấp điện cho PLC hoạt động, việc chọn bộ nguồn dựa trên dòng tiêuthụ của điện áp một chiều (5 VDC hoặc 24 VDC). Dòng tiêu thụ của các phân tử PLCphải nhỏ hơn dòng điện cấp của bộ nguồn để không bị quá tải.

3.1.3. CPU:

Thành phần cơ bản của PLC là khối vi xử lý CPU. Sản phẩm của mỗi hãng có đặctrưng cho tính linh hoạt, tốc độ xử lý khác nhau. Về hình thức bên ngoài, các hệ CPU củacùng một hãng có thể được phân biệt nhờ các đầu vào, ra và nguồn cung cấp.

Tốc độ xử lí của CPU là tốc độ xử lý từng bước lệnh của chương trình. PLC đòi hỏiCPU phải có tốc độ xử lý nhanh để có thể mô phỏng các hiện tượng logic vật lý xảy ranhanh trong thế giới thực, CPU có tần số nhịp càng cao thì xử lí càng cao. Tuy nhiên tốcđộ cũng bị ảnh hưởng bởi cách lập trình cho PLC.

3.1.3.1. Module CPU

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thờigian, bộ đếm, cổng truyền thông(RS485)… và có thể còn có một vài cổngvào ra số. Các cổng vào ra số có trênmodule CPU được gọi là cổng vào raonboard.

PLC S7_300 có nhiều loạimodule CPU khác nhau. Chúng được đặttên theo bộ vi xử lý có trong nó nhưmoduleCPU312, module CPU314, module CPU315…

Những module cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/raonboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điềuhành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trongtên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ như ModuleCPU312 IFM, Module CPU314 IFM…

Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyềnthông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại modulenày phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) như là moduleCPU315-DP.

3.1.3.2. Module mở rộng:

Hình 3.2: Module CPU


Page 14

Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu module. Cácmodule này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúcmodule rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộnghệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng nhưng tốithiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU, các module còn lại lànhững module 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 module mở rộng.

Các module mở rộng chia thành 5 loại chính:3.1.3.2.1. Module nguồn nuôi (PS - Power supply):

Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.

3.1.3.2.2. Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module):

Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:- DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng

có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.- DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng

có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.- DI/DO (Digital input/Digital output): Module 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 module.- AI (Analog input): Modulee mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào

tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại module.- AO (Analog output): Modulee mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng ra tương

tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại module.- AI/AO (Analog input/Analog output): Modulee 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 module.Các CPU của S7_300 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 module số, người sử dụng cũng cóthể thiết lập các thông số cho các module analog.3.1.3.2.3. Module ghép nối (IM - Interface module):

Module ghép nối nối các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quảnlý chung bởi 1 module CPU. Thông thường các module mở rộng được gắn liền với nhautrên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8 module mở rộng (khôngkể module CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếpvới nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM.


Page 15

Các module ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu hình.S7-300 cung cấp 3 loại module ghép nối sau:

- IM 360: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 module trên đóvới khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từCPU.

- IM 361: Là module ghép nối có thểmở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8module với khoảng cách tối đa là 10 m đòihỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗitầng.

- IM 365: Là module ghép nối có thểmở rộng thêm một tầng chứa 8 module trên

đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.

3.1.3.2.4. Module chức năng (FM - Function module):

Module có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như module PID, module điều khiểnđộng cơ bước…

3.1.3.2.5. Module truyền thông (CP - Communication module):

Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLCvới máy tính.

Hình 3.3: Module ghép nối


Page 16

M COIL VALE

PS CPU SM:DI

SM:DO FMSM:

AISM:AOIM CP

Hình 3.4: Mô hình kết nối của SIMATIC S7-300

3.1.4. Bộ nhớ:

Dung lương bộ nhớ nói lên khả năng nhớ của PLC đo bằng đơn vị Kbyte nhưngcũng có thể là số tối đa dòng lệnh có khi được viết chương trình.

- Bộ nhớ của S7 -300:

Bộ nhớ được chia làm ba vùng:

+ Vùng chương trình: là miền nhớ để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộckiểu non-volatile đọc ghi được. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:

OB (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình

thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó. FB (Function block): Miền chưa chương trình con được tổ chức thành hàm và có

khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu nàyphải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB).

Màn hình PC


Page 17

+ Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chiathành 7 miền khác nhau:

I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số Q (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số M: Miền biến cờ T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (timer) C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (counter) PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input) PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O External output)+ Vùng dữ liệu: là miền để sử dụng để cất giữ các khối dữ liệu của chương trình bao

gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình bộ đệmtruyền thông. Một phần của bộ nhớ này thuộc kiểu đọc ghi được.

Vùng dữ liệu chia thành 2 loại:

DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thướccũng như khối lượng do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển.Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW),hoặc từ kép (DBD).

L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB,FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hìnhthức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của dữ liệu trong miền nhớ này sẽbị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong khối OB, FC, FB.- Tổ chức bộ nhớ CPU: là cách phân chia bộ nhớ cho các vùng nhớ khác nhau. Cấu trúcbộ nhớ CPU của PLC S7-300 bao gồm:

+ Vùng nhớ chứa các thanh ghi

+ Vùng system memory

+ Vùng Load memory

+ Vùng Work memory

Kích thước các vùng nhớ này phụ thuộc vào chủng loại của từng module CPU.

Load memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng (do người sử dụng viết) baogồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình trong thưviện hệ thống được sử dụng (SFC, SFB) và các khối dữ liệu DB.


Page 18

System memory: Là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào/ra số (Q, I), các biến cờ (M), thanhghi T-Word, PV, T-bit của Timer, thanh ghi C-Word, PV, C-bit của Counter.

Work memory: Là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB,FC, FB, SFC hoặc SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho nhữngtham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ điều hành và vớicác khối chương trình khác (Local Block). Tại một thời điểm nhất định vùng Workmemory chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó được thực hiệnxong thì hệ điều hành sẽ xoá nó khỏi Work memory và nạp vào đó khối chương trình kếtiếp đến lược thực hiện.

Systerm memory

Bộ đệm ra số QBộ đệm vào số IVùng nhớ cờ MTimer TCouter C

Work memory

Logic block

Data block

Load memory

User program (EEPROM)

User program (RAM)

ACCU1

ACCU2

Accumulator

AR1

AR2

Address register

DB (share)DI

Data block register

Status

Status word

Hình 3.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU


Page 19

3.1.5. Vòng quét chương trình:

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét(scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tớivùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quétchương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End).Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Qtới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểmtra lỗi .

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét(Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, không phải vòng quét nào cũng thựchiện trong một khoảng thời gian như nhau. Mà tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trìnhđược thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông... trong vòng quét đó.

Hình 3.6: Vòng quét chương trình

Như vậy, việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điềukhiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cáchkhác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiểntrong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.

Chương trình xử lí ngắt có thể xâm nhập vào bất kì giai đoạn nào của chu trình vòngquét. Vì thế, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiệntrong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển,tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụngchế độ ngắt trong chương trình điều khiển.

Truyền thông vàkiểm tra nội bộ

Chuyển dữ liệutừ cổng vào tới I

Thực hiệnchương trình

Chuyển dữ liệu từcổng vào Q

VÒNGQUÉT


Page 20

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổngvào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo. Việc truyền thông gữa bộ đệm ảo với ngoại vi trongcác giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnhvào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lýngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.

3.1.6. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng:

Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng thôngqua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các module số (DI)sẽ được CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input table-I). Cuối mỗi vòngquét, nội dung của bộ đệm ra (process image output table-Q) lại được CPU chuyển tớicổng ra của các module ra số (DO). Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thựchiện bởi chương trình ứng dụng. Nếu trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọccổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của các cổng vào này có thể bị thay đổi trongquá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I vàgiá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét. Cũng như vậy, nếuchương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra số thì do nó chỉ thay đốinội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị thay đổi cuối cùng mới thực sự đưatới cổng ra vật lý của module DO.

Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại đượcCPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi lệnh đọc giá trị từđịa chỉ thuộc vùng PI (peripheral input) sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị thực cóở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh.

Tương tự khi thực hiện lệnh gửi một giá trị (số nguyên 16 bits) tới địa chỉ của vùngPQ (peripheral output), giá trị đó sẽ đươc gửi ngay tới cổng ra tương tự của module.


Page 21

Tuy nhiên miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào/ratương tự có thể có của một trạm. Điều này tạo khả năng kết nối các cổng vào/ra số vớinhững địa chỉ dôi ra đó trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụng có thể truy nhập trựctiếp các module DI/DO mở rộng để có được giá trị tức thời tại cổng mà không cần thôngqua bộ đệm I và Q.

3.1.7. Cấu trúc chương trình:

- Lập trình tuyến tính:

Kĩ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ chương trình ứngdụng sẽ chỉ nằm trong một khối OB1. Kĩ thuật này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp vớinhững bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ.

Chương trìnhứng dụng

(user program)Module

AI

ModuleDI

Processimage input

table (I)

ModuleDO

ModuleAO

Đọc/ghigián tiếp

Đọc trực tiếp

0:

127

256:

767

Peripheral input

PI (64K)

Peripheral output

PQ (64K)

Process

imag output

table (Q):

:

0:

127

256:

767

:

:

Ghi trực tiếp


Page 22

Hình 3.8: Lập trình tuyến tính.- Lập trình có cấu trúc:

Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phầnnày nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp vớinhững bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản:

+ Loại khối OB (Oganization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển.Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng được phân biệt với nhaubằng một số nguyên đi sau nhóm kí tự OB, ví dụ OB1, OB35, OB40, OB80,..Trong khikhối OB1 được thực hiện đều đặn ở từng vòng quét trong giai đoạn thực hiện chươngtrình (giai đoạn 2) thì các khối OB khác chỉ được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu báongắt tương ứng, nói cách khác chương trình viết trong khối OB này chính là chương trìnhxử lý tín hiệu ngắt (event).

+ Loại khối FC (Program block): Khối chương trình với những chức năng riêng giốngnhư một chương trình con hoặc một thủ tục (chương trình con có biến hình thức). Mộtchương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này được phân biệt vớinhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FC, chẳng hạn như FC1, FC2,…

+ Loại khối FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi mộtlượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chứcthành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chương trình ứng dụng có thể cónhiều khối FB và các khối FB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên saunhóm ký tự FB, chẳng hạn như FB1, FB2,…

+ Loại khối DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chươngtrình. Các tham số của khối do người dùng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể cónhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên saunhóm ký tự DB, chẳng hạn như DB 1, DB 2,…

Lệnh 2

Lệnh 1

Lệnh cuối cùng

Vòng quét OB1


Page 23

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyểnkhối. Xem những phần chương trình trong các khối như là chương trình con thì S7-300cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là từ chương trình con này gọi đến mộtchương trình con khác và từ chương trình con này lại gọi tới chương trình con thứ 3... Sốcác lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụnhư đối với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8.Nếu số lần gọi lồng nhau vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyển sang chế độSTOP và đặt cờ báo lỗi.

FC1FB2

FC7

FB5FC3

FB9

Hệđiềuhành OB1

Số các lệnh gọi lồng nhau nhiều nhấtcho phép tuỳ từng loại module CPU

Hình 3.9: Lập trình có cấu trúc


Page 24

3.1.8. Bộ thời gian (Timer):

Bộ thời gian là bộ tạo thời gian trễ mong muốn giữa tín hiệu logic đầu vào u(t) vàtín hiệu logic đầu ra y(t).

S7-300 có 5 loại Timer khác nhau. Thời gian trễ mong muốn được khai báo vớiTimer bằng 1 giá trị 16 bits trong đó 2 bits cao nhất không sử dụng, 2 bits cao kế tiếp làđộ phân giải của Timer, 12 bits thấp là 1 số nguyên BCD trong khoảng 0 999 được gọilà PV (Preset Value).

Thời gian trễ chính là tích:

= Độ phân giải x PV

Không sử dụng Giá trị PV dưới dạng mã BCD9990 PV

Độ phân giải

Thời gian có thể được khai báo dưới dạng bằng kiểu S5T

- Ví dụ: S5T#3s

Trong đồ án sử dụng loại Timer SD là loại Timer trễ theo sườn lên không có nhớ (OnDelay Timer): Ngõ ra lên mức 1 khi ngõ vào EN=1 và giá trị CV (Current Value) = 0.3.1.9. Bộ đếm (Counter):

Counter là bộ đếm có chức năng đếm sườn xung của tín hiệu đầu vào. Có tối đa 256Counter được kí hiệu từ C0C255. Có 2 loại:

- Bộ đếm tiến:

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

0 0 10ms

0 1 100ms

1 0 1s

1 1 10sHình 3.10: Cấu hình giá trị thời gian trễ đặt

trước cần khai báo với timer


Page 25

Đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu và tức là đếm số lần thay đổi trạng thái từ 0lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm. Nộidung của thanh ghi này gọi là giá trị đếm tức thời luôn so sánh với giá trị đặt trước của bộđếm. nếu giá trị đếm tức thời bằng hoạc lớn hơn Giá trị đặt trước thì bộ đếm dặt giá trịlogic bằng 1 và một bit đặc biệt của nó, còn nhỏ hơn thì đặt giá trị logic 0.

Bộ đếm tiến đều có chân nối với tín hiệu điều khiển để đặt lại chế độ ban đầu. Bộ đếmđược Reset khi tín hiệu xoá này có giá trị logic1. Khi bộ đếm được Reset thì thanh ghi vàBit đều có giá trị logic 0.

- Bộ đếm tiến lùi:

Bộ đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng tiến, đếm lùi khi gặp sườn lên củaxung vào cổng lùi. Bộ đếm cũng có Reset như bộ đếm tiến. Nó có giá trị tức thời lớn hơnhoặc bằng giá trị đặt trước khi thanh ghi 2 byte có giá trị logic 1 ngược lại có giá trị 0.

Ví dụ:

-CU: tín hiệu dếm lên (BOOL)-CD: tín hiệu đếm (BOOL)-S: tín hiệu đặt (BOOL), khi có sườn lên thì giá trị đặt được nạp cho CV-PV: giá trị đặt (WORD)-R : tín hiệu xoá (BOOL), khi có sườn lên thì giá trị CV được xoá về 0.-Q: ngõ ra-V: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng Integer-CV_BCD: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng BCD

3.1.10. Truyền thông với thiết bị khác:

Hình 3.11: Bộ đếm tiến lùi


Page 26

3.1.10.1. Giới thiệu chung:

Truyền thông là phần khá phức tạp trong việc làm chủ PLC. PLC họ S7 sử dụng cổngtruyền thông nối tiếp RS485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiếtbị lập trình (PC) hoặc với các trạm PLC khác. Ghép nối với PC qua cổng RS232 cần cócáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

Truyền thông là một quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể với nhau. Đối tácnày có thể điều khiển đối tác kia, hoặc quan sát trạng thái của đối tác. Các đối tác truyềnthông người hoặc hệ thống kĩ thuật là các thiết bị phần cứng (đối tác vật lý) hoặc cácchương trình phần mềm (đối tác logic).

Để thực hiện tín hiệu truyền thông ta cần các tín hiệu thích hợp có thể là tín hiệutương tự hay tín hiệu số. Sự phân biệt giữa các thông tin và tín hiệu số dẫn tới sự phânbiệt xử lý tín hiệu và xử lý thông tin giữa truyền tín hiệu với truyền thông. Có thể sử dụngdạng tín hiệu khác nhau để truyền tải một nguồn thông tin, cũng như một tín hiệu cómang nhiều nguồn thông tin khác nhau.

Trong các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện đại ta chỉ quan tâm tới truyền tínhiệu số, hay nói cách khác là truyền dữ liệu. Các chuẩn giao tiếp hệ thống này là cácchuẩn giao tiếp số.

3.1.10.2. Các phương thức truyền thông:

- Điểm đối điểm: Point-to-Point Interface (PPI) (Đối với S7-200)

- Đa điểm: Multi Point Interface (MPI) (Đối với S7-300)- PROFIBUS (Process Field Bus)

- Ethernet

Mã hoá,giải mã

Hệ thống truyềndẫn tín hiệu

Mã hoá,giải mã

Đối tác truyền thông Đối tác truyền thôngHình 3.12: Nguyên tắc cơ bản của truyền thông


Page 27

- ASI (Actuator Sensor Interface)

- Internet

3.1.10.2.1. Phương thức PPI:

PPI là phương thức chủ tớ. Các thiết bị chủ (CPU, thiết bị lập trình…) gửi yêu cầuđến các trạm và các trạm trả lời. Các trạm không bao giờ tự gửi thông tin lên mạng màchỉ chờ nhận các yêu cầu của các thiết bị chủ để trả lời.

3.1.10.2.2. Phương thức MPI:

MPI có thể là phương thức chủ/tớ hay chủ/chủ. Cách thức hoạt động phụ thuộc vàoloại thiết bị. Nếu thiết bị đích là CPU S7-300 thì MPI tự động trở thành chủ/chủ vì cácCPU S7-300 là các thiết bị chủ trong mạng. Nếu thiết bị đích là CPU S7-200 thì MPI lạilà chủ/tớ vì các CPU S7-200 lúc đó được coi như là trạm.

Khi hai thiết bị trong mạng kết nối nhau bằng phương thức MPI, chúng tạo nên mộtliên kết riêng, không thiết bị chủ khác nào có thể can thiệp vào liên kết này. Thiết bị chủtrong hai thiết bị kết nối thường giữ mối liên kết đó trong một khoảng thời gian ngắnhoặc huỷ liên kết vô thời hạn (giải phóng đường truyền).

Mạng MPI có giá thành thấp, được ứng dụng với số lượng đối tác truyềnthông ít (tối đa 32 trạm), lượng dữ liệu nhỏ.

1. Phương thức truy cập

MPI sử dụng phương thức truy cập Token-Passing. Token là một bức điệnngắn không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc biệt với các bức điện mang thông tinnguồn, được dùng tương tự như một chìa khoá. Một trạm được quyền truy cập busvà gửi thông tin đi chỉ trong thời gian nó được giữ Token.

2. Môi trường truyền dẫn

MPI sử dụng cáp hai dây. Chiều dài tối đa của cáp cho một đoạn bus là 50m.Sử dụng bộ lặp RS-485 làm tăng chiều dài tối đa lên đến 1100m. Tốc độ truyềnthường là 187.5 Kbit/s.3.1.10.2.3. Phương thức PROFIBUS:

Phương thức PROFIBUS được thiết kế cho việc truyền tốc độ cao với các thiết bịphân phối vào ra, thường cũng được gọi là các đầu vào/ra từ xa. Mạng PROFIBUSthường bao gồm một thiết bị chủ và nhiều trạm vào/ra. Thiết bị chủ được đặt cấu hình để


Page 28

nhận biết loại cũng như địa chỉ của các trạm nối vào nó.Sau đó nó tự kiểm tra các trạmtheo cấu hình được đặt. Thiết bị chủ ghi vào các trạm và đọc dữ liệu từ đó một cách liêntục. Nói chung, mỗi thiết bị chủ thường làm chủ thiết bị của mình, các thiết bị chủ kháctrên mạng (nếu có) chỉ có thể truy cập rất hạn chế vào các trạm không phải của chúng.

3.1.10.2.4. Mạng AS-I:

AS-I (Actuator Sensor Interface) là kết quả phát triển của 11 hãng sản xuấtcác thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đóSiemens AG, Festo KG, Pepperl & Fuchs GmbH). Mục đích duy nhất của AS-I làkết nối các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành số với cấp điều khiển. Từ mộtthực tế là 80% cảm biến và cơ cấu chấp hành trong một hệ thống máy móc làmviệc với các biến logic, cho nên việc nối mạng chúng trước hết phải đáp ứng đượcyêu cầu về giá thành thấp cũng như lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng đơn giản. Vìthế các tính năng kỹ thuật được đặt ra:

- Khả năng đồng tải nguồn, tức dữ liệu và dòng nuôi cho toàn bộ cảm biến và mộtphần lớn các cơ cấu chấp hành phải được truyền tải trên cùng một cáp hai dây.

- Phương pháp truyền tải thật bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng khôngđòi hỏi cao về chất lượng đường truyền.

- Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây.

- Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện với giá cả rất thấp.

- Các bộ nối phải nhỏ, gọn, đơn giản và giá cả hợp lý.


Page 29

3.1.10.2.5. Industrial Ethernet (IE )

Mạng Industrial Ethernet (IEEE 802.3) dựa trên cơ sở Ethernet thường nhưngđược thiết kế lại cho sử dụng phù hợp trong môi trường công nghiệp và do tổ chứcIEA (Industrial Ethernet Assciation) quản lý.

Industrial Ethernet là một mạng dành cho cấp giám sát và cấp trạm của mạngtruyền thông giữa các máy tính và những bộ điều khiển logic khả trình nó được sửdụng để truyền dữ liệu với lượng lớn và có thể được sử dụng để truyền qua khoảngcách lớn.

1. Kiến trúc giao thức

ISO và TCP/IP được sử dụng trong Industrial Ethernet.

2. Môi trường truyền dẫn

Industrial Ethernet dùng cáp đồng trục hoặc cáp đôi dây vặn xoắn công nghiệp,cáp sợi quang bằng thuỷ tinh hoặc nhựa.

3. Phương pháp truy cập bus

Hình 3.14: Ví dụ về cấu hình mạng AS_I với bộ điều khiển PLC S7_300 vàModule giao diện CP342-2 (Siemens)

Hình 3. Cấu trúc mạng Ethernet


Page 30

Phương pháp truy cập là CSMA/CD.3.1.10.3. Tham số truyền thông:

Có 3 yếu tố phải quan tâm trong truyền thông nối tiếp.

- Tốc độ truyền thông là số bit truyền mỗi giây và độ rộng của bit này.- Mức logic nó quy định loại tín hiệu biễu diễn mức logic 1 và 0, thứ tự

truyền đi của chúng.- Phương pháp đồng bộ dữ liệu cho phép thiết bị nhận hiểu được dữ liệu

truyền đến.Dữ liệu truyền qua cổng RS232 được mô tả như sau:

Ta thấy rằng để cần truyền một kí tự, giả sử kí tự A cần 10 bits, bắt đầu bằng 1 bitStart tiếp theo là chuỗi dữ liệu biễu diễn kí tự A và một bit Parity, cuối cùng là một bitStop. Start bit là một xung có logic 0, thông báo cho bên nhận biết rằng sau đó là mộtchuỗi bit dữ liệu. Chuỗi bit dữ liệu là chuỗi bit biễu diễn mã ASCII của kí tự cần truyền,chuẩn RS232 cho phép chọn chuỗi dữ liệu có 6, 7 hay 8 bits, với tốc độ truyền trongkhoảng 75-19200 baud. Parity bit có mức logic 0 hay 1 cho biết rằng số bit chẳn hay lẻtuỳ thuộc vào kiểu kiểm tra Parity là chẳn hay lẻ. Stop bit là bit thông báo kết thúc việctruyền một kí tự. Các tốc độ truyền chuẩn là 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600…

Tóm lại, tham số truyền thông gồm Start bit, số bit dữ liệu, Stop bit và bit Parity, cáctham số này phải được xác định trước tiên khi mở cổng nối tiếp.

3.1.10.4. Truyền thông giữa PLC và PC:

Logic 1

Logic 0

Start bit Parity bit

Stop bit0 1 2 3 4 5 6

Chuỗi dữ liệu

Hình3.13: Dữ liệu truyền qua cổng RS232


Page 31

Để truyền thông giữa PLC và PC ta phải có cáp nối giữa PLC và PC. Ta dùng cáp nốiPC/PPI qua bộ chuyển đổi RS232/RS485.- Cơ chế truy xuất dữ liệu của PLC từ PC:

+ Máy tính đọc dữ liệu từ PLC:Để dọc dữ liệu của PLC máy tính gửi tín hiệu đến PLC yêu cầu PLC truyền dữ liệu

đến nó. Khi PLC nhận được yêu cầu gửi dữ liệu từ PC thì nó truyền dữ liệu đến PC. Máytính nhận dữ liệu từ PLC gử đến và nó sẽ thông báo cho PLC biết là đã nhận được dữ liệu.

Hình 3.14: Mô tả PC đọc thông tin về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC+ Máy tính gửi dữ liệu đến PLC:

Để truyền dữ liệu từ PC đến PLC, PC gửi tín hiệu yêu cầu PLC nhận dữ liệu và nếuPLC đồng ý nhận thì PC sẽ truyền dữ liệu đến PLC. Khi PLC nhận được dữ liệu từ PCtruyền đến nó sẽ báo cho PC biết là đã nhận xong.

Hình 3.15: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC+ PLC gửi dữ liệu đến máy tính:

Trường hợp này thuộc loại truyền thông một chiều từ PLC đến PC.

Bộ chuyển đổi tín hiệu(Card MPI)

Hệ điều hành

PC

Chương trình

RS232 RS485

Hệ điều hành

PLC

Bộ nhớ dữ liệu

Chương trình

Dữ liệu Đọc

Yêu cầuDữ liệu

Đáp ứng


Hệ điều hành

PC

Chương trình

RS232 RS485

Hệ điều hành

PLC


Chương trình

Ghi

Yêu cầu

Đáp ứng


Page 32


Hệ điều hành

PC

Chương trình

RS232 RS485

Dữ liệuHệ điều hành

PLC


Chương trình

ĐọcDữ liệuGhi

Hình 3.16: PC gửi dữ liệu đến máy tính


Page 33

3.2. SOẠN THẢO MỘT PROJECT:

Khái niệm Project trong Simatic được hiểu là những gì liên quan đến việc thiết kếphần mềm ứng dụng để điều khiển, giám sát một hay nhiều trạm PLC. Trong một Projectsẽ có:

- Bảng cấu hình cứng về tất cả các module của từng trạm PLC

- Bảng tham số xác định chế độ làm việc cho từng module của mỗi trạm PLC

- Các logic Block chứa chương trình ứng dụng của tưng trạm PLC

- Cấu hình ghép nối và truyền thông giữa các trạm PLC

- Các màn hình giao diện phục vụ việc giám sát toàn bộ mạng hoặc giám sát từngtrạm PLC của mạng

3.2.1. Xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC:

Để khai báo một Project, từ màn hình chính của Step7 ta chọn FileNew hoặc kíchchuột tại biểu tượng “New Project/Library”. Khi đó xuất hiện hộp thoại, gõ tên Projectrồi ấn phím OK .

Ngoài ra ta còn có thể chọn nơi Project sẽ được cất lên đĩa. Mặc định, nơi cất sẽ làthư mục đã được quy định khi cài đặt Step7, ở đây là thư mục c:\siemens\step7\s7proj.

Khai báo một Project mới

Mở một Project đã có


Page 34

Sau khi khai báo xong một Project mới, trên màn hình sec xuất hiện một Project đónhưng ở dạng rỗng (chưa có gì trong Project), nhận biết qua biểu tượng thư mục bên cạnhtên Project giống như một thư mục rỗng của Window.

Các Project đãcó trong đĩa

Nơi Project sẽđược lưu giữ

trong đĩa

Biểu tượng một thư mụcrỗng


Page 35

Tiếp theo là xây dựng cấu hình cứng cho một trạm PLC. Điều này không bắt buộc,ta có thể không cần khai báo cấu hình cứng cho trạm mà đi ngay vào phần chương trìnhứng dụng. Song kinh nghiệm cho thấy công việc này nên làm vì khi có cấu hình trongProject, lúc bật nguồn PLC, hệ điều hành của S7-300 bao giờ cũng đi kiểm tra cácmodule hiện có trong trạm, so sánh với cấu hình mà ta xây dựng và nếu phát hiện thấy sựkhông đồng nhất sẽ phát ngay tín hiệu báo ngắt lỗi hoặc thiếu module chứ không cần phảiđợi tới khi thực hiện chương trình ứng dụng.

Trước hết, ta khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC với Simatic S7-300 bằngcách vào InsertStationSimatic 300 Station:

Trường hợp không muốn khai báo cấu hình cứng mà đi ngay vào chương trình ứngdụng ta có thể chọn thẳng InsertProgramS7 Program. Động tác này sẽ hữu ích chomột trạm PLC có nhiều phiên bản chương trình ứng dụng khác nhau.

Sau khi đã khai báo một trạm (chèn một station), thư mục Project chuyển sang dạngkhông rỗng với thư mục con trong nó có tên mặc định là Simatic 300 (1). Thư mụcSimatic 300 (1) chứa tệp thông tin về cấu hình cứng của trạm.

Khai báo một trạm PLCS7-300


Page 36

Để vào màn hình khai báo cấu hình cứng, ta nháy chuột tại biểu tượng Hardware.

Step7 giúp việc khai báo cấu hình cứng được đơn giản nhờ bảng danh mục cácmodule của nó. Muốn đưa module nào vào cấu hình ta chỉ cần đánh dấu slot nơi modulesẽ được đưa vào rồi nháy kép chuột tại tên của module đó trong bảng danh mục cácmodule kèm theo.

3.2.2. Soạn thảo chương trình trong các khối logic:

Sau khi khai báo xong cấu hình cứng cho một trạm PLC và quay trở về cưa sổ chínhcủa Step7 ta sẽ thấy trong thư mục Simatic 300 (1) bây giờ có thêm các thư mục conCPU314, S7 Program (1), Source files, Blocks và tất nhiên có thể tên các thư mục đó.

Tất cả các khối logic (OB, FC, FB, DB) chứa chương trình ứng dụng sẽ nằm trongthư mục Blocks mặc định trong thư mục này đã có sẵn khối OB1.

Tệp chứa thông tin về cấu

hình cứng của trạm PLC

Tham số xác định chế độ làmviệc của các module trong trạm

vừa soạn thảo nhờ Step7 sẽ nằmtrong thư mục System data


Page 37

Muốn soạn thảo chương trình cho khối OB1 ta nháy chuột tại biểu tượng OB1 bênnửa cửa sổ bên phải. Trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ của chế độ soạn thảo chươngtrình như sau:

Để khai báo và soạn thảo chương trình cho các khối OB khác hoặc cho các khối FC,FB hay DB, ta có thể tạo một khối mới ngay trực tiếp từ chương trình soạn thảo bằngcách kích chuột tại biểu tượng New rồi ghi tên khối vào ô tương ứng của cửa sổ hiện ra:

hoặc cũng có thể chèn thêm khối mới đó trước từ cửa sổ chính của Step7 bằng phímInsertS7 Block rồi sau đó mới vào soạn thảo chương trình cho khối vừa được chenthêm như đã làm với khối OB1 vừa rồi.

Phần local block của

khối OB1

Phần chú thích củachương trình

Tên khối logic mới


Page 38

Các bước soạn thảo một khối logic cho chương trình ứng dụng được tóm tắt như sau:

- Tạo khối logic hoặc từ cửa sổ màn hình chính của Step7 bằng cách chọn Insert trênthanh công cụ rồi vào S7 Block để chọn lại khối logic mong muốn (OB, FC, FB) hoặcvào chương trình soạn thảo rồi từ đó kích biểu tượng New.

- Thiết kế local block cho khối logic vừa tạo

- Viết chương trình.

3.3. LÀM VIỆC VỚI PLC:

3.3.1. Mạng đa điểm (Multi Point Interface):

MPI là một mạng đa điểm, được tích hợp vào trong mỗi PLC của SIMATIC (Hệthống SIMATIC S7/M7 và C7). Nó có thể được sử dụng để nối nhiều thiết bị lập trình vànhững panel điều khiển hoặc PLC SIMATIC

Mạng được ứng dụng với số lượng đối tác truyền thông nhỏ, lượng dữ liệu trao đổinhỏ qua dịch vụ truyền thông cơ bản S7 (S7 basic communication).

Hình 3.11: Cấu trúc mạng MPI

Mạng MPI có các thông số kĩ thuật sau đây:

- Số trạm tham gia cực đại: 32 trạm- Phương pháp truy cập BUS: Token passing


Page 39

- Tốc độ truyền: 19.2 kbit/s, 187.5 kbit/s hoặc 12 Mbit/s

- Độ dài cực đại của mạng: 50m với RS485, nếu có bộ lặp là 1100 m, với cáp quangqua OLM >100 kM

3.3.2. Gán địa chỉ cho mỗi trạm trong mạng MPI:

Mỗi trạm tham gia vào mạng MPI đều có một địa chỉ riêng và duy nhất. Nó là mộtthông số quan trong trong các hàm truyền thông SFC hệ thống. Những hàm này sẽ thựchiện việc truyền thông giữa các PLC qua mạng.

STEP 7 có hỗ trợ việc khai báo địa chỉ cho mỗi trạm với giá trị mặc định là 2. Muốnthay đổi địa chỉ MPI cho các trạm, ta nháy kép phiếm chuột trái tại tên của module CPUtương ứng trong bảng khai báo cấu hình cứng, để vào chế độ đặt tham số làm việc, trongđó ta lại chọn tiếp GeneralMPI và sửa lại địa chỉ MPI như hình dưới mô tả.

- Sau khi đã định nghĩa lại địa chỉ MPI cho trạm PLC, ta phải ghi lại địa chỉ đó lênmodule CPU mới thực sự làm việc theo địa chỉ mới này. Công việc ghi địa chỉ mới nàylên module CPU được thực hiện cung với việc ghi tất cả tham số quy định chế độ làmviệc của module bằng cách kích vào biểu tượng Download trên thanh công cụ hoặc chọnPLCDownload.

- Bên cạnh việc ghi cấu hình cứng vừa soạn thảo vào module CPU ta cũng có thể đọcngược bảng cấu hình cứng hiện có từ module CPU vào Project bằng cách kích chuột vàobiểu tượng Upload trên thanh công cụ của màn hình (hoặc chọn PLCUpload). Với việc


Page 40

đọc ngược cấu hình cứng này ta cũng đọc được luôn cả toàn bộ chương trình hiện cótrong Load memory của module CPU vào Project.3.3.3. Ghi chương trình lên module CPU:

Có hai cách đổ chương trình ứng dụng, sau khi đã soạn thảo xong, vào module CPU(cụ thể là vào vùng Load memory) như sau:

- Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng Downloadtrên thanh công cụ của màn hình. Với cách đổ này, chỉ riêng khối chương trình đang ởmàn hình soạn thảo sẽ được đổ vào module CPU.

- Đổ từ màn hình chính của Step7 cũng bằng cách kích vào biểu tượng Download.Với cách đổ này ta có thể đổ toàn bộ chương trình ứng dụng có trong thư mục Block hoặcđổ những khối mà ta đã đánh dấu. Muốn đổ toàn bộ thư mục Block ta phải kích chuột vàotên thư mục trước, sau đó mới kích vào Download. Trong trương hợp chỉ đổ một số khối,ta đánh dấu những khối sẽ được đổ trước bằng cách giữ phím Ctrl đồng thời kích chuộttại tên của từng khối. Cuối cùng, sau khi đã chọn xong các khối thì kích chuột vào biểu tượngDownload.

CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN HỆ SCADA PHẦN MỀMWINCC

4.1 TỔNG QUAN HỆ SCANDA

Hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là hệ thống điềukhiển giám sát và thu thập dữ liệu, ra đời vào những năm 80 trên cơ sở ứng dụngkỹ thuật tin học, mạng máy tính và truyền thông công nghiệp. Hệ SCADA chophép liên kết mạng ở nhiều mức độ khác nhau: từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấphành, các bộ điều khiển, các trạm máy tính điều khiển và giám sát, cho đến cáctrạm máy tính điều hành và quản lý công ty.

SCADA là hệ thống điều khiển có đặc thù là có tính phân bố cao về phần chấphành nhưng lại có tính tập trung về phần điều khiển (phần mềm điều khiển, thuthập, lưu trữ và xử lý số liệu tại trung tâm). Vì vậy nó có thể đáp ứng được yêu cầucủa hệ thống đòi hỏi phân bố trên phạm vi địa hình rộng. SCADA là một hệ thốngmở nên dễ dàng nâng cấp và mở rộng khi cần thiết.

Các chức năng cơ bản của hệ SCADA:


Page 41

- Giám sát (Supervisory): Chức năng này cho phép giám sát liên tục các hoạt độngtrong hệ thống điều khiển quá trình. Hiển thị các báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất,chỉ thị giá trị đo lường,... dưới dạng trang màn hình, trang đồ họa, trang sự kiện, trangbáo cáo sản xuất,.… Qua đó nhân viên vận hành có thể thực hiện các thao tác vận hànhvà can thiệp từ xa đến các hệ thống phía dưới.

- Điều khiển (Control): Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển cácthiết bị và giám sát mệnh lệnh điều khiển.

- Thu thập dữ liệu (Data Acquisition): Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệuvề quá trình sản xuất, sau đó tổ chức lưu trữ các số liệu như: số liệu sản xuất, chất lượngsản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố... dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở dữliệu nhất định.

CÊp qu¶n lý kinh doanh

Mạng xí nghiệp

CÊp qu¶n lý qu¸ tr×nh

Trạm vận hành

Bơm

PLC

Động cơVan

Cảmbiến

Trạm vận hành

Cơ cấu chấphành

Mạng điều khiển

CÊp trêng

Hình 4.1: Cấu hình của một hệ SCADA điển hình


Page 42

4.2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM THIẾT KẾWINCC4.2.1. Giới thiệu chung

WinCC (Windows Control Center - Trung tâm điều khiển trên nền Windows), cungcấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điềuhành của Microsoft như Windows NT và Windows 2000. Trong dòng các sản phẩm thiếtkế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA vớinhững chức năng hữu hiệu dành cho việc điều khiển.

Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễdàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện người -máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể pháttriển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC như một nền tảng để mở rộng hệthống.

Hình 4.2: Đặc tính mở của phần mềm WinCC

WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemens - công ty hàng đầu trong tự độnghoá quá trình và Microsoft - công ty hàng đầu trong việc phát triển phần mềm cho PC.

Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khácnhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công tynhư: việc tích hợp với những hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System -


Page 43

hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning).WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp củaSiemens có mặt khắp nơi trên thế giới.

4.2.2. Các đặc điểm chính:4.2.2.1. Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến:

WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất. Nhờ sự cộng tác của Siemens vàMicrosoft, người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm màMicrosoft là người dẫn đầu.4.2.2.2. Hệ thống khách chủ với các chức năng SCADA:

Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùngcó thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những hình ảnh (picture), các cảnhbáo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), các báo cáo (report) có thể dễ dàng được thiết lập.4.2.2.3. Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp:

WinCC là một module trong hệ thống tự động hoá, vì thế, có thể sử dụng nó để mởrộng hệ thống một cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy tínhgiám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máychủ (server).

Có thể phát triển tuỳ theo lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ. Một loạtcác module phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng dụng đã được phát triển sẵnđể người dùng chọn lựa khi cần.4.2.2.4. Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn:

Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC. Tất cả các dữ liệu vềcấu hình hệ thống và các dữ liệu của quá trình điều khiển đựơc lưu giữ trong cơ sở dữ liệunày. Người dùng có thể dễ dàng truy cập tới cơ sở dữ liệu của WinCC bằng SQL(Structured Query Language) hoặc ODBC (Open Database Connectivity). Sự truy cập nàycho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng và cơ sở dữ liệu khác chạy trên nềnWindows.4.2.2.5. Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC):

Các giao diện chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chươngtrình chạy trên nền Windows cũng là những tính năng của WinCC. Các tính năng nhưActiveX control và OPC server và client cũng được tích hợp sẵn.4.2.2.6. Ngôn ngữ vạn năng:

WinCC được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C.4.2.2.7. Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới các hàm của WinCC và dữliệu:


Page 44

Tất cả các module của WinCC đều có giao diện mở cho giao diện lập trình dùng ngônngữ C (C programming interface, C-API). Điều đó có nghĩa là người dùng có thể tích hợpcả cấu hình của WinCC và các hàm thực hiện (runtime) vào một chương trình của người sửdụng.4.2.2.8. Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ:

Phần mềm WinCC được thiết kế trên cơ sở nhiều ngôn ngữ. Nghĩa là, người dùng cóthể chọn tiếng Anh, Pháp, Đức hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ sử dụng.Các ngôn ngữ này cũng có thể thay đổi trực tuyến.4.2.2.9. Giao tiếp với hầu hết các loại PLC:

WinCC có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens nhưSIMATIC S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như PROFIBUS DP, DDEhay OPC. Thêm vào đó, các chuẩn thông tin khác cũng có sẵn như là những lựa chọn hayphần bổ sung.4.2.2.10. WinCC như một phần tử của hệ thống Tự động hoá tích hợp toàn diện(Totally Integrated Automation-TIA):

WinCC đóng vai trò như cửa sổ hệ thống và là phần tử trung tâm của hệ. Nó cũngchính là phần tử SCADA trong hệ thống PCS 7 của Siemens.4.2.3. Các cấu hình hệ thống cơ bản:

WinCC có thể hỗ trợ các cấu hình hệ thống từ thấp đến cao, ví dụ như trong các cấuhình như sau:- Hệ thống điều khiển dùng một máy tính (Sing-user system)- Hệ thống điều khiển dùng nhiều máy tính (Multi-user system)- Cấu trúc Client/Server có dự phòng- Cấu trúc hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ (server)

4.2.4. Các chức năng SCADA cơ bản:4.2.4.1. Giao diện người sử dụng:

Không phụ thuộc vào các ứng dụng nhỏ hay lớn, đơn giản hay phức tạp, dùng WinCCta có thể thiết kế ra các giao diện cho người sử dụng để phục vụ cho việc điều khiển và tốiưu hoá quá trình sản xuất.

WinCC có một bộ công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh như các Toolbox, cácControl, các OCX được đặt dễ dàng trên của sổ thiết kế.

Giao diện người sử dụng cho phép hiển thị quá trình hội thoại giữa người điều khiểnvà quá trình điều khiển một cách linh hoạt và phụ thuộc vào nhu cầu của quá trình điềukhiển. Màn hình điều khiển có thể thể hiện quá trình công nghệ một cách toàn cảnh, qui


Page 45

trình công nghệ chính hoặc một cụm công nghệ nào đó cần theo dõi. Tính năng này đượchỗ trợ bởi Split Screen Wizard. Các hình ảnh của quá trình điều khiển có thể cấu trúc theosơ đồ hình cây để có thể theo dõi quá trình một cách tổng thể. Việc chia các hình ảnh nàyđược hỗ trợ bởi Picture Tree Manager một cách tiện lợi. Tại đây ta có thể dùng chuột để dichuyển một hình ảnh từ một ví trí này đến một vị trí khác trên sơ đồ hình cây.

WinCC có thể ghi nhớ các giá trị của các biến. Và cũng như vậy, nó cũng có thể ghinhận ngày tháng, thời gian, người sử dụng, giá trị cũ và mới. Vì thế diễn biến của nhữngquá trình có tính chất kịch tính có thể được tái tạo lại phục vụ cho mục đích phân tích.4.2.4.2. Quyền truy nhập hệ thống và công tác quản trị người sử dụng:

WinCC chỉ cho phép những người được uỷ quyền truy cập vào hệ thống. Có tới 1000mức truy cập khác nhau cho phép phân chia quyền truy cập và can thiệp vào hệ thống ởmức độ khác nhau. Mật khẩu (password) và tên người sử dụng (user name) xác định quyềntruy cập của mỗi người. Điều này cũng có thể được định nghĩa lại trong quá trình vận hànhhệ thống. Một công cụ có tên là “User Administrator” (Quản trị người sử dụng) được dùngđể thoả mãn mục đích này. Quyền truy cập sẽ hết hiệu lực nếu thời hạn cho phép đã kếtthúc.4.2.4.3. Chuyển đổi ngôn ngữ sử dụng:

Một vài ngôn ngữ có thể được xác lập trong quá trình cài đặt để làm ngôn ngữ sử dụngcủa một dự án. Trong quá trình vận hành, người sử dụng chỉ việc nhấn chuột vào một hộpthoại để thay đổi ngôn ngữ sử dụng.4.2.5. Các chức năng cơ bản:4.2.5.1. Hệ thống đồ hoạ (Graphics System):

Hệ thống đồ hoạ của WinCC xử lý tất cả các đầu vào và đầu ra thể hiện trên màn hìnhtrong quá trình vận hành. Khả năng hiển thị thông tin điều khiển dưới dạng đồ hoạ đượcthực hiện bởi một module chương trình có tên gọi là Graphics Designer. Công cụ này cóthể cung cấp các công cụ có sẵn như:

- Các hình vẽ của các phần tử tiêu biểu (như bơm, van, động cơ, silô...)- Các phím, hộp thoại, thanh trượt...- Các màn hình ứng dụng và màn hình hiển thị- Các đối tượng OLE, ActiveX- Các trường vào, ra- Các thanh trạng thái và các hiển thị theo nhóm.- Các đối tượng đã được thay đổi để phù hợp với nhu cầu của người sử dụng.

Người xây dựng hệ thống có thể thể hiện qui trình công nghệ mà mình điều khiển bằngđồ họa. Việc định nghĩa các tính chất cơ bản của các đồ hoạ như: hình dáng hình học, màusắc, kiểu hoa văn,... có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng các công cụ thiết kếđồ hoạ có sẵn.4.2.5.2. Hệ thống thông báo (Message System):


Page 46

Hệ thống thông báo của WinCC cung cấp thông tin đầy đủ về các lỗi và trạng thái nóichung trong quá trình hoạt động. Nó thể hiện các thông báo lúc hiện tại cũng như trong quákhứ. Các thông báo này giúp người vận hành sớm phát hiện ra các sự cố để khắc phục kịpthời, tránh được các sự cố. Ta có thể tự do lựa chọn các khối thông báo, các thứ hạng thôngbáo, các dạng thông báo, các kiểu hiển thị thông báo.

Một thông báo gồm các khối thông báo có chứa các giá trị của quá trình. Mỗi thôngbáo được sắp đặt tại một tệp tin (file) bao gồm 16 thứ hạng thông báo (message classes) và16 loại thông báo (message type) cho mỗi thứ hạng thông báo. Điều đó có nghĩa là: có thểphân biệt các thông báo thuộc loại cảnh báo, nhắc nhở, báo lỗi, hoạt động sai chức năng,...cho các vùng khác nhau của hệ thống.4.2.5.3. Chức năng thu thập dữ liệu (Tag Logging):

Chức năng này được sử dụng để thu thập các dữ liệu của quá trình công nghệ để hiểnthị chúng và lưu trữ. Ta có thể tự do định dạng các dữ liệu khi lưu trữ chúng. Các giá trị củaquá trình được thể hiện bằng bảng trực tuyến (Online Table) và đồ thị. Trong việc này TagLogging Editor cho phép ta thu thập dữ liệu và biểu diễn theo cách mà ta muốn.

Các phương pháp thu thập và lưu trữ dữ liệu:- Liên tục theo chu kỳ (Cyclical logging): các giá trị được thu thập một cách liên tục theochu kỳ và trong trật tự thời gian.- Theo chu kỳ chọn lựa (selective logging): quá trình thu thập dữ liệu chỉ bắt đầu khi xảy ramột sự kiện nào đó và kết thúc khi sự kiện đó chấm dứt. Ví dụ, quá trình thu thập dữ liệu sẽtiến hành khi có những sự kiện sau:

+ Thay đổi giá trị của một biến nhị phân+ Giá trị của một biến tương tự vượt quá một ngưỡng cho trước+ Tại một điểm thời gian định trước+ Tác động của bàn phím hoặc chuột+ Có lệnh của hệ thống máy tính cấp cao hơn

- Không theo chu kỳ (acyclical logging): sự kiện bắt đầu phụ thuộc vào một hay nhiều bit.Quá trình thu thập dữ liệu bắt đầu khi các bit này chuyển từ 0 sang 1 hay ngược lại.- Chỉ khi có sự thay đổi (archiving only when changed): hệ thống chỉ lưu trữ dữ liệu khi cósự thay đổi lớn hơn một giá trị đã định trước.

Các giá trị của qúa trình có thể lưu trữ trong kho lưu trữ (Process Value Archives) haykho lưu trữ được nén. Các kho lưu trữ này có thể nằm trên vùng nhớ đệm của bộ nhớ haychứa trên ổ cứng. Quá trình thu thập và lưu trữ liên tục đòi hỏi người sử dụng định trướckích cỡ của các bản ghi. Nếu bộ nhớ đầy, các giá trị cũ sẽ tự động bị xoá nhường chỗ chocác giá trị mới.4.2.5.4. Hệ thống báo cáo (Report System):


Page 47

WinCC cung cấp hệ thống báo cáo cho phép ta đưa các dữ liệu ra giấy. Nó in các báocáo về thứ tự của các thông báo, báo cáo về việc lưu trữ các thông báo, báo cáo về hoạtđộng của người vận hành, báo cáo về các thông báo của hệ thống, báo cáo của người sửdụng và báo cáo dưới dạng văn bản in với định dạng tuỳ ý.

Trước khi gởi các báo cáo ra máy in, các báo cáo có thể được lưu giữ dưới dạng tệp tin,biểu diễn dưới dạng mong muốn. Trạng thái của máy in khi in các báo cáo cũng được thểhiện trực tuyến.

Trong công cụ thiết kế các báo cáo (Report Designer), ta có thể qui định dạng thức củabáo cáo được in ra, số trang in và lựa chọn máy in. Trong quá trình đó ta cũng có thể quiđịnh chu kỳ in báo cáo ra một cách tự động.

Các báo cáo cũng có thể được in ra theo sự kiện hay theo lệnh của người vận hành. Tacó thể gán từng loại báo cáo cho các máy in khác nhau.4.2.5.5. Chức năng Text Library:

Trong Text Library, bạn có thể sửa các văn bản thể hiện sự thay đổi của các moduleđược sử dụng trong lúc chạy chương trình. Các văn bản với những ngôn ngữ khác nhaucũng được định nghĩa tại đây. Những văn bản sau đó xuất ra tương ứng với việc lựa chọnngôn ngữ lúc chạy chương rình.4.2.5.6. Hệ thống lưu giữ dữ liệu người dùng (User Archives):

User Archiver là một hệ thống cơ sở dữ liệu mà người dùng có thể tự định cấu hìnhcho nó. Dữ liệu từ quá trình công nghệ có thể được lưu giữ liên tục trên PC và biểu diễntrực tuyến lúc chạy chương trình. Ngoài ra, nó còn chỉ định việc kết nối để trao đổi với cácthiết bị tự động khác. Điều này có nghĩa là các công thức, thông số trong chương trình cóthể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống.

PHẦN 2: MÔ PHỎNG VÀ LẬP TRÌNH

CHƯƠNG 1: MÔ PHỎNG WINCC1.1 Các bước tiến hành

1.1.1 Khởi tạo một dự án

1. Khởi động WinCC:

Để khởi động WinCC ta kích chuột vào Start trên thanh Taskbar. ChọnSimatic\WinCC\Windows Control Center

2. Tạo một dự án mới:


Page 48

Để tạo một dự án mới ta chọn File\New. Một hộp thoại sẽ mở ra cho phép xây dựngmột Project mới.

- Chọn Single-User Project\OK: tạo một dự án đơn người sử dụng.

- Chọn Multi-User Project\OK: tạo một dự án đa người sử dụng.

- Chọn Multi-Client Project\OK: tạo một dự án nhiều khách. Đặt tên Project nhấn Create.Khi đó màn hình WinCC hiện ra như hình 4.3.

Hình 4.3: Màn hình giao diện chính của WinCC

Kích chuột phải vào biểu tượng có tên Computer để mở hộp thoại thiết lập cácthuộc tính của hệ thống khi chạy chương trình cũng như thay đổi các tên của máytính.

3. Kết nối với PLC:

Để khai báo việc kết nối với một PLC mới ta tiến hành theo trình tự sau:


Page 49

- Kích chuột phải vào Tag Management\Add New Driver. Trong hộp thoại hiện ra tachọn SIMATIC S7 Protcol Suite và kích vào nút Open.

- Tạo một kết nối với thiết bị cấp dưới: kích chuột vào SIMATIC S7 ProtcolSuite\New Conection\Connection properties. Nhập tên đối tượng kết nối và nhấn OK.

4. Tag và Tag Group:

- Tạo Internal tag:

Trong Tag management, kích phải chuột vào Internal Tag\New Tag. Xuất hiện hộpthoại Tag Properties cho phép ta nhập tên, kiểu dữ liệu của Tag.

- Tạo Tag Group:

Kích phải chuột lên kết nối PLC vừa tạo như trên: New Group\Properties Of TagGroup, nhập tên Group sau đó nhấn OK.

- Tạo External tag:

- Kích phải chuột trên kết nối PLC chọn New Tag\Tag Properties, nhập tên, kiểudữ liệu của Tag sau đó nhấn OK.

- Nhấn nút Select để mở hộp thoại Address Properties sau đó chọn kiểu dữ liệu choTag, vùng địa chỉ Tag truy cập .

4.2.6.2. Thiết kế giao diện đồ họa:

Trong cửa sổ WinCC Explorer ta kích phải chuột vào Graphics Designer\chọn NewPicture, trang giao diện đồ hoạ Newpld0.Pdl sẽ hiện ra trong cửa sổ WinCC Explorer.

Để thiết kế đồ hoạ cho bức tranh vừa tạo, ta có thể nhấp Double chuột vào tên bứctranh hoặc kích phải chuột vào tên bức tranh và chọn Open Picture.

WinCC hỗ trợ một công cụ mạnh về đồ hoạ, và hỗ trợ một thư viện rất lớn về cácthiết bị công nghiệp rất sinh động, ta có thể chọn và đem ra sử dụng nó một cách dễ dàng.4.2.7. Truyền Thông Trong Môi Trường WinCC:

4.2.7.1. Bản chất truyền thông giữa máy tính (PC) và PLC:

Bản chất của quá trình này được thể hiện như sơ đồ sau đây:


Page 50

Hình 4.10: Bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC

Trong đó :1. Data Manager (Trình quản trị dữ liệu):

WinCC Data Manager quản lý dữ liệu (Database). Người sử dụng không thấy đượctrình quản lý dữ liệu này. Trình quản lý dữ liệu làm việc với dữ liệu được sinh ra từWinCC Project và được cất trong cơ sở dữ liêïu của Project. Nó quản lý các biến WinCCtrong lúc chạy chương trình. Tất cả các người sử dụng WinCC phải yêu cầu dữ liệu từtrình quản lý dữ liệu ở các dạng biến WinCC. Các ứng dụng này gồm Graphic Runtime,Alarm Logging Runtime và Tag Logging Runtime.

2. Các trình điều khiển truyền thông (Communication driver):Để cho WinCC truyền thông với các kiểu PLC khác, người sử dụng phải nối trình

quản lý dữ liệu với PLC. Trình điều khiển truyền thông gồm một C++DLL, mà truyềnthông giao tiếp với trình quản lý dữ liệu (gọi là kênh API). Trình điều khiển truyền thôngcung cấp các giá trị quá trình cho WinCC Tag.

3. Đơn vị kênh (Channel Unit):Ngõ vào Communication Driver trong Tag Managerment chứa ít nhất một Sub-

Entry. Sub-Entry của Communication Driver này gọi là đợn vị kênh. Mỗi đơn vị tạo nêngiao tiếp với một Hardware và như vậy với Modul truyền thông của PC. Người ta phảiđịnh nghĩa đơn vị kênh. Modul truyền thông này được gán trong hộp thoại System


Page 51

Parameters. Hộp này được mở bằng cách click chuột phải vào đơn vị kênh tương ứng vàchọn System Parameter từ Menu hiện lên.

Sự xuất hiện của hộp thoại phụ thuộc vào trình điều khiển truyền thông được chọn.Tuy nhiên có thể thêm các thông số truyền thông nếu cần.

1. Hardware driver:Driver kết nối phần cứng.

2. Communication Processor (CP):Bộ xử lý truyền thông.

5. PLC: thiết bị PLC

Quá trình truyền thông này có thể được mô tả như sau: WinCC Data Manager quảnlý các WinCC Tag khi thực thi. Nhiều ứng dụng WinCC khác nhau (trên WinCCApplication) yêu cầu các giá trị từ Data Manager. Công việc của Data Manager nhận cáctag yêu cầu từ quá trình. Nó thực hiện việc này thông qua trình điều khiển truyền thôngđã được tích hợp trong WinCC Project. Trình điều khiển truyền thông tạo nên giao tiếpgiữa WinCC và quá trình bằng cách sử dụng đơn vị kênh của nó. Trong phần lớn cáctrường hợp, kết nối dựa trên Hardware đến quá trình được cài đặt bằng cách sử dụng mộtCP. Trình điều khiển truyền thông WinCC sử dụng các CP để gởi thông điệp yêu cầuđến PLC. Tiếp đến CP gửi các giá trị quá trình được yêu cầu từ các thông điệp tươngứng về lại WinCC.4.2.7.2. Thiết lập cấu hình truyền thông:

4.2.7.2.1. Hàm truyền thông cơ bản:

- Kiểu dữ liệu của WinCC+ Binary Tag: kiểu nhị phân

+ Unsigned 8 Bit Value: Kiểu nguyên 8 Bit không dấu

+ Signed 8 Bit Value: Kiểu nguyên 8 Bit có dấu





+ Floating Point Number 32 Bit IEEE 754: Kiểu số thực 32 Bit theo tiêu chuẩnIEEE 754


Page 52

+ Floating Point Number 64 Bit IEEE 754: Kiểu số thực 64 Bit theo tiêu chuẩnIEEE 754

+ Text Tag 8 Bit Character Set: Kiểu ký tự 8 Bit

+ Text Tag 16 Bit Character Set: Kiểu ký tự 16 Bit

+ Raw Data Type: Kiểu dữ liệu thô

- Gửi dữ liệu từ WinCC xuống ô nhớ PLC :Cấu trúc:

(Giá trị trả về) SetTagXXX (“tên biến ngoại”, giá trị )

Giải thích :

+ Giá trị trả về: Là kiểu BOOL. Nếu quá trình gửi thành công thì giá trị trả về làTRUE, còn ngược lại thì giá trị trả về là FALSE.

+ XXX: Là Bit, Byte, Word.

+ Nếu XXX là Bit thì “giá trị” là 0 hoặc 1.

+ Nếu XXX là Byte thì “giá trị” là byte.

+ Nếu XXX là word thì “giá trị” là Word.

- Lấy dữ liệu từ ô nhớ PLC lên biến ngoại nào đó trên WinCC:Cấu trúc:

(Giá trị trả về) GetTagXXX(“tên biến ngoại”)

Giải thích :

+ XXX: là Bit, Byte, Word. Nếu XXX là Bit thì giá trị trở về là 0 hoặc 1 Nếu XXX là Byte thì giá trị trở về là Byte Nếu XXX là Word thì giá trị trở về là Word

+ Tên biến ngoại: Là biến được gán tương ứng với ô nhớ nhất định của PLC đượcthiết lập ở Tag Management.4.2.7.2.2. Thiết lập cấu hình truyền thông:

Khi thiết lập chương trình thì người lập trình cần khai báo tên máy tính của mình,chế độ hoạt động của chương trình là chạy trên một máy hay nhiều máy, các chế độ khác


Page 53

khi chạy chương trình, lựa chọn ngôn ngữ sử dụng,… Để thiết lập cấu hình ta cần tiếnhành theo các bước sau đây:1. Thiết lập dữ liệu truyền thông:

Vào Tag Management / Add New Driver, chọn Driver là Simatic S7 ProtocolSuite. Sau đó ta chọn cấu hình mạng MPI / New Driver Connection là wincc-plc.

Tiếp theo chọn các New Group, nhập tên là NHOM-DIEU-KHIEN, NHOM-LAM-VIEC,NHOM-DAU-VAO, NHOM-CAM-BIEN. Chọn lần lượt các Tag như liệt kê ở hình ảnhsau:

Documents

Thiet ke-he-thong-can-dinh-luong